Molecular Switching in the Near Infrared (NIR) to Visible/NIR f-f emission with a Functional-Lanthanide Complexes

We report the first observation of three photon induced NIR emission (890-1,400 nm) with NIR excitation (800 nm) from a newly synthesized organic neodymium complex with known molecular structure, suggests the potential use of lanthanide probes for use in three-dimensional imaging and further the study of multi- photon induced emission process in organic-lanthanide complexes.     

结合小波变换与微分法改善近红外光谱分析精度

微分法可以有效消除光谱背景和基线漂移,同时会增加光谱噪音;小波变换具有很好的去噪功能,章将微分法和小波变换结合用于重整汽油辛烷值近红外光谱分析。考察了微分噪音对辛烷值分析精度的影响以及小波去噪对微分光谱的噪音扣除以及对辛烷值分析精度改善情况。结果表明,微分光谱可以扣除原始光谱的基线漂移,提高分析精度,同时增加光谱的噪音;噪音对分析精度影响很大。微分光谱经过小波去噪处理后信噪比增加,辛烷值分析精度得到改善。     

基于近红外的奶粉品质检测技术研究

奶粉种类繁多且检测的理化指标较多,为了进一步简化近红外光谱检测技术在奶粉生产过程中的应用步骤,文章首次提出了建立包含不同种类奶粉样品集的6个指标：酸度、脂肪、乳糖、蔗糖、蛋白和灰分的近红外模型,用于奶粉质量控制。该文采用全谱分析结合模型优化方法研究,分别建立了该混合奶粉样品集的6个指标的近红外模型。实验表明：除酸度外,该研究所建立混合奶粉的其他理化指标的近红外定标模型具有较好的稳定性和预测能力(RSD<10%,RPD>3)。因此该方法的提出可以简化近红外技术在奶粉定量分析中的步骤。     

基于近红外光谱的玉米籽粒CNCPS组分分析及预测研究

试验旨在研究应用近红外光谱技术快速测定玉米籽粒粉末CNCPS组分的可行性。65个样品来自黑龙江省,选用偏最小二乘法(PLS)为建模方法,采用二阶导数和Norris导数滤波法处理光谱数据后,建立了玉米籽粒粉末中干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(Fat)、粗灰分(Ash)、淀粉(Starch)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、可溶性蛋白(SP)、酸性洗涤不溶蛋白(ADIP)和中性洗涤不溶蛋白(NDIP)等的近红外预测模型。其中DM,CP,Fat,Ash,Starch,NDF和ADF的决定系数分别为0.974 3,0.968 3,0.947 8,0.909 8,0.977 7,0.935 4和0.926 9,标准差(SD)与预测均方根(RMSEP)的比值(SD/RMSEP)值分别为3.96,4.78,3.75,4.25,4.13,3.88和3.12。SP的决定系数为0.857 5,SD/RMSEP值为3.06。ADIP和NDIP的决定系数分别为0.531 9和0.683 3,SD/RMSEP值分别为5.50和2.85。试验结果表明,近红外技术可以用于玉米籽粒粉末CNCPS组分的快速测定,但降低ADIP和NDIP测定误差有待进一步研究。     

Preparation and Properties of Polyethylene Terephthalate (PET)/Near Infrared Reflective Pigment (NIR) Composites

A near infrared reflective (NIR, nickel antimony titanium yellow rutile) pigment filler was incorporated into a polyethylene terephthalate (PET) matrix via a melt blending approach to increase the infrared reflection of PET and limit the thermal heat accumulation in light of environmental and energy conservation concerns. Two different types of surface modifiers, polyethylene glycol (PEG) and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), were used to modify the NIR surface, as NIR–PEG and NIR–CTAB fillers, to investigate the surface modification effect. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), a Zetasizer, and electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) results suggested a successful adsorption of the organic modifiers onto the NIR surface. Thermogravimetric analysis indicated a higher adsorption degree for the CTAB modifier than the PEG modifier due to the electronic interaction between CTAB and NIR. The thermal crystallization temperature (T_c) for neat NIR-filled samples decreased with increasing NIR content within the PET matrix at first, up to 9°C, but then tended to increase again up to a measurable difference of 6°C with respect to pure PEG, indicating the promotion of the crystallization kinetics of the neat NIR within the PET matrix. On the other hand, a decrease in T_c for all NIR-CTAB or NIR-PEG loadings was found, with the depression close to 10°C for all NIR-CTAB samples regardless of the loading. CTAB modified NIR gave the highest improvement in tensile strength and strain at break in comparison with NIR and NIR-PEG filled samples. The near infrared reflection values of modified PET were higher than those of neat PET. The reflection values appeared to be the highest for some concentrations of the NIR-CTAB filled samples, but were of similar orders of magnitude with those for NIR or NIR-PEG filled samples.     

应用近红外反射和透射光谱法鉴定玉米杂交种的纯度

探索使用近红外反射和透射光谱法(波长范围908.1~1 677.2 nm)鉴定玉米杂交种纯度,并对两种方法进行比较。对光谱进行一阶导数、矢量归一化的预处理后,使用主成分分析(PCA)和正交线性判别分析(OLDA)提取光谱特征,使用支持向量机(SVM)分别建立两个玉米品种(农华101和京玉16)的种子纯度鉴定模型。反射近红外光谱建立的农华101和京玉16的正确鉴定率分别为100%和90%。但反射光谱法受种子摆放位置的影响很大,胚面和非胚面光谱有较大差异。透射光谱法建立的京玉16和农华101纯度鉴定模型的正确鉴定率均为98%,胚面和非胚面的光谱相似度很高。结果表明,利用近红外反射和透射光谱法鉴定玉米杂交种纯度是可行的;透射光谱法更适于分析单籽粒玉米种子。     

近红外光谱定量分析的改进ELM算法

极限学习机理论(extreme learning machine, ELM)作为一种新的化学计量学方法,在近红外光谱定量分析中的应用研究,已引起学术界的高度重视。然而,由于光谱数据维数较高,建立ELM模型时需要大量的隐节点,导致隐含层输出矩阵维数高且存在高度共线性,用现有的Moore-Penrose广义逆算法求取隐含层输出矩阵与待测性质间的回归模型往往会存在病态问题。基于ELM建立光谱波长变量与性质之间的回归模型,提出以ELM模型隐含层输出矩阵作为新的变量,采用作者最新提出的基于变量投影重要性的改进叠加PLS算法(stacked partial least squares regression algorithm based on variable importance in the projection,VIP-SPLS),建立新变量与待测性质间的回归模型。VIP-SPLS算法充分利用了每个隐节点的输出信息,能有效解决高维共线性问题,同时具有模型集成的优点,从而改进了ELM模型的性能。将提出的改进ELM算法(improved ELM,iELM)应用于标准近红外光谱数据集,结果表明iELM模型的精度相对于现有的PLS模型和ELM模型分别显著提升了29.06%和27.47%。     

Novel Fluorophores as Building Blocks for Optical Probes for In Vivo Near Infrared Fluorescence (NIRF) Imaging

Aiming at the identification of new fluorescent reporters for targeted optical probes, we assessed the application-relevant features of a novel asymmetric cyanine, DY-681, in comparison to the only clinically approved dye indocyanine green (ICG), the golden imaging standard Cy5.5, and the asymmetric cyanine DY-676 successfully exploited by us for the design of different contrast agents. This comparison included the analysis of the spectroscopic properties of the free fluorophores and their thermal stability in aqueous solution as well as their cytotoxic potential. In addition, the absorption and emission features of IgG-conjugated DY-681 were examined. The trimethine DY-681 exhibited spectral features closely resembling that of the pentamethine Cy5.5. Its high thermal stability in phosphate buffer saline (PBS) solution in conjunction with its low cytotoxicity, reaching similar values as determined for Cy5.5 and DY-676, renders this dye more attractive as ICG and, due to its improved fluorescence quantum yield in PBS, also superior to DY-676. Although in PBS, Cy5.5 was still more fluorescent, the fluorescence quantum yields (Φ _f) of DY-681 and Cy5.5 in PBS containing 5 mass-% bovine serum albumin (BSA) were comparable. Labeling experiments with DY-681 and the model antibody IgG revealed promisingly high Φ _f values of the bioconjugated dye.     

近红外波段CO2分子弛豫动力学效应对光声信号的影响

介绍了一种基于低功率的分布反馈式(DFB)半导体激光器和自行设计的一阶纵向共振光声池构成的共振光声光谱测量系统.该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点.通过对光声池的性能进行的研究,实验研究和理论分析具有很好的一致性;系统地研究了近红外1.573μm附近分子弛豫效应对光声探测CO2信号的影响,并给出了相应的理论分析,表明利用分子弛豫效应可有效地提高系统探测灵敏度.     

内蒙古草原拜仁达坝矿区地表土壤的X射线衍射和近红外光谱分析

在内蒙古草原拜仁达坝矿区上部的地表覆盖层中均匀采集土壤样品,用X射线衍射和近红外光谱技术对样品进行分析测试,旨在探讨草原矿区土壤成分来源及其与地下岩体的关系。结果表明,该土壤样品主要由石英、石墨、碳酸盐、角闪石、云母、绿泥石、蒙脱石、伊利石、块磷铝矿、硬水铝石、蓝铜矿、赤铁矿等组成,说明了地表土壤成分不仅来源于地表岩体风化产物,与地下岩体及其围岩蚀变作用更加密切相关。土壤中所含蓝铜矿和赤铁矿主要来源于矿体氧化带,可作为找矿标志;蚀变矿物组合主要为绿泥石-伊利石-蒙脱石,推测该区域大致经历了钾化→硅化、碳酸盐化→绢云英岩化→泥化的蚀变过程。通过分析蚀变矿物组合,可以还原围岩蚀变及物理风化过程,为深部找矿以及矿床成因研究提供了重要的参考信息,提高了找矿的成功率。X射线衍射和近红外光谱技术用于矿物、矿床研究方面,有着经济、快速的特点,能很好的鉴定矿区地表土壤中的矿物成分。尤其是近红外光谱分析技术对样品要求低,可以对样品进行快速批量的分析,具有其独特的优越性。随着近红外技术的发展,其在地质领域中将有越来越广泛的应用,并且能在找矿勘探中发挥重要的作用。     

Metastructures for the Giant Enhancement of Raman Scattering in the Near Infrared Spectral Range

JETP Letters - It has been found experimentally that the filamentation of a femtosecond pulse with a central wavelength of 1.3 µm in a mixture of nitrogen at a pressure of 30 bar and water...     

近红外光谱和特征光谱的山茶油掺假鉴别方法研究

山茶油素有"东方橄榄油"美誉,实现掺假山茶油的鉴别具有重要实用价值,采用近红外光谱技术对掺有葵花油的山茶油进行检测。分别以1%,5%,10%为梯度制备掺假比例不同的山茶油样品,并根据掺假比例将其分为A组(0%~5%)和B组(6%~10%)共11个样品,C组(15%~40%)6个和D组(50%~100%)6个样品。将每个掺假样品充分混匀后再分为9份,依次采集其1 000~2 500nm范围的吸收光谱,共获得207条光谱曲线。每组样品的光谱数据按2∶1随机分为训练集与验证集。经去除首尾噪声后,通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)降维,并利用前四个主成分建立了鉴别山茶油不同掺假等级的主成分-支持向量机判别模型,训练集与验证集的总体判别准确率分别达96.38%和94.20%;进一步,通过对前四个主成分的载荷系数的分析,并结合原始光谱,提取建模过程中权重较大的波长并解析其化学含义,最终确定出五个特征波长:1 212,1 705,1 826,1 905及2 148nm,以此波长重新建立近红外特征光谱山茶油掺假等级判别模型,对训练集与验证集的总体判别准确率也达到了94.20%和92.75%。研究结果表明,利用近红外光谱和特征光谱均能够较好实现山茶油掺假等级的鉴别,同时所建立的近红外特征光谱模型也为设计相应的掺假山茶油实用便携式检测仪器提供了理论基础。     

甘蔗清糖浆锤度近红外光谱分析的模型优化

采用偏最小二乘法(PLS)和光谱Savitzky-Golay(SG)平滑方法,建立甘蔗清糖浆锤度近红外光谱分析的优化模型。基于最优单波长模型预测效果划分定标集和预测集。全谱(400—2500nm)经过SG平滑处理后用PLS方法建模。建立计算机算法平台,把483种SG平滑模式和1—40的PLS因子数任意组合分别建立PLS模型,根据预测效果选出最优模型,最优模型的SG平滑模式为二阶导数平滑、4、5次多项式类型、43平滑点数,PLS因子数为13,预测均方根偏差(RMSEP)、相对预测均方根偏差(RRMSEP)和预测相关系数(rP)分别为0.433%、0.69%和0.978。预测精度很高,并且大幅度优于未做SG平滑处理直接PLS建模的预测效果。从而表明,SG平滑模式和PLS因子数的联合大范围筛选能够有效地应用于近红外光谱分析的模型优选。     

基于光谱技术鉴别机油品种的新方法

提出了一种用可见-近红外透射光谱技术快速鉴别机油品种的新方法,应用可见-近红外光谱仪测定三种机油的光谱曲线,然后用主成分分析法对不同品种的机油样本进行聚类分析,并获取机油可见-近红外光谱的特征信息,再结合多类判别分析技术建立机油占占种鉴别的模型.对经过预处理的光谱数据进行主成分分析.结果表明,以样本在第一主成分和第二主成分卜的得分做出的二维散点图,对不同种类机油具有很好的聚类,能定性区分不同种类机油;经过主成分分析得到的前8个主成分的累积可信度已达95.38%,说明这8个变量能够代表绝大部分原始光谱的信息.从180个样本中随机抽取150个样本用于建立多类判别分析品种鉴别模型,余下的30个样本用于验证.对未知的30个样本进行品种预测,准确率为100%.证明本方法具有明显的分类和鉴别作用,为不同品种的机油鉴别提供了一种新方法.     

氪原子的近红外吸收光谱的研究

本文利用浓度调制的万法测量了氪原子在11870～12700 cm~(-1)波段的高分辨连续吸收光谱.在实验中,通过对氪气和氦气混合气体进行放电的方法制备氪原子.总共测量了120根氦原子吸收谱线,其中33根谱线是已被报道过的,45根新测量的谱线可以通过已知的氪原子能级进行标定,其它剩下的42根新测量的谱跃迁线根据已知的氪原子能级信息尚无法进行标定.本次实验中的这些未知的42根氪原子的跃迁谱线,可以推断氪原子有尚未被报道或测量过的原子能级存在.本文同时对如何用"Classification"计算软件分析未知氪原子谱线的可能存在的能级进行了演示.     

Traceability in Fluorometry: Part II. Spectral Fluorescence Standards

The need for the traceable characterization of fluorescence instruments is emphasized from a chemist’s point of view, focusing on spectral fluorescence standards for the determination of the wavelength- and polarization-dependent relative spectral responsivity and relative spectral irradiance of fluorescence measuring systems, respectively. In a first step, major sources of error of fluorescence measurements and instrument calibration are revealed to underline the importance of this issue and to illustrate advantages and disadvantages of physical and chemical transfer standards for generation of spectral correction curves. Secondly, examples for sets of traceable chemical emission and excitation standards are shown that cover a broad spectral region and simple procedures for the determination of corrected emission spectra with acceptable uncertainties are presented. With proper consideration of the respective measurement principle and geometry, these dye-based characterization procedures can be not only applied to spectrofluorometers but also to other types of fluorescence measuring systems and even to Raman spectrometers.     

改进团队进步算法的近红外光谱波长筛选

针对近红外光谱波长选择问题,在团队进步算法(TPA)的基础上,提出一种改进团队进步算法(iTPA)的波长变量选择方法,将分子光谱的波段按照与其相应的理化值建模得到的评价值函数大小降序排列,顺序分为精英组、普通组和垃圾回收组。当新生波段选择学习行为时,若其产生于普通组,则需要向精英组样板的方向调节;若其产生于精英组,则需要改进其更新方向,向垃圾回收组样板的反方向调节。垃圾回收组成员的评价值不像精英组和普通组随着更新的过程一直上升,而是一直处于极低的状态,为产生于精英组的新生波段在学习时提供一个准确的更新方向,从而提升算法的全局寻优能力。通过不断的迭代更新,逐步提升整体评价值,最终选取评价值最高的波段作为筛选波段。该算法对玉米的淀粉和蛋白质含量数据集进行了实验测试,并与TPA、遗传算法(GA)、主成分分析(PCA)以及全谱方法进行了对比。实验结果表明,所提算法能够找出全谱范围内波长的最优组合,并且可以解释各含量的化学特性。玉米淀粉数据集运行的效果相比于全光谱,变量个数从700个减少到17.55个左右（50次试验求平均）,模型的RMSEC从0.335 7降到0.260 9,校正集预测精度提升了22.3%,模型的RMSEP从0.391 4下降到0.334 4左右,预测集预测精度提升了14.6%;在玉米蛋白质数据集运行的效果相比于全光谱,变量个数从700个减少到19.6个左右（50次试验求平均）,模型的RMSEC从0.147 4降到0.101 9,校正集预测精度提升了30.1%,模型的RMSEP从0.178 9下降到0.117 7,预测集预测精度提升了34.2%。     

Super-Achromatic Quarter-Wave Phase Retarder for Visible,Near Infrared,and Short Wave Infrared Region Applications

Optics and Spectroscopy - Phase retarders are essential components in optical system design as they can control the phase shifts associated with the vector components of incoming light waves and...     

基于逐步回归法的近红外光谱信息提取及模型的研究

基于多元线性回归的逐步分析算法 ,依据小麦粉的近红外吸收特性机理 ,对小麦粉的近红外光谱(10 0 0～ 2 5 0 0nm)划分三波段 (Ⅰ :10 0 0～ 14 0 0nm ;Ⅱ :14 0 0～ 186 0nm ;Ⅲ :186 0～ 2 5 0 0nm) ,并进行了各波段的光谱信息提取 ,确定了回归特征波长 ,对不同波段建立的回归模型进行了比较 ,给出了各段回归的最佳数学模型。通过对小麦粉近红外谱的信息提取及蛋白质成分的定量分析 ,比较和讨论了不同波段所建模型对小麦粉蛋白质含量的近红外分析结果 ,在应用中有一定的参考价值。     

子宫内膜癌组织近红外光谱预处理与波段选择研究

应用近红外光谱技术对子宫内膜组织病理切片进行快速无损检测。收集了154样品光谱,其中正常样本的个数36个,增生的60个,癌变的58个。由于原始光谱中包含大量干扰信息,所以光谱预处理方法和波段选取的方法在近红外光谱分析中占有非常重要的地。利用多种预处理方法,包括一阶导数、多元散射校正、多项式最小二乘拟合求导、标准归一化、平滑、移动窗口中值滤波,对样品光谱进行了预处理。利用标准偏差谱来选取最优波段,选取的最优波段范围为4 000~6 000 cm-1。然后用处理后的光谱数据进行主成分分析,分类准确率达到100%。研究结果表明近红外光谱技术结合化学计量学方法可以作为一种癌症快速诊断的新技术,对于癌症的早期诊断和癌症组织的恶化过程研究具有重要的意义。