基于Top-Hat变换的高光谱吸收特征增强方法

对地物高光谱进行特征分析是高光谱影像用于目标识别和地物分类的基础.基于数学形态学的Top-Hat变换提出了一种光谱吸收峰增强算法.该方法在增强吸收峰的同时还保持了吸收谱带的波形特征.从美国地质调查局USGS光谱数据库选取的11条不同矿物的反射光谱曲线,对其吸收峰增强曲线和原始光谱曲线进行了K-means聚类分析.结果表明:吸收峰增强曲线的聚类结果在波形上和地质背景上都优于原始光谱曲线;且将吸收峰增强曲线的聚类的结果用矿物光谱的ASTER影像采样光谱曲线显示时,能总结出各组矿物的ASTER光谱典型特征.说明吸收峰增强曲线很好地增强了矿物光谱的吸收特征,提高了高光谱的可分性,同时还能为基于多光谱数据的遥感信息提取提供参考,是十分有用的高光谱分析方法.     

海水养殖黑色珍珠UV-Vis反射光谱的类型及其特异的PL光谱特征

采用紫外-可见(ultraviolet-visible,UV-Vis)反射光谱并结合405 nm为激发光源的光致发光(photoluminescence,PL)光谱对海水养殖的黑色系珍珠进行较系统的光谱采集、比对,以期探究天然色黑色珍珠在上述光谱中的异同特性。结果表明:(1)基于UV-Vis反射光谱中250～800 nm区间的谱图特征,首次将黑色系珍珠的UV-Vis反射特性归类为四大类,即①在约400, 500和700 nm处均存在吸收峰;②在约400和500 nm两处存在吸收峰;③在约400和700 nm两处存在吸收峰;④在约500和700 nm两处存在吸收峰;(2)在405 nm激发光源下,黑色珍珠的PL光谱在约620, 653和677 nm处皆出现特征吸收,上述各吸收峰位在其他类别的淡海水珍珠的PL光谱中未曾见有具体报道。且有趣的是,首次发现黑色珍珠的PL光谱中约677 nm处的特征吸收峰表现出较强的光敏特征,即随着激发光源辐照时间的延长,该处吸收峰的强度渐弱甚至消失。研究结果可为黑色系珍珠其颜色形成属性的鉴定、判断提供理论与技术支撑。     

Ti: LiAlO2新型晶体的结构分析

通过研究提拉法生长的掺杂Ti浓度为0.2at%的LiAlO₂晶体吸收光谱，荧光光谱和红外光谱，来分析此新型晶体的结构.分析发现光谱中仅出现了四价Ti离子的196nm的特征吸收峰, 用235nm光激发得到384nm的特征发射峰；针对吸收光谱中660—820nm出现的四个弱小吸收峰提出了一个色心模型，从而解释了空气和富Li气氛处理后吸收峰消失的现象；对比纯LiAlO₂晶体的红外光谱发现，Ti的掺入仅影响了［AlO₄］键强，而［LiO_{4 关键词： 2}')" href="#">Ti: LiAlO₂ 色心 光谱     

准波导结构下染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射光谱特性

通过对RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射(ASE)光谱的实验测量和理论分析,研究了准波导结构染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱特性。实验上采用连续激光和脉冲激光照射,分别测量准波导结构RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱,发现荧光峰和ASE峰随着染料掺杂浓度和薄膜厚度的增加产生红移;理论上考虑准波导结构下薄膜中染料的自吸收效应,类比激光器谐振腔模型,分析低阶导模传输的增益特性,获得了荧光光谱与ASE光谱中荧光峰和ASE峰对应波长与染料掺杂浓度的关系,数值计算与实验测量相吻合。结果表明,准波导结构下薄膜中染料自吸收效应导致荧光峰及ASE峰发生红移,改变染料掺杂浓度,可以在较大调谐范围实现ASE。     

电压敏感染料di-4-ANEPPS的光谱研究

实验研究了电压敏感染料di-4-ANEPPS在家兔心肌组织中的吸收光谱和荧光光谱特性。结果表明,含染料组织的光吸收普遍大于对照组,在450～550 nm波段吸收谱差异更明显;染料在心室组织中的最大吸收峰为(479.75±0.44) nm。通过测量含染料心脏不同部位的荧光光谱,首次发现心室组织、心房组织和主动脉的最大荧光峰位有一定差异,其相对荧光强度则与染料的分布浓度有关。根据三维和二维荧光光谱分别确定了含染料心房和心室组织的最佳荧光激发波长和荧光测定波长。利用心房和心室组织的静息电位差,在不同波长激发光下测量了染料的荧光光谱移动,确定了光标测量实验的最佳激发光和相应荧光检测波长范围。这些研究结果为心脏光学标测系统的设计提供了理论依据。     

发光二极管归一化光谱模型的修正

受自吸收等因素的影响,由发光二极管(LED)归一化光谱模型得到的光谱与实测LED光谱之间存在差异。为得到与实测LED光谱相吻合的归一化光谱模型,将由归一化光谱模型得到的理论光谱与实测光谱相减得到近似的自吸收谱。通过分析自吸收谱的峰值强度和半峰全宽与温度之间的关系以及其峰值能量与实测光谱峰值能量之间的定量关系,结合LED光谱的高斯模型和归一化光谱模型给出了自吸收谱的拟合表达式,并作为归一化光谱模型的修正项,对归一化光谱模型进行修正。在不同测试温度下的实验结果表明修正后的平均模型误差小于4%,证明由修正后的归一化光谱模型得到的光谱与实测光谱相吻合。     

氮化碳分子内振动能量转移的超快二维红外光谱

利用碱处理法剥离制备了氮化碳重水胶体溶液,通过FTIR光谱表征发现其具有三个C=N伸缩振动吸收峰。根据文献构建了一系列氮化碳模型分子并对其开展振动光谱计算,对三个吸收峰进行了系统指认,结果表明三个吸收峰分别来自于三个不同区域的3-s-三嗪C=N键的伸缩振动。超快时间分辨的二维红外光谱手段观测到了发生在三个不同C=N伸缩振动模式间的能量转移。     

基于离散极大值法的太赫兹光谱特征吸收峰提取方法

太赫兹波在电磁波谱中介于微波和红外辐射之间，具有指纹特性、安全无损、强穿透性等特点，因此太赫兹光谱技术在药品成分和组成检测领域具有广泛应用价值。针对高纯度物质识别研究中存在部分弱吸收峰不易识别，以及混合物的太赫兹光谱中吸收峰强度降低而导致吸收峰位信息模糊化的问题，提出了一种基于离散极大值法的光谱吸收峰位识别方法，即伴随拐点法。伴随拐点法首先利用目标检测物太赫兹吸收系数谱图的一阶和二阶导数确定吸收峰位的伴随拐点和基线谱，其次将原始吸收光谱与基线谱进行差分运算得到差谱，最后根据离散极大值法确定吸收峰位，从而实现特征吸收峰的识别。为验证伴随拐点法的有效性，采用伴随拐点法对四种硝基呋喃类样品光谱进行吸收峰提取，并将吸收峰位识别结果与仿真结果进行比较。实验结果证明，伴随拐点法能有效识别目标检测物的强吸收峰和弱吸收峰。该方法不仅在含峰目标物的太赫兹特征吸收峰识别问题中具有广泛的应用前景，还适用于其他光谱的谱峰峰位检测。     

不同分辨率下气体样品傅里叶变换红外光谱的定量分析误差

通过分析牧场附近测量的大气FTIR光谱中NH3在4种分辨率(分别为1、2、4cm-1和8cm-1)下的浓度,系统研究了不同分辨率下气体样品FTIR光谱定量分析的误差。选择72个实测光谱作为研究对象,其中NH3的光程积分浓度(Path-integrated concentration,PIC)分布在40—1300(μmol/mol).m。分析了NH3的最大吸收峰和次大吸收峰的选取对定量的影响。结果表明:选用NH3的次大吸收峰的定量误差更小;在允许的误差范围内(本研究中设为5%),不需要制作校准曲线,通过选用多个浓度适当的参考光谱,直接应用Beer定律仍能实现气体样品的定量分析;并且分辨率越低,定量分析所需的参考光谱数目越多。本研究通过合理选用多个参考光谱,实现了不同分辨率下FTIR光谱的定量分析;既充分利用了Beer定律,又克服了吸光度-浓度在低分辨率下的非线性问题;为不同分辨率下气体样品FTIR光谱的定量分析提供了参考。     

人肝癌组织细胞的激光光镊拉曼光谱研究

激光光镊与拉曼光谱相结合形成的激光光镊拉曼光谱系统(LTRS)已用于分析生物组织标本,可对单个活细胞进行操控和光谱收集。从拉曼光谱特征峰位置、强度和线宽可得到有关细胞的组成、结构及细胞内物质相互作用的信息。文章应用LTRS系统,分析了来自人的恶性肝癌组织的不同病变部位标本,包括肝癌组织细胞、肝癌癌旁细胞和远离肝癌组织的肝脏正常的组织细胞,观察到了随肝癌的病变部位变化所出现的一些有趣的拉曼光谱峰的变化。正常的肝组织细胞在1 070和1 266 cm-1处的峰很明显,而肝癌和肝癌癌旁组织细胞的这两个峰则不明显,肝正常组织细胞的1 445 cm-1峰明显高于肝癌和肝癌癌旁组织细胞。已知1 070 cm-1峰代表脂类和核酸,1 266和1 445 cm-1峰代表脂类和蛋白。引起这些峰变化的物质很可能参与了肝癌的发生。上述初步研究结果表明：单细胞激光光镊拉曼光谱可以区分肝癌的不同病变部位,将是检测和分析肝癌组织标本的一种很好的方法。     

乳腺组织中核酸的FTIR光谱分析

在物理因素和化学因素的影响下 ,乳腺组织中DNA分子结构发生改变而出现损伤 ,导致碱基结构的诱发变异。研究表明 ,FTIR光谱能够灵敏地反应这种结构变化。通过比较不同类型乳腺疾病组织的FTIR光谱、去卷积光谱和数据分析 ,可以看出正常组织、良性组织以及癌组织在蛋白质、核酸和糖含量方面的差异。通过对不同类型乳腺组织中核酸的提取 ,经FTIR光谱和去卷积光谱分析 ,进一步研究了核酸中碱基结构和含量 ,磷酸盐结构和含量之间的差异。结果表明 :癌变组织中胶原蛋白和核酸含量有明显增加 ,糖蛋白含量逐渐减少 (除粘液癌外 )。提取核酸后的光谱和光谱数据显示 :癌变组织中碱基环鸟嘌呤的氢键化程度增强 ;在自由基·OH攻击下 ,癌组织中碱基环腺嘌呤大多数是以氧化的 8 OH Ade形式而存在 ,由于CN振动增强 ,峰位移向高波数 ,磷酸盐含量增加 ,去卷积后 ,A1 0 80 A1 0 50 数据显示 ,从正常、良性到癌组织 ,PO-2 相对于C—O含量增大。从分子生物学、分子医学角度 ,为研究癌变机理提供重要依据     

蒙特卡罗模拟重建组织的自体荧光光谱

分别以一个双层的正常胃肠壁模型(包括正常粘膜层和粘膜下层)和一个双层的癌变胃肠壁模型(包括癌变粘膜层和粘膜下层)为研究对象，通过蒙特卡罗模拟计算出每层组织产生的荧光，从而重建出正常和癌变组织的自体荧光光谱，并和实验结果进行了比较。理论重建的光谱和实验测得的光谱在整体形状上的一致性表明，蒙特卡罗方法能够精确地模拟组织中荧光的产生和传输过程，明确解释癌变导致的组织生荧团信息的变化，从而确定组织是否发生病变。     

基于皮秒时间分辨的癌细胞荧光寿命研究

研究了用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(hematoporphyrin derivative,HPD)的超快光动力学过程,采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量了经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的皮秒时间分辨荧光光谱及荧光峰值强度随时间衰变曲线,观测到：癌细胞与正常细胞样品荧光寿命的快成分分别为150和300 ps;癌细胞与正常细胞的荧光峰值强度经12 h分别衰减10%和55%。经对测量所得的荧光衰减曲线进行分析,计算出癌细胞与正常细胞的荧光寿命分别为824和1798 ps;血卟啉在癌细胞与正常细胞样品中滞留时间分别为17天和6天。结果表明癌细胞与正常细胞对血卟啉亲和性及对血卟啉滞留的稳定性有显著差异,测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对实时监测生物样品微弱超快荧光具有重要的指导意义和临床应用价值。     

人肺组织与肺癌组织FTIR光谱的统计分析

本文应用统计方法分析了人肺正常组织和肺癌组织的FTIR光谱 ,选择光谱谱型参数 ;峰位、峰高、峰位差、峰高比进行比较分析 ,发现有多个变量可以显示两类光谱的差异 ,选择峰高比参数建立了Logistic预测方程为光谱的应用进行了探索。结果表明可以借助数学方法对组织光谱进行数据转换和分析 ,为了研究大量的组织光谱提供思路。     

肺正常组织与癌变组织的表面增强拉曼光谱

采用共焦显微拉曼光谱进行肺正常组织与癌变组织的表面增强拉曼光谱测试,拉曼位移测试范围为300～1700cm-1 。根据得到的肺正常和癌变组织的表面增强拉曼光谱,对比分析了两者的特点与差异。选取蛋白质主链构象中构象不灵敏的CH₂弯曲振动在1454cm-1的谱线为内标,发现相比肺正常组织,癌变组织蛋白质主链中酰胺Ⅲ和酰胺Ⅰ谱带的有序构象明显减少,对α螺旋和无规则卷曲的损伤比较严重,β回折几乎消失,而骨架C—N,C—C伸缩振动却出现了与前2个谱带截然相反的状况,有序构象显著增加,蛋白质侧链构象变化与主链相比则相对复杂;DNA的骨架磷酸基团、脱氧核糖、磷酸-脱氧核糖和碱基的含量总体呈增加趋势;RNA的情况与DNA类似;磷脂的链内纵向有序性参数明显下降。     

Assessing epithelial cell nuclear morphology by using azimuthal light scattering spectroscopy

We describe azimuthal light scattering spectroscopy (phi/LSS), a novel technique for assessing epithelial-cell nuclear morphology. The difference between the spectra measured at azimuthal angles phi = 0 degrees and phi = 90 degrees preferentially isolates the single backscattering contribution due to large (approximately 10 microm) structures such as epithelial cell nuclei by discriminating against scattering from smaller organelles and diffusive background. We demonstrate the feasibility of using phi/LSS for cancer detection by showing that spectra from cancerous colon tissue exhibit significantly greater azimuthal asymmetry than spectra from normal colonic tissues.     

癌症患者血清的激光拉曼光谱

按正常人和不同种类癌症患者进行分类,用激光拉曼光谱分别对正常人,鼻咽癌患者、肝癌患者和慢性白血病患者四类受试者的血清在０－２０００ｃｍ＾－１范围内进行测试。结果表明,同类患者中不同受试者血清的激光拉曼光谱特征峰值大小虽然不同,但光谱图特征基本一致;不同种类癌症患者血清的激光拉曼光谱图存在较大差异;在各类癌症患者血清的激光拉曼光谱图特征峰附近,正常人血清均没有拉曼光谱特征峰。     

有机物包裹的Fe3O4颗粒表面自旋钉扎效应研究

测量了80?的Fe₃O₄颗粒和三种不同有机物包裹后的M?ssbauer谱;不同有机物包裹后M?ssbauer谱表现出不同程度的弥散,施加8kOe外磁场以后,所有样品的超顺磁谱均消失,并呈现六线谱。可以用有机物对Fe₃O₄表面Fe离子自旋产生钉扎作用来解释这些实验事实;从施加磁场前后M?ssbauer谱的变化对钉扎作用的深度进行了估算。 关键词：     

Comparison of Fourier transform infrared (FTIR) spectra of individual cells acquired using synchrotron and conventional sources

The ability of infrared (IR) spectroscopy to distinguish and map cancerous and non-cancerous tissue has opened the question of the origin of spectral differences between normal and cancerous cells. Given the size of human cells (about 12–50 μm in diameter), IR micro-spectroscopy (IR-MSP) is an ideal tool for studying individual cells, or fractions thereof. In this contribution, the methodology for collecting IR spectra of individual cells will be explored using spectrometers that employ either synchrotron or conventional (thermal) light sources. Although synchrotron-based measurements are superior to those of conventional instruments, particularly at apertures approaching the diffraction limit, the difference in spectral quality and data acquisition time has been reduced drastically for a new generation of conventional instruments.     

食管癌患者指甲的红外光谱研究

利用傅里叶红外光谱对正常人,食管癌患者,食管癌术后5个月者的指甲进行了研究。发现他们指甲的红外光谱在频率,强度,峰形等方面均有差异。主要表现在:食管癌患者νs(PO2-)和νas(PO2-)的振动峰均向高波数偏移,术后者回落;癌患者蛋白质C—O基团峰强度增强,术后者峰强度有所减弱,但仍比正常人强;癌患者角蛋白脂质CH2和CH3伸缩振动峰波数有所下降。术后者介于癌患者与正常人之间;食管癌患者角蛋白脂质CH2和CH3弯曲振动峰稍向高波数偏移,术后者恢复至正常人水平;癌患者酰氨Ⅰ带和Ⅱ带都向低波数偏移,术后者介于两者之间。这些差异是应用红外光谱诊断食管癌的基础,表明FTIR光谱在食管癌的早期诊断和快速诊断方面有着十分美好的前景。