過飽和態(tài)下典型氣溶膠表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分子譜學(xué)研究概述

1) 理想、清潔半導(dǎo)體表面：理想表面產(chǎn)生表面能級(表面態(tài))的原因是塔姆(Tamm)首先提出的,他認為晶體的周期性勢場在表面處發(fā)生中斷引起了附加能級.因此,這種表面能級稱為塔姆表面能級或塔姆能級(Tamm Level).塔姆曾計算了半無限克龍尼克–潘納模型情形,證明在一定條件下每個表面原子在禁帶中對應(yīng)一個表面能級.上述結(jié)論可推廣到三維情形,可以證明,在三維晶體中,仍是每個表面原子對應(yīng)禁帶中一個表面能級,這些表面能級組成表面能帶.因單位面積上的原子數(shù)約為,故單位面積上的表面態(tài)數(shù)也具有相同的數(shù)量級.表面態(tài)的概念還可以從化學(xué)鍵的方面來說明.以硅晶體為例,因晶格在表面處突然終止,在表面的最外層的每個硅原子將有一個未配對的電子,即有一個未飽和的鍵.這個鍵稱為懸掛鍵,與之對應(yīng)的電子能態(tài)就是表面態(tài).因每平方厘米表面約有個原子,故相應(yīng)的懸掛鍵數(shù)也應(yīng)為約個.表面態(tài)的存在是肖克萊等首先從實驗上發(fā)現(xiàn)的.以后有人在超真空對潔凈硅表面進行測量,證實表面態(tài)密度與上述理論結(jié)果相符。

2) 實際表面：在表面處還存在由于晶體缺陷或吸附原子等原因引起的表面態(tài)這種表面態(tài)的特點是其數(shù)值(表面態(tài)密度)與表面經(jīng)過的處理方法及所處的環(huán)境有關(guān)。

界面反應(yīng)在諸多與化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)相關(guān)的過程中至關(guān)重要，其研究一直備受關(guān)注，特別是在當(dāng)前大面積長時間的霧霾天氣嚴重危害人類健康和社會發(fā)展的情況下，氣溶膠表面的化學(xué)反應(yīng)機理越來越引起人們的重視。本研究項目首先通過結(jié)合溫度積分增強抽樣方法和量子化學(xué)計算方法，發(fā)展出適用于研究表面化學(xué)反應(yīng)的高效分子模擬方法，在此基礎(chǔ)上重點研究兩類重要的氣-液界面的化學(xué)反應(yīng)的機理：醛類化合物的氧化反應(yīng)和氨基酸的縮合反應(yīng)。最后，我們也重點對與霧霾等現(xiàn)實污染問題緊密相關(guān)的氣溶膠在炭黑表面的反應(yīng)與聚集進行探索性研究。

美國海洋光學(xué)光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如農(nóng)業(yè)、天文、汽車、生物、化學(xué)、鍍膜、色度計量、環(huán)境檢測、薄膜工業(yè)、食品、寶石檢測、LED檢測、印刷、造紙、喇曼光譜、半導(dǎo)體工業(yè)等。下面介紹一些典型應(yīng)用。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用顏色測量

一般來說，物體和濃稠液體的顏色測量可以使用不同的實驗布局，比如使用反射型光纖探頭或積分球。在該測量中，可以使用波長范圍在380到780nm，分辨率（FWHM）為5nm的光譜儀；此外，還需要白光連續(xù)光源和白色反射瓦。對于測量紡織品、紙張、水果、葡萄酒、鳥類羽毛顏色等不同的應(yīng)用可以使用不同的光纖探頭。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用紫外/可見吸收光譜測量

液體的吸收率測量可以用不同的實驗布局和波長范圍來實現(xiàn)，如使用浸入型光纖探頭或流動樣品池進行在線吸收率測量，或使用樣品固定器進行樣品的吸收率測量。對于測量紫外/可見波長范圍的光譜儀，可以選擇波長范圍200-1100nm、分辨率1.4nm(FWHM)。此外還需要氘-鹵素?zé)糇鳛楣庠?。不同的?yīng)用可以選擇不同的光纖探頭。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用發(fā)射光譜測量

發(fā)射光譜測量可以用不同的實驗布局和波長范圍來實現(xiàn)，還要用到余弦校正器或積分球。發(fā)射光譜測量可以在紫外/可見和可見/近紅外波長范圍內(nèi)測量。

對于發(fā)射光譜的絕對測量，光譜儀可以配置成波長范圍從200-400nm或350-1100nm，或組合起來實現(xiàn)紫外/可見200-1100nm，并可以在美國海洋光學(xué)公司的定標(biāo)實驗室里進行輻射定標(biāo)。定標(biāo)后的實驗布局不能改變，如光纖和勻光器都不能更改。

為了使實驗布局更靈活，用可見/近紅外定標(biāo)光源（LS-1-CAL）或紫外/可見/近紅外定標(biāo)光源（DH2000-CAL）可以在用戶現(xiàn)場進行定標(biāo)。功能強大的廣州標(biāo)旗軟件可以完成定標(biāo)并載入輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用LED測量

最簡單而且迅速地測量LED的整個光通量的方法就是使用一個積分球，并把它連接到一個美國海洋光學(xué)公司的光譜儀上。該系統(tǒng)可以用鹵素?zé)暨M行定標(biāo)（LS-1-CAL-INT），然后用廣州標(biāo)旗軟件從測量到的光譜分布計算出相關(guān)參數(shù)，并實現(xiàn)輻射量的絕對測量。所測光源的光譜發(fā)光強度還可以用μW/cm2/nm來計算、顯示并存儲。另外的窗口還可以顯示大約10個參數(shù)：輻射量μW/cm2, μJ/cm2, μW或μJ；光通量lux或lumen，色軸X, Y, Z, x, y, z, u, v和色溫。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用薄膜厚度測量

美國海洋光學(xué)的膜厚測量系統(tǒng)基于白光干涉測量原理，可以測量的膜層厚度10nm-50μm，分辨率為1nm。薄膜測量在半導(dǎo)體晶片生長過程中經(jīng)常被用到，因為等離子體刻蝕和淀積過程需要監(jiān)控；其它應(yīng)用如在金屬和玻璃材料基底上鍍透明光學(xué)膜層也需要測量膜層厚度。配套的廣州標(biāo)旗應(yīng)用軟件包括豐富的各種常用材料和膜層的n值和k值，可以實現(xiàn)膜層厚度的在線監(jiān)測，并可以輸出到Excel文件進行過程控制。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用真空室鍍膜過程監(jiān)控

光纖光譜儀為真空室內(nèi)鍍膜過程的監(jiān)控提供了一種靈活的測量手段，它可以方便地把光引入并引出真空室或潔凈工作倉，同時選擇鍍膜過程分析所需要測量的參數(shù)。在實際的在線生產(chǎn)中，可以在工作倉中放置幾個探頭來檢測整個生產(chǎn)過程。圖示為真空室鍍膜過程監(jiān)控的典型實驗布局。在這里一個反射型光纖探頭用來在線監(jiān)測鍍膜過程。氘-鹵素?zé)舭l(fā)出的光被導(dǎo)入真空室并傳導(dǎo)到反射探頭上，反射光由反射探頭傳導(dǎo)到光譜儀中；也可以再增加一個通道作為參考測量來補償光源的波動。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用氧濃度傳感器

氧濃度傳感器包括一個光纖熒光探頭，探頭表面鍍有專利技術(shù)的膜層，并使用一個藍光LED作為激發(fā)源，還有一臺高靈敏度的微型光譜儀。該傳感器應(yīng)用熒光技術(shù)測量氧的絕對含量，樣品產(chǎn)生的熒光反射回探測器上。當(dāng)氣態(tài)或液態(tài)樣品中的氧擴散到探頭的膜層上時，就會使熒光猝滅，猝滅的程度與樣品中的氧的濃度是相關(guān)的。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用寶石成分檢測

顏色是判斷鉆石成色的決定因素之一，天然鉆石和人造鉆石可以用波長范圍在400-750nm的光檢測出來。在天然Ia類鉆石的吸收譜中可以發(fā)現(xiàn)415nm和478nm的特征波長，而人造鉆石在該波長處則沒有吸收峰。人造鉆石中可以探測到592nm和741nm的波長。而且天然鉆石和人造鉆石的吸收峰幅值相差近10倍。當(dāng)然其它寶石也可以用這種方法檢測，如紅寶石、紫翠玉、藍寶石等。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用熒光測量

在許多應(yīng)用領(lǐng)域如生物學(xué)（葉綠素和類胡蘿卜素）、生物醫(yī)學(xué)（惡性病的熒光診斷）和環(huán)境應(yīng)用中都需要用到熒光檢測技術(shù)。熒光檢測通常需要高靈敏度光譜儀。在大多數(shù)應(yīng)用中熒光能量僅為激發(fā)光能量的3%，波長要長于激發(fā)光，而且時散射光。在熒光測量系統(tǒng)中，一定要避免激發(fā)光進入到光譜儀中。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

在過去的十年中，美國海洋光學(xué)公司幫助許多用戶進行了血成分分析的非侵入式和侵入式的光譜學(xué)測量手段，測量了許多重要的醫(yī)學(xué)指標(biāo)，如組織和紋理中的氧濃度、血色素、細胞色素和水濃度等。非侵入式檢測系統(tǒng)包括微型光纖光譜儀、LS-1鹵鎢燈和反射型光纖探頭，而侵入式檢測系統(tǒng)則使用了一根植入于導(dǎo)管中的特殊的反射型光纖探頭。

在需要連續(xù)測量氧濃度、血色素的氧化和去氧化過程的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，該系統(tǒng)得到了成功的應(yīng)用。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用拉曼光譜測量

Oceanoptics Raman拉曼光譜儀系統(tǒng)是一臺高度集成化而且價格很低的系統(tǒng)，適用于需要拉曼測量的應(yīng)用領(lǐng)域。Oceanoptics Raman拉曼系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器，光纖光譜儀，和多種可選光纖探頭和廣州標(biāo)旗Raman應(yīng)用軟件。

Oceanoptics Raman拉曼光譜儀系統(tǒng)有量個基本型：1。低成本非冷卻型，分辨率25cm-1。2。高性能TE致冷型，分辨率10cm-1。

Oceanoptics Raman拉曼光譜儀系統(tǒng)特別適用于反應(yīng)過程監(jiān)控、產(chǎn)品識別、遙感，水溶液、凝膠體和其它介質(zhì)中高散射粒子的判定。Oceanoptics Raman拉曼光譜儀系統(tǒng)的光源也可以選擇50mW或100mW的532nm固體綠光激光器、氬離子激光器或HeNe激光器。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用顏色混合及匹配

廣州標(biāo)旗軟件可以與其它能用于顏色測量的美國海洋光學(xué)光譜儀配合使用。主要的應(yīng)用領(lǐng)域是印刷業(yè)、印染業(yè)和繪畫業(yè)。它的主要功能是創(chuàng)建一個新顏色與數(shù)據(jù)庫中的已知顏色進行比對并進行校正，也可以創(chuàng)建一個新顏色來與著色文件中的顏色進行比對。

光纖光譜儀的原理和應(yīng)用材料（金屬/非金屬）成分檢測

LIBS（激光誘導(dǎo)熒光）技術(shù)是基于激光束聚焦到被測樣品上所產(chǎn)生的物質(zhì)電離過程，電子的再結(jié)合會發(fā)光，對該光譜進行分析研究可以得到被測物質(zhì)的成分。

LIBS技術(shù)最初是由美國Los Alamos國家實驗室的David Cremers研究小組在二十多年前發(fā)明的。從此以后，LIBS技術(shù)成功地被用于痕量元素的檢測和惡劣環(huán)境下的在線成分分析等應(yīng)用中。

根據(jù)所分析的元素不同，LIBS技術(shù)可以探測ppm到ppt級的含量。而且不需要對所測樣品進行預(yù)加工（如拋光，溶解等），可以分析固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)樣品。

LIBS是一款結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、分析結(jié)果準確的分析系統(tǒng)。它把高能激光束聚焦到樣品上，然后同軸收集產(chǎn)生的信號光，并用高分辨率、多通道、快觸發(fā)型光譜儀進行分析。

14．園藝測量

園藝測量光譜儀被開發(fā)用于測量溫室中可見光和近紅外光區(qū)域內(nèi)的光強度和光譜分布。

光的強度和光強的譜線分布是影響植物的生長和光合作用的非常重要的因素。對于光強度，可以通過經(jīng)由輻射校準過的準確地測量出光子數(shù)和其他參數(shù)，專門針對園藝學(xué)測量。光譜儀可以通過藍牙接口無線連接到遠程計算機。計算機可以用來控制溫室中濾光鏡的移動或者控制特殊的燈泡。