2019年, 第31卷, 第3期　刊出日期：2019-09-10

  

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综述
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  拉曼激光、光的量子自旋霍耳效应

  程光煦

  光散射学报. 2019, 31(3): 199-214. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903001

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  拉曼激光是激光拉曼物理过程中的散射光被抽取而得到产物,即“三、二和一”过程中的“二”中散射光子的提(抽)取后得到激光;显然,“抽取”是问题的关键。本文将对此,即物理过程、所用物件的结构及所用的材料等一系列问题做详细的论述。此外,对光的自旋霍耳效应的发展、现状给出了详细的阐述,包括物理原理、实验装置、最新结果和发展趋势等内容;最后,对“光”的不透明性亦做了客观的介绍。
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  手性等离激元纳米晶制备技术的研究进展

  郑广超, 谢娟, 王申丽, 梁二军

  光散射学报. 2019, 31(3): 215-227. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903002

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  生命体中大部分生物分子都具有手性。生物分子的手性构象与等离激元纳米晶的局域表面等离激元共振(LSPR)通过偶极子-偶极子耦合作用,在其LSPR的位置会诱导出一个新的圆二色吸收光谱,具有这种光学活性的等离激元纳米晶称为手性等离激元纳米晶。手性等离激元纳米晶的光学响应信号的稳定性和可重复性都比较高,广泛应用在生物传感、化学传感、圆偏振器、光催化、癌症治疗等领域。手性等离激元纳米晶的制备技术一直是该领域的研究热点。然而,通过将手性分子直接吸附在等离激元纳米晶表面的方式所诱导的手性光学响应信号非常弱,故本综述聚焦于手性等离激元纳米晶的其他制备技术,包括通过手性分子或者软模板组装技术获得手性等离激元超结构;湿化学法将手性分子嵌入到单个纳米晶当中制备出核-壳型手性等离激元纳米晶,或者将手性分子的手性构象传递到无机纳米材料的结构当中制备出单个螺旋型手性等离激元纳米晶等。基于目前对手性等离激元纳米晶的最新研究进展,对其纳米制备技术作了进一步的总结和展望。
表面增强拉曼散射技术
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  利用表面增强拉曼光谱快速鉴别卷烟生产中烟用香精香料

  高阳, 林嘉盛, 徐清泉, 张丽娜, 王辉, 温宝英, 李剑锋

  光散射学报. 2019, 31(3): 228-234. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903003

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  烟用香精香料的配方是卷烟工业中的核心技术,也是构建不同特色卷烟产品的关键之一。然而,现有的香精香料质量评价手段主要是人工嗅香和测定某些特定的物性指标,如折光指数、相对密度、酸值、挥发份总量等。在实验室科研中还有使用色谱-质谱联用等方法。但是上述手段仍存在较多问题,比如受主观意识影响,操作繁琐,前处理耗时长,费用高,灵敏度低等。基于此,本文开发了一种利用表面增强拉曼光谱技术结合主成分分析算法来快速鉴别实际生产中不同种类、不同掺兑样的烟用香精香料的方法。本文利用该方法成功获取不同种类、同一种类不同生产批次及烟用香精香料不同掺兑量样品的增强拉曼谱图。经主成分分析表明不同种类以及不同掺兑量样品的散点分布在不同区域,直接区分度高;同一种类不同生产批次的香精香料谱图类似,在散点图中较为集中;说明不同生产批次的样品以及不同掺兑量的样品都可以与其他种类的香精香料标准样品进行有效区分。本文利用表面增强拉曼光谱结合主成分分析算法对烟用香精香料进行检测的方法操作简易,检测快捷,成本低廉,结果便于分析识别,适用于烟用香精香料实际生产中的质量控制。
化学和生物研究中的应用
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  立方聚合氮(cg-N)的高压低温拉曼光谱研究

  刘珊, 蒲梅芳, 张峰, 雷力

  光散射学报. 2019, 31(3): 235-240. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903004

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  聚合氮是一种理想的高能密度材料。本工作在室温下将分子氮加压至136 GPa,利用激光加热至2000 K成功合成以共价N-N单键结合的三维网状立方聚合氮cg-N。采用自主设计的高压低温装置,在173 K到300 K的温度范围内测量了cg-N样品的变温拉曼光谱,观察到不同压力下cg-N的A模声子对温度具有不同的响应。基于多声子耦合模型,研究A模频率的蓝移现象和A模声子对温度的响应特性。结果表明低温条件下cg-N拉曼散射效应中三声子耦合过程占主导,133 GPa时的三声子耦合过程对声子模拉曼频移的影响要小于140 GPa,而四声子耦合过程对声子模拉曼频移的影响要大于140 GPa。
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  应用SERS滤纸基底快速检测朱砂中违禁染料的研究

  李楠, 韩斯琴高娃, 赵航, 沙轩宇, 哈斯乌力吉

  光散射学报. 2019, 31(3): 241-247. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903005

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  本文通过将银纳米颗粒组装于滤纸作为SERS信号增强基底,对朱砂中违禁染料808猩红进行了快速检测。利用密度泛函理论计算了808猩红的理论拉曼光谱,并结合实测拉曼光谱,对808猩红的拉曼特征峰进行谱峰归属。通过将银纳米颗粒利用液-液界面自组装技术组装于滤纸上,制备得到SERS滤纸基底,并测试了基底的信号重复性。利用SERS滤纸基底对朱砂中808猩红进行检测,实验结果显示808猩红的最低检测限为0.05 μg/mL,在0.05~1 μg/mL浓度范围内,808猩红的浓度与其SERS强度呈线性关系,线性相关系数为R² = 0.98673。该方法简便、快速,可用于对药材中违禁染料的现场检测。
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  乙草胺的拉曼光谱计算及分析

  丰傲然, 贾强, 谭勇

  光散射学报. 2019, 31(3): 248-254. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903006

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  乙草胺是我国广泛使用的除草剂之一,其本身及其代谢物对人体都有潜在的危害,通过鉴别乙草胺分子的振动信息,能够直接识别植物中乙草胺成分。本文在理论上,分别利用密度泛函理论(DFT)中的三参数杂化泛函B3LYP以及Hartree-Fock(HF)两种算法,所选用基组皆为6-311G++(d,p),对乙草胺分子进行了结构优化以及拉曼光谱计算,以得到乙草胺分子的振动信息。从结果中显示,由于计算方法不同,两种方法计算得出的峰位略所不同。在实验上,利用PI公司的TriVista 555CRS型三级联光栅共聚焦显微拉曼光谱仪测得乙草胺原药的拉曼光谱。实验所得的拉曼光谱严重受到荧光峰的干扰,使得线型上与理论计算结果差异较大,针对此问题,对实验拉曼光谱进行了去荧光处理。并针对理论结果在频率上存在的误差,使用修正因子对两种方法分别进行了修正。经以上步骤处理后,发现实验结果与理论计算结果基本吻合,进而对500~3300 cm^-1区间的振动光谱进行了指认。本文的工作为乙草胺的残留检测提供了理论基础。
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  五种中国画矿物颜料的紫外光老化研究

  柳敏, 吕晓芳, 唐铭, 成小林

  光散射学报. 2019, 31(3): 255-259. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903007

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  本研究对在模拟古书画载体上的石青、石绿、朱砂、雌黄、雄黄五种矿物颜料进行紫外光老化,分析试样老化前后的色差变化,并结合视频显微镜和显微激光拉曼光谱仪对试样进行观察和检测。研究结果显示,雄黄样品受紫外光照射后色差迅速发生变化,老化271小时后,色差达到25以上,样品发生了褪色,说明雄黄颜料在紫外光照射下稳定性差。激光拉曼光谱检测发现,雄黄样品在受到紫外线照射后逐步转化成了拟雄黄从而产生了褪色现象。与雄黄相比,其他矿物颜料样品石青、石绿、朱砂和雌黄在此次老化过程中色差变化较小,其拉曼光谱在老化前后也未发生明显变化。
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  生物组织拉曼光谱定量测量的方法研究

  朱勇康, 陆燕飞, 尚林伟, 赵远, 江重宇, 徐浩, 尹建华

  光散射学报. 2019, 31(3): 260-265. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903008

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  不同的生物样本和切片,在进行拉曼探测时,会因为聚焦位置的差异及系统自身的原因导致同一光谱多次检测得到的信号强度不同,难以作定量分析。因此,需要找到一种可行性强的内标或外标的方法,从而有利于比较分析不同强度的拉曼带,实现定量检测。本文以犬类髋关节软骨切片为例,在偏振与非偏振情况下,研究标准正态变换(SNV)及多元散射校正(MSC)等常用方法对拉曼光谱的处理效果,并探究伊红染色剂(Eosin)作为一种新的内标的实际使用效果。结果发现:在非偏振条件下,MSC处理效果更理想;在偏振条件下,以伊红的特征峰1501 cm^-1作为拉曼内标效果更理想。本研究证明了伊红的拉曼光谱不具有各向异性,有利于实现生物组织偏振拉曼光谱测量的归一化,且操作简单,结果更可靠。本文的结果为生物样本的拉曼光谱定量分析提供了一种可行的新方法。
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  蝶翅表面银薄膜的制备及其SERS活性研究

  李玲, 阴正源, 段俊丽, 肖桂娜

  光散射学报. 2019, 31(3): 266-270. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903009

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  以商业化蝴蝶翅膀为衬底,采用真空热蒸发技术沉积银薄膜,制备银薄膜/蝶翅基底。结合X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了银薄膜/蝶翅的微观结构及表面形貌。选择罗丹明6G(R6G)为探针分子,对不同品种蝶翅/银薄膜基底的表面增强拉曼散射(SERS)活性进行研究。半定量分析了R6G溶液浓度和银薄膜厚度对基底SERS性能的影响。分别在银薄膜/枯叶蝶和银薄膜/太阳蛾基底表面随机选取十二个不同位置,特征峰604、1349和1507 cm^-1处强度的相对标准偏差值分别为5.30%、6.86%、5.58%和4.36%、3.21%、3.35%,表明银薄膜/蝶翅基底表面具有良好的均匀性。
其它光谱技术及应用
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  光电流飞行时间法研究聚己基噻吩(P3HT)中载流子的输运机制

  龚千寻, 张嗣杰, Maureen A.C.Willis

  光散射学报. 2019, 31(3): 271-275. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903010

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  采取光电流的飞行时间法测量多个通过P3HT(poly(3-hexylthiophene))氯仿溶液用滴涂法制备的有机薄膜所构成的ITO/P3HT/Al器件中的载流子渡越时间,记录到具有较大数据范围的迁移率分布,将全部数据在P-F图(Poole-Frenkel plot)上分析得到迁移率规律地分为三组,可以判断P3HT中存在有三种或更多的不同载流子输运机制。
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  强聚焦拉盖尔-高斯光场中球形粒子的受力

  张闹, 张波, 刘子龙, 刘亚欣

  光散射学报. 2019, 31(3): 276-281. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903011

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  拉盖尔-高斯光束是典型的涡旋光束,光束的轨道角动量会传递给微粒使其产生轨道运动。本文利用T矩阵方法和麦克斯韦应力张量积分计算了强聚焦线偏振拉盖尔-高斯光束对球形粒子的捕获力,并着重分析了粒子半径和光束阶数对微粒在涡旋聚焦场中运动状态的影响。当光束阶数一定时,随着微粒半径的增大,轨道运动的轨迹会逐渐缩小。当粒子半径大于临界值时,就会被捕获到光轴上,且无法进行轨道运动。但是,离轴捕获的粒子受到的轴向捕获力比轴上捕获的要小一个量级,需要施加足够的入射光功率以维持稳定的轨道运动。
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  纤铁矿TiO₂和GaSe二维晶体的能带调控研究

  赵怡霖, 张红

  光散射学报. 2019, 31(3): 282-290. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201903012

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  本研究建立了纤铁矿TiO₂和GaSe二维晶体的物理模型,用第一性原理的密度泛函方法计算了两体系的能带性质,分析了体系的电子态及光谱性质,并进一步研究了二轴张力对体系的能带的调控作用,最后分析了二轴张力对体系电子态性质和光谱性质的调控作用。结果表明,通过二轴张力,可以有效地调节两体系的带隙宽度,进而调节两体系的光谱响应特性,从而拓展了二维晶体在可控电子学、光伏器件等领域的应用。