多波长LED阵列诱导荧光光谱在多组分分析中的应用研究

荧光光谱技术是对水中的溶解有机物、油类污染物,以及各种浮游植物生物量识别与测量的有效手段之一。构建了多波长LED阵列(450～610 nm)诱导荧光光谱测量系统,讨论了系统的原理和利用此系统进行多组分分析的方法。在实验室应用该系统获取了多组分混合荧光物质溶液的三维荧光光谱,并采用平行因子算法分析了多组分三维荧光光谱数据,结果显示得出的多组分浓度值与实际浓度的相关性大于98％。表明基于多波长LED阵列诱导荧光光谱测量系统在多组分分析中具有很好的应用前景。     

双光子激发时间分辨荧光光谱测量技术

建立了一台基于高重复频率扫描相机的双光子激发时间分辨荧光光谱测量系统，能够同时测量样品的荧光光谱和寿命. 该系统的时间分辨率为6.5—200ps，光谱分辨率为1—3nm，能够实现快速数据采集以及可靠和可重复的寿命和光谱测量. 利用标准荧光染料(若丹明6G、香豆素314)及其混合溶液对该系统进行了测试，所得到的荧光光谱分布和寿命值与文献报道一致. 实验结果表明，该系统能有效区分多组分荧光团. 这为鉴别多荧光团或多组分生物组织提供了一种独特的对比方法，可用于多光谱分辨荧光寿命成像和荧光共振能量转移成像等方面. 关键词： 荧光寿命 荧光光谱 双光子激发 高重复频率扫描相机     

晚期糖基化终末产物的特性及其研究现状分析

分析了晚期糖基化终末产物的生化特性和主要结构形式,介绍了目前检测晚期糖基化终末产物的主要方法和各自的优缺点,讨论了荧光光谱检测方法。用检测系统测试了晚期糖基化终末产物的激发光谱,同时采用370nm的单色光作为激发光源,分别对正常人和糖尿病患者的皮肤进行了荧光光谱检测,通过获得的发射荧光光谱分析可以发现两者在450nm附近的荧光存在明显的差异。结果表明该荧光光谱测量系统快速、无创、简单,可应用于对糖尿病、人体衰老、氧化应激等病情进行早期预测和诊断。     

光谱校正技术在皮肤晚期糖基化终末产物检测中的应用

利用近紫外荧光光谱测量了人体皮肤组织晚期糖基化终末产物,并针对由被测皮肤组织吸收和散射引起的光谱畸变问题,重点研究了自体荧光光谱校正技术在荧光无创检测中的应用。采用波长为370nm的单色光照射人体手臂内侧皮肤,用光纤探头收集自体荧光光谱。在同一测试位置对荧光波段进行光谱扫描,得到皮肤组织反射率曲线。通过利用皮肤反射率曲线校正相应自体荧光光谱来获得固有荧光光谱。分别对糖尿病患者和健康对照组进行光谱检测和光谱校正,分析比较不同测试对象的校正结果。实验结果表明,光谱校正技术剔除了不同测试对象的皮肤差异对自体荧光光谱的影响,获得的固有荧光光谱能够作为区分糖尿病患者和健康对照组的依据。     

乙醚的荧光光谱及其特性

用UV-240紫外分光光度计和SP-2558多功能光谱测量系统,通过测量紫外吸收光谱和荧光光谱,对乙醚在紫外光激励下的光谱特性进行了实验研究.发现,乙醚能吸收波长小于304 nm的紫外光,产生强的荧光;乙醚的荧光峰是波长306 nm至345 nm范围的宽谱峰,峰值波长在317 nm左右.分析得出,乙醚吸收紫外光、产生荧光光谱是其分子中氧原子上的孤对电子跃迁所为.由此对乙醚荧光光谱的产生机理和特性作出了解释,并计算出了乙醚分子相应能级差.这些结果可为乙醚这种重要溶剂和麻醉剂的应用提供帮助.     

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。     

利用反射与透射光谱测量GaN外延层的光学参数

GaN是一种理想的紫外发光和探测材料,其光学特性参数是光学器件设计的重要依据。采用紫外反射与透射光谱相结合的方法对国产GaN外延层进行光学特性测量,利用反射率与折射率之间的关系和薄膜干涉效应,建立了GaN外延层厚度、表面反射率、光谱吸收系数的光谱测量公式。测量结果表明,GaN外延层在紫外波段存在三个吸收区,其中364nm以下波段为强吸收区,吸收系数接近10^5cm^-1,364～375nm为吸收过渡区,375nm以上波段为弱吸收区;GaN表面反射率在三个吸收区的变化不大,为0．2～0．25之间。     

基于级联人工神经网络的生物表面光谱识别方法

提出了一种利用多级级联人工神经网络对生物表面微区的可见光光谱进行识别与分类的方法。该方法利用自组装光纤探头式光谱仪对苹果表面微区500～730 nm范围内的可见光光谱进行测量,光谱间隔5 nm, 记录光谱测量数据并依据光谱测量数据建立由三个单隐层、四十七个输入、单输出的人工神经网络级联而成的光谱识别系统。实验表明该级联系统可以对苹果的烂痕、疤痕、碰痕的反射光谱进行准确识别,在5％和15％的噪声影响下其识别准确率分别能达到97％和85％以上,克服了单级人工神经网络识别准确率不高、抗噪声能力差等缺点。最后文章提出了一种识别结果的隶属度表示法,该方法借鉴模糊数学中隶属度的概念,可以实现对识别结果客观、准确的表征。     

基于扩散理论的生物组织固有荧光光谱复原方法研究

组织固有荧光光谱定义为未受生物组织吸收、散射作用影响的荧光光谱,能够直接反映组织微观结构和生物化学性质信息。为了减少吸收和散射特性对组织荧光光谱的干扰,从实测的组织荧光光谱中复原更能反映组织荧光特性的组织固有荧光光谱,搭建了基于光纤探头的组织光谱测量系统,实现生物组织相同位置处的荧光光谱和漫反射光谱测量。提出运用扩散理论从实测的漫反射光谱中提取组织生理参数,包括组织中血液体积分数、血氧饱和度、黑色素含量以及波长500 nm处约化散射系数和瑞利散射在总散射中的比例,进而计算可见波段范围内的组织光学参数;然后,根据组织光学参数和实测的漫反射光谱,从实测的荧光光谱中复原得到组织固有荧光光谱。进行临床试验验证,采集受试者皮肤组织荧光光谱与组织漫反射光谱,并复原皮肤固有荧光光谱。通过复原得到的固有荧光光谱反映人体皮肤糖基化终产物积聚量,并最终用于糖尿病无创筛查。结果显示,分别使用实测的荧光光谱和复原得到的固有荧光光谱用于糖尿病筛查时,在特异性水平同为75%时,敏感性分别为69%和90%。     

基于指示克立格法的最佳激发波长和最佳发射波长的确定

激发波长和发射波长是分子荧光光谱测量的重要参数,它的选择影响分子荧光光谱的测量以及其后续研究的精确度。由于如HITACHI F-4500 荧光分光光度计等一些光谱仪器的测量精度达不到一些光谱分析技术的要求以及测量数据的有限,在实际工作中,利用已测量的光谱数据,通过插值生成所需要的光谱数据,就成为一种有效的解决方法。因此,文章使用指示克立格法对一定体积分数的乙醇溶液的最佳激发波长和最佳发射波长的确定进行了研究。基于指示克立格法求取的最佳激发波长和最佳发射波长分别是226.9和337.1 nm,经验证其值是准确的。此外,文章采用相对标准偏差对插值结果进行了评价。结果表明在分子荧光光谱测量中基于指示克立格法确定最佳激发波长和最佳发射波长是可行的,这为最佳激发波长和最佳发射波长的确定提供了一种新的方法。     

常见食用油和煎炸食用油的激光诱导荧光光谱特性

为了实现地沟油的快速检测,利用激光诱导荧光探测技术搭建了食用油类快速检测系统。对多种食用油和煎炸食用油(地沟油的一种)进行了光谱采集,建立了多种食用油和煎炸食用油的荧光光谱数据库,发现煎炸食用油的特征荧光光谱与常见食用油之间存在较大差异,在此基础上利用主成分分析法和BP神经网络实现了油类识别、地沟油的快速检测,总体识别率高达97.5%。实验证明激光诱导荧光光谱技术具有快速非接触和灵敏度高等优点,与BP神经网络相结合能够实现油类的快速识别,成为地沟油快速检测的一种新方法。     

Detection of hepatocarcinoma in rats by integration of the fluorescence spectrum: Experimental model

The incorporation of spectroscopic techniques into diagnostic procedures may greatly improve the chances for precise diagnostics. One promising technique is fluorescence spectroscopy, which has recently been used to detect many different types of diseases. In this work, we use laser-induced tissue fluorescence to detect hepatocarcinoma in rats using excitation light at wavelengths of 443 and 532 nm. Hepatocarcinoma was induced chemically in Wistar rats. The collected fluorescence spectrum ranges from the excitation wavelength up to 850 nm. A mathematical procedure carried out on the spectrum determines a figure of merit value, which allows the detection of hepatocarcinoma. The figure of merit involves a procedure which evaluates the ratio between the backscattered excitation wavelength and the broad emission fluorescence band. We demonstrate that a normalization allowed by integration of the fluorescence spectra is a simple operation that may allow the detection of hepatocarcinoma.     

Detection of residual concentration of imidazoline inhibitors in oilfield production water based on fluorescence spectroscopy

Fluorescence spectroscopy is applied to detect the residual concentration of imidazoline inhibitors in this study. Imidazoline inhibitors emit a weak fluorescence spectrum at 445 nm excitation wavelength, the addition of eosin Y can enhance the fluorescence intensity obviously and the excitation wavelength is located at 521 nm. The fluorescence intensity has a good linear relationship with the inhibitor concentration. The common ions in oilfield production water do not affect imidazoline detection using eosin Y as fluorescence agent based on fluorescence spectroscopy.     

叶绿素A较高激发态的发光

采用激发样品表层和样品中心两种激发方式,在300K和77K温度下研究叶绿素A(Chla)的较高激发行为,观测到峰值位于493、520和580nm三条新的荧光发射带.分别测量它们的荧光激发光谱,证明这三条新的荧光带属于Chla的第二激发单线态向基态的不同振动能级的辐射跃迁发光.最后提出电子跃迁模型,同时进行了讨论.     

荧光光谱法检测角膜晚期糖基化终末产物研究

晚期糖基化终末产物（AGEs）是一种结构多样的化合物,在人体血糖高于正常范围时,会大量产生且不能通过自身代谢降解,具有血糖长期异常的记忆作用。研究表明AGEs是引起糖尿病及其并发症的重要因素之一,通过检测体内AGEs的积累情况可以预测糖尿病及其并发症的发生和发展进程。现有的离体AGEs检测方法存在操作复杂、时间较长、成本较高和不易推广等问题;在体AGEs检测方法存在皮肤色素、年龄和血红蛋白干扰等问题。为此,基于角膜良好的光学特性和AGEs的自体荧光特性,提出一种角膜晚期糖基化终末产物荧光光谱检测方法。构建了一套角膜AGEs荧光光谱检测系统,系统由微型光纤光谱仪、集成LED激发光源、Y型12+1光纤和PC端光谱处理显示软件组成。荧光光谱检测系统采用激发光源波长分别为370和395 nm在暗室条件下对17名志愿者（男性9人,女性8人,糖尿病患者4人,年龄最小15周岁,最大81周岁）进行数据采集,得到激发光波长分别为370和395 nm的荧光光谱数据。为了准确识别荧光光谱中的有用信息,先截取需要的荧光光谱数据段（450~700 nm）,然后对其进行去除背景噪声、归一化、小波变化等方法处理,可以将荧光光谱中不明显的荧光峰值进行放大和识别。实验结果发现,采用波长为370和395 nm的LED作为激发光源,检测到角膜发射的荧光光谱范围在420~600 nm内,并且都分别在450~500,500~550和550~600 nm三个范围内存在光谱峰值。根据荧光性物质的荧光峰值与激发光波长无关的原理,表明两种不同波长的激发光所得到的荧光光谱都是由同一种物质AGEs产生。对糖尿病患者和正常人的荧光峰值强度进行分析,显示糖尿病患者的荧光强度明显高于正常人,表明本研究通过荧光光谱法检测角膜晚期糖基化终末产物具有可行性。     

阿维菌素原药及制剂溶液的荧光光谱特征研究

针对农业生产中阿维菌素过度使用造成的农作物农药残留超标问题，利用JASCO FP8300荧光分光光度计对阿维菌素农药溶液进行荧光光谱检测，分析阿维菌素原药溶液及制剂溶液的荧光光谱特征，为实现阿维菌素的快速检测提供数据参考。实验首先通过分析原药溶液和两种来自不同生产厂家的制剂溶液的三维荧光光谱，对比荧光特征峰的位置异同，判断阿维菌素荧光特征峰的区域为Ex=250~290 nm，Em=280~320 nm，最佳激发波长为270 nm。接着，选定Ex=270 nm作为最佳激发波长对原药溶液及制剂溶液进行二维荧光光谱检测，得到相应的二维荧光光谱数据。根据光谱数据，分析阿维菌素荧光特征峰处荧光强度值随着溶液浓度变化的规律，将相关数据拟合，得出关于阿维菌素荧光特征峰值与对应溶液浓度值的预测模型。由数据分析结果得知，阿维菌素原药溶液在10～35 mg·L-1浓度范围内预测模型的R2为0.999，预测结果的均方根误差RMSE为0.359 mg·L-1；两种不同厂家生产的阿维菌素制剂溶液在10～35 mg·L-1浓度范围内预测模型的R2分别为0.935，0.985，预测结果的均方根误差RMSE分别为1.945和0.858 mg·L-1。实验表明，制剂中其他填充剂及助剂等成分不会造成制剂中阿维菌素有效成分的荧光效应失效，并且能够通过荧光强度值来反映阿维菌素的浓度，进一步验证了利用荧光光谱对阿维菌素含量进行检测的可行性。     

基于激光诱导荧光的油类污染物检测系统研究

油类污染物具有破坏海洋生态系统和间接污染大气及土壤的危害,快速、准确地检测污染物的成分及其浓度具有重要意义。由于油类污染物光谱重叠严重,因此难以通过传统荧光分析准确加以区分。本文基于激光诱导荧光技术,以氙灯作为激发光设计荧光光谱检测系统,并对0#柴油、92#汽油和煤油进行扫描和检测,从而获得激发/发射光谱以及最佳激发/发射波长。并对该系统的软件算法部分进行改进,运用Savitzky-Golay卷积平滑直接获得更加精确的激发/发射光谱,更能全面、准确地反映油类物质的荧光特性信息。并与传统的荧光光谱仪得到的光谱图进行对比,经实验验证激光诱导荧光技术的荧光光谱检测系统的有效性,对油类污染物的荧光光谱信号的检测具有更高的灵敏度。     

几种有机磷农药的光谱特性研究

应用Edinburgh FLS920P光谱仪分别测量了对硫磷,甲基对硫磷和水胺硫磷这三种有机磷农药甲醇溶液和乙醇溶液的吸收光谱和荧光光谱,并讨论其光谱特性和机理。结果表明,它们在紫外光的激励下都产生较强的吸收峰和荧光峰,对硫磷、甲基对硫磷和水胺硫磷的甲醇/乙醇溶液的荧光峰特征符合共轭芳族化合物荧光峰随着溶剂极性增大而红移的特点。研究结果为光谱技术应用于食品安全监管领域的农药种类鉴别和农药残留检测提供帮助。     

Characterization of Standard Reference Material 2940, Mn-ion-doped glass, spectral correction standard for fluorescence

Standard Reference Material (SRM) 2940 is a cuvette-shaped, Mn-ion-doped glass, recommended for use for relative spectral correction of emission and day-to-day performance validation of steady-state fluorescence spectrometers. Properties of this standard that influence its effective use or contribute to the uncertainty in its certified emission spectrum were explored here. These properties include its photostability, absorbance, dissolution rate in water, anisotropy, temperature coefficient of fluorescence intensity, and fluorescence lifetimes. Long and short lifetime components of the fluorescence displayed different emission spectra, making the certified spectrum useful with fluorescence instruments employing continuous excitation only. The expanded uncertainties in the certified spectrum are about 5% around the peak maximum at 620 nm, using an excitation wavelength of 412 nm. The SRM also exhibits a strong resistance to photodegradation, with no measurable decrease in fluorescence intensity even after 17 h of irradiation with the visible light from a Xe lamp.     

基于跃迁偶极矩取向特征研究乙醚溶液中分子的各向异性度

利用偏振荧光光谱和偏振激发光谱研究了乙醚溶液中荧光分子跃迁偶极距的取向特征.实验结果表明,在垂直线偏振光照射下,乙醚溶液发射出峰值位于305 nm的荧光谱,对应的最佳激励光波长为256 nm.由偏振激发光谱分析得到荧光体的吸收跃迁偶极矩和发射跃迁偶极矩间夹角α的变化规律,揭示了荧光去偏振过程：在粘性溶液中的荧光分子具有一定的偶极取向,α随激发光波长发生变化,当激发波长接近最佳激发光波长时,吸收跃迁偶极矩和发射跃迁偶极矩间趋于平行,荧光的退偏效果较弱,偏振度最大.研究结果能为分子空间取向特征的理论研究提供参考.