现代分析仪器在高中化学教学中的应用*——以“防晒霜的防晒效果实验探究”为例

从高中化学原子、分子等抽象性的知识教学出发,以防晒霜的防晒效果实验探究为例,探讨了现代分析仪器在高中化学教学中的应用。通过利用现代分析仪器紫外可见分光光度计,结合紫外线变色球实验探究防晒霜的防晒效果,分析并认识防晒霜中化学防晒的机理。结果表明,防晒霜的厚度越大、SPF越高,防晒霜的防晒效果越好,并且防晒霜的防晒效果可以持续一段时间,但是不同类型的防晒产品存在一定差异。在化学教学中渗透现代分析仪器的应用,为学生进一步了解化学学科在改变学习方式、拓宽学科知识领域、推动自身全面与可持续发展方面打下坚实的基础。     

催化热解-冷原子吸收分光光度法测定大米中的汞含量

建立冷原子吸收分光光度法测定大米中汞含量的方法。采用DMA–80直接测汞仪,大米样品经干燥、分解灰化、还原等过程,直接进入冷原子吸收光谱仪进行测量。干燥温度为200℃,热解温度为650℃。该方法的检出限为0.001 ng/g,加标回收率为85.0%～99.2%,测定结果的相对标准偏差为0.25%～3.70%(n=6)。利用标准物质和原子荧光法进行比对试验,测定结果均在误差范围内。该方法测定结果准确,灵敏度高,重现性好,适用于大米中汞含量的测定。     

具有中心对称结构的3m点群晶体中紫外三次谐波的产生

研究了中心对称晶体中的三阶非线性频率转换,并在这类晶体中实现了紫外激光的有效输出.确定了负单轴晶体的相位匹配角公式及相应的相位匹配角.选择带有离域共轭π键的冰洲石晶体和α-BBO晶体进行实验.以飞秒激光作为基频光,在Ⅱ类相位匹配方式下,利用α-BBO晶体获得了最高单脉冲能量为37.6μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为2.5%;利用冰洲石晶体获得了最高单脉冲能量为19.3μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为1.25%.该研究验证了利用中心对称晶体的三阶非线性效应直接获得紫外激光的可行性和获得深紫外激光的可能性,为紫外非线性晶体的探索和深紫外激光的研究提供参考.     

使用多次制冷剂喷射实现(近)等温压缩

制冷剂压缩是蒸气压缩式制冷热泵装置中的主要耗能过程。与当前压缩机的理想压缩过程——等熵压缩相比,等温压缩过程的压缩功明显更小,是更为理想的压缩过程。研究(近)等温压缩的实现技术成为高效蒸气压缩设备的一个重要研究方向。基于此,本文首先全面分析了现有(近)等温压缩的实现方式,发现气态和两相制冷剂喷射是最具有潜力的(近)等温压缩技术路线。其次,建立并验证了多级喷射涡旋压缩机及系统模型。最后,研究基于该模型对使用多次制冷剂喷射实现(近)等温压缩的可能性进行了研究。结果表明:多级压缩的COP明显高于单级压缩,干度为0.7的三次两相喷射可提升COP 8%;多级制冷剂喷射是实现涡旋压缩机的(近)等温压缩的有效手段。     

铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究显示,单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献,禁带宽度分别为3.45和3.42 eV;铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献,禁带宽度为3.24 eV,吸收峰分别在3.01,2.53和1.36 eV处;Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg^2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值约为6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV,吸收峰分别位于2.45 eV,1.89 eV或2.89 eV,2.59 eV,2.24 eV.Mg^2+浓度高于阈值,会使吸收边较低于阈值情况红移;并使得部分Fe^3+占Nb位,引起晶体场改变,从而改变吸收峰位置和强度.双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光,2.5 eV作为读取和写入光,选取Mg^2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.     

正电子冲击下氦电离三重微分截面的理论计算

我们发展了一种正电子碰撞原子电离的畸变波Born近似方法， 在这个方法中，正负电子偶素通道通过一个ab initio的光学势附加到入射粒子和靶的相互作用势上，且通道对电离作用被第一次被考虑在正电子碰撞原子电离的过程中. 应用这个方法计算了在50 eV入射能量范围氦的电离的三重微分截面，计算结果和实验数据很好的符合.     

基于连续量子级联激光器的1103.4cm–1处NH3混叠吸收光谱特性研究

由于NH3在大气气溶胶化学中具有重要作用,所以快速和精确反演NH3浓度对环境问题非常重要.本文以9.05μm的室温连续量子级联激光器(quantum cascade laser,QCL)作为光源,采用波长扫描直接吸收可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,研究了QCL在1103.4 cm–1的光谱特性,获得了激光器控制的温度电流与波长的关系.设计了QCL二级温控的低压实验平台,测量氨气在1103.4 cm–1处的6条混叠吸收线,在降低压强的情况下谱线展宽变小,使混叠光谱分离,由此计算各条吸收线的线强,进一步对测量不确定度进行分析.针对混叠严重的光谱提出了低压分离单光谱精确反演气体浓度的方法,并进行了实验验证.通过与HITRAN数据库进行结果对比,得出氨气在1103.4 cm–1的实验测量线强值与数据库偏差为2.71%-4.71%,实验测量线强值的不确定度在2.42%-8.92%,极低压条件下反演浓度与实际值的偏差在1%-3%.     

基于分子工程的方法设计首例具有Sr2Be2B2O7 (SBBO)结构的深紫外氟碳酸盐双折射晶体AMgLi2(CO3)2F (A=K,Rb)※

分子结构设计是开发新化合物和通过原子尺度操纵优化晶体结构的一种引人注目的策略. 在这个工作中, 利用分子工程的思想, 基于SBBO结构, 成功设计并合成两个新型氟碳酸盐KMgLi₂(CO₃)₂F和RbMgLi₂(CO₃)₂F. 在两个结构中, a-b平面是由CO₃和LiO₃F阴离子基团组成的无限[Li₃C₃O₆F₃]_∞层, 进一步相邻的层通过F原子连接形成一个独特的[Li₆C₆O₁₂F₃]_∞双层. 这种结构特征对改善晶体的层状生长习性和消除晶体的多晶性有很大的帮助. 光学测试表明, 该系列晶体具有大的双折射和短的紫外截止边, 是深紫外双折射晶体良好的候选材料.     

强火光中图像拍摄技术研究

对串联战斗部一级战斗部装药燃烧的火光进行近紫外波段光谱分析，选取了310 nm～320 nm作为高速摄像机拍摄窗口，并采用窄带滤波器过滤掉拍摄窗口之外的其他光谱，使用激光辅助照明设备对火光中的物体在320 nm处进行照明，较为清晰地拍摄到了强火光中的物体图像，并进一步通过串联战斗部穿靶试验，验证了系统的科学和有效性。     

工业SO2及碳黑颗粒紫外成像遥感监测技术

为了准确有效监测工业烟囱排放,基于SO2及碳黑颗粒物的光学特性,设计并研制出一套双通道紫外成像遥感监测系统.该成像系统的两个光谱通道的中心波长分别定于310 nm和330 nm,利用两个通道的光学厚度之差反演SO2浓度图像,颗粒物浓度图像由330 nm通道获取,根据浓度图像结合光流法获取烟羽运动速度,进而计算得出SO2和碳黑颗粒物的排放速率.结果表明,该工业烟囱的SO2及碳黑颗粒物排放速率分别为72.48±3.16 kg/h和6.33±1.18 kg/h.实验采用紫外相机同时对工业烟囱排放的SO2及碳黑颗粒物进行监测,实验表明双通道紫外成像遥感监测兼具高时间分辨率与高空间分辨率,测量结果准确直观,在工业废气污染、船舶尾气污染以及火山喷发污染排放遥感监测中具有非常明显的技术优势及巨大的应用前景.