化学成像技术的原理和发展

化学成像研究是近来兴起的分析科学的前沿领域。本文就化学成像技术的研究意义、所涉及的研究范围及主要的研究方法，及最新的进展作一综述。     

核磁共振成像超导磁体设计方法研究

核磁共振成像是一种先进的影像检查方式,其广泛用于医学检查和化学检查领域。核磁共振系统主要由磁体部分、磁共振波谱仪部分及数据处理部分组成,而磁体部分主要是通过主磁体提供磁场进行工作。本文对核磁共振成像超导磁体设计方法进行了分析研究。     

近红外化学成像的原理、仪器及应用

随着过程分析技术的发展,近红外化学成像技术逐渐兴起.近红外化学成像结合了传统的光学成像和近红外光谱学方法,具有两者的特点,可以同时获得被测物质的空间信息和光谱信息.本文介绍近红外化学成像技术的原理、目前的仪器和实际应用情况,并对近红外化学成像技术的发展方向进行了展望.     

重大仪器专项“高分辨多功能化学成像系统”顺利通过验收

2017年6月20日至21日,国家自然科学基金委员会在京对中国科学院化学研究所承担的重大仪器研制项目“高分辨多功能化学成像系统”进行了结题验收。该系统包括超分辨光学STED成像模块、CARS成像模块、AFM成像模块、共聚焦激发的MALDI-MS成像模块、SIMS质谱成像模块等,能够在各模块单独工作的基础上,实现各模块之间的联用成像,在纳米尺度和分子水平对复杂体系界面结构进行形貌和化学组成表征。     

赛默飞新型显微拉曼成像技术引领材料的高分辨快速分析赛默飞拉曼显微成像光谱仪快速提供分子结构的研究级图像

2014年1月27日,上海——使用新型的赛默飞显微拉曼成像光谱仪DXRxl,将加速帮助科学家、工程师以及科研工作者在材料领域的相关应用研究,其覆盖范围涉及药物科学、生命科学、半导体制造以及地质学等。该新型显微拉曼成像光谱仪易于操作,任何人利用它都能获取出色的化学成像结果,而无需重新学习一门新的技术。     

Z-衬度像成像原理及其特点

扫描透射电子显微术（STEM）的原子序数衬度（Z-contrast）像具有分辨率高、对化学组成敏感以及图像直观可直接解释等优点。Z-衬度像成像方法是近年来在国外兴起的一种新型的高分辨成像方法，本文主要介绍了扫描透射电子显微术（STEM）的原子序数衬度像（Z-衬度像）的成像原理及方法，并指出了在材料科学研究中Z-衬度像的突出特点及应用前景。     

飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(下)

随着仪器性能的不断提高,飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)在材料表面化学分析中起着越来越重要的作用。TOF-SIMS的主要测试功能包括表面质谱、化学成像及深度剖析,本工作对TOF-SIMS的化学成像及深度剖析2种功能在生物材料和生命科学中的应用做了简单综述,重点介绍了TOF-SIMS成像技术在生物芯片制备工艺中的应用和TOF-SIMS成像和深度剖析技术对生物分子在细胞和生物体组织上空间分布的表征方法;另外,对生物样品的低温制备方法,样品表面添加基质以增强信号强度的实验手段,使用团簇一次离子源提高分子二次离子产额和利用对样品损伤小的C60离子源为轰击源做深度剖析等实验做了简单的介绍;最后,对TOF-SIMS在生物生命材料领域的应用做了展望。     

近红外光谱成像分析技术的应用进展

近红外光谱成像是近年来快速发展起来的一种新的分析手段,尤其在化学成分分析和污染物的空间分布测定方面,近红外图像技术具有实现快速、无损、原位、在线分析的特点。通过近红外图像不但能够得到生物组织和化学成分的清晰轮廓和分布信息,而且可以通过化学计量学方法实现对特定目标成分的定性和定量分析。本文简要介绍近红外光谱成像技术的原理、应用和发展特点,图像光谱的前处理方法,图像提取所需化学特征信息的化学计量学算法,以及近红外成像分析技术在医药领域,农业和食品等领域最新的应用和研究进展。     

相控阵超声后处理成像技术研究、应用和发展

相控阵超声后处理成像技术采用离线计算的方式对超声回波数据进行分析,实现缺陷的成像及评价,与基于实时成像的常规相控阵超声检测技术相比,成像更清晰,缺陷表征能力更强。近年来,相控阵超声后处理成像技术逐渐成为研究热点,国内外相关学者相继建立全聚焦成像、向量全聚焦成像、波数域成像和时间反转成像等一系列基于全矩阵数据的后处理成像算法,检测精度及缺陷表征尺寸极限取得了很大突破。为此,从全矩阵数据的基础理论出发,介绍基于虚拟聚焦思想和频域反演思想的相控阵超声后处理典型成像算法的基本原理、技术特点、研究进展及应用现状,总结当前发展存在的问题和不足,预测相控阵后处理成像技术的未来发展。     

质子交换膜燃料电池水含量实验测量方法综述

水管理是质子交换膜燃料电池的一个重要研究课题,水含量的测定方法是水管理实验研究过程中的难点问题。通过文献研究分析了水含量的实验测量任务及要求,总结目前燃料电池水含量的实验测试手段和方法,包括间接测量方法和可视化测量方法,即积分法、热重量分析法、高频阻抗法、核磁共振法、中子成像法、X射线扫描成像、电子扫描成像、光学成像法、共焦显微成像和荧光显微成像法。通过比较各类方法的特点,认为可视化测量技术是发展趋势,中子成像法和光学成像法将会在水管理研究实验中得到更多的应用。     

基于不同相控聚焦模式的非线性超声阵列成像方法研究

发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件,分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系,提出利用超声阵列在两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值表征的非线性超声成像方法。进一步研究时延及时间窗宽对两种检测模式的扩散声动能及非线性成像的影响,优化出有效的非线性成像参数。结果表明:时延的选择对成像结果影响较大,时间窗宽的选择对成像结果影响较小;在一定时延范围内,均可以形成稳定的扩散声场,在该时延范围内可以较好实现微裂纹检测。利用提出的非线性超声阵列成像方法很好地实现了结构中微裂纹检测及成像。     

FT-IR在生物化学及生物医学领域的新应用

<正> 傅立叶变换红外光谱仪自七十年代出现以来,仪器系统不断完善,同时发展出诸如红外显微镜、气相色谱接口、热分析接口、振动圆二色、各种反射附件等多种延伸技术,应用遍及材料、化学化工、医药及物理化学各个领域。 近来年,布鲁克公司在所研制的核磁共振、质谱、X衍射/荧光、特别是红外/拉曼光谱等仪器上的创新专业化的生物研究系统及附件,以适应生物化学及生物医学飞速发展的需要。以下介绍几种傅立叶变换红外光谱技术在生物化学及生物医学研究发展方面的典型应用。 1.红外焦平面阵列检测器(FPA)的化学成像技术 红外显微镜出现于80年代初,主要应用于微小样品或微区的分析。90年代后,计算机技术的发展使大规模储存及分析数据成为可能,于是出现利用红外显微镜在     

环境化学研究中的质谱方法

研究环境化学及与其相关的生命科学，对了解环境污染和生命物种的暴露程度，以及由此引发的健康问题非常必要。这一过程中，质谱是不可或缺的强有力工具。本文简要介绍了基于质谱的相关方法在环境化学研究中的应用。概括地强调了电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、电子捕获负化学源质谱(ECNI-MS)、电喷雾离子化质谱(ESI-MS)、基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)以及高分辨串联质谱(HR-MS)、非变性质谱(nMS)和质谱成像(MSI)技术对环境和生命介质中污染物的分析鉴定，及其对正常生命过程的扰动机制研究所发挥的作用；并展望了质谱技术在环境化学中的发展趋势，指出了反应蛋白组学的发展和具有污染物分子及其代谢产物的反应性官能团分子标尺的设计，深化对污染物分子及其代谢产物与关键生物分子相互作用的理解，加深对环境污染健康效应的认识。     

有限角度水浸超声检测空间复合成像

为降低噪声及伪影对水浸B扫成像的影响,提高成像分辨率及对比度,研究了一种适用于水浸检测的有限角度空间复合成像方法。控制不同入射角,实现角域回波信号的采集,采用希尔伯特变换对回波信号进行包络处理,考虑水与工件的声学差异,通过修正渡越时间偏差及折射路径偏差对有限角度内的回波信号进行重构,实现空间复合成像。以钢试块的水浸超声检测为例,对入射角为-7°、-5°、-3°、-1°、0°、1°、3°、5°、7°的回波信号进行空间复合成像,成像结果表明相对于普通B扫查成像,其成像信噪比及对比度噪声比平均分别提高了9.1 d B、5.6 d B,成像横向分辨率平均提高了17.6%,为水浸超声检测提供了一种高精度B扫成像方法。     

球面弯晶成像的优化设计及实验测试

为满足"神光Ⅱ"升级激光装置实验的激光等离子体高空间分辨和窄带宽的精密成像诊断需求,本文研究球面弯晶单色成像技术,并对其进行优化设计及实验验证。首先,使用光线追迹方法分析了成像像距、布拉格角、背光源尺寸等成像系统参数对球面弯晶成像性能的影响,分析了设计参数的变化对成像空间分辨能力的影响,并在X射线管上开展了测试验证实验。研究结果表明:二维成像时,在等分辨成像像距处可以获得较好的成像结果,增大布拉格角可以抑制像差进而提高成像质量,更小的背光源尺寸也有助于提高成像的空间分辨率。测试实验获得了清晰的网格背光成像,成像结果与预期相符,空间分辨率优于14μm。这一工作有助于球面弯晶成像系统的优化设计及其在激光等离子体精密诊断中的应用。     

聚乙烯管道电熔接头缺陷超声相控阵成像模拟和实验研究

为了快速获得电熔接头超声成像图以便研究聚乙烯管道电熔接头无损评估算法研究,运用了多物理场耦合有限元分析软件COMSOL Multiphysics对聚乙烯管道电熔接头金属电热丝的超声响应特性进行了有限元分析,并对聚乙烯管材内壁钻孔缺陷及含孔洞缺陷聚乙烯管道电熔接头进行了超声相控阵检测成像实验,验证了超声相控阵检测成像有限元模拟分析结果的正确性。采用Richardson-Lucy反卷积算法对聚乙烯管材内壁钻孔缺陷超声相控阵成像图进行了图像复原处理。实验结果表明:基于超声傅里叶成像的相控阵成像仿真方法具有可行性,有限元模型为聚乙烯管道电熔接头缺陷超声相控阵成像提供了数值模型。     

生物医学影像的新进展

生物医学影像是21世纪发展起来的新技术.是影像学从大体形态学向微观形态学、生物代谢、基因成像发展的必然趋势.主要研究集中在分子成像、功能成像、细胞成像和基因成像等方面.分子成像基础研究的工具有基因重组技术、X线晶格成像、快速物质波谱分析、计算机和机器人技术.发展和测试体内特异性分子成像.P E T、SPECT、光学成像及显微CT/MRT/PET/光学成相等,适用于分子、基因的显像和定位.结合微创性操作的影像指导技术,指导病变的治疗和检测.有利于疾病的早期诊断,即在疾病的功能性障碍发展早期识别病变,是疾病的诊断和治疗愈来愈多的使用创伤性小,精确度更高的成像技术以及影像指导下的手术操作,是研究生命科学的新技术.     

活组织中分子运动实现“视频化”新型SRS显微镜有助缩短外科手术时间

<正>美国哈佛大学科学家将受激拉曼散射(SRS)显微镜和核磁共振成像(MRI)技术结合,研制出一种最新的生物医学成像设备,极大拓展了SRS显微镜的视野。其速度之快精度之高,如同"视频",足以使科学家直接目睹分子在活组织中的运动。研究论文发表在最新一期《科学》杂志上。"此前,SRS显微镜每分钟只能拍摄一幅画面,用于活的动物或人体就太慢了。"哈佛大学化学与化学生物学教授谢晓亮说,"我们大大提高了采集数据的速度,使拍摄达到了视频速率。"研究小组还用这种新型SRS显微镜追踪药物在皮肤下的移动,其能清晰显示出药物实时吸收情况。如与内镜检查术结合,还能一层一层观察组织的三维结构。     

光声血流速度测量方法及研究进展

光声成像因其独特的成像原理,兼顾了功能性和分辨率,对诊断和处理心血管疾病具有十分重要的意义。通过对光声血流速度测量进行综述,系统介绍了光声多普勒、光声显微成像和光声相关谱三个原理下的血流速度测量原理及具体应用,以期对此领域的研究人员的研究提供参考。     

高温构件傅里叶单像素成像系统设计

对于高温下的视觉测量,如何降低高温构件本身发出的辐射以及热气流对图像质量的影响,在航空航天和汽车制造等领域具有重要意义。针对高温下复杂的光学成像环境,本文提出了一种基于单像素成像技术的高温构件图像采集方法,建立了高温构件单像素成像系统,分析了傅里叶单像素成像的工作原理及重建算法,根据高温物体的热辐射特性分析了其对单像素成像的影响及成像光谱范围。最后,对高温环境中的单像素成像进行了验证实验。实验结果表明:仅用30%的采样数据就可以对高温下的目标构件成像,且忽略了高温物体自身辐射光的强干扰。与传统CCD/CMOS的成像及边缘检测对比实验表明,本文的方法获取的图像特征更为清晰。该研究为单像素成像在高温构件工业领域的应用提供了一个潜在的发展方向。