基于激光诱导荧光光谱技术检测花生中黄曲霉毒素B_(1)

目的探究激光诱导荧光(laser induced fluorescence,LIF)技术检测花生中黄曲霉毒素B_(1)(aflatoxin B_(1),AFB_(1))的可行性,定性和定量分析花生中的AFB_(1)。方法制备不同浓度梯度的污染花生,经LIF系统采集荧光光谱,平滑后分析光谱数据结构。基于全波长光谱使用5种不同建模方法对污染花生定性判别,采用偏最小二乘法回归(partial least squares regression,PLSR)和BP神经网络(BP neural networks,BPNN)进行定量预测。通过竞争性自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)提取特征波长,研究其对定性和定量预测的影响。结果对于全波长光谱数据,线性核函数的支持向量机[support vector machine with linear kernel function,SVM(Linear)]建立的判别模型效果最优,预测正确率100.00%。PLSR和BPNN均获得较好的定量预测效果,剩余预测偏差(residual predictive deviation,RPD)>3.0,检出限(limit of detection,LOD)<20μg/kg;对于特征光谱数据,SVM(Linear)定性判别预测正确率93.94%,F1值为0.94,受试者工作特征(receiver operating characteristic curve,ROC)曲线下面积(area under the curve,AUC)为0.989。建立的PLSR模型性能优于未提取特征波长的两种定量模型,RPD为3.36,LOD为14.76μg/kg。结论LIF技术检测花生中的AFB_(1)简单快速,定性定量预测模型准确性好,具有一定可行性。

基于SAO-VMD-FFT的激光诱导荧光光谱信号信噪比提升方法

针对基于激光诱导荧光光谱法(LIFs)的便携式场地地下水检测技术装备在原位检测地下水中典型重金属时,光传感信号含噪声严重,影响后续定量分析准确度的问题,提出了一种雪消融优化器(SAO)寻优算法优化的变分模态分解(VMD)结合快速傅里叶变换(FFT)的LIFs光传感信号信噪比提升算法。利用SAO算法对VMD分解关键参数分解模态个数K和惩罚因子α进行优化,实现含噪信号的自适应最佳VMD分解,得到一系列本征模态分量。进一步结合FFT算法寻找频率突变点从而筛选出相关模态。累计相关模态得到信噪比提升后的信号。通过仿真和实测信号分析,结果表明,与EMD、WTD和S-G等常用算法相比,建立的算法能更好地去除LIFs信号中的噪声分量,保留有用信息。对方法的可行性和有效性进行了验证,可为后续利用LIFs传感信号原位定量分析地下水中重金属元素含量提供支持。

基于5 kHz平面激光诱导荧光的射流火焰局部熄火时空特性分析

基于高频光学测量手段研究射流火焰局部熄火的分布特性,对于分析燃烧场不稳定性机理有重要意义。建立5 kHz的平面激光诱导荧光测量系统,对高速射流火焰开展实验研究,并获得火焰结构的动态发展过程;将双边滤波、竖直滑窗局部自适应阈值等图像处理方法引入平面激光诱导荧光图像的预处理,在局部断裂结构数量特征的基础上,提取局部断裂结构长度和空间位置等特征;基于上述特征深入解析局部熄火的时空分布特性,进一步完善高频平面激光诱导荧光诊断与分析方法。研究表明:双边滤波算法处理后,图像峰值信噪比为34.3 dB,结构相似度为0.93,噪声水平显著降低,获得了较好的去噪效果;使用竖直滑窗局部自适应方法进行图像分割的F1分数达到93.30%;断裂结构累计数量随时间线性增加,当射流马赫数由0.5增至1.6时,单侧图像断裂结构的每秒累计数量从790.7增至9 217.2,并且局部熄火频率与射流马赫数呈指数关系;断裂结构主要分布区域为火焰臂及上侧中央燃料区。本研究进一步拓展了高频平面激光诱导荧光技术的应用能力,证明了高频平面激光诱导荧光技术用于局部熄火时空分布特性研究的可行性。

毛细管电泳-激光诱导荧光测序仪偏振特性研究

基于毛细管电泳-激光诱导荧光原理测序仪中,激发光偏振态对拉曼光和荧光的激发效率有影响。针对该特性进行了深入研究,通过理论建模仿真和偏振光线追迹分析了光学系统对于入射光偏振态的影响,并且搭建了实验系统研究了激发光偏振方向对于激发结果的影响。实验结果表明,作为筛分介质的POP-7聚合物的拉曼散射光强度会随激发光偏振方向的改变而产生明显的变化,波动值高达50%以上,且此波动值随着激发光强度降低而相应减小;对于多色荧光染料,在激发过程中表现出完全的随机性,不同浓度梯度下各色荧光对于激发光偏振方向改变具有各自不同的响应度,但均未表现出与激发光偏振方向显著的相关性。

激光诱导荧光检测鸡蛋抗生素残留的方法研究

禽蛋产业中抗生素残留超标问题作为重要的食品安全问题之一,近些年来受到了广泛关注。目前对畜禽产品抗生素残留的检测方法主要采用微生物检测法、免疫分析法、高效液相色谱法等方法,但这些方法对于现场样品的快速检测还存在一定的不足。应用具有高灵敏度、高分辨率、速度快等特点的激光诱导荧光分析技术,开展鸡蛋中抗生素残留快速检测方法研究。样品以蛋清为溶剂,抗生素种类选用鸡蛋中可能残存的抗生素,包括环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星、土霉素和庆大霉素,通过加入抗生素试剂模拟鸡蛋中抗生素的残留,测定了不同浓度下的抗生素荧光光谱。采用欧氏距离及概率密度的方法进行定性分析,定性分析的准确率在三倍标准差范围内达到了100%。在对已有的几种不同浓度样品进行检测分析后,建立了每种抗生素对应的c-S拟合曲线。结果表明,在有效检测范围内(环丙沙星:0.0001~1 mg·mL^(-1),诺氟沙星:0.0002~1 mg·mL^(-1),氧氟沙星:0.00005~1 mg·mL^(-1),土霉素:0.0001~0.2 mg·mL^(-1),庆大霉素:0.01~1 mg·mL^(-1)),可以根据荧光峰的净峰面积比较准确地计算抗生素含量。最后,计算了抗生素定量曲线的准确度和检出限,说明了该方法可以应用到鸡蛋中抗生素的残留量检测,但目前还存在检出限较高的问题,需要更进一步研究来降低检出限。

基于激光诱导荧光光谱的酸奶乳酸菌数快速检测

以市售搅拌型酸奶为研究对象,利用自行搭建的激光诱导荧光(LIF)采集系统,获取不同乳酸菌数酸奶样品的荧光光谱,探讨酸奶中各种荧光物质的荧光峰强度随乳酸菌数变化的响应关系,结合光散射校正算法建立了酸奶中乳酸菌数定量预测模型.结果显示,不同乳酸菌数酸奶样品均在435、485和520 nm附近出现了荧光特征峰,且均随乳酸菌数的变化呈现规律性变化.利用4种光散射校正方法对酸奶原始荧光光谱进行了校正,其中,OPLEC+SR光散射校正算法能够有效消除与波长相关的基线漂移的影响,所建立的PLSR预测模型结果最优,其校正集、验证集相关系数R_(c)、R_(p)分别为0.9654和0.9533,均方根误差C_(RMSE)、P_(RMSE)分别为0.1525 logCFU/mL和0.2362 logCFU/mL.为验证模型的稳定性与可靠性,利用未参与建模的8个酸奶样品对最优模型进行外部验证,实测值与预测值线性拟合后的相关系数R可达到0.9510,拟合残差模为0.8606,说明所建预测模型可以实现酸奶中乳酸菌数的实时监测.

双光子激发SO_2气体激光诱导色散荧光光谱研究

以脉冲染料激光器579nm激光为激发源,采用双光子激光诱导色散荧光光谱方法,对SO2分子第一激发带A对称电子态的激发及复杂退激发过程进行了实验研究。基态SO2分子吸收两个579nm光子被激发至A1 A2态,通过能量内转换或碰撞弛豫实现在A1 A2,B1 B1与a3 B1态多个振转能级的再布居。三个电子态基振动能级向基态X1 A1不同振动能级跃迁形成了305和425nm处荧光包络与以347nm为中心的规则序列。另外,还观测到了SO2分子的三光子激发过程X1 A1→C1 B2,此激发产生了200～278nm处的荧光包络和425nm处的谱线叠加现象。由实验数据计算出了SO2分子有关电子态的对称振动和弯曲振动模式的基振动角频率及非谐性常数。

水体中溶解有机物激光诱导荧光光谱分析方法

讨论了用激光诱导荧光(LIF)的方法分析水体中溶解有机物(DOM)的含量,利用拉曼散射信号对荧光光谱进行归一化处理,消除激发光强度和水体对荧光的二次吸收和接收条件等因素的影响,并给出了理论依据,由此依据得出了非线性浓度校准的数学模型。利用这个数学模型对实验数据进行非线性拟合,拟合的相关系数高于0.99。该浓度校准的数学模型,考虑到了水体对荧光信号的二次吸收以及溶液浓度的变化对二次吸收的影响,结果表明它可作为不同水体的通用浓度校准的数学模型对水体中的DOM进行定量分析。

鲜牛奶变质过程的激光诱导荧光光谱研究

本文用激光诱导荧光 (LIF)方法对鲜牛奶和酸牛奶变质过程进行了荧光光谱研究 ,介绍了所用测试系统的组成及测试方法 ,给出了变质过程的荧光光谱 ,并对测试结果进行了分析 ,研究表明 。

含有光敏剂的人体皮肤的激光诱导荧光光谱分析

利用血红蛋白在578nm处有吸收峰以及在光动力疗法治疗鲜红斑痣过程中病变区血液含量减少的特性,根据测得的含有光敏剂的皮肤层激光诱导荧光光谱,计算了皮肤层光敏剂的荧光强度随时间的变化关系。通过光谱处理计算了624nm处光敏剂血卟啉(HpD)的荧光峰值强度。分析和计算结果表明,皮肤层中的血液含量的减少导致新的荧光光谱峰(578nm处)的产生,新荧光峰的产生造成624nm处荧光强度的增大,因此必须排除这种影响才能得到皮肤层由光敏剂产生的荧光强度。由光谱处理结果得到治疗过程中病变区光敏剂荧光强度的变化曲线。

激光诱导荧光辅助激光诱导击穿光谱检测有源发光玻璃中的微量元素

在有源发光玻璃的制备过程中,通常需要掺杂微量元素,用于改善玻璃的发光性能,因此在生产过程中进行快速检测非常重要。本实验针对激光诱导击穿光谱技术(LIBS)分析玻璃中微量元素灵敏度不足的问题,利用激光诱导荧光辅助激光诱导击穿光谱技术(LIBS-LIF)检测了玻璃中3种微量元素Yb,Al和P。使用波长可调谐激光激发等离子体中的Yb+离子、Al原子和P原子,并对这3种粒子在激光诱导荧光中的跃迁过程进行了分析。结果表明,通过激光诱导荧光辅助激光诱导击穿光谱技术,Yb+离子、Al原子和P原子的光谱强度分别增强了23,50和8倍,大幅度提高了LIBS分析的灵敏度。

不同环数芳香烃激光诱导荧光光谱研究

为了更好地区分测量小分子芳香烃,利用一台Nd∶YAG激光器提供能量为0.085J·cm-2、波长为266nm的入射光。针对苯、甲苯、萘、菲、蒽、芘和屈不同环数的芳香烃,使用激光诱导荧光法研究了单一芳香烃及不同芳香烃混合物的荧光光谱。结果表明,芳香烃的苯环数是荧光发射光谱的主要决定因素;相同苯环数不同结构的芳香烃对荧光光谱范围基本没有影响;由于266nm波长的吸收效率差异,导致相同环数的芳香烃的荧光光强存在差异;而且吸收效率相近且浓度相同时,环数越大,荧光光强越强。随着芳香烃环数的增加,荧光光谱波段和峰值都出现从紫外波段向可见光波段红移的现象,同时吸收效率相近时,荧光光谱范围变宽;一环至四环芳香烃的较好的荧光光谱区分范围分别为275-320,320-375,375-425和425-556nm。针对不同芳香烃混合物研究表明,由于辐射能量传递机制导致混合物中有3环或4环芳香烃存在时,紫外波段的光被损失,所以1环或2环芳香烃混入混合物后,混合物中的1环或2环荧光光谱不能被检测到,但荧光光谱强度增大;当混合物中只包含3环和4环芳香烃时,荧光发射光谱具有两种芳香烃的特点;当混合物中存在3环和4环芳香烃时,荧光发射光谱和各自的浓度相关,从而可以一定程度区分不同环数物质。

多道检测-激光诱导荧光光谱分析装置研究

采用Nd∶YAG激光器为激发光源 ,与CCD光学多道分析系统联用建立了多道检测 激光诱导荧光光谱分析装置 ,并对该装置的设计进行了优化 ,荧光光谱测量范围 350～ 10 0 0nm ,波长精度 0 .3nm ,探测器光谱响应灵敏度 0 .1LX。采集和检测了若丹明 6G乙醇溶液的高信噪比荧光谱 ,最低检出限达到 10 - 8mol/L。线性范围为 10 - 6～ 10 - 8mol/L。将所建立的装置用于若丹明B荧光淬灭法测定水中硒的含量 ,获得了满意的结果。方法的线性范围为 1～ 10 μg/L ,检出限为 0 .5μg/L ,加标回收率为 81.3%～ 112 .5%。

多功能激光诱导荧光光谱测定装置

采用Nd∶YAG泵浦染料激光器、硅增强靶型光学多道分析仪以及自制的荧光盒和触发器组装了一台激光诱导荧光光谱测定装置。研制了与计算机连接用的接口和应用软件。性能测试表明,此装置的灵敏度高,光谱覆盖范围和工作曲线线性范围宽、分析速度快;既可用于实时光谱检测,也可用于时间分辩光谱分析。测定结果的精密度和准确度均令人满意。

不同植物的激光诱导荧光光谱特征及其在遥感上的意义

用337nm氮分子激光照射不同种类的植物,可以得到每一种类植物的激光诱导荧光特征光谱。利用峰的波长,荧光强度的差异可以将木本阔叶树、针叶树,草本双子叶及单子叶植物加以区分。685与740以及440与550nm的荧光强度比值均可以作为植物区分的两种参数。用激光诱导荧光技术监测植物要选择合适的生长期和季节,单子叶植物应选拔节期,双子叶植物应选营养生长期,而木本植物则应选在春末夏初。研究表明,激光诱导荧光遥感技术对植物鉴别与分类以及植物的长势监测具有极其重要的意义和应用前景。

基于FCM的煤矿突水激光诱导荧光光谱分析

快速识别煤矿突水水源类型对于矿井水害防治意义非凡。鉴于传统水化学方法水源识别耗时较长等诸多不足,提出了将模糊C均值聚类(FCM)算法和多维标度分析(MDS)用于激光诱导荧光光谱识别煤矿突水水源这一新思路。由于FCM算法在光谱分析和模式识别等方面都有着成功的应用,况且激光光谱具有时间响应快、灵敏度高、干扰小等优点,通过实时采集水样的荧光光谱数据,利用FCM和MDS对光谱数据分析后就可以辨别水样类型。以华东地区某矿的老空水和奥灰水以及按比例混合得到水样共7种(每种水样各20个样本)为实验材料,利用405nm激光打入被测水体,一共采集了140组荧光光谱数据,随后选择合适的波长区间进行分析。取每种水样各15组共105组光谱数据用作训练集,其余35组光谱数据用作测试集。使用MDS建立七种不同水样的模型,再利用FCM算法进行聚类分析得到七种水样的簇中心,最后使用得到的簇中心对测试集进行验证。实验结果表明,不同水样的光谱图有着较大差异,选取合适的波长区间下的光谱数据,在MDS下选择维度为2,利用FCM算法对水样进行分类,全部140组样本的准确率是100%。

激光诱导荧光光谱分析法研究(Ⅰ)-EDTA-Tiron-CTMAB体系和光学多道分析仪用于痕量铽的测定

采用Nd:YAG泵浦的染料激光器和硅增强靶型光学多道分析仪组装的激光诱导荧光光谱测量装置,研究了不同类型表面活性剂对铽-EDTA-Tiron体系的增敏、增稳作用和激光能量与荧光强度的关系,拟定了以EDTA-Tiron-CTMAB测系测定痕量铽的激光诱导荧光光谱分析方法。实验结果表明,此法具有灵敏度高、选择性好,稳定和快运等特点。不经分离,用于氧化钇中痕量铽的测定,结果良好。

模拟酸雨对大豆的激光诱导荧光光谱和反射光谱的影响研究

在田间栽种大豆 ,在生长期内 ,配置不同 pH值的模拟酸雨定期定量地分区喷洒 ,定期测量其生长状况并采样测试激光诱导荧光光谱和反射光谱。研究结果表明 ,酸雨对大豆的生长有明显的影响 ,并在其光谱特征上也有显著的差异 ,与酸雨的酸度和喷洒的强度密切相关。

激光诱导荧光光谱分析法研究Ⅵ——Eu-DBM-TOPO-Tween-60体系的发光机理和分析应用

本文以Nd;YAG激光器的三倍频输出为激发光源,硅增强靶型光学多道分析仪为检测器,研究了铕-二苯甲酰甲烷-氧化三正辛基膦(Eu-DBM-TOPO)体系的激光诱导发光特性、发光机理和影响荧光发射强度的因素。提出了该体系荧光发射过程的两步能量传递机制,拟定出用DBM-TOPO-Tween-60体系测定痕量铕的激光诱导荧光光谱分析方法。采用标准加入法测定了高纯稀土氧化物和合成水样中的痕量铕,结果令人满意。

基于激光诱导荧光高光谱技术无损检测脐橙表面敌敌畏残留

常规化学方法检测农药残留不仅对样品具有破坏性,而且费时费力。本文以激光诱导荧光结合高光谱图像技术为手段,对脐橙表面的敌敌畏农药残留进行光谱无损检测;实验方法是在脐橙表面,喷施用自来水配制的不同浓度的敌敌畏农药溶液,在实验室条件下风干后,采集激光诱导荧光高光谱图像,再用气相色谱法检测脐橙表面的农药残留量,应用偏最小二乘（Partial least squares,PLS）方法建立农药残留的预测模型,并找出最佳光谱区间,然后应用支持向量机（Support vectormachine,SVM）方法在最佳光谱区间的基础上建立农药残留的预测模型;所建模型结果其预测集样品的农药残留量实测值（0.4862~10.3791mg/kg）和预测值之间的相关系数为0.8101;实验结果说明,以激光诱导荧光结合高光谱技术为手段的无损检测技术,在检测脐橙农药残留方面是有可行性的。