同步荧光、导数荧光与卡尔曼滤波荧光光度法用于混合荧光染料同时测定的比较研究

本文以荧光光谱重叠的罗丹明Ｂ和罗丹明６Ｇ二组分混合体系为例考察了卡尔曼滤波法处理荧光光谱数据与荧光光谱法中的同步荧光技术和数值导数方法对该体系荧光光谱的解析能力。由于该体系中二组分谱峰重叠程度较轻，采用同步荧光技术可以将二者完全分开。用卡尔曼滤波法处理常规荧光光谱数据也获得了令人满意的结果。但该体系的一阶导数光谱不仅不能将二者分开，而且灵敏度降低，不及前二种方法。     

油气样品的固定波长同步荧光光谱特征研究

固定波长同步荧光光谱是同时扫描激发波长和发射波长而获得的荧光光谱，具有图谱简单、窄化、光谱重叠少、干扰小等优点，通过在量油气的固定波长同步荧光光谱，提出不同性质油气的荧光光谱特征。将此技术应用于钻井岩屑分析可以判断油气的属性，用于地下水样和地表土壤样分析，可以判断下伏的含油气性，为钻井提供有利靶区。事实证明，固定波长同步荧光光谱和三维荧光光谱的指正是一致的，可以用简单、快捷的同步荧光谱分析代替三维荧光光谱分析，取得事半功倍的效果。     

同步荧光光谱分析法在海面溢油鉴别中的应用研究

为了实现海面溢油快速筛选和鉴别,文章提出了应用同步荧光光谱技术结合系统聚类分析方法鉴别海面溢油的方法,并应用于不同原油样品及风化油样的分析。结果表明,选择波长差为25nm,采用300～500nm范围内数据进行聚类分析,可以将原油样品和风化样品完全区分开,不同海区、不同采集时间的原油样品可大致分开。作为溢油鉴别的一种辅助方法,同步荧光光谱分析法能够对可疑油源及溢油样品实现初步筛选。     

Kalman滤波荧光光度法同时测定酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸

苯丙氨酸的荧光峰完全包含在酪氨酸荧光峰之中，酪氨酸和色氨酸的荧光峰也严重重叠。用卡尔曼滤波法解析该体系给出了令人满意的分析结果。回收率为９４．０～１０５％，相对标准偏差不大于３．６％（个别一点除外）。将试剂空白作为一个组分计算，从而免去了试剂空白扣不准给分析结果带来的影响。利用新息序列的白噪音特性来判断结果的可靠性。     

多功能荧光分光计的微机化

本文在原有实验室自制多功能荧光分光计的基础上，通过微机Ａ／Ｄ转换技术的软件设计，实现了光谱的ＣＲＴ显示，分别得到了常规荧光光谱，各种同步荧光光谱及它们的一，二阶导数谱，并且测绘了三维立体荧光光谱和等高图荧光光谱。同时建立了各种光谱及数据处理技术。     

一种自适应的三维荧光光谱去散射方法

三维荧光光谱因其数据量大、灵敏度高等优点,在食品科学、分析化学、生物化学和环境科学等领域应用广泛。然而,因为同时存在瑞利散射和拉曼散射,给三维荧光光谱的定量分析和数据显示带来了困难。因此,在数据处理前期,消除散射干扰对其具有重要意义。在已有方法中,对较低浓度溶液和散射峰与物质荧光信号重叠严重光谱的去散射算法的研究相对空白。针对现有问题,提出了一种自适应的三维荧光光谱去散射方法。首先,该方法通过减去每次实验获取的溶剂的光谱基线来校正拉曼散射和背景干扰。然后综合考虑散射峰与物质峰的荧光强度和重叠程度将光谱分为五类情况对应三个重叠等级：无重叠、微弱重叠和严重重叠,分别采用置零法、分段三次Hermite插值多项式算法和高斯拟合-分段三次Hermite插值多项式耦合算法对瑞利散射进行校正处理。此方法基于一维插值,仅对单个发射光谱进行研究,降低了算法复杂度,计算时间较短。通过对酪氨酸、黄腐酸、萘乙酸和罗丹明B四种典型有机化合物进行实验,评估了该方法扣除散射干扰的有效性。并且与现阶段研究中使用最多的Delaunay三角形内插值法进行比较,以重叠区域散射校正后的数据对四种有机化合物分别进行浓度回归,此...     

荧光光谱数据解析中的信息冗余初步研究

提出了光谱数据解析中的信息冗余系数的问题,从光谱数据处理过程中波段优化选择的方法入手,考察了多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)中的蒽、芘和菲三组分混合体系的荧光光谱数据,采用化学计量学中的主成分回归分析和波段变量选择的窗口移动法,通过理论分析和实验论证得到结论:(1)荧光光谱信号中存在信息冗余;(2)经冗余优化后的荧光光谱数据可以反演出更真实的样本的定量信息,对光谱重叠严重的多组分混合体系,采用冗余优化分析过的数据可以增加预测模型的灵敏度和稳定性。     

用同步荧光光谱法研究细胞色素C与胱氨酸的相互作用

用同步荧光技术研究了细胞色素Ｃ与促进剂胱氨酸的相互作用，分别监测了二者相互作用时细胞色素Ｃ中色氨酸残基和酪氨酸残基的荧光光谱的变化和二种氨基酸残基的荧光强度随的变化，实验结果表明，胱氨酸分子与细胞色素Ｃ的赖氨酸残基缓慢结合，二者相互作用的最终结果使细胞色素Ｃ分子的构象发生了微小的变化。     

基于tri-PLS模型的油类混合物三维荧光光谱及其成分的研究

提出了一种光谱重叠的多种矿物油混合物组分含量测定的新方法。将偏最小二乘方法(PLS)推广至三维扩展(tri-PLS),不需要解决特征值问题。利用该方法对柴油、汽油和煤油混合物的三维荧光光谱进行研究,根据样本序列、激发波长、发射波长构造出三维数据矩阵,结合浓度矩阵应用tri-PLS法建立校正模型,对实验样本进行预测,实验结果表明tri-PLS方法的建模精度比常用的平行因子法优越。     

三维同步荧光光谱法快速辩别葵花籽油品质

利用三维同步荧光光谱法获取不同氧化状态下的葵花籽油荧光光谱数据,同时采集葵花籽油品质指标。运用平行因子法对三维同步荧光光谱矩阵进行降维处理,通过iPLS(interval partial least squares),BiPLS(backward interval partial least squares)和SiPLS(synergy interval partial least squares)模式识别方法进行数学建模。结果表明：波长差Δλ=50 nm时,样品同步荧光光谱具有显著差异,筛选用于数学建模初始数值。不同模式识别方法建模结果显示,iPLS,BiPLS和SiPLS法所得校正集模型和预测集模型的相关系数分别为0.908 3,0.961 2,0.954 5和0.872 3,0.925 2,0.852 5,交互验证均方根误差分别为0.050 3,0.033 1,0.035 9和0.073 3,0.054 1,0.065 5,比较发现采用BiPLS法建模效果最好。该研究将为葵花籽油品质快速辨别提供理论基础和技术支持,为其他食用油脂的快速检测提供方法指导。     

基于矩阵分析的STR荧光解谱技术

用多种荧光标记物进行STR检测时,由于荧光光谱的谱带展宽特性,各个荧光光谱之间有重叠部分,如何实现将相互重叠的各个波长上的能量有效利用起来,对提高荧光利用效率至关重要。本文给出了一种基于矩阵分析的数据处理方法,该方法在进行荧光探测前首先要对荧光谱进行光谱校正,即要得到每种所用标记染料受激发射荧光的光谱分布,根据光谱分布建立染料组合荧光信号矩阵,然后对矩阵进行归一,利用归一后的矩阵对所探测的荧光谱进行解谱,从而得到所期望的荧光谱图。理论分析和实验结果表明,该方法可以有效的利用各个波长的荧光光谱能量,并实现对不同荧光重叠谱的有效光谱解谱。     

基于荧光光谱技术的菜籽油氧化状态智能评价

菜籽油在加工及贮藏过程中，易受氧气、温度、光照等因素的影响，产生氧化酸败现象。为准确判断油脂氧化程度，实现不同氧化模式下菜籽油品质的快速判别，采用三维同步荧光光谱技术结合平行因子分析法及BP神经网络法建立菜籽油氧化状态的智能评价模型。以冷榨菜籽油为原料，将样品分别置于常温、Schaal烘箱、高温模式中氧化处理，期间采集菜籽油的三维同步荧光光谱数据及理化指标，当理化指标超出国标限定范围时，停止采集数据。结果表明，菜籽油中荧光物质在不同氧化模式中的演变规律呈显著差异，氧化温度对菜籽油荧光光谱有明显影响。常温氧化350 d与第1 d相比，菜籽油的特征荧光峰位置无变化，仅在激发波长Ex为620和660 nm附近荧光峰强度发生微弱变化；Schaal烘箱氧化26 d后，在激发波长Ex为620和660 nm附近荧光峰强度显著减弱，且在激发波长Ex为350～450 nm之间有新的荧光峰生成；高温氧化48 h后，Ex为620和660 nm处荧光峰消失，在Ex为400～550 nm处产生显著荧光峰，相对Schaal烘箱氧化，荧光波长发生一定程度红移，这是由于高温氧化过程中油脂氧化生成的物质稳定性较差引起的。利用平行因子分析法对三维同步荧光光谱数据进行分解获取有效的二维荧光光谱数据，当组分数为6，Δλ=60 nm时激发波长的载荷值最大，不同样品间差异最显著。选定Δλ=60 nm波段的二维荧光光谱数据用于智能评价，作为BP神经网络模型的输入值，以极性组分作为模型输出值，分别对菜籽油三种氧化模式数据建模训练。实验结果表明，三种氧化模式对应的训练集、验证集、测试集模型相关系数r均能达到0.9以上，其中常温氧化模式中验证集及测试集模型的相关系数r为1，输出值与目标值较接近，模型的预测效果较好；综合三种氧化模式数据建模，对应训练集、验证集、测试集模型的相关系数分别为0.999，0.913和0.988，均方误差均较小，说明该模型能准确判断菜籽油的不同氧化状态。因此，三维同步荧光光谱技术结合平行因子分析法、BP神经网络法建立快速检测模型能实现菜籽油不同氧化状态的判别，为菜籽油的氧化程度的评价提供新方法，同时为其他食用油的品质评价提供参考。     

荧光相关光谱测定溶液中胭脂红的含量

使用FLS920P型荧光光谱仪测量了20个合成色素胭脂红溶液样本的荧光发射谱,实验表明：胭脂红的最佳激发波长为300 nm,在此波长激发光下,荧光峰值波长为440 nm。同时测量相同条件下超纯水的光谱数据作为参考光谱,进行与胭脂红溶液光谱数据的相关计算,构建以浓度为外扰的荧光相关光谱。采用sym8小波函数4尺度降噪,将降噪后的同步相关光谱数据、自相关光谱数据应用偏最小二乘回归(PLSR)算法进行预测,建立溶液中胭脂红含量的定量模型,结果表明：采用同步相关光谱建模的预测相关系数为99.863%,预测均方根误差为0.414 μg·mL-1;而采用自相关光谱建模的预测相关系数为99.940%,预测均方根误差为0.303 μg·mL-1。对比可知,自相关光谱数据有效地避免了信息冗余,预测结果更为可靠。该方法无需样本处理,操作简单,为食品安全检测提供了一种新的思路。     

三种多环芳烃混合溶液二维荧光相关谱解析

多环芳烃为优先控制污染物,但是由于其含量很低,多组分多环芳烃荧光峰相互重叠,所以常规荧光光谱法无法对其荧光峰进行有效解析。采用二维荧光相关分析方法对三种多环芳烃,蒽、菲和芘的混合溶液进行荧光峰解析。根据研究目标,按照三种多环芳烃浓度比的不同配制了三种混合物体系,共27个样本,每种体系的三种溶液浓度彼此间按规律递增和递减。在此基础上,以浓度为外扰,构建了各体系的同步和异步二维荧光相关谱。同步谱中,在425,402,381,373,365,393及347 nm处产生自相关峰。以未被覆盖的菲在347 nm处荧光峰为线索,通过其与各波长处荧光交叉峰的正负,判断出了402,381,425和452 nm处荧光峰源于混合溶液中的蒽; 373与393 nm处荧光峰源于混合溶液中的芘; 365,356及347 nm处荧光峰源于混合溶液中的菲。通过异步谱解析出菲的385 nm处荧光峰,证明了异步谱比同步谱具有更好的光谱分辨率。研究结果表明,采用二维荧光相关方法对光谱严重重叠的多组分多环芳烃的解析是可行的,并具有一定的优势,可推广到对环境中其他污染物质的检测。     

基于非负矩阵分解的重叠三维荧光光谱解析

重叠三维荧光光谱的解析是荧光光谱解析中的难点,非负矩阵分解(NMF)作为一种有效的盲分离方法,能够提取光谱的局部特征和内在联系,克服光谱严重重叠带来的干扰,在解析重叠光谱中具有不可比拟的优势。首先用模拟三维荧光光谱验证了NMF在三维荧光光谱解析中的有效性,然后将四种不同的NMF算法(乘性迭代算法、交替最小二乘算法、二阶方法、投影梯度算法)用于实测的酚类化合物(百里酚、间甲酚、苯酚)三维荧光光谱的解析中,并讨论了在酚类化合物分离应用中四种NMF算法的收敛速度和计算复杂度的差异。实验结果表明,四种方式的NMF标准偏差均在0.06%以下,其中交替最小二乘算法在收敛行为和鲁棒性上最为优越。     

64通道单粒子荧光光谱数据采集系统

为了提高微弱荧光信号的探测能力,获取高分辨光谱信息,通过2套32通道光电倍增管(PMT)阵列,结合激光诱导荧光技术,搭建了64通道荧光光谱数据采集系统,并使用LabVIEW对数据采集系统进行软件控制,实现光谱数据的高速采集与处理。实验结果表明该采集系统光谱分辨率为4.69nm,能够对微流控芯片内通过的单粒子样品溶液进行荧光光谱采集,实现计数功能。     

基于三维同步荧光光谱确定原油样品浓度的新方法

在对胜利油田原油样品进行不同浓度时的Δλ为40 nm的同步扫描荧光光谱的测量中,发现不同的浓度时的光谱不仅表现为峰高变化,峰位也有显著变化。综合整个光谱的峰高峰位等多因素,文章建立基于同步三维荧光光谱确定原油样品浓度的新方法,即采取二维三次卷积插值的方法获得连续的浓度三维荧光图谱,并与待测样品的同步光谱进行最小二乘法的谱线识别方法以确定其浓度,在10-4～1.0 g·L-1浓度范围内误差小于3％。与传统的石油荧光录井中所采用的二维发射荧光方法相比,文章提出的确定原油样品含油量的光谱方法的适用测量范围和测量精度均有大幅度的提高,可望在石油录井中得到应用。     

偏最小二乘-同步荧光光谱法同时测定鳗鱼组织中三种喹诺酮药物残留量

应用偏最小二乘(PLS)算法对同步荧光光谱严重重叠的诺氟沙星、盐酸洛美沙星和乳酸左氧氟沙星药物三组分混合体系进行波谱解析,建立了该混合体系含量同时测定的新方法。在pH 2.87 B-R缓冲溶液中,波长差Δλ=190 nm 时,诺氟沙星、盐酸洛美沙星和乳酸左氧氟沙星的测量线性范围分别为0.016～0.40 μg·mL-1,0.01～0.336 μg·mL-1和0.01～0.336 μg·mL-1;检出限分别为0.012 6,0.006和0.007 2 μg·mL-1。采用PLS法结合同步荧光法对鳗鱼样品进行测定,结果令人满意。     

717树脂吸附渗滤液中有机物的荧光特性研究

利用同步荧光光谱和三维荧光光谱技术分析了717树脂处理卫生填埋场渗滤液过程中有机质的组成变化。同步荧光光谱显示,在开始10 min内,波长较长的特征荧光峰强度急剧下降,波长较短的荧光峰升高,其后变化不大。三维荧光光谱扫描发现,渗滤液中只有两个类富里酸荧光峰,随时间的增长,荧光峰强度下降,紫外和可见类富里酸荧光强度比值降低,发射波长明显蓝移。结果表明,717树脂对渗滤液中有机物的吸附速度快,主要吸附分子量较大、复杂程度较高的有机物,这可能有利于后续的生物处理。     

蒽芘混合溶液二维荧光相关谱解析

采用二维荧光相关光谱技术有效地对严重重叠的蒽、芘混合溶液的荧光峰进行解析。为了实现上述研究目标,设计并配置了9个蒽、芘混合溶液。采集了蒽、芘单组份以及两种物质混合溶液的常规一维荧光谱,研究了其荧光特性,并进行对比、分析。在此基础上,以混合溶液中蒽和芘的浓度为外扰,构建二维荧光相关同步谱和异步谱。结果表明:在同步谱上出现6个较强的自相关峰,位置分别在373nm、379nm、391nm、401nm、413nm和425nm处;依据未被覆盖的蒽在425nm的处荧光与各波长处荧光交叉峰的正负,指出379nm、401nm和452nm处的荧光峰来自蒽,而373nm、391nm和413nm处的荧光峰来自芘。同时,又根据相关异步谱交叉峰的有无,进一步确认和验证了混合溶液中各荧光峰的来源。该方法为解析农业环境中多种污染物的光谱特征提供理论和实验基础。