ICP-OES的悬浮进样方式及ICP-MS的碰撞/反应池技术的研究与应用

本论文分为两部分：1. 综述部分（第一章和第二章），评述了悬浮进样方式在电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）中的研究与应用；电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）中碰撞/反应池技术研究的新进展。2. 实验部分（第三章至第九章），内容包括针对不同性质的样品悬浮液选择适当的稳定剂和悬浮雾化ICP-OES的校准方法研究；以混合碰撞/反应气体解决难度较大的高纯氧化钕中稀土杂质测定的干扰问题；以及浊点萃取-石墨炉原子吸收法测定环境样品中痕量镉、氢化物发生-原子荧光光谱法测定铅基合金中砷和植物样品中锗等实用性强的分析方法研究。 ICP的传统进样方式是将样品转化成水溶液形式，以溶液方式进样。然而大多数样品是以固态形式存在，许多样品相当难溶或难熔。采用直接固体进样方法对这些样品进行分析，是分析工作者追求的目标之一。悬浮液进样是一种固体直接进样方法，除了具有其它固体进样技术的优点外，其最大优点是可以像溶液雾化一样用标准水溶液校准。本研究针对实际分析工作中遇到的具体样品，对悬浮进样ICP-OES技术进行了比较深入的研究，成功解决了样品处理繁琐和样品难以处理等困难。对特殊地质样品和激光晶体材料（Nd:YAG）的悬浮进样分析进行了探索。主要工作为：①建立分析地质样品中主量和微量元素的方法，标准水溶液可以成功地用于校准。优点是可以同时对地质样品中的Si和其它元素进行分析，避免了传统分析时需分别处理样品的麻烦。②探索了分析铌钽矿中铌和钽的应用。由于铌和钽具有强抗化学腐蚀性，所以溶液进样分析时样品处理过程复杂。结果表明，以标准水溶液校准时，只要样品研磨时间延长至5 h，即可获得悬浮进样的满意的回收率。③研究了分析掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)中钕掺杂量的可行性。研究表明，加入适量聚丙烯酸作分散剂并调节pH为6，可以得到稳定悬浮液；以通用标准加入法（GSAM）校准可以得到满意的结果。 我国的稀土资源占世界的80％以上，高纯稀土氧化物是高科技领域中的重要材料。碰撞/反应池技术是目前四极杆ICP-MS消除干扰的先进技术，可以选择性地减少某些基体干扰，使背景和检测限得到显著的改进。本实验选择氧化钕（有7个同位素）作为研究对象，采用碰撞/反应池技术重点解决四极杆ICP-MS方法对高纯Nd2O3中稀土杂质进行测定时，基体Nd对Tb、Dy和Ho严重的氧化物或氢氧化物干扰难题。研究结果如下：①在四极杆高分辨率模式下，可以消除Nd对Pr的相邻峰的拖尾干扰；②采用碰撞/反应池技术，设计了10% O2-10% Ar-80% He混合气体作为碰撞/反应气，将Tb、Dy和Ho分别转化为相应的氧化物离子进行测定，成功地消除了基体Nd对Ho的干扰；Nd对Tb和Dy造成干扰的表观浓度显著降低。本方法可直接测定纯度为6N的高纯Nd2O3中的Ho；对纯度为6N的高纯Nd2O3中的Tb和Dy进行扣除，可以分析纯度达5N的高纯Nd2O3中的Tb和Dy。与文献报道的其它消除基体Nd干扰的方法相比较，此方法能够对纯度更高的Nd2O3进行直接分析，且操作简便。此方法也可进一步拓宽，有望解决其它轻稀土氧化物对中重稀土检测的质谱干扰问题。 论文的7～9章的工作包括：浊点萃取-GFAAS测定环境样品中痕量镉、HG-AFS分析铅基合金中砷和植物样品中锗的研究。针对实际分析工作中的具体困难，以上工作分别解决了分析元素含量低、测定干扰严重及样品处理的问题，建立了实用性强、准确度高的分析方法，具有实际应用价值。

大分子物质的质谱研究

1. 利用解吸化学电离质谱(DCI-MS)，研究了C_(60)与烷基甲醚和伯醇自身化学电离(self-CI)产物之间的气相离子-分子反应，观察到加成离子[C_(60)C_2H_5O]~+和质子化分子[C_(60)H]~+是C_(60)与烷基甲醚等离子体反应的主要产物；相反，没有检测到C_(60)与伯醇离子体系形成的相应加成产物。利用AM1半经验方法对[C_(60)C_2H_5O]~+的十四种可能结构进行了计算。结果表明最稳定的加成产物是[3+2]环加成产物，并提出了该加成产物的形成途径。2. 使用同样方法研究了C_(60)与丙烯酸甲酯离子体系发生的气相离子-分子反应，观察到加成离子[C_(60)C_3H_3O]~+和质子化分子[C_(60)H]~+为主要产物。利用AM1半经验方法对[C_(60)C_3H_3O]~+的八种可能结构进行了计算，结果表明三种环加成产物为最稳定结构。3. 合成了一系列L7和σ因子肽片段，并利用基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)、电喷雾质谱(ESI-MS)和圆二色(CD)对高效液相色谱(HPLC)提纯的合成肽进行了表征。4. 利用ESI-MS研究了L7和σ合成肽与蛋白质G和蛋白质A的复合物，发现了该复合物产生的最佳条件及其稳定性；并结合亲和色谱，证明了L7和σ合成肽与蛋白质G或蛋白质A形成的复合物是具有特异性的非共价复合物。5. 通过竞争酶联免疫吸附实验（ELISA）、亲和色谱和MALDI-MS的联用，发现L7和σ肽与IgG的Fc片断在蛋白质G和蛋白质A的结合位置不同。6. 利用鸡多克隆抗L7抗体通过免疫键合印迹法发现L7和σ肽之间没有交叉反应性。

硼磷酸盐及相关基质中稀土离子的UV－VUV光谱和XAFS

采用高温固相反应合成了稀土离子激活的碱土硼磷酸盐MBPO_5:RE（M=Ca, Sr, Ba；RE＝Sm, Eu, Tb, Dy), Ba_3BPO_7:RE和Ba_3BP_O_(12):RE、稀土硼磷酸盐Ln_7BP_2P_(17):RE (Ln=La, Gd)、碱土（稀土）磷酸盐M_3(PO_4)_2:RE (M=Sr, Ba),ABLa(PP_4)_2:Ce,Tb (A=K, Na;B＝Mg, Zn）、碱土（稀土）硼酸盐SrB_4O_7:RE（Re＝Sm, Eu），BaB_8O_(13):Eu，SrB_6O_(10):Sm, M_3Gd_2(BO_3）_4:RE (M＝Ca, Sr)，B_3O6:Eu(RE=La, Gd)和稀土硼钨酸盐Cd_3BWO_9:Eu。通过XRD、IR光谱和Raman光谱等表征了其结构。测定了上述19个基质的数十个发光体的UV佩VUV光谱和RE-L_3（RE=Sm,Eu, Gd)边的XANES和EXAFS。碱土硼磷酸盐Ba_3BPO_7和Ba_3BP_3O_(12)、稀土硼磷酸盐Ln_7BP_2O_(17) (Ln=La, Gd)和稀土钨硼酸盐Gd3Bwo9等6个基质中稀土离子的UV-VUV光谱和除个别基质（REB_3O_6等）外的VUV光谱均属首次报道。发现土稀土离子激活的这些发光体在VUV范围有丰富的基质吸收带。认为基质中阴离子的结构和基质的晶体结构可能是影响基质的吸收带位置的重要因素。通过XANEs和UV-VUV光谱的联系，结合经验公式首次确证了一些复合氧化物基质中一些RE~(3＋)在vuv范围的f-d跃迁位置。根据VUV光谱测定结果推测了一些基质中RE~(3+)的CTB位置。首次应用RE-L_3边的XANES和UV-VUV光谱两种方法分析比较了RE~(3＋)(RE=Eu, Sm)离子在空气条件下在碱土硼磷酸盐、硼酸盐和磷酸盐基质中的还原。首次应用高分辨发射光谱和RE-L_3边的EXAFS研究了在一些基质中发光中心的配位数、键长和格位对称性等结构因素。

联萘基手性联吡啶的合成及其应用

本论文以手性联萘酚为手性源，合成一系列联蔡基手性联毗陡及其衍生物，歼探讨了部分手性配体在不对称催化氢转移等反应中的应用。同时，通过部分配体与金属离子配位合成了旋光纯手性金属配合物，并对其溶液性质进行了深入研究。主要工作和结论如下：利用Krohnke方法，从（R）-6-乙酞基-2，2'-二甲氧基-1，1'-联萘简洁地合成了6-[6-((R)-2,2'-二甲氧基-1，1'-联萘基）]-2，2'-联吡啶及其衍生物（R)-1a-e。在相似条件下，合成了6，6'-二［6-（2，2'-联吡啶基）］-1，1'-联萘衍生物（R）-27-b。利用Suztlki偶联反应，对化合物（R）-1e进一步进行修饰得到了高产率的6-芳基-6'-[6-((R)-2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘基）〕-2，2'-联吡啶(R)-1f-i。通过（R）3-（4，4，5：5-四甲基-1，3，2-二唑硼烷基）2，2'-乙氧基-1,1'-联萘与6-溴-2，2'-联吡啶及其衍生物的Suzuki偶联合成了四种手性6-［3-（（R）-2，2'-乙氧基-1，1'-联萘基）］-2，2'-联吡啶衍生物（R）-3a-d。将（R）-27b与AgSO3CF3进行配位合成Ag（I）配位聚合物35。固态下，35具有M构型的无限单股螺旋结构，且每个Ag（I）中心的手性受到配体，扫联蔡基的控制，其构型为Λ。在用MS、CD、UV及NMR对配合物35的溶液性质进行深入研究时发现，在溶液中配合物35离解为剂聚体，同时齐聚体之间存在快速平衡，且平衡随浓度、温度等条件的不同而发生改变，配体的平衡构象也相应被调整。另外，合成了Ag（I）与(R)-1d的单核配合物34，其洛液表现出与配台物35相似的性质。探讨了1a-i在苯乙酮氢转移还原、苯乙烯环丙烷化等不对称催化反应中的应用。在这些反应中，大部分配体表现出很好的反应活性，但立体选择性比较差。以(S)3，3'-二（4，4，5．5-四甲基-1，3，2-唑硼烷基于-2，2'-二（甲氧亚甲氧基）-1,1'-联萘为原料与2-溴吡啶及其衍生物先进行Stlzuki偶联，再经水解反应较高产率地合成了C2-对称性新型（S）-3，3'-二吡啶丛联茶酚衍生物（S）-38a-d。

氧络铬卟啉配合物的合成结构及其氧化活性研究

本文选择不同配体（苯酚类和迭氮）通过Cr(III)(TPP)Cl (Al)的氧化还原取代，分别合成了四个新的铬（III）卟啉配合物，Cr(TPP)N_3P_Y(B_1), P-O_2NC_6H_4OCr(TPP)·THF (C1), P-CH_3OCoH_4OCr(TPP)·THF (D1), Cr(TPP)OC_6H_5·THF (E1)。通过元素分析，红外光谱、~1H NMR、ESR、MS和UV-Vis等分析、表征，确认了以上四种化合物。B1单晶进行了X－射线分析，得其晶体结构和分子结构，从而进一步证实了B1的组成。在CH_2Cl_2或C_6H_6中，氮气保护下，用PhIO直接氧化以上五种铬（III）卟啉配合物，合成并分离出了相应的高价氧络铬卟啉配合物，(PhI) O=Cr(▽)(TPP)Cl (A2), (PhI) O=Cr(▽)(TPP)N_3, (B2), P-O_2NC_6H_4O Cr(▽)(TPP) (1/2IPh) (C2), P-CH_3OC_6H_4O Cr(▽)(TPP) (1/2IPh) (D2), PhIO- Cr(IV)(TPP) (OC_6H_5)·P_Y (E2)。通过研究其元素组成，IR、UV－Vis、ESR、MS等分析，确定了以上五种化合物的组成。基中PhI和P_Y分子的位置尚无法确定。这两类高价氧络铬卟啉，是继右淑珍等第一次得到P450模型化合物的活性中间体－氧络铬（▽）四苯基卟啉对硝基苯甲酸配合物后，又一次得到的苯酸类和迭氮氧络铬卟啉配合物。不同的是，氧络铬（▽）卟啉配合物中都各有PhI分子，化合物E2是第一次得到的关键氧络铬（IV）卟啉配合物，类似于PhIO－Mn~(IV)(TPP)(P-H_2N C_6H_4 CO_2)。高价氧络铬卟啉配合物不稳定，室温下分解，暴露在空气中同时发生分解和还原。不过低温下比较稳定。在CH_2Cl_2或C_6H_6中，我们研究了上述五种氧络铬及Cr(TPP)ClPhIO对碳氢化合物和DNA碱基的氧化反应。不同摩尔比的PhIO-Cr(TPP)Cl对环已烷的氧化给出相同的产物，但转化率和产物分布不同。Al-PhIO和C_2-PhIO体内对碱基胞嘧啶，胸腺嘧啶，腺嘌呤的氧化反应呈阳性，氧化产物中都有尿素CO(NH_2)_2，其中胸腺嘧啶的氧化产物中含有CH_3CO-或CH_3CHOH。这说明氧络铬卟啉配合物能够氧化DNA碱基。氧络铬卟啉具有较高的氧化活性和立体选择性。比较不同轴向配体的氧络铬卟啉的氧化活性，其大小次序正好与其轴向配体的配位能力次序一致。这是由于轴向配体的给电子能力越强，通过中心离子铬向其周围转移的电荷就越多，导致氧络键的强度减弱，即其活性增加。上述研究结果表明，铬（III）卟啉配合物是P－450的较好的模型化合物，氧络铬卟啉配合物是其活性中间体。同时该研究结果支持了Groves等提出的定居卟啉配合物催化氧化机理。

A 10-bit 50-MS/s sample-and-hold circuit with low distortion sampling switches

A fully-differential switched-capacitor sample-and-hold (S/H) circuit used in a 10-bit 50-MS/s pipeline analog-to-digital converter (ADC) was designed and fabricated using a 0.35-μm CMOS process. Capacitor fliparound architecture was used in the S/H circuit to lower the power consumption. In addition, a gain-boosted operational transconductance amplifier (OTA) was designed with a DC gain of 94 dB and a unit gain bandwidth of 460 MHz at a phase margin of 63 degree, which matches the S/H circuit. A novel double-side bootstrapped switch was used, improving the precision of the whole circuit. The measured results have shown that the S/H circuit reaches a spurious free dynamic range (SFDR) of 67 dB and a signal-to-noise ratio (SNR) of 62.1 dB for a 2.5 MHz input signal with 50 MS/s sampling rate. The 0.12 mm~2 S/H circuit operates from a 3.3 V supply and consumes 13.6 mW.

MS/RF CMOS工艺兼容的光电探测器模拟与测试

设计了一种新型的与MS/RF CMOS工艺全兼容、带深n阱(DNW)、浅沟槽隔离(STI)的双光电探测器,分析了其工作机理,用器件模拟软件ATLAS对其暗电流、响应电流、光调制频率响应和波长响应进行了模拟.采用TSMC 0.18 μm MS/RF CMOS工艺进行了流片,对芯片进行了暗电流和响应度的测试.模拟和测试结果均表明,该探测器与常规双光电探测器相比,具有较低的暗电流和较高的响应度.

Monolithically Integrated Optoelectronic Receivers Implemented in 0. 25μm MS/RF CMOS

A monolithically integrated optoelectronic receiver is presented. A silicon-based photo-diode and receiver circuits are integrated on identical substrates in order to eliminate the parasitics induced by hybrid packaging. Implemented in the present deep sub-micron MS/RF （mixed signal, radio frequency） CMOS,this monolithically OEIC takes advantage of several new features to improve the performance of the photo-diode and eventually the whole OEIC.

MS／RF CMOS工艺兼容的光电探测器

为实现光纤通信系统中的单片光电集成，采用工业标准工艺设计了硅基光电探测器，讨论了光电探测器的机理，提出了五种新的探测器结构，并采用TSMC0．18μmMS／RF CMOS工艺进行了流片．利用半导体测试仪对芯片进行了测试，包括探测器的暗电流、响应度和结电容，并分析了深n阱、浅沟槽隔离等工艺步骤对探测器参数的影响．结果表明，利用标准MS／RF CMOS工艺实现的光电探测器具有良好的特性。

MBE生长的跨导为186 mS/mm的AlGaN/GaN HEMT

用分子束外延(MBE)技术研制出了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,其室温迁移率为1 035 cm2/Vs、二维电子气浓度为1.0×1013 cm-2;77 K迁移率为2 653 cm2/V*s、二维电子气浓度为9.6×1012 cm-2.用此材料研制了栅长为1 μm、栅宽为80 μm、源-漏间距为4 μm的AlGaN/GaN HEMT,其室温最大非本征跨导为186 mS/mm、最大漏极饱和电流密度为925 mA/mm、特征频率为18.8 GHz.另外,还研制了具有20个栅指(总栅宽为20×80 μm＝1.6 mm)的大尺寸器件,该器件的最大漏极饱和电流为1.33 A.

Diffractive microlens with a cascade focal plane fabricated by single mask UV-photolithography and common KOH:H2O etching

A diffractive microlens with a cascade focal plane along the main optical axis of the device is fabricated using a low-cost technique mainly including single mask ultraviolet (UV) photolithography and dual-step KOH:H2O etching. Based on the evolutionary behavior of converse pyramid-shaped microholes (CPSMs) preshaped over a {100}-oriented silicon wafer in KOH etchant, the first-step KOH etching is performed to transfer initial square micro-openings in a SiO2 film grown by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and patterned by single mask UV-photolithography, into CPSMs with needed dimension. After completely removing a thinned SiO2 mask, basic annular phase steps with a relatively steep sidewall and scheduled height can be shaped in the overlapped etching region between the neighboring silicon concave-arc microstructures evolved from CPSMs through the second-step KOH etching. Morphological measurements demonstrate a desirable surface of the silicon microlens with a roughness in nanometer scale and the feature height of the phase steps formed in the submicrometer range. Conventional optics measurements of the plastic diffractive microlens obtained by further hot embossing the fine microrelief phase map over the nickel mask made through a common electrochemical method indicate a highly efficient cascaded focusing performance.

虎杖对植物病原真菌的杀菌活性及有效成分研究

植物源杀菌剂的开发应用以及从植物中寻找杀菌活性物质作为先导化合物，是目前杀菌研究领域的热点之一。本文以蓼科植物虎杖（Polygonum cuspidatum Sieb.et Zucc.) 为材料，研究了虎杖提取物的杀菌活性和作用机理，确定了虎杖中的有效杀菌活性成分，并以此为先导化合物进行了衍生物合成与结构活性关系的研究。 不同溶剂提取物制备与杀菌活性测定结果表明，乙醇适合作为虎杖植物杀菌剂的提取溶剂，提取率高，对多种植物病原真菌具有广谱的杀菌和抑菌活性，除对黄瓜白粉病（Sphaerotheca fuliginea）表现出很好的防治效果外，对苹果腐烂病菌（Valsa mali）、玉米小斑病菌（Helminthosporium maydis）、葡萄炭疽病菌（Colletotrichum gloeosporioides）、小麦赤霉病菌（Fusarium graminearum）、油菜菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum）、水稻纹枯病菌（Rhizoconia solani）等也具有很好的抑制作用。虎杖回流提取物对黄瓜白粉病的杀菌作用以保护作用为主，兼具一定的治疗作用，并且具有一定的内吸活性，持效期约为4-7 d。温室试验结果表明，虎杖乙醇回流提取物10%可溶性液剂对黄瓜白粉病的EC90值为172.83 mg/L，田间小区试验表明该制剂在800-1600 mg/L的浓度下，对黄瓜白粉病的防效达到76.3-93.4%，具有较好的应用前景。 对苹果腐烂病菌的抑菌作用机理表明，虎杖乙醇提取物对该病原菌有明显的抑制作用，能够抑制蛋白质、葡萄糖等菌体细胞内物质的合成，从而使病菌代谢速度减慢，抑制其生长。虎杖提取物还能够使几丁质酶和β-1,3葡聚糖酶这两种细胞壁相关水解酶的活性升高，降解细胞壁而破坏菌体结构，使菌体自溶。 过测定虎杖乙醇回流提取物对黄瓜体内等一些防御酶和病程相关蛋白活性的影响，表明在40 mg/L和400 mg/L浓度下，虎杖乙醇提取物能够使黄瓜叶片内的过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、几丁质酶等不同程度的升高，从而在一定程度上提高植物对病原真菌的抗病能力。 通过生物活性跟踪测定以及pH梯度提取法确定了虎杖中的主要杀菌活性成分为蒽醌类化合物大黄素（emodin）和大黄素甲醚（physcion），结构通过了HPLC-MS和1H NMR确认，并且通过HPLC确定了虎杖乙醇回流提取物中二者的含量分别为3.28%和1.11%。 以虎杖中的有效成份之一的大黄素为原料，通过羟基的甲基化反应合成了包括已知物大黄素甲醚在内的11个大黄素衍生物，其中5个化合物为首次报道，并进行了初步结构活性关系研究。结果表明通过对大黄素3-OH位置以短直链烷基取代，其衍生物对黄瓜白粉病的活性大大提高，其中以甲基取代的衍生物大黄素甲醚的活性为母体大黄素的16.7倍，而以取代苄基修饰的衍生物的活性没有明显提高。一些目标化合物的活性明显优于三唑酮。研究中还意外发现大黄素的甲基化衍生物三甲氧基大黄素在4000 mg/L时能够明显抑制甜菜夜蛾幼虫的取食与生长发育，而大黄素和大黄素甲醚则无此作用。