单金纳米棒远场散射光谱技术

单金纳米棒(gold nanorod AuNR)的远场光学技术在近几年引起了相当大的关注。由于金纳米棒(AuNRs)独特的局部表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance LSPR)特性,金纳米棒颗粒非常适合高度传导定域在表面的化学或物理刺激产生的光信号。根据该课题组的研究经验,对AuNR的光学探测和光谱学方法的原理、应用、进展和纳米系统表现出新奇的光学特性进行了综述。较为全面地介绍了：(1)AuNR散射光谱相关的各类技术,包括：暗场技术,零差和外差技术,光子晶体技术,空间调制和偏振调制技术等;(2)AuNR散射光谱特性,包括：光谱线形函数,线宽,衬底对光谱的影响以及理论和实验光谱的对比等;(3)相关光谱技术近年来的发展。重点研究了基于LSPR的远场光学散射方法。主要是基于AuNR线性的方法,如直接和间接的散射检测方法。注重强调了介质环境(如底物,表面结合的分子或其他纳米材料等)的重要性以及对散射光谱和消光幅度的影响。特别注重的是AuNR表面及形貌的定量方法及其相关性研究,无论是直接的还是间接的散射的方法,大都给出实验与理论模型精确的比较。这些实验和理论工具的结合可以详细解释单金纳米棒的光学性质。     

近场拉曼光谱技术的发展

将近场光学技术与拉曼光谱相结合,发展出近场拉曼光谱术。综述了近场拉曼光谱探测技术的发展现状,讨论了近场拉曼光谱术的优点和纳米局域光谱分析能力。对两种常用的探测方法(常规近场光谱探测方法和近场增强拉曼光谱探测方法)进行了比较,并介绍了近场拉曼光谱技术在生物、化学、纳米材料等领域的一些应用。     

激光生物光谱

激光光谱技术有很高的光谱分辨率和分析灵敏度，利用它可以深入地研究生物分子反应动力学及某些生物分子的光化学反应机理，把激光生物学的研究提高到分子水平，有助于阐明生物分子的结构和功能，揭示生命现象的奥秘．本文介绍了激光皮秒光谱、荧光光谱、反射光谱、透射光谱等技术，在研究生物分子、生物细胞、各种生物过程以及诊断癌症等方面的进展及应用前景；同时也介绍了几种生物光谱仪器．     

纳米材料结构研究与正电子寿命谱学

从纳米材料的结构特点，重要性和所使用的现代实验手段出发，简要地介绍了已被广泛采用的正电子寿命谱学的基本原理，实验方法和数据分析，给出了微结构分析，温度稳定性，压力效应和动态观察等方面的研究工作，指出了研究纳米材料的微结构对基础学科和技术应用都非常重要，正电子寿命谱学是研究纳米材料的有用工具。     

纳米材料ZrO2的傅里叶变换红外光声光谱研究

首次报道单斜ＺｒＯ２纳米材料在各种微晶粒度下的傅里叶变换红外光声光谱（ＦＴ－ＩＲ－ＰＡＳ），发现随着粒度的减小，波数低于１０４８ｃｍ＾－＾１的谱线强度减弱，而波数高于１０４８ＣＭ＾－＾１的谱线强度增加，一些谱线位置有红移，并观察了压力效应。对上述量效应进行 初步解释。     

基于拉曼光谱技术的甲状腺疾病检测的研究

基于光学成像与光谱技术的无损检测是生物医学光学交叉领域研究的重要发展方向。其中拉曼光谱技术可获得检测对象的生化成分的“指纹信息”,被广泛应用于面向生物分子,细胞以及生物组织的检测诊断研究。甲状腺疾病尤其肿瘤的临床检测往往涉及多方法和技术手段的结合,且存在一定的诊断难度,因此发展新的检测技术方法具有重要的意义。首先综述了拉曼光谱技术在甲状腺细胞系的单细胞拉曼光谱检测与分析,然后介绍甲状腺病理组织和甲状腺正常组织的拉曼光谱鉴别诊断(特别介绍了本研究小组开展以银纳米粒子为增强基底的甲状腺离体组织SERS光谱研究情况),以及拉曼光谱技术在甲状腺激素等方面的研究概况。最后简要探讨了拉曼光谱技术在该领域的研究应用前景和发展方向。     

高温高压下电解质溶液谱学研究的进展

高温高压下电解质溶液研究在理论和工业应用上都具有重要的意义，拉曼光谱、红外光谱、紫外可见光谱、中子和X射线衍射、以及X射线吸收精细结构方法都已经用于它的研究。随着温度升高，溶液的结构发生了变化，离子的缔合度增加，内层配位水的数目减少，出现了离子的多核簇组成。除了静态结构的研究外，也用拉曼光谱进行溶液的动力学探讨。水热金刚石压腔装置是高温高压电解质溶液研究的一个重要的进步，在水热金刚石压腔装置中，拉曼光谱和X射线吸收精细结构两种方法具有重要的应用潜力。     

单壁碳纳米管束针尖增强近场拉曼光谱探测实验研究

针尖增强近场拉曼光谱术是最近发展起来的光谱技术。金属探针在获得样品纳米局域表面形貌的同时,受激光激发,在针尖附近产生增强电磁场,得到与形貌位置精确对应的针尖增强局域拉曼光谱,形貌和光谱的结合实现了纳米局域的光谱指认。文章建立了一套针尖增强近场拉曼光谱测量装置,并用此装置对电弧法合成的单壁碳纳米管进行了近场拉曼光谱探测。测量了直径为100 nm单壁碳纳米管束的针尖增强拉曼光谱,进一步得到至多3根单壁碳纳米管的近场拉曼光谱,实现了超衍射分辨光谱探测。通过与远场拉曼光谱比较发现,针尖增强近场拉曼光谱的增强因子大于230倍。实验证明,同时具有超衍射空间分辨和拉曼光谱信号增强能力的针尖增强近场拉曼光谱术将是纳米材料和纳米结构表征的一种重要方法。     

固/液界面原位红外显微镜和步进扫描时间分辨FTIR反射光谱及其在纳米材料科学中的应用

结合红外显微镜和步进扫描FTIR光谱仪 ,发展了固 /液界面电化学原位显微镜红外反射光谱和步进扫描快速时间分辨FTIR反射光谱 ,并应用于纳米材料特殊性能和电化学反应动力学的研究。研制纳米结构Pt微电极 ,获得CO吸附的红外特征随纳米结构和纳米尺度变化的原位显微镜红外谱图。利用纳米结构Pt微电极的异常红外效应 ,显著提高电化学原位红外反射光谱的灵敏度 ,获得分辨率达 5 0 μs的步进扫描时间分辨光谱。不仅发展了固 /液界面显微镜原位红外反射光谱新方法 ,并且拓展了电化学原位红外反射光谱在纳米材料科学研究中的应用。     

铁电纳米材料BaTiO_3的激光拉曼光谱分析

铁电纳米材料BaTiO_3具有尺寸均匀,形貌统一的单晶纳米立方体结构。以LRS-Ⅲ型激光拉曼/荧光光谱仪为测量仪器研究其在固体纳米材料BaTiO_3分析中的应用。用碱热法制作得到4种无掺杂铁电纳米材料BaTiO_3,分别标记为纯1、纯2、纯3、纯4,将四种固体纳米材料作为标样待测;另取两个不同浓度Eu(铕)元素掺杂的材料分别标记为掺杂1、掺杂2待测。本实验中,不仅对比分析了不同烧结温度和时间下的固体纳米材料BaTiO_3激光拉曼光谱,并做出了相应的解释说明。与此同时,对掺杂BaTiO_3的也做了拉曼光谱对比分析,研究掺杂对固体材料拉曼谱线的影响。研究结果表明,含有相同成分的固体材料其拉曼谱线相似,且不同掺杂引起拉曼谱线的变化不同。最后用相关系数对掺杂材料和无掺杂材料做了进一步分析。从总体来看类内相关系数较高而类间相关系数较低,但即便掺杂的量比较少,对相关系数也有明显的影响。结合相关系数可以明确地判断出两种物质是否同类,如果已知某一种没有掺杂,那么,就可以很容易地判断出另一种材料中是否有掺杂。     

Measurements of nanometer scale interface diffusion between tungsten and niobium thin films using high frequency laser based ultrasound

This article presents the use of a quantitative analysis technique to describe time-resolved acoustic spectroscopy (high frequency laser based ultrasound) measurements of atomic diffusion on nanometer length scales occurring at the interface between sputter-deposited tungsten and niobium films. The extent of diffusion at the tungsten-niobium interface is determined by comparing experimental, simulated, and theoretical transfer functions between acoustic arrivals. The experimental and simulated transfer functions use the spectral content of successive reflected acoustic waves and the theoretical transfer function is based on the transfer matrix of an equivalent stratified interface region. This combination of theoretical, simulated, and experimental analyses makes it possible to separate signals with distinct differences between the as-deposited interface and those interfaces diffused to an experimentally determined 0.8-nm and 1.4-nm extent. Comparison of predicted and measured diffusion depths for this diffusion couple indicates that bulk diffusivities are not appropriate for describing nanometer scale interface diffusion.     

(纳米MCM-41)-CdS主-客体复合材料的制备及光学性质

以水热法制备了纳米微粒MCM-41分子筛，通过离子交换法将Cd(II)交换到分子筛中，然后采用硫代乙酰胺作硫化氢前驱体对(MCM-41)-Cd进行硫化，制备出主-客体复合材料(MCM-41)-CdS．化学分析表明，客体成功地组装到分子筛中．粉末X射线衍射结果表明，组装过程并未破坏所制备的主-客体材料中分子筛的骨架，分子筛骨架完整且结晶度仍然很高．红外光谱表明所制备材料骨架保持完好．低温N2吸附-解吸附研究表明，相对于MCM-41分子筛主体所制备的复合材料孔体积、孔尺寸及比表面积降低，表明客体在分子筛孔道内组装成功．制备的主-客体复合材料固体扩散漫反射吸收光谱相对于CdS体相呈现某些蓝移，说明客体处于分子筛孔道内，也表明分子筛主体对纳米硫化镉客体表现出明显的立体限域效应．(纳米MCM-41)-CdS及(微米MCM-41)-CdS样品呈现明显发光．     

半导体纳米材料和物理

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分，纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。文章介绍了半导体纳米材料研究的新进展，包括四个方面：半导体自组织生长量子点，纳米晶体，微腔光子晶体和纳米结构中的自旋电子学。本世纪开始的半导体纳米材料的研究是上世纪半导体超晶格量子阱研究的延续，同时又开辟了一些新的领域，如：单电子的电子学、单光子的光子学，微腔和光子晶体，稀磁半导体和自旋电子的相干输运等，这些研究将为研制在新原理基础上的新器件和实现量子计算、量子通信打下基础。     

微纳米加工技术在纳米物理与器件研究中的应用

物质在纳米尺度下可能呈现出与体材料不同的物理特件，这正是纳米科技发展的基础之一。要想探索在纳米尺度下材料物埋性质的变化规律及可能的应用领域，离不开相应的技术手段，微纳米加工技术作为当今高技术发展的重要技术领域之一，是实现功能人工纳米结构与器件微纳米化的基础。本文根据几个不同的应用领域，介绍了微纳米加工技术在纳米物理与器件研究领域的应用。     

纳米三氧化二铬的拉曼散射

纳米三氧化二铬的拉曼散射左健冯建平许存义（中国科学技术大学结构分析开放实验室安徽合肥２３００２６）吴若（江西师范大学物理系江西南昌３３００２７）ＲａｍａｎＳｃａｔｅｒｉｎｇｏｆＮａｎｏｓｃａｌｅＣｈｒｏｍｉｃＯｘｉｄｅｓＺｕｏＪｉａｎ，ＦｅｎｇＪｉａ...     

Superhydrophobicity of polyvinylidene fluoride membrane fabricated by chemical vapor deposition from solution

Due to the chemical stability and flexibility, polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes are widely used as the topcoat of architectural membrane structures, roof materials of vehicle, tent fabrics, and so on. Further modified PVDF membrane with superhydrophobic property may be even superior as the coating layer surface. The lotus flower is always considered to be a sacred plant, which can protect itself against water, dirt, and dust. The superhydrophobic surface of lotus leaf is rough, showing the micro- and nanometer scale morphology. In this work, the microreliefs of lotus leaf were mimicked using PVDF membrane and the nanometer scale peaks on the top of the microreliefs were obtained by the method of chemical vapor deposition from solution. The surface morphology of PVDF membrane was investigated by scanning electronic microscopy (SEM) and atomic force microscope (AFM). Elemental composition analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that the material of the nanostructure of PVDF membrane was polymethylsiloxane. On the lotus-leaf-like PVDF membrane, the water contact angle and sliding angle were 155° and 4°, respectively, exhibiting superhydrophobic property.     

基于太赫兹时域光谱技术的光学参数提取方法的研究进展

光学参数是宏观上表征材料光学性质的物理量,间接反映了材料的微观特性,对光学参数准确的提取可以研究材料的微观性质和机理。近年来,太赫兹时域光谱技术作为一种新兴的光谱分析手段已经成为研究的热点。由于太赫兹辐射能量低并且脉冲宽度窄(皮秒量级),太赫兹时域光谱技术在提取光学参数方面具有无损伤和高时间分辨率的特点。本文总结了基于太赫兹透射和反射时域光谱技术的光学参数提取方法的研究进展,着重阐述了几种经典方法,分析了每种方法的优缺点,并讨论了太赫兹时域光谱技术用于提取材料光学参数的挑战。研究结果表明,透射法适用于对太赫兹波吸收较弱的物质,而反射法则适用于对太赫兹波有强烈吸收的材料。     

非均匀固体籽粒近红外光谱采集方法研究

近红外光谱定性分析技术研究中实验对象主要包括液态物质、粉末状物质和非均匀固体颗粒物质。液态物质与粉末状物质属于均匀分布被测对象,光谱采集与分析相对容易。而非均匀固体样品大小不一、形态各异、内部物质分布不均匀,近红外光谱中既包含定性分析中需要提取的种类信息,又包含需要消除的个体差异信息,因此相对于均匀分布的液体或粉末状物质,非均匀固体分析难度更大。目前国内外尚未建立对于大小不一、形状各异的非均匀固体颗粒物质的有效近红外定性分析方法。以非均匀固体谷物玉米籽粒为主要研究对象,在研究多种光谱采集方式的基础上,分析了非均匀固体籽粒光谱采集的特点,设计了针对非均匀固体籽粒的光谱采集装置,为确保实验结果的客观性,采用了朴素贝叶斯分类器、K近邻、支持向量机、BP神经网络、仿生模式识别等5种模式识别方法,建立在漫反射及漫透射方式下单籽粒玉米近红外光谱多品种定性分析模型,并对漫反射与漫透射方式下所建立的定性分析模型进行对比实验,分析胚面朝向对玉米单籽粒的漫反射与漫透射光谱定性分析模型鉴别效果影响,测试集与建模集时间间隔长短对漫反射及漫透射方式下玉米单籽粒品种鉴别精度的影响。实验结果表明采用漫透射方式建立的模型不易受到非均匀固体籽粒摆放方式的影响,且模型具有更好的泛化能力,为后续研究提供可行光谱采集方法。以非均匀固体玉米籽粒为主要实验对象,对其采集方法与定性分析模型进行研究,可为类似形态被测物体的近红外光谱定性分析提供有益借鉴,具有重要研究意义。     

Optical properties of (nanometer MCM-41)-(malachite green) composite materials

Nanosized materials loaded with organic dyes are of interest with respect to novel optical applications. The optical properties of malachite green (MG) in MCM-41 are considerably influenced by the limited nanoporous channels of nanometer MCM-41. Nanometer MCM-41 was synthesized by tetraethyl orthosilicate (TEOS) as the source of silica and cetyltrimethylammonium bromide (CTMAB) as the template. The liquid-phase grafting method has been employed for incorporation of the malachite green molecules into the channels of nanometer MCM-41. A comparative study has been carried out on the adsorption of the malachite green into modified MCM-41 and unmodified MCM-41. The modified MCM-41 was synthesized using a silylation reagent, trimethychlorosilane (TMSCl), which functionalized the surface of nanometer MCM-41 for proper host-guest interaction. The prepared (nanometer MCM-41)-MG samples have been studied by powder X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, low-temperature nitrogen adsorption-desorption technique at 77 K, Raman spectra and luminescence studies. In the prepared (nanometer MCM-41)-MG composite materials, the frameworks of the host molecular sieve were kept intact and the MG located inside the pores of MCM-41. Compared with the MG, it is found that the prepared composite materials perform a considerable luminescence. The excitation and emission spectra of MG in both modified MCM-41 and unmodified MCM-41 were examined to explore the structural effects on the optical properties of MG. The results of luminescence spectra indicated that the MG molecules existed in monomer form within MCM-41. However, the luminescent intensity of MG incorporated in the modified MCM-41 are higher than that of MG encapsulated in unmodified MCM-41, which may be due to the anchored methyl groups on the channels of the nanometer MCM-41 and the strong host-guest interactions. The steric effect from the pore size of the host materials is significant. Raman spectra firmly demonstrated the stable form obtained after the MG incorporation into the nanometer MCM-41. Therefore, nanometer MCM-41 appears to have a good potential for its use as a support for dyes and the (nanometer MCM-41)-MG composite materials may give a wide optical application.     

Applications of Infrared Spectroscopy to Biochemical,Food, and Agricultural Processes

Abstract

Integrated investigations on infrared spectroscopic characteristics of metabolites and on applications of infrared spectroscopy to foodstuff production, food processing, and tasting are described. As the important metabolites, saccharides, which play very important roles in various functions, located in the central position of the metabolic pathways, were selected, and the spectral features of the saccharides and related materials are discussed. Additionally, the applications of spectral analysis to the monitoring of the enzyme reaction and the sugar metabolic processes, which are the main materials in food processing, are described. Furthermore, the studies on the spectroscopic measurements during the cultivation of agricultural products as foodstuffs and in the tasting as the final quality evaluation of foods are represented. These results suggest that infrared spectroscopy could be very effective for evaluating foodstuff production and the tasting of the processed foods and that the applied topics should provide fundamental information about the spectral behavior of the metabolites and bioproducts.