激光捕获协同激光诱导击穿拉曼光谱的超细大气颗粒物原位在线多组分分析方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61805200
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0507.光谱信息学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Ultrafine particulate matter (<1 μm) pollution seriously endangers people's health, and has become a hot issue of global concern. How to analyze the elements, molecules, and the intermediate free radicals of the single ultrafine particle is the main problem and technical bottleneck for accurately tracing and effectively controlling the particulate matter pollution. Motivated by the urgent requirement for the in-situ, on-line and multi-component analysis of the ultrafine particulate matter, we would build a system combining laser trapping with laser-induced breakdown Raman spectroscopy in this project. The hollow laser trapping technique would be employed to capture the ultrafine particulate matter, and the laser-induced breakdown Raman spectroscopy would be used for the multi-component analysis of the trapped single ultrafine particulate matter. On the basis of this system, we would do the following researches. First, we would study on the mechanical mechanism of ultrafine atmospheric particulate matter in the hollow light field in order to improve the ultrafine particle trapping stability. Second, we would study on the mechanism of the plasma generation and evolution on the atmospheric particles in order to improve the signal-to-noise ratio of the laser-induced breakdown Raman spectroscopy signal. At the same time, the complex spectrum analysis algorithm would be developed in order to simultaneously extract the laser-induced breakdown spectra and Raman spectra fast and accurately. And finally, the elements, molecules, and the intermediate free radicals of the ultrafine particle would be analyzed based on the laser-induced breakdown spectra and Raman spectra. This project would provide a new idea and a new method to reveal the formation mechanism of the ultrafine atmospheric particulate pollutants and to infer their sources.
超细大气颗粒物(<1μm)污染严重危害人类健康,已成为全球关注的热点问题。如何实时原位分析单个超细悬浮颗粒物的元素和分子组成以及中间自由基是大气颗粒污染物精准溯源与综合防控的主要难题和技术瓶颈。本项目从单个超细悬浮颗粒物原位在线多组分同时分析的实际需求出发,构建激光捕获协同激光诱导击穿拉曼光谱系统,采用空心激光原位捕捉超细悬浮颗粒物,协同激光诱导击穿拉曼光谱进行超细大气颗粒物原位在线多组分分析。在此基础上,重点研究超细大气颗粒物在空心光场中的受力机制和大气颗粒物上的激光诱导等离子体产生与演化机制,提高超细大气颗粒物捕获的稳定性和激光诱导击穿拉曼光谱的信噪比。进一步发展复杂光谱解析方法,快速准确提取激光诱导击穿光谱与拉曼光谱,最终实现单个超细大气颗粒物实时原位多组分现场分析。本项目将为揭示超细大气颗粒污染物的形成机制以及推断污染物的来源提供新思路和新方法。

结项摘要

超细大气颗粒物污染严重危害人类健康,已成为全球关注的热点问题。如何实时原位分析单个超细悬浮颗粒物的元素和分子组成以及中间自由基是大气颗粒污染物精准溯源与综合防控的主要难题和技术瓶颈。本项目从单个超细悬浮颗粒物原位在线多组分同时分析的实际需求出发,进行了以下研究工作:(1)构建了激光捕获协同激光诱导击穿光谱系统,采用热致非线性效应导致的交叉相位调制技术得到尺寸可调的空心光束,进一步将空心光束准直聚焦后进行颗粒物原位捕捉,最后利用激光诱导击穿光谱对已经捕获的颗粒物进行原位多组分分析。(2)研究了颗粒物的捕获稳定性和捕获效率与颗粒物尺寸、颗粒物的吸光度、激光功率、空心光束尺寸的关系,明确了超细大气颗粒物在空心光场中的受力机制,并发展了一种三维操控颗粒物的方法,即通过改变空心光束尺寸可以使颗粒物沿着激光传播方向前后移动,通过旋转楔形棱镜可以实现颗粒物在垂直光传播方向的平面上进行旋转。这就为颗粒物的原位分析奠定了基础。(3)研究了大气颗粒物激光诱导等离子体产生与演化机制,证实了大气颗粒物上等离子产生的“二步”机制,即激光首先激发空气产生空气等离子体,空气等离子体进一步激发颗粒物产生颗粒物等离子体。这就为提高和优化激光诱导击穿光谱的信噪比提供了重要的参考和依据。(4)以炭黑颗粒物为样品,模拟大气颗粒物吸附过程,使其吸附不同浓度的多种重金属污染物。对吸附了重金属污染物的炭黑颗粒进行原位捕获和单颗粒多组分分析,优化实验参数,获得了高信噪比的单颗粒激光诱导击穿光谱。(5)基于随机森林算法发展了一种复杂光谱解析方法,利用多变量提取的思路实现了快速准确提取激光诱导击穿光谱,最终实现了单个炭黑颗粒上的多种重金属污染物的同时高精度定量分析。本项目提出并实现了单个大气污染物原位多组分同时高精度定量分析,将为揭示超细大气颗粒污染物的形成机制以及推断污染物的来源提供新思路和新方法。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Transverse effect of superradiation due to nonlinear effect in Rb atomic medium
铷原子介质中非线性效应引起的超辐射横向效应
  • DOI:
    10.1364/oe.27.033090
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Niu Chen;Cheng Xuemei;Tang Xingjia;Zhou Rui;Chen Haowei;Bai Jintao
  • 通讯作者:
    Bai Jintao
Mechanism of All-Optical Spatial Light Modulation in Graphene Dispersion
石墨烯分散的全光空间光调制机制
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.1c04423
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    American Chemical Society
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Shan;Han Jing;Xuemei Cheng;Xing Wang;Qian Zhang;Bo He;Tengfei Jiao;Zhaoyu Ren
  • 通讯作者:
    Zhaoyu Ren
Three-dimensional optical manipulation of trapped light-absorbing particles based on a hollow beam
基于空心光束的捕获光吸收粒子的三维光学操控
  • DOI:
    10.1209/0295-5075/ac2cfb
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    EPL (Europhysics Letters)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wending Zhang;Xuemei Cheng;Xing Wang;Chen Niu;Haowei Chen;Jintao Bai
  • 通讯作者:
    Jintao Bai
Investigation on the laser trapping mechanism of light-absorbing particles in air
空气中吸光颗粒的激光捕获机制研究
  • DOI:
    10.1209/0295-5075/126/64002
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    EPL (Europhysics Letters)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bo He;Xuemei Cheng;Yongjie Zhan;Qian Zhang;Haowei Chen;Zhaoyu Ren;Chen Niu;Jingjing Yao;Tengfei Jiao;Jintao Bai
  • 通讯作者:
    Jintao Bai
Multi-wave mixing using a single vector optical field
使用单矢量光场的多波混频
  • DOI:
    10.1063/1.5121785
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Jiao Tengfei;Cheng Xuemei;Zhang Qian;Li Weilong;Ren Zhaoyu
  • 通讯作者:
    Ren Zhaoyu

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其他文献

骆驼蓬子总生物碱改善小鼠学习记忆能力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中成药
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王长虹
滇西点苍山变质杂岩中叠加低温糜棱岩的变形-变质、流体及地质意义
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国科学地球科学D辑
  • 影响因子:
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  • 作者:
    程雪梅;曹淑云;李俊瑜;喻遵谱;董彦龙;吕美霞;刘俊来
  • 通讯作者:
    刘俊来
剪切带中流体记录及地质意义
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    陈宇;曹淑云;邓友国;程雪梅;吕美霞;董彦龙
  • 通讯作者:
    董彦龙
高黎贡剪切带变形花岗质岩石中的长石细粒化和岩石流动特性
  • DOI:
    10.1360/n072018-00115
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    中国科学地球科学D辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董彦龙;曹淑云;程雪梅;刘俊来
  • 通讯作者:
    刘俊来

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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