利用同步荧光光谱快速鉴别潲水油

为快速鉴别潲水油,采用三维同步荧光光谱结合平行因子法解析潲水油的特征波长差(Δλ),并利用支持向量机建立潲水油鉴别模型。结果表明,潲水油的特征Δλ为60 nm;特征Δλ下的样品原始同步荧光光谱经过主成分分析提取5个主成分,以径向基函数(RBF)为核函数,利用网格搜索和6-fold交叉验证优化建模参数,得到惩罚因子C=512、核参数g=0.5,该条件下建立的模型对训练集和预测集的判别率均达到100%。采用同步荧光光谱可以快速、准确地鉴别潲水油。     

尼古丁与BSA相互作用的光谱研究

用紫外-可见光谱和荧光光谱研究了尼古丁与牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)的相互作用。荧光研究表明,尼古丁浓度的增加引起BSA 345 nm处荧光有规律地猝灭。Stern-Volmer 方程分析pH 5.0,pH 7.4和pH 11.0体系的荧光猝灭机理发现,pH 5.0体系属动态猝灭,而pH 7.4和pH 11.0体系为静态猝灭。Lineweaver-Burk双倒数方程计算pH 7.4和pH 11.0体系在温度为20和37 ℃条件下尼古丁和BSA的结合常数k分别为：k_{20 ℃}=140.15 L·mol-1 ,k_{37 ℃}=131.83 L·mol-1 (pH 7.4)和k_{20 ℃}=141.76 L·mol-1,k_{37 ℃}=27.79 L·mol-1(pH 11.0),表明结合常数在pH 7.4条件下受温度的影响要比pH 11.0条件下小,推测是由于不同pH下尼古丁存在的不同形态所致。紫外-可见光谱研究表明,pH 7.4条件下尼古丁浓度的增加引BSA在210 nm处吸收峰吸收强度减小且红移,说明BSA二级结构发生变化,即螺旋结构变松散;紫外二阶导数光谱和同步荧光光谱(Δλ=λ_em-λ_ex=15 nm和Δλ=λ_<i>em-λ_ex=60 nm)分析尼古丁对BSA芳香性氨基酸(Trp, Tyr和Phe)残基微环境的变化,结果表明高浓度的尼古丁使所有这些芳香性氨基酸残基微环境由疏水环境转变为亲水环境。     

同分异构体菲与蒽三维荧光特征的比较

近年来三维荧光光谱法越来越多地用于研究环境领域污染物的迁移转化,但荧光光谱特征与物质分子结构的关系不清晰始终制约着应用。研究了典型的芳香族污染物同分异构体菲和蒽的荧光光谱特点。结果表明,菲和蒽有共同荧光峰λ_ex/λ_em=225/340 nm,且菲275/360 nm的荧光峰与蒽285/360 nm峰位置也接近,然而两者荧光光谱仍存在明显差异。菲有3个清晰的荧光峰,在275/340 nm附近还有一峰,225/340 nm处的荧光最强。蒽的荧光光谱较复杂,250/380,250/400和250/425 nm附近荧光峰的强度较强。浓度为0.058 1 mg·L-1时,共同荧光峰225/340 nm处蒽的荧光强度大约为菲的1.63倍。利用密度泛函理论的计算结果表明,蒽和菲的前线分子轨道能级差ΔE分别为3.621和4.779 eV。由于ΔE小和电子云的对称性好,蒽可在波长更长的激发光下发光且荧光强度更强。密度泛函理论可以用来判断有机物的发光能力。     

同步荧光光谱法测定水中痕量萘和菲

同步荧光法具有选择性好、灵敏度高、干扰少等特点,可用于多组分多环芳烃混合物的同时测定,本文建立了恒定波长同步荧光光谱法同时测定水中萘和菲的新方法。研究了萘和菲在不同溶剂中的荧光光谱特性,确定了同步荧光的最优波长差。当Δλ=100 nm,萘和菲激发波长(λ_ex)分别为220.2和248.8 nm时,在0.5～25.0 μg·L-1浓度范围内,荧光强度与浓度呈现良好的线性关系,相关系数分别为0.999 5和0.999 7;萘和菲检出限均低于0.03 μg·L-1,回收率在98.0%～101.5%。该方法方便快捷,预处理简单,可用于水中萘、菲的快速测定。     

基于不同光谱技术的原油样品的荧光分析

应用同步扫描、三维发射以及目前石油荧光仪所采用的二维发射荧光分析技术对胜利油田15个井区25种原油样品在10-4 g·L-1～10 g·L-1浓度范围内进行了光谱采集,对比分析了不同光谱技术所获取的光谱信息与浓度之间的相应关系。结果表明,对于原油这种多组分样品,二维发射光谱难以满足分析要求;三维光谱信息丰富但数据采集与提取困难。同步扫描光谱具有简单快捷、光谱特征丰富明显、干扰小等特点,选择Δλ为40 nm获得的原油同步扫描光谱可反映三维光谱的主要信息。与二维发射光谱和三维光谱相比,同步荧光法在原油样品分析中显现出较大优势和发展空间,可望发展成为石油录井中对岩屑岩芯样品含油量的定量分析的新方法。     

氧氟沙星的荧光光谱与质子化作用研究

研究了氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)在不同pH条件下的荧光光谱、紫外光谱和质子化作用。在强酸性溶液中,OFL分子可以结合两个质子而以三元酸H₃L2+的形式存在,最大荧光发射波长(λ_max)为505 nm。随着pH值升高,OFL的荧光光谱发生变化,在激发光谱中352 nm 形成一等荧光点,同时在紫外吸收光谱中出现等色点,这一光谱特征表明H₃L2+逐渐失去4位C羰基氧结合的质子。在pH 2.5～4范围内,OFL以H₂L+形式存在,λ_max为499 nm。当pH＞4时,随pH值升高,位于499 nm 的荧光发射峰逐渐蓝移至455 nm,在484 nm形成一等荧光发射点,表明C-3位羧基质子的离解。在pH 7左右,OFL以双极离子HL形式存在,λ_max为455 nm,是最强的荧光型体。当pH＞8时,随pH值升高,λ_max由455 nm红移至约475 nm,同时荧光强度下降,表明HL失去哌嗪环N-4上结合的质子。当pH＞10时,OFL以阴离子L-形式存在, 荧光强度随pH值升高而降低,但λmax基本不变,表明介质环境对OFL的荧光性质有一定影响。     

导数同步荧光光谱法同时测定食品中的合成色素

建立了测定食品中胭脂红和日落黄的一阶导数同步荧光光谱法。研究了胭脂红和日落黄在不同pH值溶液中的同步荧光光谱特征,确定了同步荧光光谱的最佳波长差。当Δλ=130 nm时,胭脂红和日落黄导数同步荧光光谱的零交点位于313.6和302.8 nm,可分别测定日落黄和胭脂红的含量。胭脂红在0.1~4.0 mg·L-1、日落黄在0.1~2.0 mg·L-1范围内浓度与导数同步荧光值呈线性,相关系数(R2)为0.999 2和0.996 6;检出限为0.041和0.019 mg·L-1;相对标准偏差(RSD)为4.8%和4.6%。 回收率在91.0%~110%之间。 测定结果与导数-分光光度法的结果相一致,具有简便、 快捷等特点,能够同时测定食品中胭脂红和日落黄的含量。     

基于荧光光谱技术的菜籽油氧化状态智能评价

菜籽油在加工及贮藏过程中，易受氧气、温度、光照等因素的影响，产生氧化酸败现象。为准确判断油脂氧化程度，实现不同氧化模式下菜籽油品质的快速判别，采用三维同步荧光光谱技术结合平行因子分析法及BP神经网络法建立菜籽油氧化状态的智能评价模型。以冷榨菜籽油为原料，将样品分别置于常温、Schaal烘箱、高温模式中氧化处理，期间采集菜籽油的三维同步荧光光谱数据及理化指标，当理化指标超出国标限定范围时，停止采集数据。结果表明，菜籽油中荧光物质在不同氧化模式中的演变规律呈显著差异，氧化温度对菜籽油荧光光谱有明显影响。常温氧化350 d与第1 d相比，菜籽油的特征荧光峰位置无变化，仅在激发波长Ex为620和660 nm附近荧光峰强度发生微弱变化；Schaal烘箱氧化26 d后，在激发波长Ex为620和660 nm附近荧光峰强度显著减弱，且在激发波长Ex为350～450 nm之间有新的荧光峰生成；高温氧化48 h后，Ex为620和660 nm处荧光峰消失，在Ex为400～550 nm处产生显著荧光峰，相对Schaal烘箱氧化，荧光波长发生一定程度红移，这是由于高温氧化过程中油脂氧化生成的物质稳定性较差引起的。利用平行因子分析法对三维同步荧光光谱数据进行分解获取有效的二维荧光光谱数据，当组分数为6，Δλ=60 nm时激发波长的载荷值最大，不同样品间差异最显著。选定Δλ=60 nm波段的二维荧光光谱数据用于智能评价，作为BP神经网络模型的输入值，以极性组分作为模型输出值，分别对菜籽油三种氧化模式数据建模训练。实验结果表明，三种氧化模式对应的训练集、验证集、测试集模型相关系数r均能达到0.9以上，其中常温氧化模式中验证集及测试集模型的相关系数r为1，输出值与目标值较接近，模型的预测效果较好；综合三种氧化模式数据建模，对应训练集、验证集、测试集模型的相关系数分别为0.999，0.913和0.988，均方误差均较小，说明该模型能准确判断菜籽油的不同氧化状态。因此，三维同步荧光光谱技术结合平行因子分析法、BP神经网络法建立快速检测模型能实现菜籽油不同氧化状态的判别，为菜籽油的氧化程度的评价提供新方法，同时为其他食用油的品质评价提供参考。     

同步荧光光谱技术研究胶原基表面活性剂溶液中分子的聚集行为

基于胶原基表面活性剂(collagen-based surfactant,CBS)中酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的荧光特性,应用恒波长差(Δλ)为15 nm的同步荧光光谱技术研究CBS浓度、溶液pH值、NaCl浓度和温度对其在水溶液中分子的聚集行为的影响,并以温度为外扰,利用二维同步荧光相关分析研究CBS分子中Tyr残基和Phe残基随温度变化的响应顺序。结果表明,CBS分子在261和282 nm处出现了分别归属于Phe和Tyr的特征吸收峰。随着CBS浓度的升高,CBS分子中Phe残基和Tyr残基数量逐渐增多使CBS分子聚集程度增加,并导致荧光强度增强;CBS溶液pH值(pH 5.0)在等电点附近时,由于CBS分子的疏水作用和氢键形成能力加强,导致CBS分子聚集程度增强;CBS溶液中NaCl浓度的升高,则使CBS分子间排斥力减弱,从而导致CBS分子的聚集;然而温度升高,CBS由聚集状态逐渐变为单分子状态,因猝灭、变性以及氢键形成能力降低,荧光强度逐渐降低。以温度为外扰的二维同步荧光相关光谱分析可知：低温下(10～40 ℃ ),CBS聚集体随温度升高逐渐松散,位于聚集体内部的Phe残基比Tyr残基优先响应;而在45～70 ℃时,CBS由单分子状态逐步水解为无规卷曲构造,Tyr残基的间距变大,氢键形成能力大大降低,Tyr残基比Phe残基优先响应。     

基于三维同步荧光光谱确定原油样品浓度的新方法

在对胜利油田原油样品进行不同浓度时的Δλ为40 nm的同步扫描荧光光谱的测量中,发现不同的浓度时的光谱不仅表现为峰高变化,峰位也有显著变化。综合整个光谱的峰高峰位等多因素,文章建立基于同步三维荧光光谱确定原油样品浓度的新方法,即采取二维三次卷积插值的方法获得连续的浓度三维荧光图谱,并与待测样品的同步光谱进行最小二乘法的谱线识别方法以确定其浓度,在10-4～1.0 g·L-1浓度范围内误差小于3％。与传统的石油荧光录井中所采用的二维发射荧光方法相比,文章提出的确定原油样品含油量的光谱方法的适用测量范围和测量精度均有大幅度的提高,可望在石油录井中得到应用。     

制革废水处理过程溶解性有机物的光谱特性研究

制革工业是我国国民经济的传统产业,制革废水已成为工业废水的重要组成部分。现阶段对于制革废水的研究多关注于进水和出水的水质状况,对于废水处理过程溶解性有机物(DOM)的转化规律和净化行为涉及很少。通过紫外光谱和三维荧光光谱跟踪识别制革废水不同处理工段水体DOM的生成特性,尝试建立总荧光强度与水质参数的线性关系。结果表明：废水DOM的吸光度随着紫外波长的增加先上升后下降,最大吸收峰位于230 nm附近。A₂₅₃/A₂₀₃比值和SUVA₂₅₄的参数值先增大后减小,暗示了废水游离取代基和芳环取代基种类和数量的变化。废水原水荧光峰主要出现在λ_ex/em=320～350/440～460和λ_ex/em=270～300/390～420区域,分别归属为可见光区类腐殖酸荧光峰和可见光区类富里酸荧光峰。随着废水处理过程的进行,相继检测到类腐殖酸荧光峰蓝移(水解酸化池)、类色氨酸荧光峰(λ_ex/em=290/340,二级生化池)、弱荧光峰(λ_ex/em=350/520,四级生化池)以及荧光特性趋于稳定(二沉池和出水口)等现象,证实了废水有机物的降解特性和生成规律对荧光图谱的影响。制革废水总荧光强度去除率与总有机碳去除率的线性关系更好,相关系数r为0.835 5。紫外光谱和荧光光谱能在一定程度上揭示制革废水的净化规律和机制。     

基于同步荧光光谱法的鸭肉中西维因残留含量检测研究

为了快速测定鸭肉中西维因残留含量,提出应用同步荧光光谱法检测鸭肉中西维因残留含量,同时运用遗传算法-支持向量回归(GA-SVR)建立了鸭肉中西维因残留含量的回归预测模型。首先,通过荧光分光光度计分别采集了西维因水解物和含有西维因的鸭肉的三维同步荧光光谱图,经过分析确定了最佳波长差Δλ都为140 nm;其次,分析了鸭肉中西维因的浓度猝灭现象;最后采用GA进行同步荧光光谱的优化和选择,根据交互验证均方根误差(RMSECV)选择出了21个特征波长,并分别用全波长和21个特征波长作为SVR回归预测模型的输入特征变量,发现通过GA选择的特征波长可以得到更好的预测效果,并且其预测集的相关系数(R2)达到0.976 4,均方根误差(RMSECP)为12.232 2。试验结果表明利用同步荧光技术结合GA-SVR方法能有效、快速的检测鸭肉中西维因残留含量。     

pH值对秸秆腐殖化溶解性有机质紫外光谱和荧光光谱的影响

秸秆是农业生产的主要副产物,也是农业面源污染的新源头。秸秆还田能有效解决其减量化和资源化利用问题,国家“十二五”规划已明确提出“加大秸秆还田力度,保障农业的稳产、增产和可持续发展”。现阶段,对于典型地区不同环境条件下还田秸秆腐殖化行为的研究不多,同时对于腐殖化组分的精细化检测和分析也有待加强。针对黄土区秸秆还田问题,以紫外光谱法和荧光光谱法为切入点,分析pH值对腐殖化产物溶解性有机质(Dissolved organic matter, DOM) 性质的影响,深度揭示秸秆腐殖化过程的内在本质。结果表明：在200～700 nm波长范围内,DOM的紫外吸收强度先增加后减小,主要吸收峰出现于240 nm附近。相对于中性(pH 7)体系,酸性(pH 6)和碱性 (pH 8和9) 条件下的最大吸收波长λ_max值红移。SUVA₂₅₄,E₃/E₄和A₂₅₃/A₂₀₃比值的规律性变化说明反应体系腐殖化程度较低,这与秸秆腐殖化周期较短有关。黄土浸提液DOM的荧光峰主要位于λ_ex/em=250/330和λ_ex/em=325/450区域,分别归属为紫外区类富里酸荧光峰和可见光区类富里酸和腐殖酸类物质荧光峰。随着腐殖化体系pH值的升高,荧光峰位发生红移,表明DOM苯环结构逐渐增多,共轭度有所增加,同时在λ_ex/em=250/450附近检测到新荧光峰。pH值对荧光强度的影响主要体现在紫外区类富里酸荧光峰,峰强先升高后下降,而对可见光区荧光峰强影响不大,这与浸提液的缓冲效应、荧光猝灭(或副反应)和DOM组分结构有关。紫外光谱和荧光光谱能够一定程度上阐释pH值对秸秆腐殖化DOM性质的影响。     

利用二维同步荧光相关光谱研究温度对胶原溶液中分子聚集行为的影响

采用恒波长同步荧光法和二维相关分析技术研究了不同浓度Ⅰ型胶原溶液中胶原分子聚集行为随温度升高(10~70 ℃)的变化规律。选取0.2,0.4,1.6 mg·mL-1的胶原溶液,在初始温度下各浓度溶液中胶原分子分别处于单分子状态、较低程度和较高程度的聚集态。研究表明：波长差为9 nm的同步荧光光谱中,激发波长282和292 nm处荧光峰分别归属于未参与形成氢键的Tyr(酪氨酸)残基和参与形成氢键的Tyr残基。对升温过程同步荧光数据进行二维相关分析,得两荧光值对温度的响应顺序,进而推测得到：当温度低于30 ℃时,0.2 mg·mL-1溶液中出现了胶原分子间形成Tyr残基参与的氢键的趋势。0.4和1.6 mg·mL-1的溶液中原有聚集体可能发生进一步聚集,形成疏水微区。当逐步接近胶原变性温度(36~38 ℃)时,推测0.4和1.6 mg·mL-1胶原溶液中的疏水微区和聚集体有被破坏的趋势,而0.2 mg·mL-1胶原溶液保持分子间形成氢键的趋势。超过胶原变性温度时,各浓度溶液中胶原分子三股螺旋结构发生松散。当超过45 ℃时,胶原分子三股螺旋结构松散的趋势更为明显。     

辽东湾海冰反射特性

海冰反照率是研究海冰表面特性、海冰分布、海冰厚度和极地气候的重要光学量之一。将卫星于不同位置所测量到的海冰双向反射率准确地转化为相应的反照率的值,对于获得大规模海冰的时空特性是非常重要的。研究了辽东湾海冰反照率与海冰双向反射分布函数之间的相关关系。结果表明：(1)反照率与海冰组分密切相关,海冰表层颗粒物浓度越高,反照率α(λ)的值越小,气泡的含量越高,α(λ)越大;(2)当仪器探头天顶角θ为0°时,所测量的双向反射因子R_f与反照率α(λ)的值是相似的;随着θ的增大,R_f的值逐渐增大,且与探头方位角的相关性逐渐增强;当θ的值等于太阳天顶角63°时,R_f的值最大,且与探头方位角的相关性最强;(3)不同类型的冰具有不同的各向异性反射因子。     

电子助进化学气相沉积金刚石中发射光谱的空间分布

采用蒙特卡罗方法,对以CH₄/H₂为源料气体的电子助进化学气相沉积(EACVD)金刚石中的氢原子(H_α,H_β,H_γ)、碳原子C(2p3s→2p2：λ=165.7 nm)以及CH(A2Δ→X2Π：λ＝420～440 nm)的发射过程进行了模拟,研究了不同CH₄浓度下各发射谱线的空间分布。结果表明,不同CH₄浓度下各发射谱线在反应空间的大部分区域内均随距灯丝距离的增大而增大,而当到达基片表面附近时有所减弱。随着CH₄浓度的增加,H谱线强度减弱,CH与C谱线强度增强。     

藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC) 方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分：C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm),C2(Ex/Em=260(430) nm/525 nm),C3(Ex/Em=325 nm/400 nm)和C4(Ex/Em=275 nm/325 nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

同步扫描光谱方法研究聚合物结晶动力学过程

固体表面反射光与其折射指数之间存在余弦函数关系,而折射指数的均方起伏又和固体表面的密度和浓度起伏有关。因此从反射光的变化可以反映材料内部结构的一些变化。基于此理论指导,本文利用同步扫描光谱(SSS)方法,即荧光光谱仪的同步扫描模式进行反射光的检测,成功地监测了聚己内酯(PCL)薄膜在铜片上的熔融和非等温结晶过程。PCL薄膜的SSS谱图出现了两个明显的荧光光谱仪的光源峰(467和473 nm),利用这两个峰的信息可以表征聚合物的熔融和结晶过程中分子链结构的变化。采用SSS方法表征分析得到了PCL的热动力学和结晶动力学参数,其结晶Avrami exponent n为2.8～3.2,平均值为3.1,表明PCL的非等温结晶遵循异相成核、三维球晶生长机理。这些与差示扫描量热仪(DSC)得到的参数一致。研究结果表明SSS方法是一种简单、有效的原位测试聚合物熔融和结晶动态过程的方法。此外,SSS方法是一种基于荧光光谱仪的具有普适性的光谱方法,对发光和不发光固态聚合物均可以检测研究。     

基于同步-导数荧光光谱法的多组分农药残留测定的研究

多组分农药残留物的荧光检测中,由于组分间结构与化学性质相似,导致荧光光谱相互重叠,常规荧光光谱法难以同时进行测量。利用同步-导数荧光光谱法对西维因与克百威这2种常用农药的荧光光谱进行了研究,并试验了pH值对两者荧光特性的影响。在pH为7.8的条件下,选择Δλ=60 nm,在250～450 nm的波长范围内对两者混合溶液进行了同步荧光光谱扫描,并做一阶导数处理。实验结果表明,两者的同步导数荧光光谱完全得到了分离,消除了彼此间的干扰,能够对两者的混合溶液进行同时测定。西维因与克百威的线性范围分别为0.013～1.156 μg·mL-1与0.025～1.042 μg·mL-1,检出限分别为0.013 μg·mL-1与0.025 μg·mL-1,回收率分别为98%～104%与96%～103%;相对标准偏差均低于2.25%。