广义二维相关光谱技术及其应用

广义二维相关光谱技术目前逐渐成为光谱分析中广泛应用的研究方法,综述了其历史发展、基本原理、获取谱图方法、数学计算过程、谱图性质及其解释规则,并介绍了二维红外、近红外、拉曼和荧光光谱相关光谱技术在各个领域中的应用,展望了广义二维相关光谱技术的发展趋势。     

拉曼光谱在二维材料研究上的应用

新时代研究型大学要求我们在本科教学中做到基础教学与创新性研究相统一,拉曼散射实验作为近代物理学经典实验之一,在前沿科学研究中有着广泛的应用。二维材料是近年来凝聚态物理与材料科学研究的前沿交叉领域,本文介绍了拉曼光谱技术的基础原理,并系统地概述了拉曼光谱技术在二维材料的结构相变、厚度与成分表征的应用。希望以拉曼光谱在二维材料的表征应用为范例,在大学本科生的创新性实验中引入新的教学内容与实验方法,让学生们了解拉曼散射的应用前沿,激发学生的研究兴趣,提升学生的创新能力,为大学的创新实验与近代物理实验提供新思路。     

二维相关红外光谱技术快速鉴别三七及其伪品

采用红外光谱法并结合二维相关红外光谱技术,对三七及其伪品姜黄、白术进行了快速无损的鉴别研究。在一维红外谱图上,三七及其伪品姜黄、白术中的黄酮成分、芳香成分和糖苷类成分的特征吸收峰均存在一定的差异。在1200~700cm~(-1)波数范围内,三七、姜黄均出现淀粉的特征峰,而白术没有显示淀粉的特征峰,根据各药材的红外光谱中淀粉的特征峰的相对强度,可判断三七中淀粉的相对含量要高于姜黄,而白术药材中不含淀粉。在二维红外谱图上,根据三者的自动峰的位置、数量和峰的相对强度的差异,可快速将三者鉴别出来。因此,常规红外光谱法和二维相关红外光谱技术相结合可实现三七的真伪鉴别。     

二维红外相关光谱在鉴别不同配方树脂中的应用

采用红外光谱结合二维相关分析技术,对添加不同固化促进剂的环氧树脂进行了快速鉴别研究.结果表明,二者在一维红外光谱图上没有差别,但是在二维红外相关谱图上却存在明显的差异.在对4000-2500cm-1和1600-730cm-1两个区域的同步和异步光谱进行研究后发现,配方B有甲基自动峰的出现,而配方A则无;配方A中基团变化顺序为：-CH3＞-CH2＞苯环C=C,醚C-O-C＞一CH2＞苯环C=C,环氧C-O-C＞苯环C=C,苯环=CH＞苯环C=C,苯环=CH＞叔丁基C-C;配方B中基团变化顺序为：环氧C-O-C＞苯环C=C,醚C-O-C＞苯环C=C＞叔丁基C-C,-CH3＞苯环C=C＞叔丁基C-C.研究得到两种树脂体系中-OH、苯环C=C、-CH2、-CH3、叔丁基C-C、醚C-O-C、环氧C-O-C、苯环=CH等基团光谱强度的变化相关性.因此,二维相关红外光谱可以用于揭示树脂反应过程中的高分子链段内不同基团的变化规律和相互作用,并用于一维红外谱图无差别的树脂的鉴别.     

二维材料的变温拉曼光谱研究

拉曼散射是光与物质相互作用过程中发生的一种非弹性光散射现象.由于拉曼散射光通常带有散射物质结构的特征信息,拉曼光谱一直广泛应用于表征材料结构的研究.近年来,拉曼光谱已成为表征低维纳米材料不可或缺的实验内容,因此也对拉曼光谱技术本身的发展提出新的要求.面向表征层状纳米材料的前沿研究,北京大学基础物理实验教学中心在拉曼光谱检测仪器和技术方面进行了一系列的探索.本文主要介绍北京大学近两年在变温拉曼光谱仪研制及二维材料结构表征应用的一些阶段性工作成果.     

拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展

二维材料由于其出色的电子、光学和热学特性而成为近年来的研究热点.随着二维材料研究深入,迫切需要一种能对二维材料结构和性能进行准确表征的技术.拉曼光谱作为一种快速,方便且无损的表征技术,在低维材料结构表征方面具有独特的优势.本文主要综述拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展.通过对二维材料典型拉曼特征峰分析,讨论了拉...     

二维材料在生物传感器中的应用

自石墨烯发现以来,大量二维层状材料被相继发现.二维材料中载流子被限制在界面1 nm空间内,使其对化学掺杂非常敏感,有望引起生物传感领域的技术变革.生物传感过程无论基于何种传感机制,都包含了检测物识别和信号转化过程.检测物识别通常依靠传感界面的生物探针来完成,信号转换依靠二维材料来实现信号输出.在传感界面处对生物探针和二维材料进行原子级精准构筑,则可精确调控传感过程中的物理化学过程,优化器件的各项指标.本文综述了二维生物传感界面构筑领域的研究进展,重点介绍了目前几种常见的二维生物传感器的传感机制和不同类型的生物探针精准构筑方法,探讨了未来生物传感界面研究的发展方向.     

二维相关近红外光谱检测牛奶中的三聚氰胺

配置合格的纯牛奶样本及含有三聚氰胺质量浓度范围为0.01g/L～3g/L的掺杂牛奶样本各20个,并采集其近红外光谱。以牛奶中掺杂三聚氰胺浓度为外扰,构建二维相关同步谱,研究其相关谱特性。在此基础上,结合偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)建立定性模型,可以实现纯牛奶与掺伪牛奶的定性鉴别,正确识别率达100%。同时,将二维相关近红外同步谱矩阵与偏最小二乘法(PLS)结合起来,建立定量分析牛奶中掺杂三聚氰胺的数学模型。对未知样品的预测相关系数R达到0.98,预测均方根误差(RM-SEP)为0.18g/L,说明基于同步相关谱矩阵建立定量分析的数学模型是可行的。该方法无需样品处理,成本低,为快速检测掺伪牛奶提供了一种新的途径。     

几种车前草二维红外相关光谱的分析研究

采用二维相关红外技术,并借助于变温过程所跟踪的动态光谱进行分析研究,分析鉴别了来自不同地区的车前草。对不同地区车前草的峰位、峰形、峰强进行比较,可知它们的一维谱图没有明显的区别,而二维相关谱图中,异步图差异比较明显。凭借二维红外相关谱上的自动峰和交叉峰可以较直观的鉴别不同产地的车前草,而且还可以揭示其两者相应各官能团的变化规律。该法快速、准确,可作为中药材鉴定提供一种方法和手段。     

同步辐射SAXS技术在TATB含能材料微孔结构研究中的初步应用

TATB含能材料的微结构对该材料的感度等有明显的影响,因而对于材料的安全性有着特别重要的意义.小角X射线散射(SAXS)技术是一种分析物质微观结构的重要手段,应用SAXS分析技术可以获取材料中几纳米到几百纳米尺度范围的亚微结构信息.利用同步辐射作为X射线源对TATB钝感炸药进行了小角散射实验测量,获得了SAXS测量谱.对实验谱数据进行处理,可得到样品材料的颗粒分布及内部微孔大小等微结构参数.     

THz光谱技术在炸药及其相关材料检测中的应用进展

太赫兹（THz）光谱技术近年来在航空航天、生命科学、安全检测等领域的应用进展迅速.由于许多炸药及其相关材料在THz波段具有特征吸收，许多非金属、非极性材料对THz波是透明的。且THz波具有低能性，THz光谱技术在安检中具有巨大的应用潜力．文章介绍了国际上THz光谱技术在炸药及其相关材料研究中的现状和进展及文章作者在炸药及其相关材料THz光谱研究方面的成果，讨论了THz技术应用于安全检测领域面临的挑战.     

THz光谱技术在炸药及其相关材料检测中的应用进展

太赫兹（THz）光谱技术近年来在航空航天、生命科学、安全检测等领域的应用进展迅速.由于许多炸药及其相关材料在THz波段具有特征吸收,许多非金属、非极性材料对THz 波是透明的,且THz波具有低能性,THz光谱技术在安检中具有巨大的应用潜力.文章介绍了国际上THz光谱技术在炸药及其相关材料研究中的现状和进展及文章作者在炸药及其相关材料THz光谱研究方面的成果,讨论了THz技术应用于安全检测领域面临的挑战.     

基于二维相关中红外光谱技术的邻苯二甲酸二丁酯检测研究

利用二维相关红外光谱技术对正己烷中常用塑化剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的浓度变化进行了检测研究。利用傅里叶变换红外光谱仪对溶于正己烷中的DBP进行检测,得到742,1 078,1 123,1 281,1 467,1 728,2 873,2 933和2 961cm~(-1)特征吸收峰。将红外光谱分为三个波段400~1 200,1 200~1 900和2 900~4 000cm~(-1),通过二维相关光谱分析技术得知在1 123cm~(-1)波段(苯环面外摇摆及O-—C—O单键伸缩运动)、1 728cm~(-1)(C—O双键的伸缩运动)、2 873和2 961cm~(-1)(CH3伸缩运动)以及3 436cm~(-1)(苯环C—H的面内伸缩运动)对DBP浓度变化比较敏感。结合红外光谱宏观指纹技术以及二维相关光谱分析方法,能够较准确的分析出正己烷中的DBP的浓度变化,为食品中塑化剂含量的检测以及研究塑化剂的迁移规律提供了新的思路和方法。     

拉曼光谱技术及在铀材料分析中的应用

简要阐述了拉曼光谱技术的工作原理、仪器的组成及特点,介绍了拉曼光谱技术在含铀物质结构分析、铀及其化合物的在线研究以及铀溶液化学中的应用概况,提出了存在的问题及将来的发展方向.     

新型机械解理方法在二维材料研究中的应用

自从石墨烯被发现以来,机械解理技术已经成为制备高质量二维材料的重要方法之一,在二维材料本征物性的研究方面展现出了独特的优势.然而传统机械解理方法存在明显的不足,如制备效率低、样品尺寸小等,阻碍了二维材料领域的研究进展.近些年我们在机械解理技术方面取得了一系列的突破,独立发展了一套具有普适性的新型机械解理方法.这种新型机械解理方法的核心在于通过改变解理过程中的多个参数,增强层状材料与基底之间的范德瓦耳斯相互作用,从而提高单层样品的产率和面积.本文着重以石墨烯为例,介绍了该技术的过程和机理.相比于传统机械解理方法,石墨烯的尺寸从微米量级提高到毫米量级,面积提高了十万倍以上,产率大于95%,同时石墨烯依然保持着非常高的质量.这种新型机械解理方法具有良好的普适性,目前已经在包括MoS₂,WSe₂,MoTe₂,Bi2212等几十种材料体系中得到了毫米量级以上的高质量单层样品.更重要的是,在解理过程中,通过调控不同的参数,可以在层状材料中实现一些特殊结构的制备,如气泡、褶皱结构等,为研究这些特殊材料体系提供了重要的物质保障.未来机械解理技术还有很多值得深入研究的科学问题,该技术的突破将会极大地推动二维材料领域的研究进展.     

超快速激光光谱学技术在晶态半导体低维材料中的应用

本文结合作者近年来的工作，评述了用超快速激光光谱学技术对晶态半导体低维材料研究的进展，分别讨论了用超快光谱研究晶态半导体低维材料中载流子各种非平衡过程的优势和原理，提出了需要进一步探讨的方面。     

近红外光谱结合二维相关技术对玉米F1代杂交种的快速筛选

为有效筛选F1代玉米杂交种的优势种,提出了一种基于近红外光谱技术和二维相关谱技术相结合的种子快速筛选方法,以内蒙古奈曼旗当地的推广品种京科958(JK958)作为对照,测定了26个玉米品系的近红外光谱,并对其进行聚类分析。当类间距=10时, 26个品系被聚成3类。第一类是与对照品相近的品系:JK958(对照品种), 26, 14, 489, 263和320等;第二类是9, 542, 16, 121以及57品系;第三类是与对照品较远的品系:317, 582, 284, 264以及157。一般,若两个品系差别越小,其自相关谱强度就越小,反之成立。若两个品系完全相同,理想情况下同步二维相关谱上不会出现任何特征信息,因此可通过自相关谱强度来判别两个品系的相似程度。根据聚类分析结果,选出了品系14, 26, 9和157进行二维相关性分析。其中,品系14和26是在近红外光谱聚类分析中与对照品种JK958相距较近的品系,而9和157则与JK958相距较远。品系14和JK958自相关强度的范围在0.000 0～0.000 2 a.u.;品系26和JK958自相关强度的范围为:0.000 00～0.000 10 a.u.;品系9与JK958的自相关强度范围:0.000 0～0.001 6 a.u.;品系157与JK958的自相关强度约为0.000 4～0.002 0 a.u.;从自相关强度整体来看四个品系与JK958的自相关强度由大到小的排列顺序为15791426,表明:品系26与对照品系JK958最相似。为了验证上述筛选品系方法的有效性,将以田间实地测量的玉米15个主要农艺性状数据,进行聚类分析,并与近红外光谱和二维相关谱快速筛选的结果进行对照。研究发现:农艺性状的聚类分析结果与近红外光谱聚类结果存在交叉(品系320, 26, 24, 147, 109和263)。自相关强度为10~(-5)数量级的品系26与JK958距离较近,被聚到一类;而自相关强度为10~(-4)数量级的品系14, 9和157被聚为一类。农艺性状的聚类结果证实了近红外光谱和二维相关谱技术快速筛选玉米品系的有效性。研究结果表明:近红外光谱+二维相关谱技术对玉米品系进行初步快速筛选是可行的和有效的。     

二维相关光谱探测荧光能量转移现象

以EuCl₃和NdCl₃混合水溶液为研究对象,按正交浓度序列以浓度为外部扰动构建紫外可见-荧光二维相关光谱。在混合溶液的二维相关光谱中,观察到了Eu3+的荧光发射谱峰与Nd^{3+的吸收谱峰之间存在交叉峰。交叉峰的出现表明Eu3+和Nd3+的荧光发射与吸收之间存在能量传递。二维相关光谱中交叉峰的产生并非由于溶剂水分子与溶质(Eu3+或Nd3+)之间相互作用;若以单一溶质的EuCl₃和NdCl₃的水溶液构造模拟的“混合溶液”的拟合光谱构建二维紫外可见-荧光相关光谱,由于Eu3+和Nd3+在空间上相互分离,无相互作用发生,交叉峰并不存在。二维相关光谱的交叉峰可为从光谱学角度探测复杂体系能量传递及其相关机制提供一条新思路。}     

溶菌酶纤维化过程的二维相关红外光谱研究

蛋白纤维化与包括阿尔茨海默病和帕金森病在内的多种影响人类健康的重点大疾病密切相关。研究蛋白纤维化过程对这类疾病的治疗和预防具有重要意义。本文我们以溶菌酶纤维化体系为研究对象,应用二维相关红外光谱技术对蛋白纤维化动力学过程进行了初步探索。通过二维相关分析,我们发现溶菌酶纤维化过程应该是一个蛋白先去折叠之后再聚集的分步过程。同时,我们还发现本该同步变化的蛋白酰胺Ⅰ带、Ⅱ带、Ⅲ带,其变化步调并不同步。对这一现象我们也提出了一个初步的解释。