双波长LD模块的拉曼光谱测试系统

荧光干扰是拉曼光谱检测过程中常见的干扰因素之一,而移频激发法是一种有效的克服荧光干扰的检测手段。移频激发法利用两个波长相近的激光分别激发被测物质,并将获得的拉曼光谱进行差谱。由于两次激发的荧光背景相同,而拉曼特征峰会产生平移,因此可有效地消除荧光背景的干扰,进而利用一定的算法还原拉曼特征峰。移频激发法的关键在于两个激发光波长的稳定性,不稳定的波长差将严重影响对拉曼特征峰的还原效果。本文研制了一种拉曼光谱测试系统,该系统的双波长LD模块能够产生两个波长稳定的激发光(分别为784.7和785.8 nm),满足移频激发法的测试要求。影响激发光波长稳定性的因素主要是光功率和温度,本系统中对这两个因素均进行了实时的监控,以保证激发光波长的稳定。系统的硬件部分主要包括ARM主控板、双波长LD模块及其驱动电路、温度控制板、数字光开关、光谱检测光路和光纤探头(两个高功率的蝶形封装激光器);软件部分可自动获取被测物质的拉曼光谱图,并对其进行后续的处理。在稳定性测试实验中,对系统驱动电源电流和激光器温度的稳定性均进行了测试。测试结果显示,电流波动范围小于0.01 mA、温度变化范围小于0.004 ℃,能够有效地保证激发光波长的稳定性。最后,对某品牌花生油进行了拉曼光谱检测,并对检测结果进行了处理,获得了良好的效果。     

现代高分辨拉曼光谱仪的配置及应用研究

拉曼光谱分辨率是关系到从光谱中提取出样品结构信息的关键参数,高分辨拉曼光谱能够提供更多、更精细的样品有关信息。在此全面分析了现代高分辨拉曼光谱仪中决定光谱分辨率的各参数,辨析了易于混淆的分辨率和色散度概念。用理论分析和实验结果说明光栅密度与光谱分辨率的关系以及采用高密度光栅增进光谱分辨率所受到的限制、如何利用长焦长光栅增进光谱分辨率而不损害仪器通光效率、入射狭缝宽度对光谱分辨率及灵敏度的影响,在此基础上如何求得一个合理的平衡选择;并且用不同配置的现代新型拉曼光谱仪实验研究了多层硅结构中的应力分布和单壁碳纳米管管径分布,实验结果清晰地佐证了以上分析,并充分说明了拉曼光谱测量中选择分辨率的重要性。     

单模石英光纤受激拉曼散射温度特性研究

研究了在不同温度下单模石英光纤的受激拉曼散射光谱,从实验和理论上分析了温度对拉曼散射光谱特性的影响,在脉冲调Q倍频YAG激光的泵浦作用下,获得了石英光纤一级斯托克斯光的拉曼频移、带宽及光强随温度的变化规律。实验表明随着温度的升高,拉曼频移逐渐增大,在一定的温度范围内拉曼频移和温度成线性关系。在相同的泵浦功率作用下,当温度较低时,拉曼光谱的级次较低, 低温对高阶斯托克斯光有抑制作用; 温度越低其阈值越高;而拉曼光谱的谱线宽度随温度的变化不是线性的,存在一个谱线宽度极大值点。理论和实验表明温度对光纤受激拉曼散射的光谱特性有直接的影响。     

激光拉曼光谱仪的全系统校正

提出了一套对激光拉曼光谱仪进行全系统校正的完整方案，并在一台ＳＰＥＸ １４３０型双单色仪单道拉曼光谱仪上全面实现了这套校正，包括谱仪的波数精度及重现性，狭缝函数，光谱分辨率，功率传递系数，光谱响应，偏振光谱响应，偏振传递性能及寄生谱带检查。结果表明，在激光拉曼谱测量中许多源于光谱仪体系的测量误差实际上是不可避免的，因此对常用的谱仪要作日常的状态监控和至少一次全面系统校正，是激光拉曼谱学研究的先决条     

抗癌新药安吖啶的近红外拉曼光谱及近红外表面增强拉曼光谱的研究

采用近红外表面增强拉曼光谱技术对抗癌新药安吖啶的结构进行了研究。     

便携式拉曼光谱仪快速测定磷酸浓度

用便携式激光拉曼光谱仪测定磷酸浓度,利用P—O键对称伸缩振动峰(893—911cm-1)的峰值,以硝酸根特征峰为内标,建立了激光拉曼光谱法测定磷酸含量的模型,并对拉曼位移与磷酸浓度的关系进行了拟合。两种方法用于实际样品检测的结果准确度和精密度良好,均能够满足水体中磷酸含量测定的要求。     

两种激发波长下蔬菜水果的拉曼光谱对比研究

本文通过改变不同的激光光源波长,测试分析了一系列蔬菜水果表面的拉曼谱。比较514.5nm和1064nm波长下的拉曼谱,发现514.5nm激发下许多蔬菜水果的拉曼谱均出现胡萝卜素的共振拉曼光谱,同时有很强的光荧光。更换成1064nm的近红外激光波长后,基本消除了光荧光和共振效应的影响,可用来测量蔬菜水果的有效成分,而514.5nm激发下只出现胡萝卜素的光谱,为区分蔬菜水果表面的外来物质,如农药,提供了很大的方便。     

激光光镊拉曼光谱仪信噪比测量研究

通过对激光光镊拉曼光谱仪系统信噪比测量分析研究表明：在一定条件下,平均背景噪声随冷却温度降低而缓慢减小,在激发波长不变时对应的信噪比逐渐增加;曝光时间的延长使系统信噪比以不同比例线性增加;激光输入功率和系统信噪比成正比．这为单细胞拉曼光谱测量与分析提供了有力的实验依据．     

氢同位素转动跃迁拉曼频移的理论计算

激光拉曼光谱作为一种非侵入式的物质结构和成分分析的测试手段特别适合于核工业中含氚放射性同位素气体的定性和定量分析。将经典物理学方法和量子力学理论相结合,采用非刚性转子校正模型,计算获得了H2、HD、HT、D2、DT、T26种氢同位素气体分子的转动跃迁拉曼频移,为氢同位素气体拉曼光谱谱峰的辨识提供理论数据。通过实验测定H2和D2的转动拉曼光谱,得到这2种分子的转动拉曼图谱和拉曼频移,并将测定结果与计算结果进行比较,验证了理论计算方法的可行性和正确性。     

基于MEMS微镜的长波近红外光谱仪的设计与实现

为适应光谱仪微型化、集成化的发展趋势,详细分析了MEMS微镜应用于微型长波近红外光谱仪的方法和涉及的主要问题,例如分光系统的设计、MEMS微镜的选择、探测器与前置放大电路的设计等。并将50 Hz谐振频率、峰峰驱动电压为10V的MEMS微镜、高灵敏度的InGaAs单元探测器,结合立特罗式分光光路,设计和实现了900～2 055 nm波段的微型长波近红外光谱仪样机,其中1 000～1 965 nm谱段的光谱分辨率介于9.4～16 nm之间。采用MEMS扫描微镜技术后,一方面简化了光谱仪中的复杂机械结构,使尺寸可以更小;另一方面实现了单探测器的长波近红外光谱仪,与阵列长波近红外探测器光谱仪相比,成本有所降低。作为应用实例,此样机成功对纯水以及乙醇-水溶液的长波近红外光谱进行了测量,实现了乙醇-水溶液的浓度预测分析,其中本样机测量的纯水长波近红外光谱与文献相符。     

波长选择算法在近红外光谱法中药有效成分测量中的应用

建立基于仪器分析方法的质量标准是中药进入国际市场的必要条件。近红外光谱技术以其能够反映样品的多种信息、易于在线应用的优势,应用于中成药生产的在线质量监控,可以提高中成药的质量控制标准,加快中药现代化的进程。但在近红外光谱检测中存在着各成分谱图重叠严重,光谱信息冗余,特征吸收区域不明显的问题,需要对采集到的波长进行优选,以达到提高模型预测精度和简化模型的目的。从近红外光谱方法测量中药有效成分的基础研究入手,以冰片含量的检测为例,尝试采用遗传算法与模拟退火算法结合的模拟退火遗传算法及物理意义相对明确的多链逐步选择法对校正模型的波长进行优选。结果表明,波长选择的方法可以使模型采用的波长数减少的同时提高预测精度,波长选择最多可将波长数减少84％,预测精度提高47.6％。     

可溶性与不可溶性聚苯胺的红外与Raman光谱研究(英文)

本文比较了可溶性与不可溶性聚苯胺的红外吸收光谱与 Raman 光谱,表明两种聚苯胺在结构上有明显差别。可溶性聚苯胺的主要红外特征峰频率向高频方向移动,吸收带变窄,肩峰清晰可辨。对应于醌基团振动的1595cm~(-1)谱线相对于苯基团振动的1499cm~(-1)谱线强度减弱,1300cm~(-1)谱峰消失。表明可溶性聚苯胺中醌结构单元的数量少,而且含有偶氮基团 N=N 伸缩振动的特征吸收峰1450cm~(-1)。比较两者的 Raman 光谱也给出了相同的结果。可溶性聚苯胺中相对于氧化单元中醌结构的特征峰1566cm~(-1)谱线比相对于还原单元中苯结构的特征峰1620cm~(-1)谱线强度弱得多,也表明可溶性聚苯胺比不可溶性聚苯胺含有较少的醌结构。根据聚苯胺导电机制的质子化模型,由红外与Raman 光谱中相应谱的相对强度的差别可以估计,可溶性聚苯胺具有氧化型与还原型交替结构,质子化程度较低,仅约15%,因此电导率显著下降。     

近红外拉曼光谱干扰特例的成因分析

一台激光拉曼光谱仪,在进行785.18 nm近红外激发测定时,出现许多不规则的干扰谱峰,发现是出光滤光片(Notch filter)的带阻特性不良造成的.并就带阻滤光片的吸收光谱进行了分析和探讨.     

基于逐步回归法的近红外光谱信息提取及模型的研究

基于多元线性回归的逐步分析算法 ,依据小麦粉的近红外吸收特性机理 ,对小麦粉的近红外光谱(10 0 0～ 2 5 0 0nm)划分三波段 (Ⅰ :10 0 0～ 14 0 0nm ;Ⅱ :14 0 0～ 186 0nm ;Ⅲ :186 0～ 2 5 0 0nm) ,并进行了各波段的光谱信息提取 ,确定了回归特征波长 ,对不同波段建立的回归模型进行了比较 ,给出了各段回归的最佳数学模型。通过对小麦粉近红外谱的信息提取及蛋白质成分的定量分析 ,比较和讨论了不同波段所建模型对小麦粉蛋白质含量的近红外分析结果 ,在应用中有一定的参考价值。     

一种基于SCARS策略的近红外特征波长选择方法及其应用

针对近红外光谱数据的内在特点,提出了一种基于稳定性竞争自适应重加权采样(stability competitive adaptive reweighted sampling, SCARS)策略的近红外特征波长优选方法。该方法以PLS模型回归系数的稳定性作为变量选择的依据,其过程包含多次循环迭代,每次循环均首先计算相应变量的稳定性,而后通过强制变量筛选以及自适应重加权采样技术(ARS)进行变量筛选;最后对每次循环后所得变量子集建立PLS模型并计算交互验证均方根误差(RMSECV),将RMSECV值最小的集合作为最优变量子集。利用饲料蛋白固态发酵过程近红外光谱数据集对所提方法进行了验证,并与基于PLS的蒙特卡罗无信息变量消除法(MC-UVE)和竞争自适应重加权采样(CARS)方法所得结果进行了比较。试验结果显示： 建立在SCARS方法优选的21个特征波长变量基础上的PLS模型预测效果更好,其预测均方根误差(RMSEP)和相关系数(R_p)分别为0.054 3和0.990 8;该优选策略能有效地增强固态发酵光谱数据特征波长变量选择的准确性和稳定性,提高了模型的预测精度,具有一定的应用价值。     

拉曼光谱中荧光抑制技术的研究新进展综述

拉曼光谱技术反映了物质的结构特征,可用于分析有机或者无机样品的化学组分。但由于某些被测物的荧光背景远远强于拉曼信号,这些物质的拉曼光谱测量有时十分困难,这限制了拉曼光谱的广泛应用。因此有必要在拉曼检测中对荧光采取抑制措施以准确获取高信噪比的拉曼光谱指纹信息。近些年来,很多的相关研究探讨及发展了多种荧光抑制的新方法。在目前的科研活动中,常用的技术有表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、共焦显微拉曼光谱技术和高温拉曼光谱技术等。这些技术解决了拉曼光谱早期存在的一些问题,如荧光干扰、灵敏度低等,极大地扩展了拉曼光谱技术在各个领域的应用。而这些新方法可大致归类为物理/化学方法,基于光学性质不同衍生的方法,计算处理方法和其他方法。文章概括性的介绍了上述方法的理论、实现方式,并分析比较了各自的特点。     

稀土化合物Raman谱中荧光带的辨认

研究了三价稀土氧化物及退火结晶褐钇铌矿和褐铈铌矿在４８８０和５１４５ｎｍ激光激发下所得Ｒａｍａｎ光谱中的荧光带。结果表明,在这两种激光线激发下,Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋和Ｅｒ３＋的荧光对稀土化合物的Ｒａｍａｎ光谱有很大干扰。提出几种在稀土化合物Ｒａｍａｎ光谱中辨认荧光带的方法。     

Tb掺杂的硅铝酸盐的拉曼光谱及其荧光光谱研究

采用高温固相法制备不同浓度Tb元素掺杂的硅铝酸盐荧光材料。当烧结温度为1 350 ℃时其荧光强度达到最大值。通过X射线衍射图谱可知体系中基质材料为CaAl₂Si₂O₈,Tb元素以Ca₂Tb₈(SiO₄)₆O₂相存在。通过拉曼光谱分析可知,870 cm-1处振动峰与Ca₂Tb₈(SiO₄)₆O₂中Tb与硅氧四面体的伸缩振动相关;Tb原子与硅氧四面体之间的弯曲振动产生408 cm-1振动峰。随着Tb掺杂量的增加,拉曼振动峰强度,荧光分光光度计测得的荧光光谱以及拉曼光谱仪测得的光致发光光谱的峰强均呈现先增后减的变化规律。该体系中Tb元素与硅氧四面体匹配数量逐渐增加,当Tb掺杂量超过一定极限值时,体系内发生浓度猝灭,导致荧光性能下降。采用325 nm激光作为激发光源,用拉曼光谱仪的光致发光测量模式产生的峰形与传统荧光分光光度计的光谱曲线一致,但其光谱分辨率明显高于传统荧光分光光度计获得的光谱,有助于对细微能级跃迁现象加以区分。     

Vibrational spectroscopy for milk fat quantification: line shape analysis of the Raman and infrared spectra

This paper presents a systematic analysis of the infrared absorption spectra and Raman scattering of the triacylglycerol molecule predominant in raw bovine milk. Gas chromatography measurements were also performed and revealed the palmitic, stearic, and oleic acids as the most predominant fatty acids in the composition of milk. Based on the gas chromatography results, infrared, and Raman spectra of the triacylglycerol with this combination of fatty acids were simulated. The theoretical spectra were compared with the experimental ones of milk fat and fluid raw milk. Assignment of bands of milk fat was proposed, which can be used for a quality monitoring of the product. We also performed a multivariate model of partial least squares from samples of fluid milk with different concentrations of fat. As a result, the most important variables in the projection were selected as vibrational markers for quality monitoring and quantifying of this important constituent of milk. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.