高斯分解法研究浮游植物荧光激发光谱

研究了甲藻和硅藻两个门类的六种浮游植物在发射波长为675 nm处的活体叶绿素荧光激发光谱.对其作四阶导数分析的基础上,根据导数光谱中出现的极大值位置和数量,对甲藻门和硅藻门的激发光谱分别设定统一的初始中心波长.以初始波长为中心对激发光谱做高斯分解及多峰拟合,建立门类水平上统一的高斯基库.研究发现,在波长为350~550 nm内,甲藻和硅藻的高斯基库特征差异显著,而同门类的高斯基库特征相似,表明高斯分解法为甲藻和硅藻的分类识别提供有效的技术手段.利用高斯基库的参数拟合原光谱,拟合曲线与原光谱能较好地吻合,误差小.高斯分解法可再现活体激发光谱中重叠的色素荧光峰,也为光合色素的活体测定提供了新的方法.     

基于小波高频分量的浮游植物活体荧光识别技术研究

提出了一种基于小波高频分量的浮游植物活体荧光识别技术。通过测量近海常见52种浮游植物的三维荧光光谱,利用小波函数将光谱分解6层后得到系列正交高频分量cd1～cd6,通过标准偏差选择稳定而特异性强的分量特征点及其组合作为浮游植物荧光识别特征谱,并对其稳定性和判别能力进行贝叶斯判别分析,以判别正确率为基准选择分量组合cd3～cd6作为最佳荧光识别特征谱构建浮游植物荧光标准特征谱库,结合非负最小二乘法实现了浮游植物群落组成门、属水平上的识别测定:单种浮游植物在门、属水平上的识别正确率分别为95.5%和85.7%;浮游植物混合样品(混合比例分别为100%,75%,25%)在门水平上的识别正确率分别为100%,90.9%,53.3%,平均识别相对含量分别为79.7%,68.3%,17.5%;优势藻(单种优势度达75%)在属水平上的识别正确率为81.2%。将该技术用于围隔实验和现场调查采集水样,有效实现了浮游植物在门水平上的定性定量识别测定。     

基于交替三线性分解的浮游藻荧光识别分析技术研究

基于浮游藻色素萃取液三维荧光光谱(EEM),利用交替三线性分解(ATLD)和非负最小二乘(NNLS)发展浮游藻群落组成荧光分析技术。将ATLD模型应用于48种浮游藻色素萃取液的EEM,通过残差分析确定浮游藻色素萃取液EEM由14个荧光成分组成。Bayesian判别分析表明浮游藻色素萃取液荧光成分组成具有显著的门类特征性,利用聚类分析将浮游藻色素萃取液荧光成分组成按属水平聚类获得116条特征光谱,使用NNLS方法识别浮游植物群落组成。结果表明:该技术对512个单种藻样品的平均识别正确率为99.8%。对256个实验室混合样品,优势和次优势藻的平均识别正确率分别为93.5%和71.1%。将此技术应用于长江口18个浮游藻膜样品,分析结果与HPLC(高效液相色谱)-CHEMTAX结果基本一致。     

激光诱导击穿光谱谱峰元素自动识别方法研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)中通常含有丰富的元素特征谱峰,谱峰的准确识别是利用LIBS技术进行元素定性、定量分析的前提和基础。针对传统谱峰元素识别方法准确率偏低、可靠性不足的缺点,提出了一种元素谱峰自动识别的新方法。该方法首先利用Voigt函数对实验光谱进行拟合,以克服谱峰重叠和噪声干扰;通过滤波处理后提取拟合谱峰的中心波长、光强、半峰全宽和谱峰质心作为谱峰特征参数向量,并将待识别光谱的谱峰特征参数向量与美国国家标准与技术研究院(NIST)标准谱线数据库中的元素谱线进行相似性分析,从而实现谱峰元素的自动识别。分别利用NIST标准数据库和茶叶样品LIBS光谱数据进行实验研究,验证了该方法在LIBS谱峰元素识别上的有效性。     

浮游植物荧光特征提取及识别测定技术

为了区分和识别不同门和属的浮游植物,以coiflet2小波函数(coif2)为基函数对4个门类9个属的12种浮游植物的三维荧光光谱进行分解,选取第三层尺度分量作为浮游植物识别特征谱.不同门类和属(种)的浮游植物的特征谱具有明显的特征差异.Bayes判别分析结果表明,此类特征谱对浮游植物在门类层次上的总分类正确率可达99.0%,属层次上的总分类正确率可达97.4%.以聚类分析法确立浮游植物特征谱的标准谱库,以此为基础,利用线性回归法(非负最小二乘法解析)建立浮游植物荧光识别测定技术.该技术对单种浮游植物样品在门类及属层次上的识别正确率均大于98.0%,当加入10%或20%的随机噪声时,在门类及属的层次上的识别正确率分别大于98.0%和85.0%;对浮游植物混合样品中的优势种在门及属的层次上的识别正确率均为100%.     

用荧光特征参量分析乙酸-水溶液的结构特性

为了研究乙酸-水溶液的分子结构,采用稳态荧光光谱检测方法获得了284nm紫外光照射乙酸-水溶液的荧光光谱及其对应的激发光谱,并测得了10组不同体积分数乙酸-水溶液的荧光光谱。通过分析其激发光谱的谱线特性和荧光峰峰值荧光强度随乙酸-水溶液体积分数的变化关系,从理论上讨论了混合溶液的总吸收度、荧光光子发射以及在发射波长为334nm产生荧光光子的量子产率,进而解释了乙酸水溶液的荧光光谱特征峰。结果表明,乙酸和水溶液体积混合比为1:1和4:1时,对应的缔合物的结合常数分别为n=3和n=1。该分析结果可为进一步研究乙酸和水分子的缔合结构提供实验和理论依据。     

PDP荧光粉参数测量装置的研制

等离子平面显示(PDP)用荧光粉的主要参数有发射光谱,色坐标,激发光谱,相对亮度等。由于PDP荧光粉的激发光源在紫外 真空紫外波段,因此需要一套真空紫外激发 荧光光谱仪装置来测量这些参数。介绍了一种采用30W氘灯激发光源的PDP粉体测试装置。通过光路的聚焦式设计和高增益放大器的采用,实现了120～300nm波段,分辨率好于2nm的激发光谱测量。测试结果表明发射光谱和激发光谱的重复性好于±2%,色坐标误差小于±0.001。     

基于红外漫反射谱和机器学习的粉末物质识别

红外光谱可有效携带化合物结构以及化合物组成成分的信息,在化学研究、纯度检测和药物识别领域已得到广泛应用。但在实际应用场景中,由于缺乏标准样品制备的条件,红外光谱识别准确率较低,效率较差,使这项技术受到了极大限制。本文采用可调谐红外量子级联激光器作为激光源,建立记录粉末样品漫反射光谱的实验系统。以葡萄糖和聚乙烯混合粉末漫反射谱为例,通过Kubelka-Munk(K-M)方程和Kramers-Kronig(K-K)关系合成样品的透射谱,并验证漫反射谱还原透射谱的可能性。将光谱数据用于两种神经网络模型中,对混合粉末质量分数进行预测。结果表明,在K-K关系变换下,长短期记忆(LSTM)网络模型预测效果最佳,明显优于BP神经网络模型;在K-M方程变换下,两种神经网络对高质量分数葡萄糖样品的预测都比较准确,对低质量分数的预测较差。两种漫反射光谱校正方法都不同程度地提高了训练结果的准确性,LSTM模型整体优于BP神经网络模型。这些研究结果有助于发展基于频率可调谐或宽谱红外激光的未知混合粉末样品的识别技术。     

光照对中肋骨条藻和利玛原甲藻生长的影响

采用不同波长的LED光源(白光、蓝光、绿光、红光、蓝红光、蓝绿光)在不同光合有效量子通量密度光照下,培养硅藻类的中肋骨条藻和甲藻类的利玛原甲藻,观测不同波长对这两类赤潮优势藻的生长作用.结果表明,在相同光照强度下,对于单色光,两种藻类在蓝光作用下生长最快.复合光照射下,两种藻均在蓝-红光作用下生长较快,并且两种藻类在复...     

针对高光谱端元提取的空谱联合预处理方法

混合像元的存在是制约高光谱遥感应用精度的主要原因,因此必须进行高光谱解混合。端元提取作为高光谱解混合的关键,往往易受噪声和异常点的干扰。为了提高端元提取精度,针对高光谱端元提取提出了一种空谱联合的预处理方法。首先,定义了新概念光谱纯度指数,主要用于预估高光谱图像中每个像元的光谱纯度;其次,给出了基于光谱纯度指数的空间去冗余方法,利用真实地物的空间分布连续性,判断和移除高光谱图像中冗余像元,最终形成精简的候选端元集。实验结果表明:采用提出的预处理方法后,对于模拟高光谱图像,提取的端元与原始端元之间夹角平均减少了9.022 3°,候选端元数量少于原始像元数量的10%。该预处理方法不仅有效消除了噪声和异常点的干扰,提高了端元提取精度,且大幅降低了时间复杂度。     

土壤重金属镍元素的X射线荧光定量分析

利用XLt793重金属分析仪,在实验室自然大气环境下获取土壤的X射线荧光,通过X射线荧光光谱法定量分析了国家标准土壤样品中Ni元素的含量。实验研究了在最佳实验条件下土壤中Ni的X射线荧光特征分析谱线,测定了Ni元素的直接校准曲线。实验结果表明,Ni元素质量分数在(50～1000)×10-6范围内,元素含量与特征谱线强度之间具有较好的线性关系;元素Ni强度分析测量的相对标准偏差(RSD)为8.60%,利用相同土壤类型进行定量分析的结果与标准值的相对偏差为4.43%;利用定标曲线对不同土壤类型进行定量分析,元素测量浓度与标准值的相对偏差为7.13%。     

应用3维同步荧光光谱测定胭脂红浓度

为了测定混合色素溶液中胭脂红的浓度,采用归一化的方法对荧光光谱进行数据预处理,将处理后的光谱数据结合径向基神经网络,建立了对胭脂红含量的预测模型。结果表明,3维同步荧光光谱、普通3维荧光光谱预测结果的平均相对误差分别为2.86%,11.12%;对于混合色素溶液中单个色素浓度的测定,3维同步荧光光谱结合径向基神经网络效果较好。该研究为预测混合色素溶液中各色素浓度提供了帮助。     

激光场噪声对原子共振荧光压缩性质的影响

研究了由相干场和随机场驱动的二能级原子荧光场的压缩谱.在强场驱动和大失谐条件下,荧光场正规噪音谱的in-phase振幅出现双模压缩,并且通过调节原子的拉比频率可以来控制压缩频率,同时压缩还随着随机强度的增大而减小,压缩谱还与相干场和随机场之间的相对相位有关.     

可见波段Ar+激光诱导血红蛋白荧光光谱特性研究

用可见波段、不同波长的Ar^ 激光激发同一浓度血红蛋白溶液产生荧光光谱的研究结果表明，血红蛋白在628nm附近存在一个较强的荧光谱峰，且随激励激光波长的红移其相对光强依次增大，从而解释了临床上用He-Ne激光治疗疗效显著的物理机理。理论研究结果认为该血红蛋白的荧光光谱主要是血红蛋白中存在的卟啉类荧光团的贡献。还利用475．6nm的激光分别激发浓度为1％～7％的血红蛋白溶液，根据所获得的荧光光谱发现，其谱峰位置几乎不随样品浓度的改变而改变，该结果显示了激光与普通光对生物大分子存在明显不同的作用特性。     

近红外反射光谱分析技术快速检测复合化学肥料中肉骨粉含量的研究

肉骨粉是产生牛海绵状脑病(BSE)的主要原因,根治BSE很有必要研究饲料和肥料中的肉骨粉的检出方法.本文探讨了利用近红外反射光谱(NIRS)分析技术快速检测复合化学肥料中肉骨粉含量的可行性.对混合有肉骨粉的4种复合肥料样品和这些所有样品,采用偏最小二乘法(PLS),获得5个校正模型的决定系数(R2)分别为0.9989、0.9957、0.9977、0.9969和0.9955,相对标准偏差(RSD)分别为3.82%、4.07%、3.92%、3.99%和5.13%;检验集的真值和模型预测值的决定系数(r2)分别为0.9951、0.9981、0.9960、0.9943和0.9884,RSD分别为6.74%、2.58%、3.55%、6.17%和7.44%.结果表明,利用NIRS分析技术可以成功检测出复合肥料中肉骨粉的含量.     

Morphological model of human colon tissue fluorescence

Fluorescence spectroscopy of tissue is a promising technique for early detection of precancerous changes in the human body. Investigation of the microscopic origin of the clinically observed tissue fluorescence can provide valuable information about the tissue's histology. The objective of this study was the development of a morphological model of colon tissue fluorescence which connects the clinically observed spectra with their underlying microscopic origins. Clinical colon tissue fluorescence spectra were modeled by measuring the intrinsic fluorescence properties of colon tissue on a microscopic level and by simulating light propagation in tissue using the Monte-Carlo method. The computed spectra were in good agreement with the clinical spectra acquired during colonoscopy, and exhibited the characteristic spectral features of the in vivo collected spectra. The authors' analysis quantitated these spectral features in terms of the intrinsic fluorescence properties of tissue and its general histological characteristics. The fluorescence intensity difference between normal and adenoma observed in vivo was found to be due to the increased hemoglobin absorption, the reduced mucosal fluorescence intensity, and the absence of submucosal fluorescence in adenomatous polyps. The increased red fluorescence in adenoma was found to be associated with the dysplastic crypt cell fluorescence     

荧光法藻类光合作用活性测量中激发光强的取与控制

以高亮LED为激发光源研究了藻类光合作用活性的快速、原位测量方法.通过对不同藻类的吸收光谱曲线分析,结合实验测量研究了在藻类光合作用活性测量中采用测量光、饱和脉冲光和光化光三种不同激发光照情况下获得的光诱导荧光曲线;为了提高激发光源的稳定性,研究并设计了基于升压式的LED恒流驱动电路,消除了电源电压波动和温度变化等对光...     

不同固液相组分下土壤蒽的激光诱导荧光发射光谱特性研究

以蒽为研究对象,研究了不同土壤固、液相组分下蒽的激光诱导荧光发射光谱特性。结果显示,在266 nm激光激发下,土壤蒽在420 nm和444 nm附近分别具有荧光峰,当土壤的原生矿物和次生矿物比例发生变化时,蒽的荧光光谱峰位置未发生明显偏移,420 nm处荧光峰处强度的相对标准偏差为4.52%;土壤中腐殖质种类、浓度改变时,蒽的荧光强度随浓度增大而降低,在不同浓度的腐殖酸和富里酸的土壤中,420 nm处的荧光峰处强度的相对标准偏差分别为38.1%和27.4%,且正交实验的极差分析结果表明腐殖酸对强度影响大于富里酸;受到重金属污染后的土壤蒽的激光诱导荧光强度明显下降,但液相重金属不同浓度的土壤中,蒽在420 nm处的荧光强度差异不大,荧光峰位置未发生明显偏移.在土壤中含有不同浓度的Cd时,其相对标准偏差为1.60%,含有不同浓度的Cu时,其相对标准偏差为2.05%,含有不同浓度的Pb时,其相对标准偏差为4.54%。因此,采用荧光峰强度定标法测定时,应考虑固液组分变化导致的光谱强度差异。该研究结果为采用激光诱导荧光光谱技术对土壤蒽准确测量提供了基础数据。