微型近红外光谱仪的软件开发与实验

在LabVIEW平台上对MicroNIR-1700微型近红外光谱仪开发了便携式近红外光谱检测系统。利用LabVIEW结合数据库开发的光谱仪测量分析处理程序,实现了光谱仪控制、样品指标测量、样品信息管理和系统使用权维护等功能。光谱的重复性试验和幸水桃的可溶性固形物含量实测试验表明,光谱仪在波长1000~1600nm范围内具有较高的重复性,实测试验中定标模型的校正集和预测集的相关系数r分别为0.902和0.867,均方根误差RMSECV和RMSEP分别为1.091,1.158,系统能满足一般实际应用的需求。     

便携式近红外光谱检测系统的开发

在MicroNIR-1700近红外光谱仪上开发了便携式近红外光谱检测系统,介绍了系统光谱仪控制和样品质量检测的功能。为了验证系统的可行性与实用性,以标准白板为检测对象进行了多次光谱检测的重复性试验,在波长1000¹600nm范围内,吸光度最大偏差的最大值为0.0062,标准偏差的最大值为0.0021,系统具有很高的重复性精度;对幸水桃的可溶性固形物进行了实测试验,使用该光谱检测系统采集光谱,同步利用阿贝折射仪在相应部位测量SSC,经卷积平滑法和标准正态变换预处理后,采用PLS方法建立定标模型,其校正集和预测集的相关系数r分别为0.902和0.867,均方根误差RMSECV和RMSEP分别为1.091,1.158。     

法布里干涉近红外光谱仪测定烟草品质成分

法布里干涉近红外光谱仪是近年新出现的一种基于微机电制造技术的近红外光谱仪,具有高性能、重量轻、体积小、无移动部件等特点,非常适用于现场、在线分析。本研究采用Axsun便携型近红外光谱仪采集了148个烟草样品的近红外光谱,分别针对烟碱、总糖、还原糖、总氮和蛋白质建立了定量校正模型。结果表明,烟碱、总糖、还原糖、总氮和蛋白质的模型维数分别为9、5、7、7和6,决定系数（R2）分别为99.18%、93.68%、89.10%、98.24%和87.87%,校正集均方根误差（RMSEC）分别为0.11、1.03、1.27、0.05和0.44,验证集均方根误差（RMSEV）分别为0.18、1.06、1.32、0.08和0.53,相对预测性能（RPD）分别为6.03、3.41、2.59、4.37和2.10,外部验证集均方根误差（RMSEP）分别为0.28、0.88、1.56、0.11和0.42。F检验结果表明,各模型校正集及其外部验证集的预测值和化学值具有极显著的相关关系。本研究表明,Axsun便携型近红外光谱仪可以保证烟草成分定量校正模型的精度,实现近红外光谱分析向样品现场检测、田间作物现场分析等方面的进一步推广。     

近红外光谱分析技术在煤品质快速分析中的应用

煤品质快速分析对于企业在煤收购、使用、加工等环节都具有重要的指导意义,本文提出利用近红外光谱分析技术对煤品质进行快速分析的方法;通过实验采集了110份煤粉样品的近红外漫反射谱图,选取了其中80份样品作为建模校正集,另外30份样品作为预测验证集;分别建立挥发分、弹筒热值、高位热值、低位发热量的定标模型,其中交互验证预测相关系数(RCV)均优于0.85;外部验证预测相关系数(RP)均优于0.95。研究结果表明:利用近红外光谱分析技术对煤品质进行快速分析具有可行性。     

鲜猪肉水分近红外光谱在线检测方法研究

本研究目的在于应用近红外光谱技术对冷鲜猪肉深层水分含量进行在线检测方法研究。根据稳态空间分辨光谱技术设计了具有多个检测器的传感器,以750nm、805nm、850nm和970nm的LED作为光源,检测器距离为30-48mm之间,用于检测肉块样品一定深度和范围内的水分含量,从而为无损、快速地给出鲜猪肉水分含量提供一种可靠方法。实验中针对猪背最长肌进行检测,获得184个样品,其水分含量在71%-78%之间,采用多元校正预测模型计算肉块水分含量。所建模型相关系数（r）为0.783,呈显著相关,建模集标准残差（RMSEP）为0.988,验证集标准残差（RMSEP）为1.037。由此得出结论,在短波近红外范围内,利用稳态空间分辨光谱技术能够对猪肉水分含量进行在线检测。     

近红外光谱法快速检测丹参药材中水分含量

目的:应用近红外光谱技术建立快速测定丹参药材中水分含量的方法。方法:利用烘干法测定样品中水分的含量,运用偏最小二乘法(PLS)建立其含量与NIR光谱之间的多元校正模型,对未知样品进行含量预测。结果 :建立的水分校正模型决定系数(R2)、交互验证均方根偏差(RMSEC)、预测均方根偏差(RMSEP)分别为0.98823、0.0213、0.0287。结论 :此方法具有快速简便、准确无损的特点,可以应用于丹参中水分含量的快速检测。     

光纤光谱仪的波长校正

随着人们对光谱测量仪器灵活性、微型化的要求,便携式光纤光谱仪在实际生产测量中的需求也越来越大,对其测量性能的要求也越来越高。根据光纤光谱仪的测量原理,利用波长与CCD探测器单元格一一对应的关系,提出了一种波长校正的方案,波长校准精度可以达到0.5nm,重复性达0.1nm。     

基于粒子群寻优的光谱仪波长误差修正方法

为了提高便携式光栅扫描近红外光谱仪扫描波长的准确性,利用平面衍射光栅的色散公式,结合扫描机构中光栅、摆杆与丝杠之间的位置与传动关系,建立了光谱仪波长修正数学模型,提出了基于粒子群优化算法确定波长修正模型参数、基于波长修正模型的杆长比全谱对比寻优确定杆长和修正参数调节量、对光谱仪施以硬件结构调节软件补偿的波长修正方法,并利用标准光源的特征波长,对自制便携式近红外光谱仪进行了波长修正实验。实验结果表明,经波长修正后光谱仪的波长准确性优于±1 nm,满足光谱仪波长准确性的要求,验证了光谱仪波长误差分析的正确性与修正方法的有效性。     

偏最小二乘法-近红外漫反射光谱法快速分析西米替丁粉末药品

研究了用偏最小二乘法(PLS)同近红外漫反射光谱结合,对西米替丁粉末药品进行快速定量分析的方法,建立了最佳的数学校正模型.讨论了波长间隔和主成分数对PLS定量预测能力的影响,预测了未知样品,结果令人满意.     

改进相关系数算法在近红外光谱仪器中波段选择的应用

研究基于温度相关系数算法,为近红外光谱仪器提供一种波段选择的方法;有效的波段选择方法能有效节省近红外光谱仪器开发成本,降低模型的复杂性。选择玉米粗蛋白含量高中低的三个样品,开机连续测试其60次的光谱,计算光谱数据与其设备温度的相关系数,设定相关系数谱的阈值,挑选受温度影响最小的最优波段。采用偏最小二乘法,对420条光谱进行建模,全谱波段和最优波段(1 157~1 650 nm)的建模效果SECV分别为0.173%和0.190%;对120条光谱数据进行验证,全谱波段和最优波段的SEP分别为0.297%和0.275%。结果表明温度相关系数算法可以为近红外光谱仪器提供一种有潜力的波段选择方法。     

基于拉曼光谱的三组分食用调和油快速定量检测

应用激光拉曼光谱技术结合化学计量学方法实现了三组分食用调和油中菜籽油、花生油和芝麻油的快速定量检测。分别采用标准正态变量变换(SNV)+去趋势(de-trending)算法和正交信号校正(OSC)算法对600~3 000cm-1波段的原始拉曼光谱进行预处理。建立了基于非线性支持向量机(SVM)和线性偏最小二乘(PLS)回归算法的定量分析模型,并采用19个预测集通过外部交叉验证法对模型进行验证。实验结果显示:对含有菜籽油、花生油和芝麻油的三组分食用调和油,以OSC预处理后建立的线性PLS模型预测效果最好,其验证集决定系数R2p分别为0.990 4,0.965 8,0.977 1,均方根误差(RMSEP)分别为0.018 8,0.037 9,0.026 2。研究结果表明,利用激光拉曼光谱结合化学计量学方法快速定量检测三组分食用调和油中菜籽油、花生油和芝麻油的含量具有可行性,并获得了较高的预测精度。     

光谱技术在植物油脂掺伪和地沟油检测上的应用

综述了红外光谱、近红外光谱、紫外吸收光谱等光谱技术在植物油脂掺伪以及地沟油检测中的应用。介绍了红外光谱技术、近红外光谱技术等检测油脂的原理和检测方法的优缺点。展望了光谱技术特别是红外光谱技术和近红外光谱在地沟油检测中的应用前景。提出多种方法联合运用的检测掺伪油脂和地沟油的新思路。     

含微水绝缘油表面张力的中红外光谱检测

为了有效监控绝缘油的运行状态,采用定量分析方法探讨了微量水分对绝缘油表面张力的影响规律。通过配制不同微水含量的绝缘油样,对每组油样进行表面张力测试,然后对油样进行红外光谱扫描,获取了油样中水分在特征波数处(1 640,3 400,3 450,3 615cm-1)的吸光度值。分析了油液中2,6-二叔丁基对甲酚(T501)等添加剂对油样表面张力变化规律的影响。结果表明:油样中水分含量与水分特征吸光度值之间有较好的相关性(相关系数分别为0.964 1,0.984 8,0.984 5,0.944 0),油样表面张力和1 640,3 400,3 450,3 615,3 650cm-1波数处油样吸光度值的变化亦均呈现良好的正相关性。建立了油样表面张力与特征波数处油样吸光度值的多元线性回归模型,拟合精度为0.992 8;根据模型得到的表面张力计算值与实际测量值误差为-0.07~0.06%,吻合性较好。文中的实验可为含微水绝缘油的表面张力检测提供理论支撑。     

近红外光谱快速测定调合食用油成分含量可行性研究

针对市场食用油掺假现象,对近红外光谱快速测定食用油成分含量快速测定可行性进行研究。实验使用花生油和大豆油配制二元食用油调合油,使用花生油、菜籽油和大豆油配制三元食用油调合油。研究结果表明,二元调合食用油成分测量偏差为0.36%,三元调合食用油成分测量偏差为0.69%～0.83%,说明近红外光谱快速测定调合食用油成分含量是可行的。     

直接熔样正热电离质谱法测定二硼化锆中硼同位素丰度

本工作选择m/z88(23 Na210BO2+)和m/z89(23 Na211BO2+)的Na2BO2+作为检测离子,研究了同位素干扰、涂样技术、ZrB2样品处理等对硼同位素测定的影响,建立了快速准确测定ZrB2中硼同位素丰度的正热电离质谱法。实验复现了硼同位素标准物质的标准值,对酸溶法分解试样后涂样和直接熔融法涂样测量结果的精密度进行了比较。结果表明,采用直接熔融法涂样可以快速准确地测定ZrB2中硼同位素丰度,δ10B同位素丰度测定结果精密度优于0.020%。     

含N-非取代葡糖胺残基肝素四糖的制备与表征

生物体内含有N-非取代葡糖胺残基（GlcNH₃⁺）结构的硫酸类肝素（HS）具有重要的生物和病理生理学功能。但这种HS在生物体内的含量较少、获得困难,而采用化学方法制备与生物体内结构相似的这种寡糖,有助于研究HS在生物体内的功能作用。本实验以高硫的肝素四糖为原料,用部分脱N位硫酸根的方法,制备了含1个和2个GlcNH₃⁺的肝素四糖,并采用液相色谱-离子阱-飞行时间质谱（LC/MS-IT-TOF）法对其进行结构检测。通过分析（EIC）-MS和MS²提取离子流图发现,含不同GlcNH₃⁺数目的肝素四糖具有不同的裂解规律,含GlcNH₃⁺数目越多,生成的碎片离子越多,这为MS方法进一步鉴定和定量测定含GlcNH₃⁺结构的寡糖奠定了基础。     

TIMS（Triton）测定质量范围的扩展及其在溴同位素测定中的应用

稳定溴同位素可用来识别和评价地下水的来源、成因及其形成的水文地球化学与物理过程。由于热电离质谱仪Triton的加速电压是固定10 kV不可调节的,因此,其最大的测定质量数为310 u。为了测定质量数更高的Cs₂Br⁺（m/z 345,347）离子,本研究通过对热电离质谱仪Triton加速电压单元的改造,成功地将加速电压由10 kV降低到8 kV,使可测定的离子质量数从310 u扩展到350 u。在此基础上,建立了在8 kV加速电压下相应的质量校正曲线,进行了基于¹³³Cs₂⁷⁹Br⁺（m/z 345）和¹³³Cs₂⁸¹Br⁺（m/z 347）离子的稳定溴同位素静态多接收测量。结果表明：当溴含量低于10 μg时,测定结果偏低;当溴含量高于10 μg时,测定结果正常。该方法测定溴同位素具有涂样量少（10~20 μg Br）,测定外精度高（0.09‰~0.18‰）和采集数据时间短（8 min可采集100 个数据）等优点,可为地质样品中溴同位素地球化学的研究提供参考。     

高分辨电感耦合等离子体质谱法测量放射性废液中239Pu与240Pu

²³⁹Pu和²⁴⁰Pu含量对分析放射性废液来源、选择后续处理工艺十分关键。本研究应用高分辨电感耦合等离子体质谱法（HR-ICP-MS）直接测定放射性废液中的²³⁹Pu、²⁴⁰Pu含量。由于²³⁸U与¹H结合产生的铀氢复合离子会对²³⁹Pu、²⁴⁰Pu造成同质异位素干扰,本研究通过测定铀氢复合离子产率进行质谱干扰修正,将²³⁹Pu、²⁴⁰Pu系列浓度标准扣除铀氢复合离子干扰后,分别绘制²³⁹Pu、²⁴⁰Pu质量浓度-计数率标准曲线。测量放射性废液样品时,先利用铀氢复合离子产率修正²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的同质异位素干扰,再将样品计数率值代入标准曲线方程,计算得到放射性废液样品中²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的质量浓度,最后计算²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的活度。将质谱法与液闪法测量结果进行比对,结果表明,两者所测结果偏差小于4%,方法相对扩展不确定度为4.6%（k=2）。该方法制样简单,适用于辐射水平高、铀基体含量大的放射性废液中²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的快速测量。     

激光拉曼光谱相似性测度方法

现代固体激光器、光谱仪技术和软件技术的进步使激光拉曼光谱快速进入实用阶段,并开始广泛地用于物质结构分析与鉴定。文章详细地阐述了拉曼光谱的基本原理,指出拉曼光谱的本质是可见/近红外光谱,重点对采用激光拉曼光谱进行物质鉴别分析时常用的三类相似性测度方法——距离测度、相似性函数和峰匹配作了深入的分析,并就各种方法的特点做了说明     

气相水二聚体自由基阳离子结构的质谱研究

水是最重要的化合物之一,在各领域发挥着重要作用。本文在常温常压下在线制备了水二聚体自由基阳离子(H₂O)₂⁺·,通过碰撞诱导解离（CID）实验,结合同位素标记法对(H₂O)₂⁺·结构进行了研究。结果表明,(H₂O)₂⁺·(m/z 36)会竞争性丢失OH·和H₂O,得到m/z 19(H₂OH⁺)和m/z 18 (H₂O⁺·),揭示(H₂O)₂⁺·(m/z 36)可能以两种不同结构存在,即H结合的非对称结构［H₂OH⁺—·OH］(A)和O—O结合的对称结构［H₂O∴OH₂］⁺(B)。此外,使用氘化水(D₂O)和富含¹⁸O的水(H₂¹⁸O)进行了同位素标记实验。(D₂O)₂⁺·(m/z 40),(H₂O·D₂O)⁺· (m/z 38)和(H₂O·H₂¹⁸O)⁺·(m/z 38)的碰撞诱导解离结果同样佐证了水二聚体自由基阳离子存在两种不同结构。这将有助于阐明与(H₂O)₂⁺·有关的生物过程和化学反应。