基于EEMs及PARAFAC的洪湖、东湖与梁子湖CDOM组成特征分析

国内外关于长江中下游地区如洪湖、东湖及梁子湖等大中型浅水湖泊DOM组成特征的分析较少,本文基于2007年9月—10月洪湖、东湖与梁子湖34个站点野外实地采样数据,运用三维荧光图谱(EEMs)与平行因子分析(PARAFAC)模型,着重分析了三个湖泊CDOM吸收荧光特性及组成特征。结果表明,CDOM在350 nm处吸收系数a(350)在三个湖泊表现为洪湖极显著高于东湖与梁子湖(p<0.001);三个湖泊CDOM光谱斜率S_280～500与a(350)呈极显著负相关(R2=0.781, p<0.001)且洪湖S_280～500值极显著低于东湖与梁子湖(p<0.01);光谱斜率比值S_R值也表现为洪湖显著低于东湖与梁子湖(p<0.05)。PARAFAC模型解析得到两个类腐殖质组分(C1, C2),两个类蛋白质组分(C3,C4),其中组分C1与C2呈极显著正相关(R2=0.884,p<0.001),组分C3与C4亦为极显著正相关(R2=0.677,p<0.001),这表明三个湖泊CDOM组分C1与C2,C3与C4来源相似,然而统计结果并未发现四个荧光组分与DOC及Chl-a浓度之间存在任何显著性相关关系。三个湖泊荧光指数FI₂₅₅(HIX),FI₂₆₅,FI₃₁₀(BIX)与FI₃₇₀值均表现为东湖显著高于梁子湖(p<0.05),极显著高于洪湖(p<0.01),这意味着东湖富营养化程度高于洪湖与梁子湖。     

常温和0.1～1 400 MPa条件下黄铜矿的拉曼光谱研究

实验利用金刚石压腔装置研究了常温和0.1～1 400 MPa范围内黄铜矿A₁振动模式的原位拉曼光谱特征。结果显示在实验条件范围内,该拉曼振动峰的强度和形态保持稳定,表明晶格内Cu-S和Fe-S间的相互作用没有发生质变。实验发现黄铜矿该拉曼振动的波数随着压力升高连续向高频方向移动,两者的线性关系为：ν₂₉₀＝0.031 2p+290.60(0.1≤p<58.8 MPa)和ν₂₉₀＝0.005 72p+292.10(58.8≤p<1 400 MPa)dν/dp。常温下58.8 MPa是黄铜矿该拉曼波数随压力变化率的一个突变点,低于和高于该压力时分别为31.2和5.72 cm-1·GPa-1,显著的差异表明黄铜矿的结构可能发生了某种改变。     

系数倍率-光谱法同时测定绞股蓝中总黄酮和总皂甙

文章对绞股蓝主要化学成分黄酮类化合物和总皂甙进行了分析测定。这两种化合物在香草醛-高氯酸作用显色后加入冰醋酸, 分别在451和547 nm处有良好的吸收, 但吸收曲线相互重叠, 难以同时测定。采用系数倍率-光谱法以芦丁和人参皂甙R_b1为对照品, 对绞股蓝中的总黄酮和总皂甙进行分析, 以达到同时测定的目的。所得回归方程分别为: ΔA_黄=0.013 3+4.417 0c_黄, 相关系数r_黄=0.999 4,黄酮的浓度0～0.16 μg·mL-1范围内, ΔA_黄与浓度c_黄之间呈良好的线性关系; ΔA_皂=2.775 5c_皂-0.888 1×10-2, 相关系数r_皂=0.999 1, 在总皂甙的浓度0～0.30 μg·mL-1范围内, ΔA_皂与浓度c_皂之间呈良好的线性关系。它们可按标准曲线法进行定量分析。该法的回收率分别为104.0%～113.0%, 86.8%～94.6.0%, 相对标准偏差分别小于0.58%(n=9), 0.35%(n=9)。方法简便, 快速,准确而且操作简便易行。     

红外光谱法研究聚苯乙烯磺酰氯树脂功能基团的均一性

利用380FTIR型红外光谱研究了聚苯乙烯与氯磺酸在不同时间及投料比条件下的氯磺化反应。以1 601.5 cm-1苯环特征峰作为内标峰,1 377.4与3 476.8 cm-1处的磺酰氯和磺酸特征峰作为参比峰,以朗伯-比耳定律为理论依据,利用红外光谱法测定了特征频率强度A,将 A_{1 377.4}和A_{3 476.8}与A_{1 601.5}进行比较,并以A_{1 377.4}∶A_{3 476.8}的大小表示聚苯乙烯磺酰氯树脂均一性的高低。结果表明：(1)当反应1 h之后A_{1 377.4}∶A_{3 476.8}随时间的延长而增大。(2)在投料比为1∶1之前,A3 476.8∶A_{1 601.5}随投料比的增大而增大,之后则随投料比的增大而减小,同时出现了磺酰氯吸收峰且A_{1 377.4}∶A_{1 601.5}随投料比逐渐增大,在4∶1之后A_{1 377.4}∶A_{1 601.5}与A_{3 476.8}∶A_{1 601.5}呈现稳定。在一步法反应条件下,当投料比为4∶1时,反应5 h,可获得均一性较好的聚苯乙烯磺酰氯树脂 (磺酰氯的担载量为4.0 mmol·g-1)。结果证明红外光谱法可方便、快捷地检测聚苯乙烯磺酰氯树脂的均一性,具有一定的实用性及推广性。     

鸡粪堆肥有机质转化的荧光定量化表征

采用荧光分析技术和数学分析方法,对不同阶段鸡粪堆肥样品提取出的水溶性有机物进行了特征荧光参数定量化表征。结果显示：随着堆肥的进行,类腐殖质荧光峰与类蛋白荧光峰荧光强度的比值I₃₃₀/I₂₈₀、465 nm激发波长下发射光谱中470～640 nm范围内荧光积分面积A_470～640及240 nm激发波长下发射光谱中后四分之一波段与前四分之一波段的荧光强度积分面积比A_{435～480 nm}/A_{300～345 nm}均不断增大,表明堆肥腐殖化程度加大。三维荧光光谱显示,随着堆肥的进行类蛋白峰强度不断降低,而类富里酸峰强度不断增大,至堆肥结束类蛋白荧光基本消失;紫外区与可见区类富里酸峰荧光强度的比值r_{(A, C)}随着堆肥的进行总体呈明显下降趋势,但出现了较大波动。相关性分析显示,I₃₃₀/I₂₈₀,A_470～640及A_{435～480 nm}/A_{300～345 nm}两两间显著相关,而r_{(A, C)}受其他因素影响较大,与上述３个参数未达到显著相关水平。结果表明,I₃₃₀/I₂₈₀,A_470～640及A_{435～480 nm}/A_{300～345 nm}均能有效表征堆肥腐殖化进程。     

基于投影寻踪的有机废弃物堆肥水溶性有机物荧光特性评价

水溶性有机物荧光特性是评价有机废弃物堆肥腐殖化程度的重要手段之一。针对现有方法大都局限于腐殖化程度的定性表征等问题,基于投影寻踪方法,该研究开展了堆肥腐熟程度分级评价的定量表征。通过对不同来源有机废弃物堆肥过程中样品水溶性有机物(DOM)荧光特性参数获取,采用统计分析表明,荧光参数I₄₃₆/I₃₈₃,FLR,P_HA/Pro,A₄/A₁,r_(A,C)两两之间显著相关(p<0.01),可作为综合评价指标。在此基础上,确定完全腐熟(Ⅰ级)、较腐熟(Ⅱ级)、基本腐熟(Ⅲ级)、未腐熟堆肥(Ⅳ级)4个腐熟等级荧光参数取值区间。模型运算得到各等投影值分别为2.01～2.22(Ⅰ级)、1.21～2.0(Ⅱ级)、0.57～1.2(Ⅲ级)、0.10～0.56(Ⅳ级)。模型验证证实,各样品的实际腐熟度等级与模型所得到腐熟与未腐熟样品的评价结果准确率为100%,因此,该评价方法对有机废弃物的实际堆肥具有重要的指导意义。     

基于核函数与可见光光谱的大豆植株群体净光合速率预测模型

采用美国MSR-16便携式多光谱辐射仪,通过推导的辐射仪有效观测面积公式,计算出测试单元数量,有效解决了测量区域可见光各波段光谱辐射配比关系M_D所需测量次数不确定的难题。采用美国CID公司生产型号为CI-310便携式光合作用测定系统,测量大豆植株群体净光合速率C_D。通过[0, 1]归一化方法对M_D和C_D进行归一化处理,分别得到归一化数据M_D₁和C_D₁。按不同测试时间划分,将M_D₁分成两部分数据M_D₁₁和M_D₁₂,将C_D₁分成两部分数据C_D₁₁和C_D₁₂。使用polynomial核函数、gauss核函数、sigmoid核函数和自主研发的bio-selfadaption核函数,利用grid-search,Genetic Algorithm,Particle Swarm Optimization对支持向量机惩罚参数c和参数g寻优,在支持向量机epsilon-SVR公式、nu-SVR公式条件下,通过四种核函数、三种优化方法、两种公式的交叉组合、M_D₁₁、C_D₁₁,建立大豆植株群体净光合速率预测模型。试验结果表明,在大豆植株试验区域面积S=17 m2和MSR-16便携式多光谱辐射仪放置于大豆植株冠层上方高度H=2 m条件下,epsilon-SVR-bio-selfadaption-grid-search模型对预测集1 C_D₁₂的预测精度达到85%以上,对预测集2 C_D₁₂的预测精度达到82%以上。在S和H其他组合条件下,epsilon-SVR-bio-selfadaption-grid-search模型对预测集2 C_D₁₂的预测精度达到81%以上。epsilon-SVR-bio-selfadaption-grid-search模型表明了bio-selfadaption核函数有效性、测量区域可见光光谱数据方法合理性、利用可见光光谱预测大豆植株群体净光合速率可行性。     

棉花冠层水分含量估算的高光谱指数研究

适宜的光谱指数对于地表参数高光谱诊断模型的估算精度具有决定性作用。通过不同棉花冠层水分含量表征参数冠层等效水厚度EWT_canopy, 植株含水量VWC及其对应的光谱数据分析,构建350～2 500 nm范围内所有波段两两组合的比值指数RVI和归一化指数NDVI,分析水分含量表征参数与所有指数之间的相关关系,筛选最大相关系数对应的指数作为最佳水分指数,利用新指数构建水分含量表征参数的估算模型,并与已知的各种水分指数估算精度进行比较。结果表明：新建比值指数R_{1 475}/R_{1 424}及其归一化指数(R_{1 475}-R_{1 424})/(R_{1 475}+R_{1 424})对EWT_canopy的估算效果最佳,由其得到的估算值与实测值之间的相关系数r值达到0.849;已知指数(R₈₃₅-R_{1 650})/(R₈₃₅+R_{1 650})对VWC的估算效果最佳,由其得到估算值与实测值之间的相关系数r值为0.805。     

三波长-光谱法测定沙棘果汁中黄酮的含量

以沙棘果汁为对象,对其主要有效化学成分黄酮类化合物总含量进行了测定分析。一般常用的分光光度法存在一定的缺陷,加入铝盐使黄酮类化合物与铝离子形成稳定的配合物,则吸收带Ⅰ会明显产生红移,同时吸光度也大大增加,但由于干扰成分使吸收峰不对称给定量分析造成一定的影响。文章采用三波长-光谱法测定沙棘果汁中黄酮的含量,有效地消除了随浓度不同产生的本底漂移及吸收峰不对称给定量分析造成的影响,并校正了基于干扰组分的吸收光谱具有线性吸收产生的基线倾斜,实验结果,回归方程为: ΔA=-0.007 03＋0.000 48ｃ,相关系数r=0.999 1,黄酮的浓度在0～800 (μg·mL-1)范围内,分别在波长为λ₁=495 nm, λ₂=415 nm, λ₃=368 nm处测吸光度时,则ΔA与浓度ｃ之间呈良好的线性关系,可按标准曲线法进行定量分析。本法的回收率为97.0%～101.0%, 变异系数小于0.058%(n=9)。方法的准确度与精密度均令人满意,而且操作简便易行。     

采用DNA和蛋白质吸收带的Kubelka-Munk光谱函数检测人胃癌

采用DNA和蛋白质吸收带的Kubelka-Munk光谱函数对离体的人正常胃、未分化胃腺癌、胃鳞状细胞癌和低分化胃腺癌的上皮组织进行鉴别诊断。实验采用带积分球附件的分光光度计获取组织的漫反射光谱。结果表明：在250～650 nm,人胃的上皮组织的癌变导致未分化胃腺癌、胃鳞状细胞癌和低分化胃腺癌等的上皮组织的Kubelka-Munk光谱函数f(r∞)及其对数log[f(r_∞)]的平均值在DNA吸收带(260 nm)处都有非常显著性的差异,其差异分别为68.5%(p＜0.05),146.5%(p＜0.05),282.4%(p＜0.05)和32.4%(p＜0.05),56.0%(p＜0.05),83.0%(p＜0.05)。人胃的上皮组织的癌变导致未分化胃腺癌、胃鳞状细胞癌和低分化胃腺癌等的上皮组织的Kubelka-Munk光谱函数f(r_∞)及其对数log[f(r_∞)]的平均值在蛋白质的吸收带(280 nm)处也都有非常显著性的差异,其差异分别为86.8%(p＜0.05),262.9%(p＜0.05),660.1%(p＜0.05)和34%(p＜0.05),72.2%(p＜0.05),113.5%(p＜0.05)。人胃的上皮组织的癌变导致未分化胃腺癌、胃鳞状细胞癌和低分化胃腺癌等的上皮组织的Kubelka-Munk光谱函数f(r_∞)及其对数log[f(r_∞)]的平均值在β-胡萝卜素吸收峰(480 nm)处也有着显著的差异性,其差异分别为59.5%(p＜0.05),73%(p＜0.05),258.9%(p＜0.05)和118.7%(p＜0.05),139.2%(p＜0.05),324.6%(p＜0.05)。可见,人胃上皮组织的癌变导致其DNA、蛋白质和β-胡萝卜的含量都发生了显著的变化。这结论为快速、低成本、非入侵的胃癌的光活检及鉴别诊断胃癌提供有益参考。     

三指标值法快速筛查不合格植物油

通过测定南方地区常用的花生油、玉米油、菜籽油、大豆油、葵花油、茶籽油、橄榄油等植物油以及地沟油和过期植物油的A3005(代表不饱和度)、A₉₈₅(代表共轭脂肪酸含量)、A₉₆₀+A₉₈₅(代表反式脂肪酸含量)三个指标值,得到了合格植物油三个指标值设定范围。在此基础上,建立快速筛查不合格植物油(过期、添加低价油、添加地沟油)的方法,有效地提高了植物油的监控效率。利用该法筛查出的若干疑不合格油,通过脂肪酸构成法和11, 12, 13, 17脂肪酸含量判定法等,均证实它们是掺杂油或过期油,几种检测方法的结合应用,可进一步推断植物油不合格的原因。     

土壤水分对近红外光谱实时检测土壤全氮的影响研究

利用近红外光谱技术实时预测土壤全氮含量是精细农业的研究热点之一,但是由于土壤水分在近红外波段的吸收系数较高,影响了土壤全氮含量的实时预测精度。使用布鲁克MATRIX_I傅里叶近红外光谱分析仪对不同土壤水分的土壤样本进行了近红外光谱扫描,定性和定量的分析了土壤水分对近红外光谱的影响,并提出了一种消除土壤水分对土壤全氮含量预测影响的方法。近红外光谱扫描结果显示在同一全氮含量水平下,随着土壤水分含量的增加,光谱吸光度呈逐渐上升的趋势,且变化趋势为非线性。通过对1 450和1 940 nm两个水分吸收波段的差分处理,设计了水分吸收指数MAI（moisture absorbance index）,再对土壤按照水分含量梯度进行分类,提出了相应的修正系数。修正后的6个土壤全氮特征波段处(940,1 050,1 100,1 200,1 300和1 550 nm)的土壤吸光度值作为建模自变量,使用BP神经网络建立了土壤全氮预测模型,模型的R_C,R_V,RMSEC,RMSEP和RPD分别达到了0.86,0.81,0.06,0.05和2.75;与原始吸光度所建模型相比较模型精度得到了显著提高。实验结果表明本方法可以有效地消除土壤水分对近红外光谱检测土壤全氮含量预测的影响,为土壤全氮含量实时预测提供了理论和技术支持。     

常温高压下碳酸根离子的拉曼谱峰标定压力初探

在准静水压的条件下,利用碳化硅压腔和显微拉曼光谱原位测量技术,在0～1.7 GPa压力范围测定22 ℃高压下三种不同的H₂O-Na₂CO₃体系(1.5,2.0,2.5 mol·L-1)中CO2-₃的对称伸缩振动ν_{1 066}拉曼谱峰的变化。结果表明,在室温条件下,碳酸根的ν_{1 066}峰的拉曼位移随着压力的增大而线性增加。三种浓度下ν_{1 066}峰的拉曼位移与压力的拟合直线彼此接近,斜率误差小于1%,偏差小于系统误差,因此在实验误差范围内碳酸根浓度对ν_{1 066}峰随压力变化的行为不存在影响。经过数据拟合得到公式：p/MPa=174.13 Δν_{1 066}/cm-1—59.03(Δν_{1 066}=ν_{1 066}-ν_{1 066}0,ν_{1 066}0为体系零压时碳酸根离子ν_{1 066}峰的拉曼位移)。此公式可以用于常温下在含有纯碳酸钠体系中的压力标定。     

基于CASI高光谱数据的作物叶面积指数估算

叶面积指数(LAI)的快速估算对于及时了解作物长势、病虫害监测以及产量评估具有重要意义。利用2012年7月7日在黑河流域张掖市获取的CASI高光谱数据,精确提取出了不同作物的光谱反射率,同时结合地面实测数据,对比分析了宽波段和“红边”植被指数在估算作物LAI方面的潜力,在此基础上,基于波段组合算法,筛选出作物LAI估算的敏感波段,并构建了两个新型光谱指数NDSI和RSI,最后对研究区域作物LAI的空间分布进行了分析。结果表明,在植被覆盖度较低的情况下,宽波段植被指数NDVI对LAI具有较好的估算效果,模型的精度R2与RMSE分别为0.52,0.45(p<0.01);对于“红边”植被指数,由于CI_{red edge}充分考虑了不同的作物类型,其对LAI的估算精度与NDVI一致;利用波段组合算法构建的光谱指数NDSI_{(569.00, 654.80)}和RSI_{(597.6, 654.80)}对LAI估算的效果要优于NDVI与CI_{red edge},其中,NDSI_{(569.00, 654.80)}主要利用了植被光谱“绿峰”和“红谷”附近的波段,模型估算的精度R2可达0.77(p<0.000 1);根据LAI与NDSI_{(569.00, 654.80)}之间的函数关系,绘制作物LAI的空间分布图,经分析,研究区域的西北部LAI值偏低,需增施肥料。研究结果,可为农业管理部门及时掌握作物长势信息、制定施肥策略提供技术支持。     

紫外可见光谱及成像方法研究二妙丸药物对高尿酸血症疗效的影响

采用黄嘌呤及氧嗪酸钾联合腹腔注射的方法建立符合人体高尿酸血症发病机制的稳定动物模型,比较二妙丸水提物苍术和黄柏比例分别为1∶1,1∶2和2∶1的水提物(含生药360 mg·mL-1)及二妙丸 (360 mg·mL-1) 分别连续灌胃给予大鼠两周后,评价药物对高尿酸血症的治疗和保护作用。利用紫外可见分光光度法检测了血清及肝脏中黄嘌呤氧化酶(XOD)的活性变化。在570 nm处进行测定,结果显示,模型组与各组相比,血清中XOD活性显著升高(p<0.01),肝脏中XOD活性无显著差异(p>0.05),但各给药组与模型组相比血清和肝脏中XOD活性均显著降低(p<0.01),其中苍术和黄柏比例为1∶2的组方疗效最为显著。对肾脏石蜡切片应用苏木精-伊红染色法(HE染色)及马松三色染色法(Masson染色)进行染色,光镜下观察模型组及各给药组肾小球的形态变化及肾小管间质的纤维化程度。结果表明,模型组肾小球萎缩、血管袢分辨不清、出现一定程度的炎细胞浸润、肾间质纤维化等现象。各给药组与模型组比较,肾小球萎缩、炎细胞浸润、纤维组织生成等均有所改善。纤维化面积结果显示,模型组与各组相比纤维化程度显著升高(p<0.01或p<0.05),但与二妙丸组的差异性低于其类方给药组(p<0.05),其中苍术和黄柏比例为1∶2的组方疗效最显著。本实验以肾损伤和黄嘌呤氧化酶活性两个方面为考察指标,对高尿酸血症的治疗和保护作用进行评价,为后续二妙丸类方药物的开发提供科学依据。     

黑龙江穆棱地区宝石级石榴石的宝石学及谱学特征

对黑龙江穆棱新生代玄武岩产出的宝石级石榴石进行了宝石学常规测试、电子探针测试、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱测试,以获得该区石榴石的宝石学特征和谱学特征。化学成分分析表明,该区石榴石为镁铝榴石,含有Fe,Ca,Mn,Cr,Ti等杂质元素。其平均晶体结构化学式为 (Mn_0.022Ca_0.455, Fe2+_0.720, Mg_1.793)_∑=2.990(Ti_0.003Cr_0.009Fe3+_0.062Al_1.951)_∑=2.025(SiO₄)₃。拉曼光谱分析表明该区石榴石存在混合相,由石榴石桥氧振动引起的拉曼位移峰反映出该特征。镁铝榴石桥氧弯曲振动拉曼位移峰位于560 cm-1(A₁g模)和641 cm-1(E_g+F₂g模),钙铝榴石和铁铝榴石桥氧弯曲振动E_g+F₂g模形成的拉曼位移峰分别位于507和486 cm-1。官能团区红外光谱显示该区镁铝榴石中不存在分子水,但少数镁铝榴石中存在少量的结构水,它们在3 585,3 566和3 544 cm-1处形成阶梯状的弱小吸收峰。该区镁铝榴石多为褐红色,其颜色由杂质离子Cr3+,Fe3+,Mn2+产生。紫外-可见吸收光谱显示,Fe3+的电子跃迁致570,521和502 nm吸收峰,Mn2+的电子跃迁致460和430 nm吸收峰,Cr3+电子跃迁致690和367 nm吸收峰。