如何DIY一台信噪比和分辨率不输于商业仪器的低成本激光Raman光谱仪

Raman光谱是什么我就不多解释了,大家都懂,相信大家也都已经体验过用Raman光谱仪做各种分析的方便之处了,比如说自己新搞来或者合成了什么物质想简单地看一下纯度,再比如说用来快速地鉴定各种塑料材料是什么,或者鉴定一些样品里面有什么东西等等。总之,拉曼光谱最爽的几个点就在于它不需要对样品做过多的处理,晶体、固体粉末、液体、溶液、表面等等都可以直接打谱,可以说是极其的方便。

然而普通的人想要搞一台Raman放在家里用并不是一件容易的事,因为目前来看商业的Raman光谱仪价格都还比较高,便宜的在几十万,贵一点的一套房就没有了。然而,实际上商业的拉曼里面有很多功能我们都是用不上的,我们日常使用的话对拉曼的要求并没有那么高,最重要的参数就是分辨率和信噪比(SNR)。实际来看,分辨率做到10个波数左右,SNR上百就已经非常够用了(作为参考,Wasatch Photonics 的 WP532 系列的分辨率有3种,分别是7、9、15个波数,常温探测器的信噪比在500:1,低温探测器的信噪比在2400:1)。

这篇文章主要是从原理出发,带你走完一个设计到搭建一台基本的拉曼光谱仪的完全流程,包括光学部分,电路部分和软件部分等等。在这台基本的拉曼光谱仪上,可以做各种改动来做更高级的拉曼,比如探测器冷却技术,表面增强技术等等。

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简单介绍一下生物体系中的相分离和凝胶化,它们之间的相互影响,以及Intrinsically Disordered Linkers和蛋白结构域在其中的作用

生物体系相分离是最近生物物理研究中的新兴方向,目前理论研究还较少。比较成体系的是 Michael Rosen 和 Rohit Pappu 等人的工作,我校的来鲁华老师组最近也对这方面有一些关注。这篇文章主要介绍Pappu等人在去年所做的计算模拟工作,稍微结合一些他之前的文章。

Harmon et al., eLife, 2017, 6:e30294

S. Banjade et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 2015, 112 (47), E6426-E6435

Rahul K. Das,  Rohit V. Pappu, Proc. Natl. Acad. Sci.2013,  110(33), 13392–13397

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约化密度矩阵理论简介


\(
\def \bra#1{{\langle #1 \rvert}}
\def \ket#1{{\lvert #1 \rangle}}
\def \braket#1#2{{\langle #1 | #2 \rangle}}
\def \expect#1{{\langle #1 \rangle}}
\)如何用约化密度矩阵方法计算量子体系能量等问题,最早在约六七十年前就已经提出。但由于N-representability问题的悬而未决,在过去的几十年中一直没有解决。自上世纪90年代来,随着控制理论中semidefinite programming优化方法的发展,虽然N-representability问题依然没有完全解决,但利用p-positivity条件已经可以由2-RDM计算得到较好的结果。另一种不同但与之相关的方法,即采用Contracted Schrödinger equation的SCF解来进行计算,在3-RDM和4-RDM近似展开在2-RDM上的条件下,也能得到不错的结果。

虽然这种方法在近年发展缓慢,甚至有可能是一种不太可行的方法(非常感谢刘文剑老师课上提醒,N-representable 条件可能是无穷多的!),但这种方法的formulation其实非常漂亮,其背后思想十分简洁。作为一种 alternative viewpoint,也许能对我们有一些启发。

这篇文章主要是结合一下这方面工作的代表性人物 Mazziotti 教授 (JFI, UChicago) 写的一些综述,以及他在07年出的一本书《Reduced Density Matrix Mechanics: with Application to Many-Electron Atoms and Molecules》(见Advances in Chemical Physics第134卷),简单介绍一些这方面的基础。

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一个入门水平的简单统计力学教程[未完工]

\(
\def \bra#1{{\langle #1 \rvert}}
\def \ket#1{{\lvert #1 \rangle}}
\def \braket#1#2{{\langle #1 | #2 \rangle}}
\def \expect#1{{\langle #1 \rangle}}
\)

这篇文章大概是从高中的时候就打算写,不过考虑到长度过长,来北大之后就一直没有时间动笔。最近刚好考完了一波期末,两学期的物理化学课程也结课,准备趁着摸鱼的这小段时间简单地介绍一下统计力学当中比较浅薄的概念。(顺便:强力推荐化院高毅勤和刘剑两位老师合授的物理化学英文版课程,010-01035200-1006172506-1,化院两年以来上的最有价值的课,虽然我是个菜逼,依然学到很多)

对于我个人来说,中学时期接触统计力学思想之前,学习经典热力学漫长又缺乏清晰内核的经历是相当痛苦的。因此我认为从微观的角度出发,尤其是从分子动力和量子力学的角度出发,结合微观与宏观的关系来理解热力学量的成因是一条更为清楚、更加富有内涵的道路。并且,理解微观与宏观的联系方法 (eg. Fokker-Planck equation),对于社会统计、微观/宏观经济学、生态学等其它学科的理解也是至关重要的 (as an interesting example, see this and  this)。

作为一个初级的统计力学教程兼一篇安利性质的文章,我认为不应该有过多的具体实现细节,并且希望尽量写得轻松一点。作最简陋的打算,文章主要会把握住微观与宏观的联系这条主线,考虑相应简单地介绍数学背景和物理图像。在此之外,如果我还有时间完善文章,作最理想的打算,则物理化学内容方面,希望尽量包括化院本科的化数、物化、中级物化课的初级内容和其它学校一些研究生课程的内容;算法和代码方面,打算尽量讲清思路,并结合我自己的编码经验,偶尔会给出python或者类C代码的伪实现;数学方面,希望能摆脱初级微积分的技巧性操作,尽量从抽代、实变、泛函、几何之类的角度,建立高观点来看待复变、概率、ODE、PDE等等需要用到的工具中的技巧,试图寻找比较优雅的理解问题的方法。

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偶氮四唑三氨基胍盐(TAGZT)的一些合成工艺细节和注意事项(含实验记录)

TAGZT作为一个成本低,爆速和爆压高,生成焓和氮含量都高于HMX的有趣物质,感度基本与HMX相当,且基本不吸潮也不含结晶水,算是相当优秀的有机无氧含能材料。最关键的是,TAGZT的合成比起惨烈难度的DNOAF,满屋子跑NO₂和老陈醋味的HMX之类来说真的是简单到出奇。。(有兴趣的话可以看看11年左右我的老文章,DAF中试调整了七八次高压反应釜,产率最高只有50%,氧化合成DNOAF的时候各种氧化剂,最后用惨烈的浓硫酸+过硫酸铵+浓过氧化氢才勉强氧化成功,HMX为了高产用烟硝混烟硫硝化,还重蒸醋酸酐。。)

前两天对照文献做了合成,有些地方进行改进,产率还算不错,把合成的具体方法和安全事项等说一下。

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SPI Pins Alternative Naming Conventions

I found this helpful when working with various module providers. But why the hell would anyone call SS ‘SYNC’?

SCLK : SCK, CLK.
MOSI : SIMO, SDO, DO, DOUT, SO, MTSR.
MISO : SOMI, SDI, DI, DIN, SI, MRST.
SS : nCS, CS, CSB, CSN, nSS, STE, SYNC, S̅S̅, SSEL, C̅S̅, CE, /SS, SS#

Note that some Chinese providers also name SS ‘SDA’, which is kind of confusing especially when there are also I2C interfaces nearby…