海洋微藻生长过程藻液三维荧光特征

利用三维荧光光谱技术监测了中肋骨条藻（Skeletonema costatum）,塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense）,微小亚历山大藻（Alexandrium mimntum）,锥状斯氏藻（Scrippsiella trochoidea）,东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）及海洋原甲藻（Prorocentrum micans）实验室培养过程中产生的荧光溶解有机物。中肋骨条藻为代表的硅藻主要产生类腐殖质荧光物质,而甲藻在指数增长期主要产生类蛋白荧光物质。进入消亡期后类蛋白荧光和类腐殖质荧光强度迅速增大,原因可能是衰老、死亡藻细胞的破碎释放出大量的荧光有机物质所致,此外还有细菌对非荧光有机物进一步降解。塔玛亚历山大藻、微小亚历山大藻、东海原甲藻及海洋原甲藻的类蛋白荧光强度在消亡后期由于细菌降解或光降解等因素而降低。同属微藻产生的荧光物质相似,例如塔玛亚历山大藻与微小亚历山藻、东海原甲藻与海洋原甲藻,但具体荧光峰位置有所不同。     

浮游植物吸收光谱特征分析

文章选取了东海9个典型浮游植物赤潮种、优势种,在实验室2个温度(20,15 ℃)和2个光照(7 000, 1 100 lux)条件下进行培养,对不同温度、光照和生长周期条件下9种浮游植物的吸收光谱进行了研究。首先,将归一化的光谱数据组成的矩阵进行奇异值分解,采用第一特征值与所有特征值的和之比来衡量浮游植物吸收光谱的相似性,选取了25条能够表征9种浮游植物吸收光谱基本特征的代表谱。其中,等鞭金藻和柔弱角毛藻各1条,岛国大扁藻和旋链角毛藻各2条,裸甲藻3条,塔玛亚力山大藻、东海原甲藻、中肋骨条藻和聚球藻各4条。然后,进一步提取代表谱中具有较大判别能力的波长点,总共得到7个特征波长段(点),它们是340.5～420.5 nm波段、423.5～431 nm波段、440.5～525.5 nm波段和760.5,763.5,769.5,856.5 nm波长点;由此形成的特征谱,对量测光谱判别分析正确率达到80%。     

麻痹性贝毒产毒藻株的三维荧光光谱识别技术研究

利用三维荧光光谱技术,研究了以微小亚历山大藻 （台湾株）（AMSY）、塔玛亚历山大藻（大亚湾株）（ATDY）、链状裸甲藻（防城港株）（GCFC）、塔玛亚历山大藻（香港株）（ATHK）、链状亚历山大藻（南海株）（ACSY）5株4种产麻痹性贝毒(PSP)微藻以及21株不产PSP藻在不同温度条件下培养微藻的各生长期产毒能力与三维荧光的关系。研究结果表明,在不同温度条件下,产毒藻类单位藻细胞产毒量会发生显著变化,低温可促进麻痹性贝毒的产生。通过Db7小波分解,选取Ca3尺度分量的联合荧光谱作为特征谱并利用Fisher判别发现,产PSP藻与不产PSP藻荧光差异主要集中在λ_ex为400~425和450~545nm;λ_em为715~750 nm的波段,利用判别函数建立判别式,实现了对产麻痹性贝类毒素藻类的识别测定。对产PSP毒素藻类的判别率达到93.7%,不产PSP毒素藻类判别率达到93.3% ,综合判别率为93.5%。该研究可实现对水体中活体产PSP微藻的快速识别,为进一步开发产毒微藻识别仪提供理论基础。     

浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法研究

选取中国东海6种分属于4个门类的赤潮藻种、优势种在实验室进行扩大培养,测量了2个温度(20和15℃)、3个光照(7000,4100和1100Lux)、不同生长期浮游植物的三维激发／发射荧光光谱,对浮游植物活体三维荧光光谱分类判别方法进行了研究。结果表明：基于主成分的判别分析法是利用三维光谱数据判别浮游植物种类的有效方法,对于金藻is,绿藻pl,中肋骨条藻sk三个物种,区分识别率理想;可以将中肋骨条藻(硅藻)与甲藻al和pr分开。     

藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC) 方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分：C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm),C2(Ex/Em=260(430) nm/525 nm),C3(Ex/Em=325 nm/400 nm)和C4(Ex/Em=275 nm/325 nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究（英文）

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%,34.6%,39.4%,53.1%,46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分:C1(Ex/Em=350(260)nm/450nm),C2(Ex/Em=260(430)nm/525nm),C3(Ex/Em=325nm/400nm)和C4(Ex/Em=275nm/325nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

土壤全氮田间Vis/NIR光谱测定方法研究

应用Vis/NIR光谱直接测定原始土壤属性具有重要的研究和应用价值。选取我国中部水稻土和潮土共103个土样,对比分析了两种土壤在田间环境下的湿态(R_w)和干态(R_d)光谱特征。采用相对变换光谱方法对湿态光谱进行了处理,结果表明该方法能够有效降低土壤水分的干扰和消除部分噪声,得到的变换光谱(R_n)与干态光谱在信息量和特征方面具有很高的相似度。以此建立了土壤TN的PLS回归估计模型,检验结果表明,R_n对水稻土和潮土TN的估计模型精度均高于R_w,修正判定系数分别从0.26和0.46提高到0.53和0.62。因此,相对光谱变换方法能够有效提高应用田间土壤光谱估计土壤参数的能力,建立的PLS模型可以用于测定TN含量,研究结果可作为实现田间实时分析土壤属性的工作基础。     

碳纤维在电化学处理中的拉曼光谱研究

采用激光拉曼光谱研究了电化学改性处理过程中聚丙烯腈基碳纤维的表面微结构变化,分析了不同处理时间下碳纤维的一级拉曼光谱特性。结果表明： 碳纤维的一级拉曼光谱可以拟合为4个峰,即D(D₁),G,D₂和D₃,表征碳纤维表面微结构变化的拉曼参数主要有D线和G线的积分面积比R(I_D/I_G),D₂线与G线的积分面积比I_D3/I_G,D₃线与G线比I_D3/I_G以及所有无序结构积分面积总和与G线积分面积的比值I_DS/I_G。电化学处理后,碳纤维表面无序度增大,D线和G线交叠度减小,R增大,I_D3/I_G增大,I_D2/I_G减小。随着处理时间的增加,I_DS/I_G不断增大,它与R值的变化趋势基本一致,并且可以更全面表征碳纤维表面结构有序性的变化。因此,利用激光拉曼光谱可以研究电化学改性处理过程中碳纤维表面的微结构变化规律。     

冬枣光谱数据的灰色关联分析及叶片氮素含量预测

采用灰色理论对冬枣叶片氮素含量和光谱反射率之间进行了灰度关联分析,分析结果显示波长560,678以及786 nm处的光谱反射率(G560,R678,NIR786)与冬枣叶片氮素含量之间的灰色关联度最高。利用上述三个特征波段光谱反射率计算得到的植被指数共计9个。进一步运用灰色系统理论分析了九种植被指数与叶片氮素含量的灰色关联度,结果显示：归一化植被指数(NDVI)、绿色比值植被指数(GRVI)、归一化差异绿度植被指数(NDGI)、绿色归一化植被指数(GNDVI)和组合归一化植被指数(CNDVI)等5个指数与叶片氮素含量的灰色关联度较高。利用3个特征波段的光谱反射率和5个关联度较高的植被指数,分别采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)以及GM(1,N)模型建立了冬枣叶片氮素含量预测模型。结果表明,采用特征波段光谱反射率(G560,R678,NIR786)建立的冬枣叶片氮素含量GM(1,N)模型的精度最高,预测R2达0.928,验证R2达0.896。     

基于支持向量机的水稻叶面积指数高光谱估算模型研究

为了研究支持向量机(SVM)对于作物农学参数高光谱估算的能力,通过大田小区试验,测定了2个品种、3个供氮水平处理的水稻在不同生长期的冠层高光谱反射率(350～2 500 nm)。依据Ladsat-5的TM传感器波段宽度,将高光谱反射率转换为10种不同的植被指数。利用所有样本的植被指数和水稻叶面积指数(LAI),通过不同统计模型的模拟分析,依据模型的R2选取了三种相关性较高的统计关系(包括NDVI_green的指数关系、TCARI/OSAVI的乘幂关系和RVI₂的乘幂关系)。对这三种关系,通过具有不同核函数的SVM模型和相应统计模型对LAI进行估算。结果表明：所有的SVM模型都具有较低的均方根误差值,估算精度都高于相应的统计模型;基于TCARI/OSAVI的POLY核SVM具有最高的估算精度,其RMSE比相应的统计模型降低近11个百分点。因此,SVM方法用于水稻LAI高光谱估算具有良好的学习能力和鲁棒性。     

一维小波分析在浮游植物吸收光谱有害赤潮藻类检测中的应用

研究了利用小波分析从浮游植物吸收光谱中提取赤潮藻类特征光谱信息的技术。其中应用了13组单种培养的赤潮藻类的吸收光谱,这些吸收光谱对应的藻类属于4个门,6个属和7个种。首先,对13组吸收光谱数据进行了5级一维小波分析。低频的第5级分量对应于对藻类检测无用且量值较大的背景信息,高频分量的第1-2级为随机噪声,其他高频分量(第3级到第5级)则是对藻类检测有用的信息(或称为特征光谱)。另外,为了检验小波分析在提取特征光谱中的性能,文章利用聚类统计分析方法对提取的13组特征信息进行了聚类。聚类结果显示,13组吸收光谱被正确地进行了分类,这验证了小波分析在提取藻类特征光谱中的有效性。     

不同蒴齿类型藓类植物的FTIR光谱分析及系统学意义初探

采用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)研究了分属不同蒴齿类型的23种藓类植物的红外光谱.通过比较光谱特征典型的5个代表藓种间红外光谱图的差异,确定了1 790～1 330 cm-1,1 200～960 cm-1,895～830 cm-1和725～655cm-1四个光谱特征区间.23种藓类植物在该四个特征区间的光谱数据分析结果表明,基于二阶导数红外光谱结合分级聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA)和主成分分析法(principal component analysis,PCA)能很好地区分出五大藓类植物类型:泥炭藓类、线齿类、顶蒴单齿类、顶蒴双齿类、侧蒴双齿类,与以蒴齿结构作为最基本特征的传统藓纲分类系统相一致.因此,FTIR光谱结合多元分析方法可作为一种实用的工具运用于苔藓植物系统学研究中.     

氨基甲酸酯类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

为了获得氨基甲酸酯类农药分子的分子结构振动信息,应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d,p)基组对三种氨基甲酸酯类农药(西维因、克百威和涕灭威)分子进行了几何结构优化和频率计算,利用拉曼光谱仪采集了这三种氨基甲酸酯类农药的实验拉曼光谱,并将理论方法计算的拉曼光谱和实验拉曼光谱进行比较。结果表明,理论方法计算的结果与实验值具有很好的匹配性。对三种氨基甲酸酯类农药分子在400～3 200 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了氨基甲酸酯类农药分子的四个特征峰,分别位于874,1 014,1 162和1 716 cm-1附近。对比分析三种农药实验拉曼光谱的差异,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果为氨基甲酸酯类农药的检测分析提供了理论基础,将应用于农产品中氨基甲酸酯类农药残留的鉴别。     

苯并咪唑类的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

利用激光显微拉曼光谱仪采集了三种苯并咪唑类农药(多菌灵、噻菌灵和苯菌灵)的拉曼光谱。应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d, p)基组对三种苯并咪唑类农药分子进行结构优化和拉曼光谱振动频率计算。结果表明,理论计算得到的振动频率值与实验测得值吻合较好。对三种苯并咪唑类农药分子在200～3 500 cm-1范围内的振动模式进行归属,找到了苯并咪唑类分子的3个特征峰,分别位于1 015, 1 265 cm-1和1 595 cm-1附近;对比分析三种农药拉曼光谱的差异性,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果可为苯并咪唑类农药的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中苯并咪唑类农药残留的快速检测研究。     

二维相关光谱的猪肉TVB-N特征变量优选研究

为了探讨利用二维相关可见/近红外光谱法优选猪肉挥发性盐基氮(TVB-N)特征变量的可行性,以贮藏时间为外扰,研究了不同新鲜程度猪肉样本的二维相关光谱特性。首先,获取56个猪肉样本在贮藏1～14 d的400~1 000 nm范围的可见/近红外反射光谱,经过标准正态变量变换(SNV)处理后,基于全波段光谱建立TVB-N的偏最小二乘回归(PLSR)模型。然后,依据TVB-N实测值,从中挑选出10个具有一定浓度梯度的样本(贮藏时间分别为0,36,72,108,144,180,216,252,288和324 h),利用一阶导数对光谱进行预处理后,根据不同样本之间的光谱差异,选取7个波段用于二维相关光谱解析。分析各个波段的二维相关同步谱和自相关谱,从7个波段范围内共选取23个变量作为不同贮藏时间下与TVB-N相关的敏感波长,并建立简化的PLSR模型。相较于全波段光谱数据所建模型,模型效果有所改善,预测集决定系数R2_p由0.792 1上升至0.865 8,误差从3.658 2 mg·(100 g)-1下降至3.246 0 mg·(100 g)-1。表明基于二维相关光谱对猪肉TVB-N特征变量进行优选的思路是可行的,该方法能够从全光谱数据中筛选出与目标物质相关的敏感变量,这也为近红外光谱特征波长选择提供了一个新的方法。     

人体胆结石红外光谱的比较分析

用红外光谱法测量了系列胆结石成分的红外光谱。比较标准化合物的红外光谱,分析人体胆结石的成分。按胆结石的红外光谱特征进行分类,获得胆固醇、胆红素钙、硬酯酸钙、碳酸钙、羟基碳酸磷灰石和混合物等六种类型的光谱图。提出相应地将胆结石分为六种类型：如果根据是否含钙,则分为胆固醇和钙盐型两种类型。