Diffuse Reflectance Spectra of Some Nd3+ Complexes: Bonding

The absorption spectra of Na³⁺ complexes have been a subject of several recent investigations.^1–7 In the absorption spectra of solutions, the solvent effect makes it difficult to study the energy levels of the complexes. This difficulty can be overcome by studying the absorption spectra of single crystals or diffuse reflectance spectra of powders. Since the complexes under study do not form good single crystals, it was thought worthwhile to study their diffuse reflectance spectra, which have not been studied so far. The present communication reports a comparative study of bonding in six complexes inferred from their diffuse reflectance spectra.     

在监测固相反应过程中显微红外和漫反射红外光谱方法的比较

文中利用傅里叶红外显微镜和漫反射红外光谱监测聚苯乙烯磺酰氯树脂与乙醇胺在不同温度下的反应程度,对两种方法进行了比较。结果证明漫反射红外光谱是简单有效的方法,而显微红外光谱是研究单个树脂小球之间差异的有效手段。     

基于漫反射光谱的组织光学参数测量系统与方法研究

在体组织光学参数测量是生物医学光子学研究重点,不仅为人体成分无创检测、光学成像、光动力疗法等研究提供基础,并且可以快速获取人体光学参数变化,为临床诊断提供依据。研究了利用单一源探距离漫反射光谱在体测量光学参数的测量系统与反构方法。漫反射光谱测量系统由宽谱光源、高分辨光纤光谱仪及光纤探头组成,结构简单,测量方便,可准确快速测量样品漫反射光谱。在光纤探头几何形状基础上,研究了光纤收集及系统传递函数,在此基础上对反构算法进行了校正。光学参数反构算法中正向模型基于Monte Carlo以及神经网络方法,适用光学参数范围大,计算速度快;逆向算法采用主成分分析与非线性建模拟合相结合的方法,可抑制测量噪声影响。在测量系统及反构算法基础上,进行了组织仿体光学参数测量实验,结果表明,利用单一源探距离下漫反射谱,可以较为准确获取吸收系数以及约化散射系数,均方根误差分别达到4.58%以及7.92%。为保证系统测量准确性,测量波长范围应覆盖样品中所含吸收物质吸收峰范围。所研究的在体组织光学参数测量方法为人体成分无创检测及测量条件变化获取提供了基础。     

漫反射光谱技术对文物保护及相关问题的研究

应用自行研制的光导纤维反射分光光度计,研究了漫反射光谱技术在文物保护研究中的应用。主要工作包括： (1)通过比较待测颜料和标准颜料反射光谱曲线的形状和特征反射峰或一阶导数峰的位置,实现对彩绘文物颜料的分析鉴定。(2)用漫反射光谱技术监测金属表面状态的变化。文中通过对铜及其锈蚀产物漫反射光谱的研究得到了铜表面的一些信息,可见漫反射光谱技术对金属表面状态的研究具有特殊的功能。(3)通过研究文物保护修复材料的反射光谱特性,指导人们选择适宜的材料。作者的研究证实了漫反射光谱法是一种新的文物保护研究技术,具有简便、快捷和不损坏文物的特点,该工作使漫反射光谱技术成为文物保护研究的一种新的检测手段,同时也为漫反射光谱分析开辟了新的研究应用领域。     

漫反射光谱用于光动力治疗中鲜红斑痣皮肤氧含量监测的初步研究

尝试利用漫反射光谱检测鲜红斑痣皮肤的氧含量,并用于监测光动力治疗中鲜红斑痣皮肤氧含量的变化。采用Ocean Optics公司生产的USB2000微型光纤光谱仪采集PWS皮肤的漫反射光谱,根据氧合血红蛋白与还原血红蛋白(皮肤中两种主要的吸光基团)吸收光谱的差异,分析病变皮肤氧含量及治疗中氧含量的变化趋势。对14例PWS患者进行治疗中皮肤漫反射光谱的监测。结果显示,治疗前不同类型PWS皮肤氧含量不同,光动力治疗中大部分P4、P5型PWS皮肤氧含量没有显著降低,P6型PWS皮肤氧含量降低明显。表明现有的漫反射光谱法可定性监测PWS皮肤氧含量的变化趋势。通过进一步提高仪器的灵敏度并建立相应的光谱分析方法,有望更准确地测量PWS皮肤中的氧含量变化。     

三维漫射光谱法检测猪肉嫩度的初步研究

猪肉是光的强散射物质,嫩度是评价猪肉品质优劣的重要标准之一,提出一种基于三维漫射光谱法的猪肉嫩度检测方式。将猪肉样本更多的散射信息引入光谱分析中。利用实验室搭建的数据采集系统,通过采集距光源入射点不同距离处的样本漫反射光信号构建了64个猪肉样本的三维漫射光谱。经过小波消噪处理后,利用多维偏最小二乘法(NPLS)建立了三维漫射光谱与猪肉嫩度之间的分析模型,模型的校正决定系数R2_Cal是0.883 1,校正标准差RMSEC是3.685 0N,预测决定系数R2_Pred是0.874 7,预测标准差RMSEP是3.9756N。实验结果表明, 与常规的漫反射光谱法相比,三维漫射光谱法所建立的猪肉嫩度NPLS模型具有更高的校正精度和预测稳健性,有望为猪肉嫩度及其他品质的快速检测提供一种新的途径。     

Diffuse Reflectance Spectrum of tris-Neodymium Sulfate

The diffuse reflectance spectra of some lanthanide complexes have been reported^1,2,3,4,5 recently by the authors. Since neodymium sulfate does not form good single crystal, it was thouht worthwhile to study its diffuse reflectance spectrum. The present communication reports the, values of Slater-Condon (F_k), Racah (E^k), Landé (χ_4f), bonding (b^k) and screening parameters, and electronic energy states computed from the observed diffuse reflectance of tris-neodymium sulfate.     

Discrimination of Coniferous and Deciduous Leaves of Trees and Shrubs from Decorative and Artificial Materials by Optical Diffuse Reflectance Spectroscopy

Optics and Spectroscopy - The diffuse reflectance spectra from green coniferous and deciduous leaves of trees and shrubs growing in Krasnodar region are compared with the diffuse reflectance...     

EFFECTS OF APODIZATION FUNCTION,ZERO FILLING,BACKGROUND SPECTRA,AND ABSORBANCE TRANSFORMATION ON MID-INFRARED CALIBRATIONS FOR FEED COMPOSITION

ABSTRACT

Research has demonstrated that diffuse reflectance mid-infrared spectroscopy can, like near-infrared diffuse reflectance, be used to quantitatively determine the composition of ground samples of forages and soils without the need for KBr dilution. While it has been demonstrated that the accuracy of calibrations developed using mid-infrared spectra can be equal to or better than that achieved using near-infrared spectra, the influence of factors such as apodization function has not been determined. Results based on the spectra of 173 treated forage samples obtained using a DigiLab FTS-60 spectrometer have demonstrated that many parameters associated with mid-infrared spectra have little or no effect on partial least squares calibrations. Additional zero filling of spectra had little effect other than to increase the derivative gaps found to produce optimal calibrations, but calibrations developed using Kubelka-Munk transformed data, as opposed to absorbance data, were not as accurate. Choice of apodization function also had little effect, although slightly better results were found using triangular or weak Norton-Beer. Likewise, the frequency of taking a background spectrum did not seem to have any great effect on calibrations, although results were slightly better with hourly or daily acquisitions as opposed to one for each sample as is done in the near-infrared.     

有机和无机国画颜料漫反射光谱和吸收光谱特征研究

国画颜料解混一直是古画颜料研究的重要内容,其中光纤反射光谱（FORS）是无损化探测颜料类别的常用手段。通过CCD光纤光谱系统,从光谱线型对国画颜料进行了分类,分别探测了两种有机植物颜料藤黄和胭脂在不同比例混合下的漫反射光谱与吸收光谱,并获取了不同色系无机矿物质颜料混合后的漫反射光谱。分析了单一颜料和混合颜料的光谱特征峰值,运用多元线性回归（MLR）以及一阶导数光谱法（FDS）,通过全波段线性解混获得了各组分颜料的比例。经过实验与理论分析,藤黄与胭脂的漫反射光谱为S型,混合颜料一阶导数光谱中两特征峰的位置分别为536和649 nm,在漫反射光谱中多元线性回归基本适用于该混合颜料的解混并显示出一定的线性规律,但无法精确地解混。而混合颜料的吸收光谱与单色光谱之间存在较好的线性关系,解混误差在5%左右。无机矿物质颜料中的漫反射光谱有S型（石黄和赭石）和钟型（石青和石绿）两种。首先,对于S型（石黄）与S型（赭石）混合颜料漫反射光谱,赭石的一阶导数光谱出现明显的“三峰”现象,并且混合颜料一阶导数光谱在534 nm处出现新的特征峰。多元线性回归理论虽适用于该混合颜料的解混,但由于不同颜料解混的权重因子不同,无法形成较为精准的线性模型。其次,对于S型（赭石）与钟型（石绿）混合颜料的反射光谱需要多元线性回归与导数光谱法共同判断混合比例的基本趋势,该光谱在400～800 nm范围内仅有一个交叉点。最后,利用钟型（石青）与钟型（石绿）混合颜料反射光谱的特征峰位置,即可判断出颜料混合比例的特征,随着混合比例的变化,反射光谱特征峰在457～524 nm出现了明显的横向移动,并且混合颜料光谱的峰值强度有明显的减弱。     

Diffuse reflectance of TiO2 pigmented paints: Spectral dependence of the average pathlength parameter and the forward scattering ratio

Diffuse reflectance spectra of paint coatings with different pigment concentrations, normally illuminated with unpolarized radiation, have been measured. A four-flux radiative transfer approach is used to model the diffuse reflectance of TiO₂ (rutile) pigmented coatings through the solar spectral range. The spectral dependence of the average pathlength parameter and of the forward scattering ratio for diffuse radiation, are explicitly incorporated into this four-flux model from two novel approximations. The size distribution of the pigments has been taken into account to obtain the averages of the four-flux parameters: scattering and absorption cross sections, forward scattering ratios for collimated and isotropic diffuse radiation, and coefficients involved in the expansion of the single particle phase function in terms of Legendre polynomials.     

不同含水量黑土土壤光谱反射率半经验模型构建

土壤含水量的变化情况与时空分布对热量平衡、农业墒情等具有显著的影响。利用反射率光谱信息反演土壤含水量的研究,可为实现土壤含水量速测、揭示土壤含水量时空变异规律提供科学依据。构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型,深入探究土壤重量含水量与反射率光谱的关系。 制备了12种不同湿度的土壤样品。 采用ASD Field Spec Pro 3地物波谱仪对制备的不同湿度梯度的黑土土壤进行反射率光谱测量。 利用菲涅耳反射率建立土壤表面反射模型;在以往的研究中,Kubelka-Munk (KM)模型中的漫反射率R_∞通常被视为对于给定材料和照明波长的常数或需要反演的参数。通过研究发现,漫反射率R_∞不仅与材料和波长有关,还与土壤含水量相关。利用与土壤含水量相关的吸收系数及散射系数描述了土壤含水量与漫反射率R_∞的关系,并基于KM理论对体散射分量进行建模;进而构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型。 根据实际测量数据选用最小二乘算法对模型参数进行反演,并通过分析反演参数简化模型。最后,将未参与建模的不同含水量梯度的数据代入模型中,验证模型的有效性。结果表明：对比不同含水量土壤反射率光谱的模拟值与实测值在400～2 400 nm波段范围内的模拟精度发现,含水量为200 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最大,为0.008,含水量为40 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最小,为0.000 6,不同含水量下土壤样品反射率光谱的均方根误差的均值是0.005 1。在400～2 400 nm波段范围内,不同波长下黑土土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.008,1 920 nm波长处的预测均方根误差最小,为0.002 062。采集长春地区的土壤检验模型的可靠性,配制15个不同含水量样品并对其进行反射率光谱测量。选取9个样品数据用于建模,6个样品数据用于验证。结果表明：在400～2 400 nm波段范围内,不同波长下的长春土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.015,525 nm波长处的预测均方根误差最小,为0.000 922 5。综上所述,所建立的模型具有很高的预测精度,可很好地适用于不同含水量黑土土壤反射率光谱的模拟。     

Quality Control of Pharmaceutical Aspirin Powder by Near-Infrared Reflectance Spectra and Multivariate Analysis

Quality control of pharmaceutical aspirin powder was studied using first order differential near-infrared diffuse reflectance spectra and four standard multivariate methods, hierarchical clustering analysis, stepwise clustering analysis, principal components analysis, and stepwise discrimination. The qualified, inferior, and fake pharmaceutical aspirin powders of independent samples can be distinguished by the multivariate analysis methods based on the reflectance spectra. The proposed methods are reliable, fast and nondestructive.     

近红外光谱主成分分析与模糊聚类的典型地面目标物识别

近红外光谱技术在遥感监测领域中应用广泛,针对典型地面目标物遥感监测识别需要,提出了光谱主成分分析(PCA)与模糊聚类结合的分类识别方法,提高了识别算法效率及准确性。以四类典型地面目标物作为研究对象,分别测量其在1 100～2 500 nm范围内漫反射光谱,首先对漫反射光谱进行主成分分析,得到代表光谱特征的主成分分量,然后将其作为模糊聚类分析模型输入参数,计算样品主成分集合之间贴合度,最后利用择近原则对样品进行匹配分类。结果表明,主成分分析可以有效提取光谱特征并且降低数据维度,结合基于择近原则的模糊分类方法,可有效提高算法准确性与效率,为遥感光谱在地面目标物识别应用提供了有益的参考。     

Features of radiation-induced changes in the diffuse reflectance spectra of modified titanium-dioxide powders

Changes in the diffuse reflectance spectra of titanium-dioxide micropowders (initial, modified by nanoparticles, treated with oxidants such as potassium peroxoborate and sodium peroxide, or ultraviolet irradiated in an oxygen atmosphere) in the range 0.3–2.1 μm after irradiation with ultraviolet light, electrons, or protons are analyzed. The general and distinctive features of changes in the spectra in the visible and near infrared regions are revealed and an explanation of the obtained data is proposed.     

应用近红外光谱进行玉米单籽粒品种真实性鉴定的光谱测量方法研究

从玉米籽粒胚的朝向,中长波漫反射分析和短波透射分析,进样方式三个方面进行了研究,通过比较不同的测量方法对品种识别模型性能的影响来选择最佳的玉米单籽粒光谱测量方式,进而鉴定玉米单籽粒品种真实性。原始光谱经过预处理后,使用判别式偏最小二乘法(PLS-DA)对数据进行特征提取和降维,选取前9个因子建立8个玉米品种的仿生模式识别模型。结果表明,玉米籽粒胚正对光源优于胚背对光源,中长波漫反射分析优于短波透射分析,小样品池效果好于小光阑。采用最优测量方法(籽粒胚正对光源,使用小样品池和中长波漫反射分析)获取玉米单籽粒的近红外光谱,建立的品种识别模型对本品种样品的平均正确识别率达到94.6%,对其他品种样品的平均正确拒识率达到96.5%。     

Effect of pigment packaging on diffuse reflectance spectroscopy of samples containing red blood cells

We present the results of diffuse reflectance measurements made on the surface of a tissue-simulating phantom containing intact human erythrocytes. These measurements indicate that the absorption spectrum of hemoglobin in its natural environment is significantly different from that measured in homogeneous fluid solution, especially in the spectral regions of highest absorption. We show that this difference can be explained by the pigment packaging theory developed by Duysens [Biochim. Biophys. Acta 19, 1 (1956)] and that the adoption of basis spectra that take this effect into account improves the accuracy of fitting diffuse reflectance spectra.     

近红外漫反射光谱法测定川产黄柏中小檗碱含量

提出了用近红外光谱技术快速测定川产中药黄柏中指标成分小檗碱含量的方法。对小檗碱含量在2.155%～8.245%范围的不同来源的黄柏,根据其在12 500～3 600 cm-1的近红外吸收光谱,采用偏最小二乘算法(PLS)建立了校正模型,比较了光谱不同预处理方法对校正结果的影响 。当采用二阶导数处理方法时能最有效地提取光谱的信息,此时校正集相关系数(r2)为0.922 1,校正集标准偏差(SEC)为0.337,预测集标准偏差(SEP)为0.251 。该方法快速简便,适合于中药指标成分的快速分析。     

基于便携式近红外光谱仪的重金属离子定量分析研究

近红外光谱分析技术凭借分析速度快、样品预处理简单等特点,被广泛用于农业、医药、环境、石油化工等领域。为实现高效率的现场检测,便携式的近红外光谱仪越来越备受关注。由于近红外光谱分析技术能够对多组分同时进行测定,因此在该研究中使用便携式近红外光谱仪探索同时对稀溶液中多种重金属离子定量分析的可行性。使用胺基改性聚合淀粉富集水中的镍离子和铜离子,然后使用便携式近红外光谱仪直接采集胺基改性聚合淀粉的近红外漫反射光谱,再借助光谱预处理方法和偏最小二乘回归法建立模型,最后通过交叉验证和外部验证证明所建立模型的稳定性。结果表明,在其他干扰离子存在下,氨基改性聚合淀粉仍能分别以99.5%和99.8%高效率地富集稀溶液中的镍离子和铜离子。便携式光谱仪采集的近红外漫反射光谱分别经连续小波变换和多元散射校正结合卷积求导光谱预处理之后,使用偏最小二乘回归能够得到相关系数分别为0.981 9和0.965 4的稳健模型,实现了对稀溶液中镍离子和铜离子的同时测定,并且检测到的镍离子和铜离子的最低浓度均为3.0 mg·L-1。该方法不仅提高了近红外光谱分析技术的检测灵敏度,同时也表明了便携式近红外光谱仪对多种重金属离子同时定量分析的可行性,是一种拓宽近红外光谱分析技术的有益探索。     

采用氧合血红蛋白吸收带的漫反射光谱比率R（540）/R（575）检测浅表性膀胱癌

采用氧合血红蛋白在540和575 nm吸收带的漫反射光谱比率(R540/R575)对人浅表性膀胱癌进行了鉴别诊断,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:正常膀胱的粘膜/粘膜下层组织的漫反射光谱比率(R540/R575)在组织离体后2 h的平均值为111%,3 h的平均值为107%,4 h的平均值为104%,5 h的平均值为102%,而浅表性的膀胱癌的粘膜/粘膜下层组织的漫反射光谱比率(R540/R575)在组织离体后2 h的平均值为98.4%,3 h的平均值为95.5%,4 h的平均值为93.1%,5 h的平均值为91.6%,正常膀胱与浅表性膀胱癌的粘膜/粘膜下层组织在组织离体后2,3,4和5 h的漫反射光谱比率(R540/R575)均有显著性的差异(p<0.05),分别为12.6%,11.5%,10.9%和10.4%。这结论为快速、低成本、非入侵的浅表性膀胱癌的光活检提供了一种新的方法。