不同土壤FTIR分类研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对5种不同类型的土壤进行了研究,结果显示,其红外光谱主要是由碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、锰酸盐等无机盐类,黏土矿物及有机质的振动吸收带组成。五种土壤的红外光谱在1600~750cm-1范围内呈现出差异,作一阶导数处理后,发现其差异主要表现在1440cm-1、875cm-1及798~780cm-1附近。选取1600~750cm-1范围内的一阶导数数据运用Matlab 2010来实现主成分分析,前两个主成分累计贡献率达到90.14%,利用这两个主成分作二维散点分布图,结果表明该分布能对这五种土壤进行有效分类,这为土壤鉴定提供了快捷的光谱手段,同时表明傅里叶变换红外光谱技术用于对土壤的研究,且具有测定快速方便、无损、准确等优点,具有较大的应用潜力。     

濒危植物长序榆的FTIR分析及与土壤元素氮的相关性研究

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法测定了8个样地长序榆的根、茎、皮、叶的红外光谱,并对这些红外光谱与土壤元素氮进行了相关分析。结果表明,根、茎、皮、叶的红外光谱存在一定差异,其 组织器官化学成分含量和土壤氮元素之间存在不同程度的相关关系,茎中化学成分含量和全氮都呈显著正相关(p<0.05);皮在3 365 cm-1波数时的化学成分含量和全氮呈显著正相关,根和叶的化学成分含量与全氮呈低度相关。土壤速效氮和长序榆根、茎、皮、叶的化学成分含量之间也存在一定程度的相关性,但相关性比全氮弱的多,均未达到统计学意义上的“显著水平”。说明土壤全氮 的变化对长序榆植物的化学成分具有一定的影响,速效氮的影响则相对较低。     

不同品种大豆耐铝性的FTIR分析研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法测定了2个不同耐铝性大豆品种在不同浓度铝处理下根、茎、叶的红外光谱。通过对各谱图的比较分析发现,除928～1 200 cm-1区域的FTIR差异比较明显外,未经处理的2个品种大豆红外光谱基本相似。而铝处理后2个品种大豆根、茎、叶的红外吸收峰形及峰值均与对照有较大的区别,且随铝浓度升高其FTIR区别越为明显。此外,结果表明浙春3号(铝敏感品种)的变化幅度比浙春2号(铝耐性品种)更为明显,这说明铝敏感大豆在铝胁迫下物质代谢受到了较大的影响。因此,采用FTIR法鉴别大豆不同耐铝性能够提供较为准确的结果,具有广泛的应用前景。     

宝云香稻米的二维相关红外光谱鉴别研究

利用傅里叶变换红外光谱仪分别对宝云香稻米、稻花香米、西双版纳糯米进行FTIR光谱和二维相关红外光谱测量。结果表明,它们的原始光谱的波峰数目、强度及位置变化趋势基本一致;其二维相关红外光谱同步谱在1 610~1 150cm-1范围内,宝云香稻米的自动峰数目多于另外两种米的自动峰数目。结果表明二维相关红外光谱可以简单快速鉴别出宝云香稻米,有望发展为一种简单、快速鉴别市场上各类稻米的方法。     

利用傅里叶变换红外光谱法鉴定小麦品种

利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱法分析了8个不同小麦品种根部的红外光谱图,对红外光谱图的吸收峰进行了归属分析,通过对各谱图的比对发现,在相同波数范围内,不同的小麦品种其红外谱图的形状、波数及吸收峰的多少有所不同。结果表明不同小麦品种的红外光谱图有明显的差异,其一在2800～2980cm-1波数范围内,此区反映的主要是甲基、亚甲基的伸缩振动,化合物分子链的长短、分子量的大小在此区有显现;其二差别较大的区域在1510～1730cm-1范围内,它反映的主要是酰胺的氮原子及α碳原子取代基的性质,可能是源于基因的差异,此区域内谱图差异较大。因此FTIR光谱法可用于不同小麦品种的鉴别。     

结直肠癌患者血清FTIR光谱的初步研究

对31例结直肠癌患者、8例肠炎患者和10例健康者的血清冻干粉标本进行傅里叶变换红外光谱(fourier transformation infrared spectrum, FTIR)检测,对比分析各组红外光谱特征。结果显示,FTIR检测血清冻干粉获得11个吸收峰,结直肠癌组P9峰位波数蓝移(1 249 cm-1),差异有统计学意义(Z=-2.051, p<0.05);5个吸光度比值组间差异无统计学意义;层序聚类分析法(hierarchical cluster analysis,HCA)显示结直肠癌个体红外光谱具有一定程度的聚类特性;对酰胺Ⅰ带光谱(1 700～1 600 cm-1)进行傅里叶解卷积等处理获得蛋白二级结构的百分含量,组间差异无统计学意义。研究结果初步提供了血清FTIR光谱用于结直肠癌早期诊断的理论依据。     

五种杂交玉米籽粒品质的FTIR光谱研究

为了研究傅里叶变换红外光谱在杂交玉米品质评定上的可行性,使用傅里叶变换红外光谱仪获得五种杂交玉米籽粒的光谱。1 776～952 cm-1范围内的光谱主要由蛋白质、淀粉和油脂的红外吸收带组成,淀粉的吸收带较为强烈,蛋白质和油脂的吸收带稍弱。该范围光谱中特征吸收带相互重叠,导致一些重要信息被掩盖。通过对1 776～952 cm-1范围内的红外光谱进行曲线拟合分析,发现1 051和1 548 cm-1吸收子峰的面积在1 776～952 cm-1范围内吸收带总面积中占的百分比与玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量存在着线性关系。研究结果显示傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用以分析杂交玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量,为玉米品质的快速评定提供一种方法。     

FTIR和Raman技术在煤结构分析中的应用研究

为明确不同煤种大分子结构特征的异同,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)分析技术,对五种烟煤(HY,HJ,BL,DJ和HK)进行系统表征,为后续煤及类煤材料结构和性能的研究提供可靠指导.在FTIR光谱特征曲线上,波数3200～3600 cm-1范围有明显的吸收区,其中样品HJ相较于其他4种样品更明...     

温度对鱼鳞胶原蛋白二级结构的影响

从草鱼鱼鳞中提取酶溶性胶原蛋白(PSC),通过SDS-PAGE电泳分析为典型Ⅰ型胶原蛋白且达到电泳纯。在此基础上利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和圆二色谱(CD)研究了温度对鱼鳞胶原蛋白二级结构的影响。FTIR分析表明：鱼鳞胶原蛋白具有典型的胶原蛋白特征吸收带,酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ带的特征吸收频率分别出现在1658,1552和1238cm-1处。随温度升高,酰胺A和酰胺B峰位向低波数移动,1658cm-1处吸收峰裂解成多个吸收峰;1552cm-1处的吸收峰在35℃微略红移,随后发生明显蓝移;1238cm-1处吸收峰随温度升高向低波数移动。在拉曼光谱中,胶原蛋白的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ带的特征吸收频率分别出现在1669,1557和1245cm-1处,都较红外光谱的波数高;此外,921和855cm-1处脯氨酸的特征谱峰在拉曼光谱中体现出来。圆二色谱分析表明,胶原蛋白溶液在221.6和204.4nm分别有一正、负峰,具有典型胶原蛋白三螺旋结构的特征圆二色谱峰型。胶原蛋白冻干品的FTIR光谱和Raman谱线大都在35～60℃时发生波数和强度改变,而胶原蛋白乙酸溶液的CD谱线在20～35℃之间发生剧烈改变。由此可以判断胶原蛋白在固态和溶液状态下,变性温度存在一定差异,胶原蛋白冻干品比其乙酸溶液更稳定。     

胆囊癌的傅里叶变换红外光谱研究

运用衰减全反射(attenuated total reflection,ATR)探头与傅里叶变换红外(Fourier transform infra-red,FTIR)光谱仪,测定并分析了新鲜离体的胆囊癌组织18例和良性组织139例的FTIR光谱。结果表明:(1)胆囊癌的1 167和1 123 cm-1谱带的峰位显著地向低波数移动(P0.05),而1 309 cm-1谱带的峰位显著地向高波数移动(P0.05)。(2)胆囊癌组织光谱多个峰的相对强度I2 856/I1 461,I1 167/I1 461,I1 123/I1 461和I1 082/I1 461明显升高(P0.05)。(3)1 167和1 082 cm-1谱带的半高宽显著升高(P0.05),谱带1 461 cm-1的半高宽则显著降低(P0.05)。(4)癌组织1 750 cm-1谱带的出现几率明显增加(P0.05)。与胆囊良性组织相比较,癌组织光谱中与脂类、糖和核酸相关的谱带均发生了明显的变化。     

自然老化谷类种子的二维红外光谱研究

种粮老化影响种子活力及粮食品质。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),二阶导数红外光谱(SD-IR)和二维相关红外光谱(2D-IR)方法对不同储藏年份的大麦,小麦,稻谷,玉米和高粱种子进行区分研究。结果显示,原始光谱中几个峰强比有差异;在二阶导数红外光谱中,不同储藏年份种子在1 800～800 cm-1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。二维相关红外光谱结果显示：大麦在1 350～1 800 cm-1,小麦,稻谷,玉米和高粱在860～1 690 cm-1范围内有明显差异,随储藏年份增加,自动峰和交叉峰的数目减少,强度减弱。结果表明,应用傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱能有效快速地区分不同储藏年份的谷类种子。     

FTIR光谱结合曲线拟合研究萌发水稻种子

种子的萌发是种子生命历程中的主要组成部分之一,了解种子萌发过程中经历的生理生化变化,准确确定种子的活力,对农业生产很重要,因而,研究种子萌发有重要意义。采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合研究不同萌发程度的水稻种子,以探寻种子贮藏物质动员情况,对不同萌发时间的水稻种子进行傅里叶变换红外光谱、二阶导数光谱、二维相关红外光谱和曲线拟合研究。结果显示,原始红外光谱整体相似,光谱反映出水稻种子的主要贮藏物质为淀粉、蛋白质和脂肪;吸收峰强度比A_{1 659}/A_{1 019},A_{1 740}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 081}随萌发时间的增加而降低。814～1 000和1 028～1 340 cm-1范围内的二维相关红外光谱结果显示自动峰个数和最强自动峰的位置、强度随种子萌发时间的增加而变化,表明种子在萌发过程中糖类和蛋白质发生变化。二阶导数光谱在1 200～950 cm-1范围内出现七个峰,其中988 cm-1处的峰随萌发时间的增加向较高波数蓝移,而1 053和1 158 cm-1处的峰向较低波数红移,表明水稻种子在萌发过程中多糖的结构和含量可能发生了变化;在1 700～1 600 cm-1范围内出现九个峰,其中1 641和1 692 cm-1处的峰呈现随萌发时间的增加红移到较低波数的趋势,表明水稻种子在萌发过程中蛋白质的结构和含量可能发生了变化;在1 800～1 700 cm-1范围二阶导数光谱仅观察到1 712和1 744 cm-1处的两个峰,其中1 744 cm-1由脂类物质C═O伸缩振动引起,为脂肪的特征峰。为进一步研究水稻种子萌发过程中贮藏物质的具体变化,以二阶导数光谱确定的子峰位置和数目为依据,对原始红外光谱的1 200～950与1 800～1 600 cm-1区域进行曲线拟合分析。曲线拟合结果显示,随萌发时间的增加,多糖和蛋白质的相对含量总体上呈现下降趋势,脂肪的相对含量先降后升。研究表明,傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合可作为研究种子萌发的有效手段。     

铜铅离子胁迫下玉米污染程度的光谱识别

重金属铜离子(Cu2+)与铅离子(Pb2+)污染对玉米叶片光谱的影响微弱、隐蔽而难于探测。研究中设置不同浓度Cu2+, Pb2+胁迫的玉米盆栽实验,测定了玉米叶片光谱、叶片中Cu2+, Pb2+含量与叶绿素相对含量,分析了Cu2+, Pb2+污染胁迫下玉米叶片光谱响应特征,并选取480～670与670～750 nm范围来进行分析,在光谱维中定义了光谱微分差信息熵指数与在频率域中通过谐波分析提取了前三次谐波振幅(c₁, c₂与c₃)指数,并用所定义的指数探测分别受Cu2+, Pb2+胁迫玉米叶片光谱微弱差异。实验结果表明,在480～670与670～750 nm范围内,玉米叶片中重金属离子浓度越大,其光谱微分差信息熵就越大;在480～670 nm波段,谐波分解后第一谐波振幅c₁与第二谐波振幅c₂可用于识别Cu2+, Pb2+污染程度;在670～750 nm波段,第一谐波振幅c₁、第二谐波振幅c₂与第三谐波振幅c₃可用于识别Cu2+污染程度,而c₂则可以识别Pb2+污染程度,污染胁迫越大振幅越大。在480～670与670～750 nm波段内,光谱微分差信息熵与前三次谐波振幅可作为识别玉米受Cu2+, Pb2+污染胁迫程度的指数,从光谱维与频率域两种维度来识别玉米受Cu2+, Pb2+胁迫程度的方法可行,文中定义的两类指数可稳健、可靠地探测与识别玉米受Cu2+, Pb2+影响所产生的光谱微弱差异,研究结果对利用高光谱来探测植被受重金属污染胁迫程度具有一定的参考价值。     

药用植物追风箭的红外光谱分析

本文首次采用傅里叶红外光谱法对追风箭的根、茎、叶和花进行了对比分析。分析表明同株追风箭的四个部位图谱吸收峰的峰形大体相同,但由于它们所属的部位不同,导致它们的化学成分和相对含量的差异,所以体现了它们各自的特征。文章还分析了追风箭的IR图谱和可能的药物活性之间的关系。实验结果表明,追风箭四者的图谱中在1373 cm-1和1252 cm-1附近均有峰,表明它们均具有活血化瘀的功能,这为其"跌打损伤"的主治药效在分子水平上提供了依据经过整体分析,追风箭含有三萜类化合物、生物碱、芳香族化合物和醇等。本文对民医用药和IR图谱的联系作出了首次初步探索。     

高光谱成像的水稻螟虫蛀入检测方法

为了控制水稻螟虫预警和喷洒农药用量,实现对水稻螟虫虫害的无损检测,提出了基于主成分分析特征波段检测方法和基于迭代阈值的最优波段检测方法,确定了水稻茎秆螟虫检测的特征波段和最优波段,提取出单波段和组合波段的图像来分割虫孔,从而实现水稻螟虫的精准的无损检测。首先通过高光谱得到的120个样品反射率信息分析确定了光谱区域为450～1 000 nm。基于主成分分析特征波段检测方法,对高光谱图像进行主成分分析,通过前五个主成分图像比较确定第三主成分图像为最佳,然后根据第三主成分图像中各个波段的贡献率来选取特征波长（668.8和750 nm）,最后结合全局阈值分割和图像掩膜等图像处理方法实现对虫孔区域的判别。而利用基于迭代阈值的最优波段检测方法,在可见光波段450～750 nm范围和近红外波段750～1 000 nm范围内应用混合距离挑选最佳的单波段,通过单波段来确定组合波段,对单波段和组合波段进行迭代阈值分割,其中753.5 nm波长分割效果最好,故确定753.5 nm为最优波长,然后提取该波长的图像采用一种基于迭代阈值虫孔提取方法和形态学处理,最后能对水稻茎秆虫孔区域进行判别来实现水稻茎秆虫害是否存在。对60个虫害水稻茎秆和60个正常水稻茎秆进行检测,应用基于主成分分析特征波段检测方法在668.8和750 nm波长处检测率分别为95.8%和93.3%,而应用基于迭代阈值的最优波长检测方法在753.5 nm波长处检测率高达96.7%。说明利用基于迭代阈值的最优波长检测方法对水稻螟虫的检测更加精确,也说明所获取的特征波段和最优波段为以后水稻螟虫虫害的多光谱成像技术提供了理论参考。     

基于Sentinel-2卫星数据的水稻叶片叶绿素含量反演研究

叶绿素含量是评价农作物健康状况、生产能力和环境胁迫的重要指标,实时、快速、准确获取农作物叶片叶绿素含量对监测农作物生长状况具有重要意义.遥感是获取区域和全球农作物叶片叶绿素含量的有效途径,但已有的作物叶片叶绿素含量遥感反演研究未充分考虑下垫面背景的干扰,影响了反演精度.为此,以Sentinel-2遥感卫星影像为数据源,...     

黄土区金盏菊幼苗对Pb/Cd次生非生物胁迫响应的红外光谱研究

植物修复法是重金属污染场地修复的重要手段,这种"绿色修复技术"得到了学者们的广泛关注和期待。在重金属胁迫条件下,植物自身会出现相应的响应反映,进而逐渐适应并有效减缓重金属的直接毒害作用。这种微尺度的调控行为往往多维度和不可见,需要借助精密仪器分析技术加以剖析。现阶段,相关方面的研究还略显欠缺。以黄土修复植物金盏菊幼苗为研究对象,分析Pb/Cd复合胁迫对其表观形貌的影响,采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)识别其地下和地上部分样本的官能团性质,初步推断金盏菊对Pb/Cd胁迫的响应途径和耐受机制。研究表明:随着Pb/Cd胁迫程度的加剧,金盏菊根冠弯曲萎缩,根毛数量明显减少,而其地上部分形貌差异很小。Pb/Cd胁迫对金盏菊幼苗地下和地上部分的FTIR图谱影响较大:3 573cm~(-1)附近的—OH峰强减弱且发生移动,随着Pb/Cd胁迫浓度的增加,峰形更趋复杂化;这表明Pb/Cd与—OH间存在配位结合效应,Pb/Cd胁迫干扰了有机物的合成和分泌。饱和C—H振动峰整体红移,可能与细胞膜的膜脂氧化程度有关。1 631和1 574 cm~(-1)处吸收峰强下降,说明与之关联的蛋白质组分特性可能有异。1 385 cm~(-1)处峰位有所偏移,推测金盏菊通过改变果胶质和油脂的甲基化程度,完成细胞组织对Pb/Cd胁迫的"直接排斥→逐步适应→增强抗逆性"的过程转变。FTIR对于识别土壤重金属的植物修复机制具有重要指导意义。     

常绿树叶自然衰老的红外光谱研究

应用傅里叶变换红外光谱技术对七种常绿树的幼叶、成叶和老黄叶进行了研究,以期探讨常绿树叶自然衰老的光谱规律。不同时期叶片红外光谱变化主要在1 800～700 cm-1范围,用吸光度比A_{1 070}/A_{2 927}和A_{1 070}/A_{1 160}考察叶样多糖相对含量变化,用A_{1 318}/A_{2 922}考察草酸钙相对含量变化,用1 800～1 500 cm-1范围拟合峰的峰高比H_{1 650}/H_{1 740}考察蛋白质相对含量变化。结果显示在自然衰老过程中蛋白质、糖类、草酸钙相对含量有变化,但不同种树变化规律不同,说明不同种树叶衰老过程中物质积累、动员规律不同。证明中红外光谱可用于植物衰老生理变化的研究。     

土壤镉污染环境下水稻叶片叶绿素含量监测的高光谱遥感信息参数

农田重金属污染是当今世界面临的重大生态环境问题之一,与环境质量、人类生存和粮食安全关系密切,是普遍关注的重要课题。利用Hyperion高光谱卫星遥感数据和大量地面实验测量数据,系统分析受镉污染的水稻叶片中叶绿素含量变化及其与高光谱遥感数据的响应关系,建立基于水稻叶绿素变化的农田镉污染遥感监测模型。利用多重判别分析法,确定监测水稻叶绿素变化的敏感遥感参数,作为镉污染的响应因子,进行农田污染遥感监测信息机理分析,并建立了污染监测机理遥感模型。研究结果表明,众多的遥感参数中,MCARI(modified chlorophyll absorption in reflectance index) 对镉污染的水稻叶绿素含量变化最为敏感,响应系数达到0.59。因此,可以通过该高光谱遥感参数的变化初步监测大面积土壤镉污染,但估算精度还有待进一步提高。