A system for the remote spectroscopy in the visible and infrared regions

Results of the design and development of a system for remote sensing of the state and evaluation of the parameters of the natural environment and objects are presented. The devices developed are based on a generalized structural model of measuring system for acquisition of data on spectral, energy, polarization, angular, and spatial characteristics of the optical radiation field of the object under investigation. A. N. Sevchenko Scientific Research Institute for Applied Physical Problems at the Belarusian State University, 7, Kurchatov St., Minsk, 220064, Belarus. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 64, No. 6, pp. 827–833, November–December, 1997.     

XRF与ICP-MS法在福建省安溪县和华安县的铁观音茶中元素含量测定的应用研究

安溪是铁观音茶的源产地,茶叶总产值每年数亿元,但不同品质的铁观音茶价格参差不齐,市场上存在以次充好的现象。福建省安溪县和华安县为铁观音主要的茶产地,两县市的茶叶产量市场占有率较高,地理位置毗邻,但茶叶品质和风味各有不同,造成茶叶市场的困扰。铁观音中微量元素种类和含量的检测,对产地的溯源具有重要的意义。采用X射线荧光光谱无标样半定量分析法（XRF）和微波消解/电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对福建省主要茶产区安溪县（感德、西坪、祥华）和华安县（良村、华丰、仙都）的30份铁观音进行元素含量对比分析。XRF法检测出两县茶样中存在的元素种类有K,Ca,S,P,Mg,Al,Si,Cl,Fe,Mn,Rb,Zn,Na和Sr,但含量上存在一定的差异。根据XRF法检测结果进行快速、准确稀释茶样用于ICP-MS法对比测定金属元素,优化样品前处理方法以满足痕量检测要求。对比发现当测定Ca,Mg,Al,Fe,Mn和Zn金属元素时,相关性系数R2在0.824 8~0.892 8,趋势线斜率在0.806 0~0.944 9,XRF法和ICP-MS法的可比性较好,说明检测这六种元素采用这两种方法皆适合。同1份安溪铁观音茶样采用XRF法的相对标准偏差皆＜6.0%,ICP-MS法的相对标准偏差皆＜3.0%。相对于ICP-MS法,XRF法前处理更简单,耗时少,因此需低成本、快速、简便检测茶样中的Ca,Mg,Al,Fe,Mn和Zn元素含量时,可选择XRF检测法。采用ICP-MS检测出的K,Ca,Mg,Al,Fe,Mn,Rb,Zn,Na和Sr金属元素进行逐步判别分析,通过建立Fisher判别模型对安溪县和华安县铁观音茶样实现有效区分,模型建立的判别函数的产地检验判别率为96.7%,交叉检验判别率为96.7%,对测试样品的识别正确率为100%。ICP-MS法检测金属元素结合逐步判别-Fisher判别分析,对安溪县和华安县铁观音茶样产地溯源具有较强的可行性。     

Impact of ultrasonication applications on color profile of foods

Food color is a feature that provides preliminary information about their preference or consumption. There are dominant pigments that determine the color of each food; the most important pigments are anthocyanins (red–purple color), chlorophylls (green color), carotenoids (yellow-orange color), and betalains (red color). These pigments can be easily affected by temperature, light, oxygen, or pH, thereby altering their properties. Therefore, while processing, it is necessary to prevent the deterioration of these pigments to the maximum possible extent. Ultrasonication, which is one of the emerging non-thermal methods, has multidimensional applications in the food industry. The present review collates information on various aspects of ultrasonication technology, its mechanism of action, influencing factors, and the competence of different ultrasonication applications (drying, irradiation, extraction, pasteurization, cooking, tempering, etc.) in preserving the color of food. It was concluded that ultrasonication treatments provide low-temperature processing at a short time, which positively influences the color properties. However, selecting optimum ultrasonic processing conditions (frequency, power, time, etc.) is crucial for each food to obtain the best color. The key challenges and limitations of the technique and possible future applications are also covered in the paper, serving as a touchstone for further research in this area.     

基于宽带扫频的导弹RCS测量与分析

针对导弹的典型几何外形结构,基于高频散射机理对其散射特性进行了初步分析,包括散射源分布及其散射类型、各散射源散射特性随导弹姿态的变化趋势等。接着,利用宽带扫频RCS测量系统对导弹L、X波段RCS和X波段一维距离像进行了测量,得到了导弹在不同技术条件下的RCS曲线和一维距离像。最后,对测量结果进行了初步分析。测量结果表明：导弹头锥仓与进气道腔体存在较大散射,尤其是进气道壁与弹体之间连接缝隙的散射较为突出;导弹在X波段下的RCS较L波段小,且受姿态变化的影响更为敏感;另外,导弹RCS峰值点并未出现在迎头向,而是偏离迎头向一定角度,尤以X波段下最为明显,偏离角度达20°左右。测量结果为导弹在试验中的应用,包括试验设计、试验结果分析与评估、等效推论等提供了重要的技术依据。     

颗粒度对不同煤种可见光-近红外光谱的影响

煤炭是我国最主要的能源,在开采、运输、洗选加工、精煤储运等过程中都需要及时了解煤的成分、含量以及混矸程度,以便掌握和监控煤炭质量。目前,基于可见光-近红外反射光谱的煤炭原位测试技术已经成为一个研究热点。颗粒度是影响光谱特征的重要因素,开展颗粒度对不同煤种反射光谱特征的影响研究,对于深刻认识煤的光谱特征,进而提高煤光谱识别精度具有重要意义。为此,选取我国主要煤炭富集区（包括内蒙古乌海、新疆哈密、山西阳泉）的褐煤、烟煤、无烟煤为研究对象,利用SVC HR-1024光谱仪对不同颗粒度煤样的可见光-近红外光谱进行测试,分析了颗粒度对煤样光谱反射率的影响规律,以及颗粒度对于不同煤种光谱影响的差异。在此基础上,对实验现象背后的物理机理进行了分析讨论。研究表明,变质程度不同的煤反射光谱特征基本相似,即在可见光波段反射率较低且随波长增加出现缓慢下降趋势,在近红外波段快速上升。当煤样颗粒度>0.10 mm时,颗粒度大小对光谱特征的影响较小,煤样反射光谱特征随颗粒度变化规律不明显;当颗粒度<0.10 mm时,颗粒度对煤样的光谱影响增大,且影响主要体现在近红外波段的反射率光谱曲线的斜率大小,颗粒度越小,光谱反射率曲线斜率越大。0.10 mm颗粒度可作为颗粒度对煤的光谱特征影响的敏感界限。不同煤种可见光-近红外光谱曲线受颗粒度的影响程度不同,褐煤的影响最大,烟煤次之,无烟煤影响最小。实验表明,利用反射光谱进行煤质分析和煤种识别时需要考虑颗粒度的影响,同时,选择颗粒度小于0.10 mm的粉末状样品效果要好于大颗粒或块状样品。     

Hardware and software for the automating atomic-absorption spectrometers AAS, S115, and saturn

We describe a modified GELIOS System intended to automate the atomic-absorption spectrometers AAS, S115, SATURN, and Perkin-Elmer 503. Software is prepared in the visual environment of programming DELFI-3 and functions under the control of Windows 95. A distinguishing feature of the GELIOS System is simultaneous search for the peak and area of the absorption signal, correction of the errors of measurements, automatic digital filtration of data, control of the time of operation of hollow-cathode lamps, measurement of spectra and the statistical resource of the service life of hollow-cathode lamps, use of different methods to construct a calibrating graph, the possibility of memorizing the data of the analysis in an archived file, and a formation of the report for printing. The system contains an electrovic data directory on atomicabsorption analysis in five volumes for 67 elements of the Mendeleev system. To whom correspondence should be addressed. “University” Science and Production Center, 4, F. Skorina Ave., Minsk, 220050, Belarus. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 66, No. 5, pp. 734–737, September–October, 1999.     

光栅-液晶复合结构太赫兹移相器

随着太赫兹技术及其应用的快速发展,各类太赫兹控制器件需求也随之增加,作为太赫兹系统重要器件之一,太赫兹波移相器成为当前研究热点。已有移相器存在着尺寸较大、结构复杂、相移量较小等问题,为克服上述缺陷,提出一种光栅-液晶复合结构太赫兹移相器,该器件结构为石英、石墨烯、液晶盒、光栅结构、石墨烯和石英组成。通过改变石墨烯电极上电压,使液晶折射率发生改变,相移器的相位因折射率改变而发生变化,通过控制外加电压可以实现对太赫兹波相移量有效调控。计算结果表明,该移相器在0.39~0.46 THz频率范围内实现了400°相移量,回波损耗小于-11 dB,在频率0.43 THz处,最大相移量达到422°。太赫兹波入射角在0°~30°范围内变化,移相器的相移量保持不变,而且该器件对入射太赫兹波偏振态不敏感。所设计的太赫兹移相器具有相移量大、结构尺寸小等优点,在未来的太赫兹通信、安检、医疗、传感、成像等领域中具有广阔的应用前景。     

大豆冠层多光谱图像提取方法

为解决大豆冠层在近地端的多光谱图像边缘灰度不均,目标与背景之间灰度差别小,难以准确高效地获取大豆冠层目标区域的难题,将多光谱成像处理技术与经典图像分割方法有机融合,提出基于多光谱图像处理技术的大豆冠层提取方法。以东北大豆为对象,通过Sequoia多光谱相机采集绿光、近红外、红光、红边和可见光五类大豆多光谱图像,采用高斯平滑滤波法对原始大豆多光谱图像进行预处理,分析多光谱图像中大豆冠层和背景的灰度直方图分布特性,在此基础上利用迭代法、Otsu法和局部阈值法提取原大豆多光谱图像中冠层区域,并以图像形态学开运算处理细化和扩张背景,避免图像区域内干扰噪声对大豆冠层识别效果的影响,同时以有效分割率、过分割率、欠分割率、信息熵以及运行时间等为监督指标,对大豆冠层多光谱图像识别模型进行效果评价。大豆冠层识别模型中迭代法可以有效分割近红外和可见光大豆冠层图像,有效分割率分别为97.81%和87.99%,对绿光、红光和红边大豆冠层图像分割效果较差,有效分割率低于70%;Otsu法和局部阈值法可以有效分割除红光波段的其余四种多光谱大豆冠层图像,且有效分割率均在82%以上;三种算法对红光大豆冠层图像的有效分割率均低于20%,未达到较好效果。在原始多光谱图像中应用迭代法、Otsu法和局部阈值法提取大豆冠层图像与标准图像的信息熵平均值波动幅度分别为：0.120 1,0.054 7和0.059 8,其中Otsu法和局部阈值法较小,表明了对于大豆冠层多光谱图像识别中两种算法的有效性。该算法中Otsu法和局部阈值法均可以有效提取绿光、近红外、红边和可见光等多光谱的大豆冠层图像,二者较为完整地保留了大豆冠层信息,其中Otsu法实时性能较局部阈值法更好。该成果为提取农作物冠层多光谱图像提供理论依据和技术借鉴。     

HNIW和DNT的共晶制备和光谱分析研究

六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)作为一种新型高能炸药，寻求对其综合性能的改性是现阶段研究的重点。不同于传统的重结晶、高聚物包覆和复合等改性方法，通过晶体工程学方法，采用和小分子低感度炸药共结晶的方法，可对HNIW从炸药的内部组成和晶体结构层面进行改性。设计采用溶剂挥发法以一定的配比制备得到了六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)和二硝基甲苯(DNT)的共晶，并针对晶体结构以及物相的改变，应用X射线粉末衍射(PXRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)相结合的方法，对共晶样品进行快捷而有效的表征。结果显示，与单组分HNIW和DNT相比，共晶的PXRD图谱中出现了新的强衍射峰，证实了共晶与单组分晶体结构具有显著差异，产生了一种新的物相。红外光谱和拉曼光谱谱图显示，一系列特征吸收峰产生了峰位偏移以及峰宽和峰高的变化，证明了由于HNIW分子和DNT分子之间相互作用形成了共晶分子晶体结构，且共晶内部晶格振动较之单组分HNIW和DNT发生了改变，不再是单组分分子间的相互作用，从而佐证了HNIW/DNT共晶是一种不同于原组分分子空间构型的新物相。     

基于混合表面等离子体波导的纳米激光器的研究

设计了一种带有金属脊和低折射率介质夹层的新型混合表面等离子体波导结构，利用有限元法对该结构进行了数值仿真。COMSOL Multiphysics软件是一款基于有限元法模拟真实物理现象的仿真软件。在COMSOL Multiphysics软件平台上，构建该结构的三维模型，使用模态分析和频域分析模块，研究了其电场分布、归一化模式面积、传输长度、增益阈值、品质因数。结果表明：在工作波长为370 nm时，所设计波导的光场约束可达到较好的深亚波长水平，同时保持大的传输长度。提出的带有金属脊结构与平坦金属层结构相比，波导特性更好。将该结构应用于纳米激光器，由基模和纵模反映出，激光器内光场分布稳定且集中在极小的面积内。在波导特性良好的情况下，该激光器可保持较低的增益阈值和较高的谐振腔品质因数。综合考虑，选取最优尺寸为ｒ＝80 nm, d＝45 nm，此时有效模式面积为0.005 1λ2，传输长度为1 668 nm，增益阈值为1.46×10-6 m-1, 品质因子74.5。最后，在最优尺寸下，通过仿真得到了该结构的发射光谱，其发射波长为360 nm，输出电能比输入电能增强了3 100倍。该结构为小型化和集成化的纳米设备提供了技术支持，在生物医学和光通信等领域有广泛的应用前景。     

TG-2/MAI CCD像元响应特性不一致性的在轨分析及校正

CCD像元响应特性的差异是制约MAI成像质量及其数据定量化应用的主要因素之一。为了提高MAI数据质量,本文基于全量程多段分析与校正法,利用2016年9月至2018年3月期间共104403帧观测数据,分别对MAI偏振通道和非偏振通道的像元响应特性的不一致性开展了在轨分析与校正,并利用GOME-2和MODIS数据产品对校正结果进行了验证。首先,假定观测样本足够多,即每个CCD像元观测的样本具有相同的遍历性,则各CCD像元对应的所有样本的平均DN值可以代表CCD各像元的响应特性;其次,利用104 403帧观测数据构建各个通道的参考图像,并利用MAI中心5×5像元给出各参考图像对应的标准DN值;在此基础上分别对MAI偏振通道和非偏振通道开展了像元响应特性的分析,结果表明,MAI各通道均存在CCD像元响应特性不一致的问题,各通道的不一致性大约在4%～10%之间,对偏振通道而言,同一偏振波段的三个偏振通道之间像元响应特性的不一致性有一定的相似性,像元响应特性不一致性的差异基本在1%以内。然后,将MAI近两年的观测数据分为前后两个时间段进行对比分析。结果表明：前后两个时间段偏振通道和非偏振通道的图像均具有很好的一致性,即CCD像元响应特性未随时间发生显著变化,这也进一步验证了前面MAI数据量充足的假定。因此,可以利用全量程多段校正法逐通道逐像元开展CCD像元响应特性不一致性的校正。基于该方法校正后,MAI图像质量得到显著改善,图像四周响应偏低的区域明显改善,基本和周围像元的响应达到了同一水平;图像更加平滑,颗粒感基本消除;部分区域的场景发生了变化,特别是碎云等反射率介于中低反射率之间的目标。基于GOME-2的交叉对比结果表明,MAI 565,670和763 nm波段反射率与GOME-2的参考反射率之间的平均绝对偏差分别由校正前的1.6%,4.2%和2.2%减小至校正后的0.5%,2.6%和0.4%;此外,基于多通道云识别方法开展的云检测表明,校正后的MAI云检测结果与MODIS云检测产品一致性更好。因此,全量程多段校正方法可以有效解决MAI CCD像元响应特性的不一致性,显著提高MAI在轨观测的质量,且该方法也可以应用于其他CCD仪器的在轨校正。     

光谱法锌离子检测系统的研究

采取标准锌显色剂与锌发生显色反应，生成不溶于水的絮状络合物。用光谱仪测它的吸光度，研究其特征谱与吸光度的特点，建立其浓度与特征波长吸光度间的数学模型。本文所采用的显色剂主要与锌、铜、镉、镍四种离子发生络合反应。因此分别探索了四种离子高浓度以及低浓度时显色反应的吸光度，最终通过得到锌离子浓度与吸光度的关系式以及锌离子浓度与四波长下四种离子混合溶液显色后的吸光度的关系式，给出了锌离子的吸光度与总吸光度的关系式。显色反应能否满足分光光度法的要求，主要与显色剂的性质有关，同时显色反应的条件也至关重要。因为在显色反应过程中，主要是锌离子与锌显色剂发生络合反应形成络离子，进而形成絮状络合物。络离子一般比较稳定，但在水溶液中也存在着电离平衡，也就是说当显色条件发生变化时，既有可能形成络离子，也有可能发生络离子的分解，从而影响络合反应的程度。显色条件包括显色剂用量、pH值、反应温度、显色时间、待测溶液的盐度以及浊度等。重点研究待测溶液的盐度对锌离子浓度测量值的影响，并通过实验给出影响规律以及校正模型。     

多参量光声成像及其在生物医学领域的应用

光声成像兼具声学成像和光学成像两者的优点, 因而成为近十年来发展最迅速的生物医学成像技术之一. 本文介绍了光声成像的特点及其相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点; 其次, 解释了光声成像的成像原理, 在此基础上介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像方案, 并介绍了它们的技术特点; 然后, 介绍了光声成像对生物组织的生化特性、组织力学特性、血液流速分布、温度分布参数、微结构特性等多信息参量的提取能力, 及其在生物系统的结构成像、功能成像、代谢成像、分子成像、基因成像等多领域的应用; 最后, 展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性.     

光谱及成像技术在果蔬损伤检测研究中的应用现状与展望

果蔬在收获、运输、贮藏、分拣、包装和销售过程中均会遭受不同程度的挤压、碰撞或摩擦,从而造成果蔬损伤,如挤伤、开裂、擦伤等外部损伤,同时,在生长过程中会产生黑心、水心、褐腐、霉心等内部损伤。果蔬损伤初期特征不明显,外观与正常果实基本无异,然而随着时间的推移,损伤组织恶化扩散,最终导致整个果实腐烂变质,又进而接触感染其他果实,造成周边甚至整箱果蔬病变,对果蔬产业造成巨大的经济损失。果蔬采后损伤检测方法多种多样,其中人工检测最为简单常用,但是该方法不仅耗时耗力,容易造成错判和漏判现象,而且无法实现肉眼不可见的皮下或内部损伤检测。近年来,随着计算机技术的快速发展,越来越多的无损检测技术被广泛应用于果蔬损伤检测,其中最为常用的当属光谱和成像技术。光谱成像技术通常结合图像处理、光谱分析、化学计量学方法、统计分析等手段,利用损伤果蔬和正常果蔬的图谱信号差异实现损伤检测,具有无损、快速等优点,能解决人工检测耗时耗力且准确率低的问题。在此主要概述了8种光谱及成像技术（近红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、高光谱成像、空间频域成像、核磁成像、X射线成像和热成像）在果蔬损伤检测的最新研究进展,包括检测原理及其技术特点,总结分析了各技术在果蔬损伤检测方面的应用情况,并展望未来发展趋势,以期为果蔬损伤无损检测提供借鉴与参考。     

微波消解ICP-AES法检测动物毛被中微量元素的方法研究

针对动物毛被样品的复杂基质,对样品的预处理方法进行了专门研究,利用民用微波炉代替专业微波反应器,采用微波加热技术,利用试剂的不同特点,分别对试剂硝酸、过氧化氢、盐酸和水的配比及试液体积进行试验,对不同的反应功率和反应进行所需的时间都进行了条件试验的研究,优化实验条件,确定选择HNO₃-H₂O₂-HCl-H₂O酸溶体系,四种试剂配比为8∶1∶1∶5,输出功率360 W条件下加热5 min,进行试样密闭消解处理动物毛被样品,采用标准溶液基体匹配法消除动物毛被样品复杂的基体干扰,利用电感耦合等离子体原子发射光谱分析技术,同时检测１８个动物毛被样品的常量和微量元素。该方法经国家人发标准物质GBW07601验证,测得方法相对误差在0.83%～9.59%之间,相对标准偏差在0.81%～5.20%之间,该方法的检出限、精密度和准确度各项检测指标在动物毛被实际样品分析中得到验证,均能满足生物样品检测要求。     

秦巴山区汉中中药材姜黄中无机元素的测定

用ICP-AES测定陕西汉中市中药姜黄中的2种常量营养性元素(钙、镁)和5种微量元素(铜、铬、铁、锌、锰)含量.钙6010.5μg·g-1、镁6250.1μg · g-1、铜18.8μg·g-1、铬4.2μg·g-1、铁331.8μg·g-1、锌208.6μg·g-1、锰477.4μg·g-1,加标回收率均在96.4％...     

ICP-AES测定铜电解液中的Fe、Ni、Pb、Bi、Sb、Zn和As

利用ICP-AES分析技术,通过对样品处理、元素分析谱线、酸度等因素进行试验研究,综合确定了分析条件,对铜电解液中杂质元素（Fe、Ni、Pb、Bi、Sb、Zn、As）进行了ICP-AES测定。结果表明,ICP-AES测定铜电解液中Fe、Ni、Pb、Bi、Sb、Zn和As,可以满足铜电解生产的需要,为高纯阴极铜的生产起了指导作用。     

荧光褪色效应与拉曼光谱基线干扰消除

荧光是直接测定的拉曼光谱中背景的最主要来源,需要采用真实、准确的方法消除,以得到纯净的拉曼响应。基线拟合消除和查找荧光贡献扣除是解决背景问题的两条思路,目前多采用基线拟合方法,其优点是满足用户“视觉”要求,无需额外硬件,但并非机理或实质上的解释,因而难以保证数据的真实性与合理性;查找荧光的方法,更为真实,但是目前提出的方法,需要增加光源等额外设计和成本。另外,在实验方法上,也有采用消荧光剂和长时间照射漂白的,存在操作繁琐、效率低等不足。利用稳定体系中拉曼和荧光的时间差异解决体系中荧光问题。在微小的时间段内,例如几个毫秒,激发光不会导致体系性质发生显著变化,荧光具有寿命周期,会随激发时间延长强度下降的“褪色”,“褪色”的强度差异可以被认为是整体荧光的一个微元;与此同时,由于体系组成未发生显著变化,拉曼光对于短时间照射可以保持稳定。利用此差异可以区分出混合信号中的荧光和拉曼光。根据该原理,提出了荧光褪色差分法(FBDA),实现拉曼光谱的背景校正。方法的主要步骤：测量微小时刻内的多张直接拉曼光谱,求取系列光谱的差分,对差分值作高频滤波降噪,可获得荧光强度微元;然后,多个荧光微元平均归一化后,得到荧光强度单元。以拉曼光谱2 000～2 500 cm-1的静默区,即通常不会出现拉曼信号的频段为基准,对荧光单元作逆差分,逆差分累计值与原始光谱在此频段一致时,得到整体荧光响应;最终,从原始光谱中扣除荧光成分,完成背景扣除和基线校正。以盐酸二甲双胍片的拉曼测量为例,说明和讲解了所提出的原理和方法,验证方法的有效性。与目前效果较好的基线校正方法(不对称最小二乘和自适应迭代再加权惩罚偏最小二乘)进行了对比,表明FBDA方法更为客观真实,FBDA的另一个优势是不需要额外的设计和成本,所有数据都是在现有设备直接采集和完成。需要说明的是,微小时刻光谱差异的要求,可以确保FBDA光谱实时性,长时间的光谱差异,将会影响结果的准确性;另外,对于光化学反应体系和其他非荧光引起的复杂背景,FBDA的适用性有待改善。     

Laser absorption and fluorescence diagnostics of a plasma

Diagnostics of a near-surface laser plasma, the plasma of a strong-current pulse gaseous discharge in inert gases, nitrogen, and carbon dioxide under conditions of intense evaporation of the wall of the discharge chamber, the plasma of a discharge with a hollow cathode, and the active medium of an excimer laser was conducted by methods of intracavity laser spectroscopy and laser-induced fluorescence. The dynamic fields and absolute concentrations of atoms, ions, molecules and electrons, the plasma temperature, and the velocities of flows of particles were measured. The quantitative determination of the density of particles in the erosion laser flame prior to breakdown and the phenomena associated with the formation of molecules in the laser plasma received primary consideration. To whom correspondence should be addressd. Instite of Molecular and Atomic Physics of the Academy of Sciences of Belarus, 70, F. Skorina Ave., Minsk, 220072, Belarus. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 64, No. 3, pp. 281–290, May–June, 1997.     

Fluorescent Photoinduced Electron Transfer (PET) Sensors for Anions; From Design to Potential Application

This mini review highlights the synthesis and photophysical evaluation of anion sensors, for nonaqueous solutions, that have been developed in our laboratories over the last few years. We have focused our research mainly on developing fluorescent photoinduced electron transfer (PET) sensors based on the fluorophore-spacer-anion receptor principle using several anthracene (emitting in the blue) and 1,8-naphthalimide (emitting in the green) fluorophores, with the aim of targeting biologically and industrially relevant anions such as acetates, phosphate and amino acids, as well as halides such as fluoride. The receptors and the fluorophore are separated by a short methyl or ethyl spacer, where the charge neutral anion receptors are either aliphatic or aromatic urea (or thiourea) moieties. For these, the anion recognition is through hydrogen bonding, yielding anion:receptor complexes. Such bonding gives rise to enhanced reduction potential in the receptor moieties which causes enhancement in the rate of PET quenching of the fluorophore excited state from the anion:receptor moiety. This design can be further elaborated on by incorporating either two fluorophores, or urea/thiourea receptors into the sensor structures, using anthracene as a fluorophore. For the latter design, the sensors were designed to achieve sensing of bis-anions, such as di-carboxylates or pyrophosphate, where the anion bridged the anthracene moiety. In the case of the naphthalimide based mono-receptor based PET sensors, it was discovered that in DMSO the sensors were also susceptible to deprotonation by anions such as F⁻ at high concentrations. This led to substantial changes in the absorption spectra of these sensors, where the solution changed colour from yellow/green to deep blue, which was clearly visible to the naked eye. Hence, some of the examples presented can act as dual fluorescent-colorimetric sensors for anions. Further investigations into this phenomenon led to the development of simple colorimetric sensors for fluorides, which upon exposure to air, were shown to fix carbon dioxide as bicarbonate.