醇类物质光谱学和光子密度波扩散理论研究

论文题目: 醇类物质光谱学和光子密度波扩散理论研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 朱拓

导师: 倪晓武

关键词: 光谱分析,甲醇,乙醇,白酒,正丙醇,异丙醇,吸收光谱,光子密度波,扩散方程,光通量,模拟计算

文献来源: 南京理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 根据甲醇溶液的紫外吸收光谱和紫外光激励的荧光光谱实验研究结果，得到了甲醇溶液能较好吸收波长短于260nm的紫外光，且随着溶液浓度变化其吸收光谱和荧光光谱的变化规律，进而对甲醇分子吸收和发射光谱的机理进行了讨论和分析。对乙醇溶液的吸收光谱和荧光光谱，以及与甲醇溶液的光谱对比研究结果表明：两者的最长吸收波长差为15nm左右，荧光中心波长差为33nm左右，推算得到了甲醇分子和乙醇分子产生荧光主跃迁的能级差，从而为准确区分甲醇和乙醇提供了实验依据；进而根据分子结构理论合理地解释了两种溶液的光谱特性存在差异的原因；并由此提出了用最长吸收波长和荧光光谱中心位置的光谱特性有效区分甲醇和乙醇分子的方法。针对乙醇物质的应用产品——白酒，我们选择地产的洋河大曲原酒进行了光谱学的研究，进而对不同地区的代表性白酒的三个品牌的浓香型商品酒进行了比较式光谱学研究，得到了几种具有典型应用价值的结果，为酒的陈化年代的估计和不同品牌酒的识别给出了一种有效的方法。我们还研究了正丙醇、异丙醇的紫外吸收光谱及荧光光谱，并进行了分析和比较。研究结果表明使用紫外吸收和荧光光谱能容易地鉴别正丙醇与异丙醇，同时对二者光谱的差异原因进行了解释。进而对四种醇类物质的光谱进行了对比研究。在光子密度波成像理论的光子密度波扩散方程求解与模拟计算方面，我们根据试验模型的要求，得到了在复光源照射下，无限长、半无限长矩形空间及立方体边界条件下的格林函数，应用这些格林函数求解了相应条件下光子传输方程扩散近似的形式解，并分别演算出了三种模型下，与入射面相对应的出射面处的光子通量和多散射介质中吸收系数改变量之间的关系表达式，从理论上解决了更加复合实际情况的光子传输方程扩散近似的求解问题。针对光子密度波的模拟计算问题，我们在已经得到的三种直角坐标下解析解的基础上，提出了一种快速计算光通量的算法，并编制了对应的计算程序。进而考察了三种求解模型光通量及其相对偏差随不同参数的变化，给出了不同解析模型的特点，并分析了不同参数对光子密度的影响。本文的研究结果为醇类物质的识别及白酒不同品牌和年代的鉴别提供了一种新的有效的测定方法，其结果对量子化学计算也有参考价值。光子密度波成像技术的研究结果为同类研究提供了理论基础，所提算法实现的程序及模拟计算结果也为今后的反演计算和实验研究奠定了基础。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 分子光谱的基本原理和应用

1.2 荧光光谱

1.3 醇类物质光谱学研究现状

1.4 本论文工作的主要研究内容和创新点

2 四种一元醇的物理化学性质和光谱研究仪器

2.1 四种一元醇的物理化学性质与用途

2.2 光谱研究的实验设备

2.3 实验研究所用样品

2.4 本章小结

3 甲醉溶液的紫外吸收光谱和紫外光激励荧光光谱研究

3.1 甲醇溶液紫外吸收光谱及其特性研究

3.2 紫外光激励甲醇荧光光谱及其特性研究

3.3 实验结果讨论

3.4 本章小结

4 乙醇溶液的紫外吸收光谱和紫外激励荧光光谱研究

4.1 乙醇溶液的紫外吸收光谱

4.2 紫外光激励乙醇荧光光谱及其特性研究

4.3 讨论

4.4 本章小结

5 白酒的荧光光谱研究

5.1 实验结果

5.2 讨论

5.3 本章小结

6 正丙醉与异丙醉紫外波段的吸收光谱和荧光光谱研究

6.1 紫外吸收光谱实验研究

6.2 紫外光激励正丙醇、异丙醇溶液荧光光谱及其特性研究

6.3 讨论和结果

7 扩散光子密度波理论研究

7.1 光子密度波成像原理及数学描述

7.2 无限长空间光子密度波扩散方程的求解

7.3 半无限长空间中光子密度波扩散方程的求解

7.4 长方体内光子密度波扩散方程的求解

7.5 结论

8 扩散光子的模拟研究

8.1 模拟数据的选取及程序设计方法

8.2 三种模型的扩散方程求解结果的比较与讨论

8.3 生物组织光学参数对光通量的影响

8.4 结论

9 总结与展望

攻读博士期间发表的论文

致谢

参考文献

发布时间: 2006-12-06

醇类物质光谱学和光子密度波扩散理论研究

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