2023年, 第35卷, 第3期　刊出日期：2023-10-25

  

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  针尖增强拉曼散射原理及在科研和教学方面的进展

  曹艺, 赵虎林, 孙萌涛,

  光散射学报. 2023, 35(3): 189-205. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303001

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  针尖增强拉曼散射技术是一种具有高灵敏、高空间分辨率的表征技术，作为非接触式无损检测系统，TERS已逐渐成为了许多学科领域的研究热点。本文介绍了TERS技术原理与金属针尖的特点，对TERS技术在物质和生命科学的研究进展进行了综述，并对TERS技术在教学科研与学科交叉方面的应用进行了分析，探讨了TERS技术在化学、物理、生物医学和学科教研融合方面的应用。这些研究进展为TERS技术在物质科学研究以及教育科研中的应用提供了重要的参考，有助于推动TERS技术进一步的发展和应用。
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  金属烯碳纳米囊在SERS中的应用研究进展

  尹志威, 温贻静, 石蕊, 夏昕, 王昚, 曹晓旭, 程玉琦, 曾佳玉, 李圣凯, 陈卓

  光散射学报. 2023, 35(3): 206-216. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303002

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  表面增强拉曼光谱（SERS）技术广泛应用于表面/界面科学、光谱学、生化检测、成像示踪等领域。金属烯碳纳米囊是一类由烯碳壳层包裹金属核组成的核壳纳米颗粒，由于金属烯碳纳米囊具有高SERS灵敏度，在复杂和极端的生化环境下优异的稳定性和光学性质，因此在生化检测分析和成像示踪等领域备受关注。超薄烯碳壳层固有的化学惰性可以保护金属内核免受光生热电子、活性氧以及酶等外部因素的破坏，从而使金属烯碳纳米囊展现出超稳定的拉曼信号。此外，烯碳壳层的多个拉曼特征峰位（D、G、2D）可作为拉曼信号和内标信号，进一步提高了拉曼定量检测的准确度。值得注意的是2D峰作为拉曼静默区域内的信号峰有利于减少体内生物分子的干扰。本文首先介绍了金属烯碳纳米囊的制备原理和基本性质，概述了基于金属烯碳纳米囊的SERS检测和成像中的应用进展，最后展望了金属烯碳纳米囊在疾病诊疗的前景和潜力。
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  光散射中的anapole态：理论、结构以及应用

  田硕 , , 王俊俏, 郜雅, 梁二军, 丁佩

  光散射学报. 2023, 35(3): 217-231. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303003

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  光散射中的anapole态是纳米光子学领域的一种独特的光学现象，可以用Mie理论以及多极展开理论进行分析。对于最常见的一阶电anapole态，其可以看做是由笛卡尔坐标系下电偶极矩和环偶极矩的干涉相消产生，具有典型的远场散射抑制和近场增强性能。本文首先对anapole态的基本概念和理论进行阐述，其次对激发anapole态的微纳结构进行总结，最后结合anapole态独特的光学特性，对其在近场增强、非线性光学、激光等方面潜在的光子学应用和最新研究进展进行了讨论和展望。
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  强激光脉冲中高能电子辐射的时间演化研究

  孙诗晨 , 田友伟, 薛洪涛

  光散射学报. 2023, 35(3): 232-237. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303004

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  为了研究圆偏振强激光脉冲中高能电子辐射随时间的演化，在拉格朗日方程和电子能量方程的基础上，构建了高能单电子与强激光脉冲相互作用的模型，采用MATLAB对此过程进行模拟和计算，得到了电子辐射的空间分布随时间演化的仿真图像。结果表明，受圆偏振紧聚焦强激光脉冲作用的电子所发出的电磁辐射能量会随时间由外而内呈现涡旋状的空间分布，且在约1000fs后集中在中心；辐射向内集中的速度会随时间逐渐放缓。此外，单位立体角辐射能量的最大值也会随时间递增，且变化速度先增大后减小。在450fs附近，辐射能量到达平台期，此后继续缓慢增加，直至1000fs后稳定在1.18×10-12J/cm2。此结果表明，可以通过控制电子与激光相互作用的时间，更快得到符合实验要求特性的电子辐射。
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  静电纺丝技术制备热耐受性SERS基底

  李朵朵# 邵菲# 胡森 郭小玉 文颖 杨海峰

  光散射学报. 2023, 35(3): 238-244. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303005

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  本文以纳米金为模板，通过替代化学反应，合成 Au@AgNPs 核壳纳米粒子，将其负载在聚(苯乙烯-丁二烯) (SB)电纺纤维膜上，制得表面增强拉曼散射(SERS) 柔性基底Au@AgNPs/SB。利用紫外-可见光谱 (UV-vis)、透射电子显微镜 (TEM)、扫描电子显微镜 (SEM)和拉曼光谱表征了基底的形貌结构和光谱性能。以罗丹明6G为拉曼分子探针，将Au@AgNPs/SB基底经常温-升温过程处理后进行光谱实验，结果表明该基底有热耐受性好，能用于较高温度下前处理样品，有利于提高检测的灵敏度。以农药福美双作为研究对象，通过对其进行加热实验，SERS检测限可低至3.65×10-9mol/L。
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  表面疏水化纸基衬底制备及其增强拉曼光谱特性研究

  曹怡, 刘雯, 樊冲宇, 方子清, 董军

  光散射学报. 2023, 35(3): 245-253. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303006

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  本文制备得到一种由金银合金纳米颗粒修饰的疏水性纸基表面等离激元增强拉曼光谱衬底，兼具高密度的纳米颗粒分布和高分子检测灵敏度，在痕量检测领域具有一定的研究意义。实验上将不同合金比的金银合金纳米颗粒组装到经过疏水处理的滤纸基底上，以改善衬底的表面等离激元特性。并通过调控沉积循环次数，制备得 到高密度纳米颗粒沉积的疏水纸基衬底。光谱表征结果表明，所制备衬底能够实现罗丹明6G和结晶紫探针分子的检测极限分别为10-10 M以及10-8 M；衬底对福美双分子的检测极限可达10-7 M。
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  高灵敏光纤SERS基底的性能研究

  杜伟, 魏圣男, 李月, 王明利

  光散射学报. 2023, 35(3): 254-262. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303007

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  由于光纤长度可控以及其独特的光学性能使得光纤SERS基底的检测灵活简单，在本研究中，采用油水分离的实验方法在光纤端面上修饰了银纳米颗粒，证明了该方法可以制备光纤SERS基底并有效增强拉曼信号。我们将结晶紫溶液作为分析物对制备的SERS光纤基底进行了表征，并对光纤SERS基底的均匀性、灵敏度和稳定性三个方面进行了研究。在实际应用中，使用光纤基底对罗丹明6G和农药中间体合成中广泛使用的4-氨基苯硫酚进行了检测。这些实验结果证明了自组装法为光纤SERS基底的制备提供了可行思路。
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  基于UiO-66/AuNPs的SERS基底制备与有机色素的检测研究

  谢玉婷, 韦庆益, 蒲洪彬

  光散射学报. 2023, 35(3): 263-269. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303008

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  通过巯基乙酸（TGA）修饰的金纳米颗粒（AuNPs）静电吸附在UiO-66表面制备得到UiO-66/AuNPs的表面增强拉曼（SERS）基底，研究了基底对不同带电性质的六种有机色素（孔雀石绿、亚甲基蓝、藏红T、柠檬黄、日落黄、刚果红）的SERS响应规律。结果发现，UiO-66/AuNPs对阳离子型孔雀石绿、亚甲基、蓝藏红T染料的增强因子分别为2.12×104、4.46×104、7.20×104，比阴离子型柠檬黄、日落黄、刚果红染料的增强因子（1.43×102、2.54×102、1.73×102）高2个数量级。因此，UiO-66/AuNPs基底可以通过静电吸附选择性提高对阳离子型色素的检测灵敏度，是一种有着广阔应用前景的高效SERS传感器材料。
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  利用表面增强拉曼光谱对光照条件下改性罗丹明-6G失效机理的研究

  王丁丁, 安晓娇, 徐梦恬, 刘涛, 王筠

  光散射学报. 2023, 35(3): 270-274. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303009

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  改性罗丹明-6G分子结构复杂，保存不当易分解，为了降低拉曼光谱的荧光背底，提高拉曼光谱信号稳定性，本文对激光波长、增强剂比例、稳定时间、光谱采集等参数的影响进行了优化分析，确定了最优的测试条件激光波长（785nm）、增强剂比例（V样品：V增强剂=2:1）、增强剂和样品混合后放置时间（0.5h）、采谱条件（采谱时间10s，积分次数3次）。在该条件下测试了（100~250mg/L）浓度标准溶液，平行试样三个，以F2峰（2062.5 cm^-1）峰面积为响应值，建立响应值-浓度曲线，得到了浓度线性方程。此方法线性相关系数为0.968,标准偏差3.85%，检出限为25mg/L，说明该方法可用于改性罗丹明-6G染料浓度的测定。对光照分解的染料定期取样测试其浓度和特征峰变化情况，结果表明随着光照时间的增加，染料浓度迅速下降，同时H_F1:F2峰高比下降，其中F1峰（935.2 cm^-1）与取代基中C-F键相关振动峰，F2峰为氧杂蒽键的振动峰，说明罗丹明-6G染料日照分解过程中，主链和支链均发生断裂，其中C-F键更易断裂。

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  存储5年的姜科药材傅里叶变换红外光谱分析

  刘艳尹德都潘宏源司民真

  光散射学报. 2023, 35(3): 275-285. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303010

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  采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合技术研究存储5年的姜科药材，以探寻姜科药材存储五年的成分变化情况。结果显示，原始红外光谱整体相似，光谱反映出药材的主要物质有挥发油类、黄酮类、糖类、氨基酸等。对谱图差异较大的1300～1450cm-1进行原始谱图局部放大处理、二阶导数处理，明显看出1384cm-1、1410cm-1峰强、峰位差异明显，推断含异丙基和叔丁基化合物的含量及化合物内部结构发生变化。结合吸光度比值法和曲线拟合面积定量分析得出，22种姜科药材的挥发油含量随着储藏时间的变化呈下降趋势，糖类含量呈上升趋势。研究表明，傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合可为姜科药材的品质分析提供一种有效手段。
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  同步辐射SAXS技术研究Al(OH)3胶体的分形结构

  邴柳洁 王龙

  光散射学报. 2023, 35(3): 286-295. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303011

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  本论文以Al(OH)3胶体为研究对象，使用同步辐射SAXS技术并结合FTIR、SEM、DLS、Zeta potential表征手段，考察了Al(OH)3胶体粒子在老化时间0 - 135 min下的分形结构演化规律，并提出了一种可能的生长机制。不同老化时间下的双对数坐标图呈现明显的线性，说明胶体样品存在分形结构。结果表明，随着老化时间的延长，质量分形维数Dm由25 min时的2.29增加至85 min的2.78；95 min - 135 min时，Dm值在2.76 - 2.79范围内，基本不发生变化。这说明，老化时间在25 min - 85 min时，体系初级颗粒由最初的相对分散状态快速团聚为大尺寸的团簇，最后形成致密的凝胶。95 min - 135 min，凝胶过程已经完成，胶粒尺寸不发生变化，135 min时胶块可能发生破裂。
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  基于SAM-ED光谱匹配的绝缘子污秽类型检测方法研究

  刘益岑, 刘曦, 杨琳, 林柯心, 郭裕钧, 张血琴

  光散射学报. 2023, 35(3): 296-302. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303012

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  污闪是威胁电网安全可靠运行的重要原因之一，污秽类型差异将直接影响闪络电压大小。因此，及时掌握绝缘子污秽类型信息对预防污闪有重要作用。为此提出了一种基于SAM-ED光谱匹配的绝缘子污秽类型检测方法。采集不同污秽类型样本高光谱数据，经黑白校正及多元散射校正(MSC)去除噪声等干扰因素；利用竞争自适应重加权采样法(CARS)对光谱数据进行特征选取，分别在特征波段和全波段范围内通过SAM-ED光谱匹配法将测试组样本光谱与参考光谱进行匹配，根据匹配结果对样本进行分类；实验结果表明：相比于光谱角匹配法和最小距离法，SAM-ED光谱匹配法检测效果更好；基于全波长数据进行SAM-ED光谱匹配准确率可达95%，基于特征波长数据进行SAM-ED光谱匹配准确率可达98.33%。
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  红外光谱和气质联用在铁质文物保护修复材料评价中的应用

  王克青, 杨琴, 张然, 刘薇,

  光散射学报. 2023, 35(3): 303-310. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202303013

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  二十世纪七十年代在对铁器进行保护修复时，国家博物馆文物保护修复人员根据器物的锈蚀程度对器物进行了清洗、除锈、脱盐、粘接、封护等处理。时隔四十多年，再次审视和查看当年保护修复过的四件铁器时，为了更科学地了解当时使用的保护修复材料的现状，本工作采用傅里叶变换显微红外光谱(Micro-FTIR)和热裂解气相色谱-质谱(Py-GC/MS)分析了铁器上的保护修复材料：粘接剂和封护剂。显微红外非常适合分析微量有机物。Py-GC/MS在分析样品时无需对样品进行前处理，可直接对样品进行热裂解分析；该方法操作比较简单、灵敏度高、能实现多组分混合有机样品识别，非常适合用于评价文物上的混合有机材料。该工作既能为铁器上文物保护修复材料的现状提供科学评价方法，也为评价过去使用过的保护修复方法、铁器的长久保存提供重要的指导。