基于地对空观测光谱的大气CO2柱浓度反演分析

基于地对空高光谱观测获取大气CO₂柱浓度(大气中CO₂的垂直总含量)数据是验证和改进卫星高光谱观测反演CO₂浓度的重要数据源之一,而目前在中国还没有基于地面光谱观测进行大气CO₂柱浓度反演研究的报告。利用光谱分析仪与太阳跟踪仪等构成的地面观测系统在中国内蒙古锡林郭勒草原进行了地对空高光谱观测,基于高光谱观测数据反演了大气CO₂柱浓度。在基于1.6 μm大气CO₂的光谱吸收特征进行CO₂浓度反演过程中,评价分析了观测光谱的波长漂移和气象参数对大气CO₂柱浓度反演精度的影响。结果显示观测期间平均大气CO₂柱浓度为390.9 μg·mL-1。波长的漂移将会导致反演浓度值整体偏低;波长漂移从-0.012～0.042 nm范围时,将会导致1 μg·mL-1以上的偏差。同时,研究发现光谱透过率在6 357～6 358,6 360～6 361和6 363～6 364 cm-1谱段敏感于气象参数的变化。对比利用与光谱观测同时和非同时观测的气象参数进行的浓度反演结果发现,非同时观测气象参数的利用引起的浓度偏差最小在0.11 μg·mL-1,最大可达4 μg·mL-1;本论文的分析结果对基于光谱反演CO₂柱浓度算法的改进有着一定的参考价值。     

水泥样品的ICP-AES法同时多组分检测研究

水泥化学分析的传统方法,实验过程冗长。本文研究了以王水+氢氟酸+高氯酸+盐酸溶样及采用水泥标准样品配制工作用标准溶液,建立了水泥样品中CaO,MgO,Fe₂O₃,Al₂O₃和TiO₂五种组分含量快速测定的等离子体发射光谱法(ICP-AES)。讨论了基体干扰、元素的光谱干扰的影响。研究了方法的检出限和精密度,方法的检出限为3.79×10-4μg·mL-1～1.07×10-2μg·mL-1,回收率为87.5%～105.6%,RSD小于1%。研究结果表明,该方法能满足快速检验的要求。     

基于GOSAT卫星数据的大气甲烷反演误差分析及校正

大气甲烷(CH₄)高精度反演受到多种因素的影响,其中地表特征和大气状态的不确定性是重要的影响因素,如地表反射率、温度、湿度和压力廓线。地表反射率受到诸多因素的影响,难以获得精确的数据,会给反演结果带来较大误差。温度、湿度和压力廓线的不确定性亦是反演误差的重要来源,由此产生的系统误差难以避免,单独利用CH₄吸收带进行反演难以消除此种误差。针对各种参数不确定性的影响,本文提出比值光谱法和CO₂吸收带校正法进行校正。比值光谱法通过将绝对辐亮度谱转化为比值光谱,抑制地表反射率在反演过程中的作用。CO₂吸收带校正法利用CO₂ 1.61 μm吸收带,将CH₄柱含量转化为CH₄体积混合比,校正温度、湿度和压力廓线不确定性引起的系统误差。通过将两种校正方法结合,可同时抑制地表反射率和温度、湿度、压力廓线不确定性产生的影响,减小反演误差。利用温室气体观测卫星(GOSAT)的观测数据进行大气CH₄反演,采用比值光谱法和CO₂吸收带校正上述误差,结果显示校正后的CH₄体积混合比与GOSAT-Level2产品相当接近,反演精度可达-0.24%,反演结果较为稳健可靠。研究表明,比值光谱法和CO₂吸收带校正法可有效校正地表特征和大气状态参数不确定性引起的误差,提高大气CH₄反演精度。     

微孔板结合化学发光法快速测定覆盆子中总糖蛋白的抗氧化活性

在碱性条件下,覆盆子总糖蛋白对鲁米诺-过氢化氢、鲁米诺-邻苯三酚-氢氧化钠和鲁米诺-硫酸铜-过氧化氢化学发光体系具有明显的抑制作用。基于这一特点,本文将微孔板与化学发光法结合,在优化条件下,建立了覆盆子总糖蛋白清除H2O2、O2-和.OH自由基能力的快速检测方法,结果表明该方法具有样品用量少、操作简单、检测速度快等优点,适用于药物中有效成分的活性检测及筛选。     

基于脉冲CO2激光锡等离子体光刻光源的极紫外辐射光谱特性研究

研究了不同条件下脉冲放电CO₂激光烧蚀平板锡靶产生的等离子体极紫外辐射特性, 设计并建立了一套掠入射极紫外平焦场光栅光谱仪, 结合X射线CCD探测了光源在6.5～16.8 nm波段的时间积分辐射光谱,得到了极紫外光谱随激光脉宽, 入射脉冲能量及背景气压的变化规律。实验结果发现：入射激光脉冲能量在30～600 mJ变化时,极紫外辐射光谱的强度随辐照激光脉冲能量的增加而增加, 但并不是线性关系, 具有饱和效应, 且产生极紫外辐射的脉冲能量阈值约为30 mJ,当激光脉冲能量为425 mJ时具有最高的转换效率,此时中心波长13.5 nm处2%带宽内的转换效率约为1.2%。激光脉冲半高全宽在50～120 ns范围内变化时, 极紫外辐射光谱的峰值位置均位于13.5 nm,光谱形状几乎没有什么变化, 但是脉宽从120 ns变到52 ns后,由于激光功率密度的提高,极紫外辐射强度也随之增强了约1.6倍。极紫外光谱的强度随背景气压的增大而迅速下降, 当腔内空气气压为200 Pa时, 极紫外辐射光子几乎被全部吸收,而当缓冲氦气气压为7×104 Pa时,仍能够探测到微弱的极紫外辐射信号,计算表明100 Pa的空气对13.5 nm极紫外光的吸收系数为3.0 m-1,而100 Pa的He气的吸收系数为0.96 m-1。     

大气CO2反演的地表反射率影响分析与比值反演方法

近红外波段空基大气CO₂反演是一个病态问题,地表特征的不确定性是其重要的影响因素之一。针对大气CO₂高精度反演的需求,研究了地表反射率两大不确定性因素对大气CO₂反演的影响程度,提出了比值光谱法对这种影响进行校正。比值光谱法中CO₂无吸收通道(off-line)的选择至关重要,通过比较和分析多种off-line通道的选择方法,发现多通道多点平均法因多数据平均可降低随机误差的优势,获得的off-line通道对应的反演精度最高,而且离散程度也小。比值光谱法结合多通道多点平均法选取出的off-line通道对地表反射率的不确定性影响有明显的校正效果,有利于大气CO₂反演精度的提高。     

地下储存CO2 泄漏胁迫下地表植被光谱变化特征及识别研究

随着全球气候变暖,减少温室气体排放成为全世界所关注的问题,而碳捕捉与储存(carbon capture and storage,CCS)技术可以减少温室气体CO₂排放量,但储存在地下的CO₂有泄漏的风险。本工作的目的是通过野外模拟实验,研究地表植被(甜菜)在CO₂轻微泄漏胁迫下其叶片叶绿素含量、水分含量及光谱变化特征,结果表明CO₂泄漏胁迫的甜菜叶绿素与叶片含水量明显降低,叶片反射率在550 nm减小,而在680 nm增大。设计了比值指数R₅₅₀/R₆₈₀进行识别CO₂泄漏胁迫的甜菜,发现该指数能够在胁迫发生7天后识别出胁迫的甜菜,且该指数具有较强的敏感性、稳健性及识别能力。研究结果对于未来CCS项目选址、地表生态监测评估、遥感监测CO₂泄漏点等都具有重要的现实意义与应用价值。     

稀土掺杂长余辉发光玻璃的研究

分别采用空气气氛和还原气氛,制备了稀土Eu₂O₃,Dy₂O₃掺杂的铝硅酸盐玻璃,利用荧光光谱仪对样品进行了测试。结果表明：空气气氛条件下制备的铝硅酸盐玻璃样品均不具备长余辉发光性能, 其激发光谱和发光光谱均是Eu3+的5D_i(i=0, 1)→7F_j(j=0～4)跃迁的典型光谱。经还原气氛处理后,单掺和双掺的铝硅酸盐玻璃样品均具有长余辉发光现象,单掺Eu2+的发光峰位于462 nm,而双掺Eu2+和Dy3+的发光峰位于457 nm,且双掺Eu2+和Dy3+的样品陷阱能级较深,样品的发光持续时间长达12 h以上。     

Zn元素替代对MgGa2O4∶Cr3+的结构和发光性能的影响

采用高温固相法按化学式Zn_xMg_(1-x)Ga₂O₄∶Cr3+(x=0,0.2,0.6,0.8,1.0)配比原料制备了一系列红色长余辉发光材料。X射线衍射(XRD)分析表明样品物相均为面心立方结构。光致发光特性表明样品的红光发射峰均由以Cr3+为发光中心的电子2E—4A₂跃迁所致,Cr3+的激发带与基质发射带之间有大面积重叠,两者间存在有效的能量传递。余辉衰减曲线与热释光谱分析表明,不同Zn掺入量的样品余辉衰减快慢不同,是由于其中存在的陷阱能级深度不同,且陷阱能级越深,其余辉时间越长。     

基于三光谱带的大气散射效应校正方法

大气散射效应作为CO₂反演的主要误差源,严重影响了全球大气CO₂卫星产品的应用研究。气溶胶作用以及气溶胶与地表综合作用是大气散射的重要来源。基于O₂-A,CO₂ 1.6和2.06 μm三个光谱带中的强、弱吸收峰和连续谱,从大气气溶胶光学厚度和地表反照率的角度,分析三光谱带具有的相关信息,提出改进的全物理反演方法,对相关性很强的气溶胶光学厚度和地表反照率这两个散射相关参数进行同步反演,实现大气CO₂反演中的散射效应校正。模拟计算气溶胶影响、气溶胶和地表反照率两者综合影响导致的CO₂反演误差,并进行校正,极端情况下导致的8% CO₂反演误差可校正到1% 内,气溶胶类型差异导致最高达10%的散射影响可校正到2%内,显示了方法的有效性,同时通过对校正效果的评估,表明该方法应用于卫星数据高精度反演的潜力,也指出了实际应用时需要关注的问题。     

适配体传感法快速测定啤酒中赭曲霉毒素A

应用自组装方式,构建了金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点荧光传感赭曲霉毒素A高灵敏检测方法。在pH 3.0酒石酸-HCl缓冲溶液中,巯基修饰的赭曲霉毒素A核酸适体在金纳米粒子表面自组装,形成金纳米粒子/核酸适体复合物,再在pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液中,氨基碳量子点在金纳米粒子/核酸适体复合物上自组装,形成金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系。金纳米粒子的摩尔吸光系数大、能带宽使其具有强烈的荧光猝灭功能,氨基碳量子点形成金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点后发生荧光猝灭, 此时体系的荧光为背景荧光,其强度记为F₀;由于金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系中核酸适体对赭曲霉毒素A具有特异性识别与结合功能,向金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系溶液中加入赭曲霉毒素A后,赭曲霉毒素A则与复合物中核酸适体立即发生特异性结合并释放出氨基碳量子点,体系荧光恢复,其荧光强度记为F。依据体系荧光强度的变化(F-F₀)与赭曲霉毒素A浓度之间的关系,建立赭曲霉毒素A核酸适体荧光传感检测方法。研究了金纳米粒子和核酸适体摩尔比、孵化时间、pH等因素对传感器性能的影响,确定了最优条件为金纳米粒子∶核酸适体t为1∶190、孵化时间为6 min、pH 7.0时;在最优条件下,赭曲霉毒素A浓度在0.005～1.00 ng·mL-1范围与体系荧光强度变化呈良好线性关系,线性回归方程为：F-F₀=6.499+211.6c(c为赭曲霉毒素A的浓度,单位：ng·mL-1),相关系数r为0.995 5,按3倍标准差与工作曲线的斜率的比值(3σ/k)计算,得检测限为3 pg·mL-1。在实际样品中的回收率在93.3%～108.9%,相对标准偏差小于5%,能满足啤酒样品中赭曲霉毒素A快速检测要求。对13个市售啤酒样品进行检测,其中6个样品检出赭曲霉毒素A,污染率为46.15%。受污染样品的赭曲霉毒素A含量在0.008～0.63 ng·mL-1范围。该荧光传感法检测赭曲霉毒素A具有灵敏性好、特异性高、常见真菌毒素无干扰、方法简单、快速,便于大众化推广应用的优点。     

A Sensitive Fluorimetric Method for the Determination of Epinephrine

A sensitive fluorimetric method for the determination of epinephrine (E) is described in this paper. The experiments indicate that epinephrine can react with formaldehyde (HCHO) in an acid medium to form a condensation product, which can be oxidized by potassium hexacyanoferrate(III) (K₃[Fe(CN)₆]) in borax buffer (pH = 9.5). The reaction product can emit strong fluorescence. Ascorbic acid (AA) is used in order to consume excess potassium hexacyanoferrate and stabilize the fluorescent product. Under optimum conditions, a linear relationship has been obtained between the fluorescence intensity and the concentration of epinephrine in the range of 1.4×10^–9–2.1×10^–6 mol/l, and the detection limit is 2.4×10^–10 mol/l (4.3×10^–11 g/ml, S/N = 3). The method is applied for the determination of E in both actual sample and the synthetic sample with E and norepinephrine (NE) by using the coupling technique of synchronous fluorimetry and H-point standard addition method, and the results obtained are satisfactory.     

A Machine Learning Model for the Prognosis of Pulseless Electrical Activity during Out-of-Hospital Cardiac Arrest

Pulseless electrical activity (PEA) is characterized by the disassociation of the mechanical and electrical activity of the heart and appears as the initial rhythm in 20–30% of out-of-hospital cardiac arrest (OHCA) cases. Predicting whether a patient in PEA will convert to return of spontaneous circulation (ROSC) is important because different therapeutic strategies are needed depending on the type of PEA. The aim of this study was to develop a machine learning model to differentiate PEA with unfavorable (unPEA) and favorable (faPEA) evolution to ROSC. An OHCA dataset of 1921 5s PEA signal segments from defibrillator files was used, 703 faPEA segments from 107 patients with ROSC and 1218 unPEA segments from 153 patients with no ROSC. The solution consisted of a signal-processing stage of the ECG and the thoracic impedance (TI) and the extraction of the TI circulation component (ICC), which is associated with ventricular wall movement. Then, a set of 17 features was obtained from the ECG and ICC signals, and a random forest classifier was used to differentiate faPEA from unPEA. All models were trained and tested using patientwise and stratified 10-fold cross-validation partitions. The best model showed a median (interquartile range) area under the curve (AUC) of 85.7(9.8)% and a balance accuracy of 78.8(9.8)%, improving the previously available solutions at more than four points in the AUC and three points in balanced accuracy. It was demonstrated that the evolution of PEA can be predicted using the ECG and TI signals, opening the possibility of targeted PEA treatment in OHCA.     

一种基于石墨化炭黑过滤吸附处理荧光抑制和改进系统聚类分析的轻质燃油种类拉曼光谱快速识别方法

提出了一种石墨化炭黑过滤吸附前处理抑制轻质燃油拉曼光谱荧光背景干扰的方法和一种改进的系统聚类分析算法,实现了39个样品的种类快速识别,即能自动将样品识别为0#车用柴油、0#普通柴油、97#车用汽油、93#车用汽油、90#车用汽油和3#喷气燃料等6种类型。过滤吸附处理方法是用定制的50 mg石墨化炭黑过滤吸附0.75 mL油样,然后对其进行拉曼光谱数据采集。试验结果证明：石墨化炭黑过滤吸附处理对无荧光背景干扰的3#喷气燃料和车用汽油样品拉曼光谱特征无明显影响,且能够有效抑制车用汽油和车用柴油样品的拉曼弱荧光背景干扰,以及车用汽油和普通柴油的强荧光背景干扰。改进的有监督系统聚类分析算法将普鲁克距离作为系统聚类分析中样本间相似度的评价方法;并将经典的系统聚类分析视为标准校正样品集的“建模”过程,通过计算未知样品与各类属中心向量之间的普鲁克距离,依据距离最小原则判断未知样品的类属。通过对39个具有不同拉曼荧光背景干扰特征油样的石墨化炭黑前处理和“留一法”交互验证分类识别,分析结果证明：石墨化炭黑过滤吸附前处理抑制拉曼光谱荧光背景的方法能够有效提取轻质燃油的拉曼光谱特征并应用于定性种类识别。     

Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS): A Promising Tool for Biological Research

Abstract

Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is an important biophysical technique. FCS is currently being used in many areas of biology to solve several scientific problems. Its properties such as detection at the single molecular level, higher sensitivity, and use of lower sample volume make FCS a promising molecular diagnostic tool. The promising applications of FCS extend from DNA kinetics/dynamics studies to the comprehensive understanding of receptor–ligand interactions. In this article, we review various promising biological applications of FCS.     

一种基于3,4-二取代-1,8-萘酰亚胺和双通道响应的Cu2+荧光分子探针

设计合成了一种新型3,4-二取代-1,8-萘酰亚胺衍生物H1,在多种金属离子的水溶液中,作为铜离子的一个选择性荧光探针．该探针在甲醇和水体积比为1:1的溶液中与Cu²⁺结合,其荧光强度增强且探针的H1的吸收光谱发生红移,同时探针溶液的颜色由黄色变成粉红色．此外,探针H1与Cu²⁺结合比为1:1.     

Supercritical fluid-assisted synthesis of a carbon nanotubes-grafted biocompatible polymer composite

A nanocomposite consisting of multi-wall nanotubes (MWNTs) grafted with a biocompatible polymer poly(2-hydroxyethyl methacrylate) was prepared by in situ polymerization in supercritical carbon dioxide. The surface of the MWNTs was first surface modified with hydroxyl groups in the solution of KMnO₄ and a phase-transfer catalyst. MWNT-OH was then functionalized with vinyl groups using a silane coupling agent, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane. The silane groups can improve the dipersion of MWNTs in supercritical carbon dioxide, while the terminal vinyl groups help fabricate polymer chains on the MWNT surface. The as-synthesized products were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and thermo-gravimetric analysis. The SEM and TEM images showed that the nanotubes were well coated with the polymer shell. The composite had higher thermal stability than the pure polymer and dispersed well in methanol. This biocompatible polymer composite was prepared using a green method and is expected to be useful as a biomaterial composite with potential applications in the biological field.     

Monte Carlo simulation of carbon monoxide,carbon dioxide and methane adsorption on activated carbon

In this study, the adsorption capacity of pure and activated carbon with regard to carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO₂) and methane (CH₄) gases at 298?K and pressure from 0.01 up to 2.0?MPa has been investigated computationally. Computational work refers to Monte Carlo (MC) simulation of each adsorbed gas on a graphite model with varying density of activation sites. The Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simulation technique was employed to obtain the uptake of each adsorbed gas by considering a graphite model of parallel sheets activated by carboxyl and hydroxyl groups, as observed experimentally. The simulation adsorption data for these gases within the examined carbon pore material are presented and discussed in terms of the adsorbate fluid molecular characteristics and corresponding interactions between adsorbate species and adsorbent material. We found that the simulated adsorption uptake of the examined graphite model under these conditions with regard to the aforementioned fluids increases in the order CO?<?CH₄?<?CO₂.     

牛血清白蛋白与荧光增白剂相互作用的荧光光谱法研究

应用荧光光谱法研究了牛血清蛋白与荧光增白剂CBS-X、BBU、VBL的相互作用.通过Stern-Volmer方程、Lineweaver-BurK方程和双对数曲线进行计算,研究了FWA对BSA内源荧光的猝灭机制.FWA对BSA内源荧光的猝灭主要为静态猝灭和荧光共振能量转移猝灭.测定了荧光增白剂CBS-X、BBU、VBL对BSA的猝灭常量和扩散常量(283 K),确定了荧光增白剂与BSA结合位点数均为1.根据Frster非辐射能量转移理论,计算了BSA与荧光增白剂分子间的结合距离和能量转移效率.通过测定283 K和298 K时供体与受体分子间结合常量,计算了BSA与荧光增白剂作用的热力学参量.BSA与FWA作用的ΔH<0,ΔS>0,并以此确定了BSA 与荧光增白剂分子主要通过静电力进行作用.     

春季南黄海表层海水中二氧化碳的分布特征及其影响因素

根据2007年4月南黄海区块(SYS)表层海水中二氧化碳分压(pCO₂)的连续走航数据,结合水温(T)、盐度(S)、叶绿素 (Chla)以及pH的同步观测资料,对该海域pCO₂分布特征及其主要影响因素进行了初步探讨。分析结果表明：春季南黄海pCO₂的范围在365.2~734.9 μatm之间,平均值为548.0 μatm;最高值出现在121.5°E,33.4°N海域,最低值出现在123°E,32.3°N海域。受海水中物理、化学和生物因素的综合影响,pCO₂的分布存在较大的不均匀性,总体上表现为西部高于东部,中间高于南北两边;在苏北浅滩和鲁南海区,pCO₂与水温的变化呈正相关关系,与盐度的大小呈明显的负相关关系,而在长江入海口变化趋势则相反;此外,在整个调查海区pCO₂与叶绿素、pH基本上呈负相关关系。研究将两台检测器串联进行互校,同时利用二氧化碳标准气体对其中一台仪器进行全程校准,可连续不间断观测海水和大气中的pCO₂。该方法操作简单,获得的数据准确可靠,可为节能减排能力建设提供技术支持。