2019年, 第31卷, 第1期　刊出日期：2019-03-10

  

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综述
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  光声/超声双模态成像技术在生物医学中的新进展

  黄豆豆, 邱棋, 林文珍, 刘基嫣, 黄雅丽, 赵庆亮

  光散射学报. 2019, 31(1): 1-10. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201901001

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  随着激光技术、计算机技术与图像处理分析技术的飞速发展,单一模态的医学影像技术正向一体化、多模态及跨尺度影像技术进行革命性转变。多模态影像技术不仅可以实现对同一生物体进行多角度、多参数及分子层面的结构与功能综合特征信息的提取,而且可以弥补单一模式存在的局限性与不足,从而提高疾病早期检测的准确性,为患者提供更加经济合理、精准有效的诊疗方案,对提高人们的生活质量具有非常重要的临床意义。本文重点阐述目前光声/超声双模态成像技术在生物医学以及脑相关疾病中的应用及新进展,系统讨论了该双模态融合技术在未来生物医学领域中的发展前景。
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  纳米共振单元阵列的结构色研究进展

  潘海宁, 陈溢杭

  光散射学报. 2019, 31(1): 11-18. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190102

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  纳米结构色是一种可见光与纳米结构相互作用产生的颜色。为了分析不同纳米共振单元阵列对可见光的调控特性,本文总结了纳米光栅、金属-绝缘体-金属(MIM)、亚波长孔洞阵列、纳米棒阵列和纳米盘-孔洞阵列这几种等离激元结构的显色机理和滤波效果,同时介绍了纯硅及非纯硅两大类Mie共振纳米结构色。除此以外,文章还讨论了动态调控结构色的方法和大面积制备纳米结构的方法,使基于等离激元和Mie共振的结构色能应用于实际。纳米结构有优良的显色效果并能整合到光电器件中,使其在超高分辨显示、图像信息存储、图像信息加密等领域具备巨大应用潜力。
表面增强拉曼散射技术
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  表面增强拉曼光谱快速检测糕点及白酒中糖精钠的研究

  覃文霞, 余婉松, 郑娟梅, 袁光蔚, 王海波, 刘珈伶

  光散射学报. 2019, 31(1): 19-25. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190103

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  本研究建立了表面增强拉曼光谱快速检测糕点及白酒中糖精钠的方法。基于溶剂萃取法,利用二氯甲烷对糕点及白酒中的糖精钠进行提取,制备金溶胶后将其浓缩作为增强基底,并优化增强基底的条件来获得最佳拉曼信号。结果表明,在1.0 mol/L稀盐酸的酸性条件下用二氯甲烷提取糖精钠,再用0.1 mol/L氢氧化钠溶液适当调节体系酸度后将糖精钠从二氯甲烷中反萃取出来,可获得最高提取效率;将1.0 mol/L稀硝酸作为凝聚剂使浓缩金溶胶与糖精钠分子紧密结合后检测,可获得响应最强的SERS信号。糖精钠在糕点和白酒中的的最低检测浓度分别为0.5 mg/kg和0.5 mg/L,回收率在75%~120%,RSD(n=5)在3.3%~8.6%,该方法灵敏度高,特异性强,前处理方式简单,实现了糕点及白酒中糖精钠的快速检测。
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  新型填充柱-表面增强拉曼光谱联用法的建立及应用

  史毅, 陈伟

  光散射学报. 2019, 31(1): 26-30. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190104

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  基于有机骨架材料超高比表面积及优越的吸附性能,建立新型填充柱-表面增强拉曼光谱联用法。采用金属有机骨架复合材料联合常规色谱硅胶制备一种具有增强拉曼信号功能的增强新型填充柱,然后采用原位检测的方式,将其应用于鉴别中药材是否染色掺伪。采用上述方法,成功检测出经2种常见染料(新品红、胭脂红)染色的西红花药材。结果表明,搭建的新型填充柱-表面增强拉曼光谱联用法可对染色的中药材实现简单、快速、灵敏的检测,具有非常广阔的应用前景。
材料研究中的应用
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  雪宝顶扁平状绿柱石的显微振动光谱研究

  王平, 高福华

  光散射学报. 2019, 31(1): 31-37. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190105

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  四川绵阳雪宝顶绿柱石由于其独特的透明扁平状结构而备受关注,目前其扁平状形成原因还存在分歧。本文应用显微振动光谱及成像,结合化学定量检测,对雪宝顶绿柱石进行了深入分析。显微红外成像表明通道中除了水分子,还存在铁合水离子和二氧化碳分子,且在晶体中不均匀分布。Li元素替换Be元素会造成Be-O四面体和Al-O八面体结构畸变,表现为晶格振动模式的拉曼峰位向高波数偏移。同时,通道中水分子与Na结合,使其极化率减小,表现为伸缩振动模式的拉曼峰位向低波数偏移。本文研究为探究雪宝顶绿柱石扁平状成因提供了基础,为研究单个水分子量子态提供了参考。
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  钠钛硅酸盐精细结构及其拉曼活性分子振动的量子化学从头计算研究

  何莹霞, 尤静林, 王建, 马楠, 吴志东, 杨冶金

  光散射学报. 2019, 31(1): 38-44. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190106

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  本文选取了Na₂O-TiO₂-SiO₂体系不同成分的团簇模型,采用量子化学从头计算方法计算其拉曼振动频率和相对散射活性。本文分析了钛硅酸盐中硅氧四面体([SiO₄])的局域环境变化对特征拉曼振动频率的影响,对硅氧四面体应力指数进行了拓展与修正,研究表明钠钛硅酸盐拉曼光谱高波数区硅氧四面体非桥氧对称伸缩振动频率随相应的硅氧四面体应力指数的增加而增加,并表现出良好的线性相关性。采用拉曼光谱和²⁹Si NMR对Na₂TiSiO₅玻璃进行解谱、定量分析和比较,并认为869 cm^-1处的谱峰归属为Q_1(Si)中非桥氧的对称伸缩振动。
仪器和方法学
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  基于微流控技术的双颗粒体散射函数测量实验研究

  王宽, 夏珉, 于龙, 李微, 郭文平, 杨克成

  光散射学报. 2019, 31(1): 45-53. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190107

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  本文通过流体力学及COMSOL等仿真软件分析,以PDMS为材料,设计制作了用于捕获两个球形颗粒样品的微流控芯片,并基于光电倍增管(PMT)和电动位移平台,搭建了角度扫描式大动态范围散射光测量装置。该系统可以快速捕获两个球形颗粒,在颗粒捕获后对微流控芯片内沟道与外轮廓进行折射率匹配,持续测量实际捕获颗粒的1°至170°的散射光。对23.75 μm、31.10 μm、40.01 μm三种粒径的聚苯乙烯标准颗粒样品进行了实验研究,并多次重复测量同一粒径双颗粒的散射光分布。基于微流控芯片的双颗粒体散射函数测量方法可以稳定的捕获、释放双颗粒,实验操作简单且具有较好的重复性,在颗粒物体散射函数研究方面具有很大的潜力。
化学和生物研究中的应用
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  基于共振光散射光谱法测定药品中盐酸肼屈嗪含量

  牟城健, 王振, 许钟元, 李银华, 马卫兴, 李树安

  光散射学报. 2019, 31(1): 54-59. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190108

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  为了研究药品中盐酸肼屈嗪含量检测的新方法,本文采用共振光散射光谱法以Clark-Lubs缓冲液为介质分析盐酸肼屈嗪与十二烷基苯磺酸钠反应的光散射强度参数关系。研究发现: 在pH 1.4的Clark-Lubs缓冲介质中适量盐酸肼屈嗪与十二烷基苯磺酸钠水溶液发生π-π电荷转移和离子缔合反应,所得产物的共振光散射最大发射波长在402 nm处,盐酸肼屈嗪浓度在0.125~1.00 mg·L^-1范围内呈线性关系,相关系数R为0.9998,检出限为0.035 mg·L^-1,回收率在99.08%~100.8%之间。所拟方法适用于分析常温下盐酸肼屈嗪与光散射强度的参数关系,可应用于药品中盐酸肼屈嗪含量的测定。
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  清代通草水彩画颜料的原位无损分析

  张婵

  光散射学报. 2019, 31(1): 60-65. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190109

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  利用显微共焦激光拉曼光谱技术和超景深显微技术,对一张清代通草水彩画的颜料进行原位无损分析。经过分析,结果表明:该幅清代通草水彩画中红色颜料为铅丹,蓝色颜料为合成群青,黑色颜料炭黑(C),白色颜料为碳酸钙和铅白的混合颜料,绿色颜料为孔雀石和巴黎绿的混合颜料,黄色颜料成分尚需进一步检测。群青和巴黎绿均为人工合成颜料,首次合成时间分别为1830年和1814年,巴黎绿在19世纪50年代才应用于中国绘画中,由此推测该幅清代通草水彩画绘制时间约为清代中晚期以后。研究表明:由于受清代通草水彩画纸张材料植物细胞结构和文物的特殊性限制,拉曼光谱技术和超景深显微技术成为目前无损分析清代通草水彩画颜料的较为合适的方法,为清代通草水彩画的保护及修复工作提供一些信息和依据。
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  联合应用红外光谱法和拉曼光谱法对重质矿物油的区分检验研究

  鞠晨阳, 王继芬, 余静

  光散射学报. 2019, 31(1): 66-74. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190110

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  重质矿物油是案发现场常见的微量物证之一,快速准确的区分重质矿物油种类可以为案件侦破提供方向,缩小侦查范围。本文采用傅里叶变换红外光谱法和拉曼光谱法对69个重质矿物油样本进行了分析研究,发现不仅不同种类的重质矿物油谱图存在差异,相同种类不同厂家的重质矿物油谱图也有区别。研究结果表明,联合使用红外光谱法和拉曼光谱法可以较好地对重质矿物油样本进行区分,效果良好。
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  长春胺结构与振动光谱的密度泛函理论研究

  杨云汉, 杜瑶, 李粉吉, 杨俊丽, 魏可可, 夏福婷, 李燕华, 杨丽娟

  光散射学报. 2019, 31(1): 75-82. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190111

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  选用五种密度泛函B3LYP、B3PW91、MPW1PW91、PBE1PBE、PBEPBE方法,在6-311++G(2d,2p)为基组的理论水平下对长春胺的分子结构进行优化以获取长春胺的几何平衡构型。计算并分析了长春胺的几何结构参数、红外吸收光谱、前线分子轨道、能隙和热力学参数。此外,采用溴化钾压片法测定了长春胺的红外吸收光谱。结果表明:五种密度泛函理论计算得到的长春胺分子构型与其X单晶衍射数据吻合,且理论红外吸收光谱与实验研究结果一致,五种理论水平下均具有150个振动模式,前线轨道分析表明,长春胺具有较强的得电子能力。该研究为长春胺的结构分析、光谱解析和定量构效关系探讨提供理论依据。
其它光谱技术及应用
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  Eu³⁺离子掺杂的Ca₈Zn(SiO₄)₄Cl₂红色荧光粉的制备及其荧光性能

  付秋平, 熊莉, 杨莲, 刘渊

  光散射学报. 2019, 31(1): 83-87. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190112

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  采用溶胶-凝胶法合成了系列Ca₈Zn(SiO₄)₄Cl₂:Eu³⁺红色荧光粉。通过X射线粉末衍射、荧光光谱等对合成的荧光粉样品进行表征,并系统地研究了烧结温度、Eu³⁺掺杂浓度对样品发光强度的影响。结果表明:该荧光粉能被近紫外光(393 nm)有效激发;当烧结温度为800 ℃、Eu³⁺的掺杂量为5.0%(摩尔分数)时,样品发射出的荧光强度最强。Ca₈Zn(SiO₄)₄Cl₂:Eu³⁺样品的色坐标(0.684,0.316)与红色标准值(x=0.670,y=0.330)非常接近。Ca₈Zn(SiO₄)₄Cl₂:Eu³⁺是一种很好的新红色荧光粉。
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  油漆涂层对近红外鉴别两种红木家具种类影响分析

  赵晓俊, 顾玉琦, 王佩欣, 寿国忠, 钱孟波

  光散射学报. 2019, 31(1): 88-93. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190113

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  红木家具市场以次充好、以假乱真的现象非常普遍,导致消费者对其真伪难以鉴别。目前对于近红外识别木材种类的研究已经很多,但对成品家具而言,表面涂饰是阻碍近红外光谱检测的最大障碍。因此本文通过对不同种类油漆涂层覆盖下木材近红外光谱特征分析,提出了一种主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)结合BP神经网络(Back Propagation)的红木家具种类鉴别方法。以市面上易混淆的交趾黄檀和微凹黄檀为试验对象,首先使用近红外光谱仪采集光谱数据,比较了原木与家具的光谱差异,然后采用标准正态变量变换(Standard Normal Variate Transformation,SNV)的预处理方法,再利用主成分分析法以累积贡献率大于95%的主成分作为样品特征,构建3层BP神经网络模型。结果表明:基于主成分分析的BP神经网络的方法能较好的鉴别交趾黄檀和微凹黄檀两种红木家具,预测结果准确率分别为92.59%和94.38%,给红木家具种类的鉴别提供了一种新的可靠的方法。
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  红外光谱和逐步判别分析应用于金银花品种和产地的鉴别

  杨春艳, 刘飞, 皇甫义静, 刘美

  光散射学报. 2019, 31(1): 94-100. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.20190114

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  基于傅里叶变换红外光谱技术,利用逐步判别分析法对金银花品种和产地进行鉴别研究。采集、测试了5个产地9个品种150份金银花样本的红外光谱,并计算了各样品红外光谱的一阶导数光谱和二阶导数光谱。分别选用不同的样本组成训练集和检验集,以1800～900 cm^-1、1500～700 cm^-1和1200～700 cm^-1波数范围的红外光谱、一阶导数光谱和二阶导数光谱数据为判别变量建立判别模型对金银花的品种和产地进行鉴别。判别结果显示,以1800～900 cm^-1波数范围的二阶导数光谱数据为判别变量建立的模型鉴别效果相对较好,对品种和产地的鉴别正确率依次达93.20%和96.13%。研究结果表明,采用逐步判别模式识别可以很好地鉴别不同品种和产地的金银花,方法可行有效,可为金银花品种和产地朔源提供方法。