FTIR光谱拟合方法在反演气体浓度中的应用

研究用FTIR光谱测量系统反演气体浓度的方法,在WINDOWS操作系统下应用非线性最小二乘拟合算法实现了CO气体的定量分析。在FTIR光谱拟合中,使用HITRAN数据库中的光谱作为校准训练集,使测量的CO红外透过率谱与计算的参考光谱达到最佳拟合得到了该气体的浓度,反演结果的绝对准确度达到1%～5%。     

岩藻多糖酶的FTIR光谱研究

通过海洋真菌LD8固态发酵获得岩藻多糖的粗蛋白,并进一步采用柠檬酸缓冲液浸提、丙酮沉淀和葡聚糖凝胶G-100层析,分离纯化至单一组分;利用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及曲线拟合等技术研究了岩藻多糖酶的二级结构组成,增强因子为2.2,半峰宽为20.2 cm-1;为提高分析测定的准确性,对酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅲ带分别进行拟合归属。结果表明：根据酰胺Ⅰ带所获得的二级结构,α-螺旋占11.5%,β-折叠为58.6%,无规卷曲14.5%,β-转角15.9%;酰胺Ⅲ带所得二级结构,α-螺旋含12%,β-折叠含57.3%,无规卷曲含14.5%,β-转角含16.3%。因此可见,酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅲ带所对二级结构的分析是十分吻合的。在室温下,岩藻多糖酶的二级结构以β-折叠的含量占优势,约占58%,β-转角和无规卷曲次之,各占15%左右,α-螺旋含量较低,仅占12%。     

运用小波变换对遥感FTIR光谱进行信息提取

主要描述了如何利用小波变换技术,对一些强度较弱和混叠干扰的遥感FTIR光谱图进行信息提取。采用了墨西哥帽函数(Mexican hat function)小波,对三氯甲烷、丙酮的标准谱图及其两者混合物的遥感谱图信号进行了连续小波变换。结果发现,尺度越小,小波系数模的极大值点与突变点位置的对应就越准确。但小尺度下,小波系数由于受噪声影响,往往只凭一个尺度不能定位突变点的位置。相反,在大尺度下,对噪声进行了一定的平滑,极值点相对稳定,但由于平滑又会使定位产生偏差。因此,在用小波变换模极大值法判断信号突变点时,需要把多尺度结合起来综合观察。总之,小波分析技术能够较准确地、稳定地定位信号突变点,提取信息,并且具有平滑和放大有用信号的作用。对于非严重重叠的混合遥感光谱,根据对不同尺度下的小波变换系数的模极大值及其定位的分析,也可较好地识别谱图。     

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。     

FTIR和Raman用于盐酸曲马多的结构分析

采用AVATAR 360型傅里叶变换红外光谱仪和RM-1000型激光共聚焦拉曼光谱仪测定盐酸曲马多的红外光谱和拉曼光谱。拉曼光谱和红外光谱中均显示出了盐酸曲马多的特征峰,都能够用于其结构鉴别。采用红外、拉曼光谱这两种方法互相印证,互相补充,可增强鉴定的准确性、可靠性。     

良性与恶性多形性腺瘤组织结构的FTIR光谱研究

结合口腔医院临床需要,利用PE公司的Spectrum GX傅里叶变换红外光谱仪,通过对5例良性、4例恶性多形性腺瘤组织的FTIR光谱测试、计算与分析,进行了多形性腺瘤组织结构的FTIR光谱对比研究。测试结果表明： (1)同种性质组织的FTIR光谱表现出了良好的一致性,揭示了吸收峰体现了生物组织的特征红外谱;(2)良性与恶性瘤的FTIR吸收峰峰位及其强度有若干处不同,揭示了恶性肿瘤中蛋白质的酰胺Ⅱ带氢键化程度降低,而脂类的氢键化程度提高;(3)峰高比计算结果表明,良性多形性腺瘤相比,恶性瘤中核酸的含量相对于胶原蛋白的含量增加,脂类的含量相对于蛋白质的含量增加。     

金银花道地品与非道地品的FTIR光谱研究

利用FTIR光谱法分析了四个不同产地金银花的红外光谱图,对道地品(河南)和非道地品金银花进行了对比研究。结果表明,由于产地不同,其所含主要有效成分间的相对含量有所改变,反映在FTIR谱图上的吸收峰频率和形状都有所差异。四川产金银花与道地品的谱图从波数和吸收峰形状上都有较明显的差异,虽然山东产金银花与道地金银花齐名,但红外谱图也稍有差异。河北与山东产金银花谱图基本一致。道地品在1 734 cm-1处有一弱吸收,山东、河北两地在此处几乎无吸收;在1 522 cm-1处,道地品是一组弱小的吸收组峰,其他产地的吸收峰为强度略强的独立峰或分裂峰;在1 155～1 045 cm-1范围内,道地品的峰形较尖窄,山东、河北的吸收峰是较宽平的分裂峰。因此,利用FTIR光谱法不仅能快速、准确地鉴别道地药材,而且还可以用来监控药材的引种栽培,优良品种的提纯复壮。     

五种杂交玉米籽粒品质的FTIR光谱研究

为了研究傅里叶变换红外光谱在杂交玉米品质评定上的可行性,使用傅里叶变换红外光谱仪获得五种杂交玉米籽粒的光谱。1 776～952 cm-1范围内的光谱主要由蛋白质、淀粉和油脂的红外吸收带组成,淀粉的吸收带较为强烈,蛋白质和油脂的吸收带稍弱。该范围光谱中特征吸收带相互重叠,导致一些重要信息被掩盖。通过对1 776～952 cm-1范围内的红外光谱进行曲线拟合分析,发现1 051和1 548 cm-1吸收子峰的面积在1 776～952 cm-1范围内吸收带总面积中占的百分比与玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量存在着线性关系。研究结果显示傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用以分析杂交玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量,为玉米品质的快速评定提供一种方法。     

FTIR光谱结合系统聚类分析鉴别松茸和姬松茸的研究

利用傅里叶变换红外光谱技术研究了松茸和姬松茸子实体,结果显示它们的傅里叶变换红外光谱主要由蛋白质和多糖的吸收带组成。对比它们的光谱发现,两者的特征吸收峰频率位置基本一致,只是在峰形上存在一定差异。利用差谱技术发现它们的红外光谱差异主要来自于1750~1000 cm-1范围内。为了快速准确的区分松茸和姬松茸的光谱,选取1750~1000 cm-1范围内的吸收带进行系统聚类分析。结果显示,系统聚类分析能准确的把松茸和姬松茸的光谱各自聚为一类,达到鉴别它们的目的。研究表明,傅里叶变换红外光谱技术结合系统聚类分析可以发展为一种快速鉴别食用菌的方法。     

FTIR光谱方法对比分析少年和老年软骨成分含量

利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱方法测量了少年和老年人软骨的红外光谱。由OMNIC 5.2软件计算了软骨中主要有机成分(胶原)和无机成分相关光谱带的积分面积。对代表有机物和无机物的某些谱带面积大小进行了比较。结果表明：软骨中有机成分(酰氨Ⅰ)含量与无机成分(PO3-₄)含量之比少年是老年人的5～7倍;然而脂类含量却有很大的不同, 对脂类(1 747 cm-1)与无机物(PO3-₄)的谱带积分面积进行比较,老年人软骨中脂类含量明显高于少年。作者认为人体随着年龄的增加,全身性的退化在软骨中的总体表现为有机成分(胶原)的减少(而脂类含量却增加)和无机成分(磷酸盐、碳酸盐等)相对的增加,使得软骨骨质变脆,失去过多弹性,耐磨性减低,是进一步容易导致骨病和骨伤的原因。     

Burning velocity correlation of methane/air turbulent premixed flames at high pressure and high temperature

Turbulent burning velocities for methane/air mixtures at pressures ranging from atmospheric pressure up to 1.0 MPa and mixture temperatures of 300 and 573 K were measured, which covers the typical operating conditions of premixed-type gas-turbine combustors. A bunsen-type flame stabilized in a high-pressure chamber was used, and OH-PLIF visualization was performed with the pressure and mixture temperature being kept constant. In addition to a burner with an outlet diameter of 20 mm for the high-pressure experiments, a large-scale burner with an outlet diameter of 60 mm was used at atmospheric pressure to extend the turbulence Reynolds number based on the Taylor microscale, R_λ, as a common parameter to compare the pressure and temperature effects. It was confirmed that R_λ over 100 could be attained and that u′/S_L could be extended even at atmospheric pressure. Based on the contours of the mean progress variable c = 0.1 determined using OH-PLIF images, turbulent burning velocity was measured. S_T/S_L was also found to be greatly affected by pressure for preheated mixtures at 573 K. The bending tendency of the S_T/S_L curves with u′/S_L was seen regardless of pressure and mixture temperature and the R_λ region where the bending occurs corresponded well to the region where the smallest scale of flame wrinkling measured as a fractal inner-cutoff approaches the characteristic flame instability scale and becomes almost constant. A power law of S_T/S_L with (P/P₀)(u′/S_L) was clearly seen when S_T was determined using c = 0.1 contours, and the exponent was close to 0.4, indicating agreement with the previous results using the mean flame cone method and the significant pressure effects on turbulent burning velocity.     

区间极限学习机结合遗传算法用于红外光谱气体浓度反演的研究

提出一种新的有效的FTIR光谱气体浓度反演的方法。 该方法将区间划分的思想用于红外光谱波长优化筛选,即将红外光谱在给定波长范围内划分为若干个子区间,在每个子区间中利用遗传算法(genetic algorithm, GA)优化后的极限学习机(extreme learning machine,ELM)建立浓度预测模型,根据每个子区间测试集均方根误差RMSE和相关系数R2的大小评价模型的泛化性能,筛选出最优子区间组合建立预测模型。 通过含干扰组分(CO₂,N₂O)的CO气体的 FTIR光谱对提出的算法进行了验证,在波段为2 140～2 220 cm-1范围内利用区间法筛选出的最优组合作为变量,应用GA-ELM建立的浓度反演模型,其决定系数R2为0.987 4,均方根误差RMSE为154.996 3,建模时间仅为0.8 s,表明该算法(Interval-GA-ELM, iGELM)的应用不仅缩短了建模时间,而且在干扰组分存在的情况下,依然可以准确筛选出特征波长,从而提高了模型稳定性和预测精度,为大气污染气体遥测分析提供了行之有效的方法。     

不同温度压力对浓度反演精度的定量分析

自研傅里叶变换红外光谱仪在龙凤山大气本底站测量CO2,CH4等温室气体.自研仪器的测量结果与符合世界气象组织标准的本底站仪器的测量结果进行对比,结果表明:自研仪器与本底站仪器测量的CO2浓度值相关系数为0.9576,均方根误差为18.6015.自研仪器使用标准温度、压力下的校准光谱反演浓度,但测量气体的温度随着气温变化...     

高精度光纤陀螺零位误差的磁温特性研究

介绍了高精度光纤陀螺零位误差的形成原理,并就温度和磁场对高精度光纤陀螺零位误差的影响进行了详细的理论分析。仿真结果表明:由于温度引起的零偏峰值漂移为0.06°/h。最后,对交变温度场和径向静磁场交联作用下的情况建立了理论模型并进行了实验研究,实验结果表明:在径向磁场和不同温度作用下,光纤陀螺由于交联耦合效应产生的径向磁场灵敏度变化,即交联耦合度<1%,这和理论模型具有较高的一致性。     

反射温度补偿法对红外测温的补偿计算与误差分析

根据红外辐射理论和红外热像仪的测温原理,介绍了反射温度补偿法的原理与实施方法,得到了该补偿方法的理论计算公式及误差的计算公式,分析了补偿效果及补偿后各影响因素对红外测温的影响,同时用实验验证了该补偿方法的有效性与适用性。研究发现,该补偿方法简单易行,精度高,适用于大部分的红外热像仪,具有一定的推广价值;补偿效果与采用的红外反射镜的材料有关;短波热像仪的补偿效果比长波热像仪好。     

高温高压下草酸脱羧反应中的拉曼光谱研究

应用水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了高温高压下草酸溶液的热稳定,使用拉曼光谱对其脱羧反应及产物进行监测。结果表明低温升温过程中,草酸的拉曼谱图中各个特征振动峰没有发生变化,随着温度的继续升高,其特征振动峰逐渐变弱。达到一定温度后,羧基的拉曼特征峰消失,草酸发生脱羧反应:C2H2O4—2CO2+H2生成CO2和H2。高温高压下草酸发生热分解的温度压力之间呈线性关系,其线性回归方程为P(MPa)=12.839 T(K)-5 953.7,R2=0.99。草酸脱羧反应的摩尔体积变化与温度压力的关系为ΔV(cm-3.mol-1)=16.69-0.002P(MPa)+0.005 2T(K),R2=0.99。     

A high temperature sensor based on a peanut-shape structure Michelson interferometer

A fiber temperature sensor with high sensitivity based on a Michelson interferometer is realized by fusion-splicing a peanut-shape structure in single-mode fiber (SMF). The theory and experimental results show that the peanut-shape structure can couple the light energy of the core mode into the cladding and re-couple the light in the cladding into the core. A high-quality interference spectrum with a fringe visibility of about 18 dB is observed. Experimental demonstration shows that the device can be heated up to 900 °C with a sensitivity of about ∼0.096 nm/°C. The device has the advantages of low-cost, high sensitivity and easy fabrication, which makes it attractive for sensing applications.     

草地下垫面地表温度与近地面气温的对比研究

地表温度是气候系统中的关键参数,它与近地面气温的差异极大地影响着地-气界面上能量和水汽通量的交换。根据大气辐射国际联合观测网合肥站2002年9月至2005年8月三年期间无云晴天的地面观测资料,研究了该地区草地下垫面的地表温度(辐射测温法)和近地面气温的年变化、季节变化和日分布特征。着重讨论了两者差值的变化情况以及两者的相关性,提出了基于近地面气温的地表温度的经验计算方法。研究发现,当地表比辐射率ε的取值范围为0.94～1.00时,ε每改变0.01,草地地表温度的平均变化小于0.2 K。该研究结果可为卫星资料的地面验证提供参考。     

Spectroscopy of II–VI nanocrystals at high pressure and high temperature

We review experimental measurements of CdS, CdSe, and CdS_xSe_{1 − x} nanocrystals which address the properties and phase stability of both powder and embedded nanoparticles under extreme conditions. We address the high pressure phase transition of wurtzite or zincblende phase to the rock salt structure; the high temperature solid to liquid phase transition; and the homogeneous nucleation of nanoparticles in glass from dissolved reactants. We also review the use of high pressure optical measurements to study electronic states.     

徐州地区胆结石的溶剂萃取的FTIR研究

胆石病是徐州地区的多发病之一,针对徐州地区临床术中取出的五类胆结石利用系列溶剂萃取,用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别表征萃取前后的成分、结构及形态变化。结果表明:所取的五类徐州地区胆结石分别为胆固醇型、难溶物分别为胆红素盐、蛋白质的胆固醇为主的混合型、棕色色素型和黑色色素型胆结石。蛋白质为胆结石的形成提供沉淀基质,对于胆结石成核具有重要意义;胆结石难溶物中胆固醇和羟基碳酸磷灰石相伴而生,羟基磷灰石与胆固醇存在相互作用,促使其结晶析出,从而加速胆结石的形成。结果可以为胆结石的临床诊断、治疗及预防提供一定的参考。