含油岩心显微红外光谱成像方法的研究

虽然用红外光谱显微探针方法研究岩心中碳质物已有很多工作,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别位点所得的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别并已得到广泛应用,但是用红外显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用透射和衰减全反射(ATR)两种方式对含油岩心进行了显微红外光谱成像(Mapping)的研究。从灵敏度、信噪比、光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得实验结果进行了比较和评估。     

基于红外光谱研究沥青燃烧机理和有害气体成分分析

利用Rosemount气体分析仪和定碳炉搭建起固定床燃烧反应试验平台,通过红外光谱分析技术定量分析沥青及其胶浆在高升温速率条件下燃烧反应的有毒气态产物成分、及其释放规律。研究表明,在高升温速率、近等温条件下,沥青及胶浆的燃烧过程可近似分为活泼挥发组分析出燃烧、二次挥发析出结合残炭燃烧两个阶段,其主要气态产物为CO₂,CO,NO,NO₂及SO₂。沥青材料中活泼挥发组分含量是影响燃烧气态产物释放规律的关键因素之一,减少沥青材料中活泼挥发组分的含量可有效降低燃烧气态产物的生成、尤其是CO的产生。     

山东蒙阴金刚石多晶的显微红外光谱研究及其成因意义

山东蒙阴金刚石多晶可划分为多角刻面状和浑圆状金刚石多晶两大类,它们的显微红外光谱研究结果表明,金刚石多晶中的氮含量较低,介于16.69～72.81μg.g-1之间,且同一金刚石多晶的不同金刚石晶粒(或部位)中的氮含量不相同;刻面状金刚石多晶均为ⅠaAB型,且A心的浓度大于B心的浓度。浑圆状金刚石多晶也多为ⅠaAB型,但具有更高浓度的B心,且存在少数同时包含单替代氮、A心和B心的浑圆状金刚石多晶;金刚石多晶不是在金刚石颗粒的成核阶段所形成的,而是在金刚石长大期间或金刚石颗粒形成后的某个特殊条件下聚集而成;山东蒙阴金刚石多晶可能形成于氮浓度较低的较深部地幔。同时,多角刻面状金刚石多晶的形成时间稍晚于金刚石单晶体,浑圆状金刚石多晶的形成时间明显早于金刚石单晶体。     

基于主成分分析-二阶导数光谱成像的红外显微图像分析

红外显微成像技术将红外光谱技术和显微技术相结合,不仅可以提供测试样品的光谱信息而且能够提供测试样品的空间分布信息。然而复杂样品的红外显微图像谱峰重叠严重,无法直接获得目标组分的分布信息。将因子分析与光谱分离技术相结合提出了主成分分析-二阶导数光谱成像方法。通过兔子动脉红外显微图像中胆固醇分布的成像实验,验证该方法的可行性和有效性。实验结果表明,该方法可以提高光谱分辨率,挖掘隐藏于重叠谱峰中的有用信息,是一种有效的红外显微图像分析方法。     

癫痫大鼠海马神经元生化分子的同步辐射显微红外光谱成像研究

癫痫是影响所有年龄段的慢性脑功能障碍,主要特征为整个或局部脑区神经元异常同步化高频群集动作电位发放。利用神经毒素海人藻酸（KA）立体定位注射入大鼠海马,诱导大鼠产生癫痫持续状态,建立颞叶癫痫大鼠模型。应用同步辐射显微光谱和同步辐射显微光谱成像分析癫痫持续状态发作后24小时的颞叶癫痫大鼠海马角（CA）1区神经元生物化学分子的胞内浓度和分布是否改变。结果显示反映蛋白质二级结构的酰胺Ⅰ在1 655 cm-1的振动频率和属于脂类功能集团的2 800～3 000 cm-1振动频率,在正常对照大鼠海马CA1神经元胞体内呈高浓度分布,但在癫痫大鼠海马CA1神经元胞体,反映蛋白质二级内呈低浓度分布,并且以细胞核分布浓度最低,但在神经元胞体外围分布浓度相对较高。属于核酸集团的1 055～1 054 cm-1 PO₂反对称拉伸振动在正常和癫痫大鼠海马CA1神经元胞体内分布趋势没有差异,都在胞体内呈高浓度分布,尤其在细胞核分布浓度最高。对属于酰胺Ⅰ的吸收频率进行二级导数分析显示癫痫海马神经元的酰胺Ⅰ相对于正常对照多出1个1 653 cm-1附近的负峰。以上结果提示在发生癫痫持续发作后海马神经元生物化学分子的细胞分布会出现变化。     

偏光显微分析和拉曼光谱分析在彩绘颜料鉴定中的应用

彩绘文物的颜料分析在文物分析中占据重要的地位,在实际的应用中有多种手段用于颜料的分析鉴定,这些分析手段各有其优缺点,其中偏光显微分析(PLM)和拉曼光谱分析(RM)由于取样少、速度快、制样简单、灵敏度高等优点而在实际分析中广泛应用。本文通过对西藏采集的壁画颜料样品进行偏光显微分析、对四川广元千佛崖的绿色颜料样品进行拉曼光谱分析,以此来系统阐述这两种分析方法在彩绘颜料鉴定中的应用。     

豚鼠原发性骨关节炎的关节软骨显微傅里叶变换红外光谱研究

应用显微傅里叶变换红外光谱技术原位分析雌性Hartley豚鼠胫骨关节软骨的化学组成。红外光谱测定包含三种月龄(1月、2月和3月)和3个软骨层次(表层、中层和深层)。结果表明,随着月龄的增加,表层和中层FTIR光谱的主要吸收峰峰位红移,深层吸收峰先红移后蓝移。软骨中胶原蛋白、核酸和蛋白多糖的红外光谱具有如下特征：峰强比I_{1 657}/I_{1 548},I_{1 074}/I_{1 548}和I_{1 074}/I_{1 237}在软骨表层和中层随月龄递降,而在软骨深层2月龄的比值最低。结果符合关节软骨在不同退变阶段化学成分的变化规律,且显微光谱成像技术转化的各月龄胫骨平台二维图像高度符合相应的病理描述。初步研究显示,显微FTIR技术可原位分析不同层次软骨组织的分子组成,能为研究软骨疾病的发病机理提供可靠信息。     

镁合金阳极氧化膜腐蚀特性的红外显微成像分析

采用显微红外成像技术对镁合金阳极氧化膜表面的腐蚀特性进行了研究。镁合金在7.3 Wt% Na₂SO₄溶液中浸泡后,表面氧化层中的部分MgO逐渐转化为Mg(OH)₂,进而发生溶解和脱落,使得镁合金失去保护作用。当浸泡时间达到2 h时,显微红外成像结果表明阳极氧化膜中Mg(OH)₂的红外吸收信号最强,Mg(OH)₂的含量最多。而4 h后Mg(OH)₂的红外吸收信号开始减弱,Mg(OH)₂开始减少,镁合金不断被腐蚀。氧化膜中另一成分Al₂O₃随浸泡时间的显微红外成像信息与Mg(OH)₂的变化规律相同。采用电化学阻抗谱技术对阳极氧化膜的阻抗进行测试,其阻抗随时间的变化特点基本符合氧化膜腐蚀规律。本研究对于镁合金阳极氧化膜的表征具有很好的指导作用和推广应用价值。     

红外光谱技术对广东博罗横岭山商周时期墓地出土古玉器上蜡工艺的揭示及其意义

广东博罗横岭山商周时期墓地是广东省目前所发现的最重要的商周时期墓葬群,该墓地出土的玉器样品通过一系列的科学鉴定研究后发现,玉器的红外光谱在2 960 cm-1(相对较弱)、2 920和2 853 cm-1附近出现了2～3个明显的特征性吸收峰,结合对纯蜡样品、现代上蜡玉器样品的测试比较,认为博罗横岭山墓地出土玉器在加工过程中曾经经过上蜡处理,首次揭示出商周时期岭南先民掌握了在加工中利用蜡来增加玉器美观技术的事实。     

矿岩红外光谱的计算机分析

本文介绍了利用计算机技术开发矿岩红外光谱分析仪应用软件的设计思想、结构框图、主要算法及应用前景.通过对江汉油田近30个矿岩样品的分析,结果表明本软件分析结果准确可靠,操作简单方便,具有一定的推广应用前景.     

富勒烯灰对聚乙二醇热分解和红外光谱的影响

采用热分析和原位升温红外光谱实验研究了富勒烯灰(FS)对聚乙二醇(PEG)的影响。热分析结果显示,FS使得PEG的起始热分解温度和最大失重速率处的温度都明显推后。红外光谱结果证实,FS和PEG之间并没有生成新的化学键,FS也没有改变PEG分解产物的组成。通过对PEG和PEG+10%FS的凝聚相和气相升温红外光谱的检测,发现FS对PEG的凝聚相红外光谱影响并不明显,但却使得PEG分解放出气相产物的温度显著升高,说明FS对PEG热分解的抑制作用主要是通过对PEG气相产物的吸附和脱附来进行的。少量FS的加入即可显著抑制PEG的分解,使PEG的分解趋向高温。     

小鼠小梁细胞与肌成纤维细胞的同步辐射红外显微光谱

原发性开角型青光眼是常见的致盲性眼部疾病。眼压升高是原发性开角型青光眼发生和发展最主要的危险因素,是由小梁网途径的房水外流排出系统发生病变、房水流出阻力增加所致。研究表明,房水中存在的转化生长因子-β能够使小梁细胞纤维化,诱导小梁细胞过度增殖,从而阻碍房水外流,导致原发性开角型青光眼的发生。原发性开角型青光眼发病隐蔽,病程进展缓慢,早期没有任何症状,往往到晚期视力视野有显著损害时,才会被发现,因此原发性开角型青光眼的早期诊断尤为重要。同步辐射红外显微成像结合高亮度、高分辨率的同步辐射源,同时配备傅里叶变换红外光谱仪与红外显微镜,可以实现细胞的检测。这对从分子层面获取细胞的变化信息,深入理解疾病的发病机制以及疾病的早期诊断具有非常重要的意义。虽然有很多红外光谱在生物医学领域的研究报道,但是应用红外光谱显微成像技术研究细胞等生物医学体系仍然是亟待发展的领域,并且目前未找到关于红外光谱用于小梁网细胞的检测报道。在体外用转化生长因子-β对老鼠小梁网细胞进行诱导,使其转化为肌成纤维细胞,模拟小梁细胞纤维化过程。对小梁网细胞以及经转化生长因子-β诱导形成的肌成纤维细胞进行同步辐射红外显微成像及光谱分析,并进一步探讨同步辐射用于早期诊断原发性开角型青光眼的可行性。研究表明肌成纤维细胞内的弹性蛋白明显高于小梁网细胞,而弹性蛋白中95%为非极性氨基酸,即氨基酸的侧链基团R基只有C和H两种元素。对比两种细胞的红外谱图,发现在2 934,2 900和2 845 cm-1,肌成纤维细胞的 CH₃,CH₂和CH的伸缩振动明显强于小梁网细胞,推测可能是由于转化生长因子-β诱导后细胞内弹性蛋白增加所致。在细胞层面检测了小梁网细胞的过度增殖,为将来可以直接获取细胞的红外光谱从而检测小梁网细胞的增殖程度,进而检测原发性开角型青光眼等疾病奠定了基础。得出同步辐射红外谱学与显微成像有望成为检测原发性开角型青光眼新手段的结论,也为将来便携式红外显微光谱仪临床实时检测青光眼等疾病提供了依据。     

天然缅甸硬玉岩低温变质水岩反应作用:显微红外光谱的证据

水岩反应是天然低质量硬玉岩(翡翠)在风化搬运和埋藏过程中获得品质改善的重要机理,这种反应一般被认为是在低温还原条件下完成的,目前,科学界对这种低温变质水岩反应机理的了解知之甚少。利用显微红外光谱对水岩反应前后翡翠矿物集合体及晶体进行了精细原位(in-situ)测试。结果显示,水岩反应后硬玉集合体矿物组成及单晶矿物主量元素的成分均没有明显的改变,但含水量明显增大,和水岩反应前相比,硬玉单晶体结构水峰3 550cm-1向高频漂移,水岩反应前后矿物晶体边缘-晶核-边缘测点含水量也呈现规律性变化,部分样本的含水量甚至有数倍的增加。其中晶粒边缘的含水量明显大于晶粒内部含水量,和高温高压变质过程中硬玉中水含量的变化呈现相反的趋势,暗示了硬玉中的H+/OH-在高压变质反应和常压低温水岩反应过程中在硬玉内部的迁移方向及机制明显不同。这一现象的发现为了解变质反应过程中水在硬玉中的行为及翡翠质量改善机理提供了新的线索。     

扬子克拉通西部砂矿型刻面状金刚石多晶的显微红外光谱研究及意义

扬子克拉通西部刻面状金刚石多晶的微区显微红外光谱研究结果表明,多晶以IaAB型为主,其中的氮含量变化较大,介于25.70～358.35 μg·g-1之间,且同一多晶的不同晶粒中的氮含量有明显差异。金刚石中的“A氮心→B氮心”聚集转变不完全,且B%集中在40%左右,未见C氮心;多晶不是在金刚石的成核阶段所形成的,而是在各个金刚石晶粒形成后在地幔储藏期间聚集在一起的。其形成环境较华北克拉通东部的山东蒙阴刻面状金刚石多晶更为复杂;多晶极可能形成于地幔深部160～180 km的范围内,达到扬子克拉通的核部深度,接近于岩石圈底部,为地幔深源成因;多晶中的sp2杂化C—H键的存在有利于片晶氮的形成,其浓度一般要高于sp3杂化C—H键的浓度。     

抑癌基因p53的单细胞傅里叶变换显微红外光谱

为探索单细胞红外光谱技术对单基因差异的鉴别能力,利用同步辐射傅里叶变换红外显微光谱技术采集含抑癌基因p53(野生型)和敲除抑癌基因p53(敲除型)结肠癌细胞的单细胞显微红外光谱。研究分析光谱发现,二者在脂质、蛋白质以及核酸吸收谱带峰强度和位置都有明显的差异。敲除p53后脂质、核酸以及蛋白特征吸收峰均减弱,且几乎所有的吸收峰都向高波数位移。分析了酰胺I带与酰胺II带的相对吸收强度比,发现敲除型比值明显变大;酰胺I带拟合结果表明野生型细胞中蛋白质二级结构的α螺旋和无规则卷曲含量明显低于敲除型,转角和非典型螺旋的含量则高于敲除型,而β折叠的含量无明显变化。研究表明,同步辐射单细胞红外光谱可以在分子水平上鉴别因p53基因差异而产生的细胞代谢变化。     

乙酰苯胺分子的拉曼、红外光谱和简正振动分析

分别在3 500～50和3 500～600 cm-1范围内实验测量了乙酰苯胺(ACN)分子的拉曼和红外光谱。运用密度泛函理论(DFT)采用B3LYP 混合泛函和6-311G(d, p)基函数组,计算了该分子的平衡构型和振动频率。结果表明：理论计算的分子最优化构型参数与以往文献报道的实验数据吻合,优于以往由6-31G(d)基函数组计算得到的参数;理论计算的振动频率值和本实验的观测值吻合得较好。运用简正振动分析方法得到了ACN 分子各振动频率的势能分布(PED),对ACN 分子的振动频率归属做出了全面、准确指认。     

黑豆和牵牛子红外光谱的分析与鉴定

种子类中药材黑豆和牵牛子都含有大量的油脂和蛋白质,因此两种药材的一维红外光谱极其相似,为了区别科属不同的两种药材,采用红外光谱三级鉴定法对黑豆和牵牛子进行分析鉴定。经典红外光谱中,黑豆和牵牛子均有1 745 cm-1表征油脂类的特征吸收峰,以及1 656和1 547 cm-1表征蛋白质酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的特征吸收峰。其中油脂特征吸收峰与蛋白质特征吸收峰的相对高度不同,说明二者的相对含量不同。同时,一维红外光谱对两种中药材主体成分的分析结果,即含有大量的油脂和蛋白质,与文献所报道的一致。在二阶导数红外光谱中,牵牛子中存在1 712 cm-1属于有机酸类的特征吸收峰,然而黑豆中却没有此吸收峰的存在。此外导数光谱中两种药材峰形和峰强度的差别更为明显。二维相关红外光谱中,黑豆和牵牛子自动峰的峰位置和峰强度等均具有显著差异。在1 500~1 700 cm-1波数范围内,黑豆有2个明显自动峰,牵牛子有3个明显的自动峰。在2 800~3 000 cm-1波数范围内,黑豆和牵牛子均有2个强自动峰,但最强自动峰的位置不同。运用红外光谱三级鉴定法,可以更直接快速简便的分辨出主体成分相同的两种种子类中药材,为今后的研究打下基础。     

红外光谱分辨率对气体定量分析的影响研究

利用不同分辨率(1, 2, 4, 8 cm-1)的红外光谱建立对多组分气体样本(一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮)的定量分析模型,研究了分辨率对气体定量测量精确性的影响。研究发现：对于样本中的各气体组分,在合适的分辨率下都有其最佳的测量精确性;而对于模型的整体精确性,在高分辨率1和2 cm-1以及低分辨率8 cm-1时模型都有较好的精确性,各组分相关系数(r)均值达到0.999 5以上,校正均方根误差(RMSEC)和验证均方根误差(RMSEP)的均值分别为18.36和15.43以下,而在分辨率为4 cm-1时,模型测量精确性陡然降低,r均值降到0.989 66,RMSEC均值为90.37,RMSEP均值为64.33。实验结果表明：光谱分辨率对气体定量分析有明显的影响。为提高定量分析测量的精确性,需要针对不同的待测气体和应用场合采用合适的分辨率参数。     

松花粉的红外光谱、扫描电镜和X射线能谱仪分析

建立了利用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、扫描电镜 (SEM) 和X射线能谱对4种松花粉和破壁马尾松花粉中的主要营养成分和常见微量元素进行定性定量分析的方法。红外图谱分析结果表明：马尾松、云南松、油松和赤松均有其自己的红外光谱特征,根据谱图特征吸收峰的相对强度的差异可以对松花粉中主要营养成分进行鉴别分析。破壁和天然马尾松花粉的红外图谱差异较显著,说明松花粉破壁对于营养成分的释放有一定意义。扫描电镜和X射线能谱分析显示：4种松树花粉从远极面和近极面观皆呈椭圆形或近圆形,主体的表面纹饰结构基本相同为颗粒状纹饰,颗粒大小差别较大。破壁与天然马尾松花粉的形态差别主要在于气囊从花粉主体颗粒上分离、破碎,有部分花粉颗粒主体的碎片从主体脱落。X射线能谱分析在松花粉中共发现Mg,Se,Si,Sr,P,S,Cl,K,Ca,Mn,Fe共11种无机元素,其中K元素含量最高。4种松花粉中无机元素含量差别比较明显,破壁马尾松花粉的元素能谱强度显著高于天然马尾松。