FTIR光谱结合曲线拟合研究萌发水稻种子

种子的萌发是种子生命历程中的主要组成部分之一,了解种子萌发过程中经历的生理生化变化,准确确定种子的活力,对农业生产很重要,因而,研究种子萌发有重要意义。采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合研究不同萌发程度的水稻种子,以探寻种子贮藏物质动员情况,对不同萌发时间的水稻种子进行傅里叶变换红外光谱、二阶导数光谱、二维相关红外光谱和曲线拟合研究。结果显示,原始红外光谱整体相似,光谱反映出水稻种子的主要贮藏物质为淀粉、蛋白质和脂肪;吸收峰强度比A_{1 659}/A_{1 019},A_{1 740}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 081}随萌发时间的增加而降低。814～1 000和1 028～1 340 cm-1范围内的二维相关红外光谱结果显示自动峰个数和最强自动峰的位置、强度随种子萌发时间的增加而变化,表明种子在萌发过程中糖类和蛋白质发生变化。二阶导数光谱在1 200～950 cm-1范围内出现七个峰,其中988 cm-1处的峰随萌发时间的增加向较高波数蓝移,而1 053和1 158 cm-1处的峰向较低波数红移,表明水稻种子在萌发过程中多糖的结构和含量可能发生了变化;在1 700～1 600 cm-1范围内出现九个峰,其中1 641和1 692 cm-1处的峰呈现随萌发时间的增加红移到较低波数的趋势,表明水稻种子在萌发过程中蛋白质的结构和含量可能发生了变化;在1 800～1 700 cm-1范围二阶导数光谱仅观察到1 712和1 744 cm-1处的两个峰,其中1 744 cm-1由脂类物质C═O伸缩振动引起,为脂肪的特征峰。为进一步研究水稻种子萌发过程中贮藏物质的具体变化,以二阶导数光谱确定的子峰位置和数目为依据,对原始红外光谱的1 200～950与1 800～1 600 cm-1区域进行曲线拟合分析。曲线拟合结果显示,随萌发时间的增加,多糖和蛋白质的相对含量总体上呈现下降趋势,脂肪的相对含量先降后升。研究表明,傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合可作为研究种子萌发的有效手段。     

农作物锈病叶傅里叶变换红外光谱检测方法研究

在农作物生产中,不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在,严重影响产品品质及食用安全,快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、二阶导数红外光谱（SD-IR）及二维相关红外光谱（2D-IR））对蚕豆、玉米、葱和蒜正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。结果显示,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。原始光谱中正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异,蚕豆的正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A_{1 410}/A_{1 646}分别为0.698,0.624和0.616,A_{2 926}/A_{1 646}相应比值分别为0.665,0.638和0.552;玉米的相应比值A_{1 649}/A_{1 055}分别为0.813,0.696,0.691,A_{1 382}/A_{1 055}相应比值分别为0.552,0.478和0.465,A_{2 926}/A_{1 055}相应比值分别为0.574,0.467和0.469;葱的相应比值A_{1 382}/A_{1 061}分别为0.843,0.821和0.704,A_{2 923}/A_{1 061}相应比值分别为0.707,0.680和0.489;以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。二维相关红外光谱显示,正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、数目及强度存在显著差异。蚕豆正常叶出现4个强自动峰,2组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现5个强自动峰,4组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰,5组强正交叉峰;蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强,而正常叶的各个自动峰的强度最低。玉米正常叶出现9个强自动峰,12组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现11个强自动峰,3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,3组强正交叉峰;蒜正常叶出现9个强自动峰,8组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰,10组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,1组强正交叉峰;玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。葱正常叶出现9个强自动峰,5组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现8个强自动峰,3组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现3个强自动峰,无正交叉峰出现。葱正常叶的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。结果表明,利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、快速地鉴别研究农作物锈病叶,有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。     

FTIR结合主成分分析法对直肠癌转移淋巴结的研究

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)联合主成分分析法(PCA),分析直肠癌转移淋巴结的谱学特征,并对直肠癌转移淋巴结和非转移淋巴结进行线性判别分析。80例直肠癌转移淋巴结和80例未转移淋巴结进行FTIR光谱分析,计算峰强并进行主成分分析,得出在波数4 000～1 700 cm-1范围主成分1(Principal components 1,PC1)是3 260 cm-1,PC2为1 740 cm-1。波数1 700～1 000 cm-1范围,PC1为1 640 cm-1,PC2为1 080 cm-1,将良、恶性淋巴结光谱3 260,1 740,1 640,1 080 cm-1相对峰强比(I/I_{1 460})和波数1 080和1 300 cm-1进行t检验,良、恶性结果差异有统计学意义(p<0.05),表明癌转移淋巴结中蛋白含量、蛋白的形成、氨基酸增多;脂肪含量明显减少与癌组织中无氧酵解脂肪含量减少有关。将相对峰强比(I_{1 080}/I_{1 460}, I_{1 640}/I_{1 460}, I_{3 260}/I_{1 460}, I_{1 740}/I_{1 460}, n=160)进行PCA聚类分析,结果显示可以将良恶性淋巴结鉴别,良性淋巴结聚类在第一和四象限,恶性淋巴结聚类在二和三象限。将相对峰强比、1 080和1 300 cm-1进行线性判别分析(LDA),将25例淋巴结作为验证集进行分析,得出PCA/LDA模型的敏感度是87.5%,特异度是88.5%。结果表明傅里叶变换红外光谱分析技术可成为术中原位、在体和快速诊断直肠癌淋巴结转移的一种简便方法。     

碳碳双键法研究萝卜不同部位的β-胡萝卜素含量分布

β-胡萝卜素广泛存在于植物体中,是典型的线性多稀分子,具有重要的生物功能。由于β-胡萝卜素是碳碳单、双键(C-C,C=C)交替的短链共轭多稀分子,含有大量离域的π电子,具有重要的光电特性。根据Andreas等对拉曼散射强度的研究,当激发光波长落在分子的电子吸收带时,会产生共振拉曼效应,能使拉曼光谱强度提高106倍。利用共振拉曼光谱技术,测量了β胡萝卜素分子及胡萝卜、青萝卜、白萝卜肉质直根不同部位其拉曼光谱,发现含β-胡萝卜素较高的胡萝卜的拉曼光谱与β-胡萝卜素的吻合很好。Gellerman等研究表明,样品浓度与拉曼峰强成正比关系,从拉曼光谱中容易发现三种萝卜的光谱强度纵向根头到主根及横向表皮到根芯逐渐降低,且青萝卜和白萝卜拉曼光谱强度都很低,并在碳碳单键的振动峰处发生峰劈裂。分别计算了碳碳单键和碳碳双键与碳氢键拉曼强度比,三种萝卜的I_CC/I_C-H随着测量部位(横向和纵向)的不同变化幅度接近：胡萝卜的表皮和根芯纵向的变化率分别为A₁=0.213 3和A₂=0.215 9,青萝卜表皮外和里的变化率分别为B₁=0.219 1和B₂=0.211 4,白萝卜表皮外和里分别为D₁=0.223 9和D₂=0.224 1;而对于I_C-C/I_C-H随着测量部位不同其变化率相差很大：胡萝卜的变化率a₁=0.212 1和a₂=0.232 4,青萝卜的变化率b₁=0.263 5和b₂=0.268 7,白萝卜的变化率d₁=0.369 0和d₂=0.304 9。对比发现三种萝卜的碳碳单键与碳氢键振动强度比随着测量部位的不同变化幅度相差很大,而从碳碳双键与碳氢键振动强度比发现三种萝卜中不同部位的β胡萝卜含量有相似的分布。这是由于青萝卜和白萝卜中β-胡萝卜素的含量少, 随着测量部位的不同C-C伸缩振动峰发生峰劈裂, 即在1 130和1 156 cm-1处出现两个振动峰, 经过计算和分析这两个峰都属于碳碳单键的伸缩振动峰, 且随着β-胡萝卜素含量的减少C-C整体的强度降低, 劈裂的新峰峰强度却有增加的趋势, 这使得原峰位的峰强度大幅度降低, 这与计算I_C-C/I_C-H的结果一致,不同品种的萝卜中β-胡萝卜素含量随测量部位的不同变化幅度截然不同。因此, 当样品中β-胡萝卜含量较少时,利用C=C振动峰峰强度同时分析样品不同部位的β-胡萝卜素含量分布变化会更准确。同时,研究和了解萝卜中不同部位β-胡萝卜素的含量为日常消费和膳食营养提供了很好的理论依据。     

湖北与安徽产高品质绿松石的红外与拉曼光谱特征及意义

近年来,市场对高品质绿松石的产地识别需求愈加迫切,然而,相应的研究尚少。湖北秦古、文峰和安徽笔架山产有结构致密细腻、光洁坚韧,蓝色的绿松石。它们的谱学特征基本一致,但在峰位或强度上存在可以识别的差异。红外光谱特征中,由δ(OH)弯曲振动引起的783 cm-1附近谱带在秦古样品中表现为797和779 cm-1分裂峰,在文峰样品中表现为787 cm-1峰,在笔架山样品中表现为783 cm-1峰。不同产地的R=I_{783 cm-1}/I_{837 cm-1}值不同,秦古样品R值在0.98以上,文峰样品R值在0.85左右,笔架山样品R值集中在0.91～0.94。属于ν₄(PO₄)伸缩振动内的609 cm-1附近谱带在文峰样品中较明显且强度大,在秦古样品中峰形略宽、强度稍弱,笔架山样品在该处吸收平缓且强度很小。拉曼光谱中在3 500 cm-1附近笔架山样品的峰位波数明显较湖北秦古和文峰样品的大(为3 506和3 505 cm-1),而湖北所有样品的此峰均低于3 500 cm-1(3 495～3 500 cm-1),可能由水组分的不同造成的,且其在3 472 cm-1附近的峰强度明显偏大。同样情况发生在由ν₄(PO₄)弯曲振动引起的551 cm-1峰,可能为微量元素Zn的含量差别所致。以上特征可作为识别湖北和安徽两产地绿松石的重要谱学标志,结合其外观特征,可以将二者有效区分。以上研究结果还具有潜在的考古学价值。     

双背景法扣除溶剂水峰及蛋白质热变性的研究

研究蛋白质水溶液的红外光谱(IR)谱时,由于溶剂水的强吸收与蛋白质的吸收峰会发生严重重叠,极大地干扰对蛋白质吸收峰的识别、定性、定量和结构分析。尝试利用杂化光谱法扣除溶剂水峰。采用双背景方法,用空白ATR晶体（背景样品1）与ATR水层（背景样品2）合成了单光束杂化背景谱,通过控制对背景样品1和背景样品2的扫描次数,合成的单光束杂化背景谱中水的信号强度可任意调节,成功实现了牛血清白蛋白（BSA）水溶液中溶剂峰的在线扣除。与光谱差减技术比较,杂化光谱扣除法具有显著的优势：水3 400 cm-1峰强度接近于零,1 700～1 800 cm-1区间得到近似平滑直线,水1 640 cm-1峰彻底扣除,观察到了高质量的酰胺I带吸收峰。将杂化谱法获得BSA红外光谱二次微分,得到蛋白质二级结构大量信息,与文献报道高度吻合。杂化光谱法应用到蛋白质热变性研究中,成功获得没有溶剂水峰干扰的蛋白质红外光谱,变性前后,酰胺Ⅰ带光谱发生明显改变,峰形变化显著,吸收峰往低波数方向移动,吸收强度显著减小。杂化光谱ATR法扣除溶剂水峰简单、易操作、效果令人满意。     

人胸膜间皮瘤与结核型胸膜炎的傅里叶红外光谱分析

研究以上皮型胸膜间皮瘤,纤维型胸膜间皮瘤,结核型胸膜炎与正常胸膜组织为材料, 通过傅里叶变换红外光谱分析组织中生物大分子的结构及含量的改变。研究发现,四种胸膜组织的傅里叶红外光谱较为相似,但存在明显区别,四种胸膜组织红外光谱数据方差差异极显著(sig.<0.001), 说明胸膜间皮瘤中生物大分子的含量及结构发生了明显变化,主要包括: (1)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带,核酸1 232 cm-1峰强,脂类物质2 922 cm-1峰强均显著高于正常人胸膜组织,与正常胸膜组织存在显著区别;纤维型胸膜间皮瘤中,蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带峰强,与核酸密切相关的1 078 cm-1峰强,以及与脂类物质相关的2 922和2 854 cm-1峰强均显著高于上皮型胸膜间皮瘤(p<0.05);结核型胸膜炎蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ、核酸1 232和1 078 cm-1峰强略有增加,但与正常胸膜组织差异不显著(p>0.05),与脂类物质含量有关2 922 cm-1峰强、2 854 cm-1峰强,极显著地高于正常胸膜组织(p<0.01),显著高于胸膜间皮瘤(p<0.05)。(2)蛋白质、核酸、脂类物质的相对峰强I_{1 641}/I_{2 922}, I_{1 641}/I_{1 232}, I_{1 232}/I_{1 078}, I_{1 078}/I_{1 546}, I_{1 078}/I_{2 854}, I_{2 922}/I_{1 232}, I_{1 458}/I_{1 400}能有效放大四类胸膜组织间的差异,其效果优于峰强效果,可作为胸膜间皮瘤诊断的优化指标。(3)上皮型胸膜间皮瘤中指示核酸分子中磷酸二酯键的C-C/C-O的1 078 cm-1峰强以及指示脂类物质的2 854 cm-1峰强显著低于纤维型胸膜间皮瘤和正常胸膜组织(p<0.05),表明上皮型胸膜间皮瘤中磷酸二酯键断裂程度较高,DNA受损严重,膜脂过氧化降解明显。说明上皮型胸膜间皮瘤恶化程度高于纤维型胸膜间皮瘤。(4)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带、Ⅱ带谱带、核酸1 232 cm-1峰、脂类物质1 458 cm-1处CH₂振动及1 400 cm-1处CH₃振动红移,说明蛋白质分子间的氢键受到破坏,核酸分子的氢键结合力减弱,核酸分子的双链结构受到一定程度的破坏,肿瘤组织中膜脂的亚甲基链趋向无序。(5)傅里叶红外光谱能有效区分纤维型胸膜间皮瘤、上皮型胸膜间皮瘤、结核型胸膜炎、正常胸膜组织,为胸膜间皮瘤与结核型胸膜炎的早期、快速诊断提供了可靠的数据。     

利用红外光谱评价文物微环境中有机酸对蚕丝纤维化学结构影响

研究文物微环境污染因素对文物材料影响是分析文物老化原因和妥善保存文物的重要基础。利用红外光谱(FTIR/ATR)剖析了文物微环境中甲酸、乙酸气体对蚕丝纤维结构影响。结果表明:低浓度甲酸气体能减弱纤维分子内氢键,使酰胺Ⅰ(1 617cm-1)谱峰减弱、酰胺Ⅱ谱峰(1 515cm-1)变窄、无规线团构象的酰胺Ⅲ谱峰(1 230cm-1)增强、纤维结晶度下降;当浓度高于8.1mg.m-3时,呈β-折叠构象的肽链段(GlyAla)n特征谱峰(1 000,975cm-1)增强、纤维结晶度提高。分析认为呈无规线团构象的短肽链发生β-折叠构象转变。乙酸气体对酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ谱峰影响不明显,但能引起无规线团构象增加和纤维结晶度降低,其作用弱于甲酸气体。本研究为进一步分析丝织品保存环境污染物的危害作用提供基础数据。     

肺癌患者及正常人指甲的红外光谱比较研究

用傅立叶变换红外光谱研究了6例肺癌患者和16例正常人手指甲的红外光谱.结果表明,它们在峰形,峰频率,峰强等方面均有差异:在3315cm-1处蛋白质酰胺A带N-H峰向低波数频移,而在3061cm-1处蛋白质酰胺B带N-H峰向高波数频移;在1539cm-1处蛋白质酰胺I带和1396cm-1处角蛋白脂质CH3弯曲振动向低波数频移;CH2和CH3的相对吸收强度比值A2848/A2872和A2918/A2956在肺癌患者指甲中要小于正常人指甲;在1072cm-1处核酸分子磷酸二酯基团PO-2的对称伸缩振动的相对吸收强度明显高于正常人指甲;在1041cm-1处糖原C-O的伸缩和弯曲振动峰向高波数频移了约6cm-1.     

红外光谱的煤精类文物材质判别方法

我国是世界上最早使用煤及煤精的国家之一,但对考古出土煤精文物的研究发现,煤精文物原材料的质地常常偏离宝石学中对有机宝石煤精的定义。在此提出“煤精类文物”的概念,将以往出土文物中如褐煤、烛煤等与煤精文物材质近似但不同的材料归至同一文化概念中。目前对于煤精类文物制品的科学研究仍存在较大空白,其中最为基础的材质种类判别也没有科学的判断方法。以陕西周原贺家墓地、陕西咸阳岩村墓地、新疆吐鲁番胜金店墓地、新疆伊犁吉仁台沟口遗址四个遗址出土的16件煤精制品和原料为研究对象,初步探索漫反射傅里叶变换红外光谱在出土煤精类文物成分分析中的应用。结果表明,不同遗址出土的煤精类文物的红外谱图有较为明显的不同,同一遗址出土的煤精类文物的红外谱图在特征波段具有相似性,不同遗址煤精类文物则差异明显。使用Norris二阶导数法对红外光谱进行处理,提高吸收峰分辨率,为精细研究提供信息,选择特殊红外光谱参数I=A_{820 cm-1}/A_{2 870 cm-1}定量分析不同样品的红外光谱,结合静水称重得到的部分样品的密度信息,对出土的煤精类文物制品材质的煤化程度初步判断。结合红外光谱特征波数的强度进一步通过主成分分析解释煤精类文物的红外光谱信息,来自不同遗址的煤精类文物样品在主成分分析得分图中得到了良好的区分,并且可以与特殊红外光谱参数I判别的初步结论互相对应。验证了以漫反射傅里叶变换红外光谱为主的无损分析方法在煤精类文物材质判别中应用的可行性;若结合不同产地煤精矿样红外光谱,则可以为煤精类文物产地判别提供研究方法。     

基于二维红外技术研究氧化羧甲基纤维素钠/胶原的相互作用及热稳定性

采用氧化羧甲基纤维素钠(OCMC)作为交联剂,对胶原溶液进行改性并采用二维红外技术分析OCMC与胶原之间的相互作用及其对胶原热稳定性的影响。一维红外图谱显示OCMC交联改性对胶原的主要特征吸收峰即酰胺Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ带的峰位与强度无明显影响;改性前后胶原的酰胺Ⅲ带与1 455 cm-1处吸光度的比值A_Ⅲ/A_{1 455}均接近于1.000,以上结果显示交联键的引入不会破坏胶原的三股螺旋结构,但无法获知胶原与OCMC之间的相互作用及胶原结构的变化。以OCMC用量为外扰条件建立二维红外相关图谱,进一步分析两者间相互作用。结合胶原结构与OCMC中基团的响应强度及顺序可知：OCMC首先通过羧基与胶原中精氨酸的胍基或赖氨酸的氨基发生静电作用,随后醛基与胶原氨基之间发生希夫碱反应;两者之间相互作用以希夫碱反应为主。由于静电作用与交联键的引入,改性后胶原的热稳定性得到提升。随着温度的升高,纯胶原与改性胶原的特征吸收峰均发生红移且A_Ⅲ/A_{1 455}值不断降低,说明两者在升温过程中其氢键不断减弱,导致三股螺旋发生解旋,但与纯胶原相比,改性胶原特征吸收峰的红移程度与A_Ⅲ/A_{1 455}值降低幅度较小,证实了改性后胶原的热稳定性有所提高。胶原与改性胶原在升温过程中结构变化的分析结果表明：改性前后胶原二级结构的崩塌均表现为三股螺旋结构被破坏转变成无规卷曲结构;然而在测试温度范围内,三股螺旋结构对温度的敏感度及响应顺序发生明显变化：（1）对于纯胶原,对温度最为敏感的结构是胶原的螺旋结构,而改性胶原的无规卷曲结构是最为敏感的、最不敏感的结构是胶原螺旋结构,反映出改性后胶原的螺旋结构得到稳定;（2）改性后胶原螺旋结构对温度的响应发生滞后,进一步证实胶原的稳定作用主要归功于三股螺旋结构的加固。     

基于色度学-拉曼光谱特征鉴定北红和南红玛瑙

产于黑龙江的“北红玛瑙”与四川凉山、云南保山的“南红玛瑙”是我国珠宝市场上常见的红色玛瑙,然而相应的产地特征研究较少,结合色度学、拉曼光谱、X射线粉晶衍射分析对三个产地的73件红色玛瑙的色度学、矿物学、光谱学特征进行了对比分析。结果表明,“北红玛瑙”的主要物相组成为α-石英和斜硅石,次要矿物组成为针铁矿、赤铁矿;四川凉山与云南保山“南红玛瑙”的主要物相组成为α-石英,次要矿物为赤铁矿、针铁矿、方解石等,少量样品含有斜硅石。黑龙江“北红玛瑙”的颜色主波长范围为574～605 nm,集中于[580, 590]区间,对应黄色-橙黄色-橙色色调,CIE1976Lab色空间中a≤6.2,b≤6.3;四川凉山“南红玛瑙”的主波长范围为589～624 nm,云南保山“南红玛瑙”主波长范围为589～599 nm,两个产地的“南红玛瑙”主波长均集中于[590, 600]区间,对应橙色-橙红色色调,大部分样品a＞6.2或b＞6.3,整体而言相比“北红玛瑙”颜色色调偏红,其彩度和亮度总体上也高于“北红玛瑙”。拉曼光谱中,斜硅石Si-O-Si对称伸缩-弯曲振动引起的501 cm-1峰在“北红玛瑙”中的强度高,在两个产地的“南红玛瑙”中不存在或者强度弱。斜硅石与α-石英特征峰强度比(I₅₀₁/I₄₆₃)和面积比(A₅₀₁/A₄₆₃)结果基本一致,在研究及鉴定过程中可以根据实际情况灵活选择。拉曼光谱粉末法测得的斜硅石与α-石英特征峰强度比(I₅₀₁/I₄₆₃)和面积比(A₅₀₁/A₄₆₃)结果位于大量随机点测的范围内,在日常鉴定中可以用多次无损点测的方法来获得接近粉末法的结果。黑龙江“北红玛瑙”的特征峰面积比(A₅₀₁/A₄₆₃)稳定在0.15～0.36,而四川凉山与云南保山“南红玛瑙”稳定在0.00～0.08,指示了两个产地“南红玛瑙”的斜硅石相对含量比“北红玛瑙”少,推测是两地的“南红玛瑙”在初期形成后都经历了较强的脱水和重结晶作用过程,使斜硅石转化成低温的α-石英所致。可以综合利用色度学特征及拉曼光谱,结合斜硅石与α-石英谱特征峰强度比(I₅₀₁/I₄₆₃)或面积比(A₅₀₁/A₄₆₃),对产于黑龙江的“北红玛瑙”以及四川凉山、云南保山的“南红玛瑙”进行区分,这也对玛瑙的产地鉴定、出土文物溯源等具有重要意义。     

褐煤添加对羊粪有机肥发酵过程中水溶性有机物光谱学变化特征的影响

研究添加褐煤对羊粪有机肥中水溶性有机物(DOM)光谱学特性的影响,为高腐殖酸有机肥的腐熟度评价提供依据。以内蒙古褐煤、羊粪为原料,添加10%褐煤进行羊粪有机肥发酵,对不同阶段有机肥样品的DOM进行紫外可见光谱、荧光光谱、FTIR的表征。紫外-可见吸收光谱分析显示,有机肥样品的E₄/E₆值随着有机肥发酵的进行呈现出先下降后上升的趋势,由有机肥开始时的9.110 4降至最低为4.647 7,再升为有机肥结束时的5.390 1;A₁呈现先减小后增大趋势,A₂和A₃均呈现先增大后减少的趋势,峰值出现在12 d。同步荧光光谱显示,荧光峰光强的比值(I₄₇₀/I₄₃₅) 由有机肥起始的0.452 8上升至有机肥结束的0.655 2;A_HLR/A_FLR呈现上升趋势,从有机肥开始的0.673 9上升至有机肥结束的1.040 8。经过18 d的有机肥发酵后,有机肥发酵结束后样品荧光强度小于有机肥起始时的荧光强度,而且10%褐煤添加的羊粪有机肥的相对荧光强度明显高于未添加褐煤的荧光强度。FTIR显示,18 d的有机肥发酵过程中DOM中的碳水化合物、蛋白质被逐渐分解,而羧基、含苯环的物质含量明显增加。随着发酵的进行,DOM中的非腐殖质物质转化为类腐殖质,不饱和结构的多聚化或联合程度变大,稳定度增加;添加褐煤可以有效促进羊粪中木质素类物质的分解,提高羊粪有机肥DOM的芳构化程度,促进羊粪有机肥腐熟。     

变色尖晶石的光谱学特征及变色机理研究

尖晶石作为一种珍贵的宝石材料，因其瑰丽的颜色外观和悠久的历史而广受称赞。变色效应作为宝石学中一种常见的光学现象，在变石，蓝宝石，尖晶石，石榴石等宝石中都可以出现。通常将宝石的变色效应归结为Cr离子和V离子所致，但是目前有关变色尖晶石的报道较少，缺乏致色元素和变色机理的研究。本次研究对象是一颗具有变色效应的尖晶石(在D65光源下呈蓝色，在A光源下呈蓝紫色)，和两颗不具有变色效应的蓝色尖晶石(两种光源下色调无明显变化)。运用电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)、紫外可见光谱仪、拉曼光谱仪、光致发光光谱仪获取样品的成分和光谱信息。LA-ICP-MS化学成分测试结果表明，三颗尖晶石均为镁铝尖晶石，主要化学成分为MgO和Al₂O₃，并含有Fe，V，Cr，Co和Zn等微量元素，在变色尖晶石中含有较多的Fe离子和微量的Co离子，不含有Cr离子，并且变色尖晶石与无变色效应的蓝色尖晶石中V离子含量相近。变色尖晶石紫外可见吸收光谱具有位于387, 461, 478, 527, 559, 590, 627和668 nm处的吸收峰，其中387, 461, 478和668 nm吸收峰与Fe离子有关。559，590和627 nm处的吸收峰是由Co离子d轨道电子自旋允许跃迁4A₂→4T₁(4P)并经自旋-轨道耦合作用分裂所致。此外，四面体配位中的Fe2+ d—d自旋禁阻跃迁5E(D)→3T₁(H)同样在559 nm处产生吸收峰。由Co离子和Fe离子共同作用，在559 nm附近产生的吸收宽带是尖晶石产生变色效应的主要原因。拉曼光谱测试结果显示变色尖晶石与其他两颗蓝色尖晶石无差异，可见311，405，663和765 cm-1四个特征拉曼位移峰，依次对应F_2g(1), E_g, F_2g(3)和A_1g振动。光致发光光谱(PL)测试发现变色尖晶石中处于T_d对称位置的Co2+的4T₁(P)能级会分裂成为三个子能级，电子由三个4T₁(P)激发态的子能级回落到4A₂(F)基态而产生位于686，650和645 nm处的发光峰。变色尖晶石中Co离子含量很低，并且Fe离子含量较高，受到Fe离子荧光猝灭作用，样品无红色发光现象。     

长期不同施肥对土壤溶解性有机质含量及其结构特征的影响

以长期定位试验为研究平台,并结合紫外-可见吸收光谱,探求长期不同施肥管理措施：(1)CK(不施肥);(2)NPK(氮磷钾);(3) NPKS(化肥+稻草还田);(4)1.5NPKS(1.5倍化肥+稻草还田);(5)NPKM(化肥+猪粪)下0～20,20～40和40～60 cm土层的溶解性有机质(DOM)含量和结构特征。结果表明,长期施用化肥对土壤DOM的影响较小,化肥配施秸秆NPKS和化肥配施有机肥NPKM均显著提高了耕层土壤DOM的含量,在0～20 cm耕层土层DOM含量比化肥NPK处理分别提高39.1和12.1 mg·kg-1。相比不施肥和氮磷钾处理,化肥配施秸秆或配施有机肥明显降低0～20和20～40 cm土层溶解性有机质碳与有机氮的比值,提高了土壤供氮能力。长期施肥对40～60 cm土层DOM含量和溶解性有机质碳氮比没有明显影响,不同处理间差异不显著。在0～20和20～40 cm土层,相对于不施肥和氮磷钾处理,NPKM,NPKS和1.5NPKS处理能提高土壤DOM的共轭结构和腐殖化程度;在40～60 cm土层,提升效果不明显。化肥配施秸秆或有机肥能增加0～20 cm土层的紫外光谱吸收值(SUVA₂₅₄,SUVA₂₆₀和SUVA₂₈₀)和吸收系数α(355),降低吸光度比值(A₂₅₀/A₃₆₅),表明0～20 cm土层DOM的芳香度、疏水性、分子量和CDOM含量增加,在20～40和40～60 cm表现不明显。不同土层的A₃₀₀/A₄₀₀值均大于3.5,表明土壤中主要以富里酸为主。综上,长期化肥配施秸秆或配施有机肥能够提高0～20和20～40 cm土壤溶解性有机质的含量,降低溶解性有机质碳氮比,提升土壤肥力;同时增加0～20 cm土壤DOM共轭结构、腐殖化程度、芳香度、疏水部分比例和平均分子量。长期施肥对40～60 cm土层DOM含量和结构影响较小。     

基于紫外-可见光光谱法研究长期不同施肥对砖红壤溶解性有机质化学性质的影响

溶解性有机质（DOM）是土壤中最为活跃的一部分,具有重要的生态环境意义。明确不同施肥方式对DOM化学性质的影响,可为土壤肥力管理提供依据。因此,该试验以连续四年的不同施肥管理为基础,结合紫外-可见吸收光谱,探求不同施肥方式下,土壤中溶解性有机质的含量和化学性质的变化情况。试验共设置4个处理：CK（不施肥）;CF（化肥）;OG（有机肥）;ST（秸秆）。结果表明,与CK组相比,OG和ST的DOC(溶解性有机碳)含量为95.97和104.89 mg·kg-1,分别是CK组的129%和141%。相反,CF的DOC含量为15.32 mg·kg-1,仅为CK组的21%。OG显著提高了有色溶解性有机质[CDOM,以α（355）表征]含量,是CK组的2.76倍,ST无明显变化;CF则显著降低CDOM含量,仅为CK组的0.55倍。施用OG导致土壤紫外吸收曲线红移,表明有机肥的施用能够提高土壤DOM的共轭双键物质含量和腐殖化程度;与CK相比,OG中DOM的芳香性、疏水性、腐殖化程度的特征常数SUVA₂₅₄,SUVA₂₆₀和SUVA₂₈₀增大,揭示了有机肥的施用能够提高DOM的芳香性、疏水性组分以及腐殖化程度,秸秆处理增加不明显。施用化肥则出现明显降低。吸光度比值A₂₅₀/A₃₅₄,相比CK,CF显著增加,表明施用化肥使DOM分子变小,OG和ST处理无明显变化;秸秆施用导致A₄₆₅/A₆₆₅显著增加,表明秸秆能够有效提高DOM中蛋白质和碳水化合物含量;施用有机肥和秸秆A₃₀₀/A₄₀₀均大于3.5,表明土壤中DOM主要以富里酸为主,而施用化肥A₃₀₀/A₄₀₀明显低于3.5,表明土壤中DOM主要以胡敏酸为主。施用化肥出现S_R＞1,不施肥、有机肥、秸秆三者的S_R＜1,也表明了有机肥、秸秆能够增加分子量。有机肥和秸秆能有效增加土壤DOM含量,提升土壤肥力。尤其是施用有机肥,更能显著增加土壤DOM的共轭物质、腐殖化程度、疏水比例、芳香性以及分子量。而长期施用化肥则导致耕层土壤肥力降低。     

拉曼光谱对含Cr镁铝尖晶石热处理及其有序-无序相变研究

尖晶石的有序-无序相变作为尖晶石的一种重要性质，在国内缺少相关研究成果。运用拉曼光谱仪通过785 nm激光在液氮环境下激发含Cr的宝石级天然粉红色尖晶石，避免了532 nm激光激发下产生的469 nm的荧光峰和在常温测试下由于热振动对光谱的影响，得到清晰尖锐的拉曼光谱，为拉曼光谱参数的分析奠定基础。同时通过对一颗Cr元素致色的天然粉色镁铝尖晶石进行热处理使尖晶石逐步发生有序-无序相变，并反映在拉曼光谱的谱峰参数之中。各项参数分析结果显示，尖晶石的拉曼光谱主要由E_g，T_2g(1)，T_2g(2)，N₃和A_g，五种振动模式产生，其谱峰位置分别为407.8，312.4，667.5，720.0和769.0 cm-1；尖晶石拉曼光谱谱峰参数在800 ℃时发生突变： 各谱峰半高宽和各峰相对主峰E_g峰的相对强度明显增大，常温下几乎不可见的N₃峰在高温处理后出现，并且T_2g(1)峰向低波数偏移，T_2g(2)向高波数偏移，同时峰的对称性逐渐消失。研究结果表明尖晶石的有序-无序相变可以通过拉曼光谱检测并且可以通过谱峰参数： 半高宽、谱峰相对高度等进行半定量表征。由于拉曼光谱具有的无损检测特点，使其成为宝石级热处理尖晶石鉴定应用的重要参考依据之一。