稳态与瞬态荧光光谱仪在本科教学中的探索实践

大型仪器的高度开发使用与教学工作的有机结合在本科教学中仍旧是一项较有挑战性的工作。为进一步提升学生课程理论知识与分析仪器使用的融合度,本文以稳态与瞬态荧光光谱仪为例,将大型分析仪器与大学中各个阶段学生的学习实践相结合,以提高不同学习阶段的学生稳态与瞬态荧光光谱分析能力,掌握荧光光谱仪使用方法与技能,培养学生利用仪器解决科学问题的能力,提升相关专业的科研素养。

单光子计数法对光生载流子寿命的测量与分析

采用单光子计数法(Time Correlated Single Photon Counting,TCSPC)测量了MEH-PPV和CdS共混薄膜退火处理前后受到超短脉冲激光激发及光生载流子的瞬态衰减过程,得到了MEH-PPV:CdS共混薄膜材料的光生载流子寿命。分析表明,退火处理后MEH-PPV:CdS共混薄膜材料的光生载流子寿命更长,相应的光伏器件(结构为ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:CdS/Al的有机薄膜光伏器件)也具有较高的光电转换效率。

激光诱导荧光聚焦纹影系统及超声速燃烧流场应用

纹影是一种常用的流动显示技术,广泛应用于可压缩流动显示及超声速燃烧流场实验.然而,在变Mach数超声速燃烧实验中,燃烧室总温随来流Mach数变化.受准稳态/非定常温度变化影响,光学玻璃窗口的折射率发生显著改变,影响基于密度梯度的纹影成像质量.同时,普通纹影为光程体积沿程积分,难以同二维燃烧场成像信息进行直接比较以开展燃烧与流动耦合研究.聚焦纹影技术可抑制燃烧室内高温引起的玻璃窗口折射率变化,并实现毫米级的急剧聚焦深度,获得二维流场结构,同时配合纳秒级脉宽Nd:YAG激光光源可冻结高超声速流场.在传统聚焦纹影系统基础上发展了激光诱导荧光聚焦纹影系统并应用于变Mach数超声速燃烧实验,创新点在于使用激光诱导荧光染料,以荧光作为光源消除原本激光光源中的相干噪声,同时发展了边缘增强图像处理方法.实验结果表明激光诱导荧光聚焦纹影系统及边缘增强图像处理方法能够有效消除激光光源相干噪声,捕捉二维超声速燃烧流场结构.

荧光光谱-KNN算法用于腐殖酸种类识别和定量

生活饮用水及水源水中腐殖酸(HA)的种类识别和定量对消毒副产物的控制有重要意义。为此,通过稳态瞬态荧光光谱仪提取腐殖酸的荧光特征值即荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)信息,引入KNN特征值模型,建立了荧光光谱-KNN算法技术识别水中的腐殖酸种类,并在此基础上,利用同种类腐殖酸标准物质的荧光强度与质量浓度的线性关系进行定量研究。结果表明,该方法对水中6种腐殖酸标准物质的检出限范围为0.001~0.002 mg/L、定量限范围为0.003~0.006 mg/L、精密度范围为0.29%~1.80%、准确度范围为1.3%~3.6%,加标回收率范围为86.5%~110%,均满足分析化学在定量方面的相关规定。在定性准确、数据可靠的条件下,利用荧光光谱-KNN算法技术对14种不同来源的生活饮用水及水源水样品进行了腐殖酸种类和含量的调查,结果发现,调查范围内水体中的腐殖酸均与标准物质1R110N属于同一种类,其中水源水中的腐殖酸浓度为1.922~9.157 mg/L,出厂水中的腐殖酸浓度为0.382~2.108 mg/L,水厂对腐殖酸的去除率为44.02%~83.78%,证实了该方法在应用推广方面具有普遍适用性。