橄榄油的聚集荧光猝灭及吸收光谱特性的研究

素有“液体黄金”之称的橄榄油已成为健康食用油的代名词,不仅身价陡增,而且在非产地市场也已成为一种畅销油。在橄榄油检测技术中光谱法与其他技术相比具有快速、无损、无样品处理等优势而备受关注,而不同的光谱检测方法在检测的物质成分上各有侧重,例如红外光谱法侧重于脂肪酸含量的检测、拉曼光谱法侧重于分子的检测、荧光光谱法侧重于光敏物质的检测以及吸收光谱法侧重于光敏物质和不饱和脂肪酸的检测等。荧光及吸收光谱对光敏物质反应极其灵敏,而橄榄油富含叶绿素等光敏物质,因此荧光及吸收光谱成为一种鉴别橄榄油的有效技术手段。叶绿素是一种含有环卟啉结构的有机分子,该类分子结构具有吸光特性,且不同的叶绿素吸收光谱各异,其中绿色植物的叶绿素a含量最多。为深入研究叶绿素的吸收光谱及荧光特性在橄榄油鉴别中的应用,将特级初榨橄榄油中掺入不同比例的玉米油,已达到间接调控橄榄油中叶绿素含量的目的,测量不同掺伪比例橄榄油的荧光及吸收光谱并研究与叶绿素浓度的相关性,以此来研究叶绿素浓度与掺伪量对橄榄油吸收光谱及荧光特性的影响。取10份同批次的特级初榨橄榄油,将其中9份按照等比例稀释,并对10份样品按照掺伪量依次排序;依次采集这10份样品的荧光及吸收光谱,比较叶绿素浓度与掺伪量的相关性及对这两种光谱技术在橄榄油鉴别中的影响。随着叶绿素浓度的上升,荧光强度由弱变强,并在某一时刻后会出现荧光强度急剧减弱的现象,即聚集荧光猝灭。这种现象主要是由于叶绿素的环卟啉分子结构引起的分子间π-π作用,使未被激发的低能分子与高能分子堆叠在一起,能量的辐射跃迁（荧光）也转变为分子间的能量转移（热能交换）。对于吸收光谱,随着叶绿素浓度的上升,吸收光谱的强度也逐渐增强。橄榄油中叶绿素吸收的能量主要去向包括镁电子辐射跃迁产生荧光以及分子间热能交换两部分,而橄榄油的吸收光谱并未出现类似于聚集荧光猝灭的现象,且吸收光谱强度与掺伪浓度间存在近似线性相关的关系。结果表明：当聚集荧光猝灭出现时,叶绿素吸收的能量仍然与浓度呈线性相关,此时高、低能分子堆叠引起的热能交换效率提高。     

用BSO晶体传感器测量材料霍耳系数的研究

硅酸铋 ( BSO)晶体具有泡克耳斯效应和法拉第磁光效应 ,利用通过 BSO晶体的偏振光将被电场和磁场调制的特性 ,设计一种 BSO晶体传感器用于测量金属的霍耳系数     

发射光谱层析系统的一种几何标定方法

提出了一种基于虚拟标尺和现实标尺相结合的发射光谱层析系统的几何标定方法.该方法不考虑摄像机的参数,只根据被摄物体的实际尺寸和对应图像中像素数目进行标定.实验表明该方法用于发射光谱层析系统简单而有效.     

基于超连续光谱特级初榨橄榄油的快速检测方法

特级初榨橄榄油作为一种冷榨植物油含有较为丰富的不饱和脂肪酸和多酚类化合物,其营养价值较高。目前,橄榄油的掺假问题是业界最严重的问题之一,中国对橄榄油的消费量与日俱增,国内橄榄油市场较为混乱,掺假造假现象层出不穷,从橄榄油的国外进口到国内二次包装都有可能存在人为干扰和品质造假,如果不加以有效监督和制止,对国民的健康和财产将造成严重损失。如果通过传统的化学分析方法获取所有成分信息势必会增加检测周期,不利于商品的快速流通,对生产厂商和消费者来说都是一种损失。为应对复杂多变的橄榄油掺伪技术及国内具备橄榄油检测资质机构不足的问题,提出一种基于超连续光谱特级初榨橄榄油的快速检测方法,为实现快速鉴别提供了可能性,研究选用特级初榨橄榄油、菜籽油、茶油、芝麻油、稻米油、葵花油、玉米油以及大豆油作为研究对象,分别采集每种植物油的超连续光谱并对初步光谱数据进行光谱预处理,最后计算了不同样本间超连续光谱的皮尔逊相关系数并以此作为特级初榨橄榄油判别的主要依据。实验结果显示不同样本特级初榨橄榄油间的超连续光谱的皮尔逊相关系数在0.901 1以上,而特级初榨橄榄油与其他种类植物油的超连续光谱的皮尔逊相关系数在0.172 2~0.899 0之间。研究表明以皮尔逊相关系数0.901 1作为判别特级初榨橄榄油与其他植物油的检测阈值,可实现快速实时的精准检测识别。该技术与分光光度计的吸收透射光谱相比,最大的优势在于采集周期短和光谱指纹特征丰富,周期短表现为光谱曝光采集时间仅为100 ms,光谱指纹特征丰富表现为除包含吸收光谱外还表现出各种荧光活性物质所特有的荧光光谱。除此之外,可将超连续谱光源应用推广到食品安全检测技术领域。该技术装置简单且易于推广对国内橄榄油的检测和市场规范具有一定的研究意义。     

基于光学层析技术的图像重建

对于光学层析技术(OCT)的原理以及光学层析技术的2类传统算法进行了详尽的分析和阐述,对其各自的优缺点做了比较,并对目前在传统算法基础上发展起来的各种新算法做了简单的介绍.     

3-D flame temperature field reconstruction with multiobjective neural network

A novel 3-D temperature field reconstruction method is proposed in this paper, which is based on multi-wavelength thermometry and Hopfield neural network computed tomography. A mathematical model of multi-wavelength thermometry is founded, and a neural network algorithm based on multiobjective optimization is developed. Through computer simulation and comparison with the algebraic reconstruction technique (ART) and the filter back-projection algorithm (FBP), the reconstruction result of the new method is discussed in detail. The study shows that the new method always gives the best reconstruction results. At last, temperature distribution of a section of four peaks candle flame is reconstructed with this novel method.     

多光谱辐射层析重建三维火焰温度场

提出一种基于多光谱辐射测温理论及光学层析技术的三维温度场重建方法。建立了基于参考温度的多光谱测温法数学模型，提出了一种基于模拟退火理论的变松弛因子的光学层析技术新算法，通过计算机数值模拟，详细考察了该算法对非对称温度场分布的重建效果并与传统的代数迭代重建算法及滤波反投影算法进行比较。计算结果表明，变弛豫因子重建算法重建精度最高。作为一个应用实例，用多光谱辐射变弛豫因子重建层析方法重建了四峰蜡烛火焰某一截面的温度分布。     

超连续光谱细胞无损伤非侵入式检测技术的研究

中国在庞大的人口基数下拥有丰富的遗传资源,这些资源可能被国外非法掠夺以获取利益,非法掠夺的过程揭示可能存在一些安全隐患,例如传染疾病的扩散等。如何加强对中国公民遗传资源的保护,促进国际间正常合法的信息共享和科研合作已成为生物安全的新问题。为加强人体细胞及其制品等特殊生物物品出入境管理,防止遗传资源流失和有害物品传入,促进各个国家间医学科学研究及国际交流与合作,提出一种非侵入、快速安全的细胞光谱鉴别技术。简述了细胞超连续光谱的物理化学机制,讨论了细胞浓度对超连续光谱的影响,实现了无损伤、非侵入式探测提取生物细胞超连续特征光谱。实验发现细胞超连续特征光谱主要集中在500~700 nm的可见区域。实验中的细胞样本均为单独培养,因此各个样本间互不影响,不存在平行样本的问题;实验对象为293T细胞、HCC827细胞以及HT29细胞,3类细胞的培养基均为PBS溶液,每类细胞拥有3种浓度（5×105,5×106和5×107 cells·mL-1）且每种浓度下独立培养3个样本,一共获取27个独立细胞样本。实验测试了24个细胞样本的超连续光谱并以此建立预测模型,另有3个样本作为未知样本进行模型预判。使用主成分分析法对测试样本的原始数据进行降维和聚类,并对降维后的数据通过支持向量机回归法进行分类;训练集的均方根误差RMSE=0.097 2,R2=0.995 1,验证集的均方根误差为RMSE=0.097 2,R2=0.931 4。研究发现细胞浓度影响超连续特征光谱的提取,在建立模型时,考虑到该技术应用的普适性以及实验样本浓度参数有限,未考虑细胞浓度对预判模型识别率的影响。后期若以某一浓度阈值作为细胞检测的浓度起点,该模型的识别率将会更准确、科学。在可控的实验条件下,超连续光谱可以应用于生物细胞无损伤、非侵入式的鉴别。     

人全血的毛细管显微拉曼光谱分析

血液中含有众多生物信息,如激素、酶、抗体等丰富的蛋白质成分。通过对血液中众多生物信息进行检测鉴定可以起到对该血液种属判定、溯源的目的。因此,血液检测技术的发展在诸如刑事案件侦破、物种鉴定、疾症预防等领域具有重要意义。目前,传统血液检测手段多为显微观测、免疫法、DNA/基因检测法等,这些技术会对血液样本造成不可逆转的破坏性,且存在分析周期长、结构装置复杂、试验价格昂贵等问题。随着激光技术的发展,拉曼光谱技术作为一种非线性散射光谱技术,在血液检测技术中得到了应用。在血液检测技术中,拉曼光谱技术通常与共聚焦显微系统结合,对涂在载玻片上或盛放在透明容器中的血液样品进行光谱信号采集。该技术具有快速、无损等优势,但复杂的光路系统及昂贵的实验装置限制了该技术的广泛推广。为提出一种装置简单、操作简便的血液拉曼检测新技术,研究采用基于毛细管的显微拉曼技术方案采集并分析人全血的拉曼信号。血液样品通过毛细管的虹吸效应取样,与载玻片的涂样方式相比毛细管的方案具有模拟人血管、维持血液活性、减小空气对实验过程中血液成分的影响、降低激光对血液样品的灼伤效果等优势。为避开可见光部分荧光较强区域的荧光干扰,研究采用360 nm紫外激光器作为激发光源,防止可见荧光信号的干扰。积分时间设为800 ms,有效避免因激光长时间照射对血液样品的灼伤效果,影响实验数据的稳定性与真实性,光谱平均次数为2次,避免单次测量所带来的数据的不准确性影响。光谱扫描范围为500～1 800 cm-1, 结果表明此范围内可较好的避开可见光部分荧光较强区域的干扰。测得的拉曼光谱信号通过滤波去噪及基线校正进行处理。首先采用5阶离散小波变换滤波,进行1层信号分解,滤除高频噪声信号,保留低频有效信号,从而去除杂散信号,对光谱有效信号进行提取。其次,采用4阶多项式拟合扣除基底的基线校正,实现人全血的毛细管显微拉曼光谱峰值信号的提取。最终,通过查询SDBS数据库以及人血样本通过reishaw共聚焦显微拉曼光谱仪测量所得光谱图进行验证发现测得信号中部分为人体内数种氨基酸成分的拉曼信号。实验研究发现,基于毛细管的显微拉曼实验系统与常规拉曼探头实验系统相比,拉曼信号更稳定、重复性高,可有效提取人全血中的拉曼光谱信号, 而其与高精度的共聚焦显微拉曼系统相比价格便宜、结构简单、易于推广等优点,但信号信噪比、有效信号的峰值强度上仍有进一步的提升,是一种测量人全血拉曼信号的可行方案。     

远程激光诱导击穿光谱技术分析岩石元素成分

远程激光诱导击穿光谱技术是一种利用脉冲激光和聚焦光路对远距离目标烧蚀击穿,获取目标等离子体光谱,定性或定量分析物质元素组成的光谱探测技术。设计并搭建了一套远程激光诱导击穿光谱系统。该系统结合卡式望远镜光学结构,实现探测2～10 m距离的目标、并可自动变焦。基于该系统提出一种远程探测岩石主要元素含量方法。通过对比实验,研究了脉冲能量、采集延时、积分时间、探测点累计探测次数对光谱信号的影响,确定了岩石谱线获得的最佳条件。选择48块岩石标本和6种常见国标岩石样品(页岩、花岗岩、安山岩、玄武岩、片麻岩、伟晶岩)进行LIBS实验。以原子光谱数据库为参考,根据岩石的主要元素提取特征谱线(SiⅠ390.55 nm,AlⅠ394.40 nm,AlⅠ396.15 nm,CaⅡ396.85 nm,FeⅠ404. 60 nm,SiⅠ500.60 nm,MgⅠ518.36 nm,NaⅠ589.59 nm)。利用偏最小二乘算法(PLS)建立岩石成分定量分析模型,将48块岩石标本作为训练集进行求解,并用六种国标岩石对模型进行检测,预测岩石Si和Al元素含量,平均误差分别为9.4%和9.6%。