Determination of 13CO2/12CO2 Ratio by IRMS and NDIRS

Abstract

Breath tests using ¹³C-labelled substrates require the measurement of ¹³CO₂/¹²CO₂ ratio in breath gas samples. Next to isotope ratio mass spectrometry (IRMS), which is very sensitive but also complex and expensive, alternatively isotope selective nondispersive infrared spectrometry (NDIRS) can be used to determine the ¹³CO₂/¹²CO₂ ratio in expired breath. In this study we compared NDIRS- with IRMS-results to investigate whether the less expensive and very simply to operate NDIRS works as reliable as IRMS. For this purpose we applicated 1-¹³C-Phenylalanine to patients with advanced liver cirrhosis and healthy volunteers and took duplicated breath samples for IRMS and NDIRS at selected time points. Our data show a good correlation between these two methods for a small number of samples as required for simple breath tests. Longer series, where repeated measurements are required on the NDIRS instrument lead to a decreasing correlation. This indicates the superiority of IRMS concerning ¹³CO₂-kinetics over longer time periods.     

A Sensitive Isotope Selective Nondispersive Infrared Spectrometer for 13CO2 and 12CO2 Concentration Measurements in Breath Samples

We present a nondispersive infrared spectrometer (NDIRS) for the measurement of the ¹³CO₂/¹²CO₂-ratio in breath samples. A commercial NDIR spectrometer for CO₂ concentration measurements in industrial process control was modified using two separate optical channels for the ¹³CO₂ and ¹²CO₂ detection. Cross interference due to overlapping absorption lines of both isotopic gases was successfully eliminated. The sensitivity of this device is ± 0.4‰ of the ¹³CO₂/¹²CO₂-ratio in a range of 2.5 to 5% of total CO₂. This is sufficient for biomedical applications. Our spectrometer is small in size, cheap and simple to operate and thus a true alternative to isotope ratio mass spectrometers (IRMS). Several biomedical applications with breath samples were demonstrated and were compared in very good agreement with IRMS.     

Cr4+掺杂Li1.14Zn1.43SiO4透明微晶玻璃近红外宽带光谱特性

采用高温熔融法和热处理制备了Cr⁴⁺掺杂Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶玻璃, 探讨了不同热处理温度下样品的物相、微观形貌及发光性能. 结果表明: 580℃热处理2h得到的微晶玻璃, Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶的粒径约为5nm, 在808nm的二极管激发下, 可观察到中心波长位于1226nm, 半高宽为230nm的近红外宽带发射峰, 荧光寿命约为200.73±1.71μs. 随着热处理温度的升高, Cr⁴⁺离子所处的晶体场环境发生了变化, 且可以观察到样品吸收光谱发生微弱的蓝移, 而荧光光谱发生少量的红移, 分析了晶体场环境变化对样品发光性能的影响. 关键词： 铬离子 微晶玻璃 超宽带发光 晶体场     

甘氨酸色氨酸寡肽链的红外光谱的密度泛函研究

运用密度泛函理论, 在6-31 G(d) 基组水平上对甘氨酸色氨酸交替组成的六种寡肽链结构进行几何优化, 并进行了结合能和振动光谱地分析. 结果表明, 寡肽的生长利于结构的稳定性. 随着肽链的生长, 单一基团的振动存在蓝移或奇偶震荡现象; 同类官能团的耦合振动存在红移现象; 而肽链端部基团的振动频率基本不变. 这些丰富的频移现象和尺寸效应、耦合效应、诱导效应、奇偶效应等因素共同竞争有关. 该结果对应用红外光谱对寡肽链的残基数及长度地测量等工作有指导意义. 关键词： 寡肽链 红外光谱 耦合效应 尺寸效应     

电场调谐InAs量子点荷电激子光学跃迁

在低温5 K下, 采用光致发光光谱及外加偏压调谐量子点电荷组态研究了InAs单量子点的精细结构和对应发光光谱的偏振性、不同带电荷激子的圆偏振特性. 得出如下结果: 1) 指认InAs单量子点中不同荷电激子的发光光谱和对应的激子本征态的偏振特性; 2) 外加偏压可以调谐量子点的荷电激子的发光光谱; 3) 伴随着电子、空穴的能量弛豫, 电子的自旋弛豫时间远大于空穴的自旋弛豫时间. 关键词： InAs量子点 激子 荧光光谱 电场调谐     

共掺Mo6+离子的Ca4LaNbW4O20∶Eu3+荧光粉的发光特性

采用高温固相法制备了红色荧光粉Ca4LaNb(W1-x Mo x)4O20∶Eu3+并研究了样品的发光性质。Ca4LaNbW4O20∶Eu3+的激发光谱中包含一个宽的激发带,峰值位于275 nm,归属于WO2-4基团的电荷迁移跃迁。随着Mo6+离子的掺入,Ca4LaNbW4O20∶Eu3+位于275 nm处的吸收带变宽,其原因是O2--Eu3+的电荷迁移跃迁增强。在Ca4LaNb(W1-x Mo x)4O20∶Eu3+的发射光谱中,400~500 nm间较宽的发射带属于WO2-4基团的发射带,而位于591 nm和616 nm的尖锐的发射峰分别属于Eu3+的5D0→7F1磁偶极跃迁和5D0→7F2电偶极跃迁发射。随着Mo6+离子浓度的增加,WO2-4基团的发射带强度下降,从而提高了色纯度。     

Al掺杂四针状ZnO纳米结构的制备及其光致发光和场发射特性

采用热蒸发法成功制备了Al掺杂四针状ZnO纳米结构(T-AZO),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪和场发射测试系统分别研究了不同Al摩尔分数对T-AZO纳米结构表面形貌、微结构、光致发光谱和场发射特性的影响。实验结果表明:T-AZO纳米结构呈现六角纤锌矿结构,Al掺杂对四针状ZnO纳米结构的形貌产生明显影响并且使紫外发射峰产生蓝移。实验中,当Al掺杂摩尔分数为3%时,场发射性能最好,其开启场强为1.33 V/μm,场增强因子为8 420。     

ZnAl2O4：Tb3+荧光粉的合成、结构及其光学性能研究

通过溶胶-凝胶法制备出不同Tb³⁺掺杂浓度和不同二次煅烧温度下的ZnAl₂O₄:Tb³⁺荧光粉, 并利用X射线衍射(XRD)和荧光光谱等对样品进行了表征。由XRD结果可知,当Tb³⁺掺杂的摩尔分数不大于9%,二次煅烧温度在600℃以上时,所得粉体为结晶性良好的尖晶石相。在紫外光激发下,ZnAl₂O₄:Tb³⁺荧光粉的发射光谱由位于488 nm(⁵D₄→⁷F₆)、542 nm(⁵D₄→⁷F₅)、587 nm(⁵D₄→⁷F₄ )和621.5 nm(⁵D₄→⁷F₃)的4个发射峰组成。研究发现,Tb³⁺的掺杂浓度和二次煅烧温度对样品发光强度有着重要影响,当Tb³⁺的摩尔分数为5%,二次煅烧温度为900℃时,ZnAl₂O₄:Tb³⁺荧光粉的发光最强,继续增加Tb³⁺掺杂浓度或提高煅烧温度,分别会出现浓度猝灭和温度猝灭现象。     

氩、氢混合等离子体处理对GaAs表面性质及发光特性的影响

介绍了一种氩、氢混合等离子体清洗GaAs基片的实验工艺,深入研究了氩、氢等离子体清洗GaAs表面污染物和氧化层,并活化表面性能的基本原理,同时讨论了气体流量、溅射功率和清洗时间等不同溅射参数对等离子体清洗效果的影响。结果表明,在氩气和氢气流量分别为10 cm³/min和30 cm³/min,溅射功率为20 W,清洗时间为15 min的条件下,GaAs样品的光致发光强度提高达139.12%,样品表面的As-O键和Ga-O键基本消失。     

近玻尔速度Ne2+离子穿过碳膜引起的电子发射

本文测量了入射能为2–25 keV/u的Ne²⁺离子穿过不同厚度碳膜诱导的前向、后向 (分别对应出射表面和入射表面) 电子发射产额. 实验中通过改变炮弹离子的能量, 系统的研究了势能沉积、电子能损以及反冲原子对前向、后向电子发射产额的贡献. 结果表明, 离子的势能沉积只对后向电子发射有贡献, 前向、后向电子发射产额分别与Ne²⁺离子在薄膜出射、入射表面的电子能损近似成正比关系, 其中电子能损很低 (对应于离子能量很低) 的时候, 反冲原子对电子发射的贡献不能忽略. 关键词： 近玻尔速度 电子发射 电子能损 反冲原子