指纹光谱病原菌快速检测研究进展与趋势

病原菌检测对于保障饮用水和食品安全,应对突发公共卫生事件至关重要。现行检测标准或方法存在操作耗时费力,成本高等缺陷,难以满足现代社会高时效性要求,因此开发操作简单、低成本的病原菌快检技术迫在眉睫。近年来,随着激光技术和光电探测技术的高速发展,能够快速获取微生物指纹信息的激光光谱引起了研究者的广泛关注,其中表面增强拉曼光谱（SERS）和激光诱导击穿光谱（LIBS）由于具有快速、原位无损或微损检测等优点,在病原菌快速检测领域广受关注。SERS作为一种分子振动光谱技术,是在常规拉曼（Raman）光谱中引入具有光学信号放大作用的贵金属纳米结构,实现Raman信号数量级的提升同时能够猝灭荧光,因此可以快速获取目标分子的指纹光谱信息。然而受贵金属纳米粒子的材质、形貌、大小等自身属性,以及与待测物距离等多种因素的影响,重现性仍然是SERS在细菌检测中的一大瓶颈。LIBS作为一种新兴的原子发射光谱技术,具有多元素实时检测的能力,可以快速获取样品包括微量和痕量元素在内的所有元素信息。LIBS进行细菌分类和鉴别时,为了降低基底、共存基质的元素干扰,需采集大量纯培养细菌的光谱数据,不仅增加了检测周期,同时带来定性定量难两全的局面。结合SERS和LIBS技术在病原菌快检领域的研究现状,综述了两类方法各自的优势和局限性,并对其在病原菌快速检测领域的发展趋势进行了展望,为开发基于激光光谱的病原菌快检技术提供参考意见。     

基于卷积神经网络和近红外光谱的太平猴魁茶产地鉴别分析

太平猴魁茶因其特有的“喉韵”深受广大消费者喜爱,不同产地太平猴魁茶市场价格相差较大,如何实现产地精准鉴别是目前促进绿茶产业发展的关键因素。依赖于人工经验的感官评审方法主观性强、稳定性差,无法应用于实际生产检测过程。作为目前主要的检测分析方法,化学分析方法周期长、检测成本高,而且目前没有用于茶叶产地鉴别的统一标准。近红外光谱（NIR）作为一种无损检测分析方法,具有快速、非破坏性、无污染等特点,但是不同产地太平猴魁茶主要内含成分及其含量基本相同,不同产地样本光谱特征峰分布相似,导致常规分析方法无法有效选择特征变量。卷积神经网络（CNN）作为经典深度学习网络模型之一,具有强特征提取和模型表达能力。采用太平猴魁茶产地光谱特征分析,利用一维卷积神经网络模型（1-D CNN）提取太平猴魁茶NIR特征,提出一种基于1-D CNN和NIR的太平猴魁茶产地鉴别分析方法。试验以6个不同产地共120个样本为研究对象,分析10 000~4 000 cm-1范围内的光谱信息;将样本随机划分为训练集（84,占70%）和测试集（36,占30%）,分别讨论不同间隔采样、网络结构、卷积核大小及激活函数对产地鉴别结果的影响,并引入Dropout方法对比分析模型过拟合现象;最终建立一个具有9层结构的1-D CNN模型。蒙特卡罗试验结果表明,相比于基于原始光谱数据（40.57%,7.06）和PCA方法（31.93%,6.96）的太平猴魁茶产地预测模型准确率和标准差,基于1-D CNN的太平猴魁茶产地鉴别模型预测精度和稳定性更高,其测试集预测准确率平均值和标准差分别为97.73%和3.47。因此,1-D CNN可有效提取太平猴魁茶不同产地NIR特征,提高太平猴魁茶产地鉴别精度,为太平猴魁茶精准产地鉴别及溯源分析提供参考。     

红外拟合光谱分析微波对重晶石浮选的影响机理

目前浮选提高重晶石品位的方法通常采用新型浮选药剂从低品位重晶石矿中进行分选,采用微波加热预处理矿物可提高浮选回收率,但微波对浮选药剂与矿物的作用机理还不清楚。微波加热技术近年来用于矿物加工、冶金与材料制备等领域,具有反应速度快、产品指标高等优点。以油酸钠为捕收剂,对微波预处理后的重晶石纯矿物进行浮选,并对不同微波作用时间下的重晶石浮选样品进行红外光谱检测,通过红外拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算分析,研究微波对重晶石浮选的影响机理。浮选试验结果表明,未经微波预处理的重晶石,在油酸钠用量为55 mg·L-1、pH值为8.0的条件下,浮选指标最佳,回收率为91.41%;而对比之下,经微波作用后的重晶石进行浮选,随着微波处理时间的增加浮选指标逐渐提高,且在微波作用60s时的回收率最高,达95.27%。基于浮选试验的红外光谱分析表明,重晶石未经微波预处理进行浮选,与油酸钠作用,在波数为3 004 cm-1处-CH₂-的对称伸缩振动峰、2 953 cm-1处-CH₃的反对称伸缩振动峰、1 119和1 077 cm-1处SO2-₄的非对称伸缩振动峰均发生了红移,说明油酸钠在重晶石表面发生化学吸附;而经微波预处理后的重晶石浮选时,在波数为2 853 cm-1处-CH₂-对称伸缩振动峰、2 923 cm-1处-CH₂-反对称伸缩振动峰、2 958 cm-1处-CH₃反对称伸缩振动峰、1 181,1 122和1 086 cm-1处SO2-₄非对称伸缩振动峰、982 cm-1处SO2-₄对称伸缩振动峰、635和610 cm-1处SO2-₄弯曲振动峰,其峰位并未发生红移,但峰强随着微波作用时间的增加明显加强,且微波作用60 s时其峰强增加最明显;对微波处理后的红外光谱进行拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算发现,在波数为2 958,2 923,2 853,1 181,1 122,1 086,982,635和610 cm-1处峰面积均有不同程度的增加,且在微波作用60s时峰面积分别增加了1.84%,259.12%,761.15%,235.72%,145.61%,198.50%,641.16%,549.67%和744.97%,表明微波预处理并未诱发重晶石表面发生化学反应,但强化了捕收剂油酸钠与重晶石矿之间的化学吸附,使其与重晶石表面的化学吸附更加致密,吸附量增加,因此重晶石回收率增加,浮选指标提高。     

Study on the analytical solution of the MSA for a one-component two-Yukawa potential in bovine serum albumin—NaC1 aqueous solution

Using the mean spherical approximation (MSA), an explicit analytical equation of state (EOS) with non-dimensional variables for one-component two-Yukawa fluid is established based on the work of Blum, L., and Ubriaco, M., 2000, Molec. Phys., 98, 829. A simple and directly iterative method is found for obtaining an acceptable solution. The strict two-Yukawa EOS is used to correlate the experimental osmotic pressure data of aqueous bovine serum albumin (BSA)-NaCl solutions in the one-component assumption. Considering the experimental error, the correlation results are good, with only one regressed parameter (disperse energy parameter ?). The deviation of correlation is discussed in detail. A concept of effective diameter, which obviously can decrease the deviation of correlation, is given.     

Biphotonic photochemistry of benzophenones in dimethylsulphoxide: a flash photolysis EPR study

Benzophenone and its derivatives in dimethylsulphoxide (DMSO) exhibit biphotonic photochemistry under 355 nm laser photolysis. Flash photolysis electron paramagnetic resonance experiments demonstrate that a single laser pulse is capable of producing and exciting benzophenone triplets, which can sensitize dimethylsulphoxide and subsequently lead to photodecomposition. In decafluorobenzophenone, electron transfer is the dominant process of the highly excited triplet state. Despite the rapid radiationless decay of 2-hydroxybenzophenone (2OHbenzophenone) in non-polar solvents, radical signals are observed from the photoexcitation of 2OHbenzophenone in DMSO. This is attributed to the sufficiently rapid excitation of the triplet state, which competes with the radiationless decay process, aided by the unique solvent properties of DMSO. It is concluded, in contrast to literature data, that the excited triplet state of DMSO is reactive, and can produce methyl radicals that show triplet mechanism polarization via the biphotonic photoexcitation of benzophenone.     

激光等离子体极紫外光刻光源

研究并讨论了下一代光刻的核心技术之一—激光等离子体极紫外光刻光源。简要介绍了欧美和日本等国极紫外光刻技术的发展概况,分析了新兴的下一代13.5 nm极紫外光刻光源的现状,特别讨论了国内外激光等离子体极紫外光刻光源的现状,指出目前其存在的主要问题是如何提高光源的转化效率和减少光源的碎屑。文中同时概述了6.x nm（6.5～6.7 nm）极紫外光刻光源的最新研究工作。最后,介绍了作者所在研究小组近年来在极紫外光源和极紫外光刻掩模缺陷检测方面开展的研究工作。     

Sc2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,研究了Sc2O3的电子结构、态密度和光学性质.计算结果表明:Sc2O3是一种直接带隙半导体,其能带宽度为3.79 eV,价带顶部主要由O的2p和Sc的3p3d杂化而成,导带主要由Sc的3d和O的2p构成.同时,文中也分析了Sc2O3的介电函数、折射率、光电导率和吸收谱等光学性质.计算得到静态介电常数ε1(0)=1.57,折射率n0 =1.25,在紫外区有较大的吸收系数.     

样品表面近红外光谱结合多类支持向量机快速鉴别枸杞子产地

采用便携式近红外光谱仪采集枸杞子表面不同部位的近红外漫反射光谱,结合多类支持向量机算法对枸杞子产地进行快速无损辨识。以识别率为评价指标进行光谱预处理方法的选择,为了消除样本划分偏性对结果的影响,本研究通过重复划分样本集多次建模与预测,利用识别率的统计结果考察各个光谱采集部位的建模结果。实验结果表明,原始数据经二阶导数加SG平滑处理后,所建模型具有良好的产地预测性能。除了枸杞子顶端部位外,其他部位模型的稳定性及准确性均较好,其外部验证识别率的中位数与平均值均大于97%。这表明利用枸杞子样品表面近红外光谱可实现产地的准确鉴别,便携式近红外光谱技术可作为中药材流通环节中的有效监控手段。     

基于“M+N”理论的光谱分析中光源电压对预测精度影响的研究

"M+N"理论从误差理论的角度阐明了光谱分析中外界干扰因素即"N"因素对于测量精度的影响,并给出了提高测量精度的方法。通过采用实测变电压光源光谱数据与多组分线性吸收谱仿真模型相结合的方法,构造了三组分的理想混合溶液并选择光源电压作为影响被测组分浓度测量精度的"N"因素,分别设定了不同信噪比下的两组各三种不同的校正集与预测集样本"N"因素分布方式,得出了对于系统误差类"N"因素而言,校正集与预测集的"N"因素分布范围对组分浓度的预测精度具有一定影响的结论。实验结果验证了"M+N"理论中"N"因素用于提高测量精度的可行性,同时为其他测量系统减小外界干扰提高测量精度提供了理论指导。     

有机共沉淀-火焰原子吸收光谱法测定水样及奶茶粉中的微量铅

研究了用4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚(PAR)为沉淀剂,以Fe(Ⅲ)为载体离子的共沉淀体系快速共沉淀分离富集水样和奶茶粉中的铅,并用火焰原子吸收光谱(FAAS)方法测定。共沉淀过程受体系酸度、载体铁、沉淀剂PAR的用量及陈化时间的影响。结果显示,在pH为6.0的条件下,能够定量共沉淀试样中的铅。方法检出限为18.7μg.L-1,用于水样及奶茶粉的加标回收率为94.2%～98.3%,相对标准偏差为1.03%～2.24%,排除了基体干扰,结果较为满意。本法与传统的共沉淀方法比较,具有快速、简便、重现性好的优点。