基于质谱技术的代谢组学研究及其在中国的发展

代谢组学是关于生物系统代谢物组成及变化规律的科学,是系统生物学的重要组成部分.质谱技术是目前代谢组学研究中最主要的分析手段之一,广泛应用于代谢组学各个领域.本文阐述了基于质谱技术的代谢组学方法及其应用,重点介绍和评论了近年来我国在该领域取得的进步和成果,并对基于质谱技术的代谢组学研究目前存在的问题及未来的发展进行了分析与展望.     

高活性和高稳定性的核壳结构PtPx@Pt/C催化氧还原

在质子交换膜燃料电池中,金属铂是最高效的阴极氧还原催化剂之一,但是铂昂贵的价格严重阻碍了其在燃料电池领域中的大规模商业化应用.通过铂与3d过渡金属(Fe、Co和Ni)合金化可以有效提高催化剂的氧还原活性,然而在实际的高腐蚀性、高电压和高温的燃料电池运行环境中,铂合金纳米粒子易发生溶解、迁移和团聚,从而导致催化剂耐久性差.同时过渡金属离子的溶出会影响质子交换膜的质子传导,并且一些过渡金属离子会催化芬顿反应,产生高腐蚀性?OH自由基,加快Nafion和催化剂的劣化.与过渡金属掺杂相比,非金属掺杂具有明显优势:一方面,非金属溶出产生的阴离子不会取代Nafion中的质子,也不会催化芬顿反应;另一方面,与3d过渡金属相比,非金属具有更高的电负性,其掺杂很容易调节Pt的电子结构.因此,本文通过非金属磷掺杂合成具有优异稳定性的核壳结构PtPx@Pt/C氧还原催化剂.通过热处理磷化商业碳载铂形成磷化铂(PtP2),经由酸洗处理产生富铂壳层,即PtPx@Pt/C.X射线粉末多晶衍射结果证明了PtP2相的存在,并且进一步通过电子能量损失谱对纳米粒子进行微区面扫描分析以及X射线光电子能谱分析证实了富铂壳层的存在,壳层厚度约1 nm.得益于核壳结构及磷掺杂引起的电子结构效应,PtP1.4@Pt/C催化剂在0.90 V(RHE)时的面积活性(0.62 mA cm–2)与质量活性(0.31 mAμgPt–1)分别是商业Pt/C的2.8倍和2.1倍.更重要的是,在加速耐久性测试中,PtP1.4@Pt/C催化剂在30000圈电位循环后质量活性仅衰减6％,在90000圈电位循环后仅衰减25％;而商业Pt/C催化剂在30000圈电位循环后就衰减46％.PtP1.4@Pt/C催化剂高活性与高稳定性主要归功于核壳结构、磷掺杂引起的电子结构效应以及磷掺杂增加了碳载体对催化剂粒子的锚定作用进而阻止了其迁移团聚.综上所述,本文为设计同时具有优异活性与稳定性非金属掺杂Pt基氧还原催化剂提供新的思路.     

两种发电机励磁系统远程监测与控制方法研究

同步发电机励磁控制系统的监控是保证发电机良好运行的重要部分,远程监控技术能够有效的对发电机励磁控制系统进行监控,并为励磁控制系统维护人员提供方便.因此针对同步发电机励磁控制系统的典型监测和控制功能,给出了两种发电机励磁系统远程监控方法,首先基于AJAX技术,给出了一种基于web的励磁控制系统远程监测方法,所设计的监测系统能够在局域网或internet网络环境下,使用计算机或智能手机的浏览器进行励磁控制系统的监测,实际测试表明该方法是可行的.之后,为能实现励磁控制系统的远程实时控制,并解决internet网络环境下实时数据传输不稳定的情况,给出了一种基于TCP/IP和VPN技术的励磁控制系统远程监控方法,测试表明该方法能够实现励磁控制系统的实时监测和控制.     

基于状态指标的更新决策方法研究

针对设备在实际运行和执行任务时经常涉及到维修、更新报废等管理活动缺乏定量模型支撑的问题,提出了利用典型部件的预测寿命和非典型部件的历史寿命对设备系统级的健康状态进行综合评估的方法,建立了一种以状态指标为决策序列的动态规划更新决策方法。该方法能综合考虑维修费用和更新费用,确定最优更新决策,降低保障费用,有效的提高了设备的经济效益。最后经过案例分析证明了该方法的有效性,对于提高设备的保障能力和经济效益提供了理论支撑和方法指导。     

大脉冲电流下钨铜电极水和空气中的烧蚀特性

针对水中、空气中脉冲放电条件下金属电极烧蚀速率及烧蚀机理差异,对脉冲大电流作用下水中、空气中钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。在保证放电电流波形一致性的前提下,通过采用高精度天平测量并获取了水中、空气中钨铜电极的阴、阳极烧蚀速率及总烧蚀速率,并对电极表面进行了二次电子观察和背散射电子观察分析。结果表明,大脉冲电流作用下,水中钨铜电极烧蚀较空气中更为严重,钨铜电极的烧蚀主要是金属蒸发引起的汽相侵蚀。由于水介质较空气具有不可压缩性,水中放电电弧集中,电极表面电弧斑点处电流密度和电流作用时间较空气中更为严重,同时由于水中脉冲放电时发生的高温物理化学反应,是造成水中电极烧蚀要高于空气中的根本原因。     

小型撬装式BOG再液化装置的研发及性能测试

以最新研制的大功率回热式脉管制冷机为核心,建立了一台小型撬装式BOG(Boiled off Gas)再液化实验装置。与传统的BOG再液化装置相比,该装置具有结构紧凑、操作简单、经济效益好等优点。通过测试实验,0.4MPa时,在9400W的电机功率下,该装置制冷功率达到267W@86K;对制冷机冷头和冷屏进行改进后,在8450W的电机功率下,该装置在0.3MPa时的制冷功率达到430W@83K。实验结果表明:对制冷机冷头和冷屏进行优化后,装置的有效制冷功率大幅提高。     

基于HRTEM和Raman分析定向多壁碳纳米管阵列的生长机理

以二茂铁、二甲苯为前驱体,石英为衬底,在850 oC的管式炉内采用化学气相沉积法制备出了定向碳纳米管阵列. 高分辨透射电子显微镜和拉曼光谱的结果表明：碳纳米管阵列具有良好的定向性和多壁管状结构,石墨化程度高,并且只在表面存在少量单壁碳纳米管.定向多壁碳纳米管阵列的生长模式为“底部”生长模式,即在生长的初期,当催化剂颗粒较小时,析出的碳原子生成了单壁碳纳米管或与其性质类似的多壁碳纳米管(一般层数小于5层);催化剂颗粒逐渐长大后,大量的碳原子析出后生成了普通的多壁碳纳米管,从而形成了单壁碳纳米管只存在于碳纳米管阵列膜表面和多层碳纳米管膜表面与界面的现象.     

通过双Σ型激光方案控制振动态布居转移

通过使用含时量子波包方法,对HF分子该类型的布居转移动力学进行了研究. 提出双Σ型激光控制方案,用于控制布居从|v=16>能级向|v=0>能级进行转移. 该方案的第一步是将布居从|v=16>经过中间能级|v=11>向|v=7>转移,第二步是将布居从|v=7>经过中间能级|v=3>向|v=0>转移. 在每一个步骤中,三个振动能级在两束重叠的激光脉冲作用下形成一个Σ型的布居转移路径. 通过优化激光的强度、频率和延迟时间,得到了最大的布居转移效率. 计算并比较了正序脉冲和反序脉冲两种情况,在这两种情况下,布居都可以超过90%从|v=16>能级向|v=0>能级进行转移.     

基于DFB激光器的光纤光栅温度检测

波长解调技术是光纤光栅传感技术的关键,提出了一种建立在波长可调谐DFB激光器技术上的波长解调方法,通过线性控制DFB激光器管芯温度达到调谐DFB激光器输出波长。通过实验和分析,得出了激光器调谐波长与管芯温度的对应关系,在此基础上,建立了光纤光栅温度检测系统,系统温度检测误差在1℃范围内,实验结果表明,采用波长调谐进行光纤光栅温度检测的方法,在一定的温度检测范围内具有良好的应用效果。     

铱配合物为能量受体的阴离子型聚芴合成及其蛋白质多糖检测

用Suzuki偶合方法合成了一系列铱配合物为能量受体,侧链为羧酸基团的阴离子型水溶性聚芴.聚芴(P4,P5,P6)中铱配合物含量分别为0%,2%和5%,聚芴P6在水溶液中具有较好的荧光能量荧光转移(FRET)效率.还研究了p H变化对聚合物水溶液荧光光谱性能的影响,结果表明当p H>8时,所含羧基以钠盐形式存在使聚合物具有较好的溶解性和较强的荧光强度,p H<8时,羧基以COOH形式存在,使聚合物溶解度降低造成聚集,荧光发生淬灭.并且进一步研究了不同的蛋白质和多糖对铱配合物含量为5%的聚合物(P6)的荧光光谱变化,如加入带正电荷的溶菌酶后可以发生比较明显的FRET现象,加入中性的血红蛋白后荧光强度略有下降,而疏水作用较强的组蛋白和带负电荷肝素的加入可以增强P6的荧光强度减弱聚合物的FRET,因此聚合物P6可以作为蛋白质和多糖的光学检测器.