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△λ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.     

基于浓度参量同步荧光光谱的相近油源溢油鉴别

将浓度作为辅助参量引入到同步荧光光谱中,获取溢油样品在10-4~10 g.L-1浓度范围内的浓度同步三维荧光光谱,应用主成分分析法对胜利油田的5个原油样品及93#及90#汽油样品及0#柴油进行模式识别。结果表明,浓度参量的引入可全面的反映溢油样品多环芳烃的组成信息,比较溢油样品溶液稀释到线性范围内所获取的同步荧光光谱,该方法提高了应用主成分分析法对溢油样品的识别率,在很好的区分不同类型的溢油样品的基础上,实现了正确判别相近油源的溢油种类,同时解决了样品配置过程中浓度误差对分类识别的影响难题。     

三种酚类化合物的三维荧光光谱特性研究

三维荧光光谱技术通过在不同激发波长下扫描发射光谱获得荧光强度变化信息,由于其灵敏度高,选择性好,被广泛用于环境中污染物的监测。利用该方法研究3种酚类化合物的荧光光谱特性,在激发波长为240～360 nm,发射波长为260～500 nm范围内,确定了苯酚、间甲酚和麝香草酚的荧光峰位置分别为272/300,274/300和276/304 nm。由于3种酚类物质为同系物,结构相似,因此得到的激发光谱和发射光谱在形状上极为相似。工作液浓度在0.02～1.0 mg·L-1范围内,3种酚类物质的浓度与荧光强度之间均呈现较好的线性关系,且检出限达到1 μg·L-1。实验结果表明,用三维荧光光谱法可对3种酚类化合物进行定性和定量分析。     

原油样品激光诱导荧光的时间分辨光谱特性研究

为探索激光诱导时间分辨荧光光谱技术应用于海洋悬浮溢油原位探测的可行性,对来自胜利油田六个不同井区不同密度的原油样品的时间分辨荧光光谱进行了探测分析。结果发现,各原油样品荧光发射的持续时间基本相同,从ICCD中数字延时发生器(DDG)的输入延时52 ns开始,到输入延时82 ns左右结束,各原油样品的荧光峰强度随时间变化曲线的半高宽约10 ns;不同原油样品的最强荧光峰位及其衰减寿命不尽相同,并且与样品密度有一定相关性,密度相近的原油具有相近的最强荧光峰位和相似的荧光寿命。对比六种原油样品的时间分辨荧光光谱发现,在荧光增强时,原油荧光光谱峰位不变,当荧光从最大强度开始衰减时,六种原油样品的荧光光谱峰位均出现了不同程度(17~30 nm)的红移现象,这一定程度上反映出原油中各荧光组分的荧光衰减速率存在差异,或者存在荧光组分之间的能量传递。所观测到的原油密度相关的时间分辨光谱信息和荧光峰红移现象可望成为水下悬浮溢油识别的有效特征之一。     

微分谱结合独立成分分析对三维荧光重叠光谱的解析

多组分三维荧光重叠光谱是三维荧光光谱的数据解析中的难点之一。本文基于二维微分谱的计算原理, 充分利用三维荧光光谱具有激发光谱和发射光谱的特点, 获得了三维荧光光谱展开后的激发微分谱和发射微分谱. 之后利用独立成分分析对激发光谱或发射光谱的多组分混合微分谱分别进行解析, 得到了单一组分的激发微分谱和发射微分谱。其中三次样条插值有效的弥补了实测激发波长数据点少的缺点, 而粗糙惩罚平滑技术的引入则很大程度上减少了发射光谱的噪声,为微分谱的计算提供了有利的条件。单一组分的标准谱与解析谱的相似性系数的计算表明, 利用独立成分分析对微分谱进行解析更有利于多组分混合三维荧光光谱所含成分的识别。     

同步荧光光谱比率法检测过氧亚硝酸根及其清除剂的研究

利用同步荧光光谱建立了一种新的荧光比率法检测过氧亚硝酸根(ONOO-)及评价其清除剂的方法.酪氨酸自身有荧光,在pH 8.5的磷酸缓冲溶液中,酪氨酸与CO2和ONO-反应生成强荧光的酪氨酸二聚体,利用同步荧光光谱技术,在荧光发射光谱中能同时获得酪氨酸单体(λem=364 nm)与二聚体的荧光峰(λem=406 nm),且两峰的荧光强度的比值与ONOO-的浓度呈计量相关.结果表明荧光强度的比值不受实验参数改变的影响,与传统的荧光法相比,有利于扩大检测的线性范围,提高灵敏度.荧光强度的比值与ONOO-的浓度在1.60X10-7 mol·L-1～6.00X10-4 mol·L-1范围内呈线性关系,线性相关系数为0.999,检测限为1.84×10-8 mol·L-1.对浓度为1.00X10-6 mol·L-1 ONOO-平行测定8次,其相对标准偏差为2.4%.利用该法测得抗癌药米托蒽醌的ICso为0.065μg·mL-1.方法简便易行,试剂廉价易得,体系稳定,可作为一种检测ONOO-及筛选其清除剂的方法.     

诺氟沙星的荧光光谱研究及其应用

采用荧光光谱法研究了诺氟沙星在不同 pH条件下的光谱行为 ,发现诺氟沙星在pH 3 0 4的水溶液中具有较强的荧光发射 ,与中性介质相比荧光发射光谱红移了 30nm。据此分别建立了药物制剂中和人体尿液中诺氟沙星的荧光光谱法和同步 导数荧光光谱法。经样品测定 ,其线性范围为 0 0 16～ 0 96 μg·mL-1,检出限为 0 0 16 μg·mL-1,回收率为 99 7%～ 10 0 94 % ,相对标准偏差为 1 6 5 %～ 2 86 %。     

高铁酸钾降解苯并芘的荧光光谱研究

在优化的反应条件下, 研究了高铁酸钾与苯并芘(BaP)的降解反应过程, 通过联合应用同步, 三维(EEM), 时间扫描及荧光光度定量等多种荧光光谱分析方法所提供的多角度的荧光光谱信息, 揭示了BaP分子在降解过程中浓度随时间变化规律, 尤其高铁酸钾与BaP作用过程的动力学特征。同步荧光和三维荧光光谱共同揭示出, 高铁酸钾在20 s内能降解91%的BaP, 60 s以后反应趋于缓慢的变化规律; 由时间扫描荧光光谱结合发射和同步两种荧光光度定量方法, 便捷地获得了高铁酸钾与BaP的反应过程中的动力学方程: ln(F₀/F_t)=0.563 2t+0.171 2, (R2=0.994 2), 由此推测高铁酸钾与BaP的反应过程符合一级反应动力学规律。为研究高铁酸钾降解其他污染物反应过程的机理提供了十分有益的参考。     

微含量石油类污染物三维荧光光谱及平行因子解析

为解决微含量石油类污染物识别问题,采用三维荧光光谱(EEMs)与平行因子(PARAFAC)相结合的技术,研究了石油类样品荧光组分特征及平行因子组分识别方法。依据水体中石油类含量的标准规定,配制出与Ⅰ—Ⅴ类水体对应的CCL₄含油样品,用来模拟油类污染物成分。首先对97#汽油、0#柴油、普通煤油及CCL₄溶剂进行三维荧光光谱扫描,得到纯组分样品的三维荧光光谱图,其次对97#汽油、0#柴油及普通煤油的标准样品进行三维荧光光谱图测定,最后对97#汽油、0#柴油、普通煤油在CCL₄溶剂中的混合样品进行三维荧光光谱图测定。在掌握上述不同组分样品的三维荧光光谱特性的基础上,重点分析微含量下97#汽油、0#柴油及煤油混合液的三维荧光光谱,应用平行因子方法解析出样品中三种组分的激发与发射特征光谱以及组分间的浓度比。解决了混合样品荧光光谱出现叠加,用化学分离或单纯荧光分析方法较难识别荧光组分的问题,实现了对微含量含油混合样品的主要组分的识别,并得到混合样品溶液中不同组分间浓度比。     

头孢呋辛酯与牛血清白蛋白相互作用特征研究

采用荧光光谱、三维荧光光谱、同步荧光光谱和紫外吸收光谱法,研究了不同温度下头孢呋辛酯(CFA)的浓度在1.959×10-6至13.71×10-6mol·L-1范围内,牛血清白蛋白(BSA)的浓度为2.0×10-6mol·L-1时两者之间的相互作用,按照Sterm-Volmer方程、Lineweaver-Burk方程和热力学方程分析和处理实验数据,计算了表观作用常数(KLB:3.907×106L·mol-1),热力学参数的平均值(焓变△H:-13.43 kJ·mol-1,熵变△S:81.90 J·K-1和标准吉布斯自由能变化△Gθ:-38.34 kJ·mol-1),测定了作用位点数(n:1.042),讨论了CFA对BSA的荧光猝灭作用饥理.BSA和CFA作用可能形成了一种新的复合物,猝灭作用主要属于静态猝灭.认可热力学参数△H≈0,AS>0和△Gθ<0,反应力主要是熵驱动力和静电作用力.在同步荧光光谱中色氨酸和酪氨酸的峰波长明显红移;在三维荧光光谱中,在加入CFA后二峰的发射波长蓝移;在紫外-可见吸收光谱图中,三体系的最大吸收明显不同,这些均显现色氨酸和酪氨酸所处的微环境的变化,同时说明了加入CFA后BSA的构象发生了变化.这为讨论BSA的构象变化,阐明CFA的药理作用和在生物体内的生物学效应等提供重要信息.     

高浓度同步荧光法鉴别溢油

选取中国不同产地的17种原油,考察了原油环己烷溶液3个浓度(5,500和5 000 mg·L-1)的同步荧光光游(SFS)特征,测定了其中4种原油自然风化1,3,5,10,15和35 d的三个浓度油溶液的SFS,并利用原油的SFS特征结合丰成分分析进行了溢油鉴别研究.结果表明:原油溶液的浓度不同,光谱峰位置和数目均不相...     

基于RBF神经网络的较低浓度下同步荧光光谱的溢油鉴别

针对海面溢油样品的含量难以确定,同时考虑到海水掺杂及风化等问题的影响,提出了在较低非线性浓度范围内采集溢油嫌疑样品的同步荧光光谱,获取其训练样本集,利用主成分分析法(Principal com-ponent analysis,PCA)提取其特征光谱,结合径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络对肇事样本和嫌疑样本进行模式识别的方法。通过对相近油源原油样品分类识别研究表明:该方法仅需单次对肇事样本同步光谱测量,再借助数据分析,就可以很好区分相近油源溢油样品,外扰对识别率影响也不大。RBF神经网络算法识别率在92%左右。该结论对海洋环境中溢油的实时检测及油指纹数据信息库的建立有重要意义。     

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。     

同步荧光光谱法测定石油中的晕苯

用苯做溶剂对原油样品进行逐级稀释,恒波长同步荧光法对原油样品中晕苯进行定性、定量分析。分别从溶剂选择、波长差、狭缝宽度等参数对其测定的光谱条件进行优化。实验结果表明：用苯为溶剂、Δλ=6nm,狭缝宽度为2.5nm,为原油样品中晕苯的最佳测试条件。所建立方法测定晕苯的线性范围为0.5—100μg/mL,校准曲线的相关系数r大于0.99,相对标准偏差小于3%（n=5）。该法分析快速、准确,对石化工厂中对原油样品中晕苯的快速检测具有一定的应用价值。     

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。     

基于三维荧光光谱结合二维线性判别分析的油类识别方法的研究

油类污染严重威胁到自然环境及人类健康。因此,识别和处理油类污染非常重要。由于三维荧光光谱能够表征石油的荧光特征,故一般利用三维荧光光谱法检测溶液中存在的油类污染物。但油类的三维荧光光谱数据维度较高且直接分析的难度较大,因此可以利用数据降维方法提取原始油类样本的光谱特征,并利用所得到的光谱特征对样本进行识别。基于此,利用二维线性判别分析（2D-LDA）对油类样本进行特征提取,研究提取的不同样本光谱特征的差别,将得到的光谱特征作为K最近邻（KNN）分类的输入,得到相应的分类结果。首先,分别配制四种不同的油类（柴油、汽油、航空煤油、润滑油）样本各20个,共计得到80个油类样本;然后,利用FS920光谱仪采集所有油类样本的三维荧光光谱数据;其次,对采集到的光谱数据进行预处理,去除光谱中散射的干扰并标准化;最后,利用2D-LDA算法对样本进行特征提取,利用KNN算法进行分类,并将其分类结果与经主成分分析(PCA)进行特征提取后的分类结果比较。研究结果表明,2D-LDA提取特征的分类效果优于PCA。利用2D-LDA分别提取发射和激发特征得到测试集识别的准确率相同且都为95%,而将发射和激发光谱特征的分类距离相结合并重新进行分类的准确率为100%。表明两类光谱相对于三维荧光光谱具有互补性,将发射和激发光谱特征相结合能够更好地对样本进行分类。而利用PCA对测试集识别的准确率仅为85%,表明2D-LDA对三维荧光光谱数据的特征提取效果更好。与PCA相比,2D-LDA通过类内散度和类间散度最大化投影向量来提取样本的特征,使得同类样本尽可能接近,不同样本尽可能分离。因此,2D-LDA具有使降维后的数据更容易被区分的特点,故其鲁棒性好。该研究为油类的降维识别提供了一种参考。     

钾添加剂对ICP光源辐射的增强效应

为了改善电感耦合等离子体原子发射光谱质量,降低分析检出限,实验研究了在水样品中加入钾添加剂以后对光谱强度、信背比的影响,并通过多谱线斜率法和Stark展宽法分别测量了等离子体的激发温度和电子密度。实验结果表明,当水溶液样品中加入钾添加剂以后,等离子体光谱强度有不同程度的增强。在钾含量为1.0g.L-1时,元素Al,Cr,Cu,Mn,Ni和Zn的谱线强度比无添加剂时分别提高了8.62%,32.29%,108.45%,6.06%,64.98%和54.99%,光谱信背比分别提高了7.90%,30.95%,104.60%,5.21%,66.00%和52.82%。在样品中钾含量为1.0g.L-1的条件下,等离子体的激发温度比无添加剂时提高了239.69K,而电子密度提高了4.99×1011 cm-3。可见,钾添加剂能够提高电感耦合等离子体发射光谱质量。     

基于穆勒矩阵的模拟溢油样品荧光偏振特性研究

为了对模拟溢油样品在不同偏振态激发下诱导荧光的偏振特性进行研究,借鉴了穆勒矩阵椭偏仪的原理和结构,搭建了基于旋转波片原理的模拟溢油样品激光诱导荧光椭偏实验装置。通过特征值校准方法对该装置进行校准,获得了宽波段下偏振状态调制矩阵W(λ)和偏振状态分析矩阵A(λ)的确切调制状态,并基于荧光光谱强度矩阵Flu(λ)分别建立了轻、中、重质原油样品和柴油样品的荧光穆勒矩阵。通过极化分解方法对荧光穆勒矩阵进行分解后发现,不同样品荧光光谱的退偏振性质差异十分显著。柴油样品荧光穆勒矩阵的退偏振系数Δ(λ)没有明显的波长响应性,在荧光光谱范围内始终保持较高的退偏值,而三种原油样品的退偏系数Δ(λ)则随波长增大逐渐上升,其中,中质原油样品退偏系数随波长的变化幅度小于重质样品,超过轻质样品;就不同样品的退偏值来看,轻质原油样品最高,重质样品最低,中质原油样品介于二者之间,柴油样品的荧光退偏值略低于轻质原油样品,介于轻质和中质原油样品之间。将基于荧光穆勒矩阵极化分解后的结果与线偏振激发下样品荧光光谱的正交偏振实验结果进行对比,发现两种实验方法获得的退偏系数具有较高的吻合程度。实验还发现,四种模拟溢油样品荧光穆勒矩阵所包含的双向衰减和相位延迟性质都很微弱,不具有明显的差异。