近红外光谱分析方法研究:从传统数据到大数据

近红外光谱分析技术作为一种绿色分析技术,在许多领域中已得到广泛应用.随着应用的深入和拓展,近红外光谱的数据类型逐渐从传统数据变成近红外光谱大数据.本文总结了近红外光谱的预处理、奇异样本筛选、多元校正和模型转移等技术及其在相关领域的应用.对近红外光谱大数据分析技术的初步研究,包括近红外光谱在工业品在线检测、不同批次产品鉴别中的应用以及近红外光谱物联网系统等也进行了综述.此外,对于近红外光谱大数据未来的发展及近红外光谱大数据云平台的基本功能、软硬件的设计与开发、建设过程中需要解决的问题等进行了详细阐述.     

近红外光谱快速测定废水厌氧发酵过程中底物及液相产物浓度变化

利用近红外光谱技术对废水厌氧发酵处理过程进行分析监测. 主要通过正交信号校正法(OSC)对监测厌氧反应器的近红外光谱数据进行预处理, 并分别结合蒽酮法和气相色谱法对底物-蔗糖浓度和液相产物-挥发性脂肪酸浓度的测定结果, 建立了厌氧发酵过程中蔗糖和挥发性脂肪酸浓度的预测模型. 在预测集中蔗糖的预测浓度与实测浓度吻合较好, 而挥发性脂肪酸的各组分以及总挥发性脂肪酸的预测结果也同样令人满意. 研究结果表明, 通过与化学计量学的结合, 近红外方法可以快速、准确地测定厌氧发酵过程中液相中各组分的浓度变化, 为厌氧发酵过程的在线监测提供了新的思路.     

荧光相关光谱技术的研究进展

荧光相关光谱技术(fluorescence correlation spectroscopy, FCS)将单分子荧光探测技术与统计光谱方法相结合,通过共聚焦荧光测量光学设计与单光子计数方法,测量微小探测体积内由于荧光分子运动所产生的荧光信号涨落,进而对此涨落信号进行关联函数分析,获得分析扩散运动速率、探测空间内平均分子数等重要参数,是研究生物学和生物化学的重要手段.与其他荧光成像和生物物理方法相比, FCS具有高分辨率和高灵敏度等优势,已成为用于量化分子动力学的强大技术,广泛应用于生物医学、生物物理学和化学等领域.本文首先介绍了单点FCS和荧光交叉相关光谱(fluorescence cross-correlation spectroscopy, FCCS)的基本原理,并对FCS和FCCS的实施提供了建议;然后介绍了扫描FCS和图像相关光谱(image correlation spectroscopy, ICS)的基本原理与方法,并对其不同的衍生技术进行了讨论;最后介绍了FCS在膜蛋白、DNA染色体、蛋白质和核酸、酶和多细胞生物及组织中的应用.我们相信,随着技术的发展, FCS有望为生物...     

光热偏转光谱及其应用

1980年,博克拉(Boccara)等人首次提出光热偏转光谱(Photothermal deflection spectroscopy)的超灵敏吸收技术,开扩了新的光谱途径。由于该技术具有灵敏度高、设备简单、适应性强等特点,受到有关学者普遍关注,并获得了较快的发展。目前已应用于物质材料、电化学和分析化学等许多领域中,有关学者将其与红外光谱、薄层色谱等一些常规技术结合,取得了超灵敏的检测结果。此外,光热偏转光谱可以不用样品池进行现场测量,也可以进行遥测和无损检测。这些优良的特性,显示出光热偏转光谱作为一门新兴技术的生命力。本文根据光热偏转光谱近年来的发展,对该项技术在化学各个领域中的应用情况加以评述,并简要介绍该技术的原理和光谱特性。     

HJ-1A星干涉成像光谱仪数据业务化光谱重建

2008年9月6日, 环境减灾小卫星星座A/B星(HJ-1A/B)成功发射. HJ-1A星上搭载的干涉成像光谱仪是我国第一个对地成像的星载高光谱相机(HSI), 同时也是世界上第一个基于干涉成像原理设计的民用高光谱成像仪, 具有极为重要的研究与应用价值, 是我国星载高光谱相机发展的一个重要里程碑. 针对HSI原始干涉数据的特点, 研究并建立了HSI数据业务化处理流程与光谱重建的算法, 尤其针对干涉数据的预处理, 设计了CCD相对辐射校正、全系统校正、滤波、相位修正、切趾等数据预处理算法. 目前, 该光谱重建流程与算法已在中国资源卫星应用中心多星多任务地面数据处理系统中得到实施和应用, 具有极高的运行效率与较理想的处理质量.     

干酪根的~(13)C NMR研究——用有机碳三种结构组成表征干酪根的演化

干酪根的化学和演化过程的表征方法,正由传统的元素组成向结构组成的方向发展。如应用红外光谱与X射线衍射分析等技术,近年来已取得进展。固体~(13)C核磁共振(NMR)技术是研究煤化学结构的新的有力手段,我们将这一技术推广应用于我国一些油气田源岩中干酪根的化学结构,据此提出了用干酪根有机碳的三种结构组成构成的三角坐标演化图,该图     

光外差－速度调制光谱技术

介绍了光外差－速度调制光谱技术（OH-VMS），并采用该技术获得了近红外波段的O₂⁺ 和O₂^- 转动光谱．理论上分析了OH-VMS信号线型为高斯线型的二次微分线型、该技术的测量灵敏度为3.5×10^-8(1s)，与实验结果一致．     

新型差分速度调制激光光谱技术

报道新型差分速度调制激光光谱技术的实验研究工作.利用这种新型差分速度调制激光光谱技术,测量了N+2A2ΠuΣ+g(2,0)带的跃迁谱线,得到的谱线信噪比超过500∶1,较非差分速度调制光谱技术提高60倍左右.利用这套光谱仪,观测到了CS+A2Π3/2-X2Σ+(1,0)带的高分辨电子吸收光谱,表明这种激光光谱技术在探测分子离子方面有着广阔的应用前景.     

非真空高温太阳光谱选择性吸收涂层的研制

采用多弧离子镀以TiAl合金为靶材在抛光不锈钢和铜基底上制备出了TiAl/TiAlN/TiAlON/TiAlO涂层, 并对涂层进行了抗高温氧化性实验. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、四探针电阻仪、紫外-可见-近红外分光光度计和傅里叶红外光谱仪分别对样品的表面和断面形貌、晶体结构、相组成、光学和电学性能进行了分析. 结果表明, 涂层耐800℃高温氧化, 涂层的厚度为2 mm, 晶粒大小分布均匀, 在可见-近红外光区(0.3~2.5 μm)的反射率小于10%, 方块电阻小于0.5 W 薄膜的红外反射率(2.5~25 μm)为0.09~0.19, 说明研制出的涂层具有很好的光谱选择性吸收, 在太阳能热发电、建筑节能等领域中有很好的应用前景     

利用近红外稳态光谱评估恒河猴皮瓣的血氧供应

近红外光谱技术是整形外科手术术后监测中一种潜在的非常理想的无创伤监测技术，从恒河猴前臂制取6例皮瓣，利用近红外稳态光谱监测在血管阻断和恒河猴吸入纯氧两种情况下皮瓣内血氧供应的应用情况，监测仪探头采用光纤传导光束，从而实现了反射方式下皮层内血氧的监测，在血管阻断实验中，不同阻断情况下监测到的皮瓣内血氧变化都很明显，而且变化的规律各不相同，这表明利用近红外光谱法对于血流阻塞的监测和阻塞类型的判别是非常有效的，特别是可以比较好地监测静脉用近红外光谱法对于血流阻塞的监测和阻塞类型的判别是非常有效的，特别是可以比较好地监测静脉回流阻塞的情况，近红外光谱技术对恒河猴由于吸纯氧引起的皮瓣内血氧浓度动态变化的监测具有很好的灵敏度，实验结果显示吸纯氧等无创伤刺激引起的皮瓣内血氧浓度的动态变化，具有被用来评估组织活性的潜力，这种评估方式可以避免长时间监测过程中各种因素的影响，减少给病人带来的不便。     

苏北油田区植物微量元素地球化学特征及其对遥感光谱特性的影响

分析了苏北油田4个剖面植物叶中的17种微量元素，测量了植物可见－近红外光谱，通过油、气遥感异常区内外的比较，研究了油、气异常区植物微量元素的组成和富集特征及其对植物可见－近红外光谱特征的影响．结果表明：植物叶对Mg,Ca,K,Na,Fe,Al,Mn,V,Zn,Cu和Cr等微量元素有很强的富集能力．油、气异常区内植物叶富集铁系元素，亏损碱金属和碱土金属元素．植物微量元素对“蓝移”强度及可见光区反射率的影响较大,Fe,Co与K,Na,Cd,Cu,Ba间的比值是本区较好的植物微量元素遥感指矿因子．     

海面油膜光谱响应实验研究

以辽东湾海水与辽河油田原油为材料, 利用ASD全谱段地物光谱仪, 针对海洋石油污染中的海面较薄油膜为研究对象, 设计海面油膜光谱响应室内实验, 模拟海面油膜厚度连续变化过程, 测量并分析油膜光谱的变化特征及其与油膜厚度的相关关系. 研究表明: 在1150~2500 nm短波红外谱段范围内, 油膜的反射率随油膜厚度变化很小, 但高于本底水体光谱反射率, 此范围中有效遥感谱段具有探测较薄油膜有无的能力; 在400~1150 nm可见光-近红外谱段范围内, 油膜光谱反射率明显低于本底水体, 并随着表面油膜厚度的增加而逐步降低, 油膜光谱反射率与油膜的厚度呈很强的幂函数负相关关系, 以550和645 nm为中心的绿光、红光波段的油膜光谱响应表现最优, 可作为海面油膜多/高光谱遥感探测与评估的最佳选择波段.     

鸦胆子甙的化学结构

javanica)的化学成分进行研究时,从乙醇提取液中分得一新化合物——鸦胆子甙(A).其熔点为243～246℃,[a]_D~(23) 60.0°(C=1.70,水),遇浓硫酸显蓝→紫→褐,分子式C_(26)H_(38)O_(14)(M~ 574).由化学转化及光谱方法确定其结构为鸦胆子苦素E-2-β-D-葡萄糖甙(A).为寻找抗癌新药而对中药鸦胆子(Brucea     

维生素C对Belousov-Zhabotinskii反应的影响

自从Belousov-Zhabotinskii反应(BZ反应)发现后,化学振荡反应日益为人们所重视。由于化学振荡与生化、生理等过程的密切关系,有维生素C(H_2A)参与的化学振荡反应也为人们所注目,其中有些是在与BZ反应相类似的条件下进行的。为开展化学振荡反应的研究,我们曾对以邻菲罗啉(Ph)亚铁离子为催化剂的BZ反应进行研究,本文则是对于H_2A存在下对该反应的化学振荡行为和机理进行探讨,结果表明其可能的机理是H_2A与BrO_3~-反应生成Br~-抑制了此反应的化学振荡。     

两种C_(60)-肌氨酸衍生物的室温荧光光谱

C_(60)以其独特的分子结构、物理化学性质以及许多方面的巨大潜在应用前景,引起了各国科学家的强烈兴趣.C_(60)宏观量制法的发现,极大地推动了人们对其独特物理化学性质的研究.其中C_(60)在室温或低温下在近红外区有微弱的荧光发射,这在文献中已有许多报道,然而这些报道却不尽相同.例如:早期的研究均未观察到C_(60)溶液的室温荧光光谱;Wang认为C_(60)荧光的量子产率随采用的不同的激发波长而变,而后来的工作则认为其量子产率与激发波长无关;另外C_(60)的荧光寿命短到0.033ns长到1.45ns均有报道.纯C_(60)衍生物的荧光     

氨基酸分子的太赫兹时域光谱

采用THz时域光谱(THz-TDS)测试技术, 在室温氮气环境中, 对4种氨基酸分子(酪氨酸、精氨酸、组氨酸和谷氨酰胺)在0.2~3.0 THz波段的光谱特性进行了探测. 根据提取材料THz光学参数的物理模型, 获取了吸收系数和折射率等光学参数, 得到了具有高分辨率的特征吸收谱和折射率谱; 所得结果填补了氨基酸在远红外区域的光谱空白, 为利用THz时域光谱技术研究其他氨基酸分子, 建立氨基酸类分子的指纹谱库以及分析分子构象等问题提供了科学依据.     

拉曼光谱技术在深空探测中的应用评述

拉曼光谱是激光激发物质产生光子非弹性散射形成的分子振动光谱.作为矿物和有机物识别的“指纹”光谱,拉曼光谱已被广泛应用于地球和地外样品研究中,以获得矿物种类、矿物化学、空间分布、岩矿成因等关键信息.在深空探测任务中,拉曼光谱通过采用主动激光激发获取光谱,在光谱信号获取方面具有独特的优势并可有效突破行星光照条件等环境的制约,因而被推荐用于月球、火星、小行星、金星、冰卫星等重要探测任务.我国嫦娥7号任务也将搭载拉曼光谱仪在月球南极区域开展就位物质成分探测.本文从拉曼光谱技术的物理原理和技术特点出发,阐述了拉曼光谱技术在月球和火星样品中的研究进展,归纳总结了主要组成矿物的拉曼光谱特征;梳理了拉曼光谱技术在深空探测领域的发展现状,简介了目前国际上主要拉曼光谱仪载荷设计情况,并分析了深空拉曼光谱探测中存在的难点约束;最后,对拉曼光谱技术在深空探测应用方面未来的发展趋势进行了展望,以期为未来相关载荷研发和应用提供有益参考.     

第26届国际光谱学术讨论会纪实

由国际纯粹化学和应用化学联合会(IUPAC)等组织,在1949年发起主办的国际光谱学术讨论会(CSI),是一个大型的国际性光谱学术会议。每两年轮流在世界上一些著名城市举行一次光谱科学领域的进展报告和讨论。第26届CSI会议是于1989年7月2日至9日在保加利亚首都索非亚的国家文化宫举行的。来自33个国家的920名代表出席了这次会议。世界上一些著     

拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料中的应用

拉曼光谱学不仅被广泛地用来确定碳纳米管的物理性质、表面功能化程度及取向性等, 也逐渐被发展成为研究碳纳米管聚合物复合材料界面相互作用的绝佳工具. 本文综述了拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料领域的应用研究. 基于碳纳米管拉曼光谱峰位的变化能够灵敏地反映碳纳米管的形变程度, 因此通过拉曼光谱能够定量地评估复合材料中碳纳米管与聚合物分子之间的相互作用、监测聚合物的相变过程、以及进行碳纳米管在复合材料中的应力分析和计算碳纳米管的杨氏模量. 同时, 给出了将拉曼光谱应用到碳纳米管宏观聚集体(包括碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维及其复合材料纤维)研究方面的最新进展, 如分析了碳纳米管宏观聚集体材料的微观变形机理和从宏观结构到微观结构的应变传递效率, 揭示了影响材料性能的关键性因素, 并实现了碳纳米管宏观聚集体杨氏模量的准确预测.     

卤代甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的XPS与NMR参数的关联

众所周知光电子能谱中结合能位移数据与分子的电荷分布密切相关。可以设想它与反映分子电子结构的其它物理化学性质间存在某些联系。Basch从理论上探讨了核磁共振化学位移与光电子能谱结合能间联系的可能性;Block报道了氯代甲烷中~(13)C化学位移和~(35)Cl核四极矩偶合常数与C_(15)结合能间的线性关系;Swary指出R(C_6H_5)_5P~ Y中~(31)~PY化学位移