基于荧光技术的啶虫咪农药检测仪的研究

设计了一套基于线阵CCD光电转换原理的荧光检测系统。利用该系统实现了对啶虫咪农药荧光光谱特性的检测。用CCD检测仪取代了常用的光电转换器件——光电倍增管，通过与光栅结合实现了光谱的快速分析。根据噪声和信号在小波变换下表现出的截然不同的性质，提出基于小波变换技术的荧光信号特征提取及消噪方法。结果表明，采用小波去噪能更好地保留荧光光谱峰值处的信息，可以大大提高系统的检测精度。     

64通道单粒子荧光光谱数据采集系统

为了提高微弱荧光信号的探测能力,获取高分辨光谱信息,通过2套32通道光电倍增管(PMT)阵列,结合激光诱导荧光技术,搭建了64通道荧光光谱数据采集系统,并使用LabVIEW对数据采集系统进行软件控制,实现光谱数据的高速采集与处理。实验结果表明该采集系统光谱分辨率为4.69nm,能够对微流控芯片内通过的单粒子样品溶液进行荧光光谱采集,实现计数功能。     

基于CCD器件的农药荧光检测系统的研究

根据一些有机农药受到紫外光激发能够发出荧光的光谱特性,设计了基于荧光分析的农药浓度检测装置。系统以脉冲氙灯为激发光源,采用光纤进行传输和探测荧光,利用CCD线阵实现了光电信号的转换,设计了相应的弱信号处理电路,并由微机进行存储和显示。利用该系统实现了对西维因农药的荧光光谱特性的检测。实验结果表明,在激发波长319nm、荧光波长647nm时,最小检测浓度为5×10-7μg/L,西维因浓度范围在0~120.0μg/L之间时系统具有较好线性关系,线性相关系数r为0.9996(S/N=5)。该系统能满足荧光测量的需要。     

天空光辐射亮度测量系统设计

天空光辐射亮度是大气光学特性的重要参数之一,在空间目标探测与识别中有着重要作用。为了获取天空光辐射亮度,评价光电系统探测跟踪空间目标的能力,设计实现了一套天空光辐射亮度测量系统,详细介绍了光信号收集和信号探测部分的工作原理,及系统所应用弱辐射信号探测、辐射计量等关键技术。通过该套测量系统的初步应用及对测量结果分析表明:利用该套测量系统能够准确获取天空光连续光谱(光谱范围从380nm～1100nm)数据,为应用研究提供了更多的光谱信息。     

皮肤的光学性质研究

为了确认通过皮肤进行基于卟啉荧光的元创恶性肿瘤诊断的可行性,应用光谱法分析研究了人皮肤的光学特性。通过测量皮肤的反射光谱、透射光谱和荧光光谱分析确定皮肤中的发光物质及其光谱对卟啉荧光的影响。用280nm激发光对皮肤进行激发,测到皮肤在360nm发出的荧光。与牛血清白蛋白的荧光光谱比较,确定发光物质是某类蛋白质。选择350nm激发光对皮肤进行激发,测得了与离体类胡萝卜素荧光452nm相同的荧光,所以皮肤中的发光物质有类胡萝卜素。光谱分析还表明,皮肤的荧光中还有弹性蛋白和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的荧光发射,荧光峰分别在400,460nm。黑色素不发荧光,但皮肤中可能还存在氧化的黑色素,它的荧光波长是580nm,这些都与卟啉的荧光波长不同。由此可见皮肤中发光物质不会影响卟啉荧光的探测。由皮肤的透射光谱观察到,卟啉的荧光波长恰好在皮肤的透射窗口内,从而进一步确定了卟啉荧光的无创探测的可能性。     

延时分幅扫描单光子计数荧光光谱技术

设计建立了一套延时分幅扫描单光子计数荧光光谱装置,以雪崩光电二极管SPCM-AQR-15为荧光探测器,T914P单光子计数模件为信号接收仪器,通过对T914P的触发信号加延时,在每个延时下对荧光信号进行分幅扫描,再将所有延时的分幅扫描信号叠加在一起,可以将快速的微弱信号很好地再现出来,时间分辨率提高了16.7倍,采用此技术对光合作用CP43色素蛋白复合物进行了研究,荧光光谱解叠可分辨出三个窄谱带:681nm、684nm、729nm,并分别在670nm,680nm和685nm荧光发射处,采用全局优化拟合法处理,获取了3个寿命组分:422_ps,582_ps,3.75_ns,其中422_ps反应了Chla671到Chla679和Chla682能量传递过程;582_ps代表Chla679到Chla682的能量传递;3.75_ns代表Chla682包括荧光在内的所有去激发速率之和.     

基于萘酰腙类锌离子增强型荧光探针的合成及光谱性能

设计合成了一种简单的酰腙类结构的增强型荧光探针HM,实现了对锌离子（Zn²⁺）的高选择性识别。运用ESI-MS质谱、荧光光谱和紫外-可见光谱等手段研究了探针HM对Zn²⁺的识别过程。紫外光谱测试表明,当向探针HM中加入Zn²⁺后,386 nm处的吸收峰逐渐减弱,在420 nm处出现了新的吸收峰,并且强度逐渐增大,直至达到平衡,等吸收点为396 nm。荧光光谱分析表明,探针HM能够高选择性地识别Zn²⁺。在发射波长510 nm处的荧光增强2.5倍,最低检出限为1.0×10^-5 mol/L、量子产率为0.02。该识别过程为PET（光诱导电子转移机理）和CHEF（螯合荧光增强机理）共同作用的结果。通过电喷雾质谱和Job's plot实验证明探针HM与Zn²⁺以1：1配位,平衡常数（K）达到4.05×10⁶ L·mol^-1。     

基于概率神经网络的荧光光谱法识别高甘油三脂血清

针对因正常和高甘油三脂血清荧光光谱混叠致使其识别率不高的问题,首先测量了正常和高甘油三脂血清样品在260,370,580 nm激发光下产生的荧光光谱,并以荧光强度作为样品的初始特征;其次,采用主成分分析法对初始特征进行分析和提取,获得了样品的特征向量;最后,构建了4层概率神经网络,并对正常和高甘油三脂血清样品进行了识别。对采用不同荧光光谱进行血清样品识别的效果进行了对比,结果表明,采用260 nm和370 nm荧光光谱识别正常和高甘油三脂血清的正确率分别为100%和95%。实验验证了研究方案的可行性和效果,对发展荧光光谱技术在识别高甘油三脂血症中的应用具有重要的意义和价值。     

谷胱甘肽比率荧光探针分子的设计合成及其光谱性能

将喹啉和丹磺酰胺两种荧光基团同时引入配体L1,利用L1与锌离子自组装构筑三核锌有机-金属大环化合物H-1(比率荧光探针),实现了对生物分子谷胱甘肽(GSH)的有效识别。利用紫外光谱、荧光光谱、~1H NMR、ESI-MS等表征方法研究了H-1对生物分子谷胱甘肽(GSH)的光谱识别作用。紫外滴定光谱表明,当向H-1中加入谷胱甘肽分子后,425 nm处的吸收峰强度降低,320 nm处的吸收峰强度增大,等吸收点为355 nm。利用320 nm处的吸光度值模拟计算平衡常数,lg K为4.03±0.11,说明H-1与GSH形成了1∶1的包合物。荧光光谱分析表明,当向H-1中加入GSH后,以340 nm光激发,波长为513 nm处丹磺酰胺的荧光强度下降,并且发生红移,而396 nm处喹啉基团的荧光强度增大。利用喹啉基团与丹磺酰胺基团荧光发射峰强度变化的比值可以精准检测谷胱甘肽分子,检测限可达到2.5×10~(-6)mol·L~(-1)。     

光电探测器阵列光敏元宽度对谱线峰值位置影响的研究

本文针对采用光电阵列探测器进行信号采集的光谱分析系统,分析了探测器阵列光敏元宽度对光谱峰值定位的影响.指出由于光敏元具有一定宽度,导致非对称型光谱峰值的亚象元定位误差,并提出用反卷积消除这种误差.     

基于光谱吸收法和荧光法的甲烷和二氧化硫检测系统的研究

根据污染气体的光谱吸收特性与荧光特性,设计了一套时分复用检测系统,既可以使用光谱吸收法检测甲烷和二氧化硫又可以使用荧光法检测二氧化硫。系统采用组合可切换光源、共用光路、气室及信号处理部分,首先进行光谱吸收和荧光的特性测量,然后进行光谱吸收法检测甲烷与二氧化硫浓度实验,以及紫外荧光法检测二氧化硫浓度实验。经过光谱吸收和荧光的特性测量得出吸收法测二氧化硫和甲烷的吸收峰处的激发波长分别为280nm和1.64μm,荧光法测二氧化硫最佳激发波长为220nm。经光谱吸收法实验可得甲烷浓度与相对强度的线性关系和二氧化硫浓度与输出电压的线性关系,线性度分别为98.7%,99.2%;经荧光法实验可得二氧化硫浓度与电压成线性关系,线性度达到了99.5%。研究表明,该系统能使用于污染气体的光谱吸收检测和紫外荧光检测。将两种测量方式组合在一起,降低了成本与体积,同时此系统也可用于其他气体的检测,有一定的应用价值。     

高光谱成像的纸币真伪鉴别研究

人民币是中华人民共和国的法定货币,人民币的真假直接关系到我国社会的和谐与稳定。百元钞票作为我国最大面额钞票,其真假的鉴定显得更为重要。以2005版的百元钞票为例,利用可见/近红外高光谱成像仪获取一张真钞与两张假钞正、背面高光谱影像数据,然后分别在百元钞票的正、背面选取4个特征点,以分析百元真假钞票在正、背面的光谱反射率差异。从真假钞正面四个特征位置的光谱反射率曲线可知,不同特征点处,真钞与假钞之间的有些图案的光谱反射率差异较大,有些图案的光谱反射率则差异并不显著。而不同批次的假钞,其不同位置的光谱反射率也存在较大的差异。对于真假钞背面的分析可知,不同特征点,在不同的波段,真钞与假钞以及假钞之间的光谱反射率同样有一定的差异。根据真钞与假钞正、背面8个特征点的光谱反射率曲线变化特征,选取500,660和870 nm三个波长的灰度图,观察到真钞与假钞在不同特征点的灰度图均表现出明显的差异。真钞在500 nm处的图像轮廓清晰,在660和870 nm两个波长,无论是正面或背面,真钞均有多处特征位置有异于假钞,因此可用660或870 nm区别百元真假钞。为了突出真钞与假钞之间的图像差异,利用基于波段运算得到百元真钞与假钞的灰度图。由图可知,在正、背面上,真钞在多个地方均区别于假钞。由真假钞正面的前12个主成分的灰度图可知,无论从真、假钞正面或是背面,每一主成分均有真钞显著区别于假钞的地方。根据真假钞正背面的纹理特征图可知,真钞的纹理特征显著区别于假钞。研究表明百元真钞与不同版本的假钞在可见/近红外光谱范围内光谱反射率差异显著,近红外特征波段、光谱运算、主成分分析、纹理特征等技术均可探寻到百元真假钞在正、背面存在的位置差异。由此可知,可见/近红外高光谱成像技术可实现不同版本百元真假钞的鉴定,并为假币的溯源提供了可能性和理论支持,此技术在公安实战中具有实际意义。     

一种光谱识别的新方法

提出了一种对光谱信号识别的新方法。针对光谱信号的特征 ,我们设计了基于径向基函数神经网络组成的统计混合模型 ,并构造了识别系统的代价函数。通过优化系统的代价函数 ,导出了类EM算法去估计混合模型的参数 ,从而构建对光谱特征识别的识别器。利用实际的拉曼光谱 ,对本文所提出的估计模型参数的算法与建立的光谱识别器进行了检验。我们还讨论了利用特征波长与相应的光谱强度 ,以及利用主分量分析组成输入特征矢量 ,及其这些输入特征矢量对光谱识别器应用的效果。实验结果表明 ,所提出的算法可以有效地估计模型参数 ,其建立的光谱识别模型具有较高的识别准确率。所提出的对光谱信号识别的方法通用性强 ,因此具有较为广阔的应用前景。     

多谱段短波红外小鼠静脉荧光观测成像研究

短波红外（short-wave infrared,SWIR）一般指900～1 700 nm的光波段,是肉眼不可见的光波段,这种波段目前主流的探测器以InGaAs为主,主要用于军事、生物以及材料光谱分析等领域。短波红外荧光成像以其对生物组织光学损伤小、成像深度大、成像信噪比高、空间和时间成像分辨率高等特点,使得基于InGaAs探测器的生物光学成像成为生物组织观测领域的研究焦点。生物光学窗口的多窗口宽谱段的荧光光谱特性,使得可以对生物组织采集多谱段的光谱图像,以此来观察生物组织的在不同光谱照明下的结构特性。针对生物光学窗口的光谱特性,设计了一种基于InGaAs探测器的多谱段的小鼠静脉成像系统,可以无接触采集小鼠静脉红外光谱图像,对测小鼠的静脉红外光谱。设计的基于InGaAs探测器的短波红外探测器,可以实现最高5 000 ms的积分时间;积分时间的延长,显著地提升了静脉成像的信噪比,同时其光谱响应特性很好的覆盖了第二生物光学窗口以及第三生物光学窗口。针对光学显微特性的成像特点以及静脉组织在图像中的特征表达,设计了一种新型的单光谱多焦距融合算法,可以很好的实现静脉图像的红外光谱观测。提出了一种基于多尺度梯度域引导滤波（gradient domain guidedfilter,GDGF）多焦距融合算法,来补偿显微特性的成像缺陷。通过多尺度梯度域引导滤波算法,实现对显微对焦区域的提取,进而实现对融合决策函数的计算,最后再通过梯度域引导滤波将得到的融合决策函数精细化处理最终得到我们的融合算法的最终决策融合函数。实验表明,设计的InGaAs短波红外探测器很好的满足了对小鼠静脉荧光光谱成像的需求,分别实现了针对小鼠静脉的1 100,1 250和1 350 nm等多个波段的光谱成像,以及在同一激光照明下实现多个焦距下的光谱成像。同时设计的融合算法很好的提取了小鼠静脉图像的对焦区域,在将多焦距图像融合的同时又减少了噪声的引入,实现了高质量全局静脉成像。     

基于数字微镜的光谱可调星模拟器光源系统

为满足对星敏感器在各种谱线分布下对探测能力的高精度标定,提出了一种基于数字微镜的星模拟器光源系统设计方案,在一定程度上解决了由星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的问题。从理论上分析了光谱不匹配影响定标精度的原理,设计了基于数字微镜器件的光谱可调的恒星光谱模拟系统。采用遗传算法作为光谱匹配,通过遗传算法求解不同的光谱构造函数实现对不同光谱的模拟。最后分别对5 nm分辨率和20 nm分辨率的光谱模拟系统在3 900,4 800,6 500 K 3种色温下进行了测试。测试结果表明,该星模拟器的恒星光谱模拟精度在5 nm分辨率下优于2%,在20 nm分辨率下优于5%。     

基于荧光分析的氨基甲酸酯类农药残留检测系统

通过对氨基甲酸酯类农药在紫外光照射下能够产生荧光的机理研究,设计了一种用于检测氨基甲酸酯类农药残留的荧光系统。该系统采用单光源、双光路结构,能够对测量信号和参考信号同时进行处理。采用所设计的筒式光纤探头激发并探测荧光,设计了相应的信号处理电路,实现了计算机管理。利用该系统和稳态光谱仪对西维因进行了对比实验。结果表明:在激发波长为319nm、荧光波长为654nm时,最小检测浓度为5×10-7μg/L。当西维因浓度范围在0.0～120.0μg/L之间时,系统具有较好的线性关系,线性相关系数r=0.9996(信噪比S/N=5)。该系统达到了荧光检测的指标。     

Laser wavelength dependence of background fluorescence in Raman spectroscopic analysis of synovial fluid from symptomatic joints

Gout is a disease process where the nucleation and growth of crystals in the synovial fluid of joints elicit painful arthritis‐like symptoms. Raman spectroscopy is evolving as a potential diagnostic tool in identifying such crystals; however, attainment of sufficient Raman signal while overcoming the background fluorescence remains as a major challenge. The current study focused on assessing whether excitation in 532–700 nm range will provide greater signal intensity than the standard 785 nm while not being impeded by background fluorescence. We characterized the fluorescence spectra, absorption spectra and Raman spectra of synovial fluid from patients who presented ‘gout‐like symptoms’ (symptomatic) and controls (asymptomatic). A digestion and filtration method was developed to isolate crystals from synovial fluid while reducing the organic burden. Spectral profile and photobleaching dynamics during Raman spectroscopy were observed under an excitation wavelength range spanning 532 to 785 nm. Absorbance and fluorescence profiles indicated the digestion and filtration worked effectively to extract crystals from symptomatic synovial fluid without introducing additional fluorescence. Raman spectral analyses at 532 nm, 660 nm, 690 nm and 785 nm indicated that both asymptomatic and symptomatic samples had significant levels of fluorescence at excitation wavelengths below 700 nm, which either hindered the collection of Raman signal or necessitated prolonged durations of photobleaching. Raman‐based diagnostics were more feasible at the longest excitation wavelength of 785 nm without employing photobleaching. This study further demonstrated that a near‐infrared (NIR) OEM‐based lower‐cost Raman system at 785 nm excitation has sufficient sensitivity to identify crystals isolated from the synovial fluid. In conclusion, while lower excitation wavelengths provide greater signal, the fluorescence necessitates NIR wavelengths for Raman analysis of crystal species observed in synovial aspirates. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

乙醇溶液的荧光光谱研究

分别从理论和实验上对乙醇水溶液在可见波段产生的荧光光谱及其特性进行了分析研究结果表明,在波长为253.7nm的紫外光激励下,乙醇溶液可以产生两个较强的荧光峰,即278～493nm和534～665nm荧光峰随乙醇溶液浓度的变化而变化,但在溶液的高浓度区和低浓度区,荧光的变化规律不同经理论分析认为,乙醇在253.7nm的激励下发出的荧光是由乙醇分子中C-OH基团的孤对电子产生的研究乙醇溶液的荧光光谱及其特性可为其作为有机溶剂对有机高分子的荧光光谱进行研究提供参考.     

基于激光诱导荧光的常见机油快速识别方法

基于激光诱导荧光光谱原理,提出一种常见机油的快速识别方法。利用激光器发射波长为355 nm的紫外激光,诱导九种常见机油样品发射荧光,共采集450组荧光光谱数据,其中360组数据用于分类训练,90组数据用于识别。分析发现不同机油的荧光光谱特征有明显差异,利用主成分分析结合聚类分析法实现了对90组待识别光谱数据的快速识别,识别率可达97.8%。实验证明,激光诱导荧光光谱结合多元分析可以实现不同机油的快速识别与检测。