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期刊信息/Journal information
光谱学与光谱分析
光谱学与光谱分析

高松

月刊

1000-0593

chngpxygpfx@vip.sina.com

010-62181070

100081

北京市海淀区学院南路76号钢铁研究总院

光谱学与光谱分析/Journal Spectroscopy and Spectral AnalysisCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊系中国光学学会会刊，由钢铁研究总院、中国科学院物理研究所、北京大学、清华大学联合承办的学术性刊物。刊登主要内容：激光光谱测量、红外、拉曼、紫外、可见光谱、发射光谱、吸收光谱、X-射线荧光光谱、激光显微光谱、光谱化学分析、国内外光谱化学分析最新进展、开创性研究论文、学科发展前沿和最新进展、综合评述、研究简报、问题讨论、书刊评述。本刊适用于冶金、地质、机械、环境保护、国防、天文、医药、农林、化学化工、进出口商检等各领域的科学研究单位、高等院校、光谱仪器制造厂家、从事光谱学与光谱分析的研究人员、高等院校有关专业教师和研究生、有关专业管理干部。《光谱学与光谱分析》为我国首批自然科学核心期刊，中国科协优秀科技期刊，中国科协择优支持基础性、高科技学术期刊，是中国科技论文、中国科学引文数据库、中物理文摘、中国学术期刊文摘的统计源刊，被国外的SCI，AA，CA，EI，MEDLINE，AJ等文献结构收录。
正式出版
收录年代

    飞秒激光直写光纤光栅进展及光谱优化方法研究

    朱玉雪陈东营赵强曲轶...
    2101-2110页
    查看更多>>摘要：光纤光栅传统的制备方法为紫外曝光法和CO2激光法.紫外曝光法具有操作简单,容易对准等优势,但通常需要对光纤进行载氢增敏处理且高温下折射率调制容易被擦除,难以在极端环境下实现应用价值.CO2激光法通常用于长周期光纤光栅的制备,测量灵敏度容易受到高温的影响.针对传统光纤光栅制备方法存在的问题,飞秒激光刻写技术随之出现,大致被分为飞秒激光直写法、飞秒激光全息干涉法和飞秒激光相位掩模法.其中,飞秒激光直写法具备刻写效率高、脉冲能量要求低等特点,还能根据传感需求调制中心波长、光栅间距、光栅长度等.此外,飞秒激光直写法的实验装置简单,不需要相位掩膜板控制光栅周期.飞秒激光直写的光纤光栅具有折射率调制灵活、高温性能好、机械强度高等优点,已在传感器、激光器等多种光学器件中广泛应用.文章简要介绍飞秒激光直写光纤光栅的工作原理及典型写制方法,总结了飞秒激光逐点、逐线、逐面三种直写方法的国内外研究进展;从制备效率、光谱质量等方面对比分析了三种直写方法的优缺点;详细分析和讨论了光谱优化方法,包括激光脉冲能量、光栅长度、光纤类型、光束整形和光栅切趾,为获得高反射峰、窄3 dB带宽、低插入损耗的高质量光纤光栅奠定基础.最后展望了飞秒激光直写光纤光栅的发展趋势和应用前景.

    光纤光栅飞秒激光直写法光谱优化

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    表面增强拉曼散射光谱在miRNAs检测中的研究进展

    刘会俏付金金王思甜张家坤...
    2111-2119页
    查看更多>>摘要：表面增强拉曼散射(SERS)因其灵敏度高、非侵入性、多路检测等特点,已广泛应用于生物医学检测.研究发现微小核糖核酸(miRNAs)的异常表达与多种疾病有关,miRNAs已成为一种新型的生物标志物.开发简单、灵敏、可靠的miRNAs检测方法,对miRNAs的生物学功能研究、医学诊断、疾病治疗和靶向药物研究具有重要意义.目前,与核酸信号放大策略相结合的纳米SERS探针,用于miRNAs检测表现出较高的灵敏度.然而实际样本中成分复杂,易产生背景信号,干扰检测结果;分离纯化过程繁琐,增加了检测时间.近年来,研究者们通过结合其他技术来优化检测,提高样本检测通量、简化操作、减少分析时间、提高分辨率.该论文主要介绍了基于SERS技术的miRNAs检测方法的最新进展,讨论了技术融合的优势与必要性,并总结了基于SERS技术的miRNAs检测用于临床检测还存在的问题,旨在为设计新型快速灵敏可靠的miRNAs SERS检测平台提供参考.

    拉曼光谱表面增强拉曼散射微小核糖核酸核酸信号放大

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    第23届全国分子光谱学学术会议和第五届光谱年会暨黄本立院士百岁华诞学术研讨会(第一轮通知)

    中国光学学会中国化学会中国光学学会光谱专业委员会厦门大学...
    2119,2136,2151页
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    太赫兹光谱技术在食品污染检测中的研究进展

    张红涛王龙杰谭联赵鑫涛...
    2120-2126页
    查看更多>>摘要：随着新的食品加工技术及新型食品材料的不断涌现,食品污染问题也越来越多,国际食品安全事件频繁爆发,食品污染造成的食源性疾病对人民生命健康造成严重威胁,如何把控好食品质量成为人们关注的焦点问题.太赫兹技术作为一项新兴的检测技术,其反映样品的物理结构、性质及化学成分的同时,也获取样品在太赫兹波段的时域和频域信息作为物质"指纹"谱,用于无损检测和识别领域并取得了一定的成果.相较于传统的检测手段,太赫兹技术安全性高、透视性好以及波谱分辨能力强等优势使其在食品污染检测领域具有极大的应用潜力和应用前景.文章简述了太赫兹光谱技术的基本原理,以其中最为常用的太赫兹时域光谱技术为主要研究重点,对该技术在食品生物性污染、化学性污染、物理性污染检测方面的应用研究工作进行了重点归纳总结,最后聚焦于太赫兹技术在食品污染检测领域的实际应用现状,讨论其发展趋势和应用前景,并分析目前研究仍存在的问题,以期为太赫兹技术在食品安全检测领域未来的进一步发展提供参考.

    光谱学太赫兹时域光谱光谱检测食品污染食品安全

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    大气典型α二羰基化合物的光谱探测方法和外场应用

    陈浩贾晔徐捷段俊...
    2127-2136页
    查看更多>>摘要：乙二醛和甲基乙二醛是大气环境中两种最典型的α二羰基化合物,其浓度变化是大气VOCs氧化过程和反应活性的重要表征,对于研究大气VOCs氧化反应具有重要意义.大气乙二醛和甲基乙二醛具有浓度极低、寿命短、活性较强,使其浓度的准确探测具有一定的挑战性,导致外场环境的监测结果较少,缺乏大气化学反应机理分析的研究.对于α二羰基化合物的探测先后发展出化学衍生化法、质谱法等,能够有效地实现气体浓度监测,而技术也存在一定的局限.随着光学技术的进步,针对大气α二羰基化合物发展了一系列的光谱测量手段,比如差分吸收光谱、腔增强吸收光谱、激光诱导磷光、傅里叶红外光谱等技术,具有非接触、探测限低、灵敏度高、时间分辨率高等特点.综述了乙二醛和甲基乙二醛的光谱测量技术现状和发展趋势,对方法的原理、技术要点、优缺点等进行了详细的说明,列举了技术的器件参数、反演算法、探测限等关键特征,并对其国内外相关应用予以介绍.针对高活性α二羰基化合物的标定需求,详细说明并对比分析了现有条件下常用的气流稀释法、待测物溶液温控起泡器法、加热法、大气反应法等气体标定方法.对基于光谱技术的大气α二羰基化合物外场观测实验进行汇总分析,对实验条件、浓度结果、主要结论等予以总结,表明光谱技术是乙二醛和甲基乙二醛探测的有力手段,列表说明了浓度变化与一次污染排放、VOCs氧化、二次有机气溶胶生成等反应的相关性;重点讨论了甲醛、乙二醛、甲基乙二醛混合比率,得出不同环境下的混合比数值范围,表明RGF在BVOCs环境下数值较低,高混合比可能预示着人工源VOCs的影响.

    光谱技术乙二醛甲基乙二醛挥发性有机物标定

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    银纳米一维复式阵列表面等离激元光谱性质

    张钦秀王鹏飞张悦王婷...
    2137-2145页
    查看更多>>摘要：纳米尺寸的贵金属在入射光的激发下能够产生表面等离激元效应,即光在金属表面与电子发生耦合,引起金属表面自由电子集体震荡的现象.当自由电子的震荡频率与入射光的频率相同时,可以引起等离激元共振,产生独特的光谱特性.贵金属纳米颗粒的等离激元共振效应在物理、化学、生物等各个领域具有广泛应用.基于银纳米颗粒,提出一种一维复式阵列结构,利用时域有限差分方法研究该贵金属阵列的表面等离激元性质.在该结构中,以SiO2为基底,两种不同的银纳米颗粒沿y轴方向放置在SiO2基底的表面上,形成一维复式阵列,平面波入射光沿z轴负方向垂直入射.实验观察到,在300～1 200 nm的波长范围内,该复式阵列结构的表面等离激元能够被有效激发,在其吸收光谱上有两个等离激元共振峰.通过调节该结构纳米颗粒的尺寸、形状和阵列周期等结构参数,等离激元共振峰和电磁场模式均发生有规律的变化.此外,固定其中一个银纳米颗粒不变,改变另一颗粒尺寸,可以发现其吸收曲线的两个共振峰发生不同的变化,结合电场图可以得出两个峰所对应的等离激元共振具有不同的电磁场模式.通过改变其中一个银纳米颗粒的形状,如四棱锥、球体、圆柱体和正方体,可以发现当颗粒形状发生变化时,两个共振峰对应的波长均不发生变化,但是不同颗粒形状所产生的电场分布明显不同,底面处的相对电场强度差别也很明显,依此同样可以验证其吸收曲线存在两个不同电磁场模式的共振峰.研究结果对基于贵金属纳米颗粒阵列结构表面等离激元器件的设计研究工作具有一定意义.

    表面等离激元贵金属时域有限差分

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    具有高颜色表现能力与低蓝光危害的白光LED光谱优化

    甄佳弘王智峰李长军
    2146-2151页
    查看更多>>摘要：随着发光二极管的飞速发展,LED照明越来越多的被用于各个行业,且类似医疗、印刷、纺织、美容等行业对LED灯具的颜色表现能力要求很高;同时LED灯具带来的光生物危害也越来越被人们所重视,其中以LED蓝光危害最被人们所熟知.近年来很多研究者致力于如何降低白光LED的蓝光危害,但大部分工作都是在相对较低色温(CCT)的情况下获得需要的白光光谱,或者在一段色温范围内对进行离散穷举来找出最低蓝光危害的那一个相关色温对应的光谱;能够在不同的目标色温下获得同时拥有高颜色表现能力与低蓝光危害辐射的混合白光LED光谱几乎没有.为此,基于现有的多个LED提出了一种目标函数简单的非线性约束优化方法.在以往的研究中发现蓝光危害加权辐射通量与其相关色温呈现线性关系,随着其相关色温的增大,蓝光加权辐射通量也越来越大.要想获得具有低蓝光危害的白光LED光谱,只需固定其相关色温,就会得到每个目标相关色温对应的蓝光加权辐射通量,根据评价LED光源的蓝光危害辐射效率的计算公式,将其分子固定,只需最大化其分母,其蓝光危害辐射效率就会最小化,所以最大化辐射效率即可.针对其光谱功率分布,通过使用一个滤光片对被选择的多个LED混合后的光谱功率分布进行限制,同时因为实际生产需求要对滤光片的光谱透射率添加一个平滑约束,平滑约束则是使用加权平均的方法来完成.最后通过极大化"RP"方法得到各色LED的辐射量权重.仿真结果证明,该方法最终可以获得符合美国国家标准学会的ANSI/NEMA C78.377-2017标准的2 700～6 500 K八个目标相关色温,分别为2 700、3 000、3 500、4 000、4 500、5 000、5 700和6 500 K,各个CCT下的光源光谱其显色指数、色彩保真度、色域指数均在90以上,色偏差值在0.005 4以内,蓝光危害辐射效率均在0.1以内的混合LED白光光谱.

    蓝光危害LED光谱优化光谱叠加颜色表现能力

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    一种新型静态样品池系统应用于高温谱线参数测量

    黄文健张铭珂高光珍王宣...
    2152-2157页
    查看更多>>摘要：在实际高温气体探测工况下,温度的变化往往会对所测气体谱线参数测量结果带来不同程度的影响,且有时难以实现实时在线测量.因此该研究旨在设计加工一个新型高温样品池模拟高温环境,并在其基础上搭建一套可调谐二极管激光吸收光谱测量系统用来对目标气体高温环境下的光谱进行探测,实现对谱线参数的精确检测.针对高温样品池的设计,采用Comsol对样品池材料的固体导热特性进行模拟分析,从而确定最佳加工所需尺寸和材质.经检测,设计加工后的高温样品池具有良好的性能,可在300～1 000 K温度范围及-0.1～10 atm压力范围内工作,在1 000 K温度下样品池温度的最大偏差为20 K;在真空条件下,当温度为300和1 000 K时分别测量到的气体泄漏速率为5和10 Pa·min-1.使用中心波长为1 573 nm的分布反馈(DFB)半导体激光器作为光源测量了 HITRAN2016数据库中参数较为准确的CO分子的部分高温光谱,并把依此反演得到的谱线参数与HITRAN数据库进行对比分析,误差基本在5％以内,证明了所设计加工高温样品池的良好性能,可为高温环境下的气体谱线参数测量提供帮助.

    气体探测吸收光谱高温样品池性能测试谱线反演

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    Seya-Namioka类型真空紫外光谱系统的研制和性能测试

    沈永才钮雨凡孔德峰叶扬...
    2158-2165页
    查看更多>>摘要：为了满足磁约束核聚变领域的杂质测量要求,研制了一套Seya Namioka真空紫外光谱仪.该光谱仪的主要部件是可调宽度的入射狭缝、凹面光栅和探测器.光谱仪的光通量通过可调节宽度的入射狭缝来调节,入射狭缝宽度可以在10～1 000μm范围内调节.分光元件选用线密度为1 200 lines·mm-1的凹面全息光栅.光栅表面涂有铝(Al)和氟化镁(MgF2),以提高衍射效率.光栅的可使用波段为50～460 nm,针对其中的50～250 nm波段进行光路优化设计.选用深度制冷背照式电荷耦合器件(CCD)作为光谱仪的探测器.通过转动光栅转台旋转光栅来改变衍射角,实现50～250 nm范围内的光谱观测.基于凹面光栅的参数,确定了具体光路,并分析了波长随光栅旋转角度的变化关系及不同波长处的线色散率.基于凹面光栅成像理论,对系统的光谱分辨率进行了计算分析.通过分析不同出射臂下的光谱分辨率,确定最优出射臂为205 mm.在出射臂为205 mm、入射狭缝为20μm的情况下,分析了入射狭缝宽度、像素大小、像差和衍射极限对光谱分辨率影响.结果表明:衍射极限对光谱分辨率的影响最小,基本上可以忽略不计,出射狭缝的宽度对光谱分辨率有较大贡献,大约为0.09～0.10 nm,且在50～250 nm波长范围内缓慢增加.分析了不同入射狭缝宽度(10～80 μm)下光谱分辨率,光谱分辨率随狭缝宽度呈递增趋势,变化范围为0.10～0.32 nm,当狭缝宽度达到80μm时,光谱分辨率已经变的较差,不利于高分辨线辐射光谱测量.在实际测量中,应该综合考虑光通量和光谱分辨率需求.采用低压汞灯和微波等离子体光源进行波长校准和性能测试.基于零阶光谱和汞灯的特征光谱Hg Ⅰ(185 nm)对光谱仪进行了波长标定.通过Hg Ⅰ(185 nm)谱线的高斯拟合分析,得到仪器在185 nm处的光谱分辨率为0.124 3 nm,与理论计算值接近.通过实验与理论计算对比不同出射臂下的Hg Ⅰ(185 nm)光谱分辨率,验证了仪器在出射臂为205 mm处获得最佳光谱分辨能力.利用微波等离子体放电光源装置对光谱仪进行了进一步的性能测试,基于光源发射的氮、氧和氦线的测量,验证了光谱仪在50～250 nm波长范围内具有良好的探测能力.

    真空紫外光谱仪凹面全息光栅光谱分辨率波长标定

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    基于拉曼光谱技术的不同年份玉米成分分析

    黄纪翀宋少忠刘春宇徐立君...
    2166-2173页
    查看更多>>摘要：以松原粮食集团提供不同年份的玉米储备粮为实验样品,采用三级显微拉曼光谱检测仪对不同状态下的玉米单籽粒进行光谱采集,并结合密度泛函理论(DFT)得到分子光谱,研究其内部成分随时间变化的规律.通过DFT理论优化分子结构和分析,将求得分子中每个键对应的振动频率与实际测得的玉米籽粒拉曼光谱进行对比,完成部分峰位指认;对不同储存年份的玉米籽粒外表面拉曼光谱进行了测量,对原始光谱进行预处理后分别在476、1 006、1 156、1 459、1 519、1 597和1 633 cm-1这几处发现了较强的拉曼峰,表征着玉米淀粉、叶黄素、木质素的存在;对不同年份玉米籽粒纵切面的拉曼光谱进行测量,将此部分光谱归一化处理后得到了对应峰位的相对峰强与相对峰面积.通过比较发现除在表面得到的拉曼峰外,在850～1 450 cm 1附近处还发现了新的拉曼峰.其中位于475、863、944、1 260、1 338和1 378 cm-1几处表征淀粉含量的拉曼峰峰强、峰面积、半高宽(FWHM)值随储存年份的增加产生了或增加或减少的现象,表明其物质组成、成分含量、分子结构均发生了不同改变,基本与玉米淀粉老化的机理一致.其中在1 080和1 130 cm-l拉曼峰在三个不同年份玉米纵切面拉曼光谱中的变化差距较大:1 080 cm-1的拉曼峰只存在于2018年、2019年储存的玉米光谱中,1 192 cm--处的拉曼峰只存在于2020年份的玉米光谱中,且峰强、Full Width at the half of the maximum(FWHM)值有不同程度的变化,可能表示淀粉内某种糖类物质之间的相互转换,可作为鉴定不同年份玉米样品的特征峰.对叶黄素含量相关峰位的物理参数进行了比较,并将其中的峰强、峰面积值与年份做线型拟合分析,拟合程度较好,相关系数均达到了 0.9以上,表明叶黄素含量随储存时间延长呈线性下降的趋势.通过与理论计算得到的叶黄素光谱对比分析,发现叶黄素的流失对化学键振动均有不同程度的影响,其中对C=C双键的伸缩振动影响最大.该研究使用密度泛函理论的计算与实验比对结果,探讨玉米的拉曼光谱随时间推移的变化规律,通过分析不同年份玉米的内部成分变化,为使用拉曼光谱鉴别玉米年份提供了一定的依据,拓展了光谱在农产品质量检测分析上的应用.

    拉曼光谱密度泛函理论玉米储备粮成分分析

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