多道激光Raman光谱检测系统

设计了一种多道激光Ｒａｍａｎ光谱检测系统，由Ａｒ＋激光器、外光路、多色仪和光学多道分析仪（ＯＭＡⅢ）组成。通过对ＣＣｌ４、Ｃ６Ｈ６、Ｃ６Ｈ１２的Ｒａｍａｎ光谱的检测表明，与单道激光Ｒａｍａｎ光谱检测系统相比，多道系统大大缩短了记录Ｒａｍａｎ光谱的时间，但每道的积分时间可延长至１０～５０ｓ，将多道探测器的工作温度降低到５℃，可获得信噪比高、灵敏度高、质量好的Ｒａｍａｎ光谱。采用微分软件处理Ｒａｍａｎ光谱曲线，可提取出几乎淹没在瑞利线中的Ｒａｍａｎ峰。

Raman磁共振谱中强单量子信号的压抑

通常单量子信号的强度在Raman磁共振谱中要比其它多量子信号的强度大得多 ,因而易引起接收机饱和 ,使信号发生变形 ,不利于多量子信号的检测 ,因此压抑强的单量子峰是必要的 .积算符理论分析表明 ,异核体系Raman磁共振谱的单 ,多量子峰的共振频率及其信号强度关于频偏满足对称关系 :当频偏由正变为负时 ,单量子信号的强度亦随之改变了符号 .因此 ,对正负频偏 (数值相等 )的两次Raman磁共振实验的FID信号进行累加 ,就可压抑强的单量子峰 ,而对于多量子峰则在大的频偏条件下不会相互抵消 .因此 ,这样的实验累加可以保持多量子信号的强度而压抑掉强的单量子峰 .作为实验验证 ,我们给出了异核AXn 体系 (CHCl3,CH2 Cl2 ,CH3OH)的按上述正负频偏循环累加采样方法得到Raman磁共振1 3C实验谱 .实验结果同理论预言完全一致 .

基于全光谱主成分分析的拉曼信号提取方法

拉曼光谱(Raman spectra)基于拉曼散射效应的散射光谱。由于不同种类物质的振动、转动能量特征是唯一的,由此产生的拉曼散射光谱也是唯一的,因此拉曼光谱在鉴别物质成分方面极具优势。更因为无损耗、非接触、快速、简单、可重复等特点备受青睐,被广泛应用于化学、物理、生物和医学等各个领域。但受限于被测信号微弱、光学仪器加工精度以及混合物组分之间的相互作用,混合物的拉曼光谱不但存在谱峰重叠的现象,部分较弱信号的特征峰还可能会淹没在背景噪声中,影响了对混合物进行拉曼光谱分析的精度。为了解决拉曼光谱弱信号分析识别的困难,该研究将主成分分析应用于拉曼光谱分析,提出一种基于全光谱信息的拉曼信号提取方法。将实测拉曼光谱看作不同物质组分光谱的线性叠加,通过不同组分比例的多组拉曼光谱进行主成分分析,分离背景噪声和随机噪声并提取不同物质组分的拉曼信号。根据物质组分拉曼光谱非必要满足正交性的特点,分析讨论了光谱主成分与物质组分拉曼光谱成分之间的关系,给出了采用光谱主成分修正为物质组分拉曼光谱的一般性方法。根据光谱主成分与物质组分浓度之间的线性关联特征,给出了物质组分拉曼光谱、线性误差以及随机噪声的判定依据。通过不同浓度的甲醇、乙醇混合溶液拉曼光谱进行的实验验证,实现了甲醇和乙醇拉曼信号的提取,并成功分离了背景噪声和随机噪声,最终结果与参考信号匹配良好,同时验证了对物质组分拉曼信号、线性误差以及随机噪声的判断结果。提出了采用拉曼光谱主成分提取实际光谱组分的有效方法,此方法具有快速方便,成本低,精确度高的优点,是拉曼光谱数据处理技术的一种有益补充与尝试,在物质识别和浓度检测方面具有极大的应用潜力。

表面增强拉曼散射光谱在miRNAs检测中的研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)因其灵敏度高、非侵入性、多路检测等特点,已广泛应用于生物医学检测。研究发现微小核糖核酸(miRNAs)的异常表达与多种疾病有关,miRNAs已成为一种新型的生物标志物。开发简单、灵敏、可靠的miRNAs检测方法,对miRNAs的生物学功能研究、医学诊断、疾病治疗和靶向药物研究具有重要意义。目前,与核酸信号放大策略相结合的纳米SERS探针,用于miRNAs检测表现出较高的灵敏度。然而实际样本中成分复杂,易产生背景信号,干扰检测结果;分离纯化过程繁琐,增加了检测时间。近年来,研究者们通过结合其他技术来优化检测,提高样本检测通量、简化操作、减少分析时间、提高分辨率。该论文主要介绍了基于SERS技术的miRNAs检测方法的最新进展,讨论了技术融合的优势与必要性,并总结了基于SERS技术的miRNAs检测用于临床检测还存在的问题,旨在为设计新型快速灵敏可靠的miRNAs SERS检测平台提供参考。

空间偏移拉曼光谱分析技术及其在食品次表层检测中的应用

空间偏移拉曼光谱(SORS)是一种应用于浑浊/分层介质深层无损检测的新型拉曼光谱分析技术。分层物质不同深度的拉曼信号随传输距离增加对探测器的贡献产生规律性变化,SORS技术通过采集偏移激光入射点不同距离的拉曼光谱,结合最佳偏移距离信号增强、次表层谱峰识别、次表层信号分离等方法降低表层的干扰,获取纯净的次表层物质拉曼信号,然后借助拉曼的分子特异性实现无损的次表层物质定性和定量检测。介绍了空间偏移拉曼光谱技术的基本概念及测量技术,详细阐述了空间偏移拉曼光谱数据的分析方法及该技术在食品次表层检测中的应用,讨论了空间偏移拉曼光谱技术的限制条件并展望了该领域的未来发展。

多通道海洋激光雷达溢油监测系统高台实验分析

系统介绍多通道海洋激光雷达溢油监测系统的硬件结构和高台实验,探讨多通道激光雷达探测溢油的可行性;此系统采用355 nm波长的3倍频Nd:YAG激光作为激发源,利用125 m高的实验平台,在白天和夜晚2种环境下进行实验,获得多种目标的雷达信号,并提取不同目标的特征荧光光谱,分析结果与实际情况相符。实验证明多通道海洋激光雷达溢油监测系统性能可靠,可以有效地进行溢油探测。

近共心腔气体拉曼光谱增强方法研究

对海水中溶存气体(甲烷、二氧化碳等)的探测是海洋环境监测和资源探测的重要环节,由于拉曼光谱技术可实现多组分同时探测的优势,被视为发展海洋溶存气体探测技术的首选,而探测灵敏度的提高则是推动该项技术实用化的关键。针对提高拉曼光谱气体探测灵敏度这一问题,设计并搭建了一套基于近共心腔拉曼信号增强系统,开展了信号收集方向和激发光多次散射模式对信号强度和信噪比影响的研究。研究发现,信号收集方向与腔镜光轴之间的夹角越小,所收集的信号越强、信噪比越大,当夹角为30度时,信噪比是垂直方向的16倍;近共心腔直线型多次反射模式,与共心腔模式相比信噪比增强了近三倍。采用最优化实验条件,该系统与常规拉曼系统相比,信号强度和信噪比增强效果均在70倍左右。根据该系统对空气中CO_2的相应强度(空气中CO_2的浓度为0.648mg·L^(-1)),以三倍于噪声强度计算检测限,估算出该系统对CO_2的探测灵敏度约为0.19 mg·L^(-1),依据CO_2与CH_4拉曼散射截面比为1/6,估算该系统对甲烷的检测限约为11.5μg·L^(-1)。

大气CO_2含量分布激光雷达监测

为有效地控制温室效应和气候剧变,准确可靠地监测CO2气体的变化就变得十分重要。拉曼雷达测量大气中CO2气体含量是一种技术先进的可靠方法。介绍了利用气体的拉曼散射效应来测量CO2含量分布的拉曼激光雷达,分析了拉曼雷达的基本原理,设计了具体的实验检测系统,介绍了实验系统各工作件参数情况。对拉曼雷达的回波信号的反演方法进行了具体阐述,初步取得了大气中CO2气体含量分布规律,合肥地区的二氧化碳气体含量大约在350-400 ppmv范围内波动。

EEMD自适应去噪在拉曼光谱中的应用

二代小波是公认较好的降噪手段,但是降噪效果依赖于基函数、分解层数和阈值等参数设置。经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)无需参数设定,按照频率特性将信号分解成本征模函数(intrinsic mode function,IMF),对IMF滤波,实现了信号自适应去噪。拉曼光谱中信号和噪声交叠集中在极高频段,EMD产生模态混叠问题,影响去噪效果。应用总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)拉曼光谱克服了模态混叠,有效区分出高频信号和噪声,获得了与小波函数相似去噪效果。文中首先对一段非线性非平稳豆油脂拉曼光谱EMD分解,可见模态混叠,EEMD分解出清晰模态的特征分量。然后分别用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)、小波变换(Wavelet)、EMD和EEMD处理含噪光谱,信噪比、均方根误差、相关系数三个方面指标表明FFT高频去噪效果最差,其次是EMD,恰当的Wavelet同EEMD效果相当,EEMD的优势是降噪过程的自适应。最后提出光谱时频分析方法和IMF噪声属性判别准则研究趋势。

基于粒子群算法的重叠拉曼谱峰解析

在拉曼光谱技术的应用推广中,检测样品拉曼谱峰的重叠是不可避免的。为了快速解析并定量分析重叠拉曼谱峰信号,该文将粒子群算法分别应用于三组分拉曼谱解析三组分(甲苯,邻二甲苯和间二甲苯)、解析四组分(甲苯,邻二甲苯,间二甲苯和和乙基苯)和解析两组分(邻二甲苯和间二甲苯)芳香烃混合物。实验结果表明:此方法具有较好的分析精度,对于实验中的多组分芳香烃的定量分析,其误差均小于1%,准确率最高可达99.5%,并且占用机时较少,符合在线测量要求。分析结果表明,粒子群算法不但适用于将多种重叠拉曼谱峰进行相互分离,而且可以快速完成各个成分的定量分析,是在线拉曼分析中解析重叠拉曼光谱信号的有效方法之一。

结合小波变换和经验模态分解的拉曼信号去噪研究

在分布式光纤温度传感器(DTS)的系统分析中,所探测到的含有温度信息的后向拉曼散射信号的强度十分微弱,并且所携带的噪声很大,严重影响了测温精度。针对该系统存在的噪声,提出了将小波变换和经验模态分解(EMD)相结合的方法对拉曼信号进行信号处理。实验结果表明:该方法能够有效地去除系统中的噪声,很好地保留了信号的有用部分,系统的信噪比由原来的5.7dB提高到15dB,系统的平均测温误差也由原来的2.8℃降到0.5℃,从而得到更加精确的温度值。

分布式光纤测温系统及其测温精度分析

介绍了基于后向喇曼散射的分布式光纤测温系统 ,对系统的测温精度进行了分析 ,针对影响测温精度的主要因素提出了相应的处理方法 ,实验证明所得出的结论是正确的 ,方法是可行有效的。

粒子退偏比测量拉曼-米偏振激光雷达系统设计与仿真

针对米-偏振激光雷达回波信号受大气分子信号影响而只能测得体退偏比的问题,设计了一种可以测量粒子退偏比的纯转动拉曼-米偏振激光雷达.仿真了其回波信号与信噪比,结果表明系统夜晚最大探测距离可达12km,验证了系统的可行性.利用拉曼信号校正米-偏振信号得到气溶胶和云的粒子退偏比,通过对比不同天气状况下的退偏比廓线,得出该系统更适用于高空卷云和浓度较小但退偏比较大的气溶胶粒子的退偏比测量.

拉曼光谱中荧光抑制技术的研究新进展综述

拉曼光谱技术反映了物质的结构特征,可用于分析有机或者无机样品的化学组分。但由于某些被测物的荧光背景远远强于拉曼信号,这些物质的拉曼光谱测量有时十分困难,这限制了拉曼光谱的广泛应用。因此有必要在拉曼检测中对荧光采取抑制措施以准确获取高信噪比的拉曼光谱指纹信息。近些年来,很多的相关研究探讨及发展了多种荧光抑制的新方法。在目前的科研活动中,常用的技术有表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、共焦显微拉曼光谱技术和高温拉曼光谱技术等。这些技术解决了拉曼光谱早期存在的一些问题,如荧光干扰、灵敏度低等,极大地扩展了拉曼光谱技术在各个领域的应用。而这些新方法可大致归类为物理/化学方法,基于光学性质不同衍生的方法,计算处理方法和其他方法。文章概括性的介绍了上述方法的理论、实现方式,并分析比较了各自的特点。

小波去噪与平均算法去噪在拉曼光谱中的应用

拉曼光谱分析中,噪声的存在常影响分析的准确度和检测限,现有滤波方法在光谱信号除噪方面有种种缺陷。使用自适应小波阈值函数滤噪法和平移不变量小波去噪法两种方法,并分别与传统方法平均算法相结合,实现了信号与噪音的有效分离,均取得了很好的效果。即使对信噪比小于1的高噪声信号也能够很好地保留了信号的细节,获取满意的处理结果。

喇曼散射分布式光纤测温系统实时性的改进

针对双路喇曼散射分布式光纤测温系统测温周期过长的缺点,在保证系统空间分辨率的前提下,提出了硬件数字累加平均技术与小波去噪相结合的信号处理方法。重点讨论了小波去噪中小波基函数的选择、小波分解层数的确定以及阈值量化处理方式的确定三项关键技术。最终采用此种信号处理方法提高了系统信噪比,并将系统测温周期降低至4 s。对比实验结果表明:与硬件数字累加平均相比,小波去噪无论是在改善信噪比还是在减少测温时间方面都具有显著的优势。

分布式光纤喇曼放大技术及其在WDM系统中的应用

介绍了分布式光纤喇曼放大技术的原理、特点和应用 ,并从受此影响的 WDM传输系统的信噪比、噪声指数和品质因数三个方面讨论了光纤喇曼放大技术在提升光纤通信系统性能方面的重要作用。

基于净信号的乙醇含量拉曼光谱分析方法研究

拉曼光谱检测技术由于其快速、无损等优点可以满足工业现场测量的要求,因此已经广泛地应用于各种定量定性的分析领域。酒精度即乙醇含量的体积比是酒类产品品质检测中的关键参数,开发乙醇含量实时、便捷的检测系统对酒类产品生产具有重要的意义。将净信号分析方法应用于乙醇水溶液拉曼光谱的定量分析中,将乙醇的净信号与其浓度建立一元线性回归模型。结果表明,基于净信号回归的乙醇拉曼光谱定量分析方法,相比较于特征峰强一元线性回归模型和偏最小二乘回归模型,不仅提高了模型的预测精度,增强了模型的稳健性,便于模型传递,而且模型算法简洁、稳定,便于实现便携式仪器的开发。

光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声

提出了光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声的数学描述及其机理,并从实验上得到了后向自发拉曼散射噪声的光谱,后向拉曼散射光在泵浦的入射处有最大的光强,而在信号光出射处光强很小,这对光纤传输信号是有利的。在信号的输出端,自发拉曼散射的光强只与泵浦输入强度有关,而与增益光纤长度无关。

激光光镊拉曼光谱仪信噪比测量研究

通过对激光光镊拉曼光谱仪系统信噪比测量分析研究表明:在一定条件下,平均背景噪声随冷却温度降低而缓慢减小,在激发波长不变时对应的信噪比逐渐增加;曝光时间的延长使系统信噪比以不同比例线性增加;激光输入功率和系统信噪比成正比.这为单细胞拉曼光谱测量与分析提供了有力的实验依据.