光谱是一种广泛用于确定样品特征、组合物和性能的技术。

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光谱学方法可用于研究物质和电磁波之间的相互作用，从而研究材料的分子结构。样品和电磁波之间的相互作用可以揭示很多材料的性质，因此光谱学方法是进行定性和定量分析很有用的一个工具。

广义上来讲，光谱仪通过将一束光聚焦在样品上，从而产生一些效应，例如散射或者吸收，和光谱仪连接的电脑可以处理这些数据，从而得到一个光谱。通过对光谱的分析可以获得很多关于样品的特征信息。例如，特殊的化学键可以吸收特定波长的光线，而这可以在光谱中观察得到。利用其他的一些方法也可以进行更加复杂的分析，例如通过拉曼光谱可以分析分子的晶体结构和对称性。

非线性光谱

研究人员可以使用的光谱学方法有很多。传统的光谱学方法是线性的，且使用一种入射光，例如吸收和发射光谱。在这种情况下观察到的光和物体之间的相互作用会变得很弱，从而使得生成的光谱很模糊。非线性光谱使用两种或者多种入射光，例如相干反斯托克斯拉曼散射和受激拉曼散射等。许多非线性光谱技术可以改变光的光学参数，例如大小、频率、偏振和相位等。这使得从光谱上可以观察到不同的信息，从而可以研究材料的不同性质。

使用非线性光谱技术有以下一些优势：

非线性光谱使用多种光源，意味着使用非线性光学技术可以获得更多的样品信息，这也意味着非线性光谱可以提供更高的分辨率。

非线性光谱也可用于研究界面和表面过程。

非线性光谱也可以用于研究电磁波和材料的相互作用，而这是传统光谱方法不能实现的。

和传统线性光谱不同，非线性光谱可用于研究动态过程。这通常是用泵—探针技术实现。

非线性光谱可用于研究纳米粒子及其独特的光学特性。

纳米粒子

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纳米粒子代表了一个相对新的科学领域。纳米粒子描述的是尺寸只有十亿分之一的物质。由于其具有异于传统材料的奇特性质，因此围绕纳米粒子的投资也是非常庞大的。这种独特的性质使得纳米粒子在很多领域都有潜在应用，从电池中的电极到病人体内的骨质生长等不一而足。最近金纳米粒子已经可以用于癌症诊断。对于纳米粒子的了解越深入，科学家就可以利用这些新材料来按需设计需要的功能。对于纳米粒子来说，经典物理学已经不能精确描述其行为，而只能用量子力学来加以研究。这意味着纳米粒子的行为将变得非常诡异和出乎意料。例如，一种绝缘材料在纳米尺度时有可能表现为半导体性质。这意味着单个纳米粒子的行为和整体行为有差异。

测量纳米粒子的挑战

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非线性光谱可用于研究单个纳米粒子，并且观察其个体行为。然而，关于纳米材料的准备本身就是一个挑战。目前最常见的样品准备法是通过纳米粒子溶液旋涂法来分散样品。和其他方法相比，旋涂法更加经济高效，且分散相对均匀。使用合适的光谱测量装置也非常重要，因为单个纳米粒子几乎没有吸收效应。相反，通过测量通过纳米粒子时的散射效应更加有效。30到100纳米的粒子的散射效果最好。

金属纳米粒子由于具有独特的光学、电磁学和热力学性质而备受研究人员青睐，其在很多方面也有非常良好的潜在应用，例如药品监督管理部门和光学数据存储等。这些金属纳米粒子的线性性质已经被广泛研究，而非线性光学性质却研究不够。因此为了研究这些性质，来自纳米粒子的微弱信号必须被放大。这可以通过使用等离子激元来极大提高金属纳米结构的光学响应。光学天线也可以用于增加信号强度，使得强度达到10倍以上。非线性光谱也可用于作为线性光谱的补充。例如，在使用时间解析的非线性光谱研究材料之前，Baida利用线性光谱研究了单个银纳米粒子的尺寸和形状特性。这使得对于单个纳米粒子的研究更加完备。

2016年Pittcon研讨会

2016年的Pittcon研讨会将于3月6日到10日在佐治亚州亚特兰大举行，Pittcon研讨会是世界上最大的关于实验科学的年度盛会。通过与众不同的技术支持，该盛会将迎来超过2000项演讲，其中将包括使用拉曼光谱、动态光散射进行纳米粒子的测试和纳米材料在环境和能源方面的应用。我们将会听到如何利用光谱技术来探索纳米粒子的尺寸和行为等信息，以及如何在实际中应用这些信息，例如电子设备、医疗和制造业等方面。同时也会有很多关于如何使用纳米粒子来提高拉曼信号等的演讲。

届时，世界分析化学领域领军人Thermo Fisher Scientific也将是683位参展商之一。他们将会展出世界上最大的产品组合分析仪器。他们的产品广泛应用于世界各地，范围涵盖了化学和物理设备，例如质谱仪和辐射计，以及对生命科学至关重要的微生物学工具和诊断工具等。粒径测量系统（Particle Sizing Systems）作为纳米粒子的尺寸测量方面的专家也会参与Pittcon的展出。他们的产品使用了一种单粒子光学尺寸测量技术，可以让测试人员迅速且精确地获得纳米粒子的尺寸以及尺寸分布等信息。复杂和尖端光谱仪的全球制造商Bruker也会参与此次展出，他们的设备可用于纳米粒子的综合分析，使用的技术包括拉曼散射，X射线衍射和全反射X射线荧光（TXRF）等。

新材料在线编译整理——翻译：杨超     校正：摩天轮