近红外光谱无创血糖测量的极限检测浓度研究

检测极限浓度综合了光子传输的微观过程信息、漫反射光的统计性质和仪器设备的系统性能,降低检测极限浓度是无创伤血糖浓度测量的目标所在。通过分析血糖浓度变化对光学参数的两种作用及其对光传播的影响,针对皮肤中葡萄糖主要分布真皮层的特点,引入有效信噪比的概念,推导了血糖检测极限浓度与光源检测器之间距离、有效仪器信噪比之间的关系。针对不同个体在表皮和真皮厚度的差异,用蒙特卡洛方法研究了其对检测极限浓度的影响,讨论了光学测头设计的方案和适应性。结果表明,通过选择合适的光源检测器之间距离,来自真皮层的有效信号能超过50%;假定仪器信噪比为10000,可获得满足FDA要求的血糖检测极限浓度。     

利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计

基于内部照明积分球的辐亮度定标方法,获得了接近理想的大面积辐亮度光源(~2%),标定了在研的空间紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。在假设标准灯为均匀亮度的点光源情况下,对照明因子进行了修正。同时利用两种漫反射板对此修正进行了实验研究,得到了采用两种漫反射板标定的光谱辐射计亮度响应度有很好的一致性(1%)的结论。初步的定标数据分析显示,石英卤钨灯光谱辐照度测量的相对不确定度和距离测量的不确定度是积分球定标最主要的不确定度来源,可用于紫外波段光谱辐射计的高精度辐射定标,并可以极大地降低定标不确定度。     

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。     

商用数码相机的光谱灵敏度测量及评价

光谱灵敏度是数码相机的一项重要参数,利用光谱灵敏度,可以较为快捷地实现传感器响应值与颜色刺激值之间的转换。根据数码相机的成像原理,使用卤钨灯、单色仪、分光辐射亮度计等搭建实验光路,对Canon 500D和Nikon D7000两台商用数码相机进行光谱灵敏度的测量实验,获得形状及平滑度不同的三通道光谱灵敏度。在标准光源下进行24色卡的拍摄和光谱取样,对两台数码相机的RGB测量值及基于光谱灵敏度的预测值进行比较,分别获得平均值为1.7%和0.5%的相对误差。     

基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器光谱定标技术

高光谱传感器的光谱定标是实现高光谱遥感定量化的关键。为了克服传统的基于单色仪扫描的光谱定标方法存在的设备昂贵、耗时等缺点,实现色散型高光谱传感器在野外或飞行中的实时、高精度定标,提出了一种基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器系统级光谱定标方法。分别对特征吸收波长板和漫反射参照体反射信号进行了比对测量,通过优化计算得到了传感器通道的中心波长和带宽。该方法消除了待定标传感器的光谱响应和光源的光谱能量分布带来的影响,能快速准确地实现色散型高光谱传感器的波长定位。运用该技术实现了对野外光谱辐射计FieldSpec(UV/VNIR的光谱定标,并对影响光谱定标精确度的因素进行了分析计算,结果表明,该方法实现的波长准确度0.5 nm,可满足色散型高光谱传感器实时、高精度光谱定标的需要。     

用于食品成分分析的双探测器近红外光谱仪

研制了双探测器结构的滤光片型漫反射近红外光谱仪.用分束镜将单色光分成两束,一束光直接被一个探测器接收,另一束光经过积分球后照射到样品上,样品的漫散射光被积分球上的另一个探测器接收.将两个探测器的测量值相比较,计算出样品的吸光度.应用该仪器检测了漫反射标准板的漫反射率,测量值与标称值的相关系数平均为0.995,标准偏差平均为0.01.另外,使用该仪器测定了奶粉、牛奶及酱油相关成分含量,近红外光谱与奶粉的蛋白质和脂肪含量的相关系数＞0.9,与酱油及原奶的相关成分含量的相关系数＞0.8.检测结果表明,自制的双探测器结构滤光片型近红外光谱仪可以准确获得样品的漫反射率.     

利用LIBS技术在线半定量分析液态钢成分

基于激光诱导击穿光谱技术,研发了一套钢液成分在线分析系统,实现了钢液中Cr、Ni、Si、Mn元素成分的半定量在线分析.实验采用中频感应炉熔炼钢材,并在熔炼过程中添加原料来调整钢液中的元素浓度.通过估算的浓度值绘制标定曲线,比较了不同特征谱线的标定结果.结果表明,采用合适的特征谱线能使标定曲线相关系数达到0.9476以上,测量结果的相对标准差低于7.43％,平均误差低于0.058％.浓度在线测量中,通过中值滤波提高了测量精度,抑制了异常点,准确识别了浓度改变时刻和变化程度.     

双探测器结构的近红外光谱仪的研究

目的：为了提高近红外光谱探测信号的稳定性,研制了双探测器结构的滤光片型漫反射近红外光谱仪。方法：首先单色光被分束镜分成两束,一束光直接被一个探测器接受,另一束光经过积分球后照射到样品上,样品的漫散射光被积分球上的另一个探测器接受,然后将两个探测器的测量值相比较,最后计算出样品的吸光度。结果：应用该仪器检测了漫反射标准板的漫反射率,测量值与标称值的相关系数平均为0.995,标准偏差平均为0.01。另外使用该仪器测定了奶粉、牛奶及酱油的相关成分含量,近红外光谱与奶粉的蛋白质脂肪含量的相关系数高于0.9,与酱油及原奶的相关成分含量的相关系数高于0.8。结论：检测结果说明,自制双探测器结构的滤光片型近红外光谱仪可以获得样品的正确漫反射率,同时可以用于食品的成分分析。     

基于单沿提取法的血液酒精含量检测方法研究

近红外光可透过人体较薄的皮肤和组织,用光谱仪获得人体指端光谱数据,以医院生化采集分析的值作为参考,建立血液成分与动态光谱数据的校正模型,从而对人体血液中酒精浓度值进行预测。本文利用单沿提取法提取动态光谱,共采集了120名志愿者喝酒后的指端近红外动态光谱数据,用偏最小二乘法建立校正模型做回归分析,取90个样本作为校正集30个样本作为预测集。其校正集和预测集的相关系数分别为0.9784和0.9646,预测集的相对误差最大是6.1%,最小是0.14%,相对误差平均值2.84%。     

基于近红外波长组合快速检测油页岩含油率

为实现油页岩含油率的快速单点测量,研究了基于近红外波长组合的油页岩含油率快速检测方法。以高岭土与机油混合的模拟样品为研究对象,利用便携式近红外光谱分析技术,研究了近红外波长组合选择方法。该方法采用自制的便携式光谱仪获得全光谱反射率数据,结合微分和多元散射校正数据处理及相关系数法进行波长初步筛选,将组合生成算法与留一交互校验多元线性回归(MLR)建模相结合,确定最佳波长组合,并用MLR建模对单点测量获得的最佳波长组合光谱数据进行了实验验证。结果表明:最佳波长组合为1 644,1 720,2 210,2 260nm,30个建模样品的校正集和预测集的决定系数为0.995 4和0.997 7,11个验证样品的验证集的决定系数为0.990 1。该方法为研制基于单点测量的油页岩含油率快速检测光谱仪提供了基础。     

不同积分宽度平滑数据处理对近红外分析建模的影响

以在MPA型和WQF-400N傅立叶近红外光谱仪上测量的茶叶和奶粉光谱为原始光谱,利用积分法选择不同的积分区间对原始光谱进行积分,模拟不同分辨率下的光谱,建立了茶叶中咖啡碱和奶粉中脂肪的定量分析模型,研究了不同分辨率对模型精度的影响。结果显示,对茶叶和奶粉,MPA型仪器分别是分辨率为32cm^-1和16cm^-1最好,相关系数（R）、预测均方差（RMSEP）分别为0．9400、0．2900和0．8879、1．0835;WQF-400N型仪器均是分辨率为64cm^-1时最好,R,RMSEP分别为0．9258、0．3311和0．9190、0．9365。试验结果表明分辨率对模型精度有很大影响,但并不是分辨率越高越好,对具体样品和仪器存在一个最为合适的分辨率。     

血糖浓度的短波近红外定量分析

采用间隔偏最小二乘法(IPLS)和移动窗口偏最小二乘方法(MWPLS),在640～1 100nm范围内建立血糖短波近红外的优化模型。使用马氏距离对人血清样品中的奇异样品进行筛选,将检测光谱分别等分为2～15份进行IPLS分析,对比建立预测模型。设窗宽为151nm,成分数范围(1～20),全谱进行MWPLS,对预测模型进行优化。结果显示,依据马氏距离采用最小半球体积法能有效筛选所采集光谱中的奇异光谱,IPLS可以有效地找到葡萄糖分子官能团对应的近红外特征谱段,MWPLS能够找到适合建模的精确起止波长点,通过偏最小二乘法建立血糖浓度的预测模型,相关系数R=0.982 2,预测均方差RMSEP=0.163 5 mmol/L,偏差Bias=-0.087 3mmol/L。     

氧化酶光度法葡萄糖定量测量条件探讨

依据人体尿糖、血糖的浓度范围,研究从2.0~38.5mmol/L不同浓度的葡萄糖水溶液在不同温度下与葡萄糖氧化酶试剂反应的动力学过程,在可见光谱区,结合分光光度法和最小二乘法对溶液中的葡萄糖含量进行定量分析,分析波长,光谱带宽,反应温度及反应时间等对定量精度的影响。实验结果表明,对于本文所用的葡萄糖氧化酶试剂,在32℃下葡萄糖氧化酶与葡萄糖反应10m in后在550nm处进行定量,相关系数超过0.9999,预测标准误差(SEP)0.626mmol/L。如果测量时间和温度偏离指定条件,将产生较大的测量误差;但如果定量波长偏离吸收峰,并在一定带宽(如30nm)范围内进行定量,仍能得到满意的结果。     

栽培与野生丹参的红外光谱三级鉴定研究

红外三级鉴定法可以区别和鉴定栽培和野生丹参,红外三级鉴定包括普通红外光谱、二阶导数谱和二维红外相关光谱,并且表观分辨率逐渐提高。栽培与野生丹参一维谱图峰形相似度很高,只是吸收峰波数有一定的差异。二阶导数谱则可看到在1500~1180cm-1波段栽培丹参在1410cm-1处有单峰,而野生丹参则出现分叉峰,分别在1420cm-1、1406cm-1处。在1180~850cm-1波段,栽培丹参在993cm-1、872cm-1处有比较强的吸收峰,而野生丹参在1032cm-1处有比较强的吸收峰。二维红外相关光谱中差异更明显,在1170~860cm-1波段,野生丹参在950cm-1处有很强的自动峰,而栽培丹参在此没有吸收峰;1500~1170cm-1波段野生丹参的峰强度要较栽培丹参大,依据自动峰的不同可以很容易的分辨出栽培与野生丹参。红外三级鉴定方法是一种快速有效的鉴定中药材的方法。     

微型可编程光栅实现光谱模拟的方法研究

当平行复色光沿微型可编程光栅基底平面的垂直方向正入射时,可以通过对可编程光栅编程状态的预先设定,使其衍射输出对应于不同目标物质的光谱。对微型可编程光栅用于光谱模拟的原理进行了分析,提出了一种利用基于梯度的最优化算法在衍射角固定时实现光谱模拟的方法。对该方法进行了实例仿真验证,结果表明了方法的可行性。     

The evaluation of autofluorescence emission spectra derived from neuronal lipopigment

A method for measuring the emission spectra from regions of neuronal lipopigment in tissue sections is described and illustrated. Each emission spectrum was derived from the means of six sets of readings, from either six regions of lipopigment from six neurones which were presumed to be from a homogeneous cell population, or from one region of one neurone. Characteristics of the emission spectra from lipopigment in various forms of neuronal ceroid-lipofusinoses (NCLs) and in brains without evidence of NCL are presented and discussed. The results indicate that the classification of lipopigments should not be restricted to the two categories of ‘lipofuscin’ and ‘ceroid’. This method may aid the identification of various pathogenic mechanisms in neurones, and provide another means of investigating the effects of certain drugs on cerebral function.     

PDP荧光粉相对亮度与VUV激发光谱的测量

摘要：发射光谱、相对亮度和激发光谱特性是大屏幕显示用荧光粉研究中重要的参考指标，发射光谱测量方法相对单一，测量精度和重复性容易保证在1％以内，但相对亮度和激发光谱受测量方法的影响，测量精度和重复精度难以达到1％的要求。本文在自行研制的测试仪器基础上，通过荧光粉表面漫反射光检测的方法改善荧光粉在120nm-300nm紫外-真空波段的相对量子效率测量精度，将相对量子效率测量误差减小到1%以内，同时利用该方法获得较为精细的激发光谱曲线，光谱分辨率达到1nm，对BaMgAl10O17：Eu蓝色荧光粉，LaPO4:Tb、LaPO4:CeTb以及YPO4：Tb绿色荧光粉激发光谱进行了测量。     

Use of the higher spectra in the low-amplitude fatigue testing

Particular place among the methods of vibroacoustic diagnostics is occupied by the problems of early defect detection. Let us note that the process of defect formation may lead to both. The intensification of non-linear phenomena as well as the occurrence of non-stationary effects even if during the early stages the intensity of defects is small while the growth of the level of vibration and noise is negligible, as contrasted with emergency states. A useful method is to test the higher order spectra, which, respectively, define the non-linear effects. A test bed for low-amplitude tests (10⁶-10⁷ cycles) of fatigue processes was built. The authors built a small-dimension test bed for diagnosing the low-amplitude fatigue processes. Small dimensions result from the proposal of mounting the test bed on shaker. The dimensions of test bed are 0.2×0.2×0.2 m and its weight does not exceed 2 kg, with a titan head mounted directly on the piezoelectric generator. The main goal of these investigations is to examine the low-amplitude fatigue strength of a model of the cantilever supported section of a shaft and impact of dynamic stress, which is especially important in the case of high frequency loading which is predominant in mounting elements of rotating machinery.     

Two-photon fluorescence absorption and emission spectra of dyes relevant for cell imaging

Two‐photon absorption and emission spectra for fluorophores relevant in cell imaging were measured using a 45 fs Ti:sapphire laser, a continuously tuneable optical parametric amplifier for the excitation range 580–1150 nm and an optical multichannel analyser. The measurements included DNA stains, fluorescent dyes coupled to antibodies as well as organelle trackers, e.g. Alexa and Bodipy dyes, Cy2, Cy3, DAPI, Hoechst 33342, propidium iodide, FITC and rhodamine. In accordance with the two‐photon excitation theory, the majority of the investigated fluorochromes did not reveal significant discrepancies between the two‐photon and the one‐photon emission spectra. However, a blue‐shift of the absorption maxima ranging from a few nanometres up to considerably differing courses of the spectrum was found for most fluorochromes. The potential of non‐linear laser scanning fluorescence microscopy is demonstrated here by visualizing multiple intracellular structures in living cells. Combined with 3D reconstruction techniques, this approach gives a deeper insight into the spatial relationships of subcellular organelles.     

Determination of secondary electron spectra from insulators

A new technique for the determination of secondary electron (SE) spectra of insulators in a scanning electron microscope environment is presented. It is based on a capacitatively coupled charge measurement by subjecting the insulating film to a controlled pulsed electron beam. With the use of a planar grid analyzer configuration, an algorithm is used to estimate the SE spectrum based on normalized values of the S-curve obtained. Secondary electron spectra from several insulating materials employed in integrated circuit manufacturing, including silicon nitride (Si3N4), AZ 1350J photoresist, and pyralin polyimide, have been measured.