2022年, 第34卷, 第4期　刊出日期：2022-12-28

  

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  固态氨的极端条件光散射谱学研究进展

  陶雨, 刘静仪, 吴彬彬, 雷力

  光散射学报. 2022, 34(4): 261-272. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204001

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  氨是为数不多具有由范德瓦尔斯力形成的分子间氢键的简单氢化物。极端条件光散射谱学在研究氨的压力-温度P-T相边界、测定高压融化曲线以及解析结构的过程中起到了关键重要。本文主要针对目前固态氨在高压光散射谱学方面的研究进展做了综述分析，归纳整理了目前实验上已确认的高压固态氨的拉曼声子谱图及空间结构，结合文献数据首次分析了氨在0 – 200 GPa, 0-3000 K温压范围内较为全面的<P-T相图。该工作对后续开展高压固态氨的相关实验，进一步完善其高温高压相图具有一定的参考价值。
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  基于金属-介质-金属银纳米环阵列结构的光吸收特性

  王兆华 高万芳 张秋艳

  光散射学报. 2022, 34(4): 273-277. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204002

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  本文设计了一种中红外等离激元共振吸收体，该吸收体采用三层结构，底层为银金属方形层，中间为二氧化硅方形介电层，顶层为银纳米环阵列。当入射光垂直于吸收体表面入射时，采用三维有限元法数值模拟了不同尺寸单元阵列的反射、透射和吸收光谱。结果表明：在波长2900nm处获得了一个完美的吸收峰，半高宽达390nm，吸收率达97%，并且通过改变纳米环阵列的尺寸，共振波长的可调范围达400nm.
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  紧聚焦线偏振强激光场中横向初始位置对电子辐射特性的影响

  华欣竹, 沈曈, 李可, 王宇博, 田友伟, 严刚

  光散射学报. 2022, 34(4): 278-283. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204003

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  为了探究紧聚焦线偏振激光场中高能电子辐射与电子横向初始位置的关系，在拉格朗日方程的基础上，构建了单个高能电子与激光脉冲相互作用散射的模型，并且借助 MATLAB 数值模拟获得了电子运动与电子辐射相关数据。初始状态静止的高能电子与紧聚焦线偏振强激光相互作用后，其在xoz平面内先作振荡运动，再沿z轴正方向作直线运动，横向速度随振荡逐渐转化为纵向速度。观察其有趣的运动轨迹、频谱调制结构与空间辐射分布，发现电子横向初始位置对于电子运动、辐射强度与辐射分布均有较大影响。随着横向初始位置正向增大，电子运动方向迅速偏移z轴，横纵速度失去对称性。最大频谱幅值和最大辐射强度随着横向初始位置增大存在一个极大值，对应辐射方向方位角保持不变，同时极角渐大。结果表明，激光脉冲正中心并不是获得最大强度电子辐射的最佳位置，在x=0.085λ_0时可以取到最大辐射强度，对应极角大约为17°，方位角为0°。
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  二维单层Ca₂N声子谱和热力学性质的第一性原理研究

  张雷雷, 王艺佳, 杨保成

  光散射学报. 2022, 34(4): 284-289. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204004

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  开发具有优异性能的可充电二次化学电池材料是解决当今社会所面临能源危机问题的有效途径之一。钠离子电池因为具有原材料储量丰富和价格低廉的优势而被视为替代锂离子电池的最优候选材料。最近的研究表明，二维单层电子化合物Ca2N是良好的钠离子电池负极候选材料。然而，当前研究多集中于块体Ca2N的物性，二维单层Ca2N基本物性的研究还比较缺乏。鉴于此，本工作基于第一性原理计算方法详细研究了单层Ca2N的晶格振动特性，确定了其光学振动模式的频率值、简并度和对称性，并通过声子态密度展示了不同类型原子在不同频率范围的贡献大小。最后，还基于声子谱计算了该材料的声子振动自由能、熵和等体积摩尔热容量等基本热力学性质，并与单晶Ca2N进行了对比分析。本工作对于实验研究者设计具有优异性能的类似结构金属离子电池负极材料具有一定参考价值和理论指导意义。
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  不同方法合成蓝宝石与天然蓝宝石的谱学对比研究

  曹稳政, 何珊珊, 腾亚君, 祖恩东

  光散射学报. 2022, 34(4): 290-295. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204005

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  蓝宝石作为珍贵的彩色宝石深受人们喜爱，随着宝石合成技术的不断发展，市面上已有许多种合成方法制成的合成蓝宝石，常规的宝石学鉴定不能简单准确的区分天然蓝宝石与不同合成方法的合成蓝宝石。论文利用紫外-可见-近红外光谱仪对蓝宝石进行光谱分析，发现天然蓝宝石具有387nm、452 nm、566nm吸收峰，而提拉法、焰熔法和泡生法合成蓝宝石则无这些吸收峰；提拉法和焰熔法合成蓝宝石都具有600nm附近的吸收带；泡生法合成蓝宝石存在660 nm附近的吸收峰，其他三种蓝宝石无此吸收峰。通过拉曼光谱特征峰拟合分析与SPSS单因素方差分析，发现天然蓝宝石和不同方法合成蓝宝石的半高宽值存在显著差异，天然蓝宝石的半高宽值大于10.0 cm^-1，三种合成蓝宝石的半高宽值小于10.0  cm^-1；泡生法合成蓝宝石半高宽集中在8 cm^-1附近，而焰熔法合成蓝宝石的半高宽普遍在

  8 cm^-1~10 cm^-11范围内, 提拉法合成蓝宝石半高宽则分布在6 cm^-1~8 cm^-1范围内。对比研究紫外-可见-近红外光谱与拉曼光谱的显著谱图特征差异，可简单、有效、无损的区分鉴定天然红蓝宝石与不同合成方法合成的蓝宝石。

  
  

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  Ag/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼

  赵静, 冯林杰, 裴媛, 魏恒勇, 李波, 吴振刚, 李景武

  光散射学报. 2022, 34(4): 296-305. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204006

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  高灵敏基底材料是表面增强拉曼光谱（SERS）技术应用的关键。本研究采用电化学沉积法将氮化钛（TiN）薄膜与贵金属银复合，利用两者协同效应提高SERS灵敏度。借助XRD、SEM、UV-VIS和Raman等测试手段系统探究了电化学沉积参数对复合基底SERS性能的影响。研究发现，当沉积液浓度为5 mmol/L、沉积电压为5 V及沉积时间为5 min时，复合基底单质Ag和TiN两种物相共存，Ag纳米颗粒沿优势晶面生长，银颗粒在TiN薄膜上生长为棒状结构，分布均匀。与其他沉积参数下制备的基底相比，上述条件下合成的复合薄膜展现出较明显的等离子体共振吸双峰，表明体系中Ag和TiN两相间产生等离子体共振叠加效应，电磁场耦合作用增强，局部表面等离子体共振耦合作用增加，薄膜表面形成更多的SERS“热点”，并有助于促进电荷转移，进而赋予基底较为优异的SERS性能。这证实了优化电化学沉积参数来调控复合薄膜形貌从而改善SERS基底性能的可行性，可为采用电化学沉积技术制备Ag/TiN复合薄膜作为SERS基底材料提供技术支持。
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  表面增强拉曼光谱法在细胞氧化应激检测过程中的应用

  杨星瑞, 周青, 陆峰

  光散射学报. 2022, 34(4): 306-315. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204007

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  目的：对近年来出现的利用表面增强拉曼光谱技术（surface-enhanced Raman spectroscopy ，SERS）检测细胞氧化应激的研究进行整理和总结，为氧化应激的检测提供新的思路。方法： 查阅近年来出现的与SERS技术、细胞氧化应激相关的文献并对其进行分类总结。 结果：利用SERS探针（或纳米传感器）可对氧化应激中所涉及的活性中间物、氧化应激产物、氧化酶等进行定量检测。 结论： SERS技术因其超高的灵敏度和良好的生物相容性，可以以无损的形式对细胞氧化应激过程中各种物质的含量变化进行实时监测，同时由于拉曼光谱仪器相对简单，在采用SERS检测的同时还可以引入辐照或激光照射，这对探究氧化应激的机理有重要意义。
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  噻菌灵分子的表面增强拉曼光谱的理论研究

  张静茹 , 唐志兵, 宋吉哲, 史昊男, 孟路平, 刘广强

  光散射学报. 2022, 34(4): 316-321. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204008

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  表面增强拉曼散射（SERS）是指当分子靠近或者吸附于基底表面时，分子的拉曼散射信号会显著增强的现象。SERS克服了常规拉曼散射信号强度比较弱的缺点，被广泛地应用在环境检测、催化化学、有机化学和生命科学等领域。本文利用密度泛函理论计算方法对农残噻菌灵分子的SERS光谱进行模拟，并探讨SERS增强机理。系统研究了噻菌灵在金团簇的吸附行为和SERS增强效应，得到金团簇在噻菌灵分子上的最佳吸附位置。利用五种吸附结构 (噻菌灵-Aun,n=1-5)对噻菌灵与金团簇的相互作用进行了理论研究，研究表明噻菌灵-Au4最稳定。结合拉曼光谱和理论计算的结果，借助高斯软件的图形化功能，对噻菌灵分子的振动模式、普通拉曼光谱和SERS光谱进行了系统的指认。
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  基于近红外光谱技术和机器学习的乳腺癌原位诊断研究

  尚慧, 吴进锦, 许志兵, 王慧捷, 尹建华

  光散射学报. 2022, 34(4): 322-327. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204009

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  近红外（NIR）光谱，可提供样本丰富的结构和成分信息。机器学习主要用于数据的分析和挖掘，可以对数据进行精确分类和信息提取。本研究采用自研的NIR光谱探针技术进行乳腺癌组织的原位光谱采集并进行癌变（光谱）分析；运用基线校正（BC）、标准正态变量变换（SNV）、一阶导数二阶多项式21点Savitzky-Golay平滑（1^st-2-21SG）和二阶导数三次多项式25点Savitzky-Golay平滑（2^nd-3-25SG））四种方法进行光谱预处理；结合机器学习方法，包括主成分分析（PCA）、K最近邻（KNN）、Fisher判别分析（FDA）及支持向量回归（SVR），进行乳腺癌变和癌旁组织的分类和判别。研究发现PCA-KNN模型的最优预测结果为基于BC+SNV，其准确率、敏感性及特异性达88.34%、98.21%、76.11%。PCA-FDA模型的最优结果为基于BC+1^st-2-21SG，其准确率、敏感性及特异性达90.00%、98.21%、79.54%。SVR模型的最优结果为基于BC+2^nd-3-25SG，其准确率、敏感性及特异性达90.00%、100.00%、79.55%。论证了机器学习方法结合NIR光谱可以实现小样本量乳腺癌的高效精确诊断。
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  苍南县矴步头谢氏民居壁画颜料初步分析

  章鹏华, 张嘉晨, 童琳珺, 崔彪

  光散射学报. 2022, 34(4): 328-332. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204010

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  矴步头谢氏民居始建于晚清咸丰年间，它的整体风貌保存完整，具有较高的历史价值和艺术价值。其中，厢房外壁上的四幅壁画最有特色，但在漫长的环境风化中，壁画本体出现了严重的病害问题，需要有效的保护。为了更好地了解谢氏民居壁画所使用的颜料，该项研究通过剖面观察、拉曼光谱、X射线衍射（XRD）、扫描电镜-能谱（SEM-EDS）等方法对壁画样品进行了分析，证明其绘画时主要使用了羟氯铜矿、铅丹、朱砂、赭石、群青。该项研究为了解壁画的原始画面，及开展后续的保护和利用提供了科学依据。

  
  
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  河北鸡泽墓葬壁画表面污染物光谱研究

  李蔓 申慧玲

  光散射学报. 2022, 34(4): 333-339. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204011

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  邯郸市鸡泽县考古工地发掘出土了三座宋金墓葬，墓葬内壁绘制有壁画，壁画表面覆盖大面积黑色物质，利用红外和拉曼光谱分析，红外特征峰位3382 cm^-1、1756cm^-1、1633 cm^-1、1393 cm^-1、1000 cm^-1、869cm^-1和腐殖酸的特征吸收峰接近，综合两种光谱分析结果，判断该物质为腐殖酸。腐殖酸的产生需要潮湿、缺氧、酸性条件，其与鸡泽县的地理位置、墓室的密闭性和酸性微环境等、古代丧葬习俗等因素均有关系。
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  清代圆明园-同乐园样式雷烫样颜料的科学分析

  王克青, 刘薇, 王熙林

  光散射学报. 2022, 34(4): 340-347. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204012

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  样式雷家族留存的烫样模型蕴含了丰富的科学与艺术价值，有助于互相参照，从材料、尺寸、样式、工艺等角度全面研究中国古代建筑的营造制度，更可作为古建筑设计、修缮、复原研究等的参考依据。目前对样式雷烫样的研究偏重于建筑营建的相关史实及空间的解读。相对而言，烫样本身的认识还不够充分，深度研究仍属个例，尚未形成全面、整体的认识。特别是制作工艺方面，仍然处于初步的探索阶段，缺少科学系统性的深层挖掘，对于样式雷烫样彩绘颜料科学分析的报道也相对较少。馆藏清代同治年间制圆明园-同乐园样式雷烫样颜料运用比较丰富，可以辨识的颜料有红色、蓝色、绿色、白色和黄色，这些色彩均是清代建筑彩绘中的常用色调。在对圆明园-同乐园烫样进行保护修复前，利用显微激光拉曼光谱（Raman）、傅里叶变换显微红外光谱（Micro-FTIR）、扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）、X射线衍射仪（XRD）分析方法对圆明园-同乐园样式雷烫样所用颜料进行分析研究。研究表明所用颜料既包括无机矿物颜料，也包括有机植物染料。红色颜料是朱砂，蓝色颜料是人工群青，绿色颜料是巴黎绿，白色颜料是碳酸钙，黄色颜料是藤黄。藤黄作为有机物，易受环境影响而降解，在纸质文物中并不多见，研究结果为藤黄在清代彩绘中的应用提供了又一实证。本研究为详细了解圆明园-同乐园样式雷烫样的材质和工艺等信息提供了重要科学依据。
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  基于超低频拉曼光谱的有机磷农药的研究

  郭广生 , 沈艳婷, 吴家伟, 蒋兹钰, 朱奇峰

  光散射学报. 2022, 34(4): 348-354. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202204013

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  有机磷农药的P=O、P=S基团具有极高拉曼活性，故利用拉曼光谱检测有机磷农药残留是一种十分高效且无损的手段。然而，当前常用的表面增强拉曼光谱因缺乏标准化基底和预处理技术，使其难以应用于高精度定量农药残留检测。新型超低频拉曼光谱能够有效探测对浓度更为敏感的低频拉曼峰（0-500cm^-1）。因此，本文研究了两种具有代表性的有机磷类农药毒死蜱和敌百虫在不同浓度下的低频拉曼峰频率与强度变化，并对每一低频振动模进行精准指认。此外，我们通过建立两类农药浓度与振动频率和强度的依赖关系，可实现对浓度的指认。超低频拉曼技术在毒死蜱和敌百虫检测中可测得的最低限分别为0.012 mg/kg和0.25 mg/kg，能够基本满足国标要求，为食品农药检测提供了一种初步的、新的实验思路。