水体的温度变化对测定溶解有机物浓度的影响

用激光诱导荧光(LIF)方法研究了水体的温度变化对溶解有机物(DOM)发射荧光强度的影响。随着温度的增加,DOM的荧光强度和水的拉曼散射强度不断降低。在20～75 ℃范围之内,对归一化荧光强度与温度关系曲线进行线性拟合,计算出归一化荧光强度随温度升高的变化梯度平均值为-5.24×10-4 ℃-1,根据归一化荧光强度与浓度的关系,给出了所测DOM的浓度随着温度升高的平均下降速率为-3.45×10-3 (mg·L-1)·℃-1。因此,在这一温度范围内测量时,假设归一化荧光强度不变,则温度变化将引起DOM浓度最大为8.45%的相对变化。     

特征荧光光谱法定量检测水质的研究

讨论了一种可同时检测自然水体中有机物和叶绿素a含量的快速分析方法。以武汉东湖水为样品,采用激光诱导荧光(LIF)的方法测量了水体的总荧光光谱(TLS);并用特征光谱荧光标记(SFS)技术对水体中溶解的有机物(DOM)及叶绿素a (Chl-a)的荧光光谱特征进行了分析和指认。并利用水的拉曼散射信号强度进行归一化的方法,分别得到较低浓度腐殖酸和叶绿素a的特征光谱归一化荧光强度以及它们在水体中浓度的标定曲线和线性关系式。另外, 对于较高浓度的腐殖酸溶液,确定了其特征光谱的荧光强度与浓度之间满足的函数关系。结果表明,在一定的浓度范围内,特征光谱的荧光强度与浓度之间仍然有很好的线性关系。该方法在自然水体质量的检测方面有广泛的应用前景,它能快速识别水体中的污染物,定量测量它们在水体中的含量,实现对自然水体的质量状况进行大范围的实时动态监测。     

用特征光谱荧光标记技术分析水中溶解有机物特性

讨论了一种自然水体中有机物的快速诊断分析方法。介绍了总荧光光谱(TLS)和特征光谱荧光标记(SFS)技术;以激光诱导荧光(LIF)方法测量了水体的总荧光光谱,利用特征光谱荧光标记技术对水体中溶解有机物(DOM)及叶绿素a(Chla)进行了分析,并给出了不同浓度腐殖酸的归一化荧光强度与浓度的关系曲线．结果表明,利用特征光谱荧光标记技术对水体总荧光光谱的分析,可以进行水体污染物的快速、实时和在线监测。     

拉曼光谱定量分析乙醇含量的非线性回归方法研究

传统拉曼特征峰峰比法一般采用线性回归法建立乙醇浓度与峰峰比的线性关系从而反演乙醇浓度实现乙醇定量分析,但仅在较低浓度范围适用。针对这一问题,采用自主研制的激光拉曼乙醇含量检测系统实验研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰(非对称CH₂伸缩振动2 924.0 cm-1)与本底水峰(3 350 cm-1)相对强度关系,提出适用于大范围乙醇浓度测量的非线性回归分析方法。利用邻域平均算法去除拉曼光谱突变噪声,结合多点插值处理实现光谱基线校准。基线校准及归一化处理后,可有效消除突变噪声及强荧光背景的影响。分别采用二次多项式和e指数数学模型对拉曼峰值强度比随乙醇浓度变化关系进行非线性回归并与线性回归分析进行对比。结果表明,线性拟合相关系数约为0.991,线性回归模型乙醇浓度准确测量的适用范围为15%～60%;非线性拟合相关系数高于0.997,非线性回归模型乙醇浓度精确测量的适用范围为3%～97%。非线性数学模型可为乙醇溶液浓度定量分析提供理论基础,将该数学模型应用于乙醇含量检测系统,可实时反演较为精确的乙醇浓度,从而实现大浓度范围内具有荧光背景干扰的乙醇溶液快速、实时、准确的定量分析。     

荧光光谱成像法在板蓝根颗粒质量评价的应用研究

板蓝根颗粒的质量直接影响其疗效,选择一种有效的板蓝根颗粒质量检测方法至关重要。传统的检测方法需要对板蓝根样品进行化学预处理,是一种对样品有损的检测方法。为解决这一问题,采用了一种安装液晶滤波器件的荧光光谱成像实验装置对板蓝根样品的荧光光谱特性进行测试,以中国食品药品检定研究院提供的板蓝根标准物质的光谱曲线作为对照品,通过获得不同原材料、不同厂家和不同批次的板蓝根颗粒的荧光特征光谱曲线,并对其进行归一化处理后,与对照品的荧光光谱特征曲线进行对比分析及聚类分析,从整体上探讨了荧光光谱特征曲线与板蓝根颗粒质量的关系。实验结果显示,不同厂家生产的颗粒之间质量存在较大差异,主要体现在荧光的强弱和波峰位置的变化上,通过与标准物质的光谱曲线做进一步对比,可初步判断板蓝根颗粒质量的优劣。这表明了采用荧光光谱成像的方法对板蓝根质量进行检测是一种简便、快捷、无损的检测手段。     

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。     

电气设备中远距离荧光测温技术研究

为了实现对高压电气设备的非接触温度监控,设计了中远距离(0~1.5m)非接触荧光光纤测温系统.该系统利用稀土荧光材料的荧光温度特性,通过测量物体表面荧光物质的受激荧光寿命获得物体的温度信息;通过增加聚光透镜和聚光锥罩,提高探测器接收到的光能量.实验获得荧光强度曲线及被测对象温度,实现了对温度的非接触实时测量,测量误差低于1℃,满足高压电气设备的非接触温度监控要求.     

基于迭代逼近算法的土壤中机油和柴油混合物荧光信号重叠特性研究（英文）

随着我国经济的迅速发展,石油制品需求量与日俱增,伴随着工农业生产活动,大量石油制品进入土壤,造成严重的土壤石油污染。土壤中的石油污染物会对植物生长产生危害,并通过食物链威胁人类健康,因此需对土壤中的石油污染物进行现场、快速检测。激光诱导荧光技术(Laser-Induced fluorescence, LIF)具有检测速度快、灵敏度高、可现场检测等优点,但在检测土壤中有机污染物时,面临着荧光光谱重叠严重等问题。为了研究土壤中机油和柴油混合物荧光信号的重叠特性,制备了10种含有不同浓度机油、柴油混合物的土壤样品。通过搭建LIF实验系统,获取不同混合浓度的机油和柴油的荧光光谱,对油类荧光光谱进行了最大值归一化处理,建立土壤中机油、柴油混合光谱的反演关系,以最小残差平方和为指标,使用迭代逼近算法计算出土壤荧光光谱中柴油和机油样品的荧光贡献率。分别使用了全谱法和截取特征光谱两种方法计算机油和柴油的荧光贡献率。全谱法是在混合油样的全波段光谱(200~600 nm)范围进行迭代逼近,截取特征光谱方法是在截取油样光谱(330~460 nm)段进行迭代逼近。(330~460 nm)范围内包含了混合油样的所有光谱特征。用计算出的机油的荧光贡献率与机油样品浓度做线性拟合时发现,截取特征光谱法的拟合系数R为0.989,优于全谱法的0.923。分别用全谱法、截取特征光谱法计算出的荧光贡献率以及归一化机油、柴油光谱合成混合油归一化光谱,与实际归一化混合光谱比较,截取特征光谱法计算的平均相对误差为3.38%,优于全谱的8.79%,其原因是全谱法比截取特征光谱法引入了更多的噪声信号,所以在计算油类荧光贡献率时产生了较大的误差。选取机油和柴油归一化光谱上300, 350, 400, 450和500 nm等5个位置的荧光强度与归一化混合油光谱做多元线性回归拟合,计算出平均相对误差为10.31%。结果表明截取特征光谱方法优于多元线性回归方法;土壤中机油和柴油的荧光贡献率与自身的浓度之间成良好的线性关系,说明在土壤中机油和柴油混合后各自的化学性质保持稳定,在土壤中的荧光信号重叠特性是线性叠加的。这种这种方法同样可以用于其他石油类混合物的解离。通过该研究提高了LIF技术在土壤中石油烃类污染物定性与定量检测的准确性。为土壤中石油烃现场快速检测提供了方法支撑。     

三维晶体相场法模拟位错的预熔及熔解

采用三维晶体相场法模拟位错的预熔及熔解，研究位错发生预熔和熔解的微观组织形貌，通过时间平均原子数密度变化曲线确定位错熔解半径。研究表明，位错可以在温度低于熔点时发生预熔，但熔解速度和规模都很小；当温度达到熔点附近时，位错熔解的规模和速度都变得很大。单一位错会从其核心径向圆形向外熔解，位错熔解半径平方的倒数与温度成线性关系。     

基于时域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法

依据氧气对物质荧光的猝灭作用,研究了一种基于时域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法,根据荧光猝灭曲线上的两点计算荧光寿命,并通过Stern-Volmer方程反演获得水体溶解氧浓度。结果表明:相同溶解氧浓度下,归一化处理后的荧光猝灭曲线不受激发光强度和激励持续时间等激发条件的影响;不同溶解氧浓度下,实测荧光寿命受系统延迟的影响,补偿后荧光寿命理论曲线与修正曲线具有良好的一致性,拟合相关系数达0.9985。与HQ30d溶解氧分析仪对比,测试结果表明,0~20mg·L-1范围内溶解氧质量浓度测量误差小于0.5mg·L-1,线性相关系数达0.9992。     

微阵列芯片的荧光光漂白特性

微阵列技术为大量基因表达水平的同时监控提供了一种高效的手段。随着微阵列芯片朝着小型化、高通量和弱信号方向发展,荧光检测技术以其易寻址和高灵敏度等优势越来越受到世人关注。在微阵列技术中,人们通过检测微阵列芯片上不同位置斑点的荧光信号强度,可以得知微阵列芯片不同位置固定的已知序列探针与荧光染料标记的cDNA样品的杂交情况。对一张微阵列芯片多次扫描后,荧光染料发生光漂白,荧光强度发生衰减变化,它将为微阵列的数据分析带来误差。使用荧光浓度梯度微阵列芯片研究了芯片经多次扫描后荧光斑点强度的衰减情况,通过拟合相同荧光斑点经多次重复扫描后得到的信号强度,得到了荧光斑点强度按指数形式衰减的规律,并在此基础上研究了荧光斑点强度衰减指数模型中的参数与荧光斑点初始浓度的关系,为进行微阵列芯片数据光漂白误差修正提供了实验依据。     

Label-Free Spatial Analysis of Free and Enzyme-Bound NAD(P)H in the Presence of High Concentrations of Melanin

The analysis of autofluorescence, often regarded as undesired noise during the imaging of biological samples, allows label free, unbiased detection of NAD(P)H and melanin in native samples. Because both the emission and absorption spectra of these fluorophores overlap and they can hence not be differentiated using emission filters or with different excitation wavelengths, fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) is used to differentiate between them. In the present paper the application of two-photon excitation microscopy is presented to investigate the autofluorescence of fungal spores. The model organism which was examined is Aspergillus ochraceus. Furthermore a strategy is developed which allows to quantitatively analyze the fluorescence lifetimes of melanin, free NAD(P)H and protein-bound NAD(P)H using forward convolution of a multiexponential decay function with the instrument response function (IRF) and subsequent fitting to the experimental fluorescence data. As a consequence proteins, which are able to bind NAD(P)H, are located with sub-cellular resolution. Furthermore a spatial differentiation of the fluorophores NAD(P)H and melanin inside the spores, is revealed.     

基于温度变量的四维荧光光谱的石油类污染物测定

三维荧光光谱结合多元校正分析对石油类污染物复杂多组分体系测定方法多谱图混叠,且易受到空白荧光和干扰物荧光影响降低了测定准确性。提出在三维荧光光谱中增加一维温度信息构造激发波长-发射波长-温度-样品（EEM-temperature data array）的四维荧光光谱数据阵列,应用四线性成分模型建立高维荧光光谱定性定量分析的方法。实验证明在15～25 ℃温度范围内,矿物油荧光光谱轮廓形状不随温度变化,而其强度随温度线性变化,满足四线性要求,这为构建四维荧光光谱发展高维数据的三阶校正提取更丰富的有效信息提供了可能。三阶校正不仅可以在干扰物共存的情况下对感兴趣组份进行定量测定,即具有“二阶优势”,还具有更高的选择性和灵敏性,可以对高共线性和背景干扰的重叠光谱表现更好的解析能力,即“三阶优势”。对0#柴油、97#汽油和机油为混合油待测组分,腐殖酸为水体干扰组分组成的复杂体系污染油样品为进行实验,得到的三维荧光光谱利用平行因子（PARAFAC）算法和交替惩罚三线性分解（APTLD）算法进行二阶校正分析,将三维荧光光谱在温度方向上堆叠构成增加温度维度的四维荧光光谱数阵,并将其利用四维平行因子算法（4-PARAFAC）和交替惩罚四线性分解（APQLD）算法进行三阶校正分析,比较,0#柴油、97#汽油和机油的预测结果表明增加了影响荧光光谱的温度因素构造的四维荧光光谱提高了有效信息提取能力,四维荧光光谱结合高阶校正算法能提高油种光谱识别和浓度精确检测,较传统的三维荧光光谱分析提高了回收率（recovery rate）和预测均方根误差（root mean square error of prediction,RMSEP）,有利于石油类污染物的有效,准确,实时,绿色环保检测。同时指出了4-PARAFAC和APQLD算法各自的特点及其不同适用环境,为油类污染物检测具体情况提供算法选择依据。引入温度参量的四维荧光光谱结合三阶校正算法的检测技术较三维荧光光谱技术,在组分光谱定性分辨和浓度定量检测方面能对复杂体系油类污染物实现快速有效,绿色无污染地检测,实现“数学分离”更有效代替“化学分离”。     

Subnanosecond fluorescence spectroscopy of human serum albumin as a method to estimate the efficiency of the depression therapy

The efficiency of the therapy of psychiatric diseases is estimated using the fluorescence measurements of the conformational changes of human serum albumin in the course of medical treatment. The fluorescence decay curves of the CAPIDAN probe (N-carboxyphenylimide of the dimethylaminonaphthalic acid) in the blood serum are measured. The probe is specifically bound to the albumin drug binding sites and exhibits fluorescence as a reporter ligand. A variation in the conformation of the albumin molecule substantially affects the CAPIDAN fluorescence decay curve on the subnanosecond time scale. A subnanosecond pulsed laser or a Pico-Quant LED excitation source and a fast photon detector with a time resolution of about 50 ps are used for the kinetic measurements. The blood sera of ten patients suffering from depression and treated at the Institute of Psychiatry were preliminary clinically tested. Blood for analysis was taken from each patient prior to the treatment and on the third week of treatment. For ten patients, the analysis of the fluorescence decay curves of the probe in the blood serum using the three-exponential fitting shows that the difference between the amplitudes of the decay function corresponding to the long-lived (9 ns) fluorescence of the probe prior to and after the therapeutic procedure reliably differs from zero at a significance level of 1% (p < 0.01).     

基于脉冲时延估计的荧光寿命表征方法

荧光检测和分析技术中,荧光寿命的精确测量具有重要意义。针对纳秒级荧光寿命在流式细胞分析系统中无法直接测量的问题,提出一种基于互相关算法的脉冲时延估计荧光寿命表征方法。该方法将改进的线性调频Z变换算法与相关峰内插算法相结合,并与标准FFT算法仿真做对比,通过对哺乳动物细胞的荧光寿命进行测量,将所得数据进行处理,验证线性调频Z变换(MCZT)和相关峰内插(FICP)算法性能。实验结果表明,使用该算法降低了FFT计算带来的栅栏效应,可以提高互相关函数的分辨能力,测量荧光寿命的相对误差提高了4.344 3%。     

High resolution instrumentation system for fibre-Bragg grating aerospace sensors

A passive technique for high-resolution detection of the wavelength of peak reflection from fibre Bragg grating (FBG) sensors is presented. The approach, based on a de-convolution of the FBG spectrum and the spectrometer resolution, essentially overcomes the low spectral resolution (≈0.1 nm) associated with commercial spectrometers employing CCD detection. The performance of two algorithms, the Centroid Detection algorithm (CDA) and the least squares method (LSQ), are compared. The LSQ algorithm offers resolution enhancement of at least two orders of magnitude and is shown to be independent of the FBG intensity and bandwidth over a broad range.     

Endogenous synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) of basal cell carcinoma-initial study

The human skin is a complex, multilayered and inhomogeneous organ with spatially varying optical properties. Analysis of cutaneous fluorescence spectra could be a very complicated task; therefore researchers apply complex mathematical tools for data evaluation, or try to find some specific approaches, that would simplify the spectral analysis. Synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) allows improving the spectral resolution, which could be useful for the biological tissue fluorescence characterization and could increase the tumour detection diagnostic accuracy.     

New applications of the good old wavelength-dispersive X-ray fluorescence

Wavelength-dispersive X-ray fluorescence can be characterized by its advantages and drawbacks. Unbeaten spectral resolution in a range below 5 keV, good operational stability, excellent ability of making averaged analysis, and good presentation of peak shape which gives the basis for the chemical speciation are the advantages. Among the drawbacks, the following are important: system with sequential analysis of particular elements, low output of energy supplied to the device, and great cost of instrument which can be amortized only in routine operations. In routine geological and environmental analyses, the WD-XRF performs better than other simpler instrumental or wet techniques. WD-XRF is continuously improved, by applying new multilayer interference mirrors (MIM) for detection and quantification of very light elements. Bad spectral resolution of MIM noted earlier is now improved by tailoring their shape to the shape of gratings. The progress in the long wavelength spectral region joined with efficient and precise wavelength resolution systems enables the application of WD-XRF for speciation analysis. In another effort, XRF spectrometry is treated as a tool for obtaining quantitative basis for the judgement on Linnaean systematic classification of plants and opens the field to a new discipline – quantitative biology.     

有机杀虫剂荧光光谱检测实验研究

研究了氨基甲酸酯类、苯甲酰脲类、杀菌剂类等几种常用有机杀虫剂的荧光特征,为进一步利用荧光法检测农药提供了理论依据。结果表明, 这些有机杀虫剂在一定的溶剂条件下受紫外光激发时能够 发出很强的荧光,而且荧光光谱清晰、分辨率高,证明利用荧光光谱法对相关杀虫剂进行定性定量检测分析是可行的。     

一种HBV多聚酶基因检测系统的光学系统设计

基于荧光偏振理论,设计了一套HBV多聚酶基因检测光学系统。该光学系统包括荧光激发系统和荧光检测系统。使用荧光激发系统对激发样品产生荧光,由荧光检测系统对荧光进行水平和垂直两个方向的荧光强度检测,从而获得荧光的偏振度。通过更换该套系统中的滤光片可实现对400～550nm范围内的样品荧光偏振度的检测。运用该光学系统进行了临床实验,结果表明,系统测试方法具有简单易行、灵敏度高、精确可靠、抗干扰能力强的特点。