2016年, 第28卷, 第1期　刊出日期：2016-03-31

  

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表面增强拉曼散射技术
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  单粒子半导体材料光催化活性的空间分辨表面增强拉曼光谱研究

  朱剑，安虹宇，陈若天，范峰滔*，李灿*

  光散射学报. 2016, 28(1): 1-5. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601002

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     通过块状材料溶解(BMD)方法合成了形貌规整的BiVO₄单晶样品。利用原子力显微镜联用的共焦拉曼光谱借助表面等离子增强效应从微纳尺度研究了单斜层状BiVO₄ {011}和{010}晶面光催化降解行为的反应动力学过程差异，发现在{011}晶面上光催化的降解速率常数是{010}晶面的2倍。另外，光氧化探针辅助的单粒子荧光成像进一步佐证了该结果，荧光探针分子在光激发下主要在{011}晶面上被氧化。
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  基于SERS法的苹果中农药残留的定性及定量分析

  赵琦，刘翠玲*，孙晓荣，苗雨晴

  光散射学报. 2016, 28(1): 6-11. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601003

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         使用共焦显微拉曼光谱仪，结合表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering ,SERS）技术，采集含有农药马拉硫磷和二嗪农的苹果汁样本的基于银纳米溶胶的表面增强拉曼光谱，采用距离匹配和判别分析的方法对其进行定性分析。然后结合偏最小二乘（Partial Least Squares ,PLS）方法对两种农药的表面增强拉曼光谱分别进行数学建模分析。结果表明表面增强拉曼散射（SERS）技术对无损快速定性分析马拉硫磷和二嗪农具有较高的准确性，而定量分析二者的含量也具有较高的可行性。
  
材料研究中的应用
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  硒化钨拉曼光谱层数效应

  杨学弦1，张峰1，刘理军1，廖文虎1，刘永辉2，莫贤通1，冯晶1

  光散射学报. 2016, 28(1): 12-15. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601004

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      应用键弛豫理论（BOLS）对层状硒化钨材料的拉曼光谱进行定量分析，得出了硒化钨层数与键参数的数值函数关系。澄清了硒化钨拉曼频移层数效应的内在起因：硒化钨层数增加时，拉曼振动模A_1g发生蓝移是由于最近邻原子的影响；成建原子控制着硒化钨拉曼E¹_2g模和B¹_2g模的红移。
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  转角多层石墨烯层间耦合的共振拉曼光谱研究

  吴江滨1，张昕1，韩文鹏1，乔晓粉1，M. Ijas2，A.C. Ferrari2, 谭平恒1*

  光散射学报. 2016, 28(1): 16-22. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601005

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      我们通过共振拉曼光谱测量了转角多层石墨烯的层间振动模式：剪切模和呼吸模。根据改进的线性模型，我们发现在转角多层石墨烯界面处的层间呼吸耦合与正常Bernal堆垛多层石墨烯的强度相当。此结果显著地不同于层间剪切耦合，后者在转角多层石墨烯界面处的层间剪切耦合减弱到了正常Bernal堆垛多层石墨烯的20%。另外，我们首次发现在层间呼吸耦合存在着次近邻原子层之间的相互作用，其强度为最近邻的9%。我们发现当采用与界面层间旋转角度相对应的激发光时，转角多层石墨烯的拉曼信号得到极大的增强。为此，我们引入光学跃迁允许的电子联合态密度的这一概念，通过理论计算，我们发现这种联合态密度的极大值决定了拉曼信号共振线型的激发光能量极值。本研究表明，层间振动模式是探测二维层状异质层间耦合的有效手段，为其在器件应用方面的研究奠定了基础。
  
化学和生物研究中的应用
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  拉曼光谱检测水中痕量甲基膦酸

  王楠1，程振兴1*，张鸿鹏1，黄志平1，刘广强2，蔡伟平2

  光散射学报. 2016, 28(1): 23-26. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601006

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      基于化学增强理论，选取了银、镍和铁等过渡金属离子与甲基膦酸（MPA）分子进行络合，采用拉曼光谱技术对水相中微量的甲基膦酸进行检测。结果表示，银离子对于水相中甲基膦酸的拉曼增强效果最佳；并且添加银离子后并不影响其定性检测；进一步的条件优化实验表明，随着银离子添加量的增加，增强效果会先增大后减小，当C_MPA：C_Ag时增强效果达到最佳，检测下限为20 pg。
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  2000年以来拉曼光谱在考古中的应用

  冯泽阳1,张卫红2，郑颖3，朱铁权1，陈建2*

  光散射学报. 2016, 28(1): 27-41. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601007

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      拉曼光谱有着原位无损分析的特点，被广泛应用在考古文物的鉴定与研究中。自2000年以来，随着拉曼光谱技术的不断发展完善，国内外学者积极探索和发掘其在考古研究和文物保护领域的应用潜力。本文详细综述了2000年以来拉曼光谱在考古领域的应用，尝试对相关文献资料进行分类总结，阐述拉曼光谱对考古研究的重要性。
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  天然祖母绿和水热法合成祖母绿的拉曼光谱分析

  曹盼，康亚楠，祖恩东*

  光散射学报. 2016, 28(1): 42-44. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601008

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        水热法合成祖母绿的化学成分、晶体结构和宝石学性质与天然祖母绿相似，常规宝石学检测项无法有效区分。合成祖母绿的生长环境比天然祖母绿理想，其晶格应力较小，相应的声子寿命较长，对应的拉曼谱峰线宽较窄，因此拉曼光谱半高宽可提供祖母绿是天然或合成的信息。本论文使用德国布鲁克Senterra型激光拉曼光谱仪进行测试分析，发现天然祖母绿的半高宽均在8.5 cm^-1以上,而水热法合成祖母绿均在8.5 cm^-1以下。
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  中国古建筑石灰灰浆的光谱分析技术

  刘照军1，王继英2，王文佳1，杨蕊3

  光散射学报. 2016, 28(1): 45-50. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601009

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        石灰是中国古代最早使用的重要胶凝材料，广泛应用于房屋、墓葬、城墙、堤坝等古代建筑工程中。古人还在石灰灰浆中添加糯米浆、动物血液、植物汁液、红糖、桐油、纸筋、秸草等有机材料以增进其性能。此外，中国古代还使用石灰、粘土和砂石组成现在称为“三合土”的混合石灰材料以构筑墓葬、城墙和水利工程等建筑墙体。在古建筑遗址的修复和保护工作中，本着“修旧如旧”的原则，必须对古建筑修建所采用的原材料和施工工艺进行分析研究，从而为修复工作提供科学可靠的依据。本文综述了在对中国古代建筑石灰灰浆的分析中所采用的光谱分析技术，包括拉曼光谱、红外光谱、X射线衍射和X射线荧光光谱，以及扫描电子显微镜、热重分析等其它一些分析技术，讨论了各种分析技术的用途、优势和劣势。
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  FLiNaK-ZrF4体系的Raman光谱及量子化学计算研究

  王晨阳，孙理鑫，牛永生，胡聪伟，周伟，胡伟青

  光散射学报. 2016, 28(1): 51-55. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601010

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      本文采用量子化学从头计算方法对FLiNaK-ZrF₄体系中锆的不同配位结构及不同阳离子的影响进行了模拟计算，锆的配位数与其特征峰的峰位呈线性关系。对不同配比的FLiNaK-ZrF₄体系样品进行拉曼光谱实验，结果表明，随着ZrF₄含量的增加，体系中自由F^-浓度减小，导致锆的配位数降低并出现桥氟结构。高温熔融状态下，FLiNaK-0.37ZrF₄样品中六配位结构分解形成五配位和七配位结构。
其他光谱技术及应用
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  三种山姜干粉的红外光谱对比分析

  李家旺，刘艳，司民真

  光散射学报. 2016, 28(1): 56-61. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601011

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       本文采用傅立叶变换红外光谱（二阶导数谱）法对三种山姜干粉红外吸收光谱进行了对比分析。山姜块根干粉中含有蛋白质（氨基酸）、姜辣素与二苯基庚烷、单糖与多糖（包括淀粉）。三种山姜糖类的化学成分的类型绝大多数是相同的，但不同类型糖的相对含量有一定的差异。三种山姜β转角构型的蛋白质含量近似相等。桂南山姜的β转角构型的蛋白质含量较高，宽唇山姜的β折叠构型的蛋白质含量较高
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  彩色半色调墨点边缘羽化的Clapper-Yule扩展模型

  何晓敏1，王颖1，柯能1，张逸新2*

  光散射学报. 2016, 28(1): 62-69. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601012

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       研究了墨点边缘发生羽化现象（非二值理想墨点）对印品光谱反射率的影响，为色彩预测模型的理论研究提供一个新的思路。采用二维高斯函数模拟墨点表面的形态，利用多重积分计算出墨点羽化后的体积，根据体积的恒常性即羽化前后墨点体积相等，推导出含边缘坡度因子 的网点面积率以及含墨层相对厚度因子的油墨透射率，由此建立了一个Clapper-Yule扩展模型。模型的数值模拟结果表明墨点边缘油墨铺展导致了网点的物理扩大，增加了油墨对光的吸收，降低了最终的光谱反射率。采用Clapper-Yule分程模型对颜色进行预测时需考虑墨点边缘羽化所带来的物理网点扩大，该模型适用于彩色半色调印品的颜色预测与控制。
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  半色调印刷品中光传播过程的蒙特卡罗模拟

  刘洪豪，王琪*，柴江松, 于艺铭

  光散射学报. 2016, 28(1): 70-76. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601001

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       基于蒙特卡罗方法思想，结合半色调印刷品网点的结构属性，提出一种研究半色调印刷品呈色性质的模拟方法。考虑光的粒子属性，以程序化语言描述光子在半色调印品中的传播历程，涵盖光子从入射到传播终止的全过程，体现承印物、油墨、网点形状以及面积率变化对光散射行为的影响。对175 lpi的不同网点结构模拟结果表明：该算法能合理模拟光与印品相互作用，适用于光子在多种网点结构中的散射模拟。模拟后的光子能量及位置分布均能可视化显示，经统计分析可转化为反射率、光子分布，散射距离等信息，为半色调印品的微观研究及质量控制提供一种新思路。
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  空间相机常用金属材料表面的BRDF特性

  关洪宇, 刘巨*, 于善猛, 关奉伟

  光散射学报. 2016, 28(1): 77-83. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601013

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     为保证空间相机热设计中表面辐射换热计算准确可靠，基于两种金属材料的光学常数，结合Monte Carlo射线跟踪法应用几何光学近似对其粗糙表面的双向反射分布函数（BRDF）进行了研究。分析了不同入射光波长、不同入射角度及不同表面粗糙度对金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF的影响。结果表明，金属铝和钛材料粗糙表面的BRDF分布具有明显的镜反射特征，入射平面内的BRDF峰值随入射光波长增加而增大，在本文研究的波长范围内，钛表面的BRDF随入射光波长增大的增幅最高达到41.0%，远高于铝表面的8.7%。当表面粗糙度较大时，光子在粗糙表面内会经历多次散射，粗糙表面内多次散射光子数比例随着表面粗糙度的增大而增加，并且随着入射角度的增大具有增加的趋势。
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  柳树病叶的傅里叶变换红外光谱研究

  刘艳1,司民真2.3*,李伦2.3,张德清2.3

  光散射学报. 2016, 28(1): 84-90. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601014

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     利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对三种柳树正常叶和病叶，同一枝条的幼叶、成叶、黄叶、病叶进行光谱测试，旨在分析柳树病叶发生的一些生理变化，并探讨柳树病变对系统聚类的影响。谱图显示不同阶段的叶片光谱变化主要在1800～800 cm^-1。对此波段进行二阶导数处理，清晰可看到蛋白质和木质素的叠加区域1700～1500 cm^-1，草酸钙特征峰1621、1318 cm^-1，糖类特征峰1075 cm^-1附近峰强有明显变化，用吸光度比A1621/A3390、A1318/A3390、A1075/A3390来比较草酸钙和糖类相对含量变化，用1700～1500 cm^-1波段的拟合峰面积比S酰胺I/S木质素、S酰胺Ⅱ/S木质素和S酰胺Ⅱ/ S酰胺I来比较蛋白质相对含量变化。结果显示，病叶的草酸钙相对含量增加、多糖和蛋白质相对含量在减少。将叶片1800～800 cm^-1范围的二阶导数进行系统聚类，发现病叶化学成分的改变没有影响聚类效果，聚类正确率达100%。
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  在低温常压条件下制备一种可用于有机光伏器件空穴传输层的复合膜

  吴运熹1.2，石瑞英1.2*，王彬3，赵红艳3

  光散射学报. 2016, 28(1): 91-96. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201601015

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     空穴传输层是有机光伏器件中的重要组成部分。本文制备了一种可用于空穴传输层的高分子复合膜，制备过程采用了静电自组装（LbL）的方式和低温常压的还原条件。相比于其他制备方式，本文提出的方法不仅厚度可控而且具有更好的电学性能。实验中采用紫外-可见光吸光光度计（UV-Vis spectrometer）对结果进行验证。实验表明，低温常压条件下的还原结果与传统的高温真空条件得到的结果非常接近。低温条件减少了对高分子链的破坏，使得复合膜的空穴迁移率可以由10^-6 cm²/Vs提升到10^-5 cm²/Vs的数量级。