饮用水中的微塑料及其拉曼光谱检测技术研究进展

塑料的发明和应用已逾百年,给日常生活带来了极大的便利。塑料制品及成分经过破碎降解后形成微塑料(MPs),环境中的MPs可进入饮用水,其污染和潜在的健康危害逐渐受到重视。MPs的定性和定量检测仍处于发展阶段,拉曼光谱(RS)是目前较常用的一种较灵敏的非破坏性的无损光学分析技术。本文重点介绍了饮用水中MPs的来源、潜在危害以及RS检测的研究进展,旨在提高对饮用水中MPs污染的认知和对研发MPs检测技术的重视。

拉曼光谱联合WOA特征筛选的矿井水源识别方法研究

在矿井突水灾害防治过程中,准确、快速判别突水水源类型对煤矿安全生产意义非常重大,而传统的水化学方法存在耗时长、检测复杂等不足,为此提出采用拉曼光谱进行矿井突水水源辨识这一新思路。首先从淮南矿区采集老空水、顶板砂岩裂隙水、奥灰水、太灰水和地表水以及它们混合的水样作为实验对象,并借助拉曼光谱系统收集水样的拉曼光谱数据。随后,采用常见的光谱预处理方法对原始拉曼光谱进行降噪。接着,采用鲸鱼优化算法(WOA)对水样的拉曼光谱进行特征信息筛选,得到最能够表征矿井水样的特征拉曼信息。最后,将筛选出的特征拉曼信息作为输入,分别构建BP神经网络(BPNN)、K-近邻算法(KNN)、支持向量机(SVM)、决策树(DT)以及朴素贝叶斯(NB)分类模型,以此来验证拉曼光谱结合WOA筛选特征拉曼信息用于矿井水源识别的可行性。实验证明:利用WOA可以从2048个拉曼数据点中筛选得到102个特征拉曼信息,将拉曼信息的点数缩减为原来的4.98%,而且WOA筛选的特征拉曼信息的建模精度高于全拉曼数据建模精度,此外,采用WOA筛选的特征拉曼信息构建BPNN、KNN、SVM、DT和NB水源辨识模型时,其分析速度都有着不同程度的提升。研究结果表明,采用WOA筛选矿井水源拉曼光谱的特征信息,可以有效地减少拉曼光谱数据的冗余,提升拉曼光谱分析的速度,这可以为矿井水源的快速检测提供借鉴。

压水堆不同燃耗完整和破损棒燃料芯块氧化特征拉曼光谱研究

为研究压水堆不同燃耗完整和破损燃料棒燃料芯块氧化过程和物相变化,采用拉曼光谱分析技术对燃耗为14 GW·d·t^(−1)和45 GW·d·t^(−1)的完整燃料棒及燃耗为14 GW·d·t^(−1)和41 GW·d·t^(−1)的破损燃料棒燃料芯块的氧化特征进行了分析。结果表明:14 GW·d·t^(−1)和45 GW·d·t^(−1)的完整燃料棒燃料芯块由UO2、U4O9和U3O8组成,相比于燃料芯块的内部区域,芯块边缘显示出更强的氧化性;14 GW·d·t^(−1)和41 GW·d·t^(−1)破损燃料棒燃料芯块发生了重结构,形成柱状晶粒,主要物相为UO2和U3O8。燃耗的加深和燃料棒的破损均促进了燃料芯块的氧化过程,但并不会改变燃料芯块的主要相结构。

表面增强拉曼光谱在水体微塑料检测中的研究进展

近年来,水体微塑料(MPs)污染已经对人类健康产生重大威胁,建立快速、准确的微塑料检测方法十分必要。表面增强拉曼光谱作为一种无损快速检测技术,能提供分析物的“指纹”光谱,已经在环境检测领域得到了广泛应用。本文综述了SERS技术在水体微塑料检测中的应用,并进行了总结和展望。

水上浮动式溢油监测设备研发与测试

港口码头水域溢油监测是溢油突发环境事件应急能力建设的关键环节,为向早期延伸对重大溢油事件的感知响应,有必要实现全方位立体化溢油有效监测。以提升浮动式溢油监测设备的有效性和抗干扰性为目标,简述了目前主要的溢油探测技术方法,提出了激光荧光与拉曼散射比值耦合理论,有效克服阳光及风浪造成的背景噪声干扰反演推导油膜厚度;设计了溢油监测传感器,研发了水上浮动式溢油监测设备,开发了溢油监测传感系统平台;通过柴油试验对设备监测有效性和系统平台报警可靠性进行了验证测试。结果表明:利用所提理论方法反演的油膜厚度与实际油膜厚度的误差不超过1.0%,其理论方法正确,设备监测有效性和系统报警可靠性较高。

激光拉曼快速标定花岗质玻璃的水含量

水是地球深部重要的挥发分,准确获得硅酸盐熔体中水的含量及分布有助于深入理解挥发分的循环以及岩浆的分异和演化。相对于红外光谱、二次离子质谱和电子探针,拉曼光谱对水含量的测量具有精度高、范围广、空间分辨率高、样品准备简单等优点,可成为快速测量玻璃或熔体包裹体水含量的一种常规便捷方法。本研究在合成制备不同成分和水含量的花岗质玻璃样品基础上,使用电子探针、傅里叶红外光谱和高分辨共聚焦显微激光拉曼等技术手段对该批样品进行了成分及水含量测试和标定,并探索了激光拉曼分析花岗质玻璃水含量的最佳条件。红外光谱采用4500和5200 cm^(-1)的吸收峰计算样品中的水含量,结果表明合成花岗质玻璃样品的含水量为0.01%~7.68%;拉曼光谱采用2800~4000cm^(-1)的峰进行水含量的分析,结果显示532nm激光条件下,激光功率30mW、积分时间40s所获得的峰面积与红外光谱的水含量结果呈现良好的线性相关关系。线性拟合结果表明,激光拉曼分析方法适用于含水量>1%的花岗质玻璃样品,相对误差小于10%。因此,激光拉曼分析可以作为一种玻璃样品水含量测试的快速便捷方法。

金纳米立方体的制备及其对水体污染物的SERS检测

孔雀石绿(Malachite Green,MG)作为水体污染和水产品安全中重点监控的污染物,一般方法难以进行快速检测。因此研究和开发操作简便、快速准确的孔雀石绿残留检测新方法具有非常重要的经济价值和社会价值。本实验基于表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS)方法,采用种子生长法制备金纳米立方体作为SERS基底,对模拟的真实水样中不同浓度的MG溶液进行分析和检测,检测限低至10-9 mol/L。实验结果表明SERS技术对孔雀石绿的检测具有较高的灵敏性和重现性,本研究工作将促进拉曼光谱技术在检测水体环境中污染物的应用。

拉曼积分球定量分析宽浓度范围水中溶解物

拉曼积分球通过光学设计,提高了激发光功率的使用效率和拉曼散射信号的收集效率,进而提高了检测限,大部分水中溶解物的检测限优于5 mg·L^(-1)。对宽浓度范围的硫酸钠、硝酸钠、白砂糖、甲醇进行检测,引入水扣除系数将其水溶液的拉曼光谱扣除水的特征光谱,进而得到不同浓度的溶质的拉曼特征光谱。通过曲线拟合获得其峰强度,并用水扣除系数对强度进行修正,获得修正后的峰强度与其浓度成良好的线性关系,在测量范围内线性度优于99%,为水溶液中溶质的宽浓度范围定量分析提供了一种可靠的分析方法。

拉曼光谱研究CaCl_2和MgCl_2对水结构的影响

测试了CaCl2、MgCl2溶液(浓度小于1.0mol·L-1)的OH伸缩振动区域的拉曼光谱.对所得到的拉曼光谱进行了计算机去卷积处理,并由此计算了不同溶液中水的四面体结构的百分数.研究表明,CaCl2、MgCl2对水中四面体结构有破坏作用,且CaCl2的破坏作用比MgCl2大.与17O核磁共振结果对比与分析,认为CaCl2、MgCl2虽然破坏水中的四面体结构,但通过促进含氢键数少的水分子形成氢键,故从总体上促进水的缔合结构.

饮用水激光拉曼光谱的比较与分析

为了对我国目前饮用水的质量进行有效检测,对市面上几种常用品牌的饮用水以及实验室提供的蒸馏水等样品做了测量和计算。运用激光拉曼光谱的分析方法,测量了它们的激光拉曼光谱。同时,通过测量计算了样品在对称伸缩振动处拉曼谱的退偏度。结果表明,在水样品的对称伸缩振动处,其拉曼谱的相对强度大小和退偏度的大小有着相同的规律。对结果进行比较和分析后得出了如下结论:可以从拉曼光谱特征峰相对强度的大小和同一特征峰下退偏度的大小两方面来判断饮用水中矿物质含量的相对多少。为鉴定饮用水的质量提供了新的有效途径。

实验研究不同盐离子对水分子拉曼效应的影响

对流体包裹体中常见的几种盐水溶液进行了拉曼光谱分析。采用了频移参数描述水分子拉曼峰的形变强度,并讨论了频移参数与盐度之间的关系。实验分析结果表明,盐度越大,频移参数越大,水分子拉曼峰形变越大。对频移参数曲线斜率分析显示,盐类对水分子拉曼峰偏移程度影响的强弱顺序为NaCl>Na2SO4>NaHCO3>Na2CO3。讨论了不同阳离子和阴离子对水伸缩振动拉曼峰的影响,结果表明,高价阳离子的影响明显高于低价阳离子;而阴离子对水拉曼峰影响的强弱顺序初步确定为Cl-≈SO42->HCO3->CO32-≈NO3-。

喇曼谱在检测饮用水中矿物质浓度的研究

为了更有效地检测目前饮用水的质量,对市面上常用的几种品牌的饮用水以及实验室提供的蒸馏水等样品的喇曼谱进行了研究。运用激光喇曼光谱的分析方法,测量了它们的激光喇曼谱在伸缩振动喇曼峰处的半峰全宽,同时也测量了样品在伸缩振动喇曼峰处的退偏振度。结果表明,伸缩振动喇曼峰的半峰全宽随水样品中含有的微量矿物质浓度的增加而减少,而伸缩振动喇曼峰处退偏振度随水样品中含有的微量矿物质浓度增加而增加。该结果为鉴定饮用水的质量提供了一种简单而有效的方法。

水在聚乙烯醇／水体系中的状态及氢键作用

水在聚乙烯醇(PVA)中的状态直接影响PVA的热塑加工。采用DSC和Raman光谱研究了水含量对其在PVA中的状态及氢键作用的影响。结果表明:水在PVA中以3种状态存在,随水含量增加,非冻结合水比例减小,可冻结合水和自由水比例增加。通过高斯分峰可将Raman光谱水的羟基伸缩振动峰分为5种羟基振动峰叠加,分别代表多氢键结合水分子的羟基对称与反对称伸缩振动,双氢键结合水分子羟基伸缩振动,单氢键结合水分子羟基伸缩振动,无氢键或弱氢键相互作用水分子的羟基伸缩振动。水含量增加,单氢键结合与多氢键结合水分子含量增加,而双氢键结合与无氢键结合水分子含量减少。

马鞍山绿松石中水的振动光谱表征及其意义

在室温和变温条件下对安徽马鞍山绿松石中水的结构特征进行红外吸收光谱和激光拉曼光谱分析研究,结果表明:绿松石中部分水分子与Cu2+结合成[Cu(H2O)4]2+水合离子,并在很大程度上制约了绿松石的颜色;马鞍山地区绿松石中结晶水的脱失温度约为303℃～310℃,结构水的脱失温度约为346℃～375℃。绿松石中H2O,OH-的振动是导致其水的激光拉曼光谱形成的主要原因,ν(OH)振动导致的强拉曼特征谱峰在3470 cm-1,3502 cm-1～3505 cm-1之间的弱谱峰则隶属3470 cm-1的次级谱峰,ν(H2O)的拉曼谱峰主峰位于3442 cm-1～3449 cm-1处。由ν(MFe,Cu-H2O)伸缩振动致平缓的拉曼谱峰主要分布在3074 cm-1～3303 cm-1附近。

290K下0.1～600MPa水的Raman光谱原位研究

在 2 90K和 0 0 1～ 6 0 0MPa条件下 ,就压力对液态水对称伸缩振动的影响进行了原位Raman散射光谱研究。表明 :( 1)在 0 1～ 2 0 0MPa范围内 ,(ν1) max随着压力升高而减小 ;( 2 )在 2 0 0～ 4 0 0MPa范围内 ,压力升高导致 (ν1) max增大 ,并在 4 0 0MPa时达到最大值 ;( 3) (ν1) max随着压力的进一步升高 ( >4 0 0MPa)而降低。这表明在 2 0 0和 4 0 0MPa时 ,液态水结构的变化是不连续的 ,这也与在该压力范围内rOO 的变化特征是一致的。可认为与冰Ⅰh→冰Ⅲ→冰Ⅴ的相变相类似 。

基于光纤F-P滤波器全光纤水汽拉曼激光雷达系统的设计与分析

提出并设计了一套基于光纤F-P滤波器的可见波长域全光纤水汽拉曼激光雷达系统,实现对大气水汽和气溶胶的精细探测。讨论了光纤F-P腔内损耗和腔镜反射率对F-P透射谱的细度、峰值透过率以及带宽的影响,得到腔内损耗在小于3%的情况下,光纤F-P滤波器具有较高的峰值透过率(大于0.5)和较窄的谱线带宽(小于0.9 nm)。通过结合光纤带通滤波器和二级级联光纤F-P滤波器的参数设计,在三个独立的光通道中分别实现水汽拉曼信号(660 nm)、氮气拉曼信号(606 nm)和米瑞利信号(532 nm)的窄带宽、高透过率严格滤波,并获得对杂散光的高抑制率。通过系统仿真,对各散射信号强度分布、水汽廓线和探测信噪比进行了数值仿真计算,验证了系统方案的可行性。

孔隙水中硫酸根和甲烷的拉曼定量分析可行性研究

海洋沉积物孔隙水是研究海洋环境、地质与生物地球化学问题的重要信息载体,传统岸上分析手段难以获得高保真的孔隙水地球化学参数。拉曼光谱作为一种非侵入、非破坏、同时也是无试剂消耗的测试技术,可在极端环境下进行固体、液体、气体分子原位识别,使其成为海底地球化学分析的有力工具。该研究针对孔隙水中的重要地化成分——SO42-、CH4的拉曼光谱定量分析可行性进行了实验室研究,结果显示,基于内标定法的拉曼光谱定量分析技术可以用于SO42-、CH4水溶液浓度的定量分析,并具有良好的精度和较低的检出限,可以用于原位定量分析海洋沉积物孔隙水中的甲烷与硫酸根浓度。为获取海洋沉积物孔隙水的高保真数据提供了新的技术参考。

拉曼光谱法分析凡纳滨对虾冻藏过程蛋白质与水分结构变化

探明冻藏过程中凡纳滨对虾肌肉蛋白质与水分的结构变化有助于揭示蛋白质冷冻变性机理,采用拉曼光谱技术对凡纳滨对虾肌肉蛋白质在不同冻藏温度条件下的二级结构进行分析,并结合重水置换技术表征肌肉蛋白质的氘代动力学,从蛋白质结构和表层水分子角度研究冻藏温度对蛋白质冷冻变性的影响。结果表明:冻藏过程中蛋白质的二级结构由规整转向松散,肽链展开,且-18℃冻藏的蛋白质结构松散性比-40℃显著;伴随蛋白质结构的展开,表面疏水性增加,蛋白质与表层结合水的相互作用减弱,且冻藏温度越高,相互作用减弱越剧烈,蛋白质结构也越不稳定,水分越容易流失;而冻藏温度越低,蛋白质与水分的相互作用越强,蛋白质结构越稳定,越有利于保持对虾原有品质。

谷氨酰胺转氨酶对低盐鸡肉糜保水性和蛋白质二级结构的影响

本文利用拉曼光谱技术研究谷氨酰胺转氨酶对鸡肉糜保水性、质构和蛋白质二级结构等的影响。结果表明：低盐鸡肉糜的乳化稳定性和蒸煮得率随着谷氨酰胺转氨酶添加量的增加而显著提高（p〈0.05）,但0.67%和1.0%谷氨酰胺转氨酶处理组间差异不显著（p〉0.05）;鸡肉糜的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性随着谷氨酰胺转氨酶的增加而显著提高（p〈0.05）;添加谷氨酰胺转氨酶,酰胺I带的波峰从1659 cm-1移动到1661、1662和1662 cm-1,β-折叠和β-转角含量显著增加（p〈0.05）,α-螺旋含量显著（p〈0.05）降低,无规则卷曲差异不显著。由此可见,谷氨酰胺转氨酶添加量为0.33%-1.0%时,能够改变蛋白质二级结构,提高低盐鸡肉糜的质构和保水性,且添加量为0.67%时,质构和保水性最好。

水下拉曼光谱探测低通滤光片水拉曼信号抑制

拉曼光谱作为研究物质结构的一个强有力工具,被广泛应用于水环境物质的检测,近年在深海原位探测中也得到应用。文章针对水下拉曼光谱探测的需要,设计了用于水的O—H振动拉曼信号抑制的低通滤光片,经过计算,边缘为指数形式的低通滤光片可较好的满足需要,而且通过实际采用的低通滤光片的实验证明,采用低通滤光片后水的O—H振动拉曼信号得到较好的抑制,同时对于<3 000 cm-1的范围内其他物质拉曼光谱的探测几乎没有影响,达到了设计目的。