高分辨太赫兹衰减全反射频域光谱系统

由于水对太赫兹(THz)波具有强烈的吸收,含水样本的太赫兹光谱检测面临重大挑战。为解决太赫兹光谱对含水样本的高灵敏检测问题,本文提出并实验验证了一种太赫兹衰减全反射(ATR)的高分辨频域光谱系统。该系统采用创新式光混频相干检测技术,获得了出色的动态范围和分辨力性能,在0.3~1.2 THz范围内,峰值动态范围超过100 dB,频率分辨力高达100 MHz。创新式的ATR架构有效提升了灵敏度,在对不同浓度α-乳糖水溶液的实验测量中,实现了对水溶液样本的直接、精确定量检测。

应用衰减全反射红外光谱无损鉴别中国传统手工纸的方法研究

纤维种类鉴别是古代纸张保护的重要基础工作。探究中国传统手工纸的无损纤维鉴别的方法对中国古籍、档案及纸质文物的研究和保护具有重要意义。该研究应用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATRFTIR)对已知纤维成分的17类64种中国传统手工纸标准样品进行了无损分析,参考纤维素和木质素的红外峰位及部分纸样的X射线衍射(XRD)分析结果确认纸样中的所有红外谱峰归属;并采用分波段比较分析的方法对相似度极高的谱图进行比对分析,分别总结各类纸张在4000~1800、1800~1500、1500~1200和1200~600cm^(-1)四个波段的谱图特征;同时对4cm^(-1)精度的谱图进行二阶导数处理,分别总结各类纸张在1500~1200和1200~900cm^(-1)两个波段的二阶导数谱图特征;最后通过红外结晶指数及其他峰高和峰面积比值计算结果实现对纸类更细致的区分。应用上述方法对16个盲测样品进行了有效性测试,红外分析结果与显微纤维鉴别结果一致,初步证明了该方法在中国传统手工纸无损纤维鉴别上的可行性和有效性。实验结果表明,应用ATR-FTIR无损分析法可对麻、桑构皮、檀皮、瑞香皮和竹几大类原料的传统手工纸纤维类型作出快速而准确的鉴别,对于混料的宣纸也同样适用;但对于显微分析也难以鉴别的亲缘关系较近的植物原料如桑、构皮之间的精细鉴别仍有一定局限性。

原位衰减全反射表面增强红外光谱示踪单原子催化二氧化碳电还原反应中间体的研究进展

电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)涉及多个电子和质子转移,动态演变过程复杂.具有结构简单性和均匀性的单原子催化剂(SACs)是研究上述复杂过程的理想模型催化剂,有利于理解催化构效关系.原位衰减全反射表面增强红外光谱技术为识别单原子催化CO_(2)RR的动态演变过程提供了有利方法.本文总结了原位红外光谱在电催化CO_(2)RR研究中的应用:首先,简要介绍了电化学衰减全反射表面增强红外光谱的表面增强机制;详细探讨了原位衰减全反射表面增强红外光谱技术在研究原子级金属催化剂催化CO_(2)/CORR反应动态演变过程的关键作用;简述了原位红外谱图确定界面水的相关信息以及电极局部pH值的定量方法.原位电化学红外光谱技术加深了对CO_(2)RR反应机制的理解,揭示了催化剂结构、电解质种类、分子吸附方式等对反应活性和选择性的调控规律.尽管研究已取得较大进展,但由于电催化CO_(2)RR的复杂性,学者对该反应的认知仍不够全面和深入,面临的机遇和挑战如下:(1)精准辨识CO_(2)RR关键中间体/生成物.特别是当中间体/生成物的特征峰与其他峰重叠时,精准识别相关特征峰将极具挑战.一方面,需进一步提高原位光谱技术分辨率;另一方面,近年来深度学习算法在光谱分析领域的应用为中间体/生成物混合特征峰的精准识别提供了有效方案,此类算法能建立变量之间的关系,实现光谱中特征信息的智能、精准提取;(2)深入解析CO_(2)RR机理和复杂的反应路径.目前,研究者尚难以通过直接实验手段明确CO_(2)RR路径.原位电化学红外光谱技术结合密度泛函理论(DFT)是明确CO_(2)RR中间体和反应途径的可行方案,能够进一步指导反应条件优化和催化剂结构设计;(3)建立工况下的原位CO_(2)RR机理研究方案.膜电极组件(MEA)电解槽通过使用膜直接连接阴极气体扩散电极和阳极,有效解决了H型反应器的局限性,具有工业应用前景.然而,基于MEA的工况条件CO_(2)RR机制研究鲜有报道.因此,需要开发工况条件下的原位电化学光谱技术,以探究三相界面分子尺度关键中间体/生成物动态演变,并建立工况条件的CO_(2)RR催化构效关系,这将有助于提高工况下的选择性、转化效率,以及实现更高价值的多碳产品的规模生产,并进一步指导高效反应器设计.综上,本文详细综述了原位红外光谱在电化学CO_(2)RR研究中的应用,并对电催化CO_(2)RR目前遇到的问题提出了解决方案,希望对广大科研工作者利用原位红外光谱进一步深入研究电催化CO_(2)RR提供参考和借鉴.

利用衰减全反射测量微量液体的浓度

基于分光计搭建了衰减全反射光学测量平台,入射光以略大于全反射临界角入射,利用棱镜多次衰减全反射光对亮蓝溶液的浓度进行持续测量.在LabVIEW软件开发环境下搭建数据采集处理平台,实现了液体浓度的高灵敏度检测.该平台由光电二极管、信号转换调理设备、数据采集设备和计算机4部分组成,其基本任务是电压信号的产生、测量和记录,LabVIEW程序可拟合已知浓度梯度与电压信号的函数关系,实现液体浓度的灵敏检测.

基于衰减全反射LED光谱的g-C_(3)N_(4)对亚甲基蓝表面的吸附

以SiO_(2)光导纤维为载体,通过溶胶-凝胶法将g-C_(3)N_(4)负载在SiO_(2)光导纤维表面形成一层均匀的薄膜,采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、瞬态荧光光谱(PL)、荧光电镜(LSCM)、Zeta电位等表征技术对样品进行表征。结果表明:g-C_(3)N_(4)均匀分布在SiO_(2)光导纤维表面,吸附亚甲基蓝分子后Zeta电位由-45.35 mV升高到-28.72 mV;FT-IR光谱中700 cm^(-1)处的吸收峰移动到667 cm^(-1)处,600 cm^(-1)处的吸收峰消失;PL光谱典型发射峰明显下降,这都说明了g-C_(3)N_(4)对亚甲基蓝分子有较好的吸附能力。利用SiO_(2)光导纤维对光全反射的特点并借助衰减全反射光谱原理,以红光LED为光源,光电倍增管为检测器,研究了g-C_(3)N_(4)对亚甲基蓝分子的表面吸附,采用Freundlich等温吸附模型和Langmuir等温吸附模型对实验结果进行了拟合。结果表明:g-C_(3)N_(4)对亚甲基蓝分子的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,属于单分子层吸附而非多分子层吸附。

傅里叶变换衰减全反射红外光谱检测血液样本在疾病筛查及诊断的应用进展

傅里叶变换衰减全反射红外(attenuated total reflection Fourier transform infrared,ATR-FTIR)光谱技术以其快速、准确、无创的特点,在生物医学领域尤其是临床血液学检验中显示出巨大潜力。该技术记录样本中分子的振动光谱,提供生物样品内核酸、蛋白质和脂质的化学结构信息,可用于疾病筛查和诊断。ATR-FTIR光谱技术在地中海贫血、艾滋病毒感染、乳腺癌、卵巢癌和脑瘤等疾病中的研究现状和发展情况,提示该技术结合化学计量学方法可实现疾病的快速筛查、诊断与鉴别诊断。ATR-FTIR光谱技术与偏最小二乘法回归模型相结合,以定量法分析人外周血样品中平均红细胞血红蛋白含量、平均红细胞体积和血红蛋白等地中海贫血筛查指标,筛查地中海贫血的灵敏度、特异度分别达到100.0%和95.3%。采用ATR-FTIR光谱技术,基于遗传算法的线性判别分析法,分析血液样本红外图谱中1653 cm-1(酰胺Ⅰ带)、1558 cm-1(酰胺Ⅱ带)、1506 cm-1(环基)和901 cm-1(磷酸二酯伸缩带)处的特征峰,对人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染孕妇血液样本的辨别准确率为89%,灵敏度、特异度分别为83%、92%。采用主成分回归(principal component regression)法对乳腺患者血液ATRFTIR光谱进行识别,其灵敏度与特异度高达92.3%与87.1%此外,ATR-FTIR光谱技术还可应用于生物医学领域的其他方面,如细胞和组织学样本的检测、疾病严重程度的分类等。ATR-FTIR光谱技术展现出广阔的应用前景,但仍面临环境干扰、样本污染等挑战。未来,随着ATR-FTIR光谱技术的优化、发展,其有望在更多疾病的临床血液学检验中发挥重要作用。

红外衰减全反射法测定硅橡胶硫化胶中填充的SiO_(2)含量

采用红外衰减全反射(ATR)法对硅橡胶硫化胶中填充的SiO_(2)含量进行测定,绘制红外特征峰峰高比值H 452/H 1258与二氧化硅含量的工作曲线,建立快速测定硅橡胶中填充的二氧化硅含量的计算方法。结果表明,与配方中SiO_(2)含量的理论值比较,红外ATR法测定二氧化硅含量的相对标准偏差约为1.0%,该方法操作快速、简便,准确度高。

太赫兹衰减全反射技术对花生冻伤快速判别研究

目的 利用太赫兹衰减全反射(terahertz attenuated total reflection,THz-ATR)光谱法实现花生冻伤的快速鉴别。方法 实验选择种子公司购入的同品种冻伤和非冻伤花生各500粒,采集1000粒花生样本的0~359.97 cm^(-1)THz光谱,通过光学参数计算得到样本集的吸光度、折射率和吸收系数。采用3点移动窗口平滑预处理和随机森林算法建立基于不同光学常数的花生冻伤识别模型。结果 在决策树棵数为500,特征变量数为38时,基于太赫兹吸光度建立的花生冻伤判别模型性能最佳,准确率、召回率、精确率达到97.0%、98.0%、96.1%。结论 本研究所建立的定性模型准确率高, THz-ATR技术有望为花生冻伤的快速无损鉴别提供一种新的高效的检测方法,为太赫兹技术在食品检测领域的应用提供了现实依据。

衰减全反射傅里叶变换红外分光光度法快速测定西甲硅油乳剂中西甲硅油的含量

目的建立衰减全反射傅里叶变换红外分光光度法(ATR-FTIR)快速测定西甲硅油乳剂中西甲硅油的含量。方法采用标准曲线法,以液体石蜡和正己烷为混合溶剂,测定西甲硅油乳剂中西甲硅油的含量。扫描次数为64次,扫描范围为4000~650 cm^(-1),分辨率为4 cm^(-1),测定特征吸收峰为1260 cm^(-1)处,量取峰高作为吸光度。结果西甲硅油在5.724~85.86 mg·mL^(-1)内与吸光度呈良好的线性关系(r=0.9993),低、中、高浓度样品的平均加样回收率分别为98.8%、102.5%、103.1%,RSD分别为0.68%、0.44%、0.65%(n=3)。3批样品的含量测定结果为39.14、39.88、40.38 mg·mL^(-1)。结论本方法简便、快捷,适用性广、安全性高,巧妙采用液体石蜡减少正己烷的挥发性并省去液体吸收池等附件带来的误差,优于以往的方法,可用于西甲硅油乳剂中西甲硅油含量的快速测定。

基于太赫兹衰减全反射光谱的固体乳糖测试

利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了固态α-乳糖的光谱特性,首先实验以传统透射式光谱技术为基准,获得了0.53 THz,1.36 THz 2个较强的吸收峰;其次,取剂量分别为1.8 mg+2.56 mg与1.8 mg的α-乳糖,利用衰减全反射式太赫兹时域光谱系统获得吸收谱线,在0.53 THz,1.36 THz均有较强吸收峰,增加样品剂量对0.53 THz,1.36 THz处吸收强度未产生影响;最后取相同剂量的2份α-乳糖,一份过筛至75μm,另一份未过筛,利用衰减全反射式太赫兹时域光谱系统获得吸收谱线,在0.53 THz,1.36 THz均有较强吸收峰;减小样品颗粒度,在0.53 THz,1.36 THz附近吸收强度增加。

衰减全反射红外光谱法鉴定药品包装材料材质

利用衰减全反射-红外光谱法对药用高密度聚乙烯瓶、药用聚丙烯瓶、药用聚酯瓶、聚氯乙烯固体药用硬片、注射用丁基橡胶塞5种常见的药品包装材料进行鉴定。对所得图谱中的主要特征峰进行归属,其中高密度聚乙烯瓶主要有2 916、2 848、1 472、1 462、730、719 cm^(-1)6个特征吸收峰;药用聚丙烯瓶主要有2 950、2 917、2 867、2 837、1 456、1 376、1 359、1 167、997、973、899、841、808 cm^(-1)13个特征吸收峰;药用聚酯瓶主要有1 715、1 409、1 243、1 097、1 017、872、793、723 cm^(-1)8个特征吸收峰;聚氯乙烯固体药用硬片主要有2 962、2 918、2 851、1 733、1 426、1 328、1 253、1 195、1 109、965、832、697 cm^(-1)12个特征吸收峰;注射用丁基橡胶塞有2 950、2 895、1 469、1 389、1 365、1 228、1 086、800 cm^(-1)8个特征吸收峰,从而得到相对应的特征红外图谱。建立了实验室内部的药品包装材料光谱数据库,便于对不能提供其产品红外对照图谱的药品包装材料进行鉴别。

傅里叶变换衰减全反射红外光谱法的应用与进展

随着傅里叶变换红外光谱仪的应用及化学计量学的发展 ,傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(ATR FTIR)成为用传统透过法制样效果不理想 (或制样复杂 )的样品及表层结构分析的有利工具和手段。ATR FTIR技术已应用到纺织、质检、公安等各个领域。目前 ,人们正在针对ATR FTIR的特性 ,开展应用研究。为此 ,文章主要介绍了国内外应用ATR FTIR技术进行深度剖析的研究 ,对材料表面的定性分析 ,组分的定量分析 ,光学纤维与ATR附件的联用技术 ,以及在其他领域 (如运用ATR FTIR技术考察中空纤维的结构及取向变化 ,研究皮肤促进剂的作用机理 )

衰减全反射红外光谱用于人乳腺癌组织的研究

通过对32例人乳腺良、恶性肿瘤的衰减全反射红外光谱的对比研究发现,它们之间存在明显而规律的光谱差异,反映了乳腺良、恶性病变组织中,蛋白质、核酸和脂类等生物大分子的构型与构象以及相对含量上的差别研究表明傅里叶变换红外光谱可以从分子水平上揭示良、恶性肿瘤的分子结构信息。

衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术结合模式识别进行油品鉴别

海洋溢油是主要环境灾害之一,而且近年来其发生频率呈上升趋势。快速地对油品进行种类鉴别、来源评估有利于及时采取应急措施,因此具有重要意义。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱法(ATR-FT-IR)对25种不同来源的油品进行了检测,用不同数据预处理方法对原始光谱进行了预处理,继而用主成分分析(PCA)和系统聚类分析(HCA)方法对光谱进行了分类鉴别。结果表明用多元散射校正(MSC)和连续小波变换(CWT)方法进行数据预处理可以提高分类的准确性,使分类结果与油样的实际来源一致。该方法对正构烷烃差异较大的油品进行了很好的区分,但对差异较小的油品其分辨能力仍有一定局限性。因此提供了一种快速的油品鉴别方法,可用于溢油事件的初步鉴定,从而为油品的进一步鉴定提供有用信息。

用衰减全反射傅里叶变换红外光谱定量测定PEG/PE共混物的表面组成

应用衰减全反射傅里叶变换红外光谱法 (FTIR ATR)对聚乙二醇 /聚乙烯共混物 (PEG/PE)薄膜的表面组成进行测试。利用ATR校正程序 ,以相应的特征峰强度比作为定量测定的基准 ,可以减少测试误差。通过工作曲线法 ,定量地分析了共混物薄膜表面层中聚乙二醇链节和聚乙烯链节的相对组成 ,并提出了采用FTIR ATR定量分析共混物薄膜表面层组分时应遵循的基本步骤和原则。

衰减全反射-中红外光谱法定量测定小麦粉中的石灰类添加物

为了对市售小麦粉中的石灰类添加物进行现场快速检测,该文采用衰减全反射-中红外光谱(mid-infrared spectroscopy combined with attenuated total reflection,ATR-MIR)结合偏最小二乘算法建立了小麦粉中掺入氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化钙+氢氧化钙以及石灰总量的定量校正模型,并采用外部验证集对各模型进行验证。结果表明,氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化钙+氢氧化钙和石灰总量模型的决定系数均大于0.98;校正均方根误差(root mean square error of calibration,RMSEC)均小于0.3;交互验证均方根误差(root mean square error of cross validation,RMSECV)均小于0.5;外部验证的预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)均小于0.95;各模型的相对预测性能(ratio performance deviation,RPD)均大于4.5,该模型具有较高的精度,可以满足小麦粉中石灰含量的现场快速检测要求。该研究可为市售小麦粉的快速质量安全筛查提供新的方法,对小麦粉市场质量监控具有重要意义,并且对小麦粉中其他违禁添加物的检测亦有参考价值。

衰减全反射红外光谱法快速检测沥青性质的研究

沥青质量的优劣直接影响路用性能和公路寿命。其中蜡含量、软化点和针入度是沥青三大重要指标,其分析过程繁冗耗时。提出了一种快速准确的沥青性质检测方法。实验共收集了220个已依照标准方法JTJ052-2000获得蜡含量、软化点和针入度标准值的沥青样品,采用偏最小二乘法(PLS)建立其红外光谱定量模型,交互验证标准偏差(SECV)分别为0.13,0.88,3.18,预测标准偏差(SEP)分别为0.14,1.06,3.90,小于标准方法的再现性偏差,任意选取不同厂家所生产的3个样品进行重复性测试,均满足标准方法的精密度要求。该方法具有重复性好、分析速度快,操作简单,可显著提高沥青的分析效率,在沥青质量检测与评价领域有着光明的应用前景。

衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法对花生仁霉变的分析

为快速检测贮藏花生的质量安全,对灭菌后的新鲜花生仁样品分别接种5种常见的有害霉菌,并于26℃、相对湿度80%条件下贮藏9 d。利用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy,ATR-FTIR)采集不同贮藏阶段花生样品在4 000~600 cm^(-1)的光谱信息,通过权重分析阐述花生中侵染霉菌后光谱特征的变化,并结合偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)分析建立样品有害霉菌污染的定量分析模型。结果表明,不同贮藏阶段样品的峰谱出现明显波动,PLSR模型对单一菌株与多种菌株样品菌落总数的预测精度较高,其中对赭曲霉3.6486处理组样品预测模型相对偏优,有效决定系数(R_p^2)为0.915 7、交互验证均方根误差(root mean-square error of cross-validation,RMSECV)为0.208 0(lg(CFU/g))、剩余预测偏差(residual predictive deviation,RPD)为2.52;对多种菌株预测结果R_p^2、RMSECV、RPD分别为0.780 3、0.358 0(lg(CFU/g))与1.76。应用ATR-FTIR技术对花生受霉菌侵染的状况进行快速分析具有可行性。

特种氟硅橡胶热空气老化的衰减全反射傅里叶变换红外光谱研究

通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)分析了特种氟硅橡胶在热空气加速老化过程中微观结构的变化,研究了特种氟硅橡胶的耐老化性能,提出了特种氟硅橡胶的热氧老化机理。结果表明,特种氟硅橡胶在热空气老化过程中主链变化较小,其特征吸收峰可以作为ATR-FTIR定量分析的基准,而交联键和侧链三氟丙基基团的变化较明显;特种氟硅橡胶的拉伸强度和扯断伸长率随着老化时间的延长而不断下降,并且呈现出前期下降幅度小、后期下降幅度大的变化趋势,邵尔A硬度在老化的整个阶段没有明显的变化,特种氟硅橡胶具有良好的耐老化性能,其可能的老化机理是交联键的破坏和侧链的断裂。

衰减全反射傅里叶红外光谱法建模快筛中成药“骨节灵”中的泼尼松龙和醋酸泼尼松龙

对中成药"骨节灵"中添加泼尼松龙和醋酸泼尼松龙的快速筛查方法进行了研究。以抗风湿类中成药"骨节灵"为研究对象,用衰减全反射附件(ATR)采集研究样品的红外光谱(FT IR),用赛默飞公司的TQ Analyst 9软件,采用Discriminant Analysis建立了醋酸泼尼松龙、泼尼松龙两种激素类药物的红外识别模型。用该模型检测了30个供试样品,结果显示阳性样品和阴性样品的识别正确率为100%,误判数为0。