近红外光谱联合化学计量学在柑橘类水果质量无损检测方面的最新研究及应用进展

柑橘类水果以其诱人的风味和高保健作用而备受消费者青睐。面对日益增长的市场份额,以及对口感、质量的双重需求,高品质柑橘类水果成为消费偏爱。快速检测技术的研发应用可为柑橘类水果的安全生产和消费保驾护航。近红外(near-infrared,NIR)光谱技术作为一种无损、便捷、高效的绿色检测技术,已被广泛用于水果质量检测研究。文章全面归纳综述了近5年来NIR光谱技术结合化学计量学在柑橘类水果内部成分、外部缺陷、活性物质、病害、品种、分类、产地等方面的检测研究及应用进展,阐明了NIR光谱技术在柑橘类水果质量检测应用方面的发展趋势并提出了相关建议,为完善光谱技术检测柑橘类水果理论和研发专用水果检测设备提供方法借鉴。

近红外光谱法快速检测花生籽仁主要品质指标定量模型的研究

建立花生籽仁粗蛋白、粗脂肪、油酸、亚油酸含量的近红外光谱快速测定方法。利用波通DA7200型近红外分析仪采集近红外光谱,采用凯氏定氮法、索氏提取法分别测定粗蛋白、粗脂肪的含量,采用气相色谱法测定油酸、亚油酸的相对含量,采用偏最小二乘法,构建花生籽仁主要品质指标含量的近红外预测模型。结果表明,模型对花生籽仁粗蛋白、粗脂肪、油酸、亚油酸含量的决定系数分为0.9270、0.9647、0.9915、0.9915,均方根误差分别为0.8702、0.5631、1.6671、1.4040。经外部验证,独立测试集决定系数分别为0.9608、0.9460、0.9605、0.9492。该模型对花生籽仁粗蛋白、粗脂肪、油酸、亚油酸含量的预测准确,可实现花生籽仁主要品质指标的快速、无损测定,提升高品质花生新品种的育种效率。

近红外光谱技术在食用菌品质检测方面的应用研究进展

食用菌是一类高蛋白、低脂肪且兼具药用价值的大型真菌,因其多营养、鲜风味、低热量、多功效等特点而成为餐桌上常备食材之一。随着消费理念不断转变,食用菌的高品质和高营养需求成为必然。近红外光谱(near-infrared spectroscopy,NIRS)技术因其快捷、无损、多组分同时检测、绿色无污染等优点,被广泛应用于食用菌品质检测研究。本文全面归纳综述了近5年来NIRS技术结合化学计量学方法在食用菌理化组分、活性成分、品种鉴别、产地溯源、病原菌污染、掺假识别等及其他方面的研究及应用进展,同时提出了NIRS技术在食用菌品质检测应用方面的发展策略,以期为完善NIRS技术检测食用菌理论、研发专用食用菌检测设备提供方法参考和思路借鉴。

花生含油量全基因组选择及近红外光谱筛选的育种技术探究

花生含油量对单位面积产油量至关重要。该性状受多个微效基因控制,但可用的紧密连锁标记十分有限,传统的分子标记辅助选择育种准确性不高。全基因组选择作为一种新的育种方法,可实现对数量性状的早期预测;近红外光谱分析可对作物品质性状(如含油量等)进行无损检测。通过两者优势互补,建立花生含油量全基因组选择和近红外光谱筛选联合的育种技术,探讨影响花生含油量全基因组选择预测准确性的因素,为花生分子育种奠定理论基础。本研究以216个重组自交系为材料构建训练群体;分别以139、464和505株F_(2)、F_(3)和F_(4)为材料构建育种群体;利用自主开发的“PeanutGBTS40K”液相芯片进行基因分型,开展含油量全基因组选择育种模型分析;通过联合全基因组选择和近红外光谱筛选技术,开展花生含油量性状的育种应用,并评价其育种效果。结果显示,对训练群体进行基因分型后,总共获得30,355个高质量SNPs,并用于11个全基因组预测的模型选择分析。含油量预测准确性最高的模型为rrBLUP,其次是randomforest和svmrbf。以重组自交系为预测群体,F_(2)、F_(3)和F_(4)各世代含油量的预测准确性分别为0.116、0.128和0.119;以重组自交系叠加上一轮的育种群体为预测群体,各世代含油量的预测准确性分别为0.116、0.131和0.160。全基因组选择联合近红外筛选要比单独的全基因组选择对各世代的含油量选择效果提高1.8%、2.7%和3.4%;与单独的近红外筛选相比,差异不显著(0.10%、0.06%和0.07%);而近红外筛选与全基因组选择相比,含油量可显著提高1.7%、2.6%和3.3%。通过联合全基因组选择和近红外光谱筛选育种,F_(3)和F_(4)分别比F_(2)的含油量提高1.2%和1.0%。F_(4)总共获得16个入选改良株系,有10个株系含油量≥55.0%,其中2个株系(SF_(4)_201和SF_(4)_379)的理论产量分别比对照增产7.0%和11.1%。本研究通过建立花生含油量性状的全基因组选择-近红外光谱筛选联合育种技术,可有效实现花生含油量性状的遗传改良。

发酵玉米芯多糖、还原糖含量近红外模型的建立

本实验旨在应用近红外光谱技术(NIRS)结合化学计量学法快速预测发酵玉米芯中多糖、还原糖含量,为定量检测发酵玉米芯多糖、还原糖含量提供理论依据以及为玉米芯深加工利用提供技术支持。以105份微生物发酵的玉米芯为供试材料,采用苯酚-硫酸法和DNS法分别测定多糖和还原糖含量。利用偏最小二乘法(PLS),通过不同预处方式和不同波长建立发酵玉米芯多糖、还原糖含量的近红外分析模型。结果表明:多糖模型采用标准正态变量变换(SNV)+1阶导数的方法对全谱图进行预处理的效果较好,优化后的模型决定系数(R2)、校正均方根误差(RMSEC)、校准标准差(SEC)分别为0.82、9.28、9.34,其相对分析误差(PRD)为2.37;还原糖模型采用1阶导数+标准正态变量变换(SNV)+去趋势化(Detrend)的方法对全谱图进行预处理的效果较好,优化后的模型决定系数(R2)、校正均方根误差(RMSEC)、校准标准差(SEC)分别为0.84、4.03、4.04,其相对分析误差(PRD)为2.48;预测集决定系数分别为0.85、0.88。本研究构建的NIRS模型校正和交互验证决定系数均较大,相对分析误差均大于2,说明模型预测性能较好,建立的模型有助于发酵玉米芯多糖、还原糖含量活性成分的筛选。

近红外/吲哚菁绿荧光成像技术联合纳米炭在甲状腺癌全切术中识别甲状旁腺中的应用

目的:评估近红外/吲哚菁绿荧光成像(near-infrared fluorescent/indocyanine green, NIRF/ICG)技术联合纳米炭在甲状腺癌全切术中对甲状旁腺的识别效果。方法:选取在我院行甲状腺癌全切手术的100例患者临床基本资料,根据患者入院时间分为单独使用纳米碳组50例和近红外/吲哚菁绿荧光成像技术联合纳米炭组50例。联合组术中联合近红外/吲哚菁绿荧光成像技术同时术中注射纳米炭识别甲状旁腺,并通过术中甲状旁腺试纸快速检测确诊是否为甲状旁腺。比较两组患者甲状旁腺识别率、准确率及暂时性、永久性甲状旁腺功能减低发生率。根据荧光强度分析术后发生暂时性及永久性甲状旁腺功能减退风险,单因素分析探索影响荧光强度的因素,探索荧光强度与暂时性甲状旁腺发生风险相关性。结果:两组患者的性别、年龄、身高、体重、体质量指数(body mass index,BMI)(P=0.384 1)、术前甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)(P=0.964 1)、术前血清钙(P=0.356)差异均无统计学意义。联合组甲状旁腺识别率88%(176/200),纳米炭组识别率63%(126/200),比较差异有统计学意义(P<0.01);联合组准确率为96.59%(170/176),纳米炭组准确率为87.30%(110/126),比较差异有统计学意义(P<0.01)。联合组术后常规病理1枚误切的甲状旁腺,单独纳米碳组术后发现5枚误切的甲状旁腺。联合组术后第一天有10例患者出现暂时性甲状旁腺功能减低,单独纳米炭组共22例患者出现暂时性甲状旁腺功能减低;联合组术后1天血钙为(2.15±0.07)mmol/L,纳米碳组为(2.09±0.10)mmol/L,差异有统计学意义(P=0.002 438);术后6个月联合组患者出现1例永久性甲状旁腺功能减低,纳米碳组出现5例永久性甲状旁腺功能减低。单因素回归分析结果显示性别(β=-0.383 541 6;95%CI:0.2~2.35;P=0.538 595 3);身高(β=-0.044 147 54;95%CI:0.89~1.03;P=0.233 478 2);BMI(β=-0.173 074 1;95%CI:0.66~1.04;P=0.125 803 6);年龄(β=-0.008 371 99;95%CI:0.94~1.04;P=0.742 1);甲状旁腺分型(β=18.460 56;95%CI:0.94~1.04;P=0.233 478 2);术前血钙(β=-1.765 215,95%CI:0~328.74;P=0.650 233 9);术前PTH(β=0.022 139 24;95%CI:0.91~1.14;P=0.690 276)对FI没有影响。荧光强度FI与术后发生甲状旁腺功能减退风险负相关。结论:近红外/吲哚菁绿荧光成像联合纳米炭技术识别甲状旁腺安全有效,可以提升甲状旁腺识别率,减少误切,并且缩短了误切的甲状旁腺组织离体时间,提升了甲状旁腺组织自体移植的成活率,降低了术后发生暂时性甲状旁腺功能减退的风险,减少术后永久性甲状旁腺功能减退发生率。

近红外光谱检测润滑油运动黏度方法的建立及应用

在石化炼油厂日常检测中引进近红外光谱技术,将近红外透射光谱与间隔偏最小二乘法(iPLS)相结合,建立一种装置机组润滑油试样运动黏度的快速检测方法。收集140个石化炼油厂各装置的机组润滑油试样的近红外透射光谱,利用iPLS方法进行建模变量选择。全波长建模的决定系数(R^(2))为0.815,预测均方根误差(RMSEP)为0.26 mm^(2)/s;iPLS变量选择后的R^(2)为0.898,RMSEP为0.17 mm^(2)/s。结果表明:通过变量选择可以良好地提升模型的检测精度,相对于全波长来讲通过iPLS法进行建模变量的选择可以更大地降低检测误差,提高检测精度。

近红外激光雷达低噪声光电二极管探测方法

光电二极管探测方法由于受暗电流、热噪声等因素的影响,其噪声水平较高,导致信噪比较低,为此研究近红外激光雷达低噪声光电二极管探测方法。深入分析光电二极管的频率响应特性,了解其响应速度、带宽以及噪声特性是优化探测性能的关键。设计合理的探测阵列编码策略,确定探测阵列的排布方式,确保信号完整性和提高空间分辨率。在光电二极管探测接收过程中,关注其灵敏度、动态范围以及暗电流性能等参数以确保实现探测。试验结果表明,近红外激光雷达低噪声光电二极管探测方法的探测信噪比为8,检测灵敏度较好。

食品检测中近红外光谱分析技术的应用研究

为了实现对食品成分、品质等方面的准确检测,为食品安全监管和质量控制提供有效的技术支持,引入近红外光谱分析技术,开展了该项技术在食品检测中的应用研究。通过样品制备、选择光谱采集设备、设置采集参数,采集食品近红外光谱,引入标准正态变量变换算法和自适应滤波算法,预处理采集的光谱数据,基于预处理后的数据,结合主成分分析法,构建食品成分特征与近红外光谱数据之间的数学模型,实现近红外光谱分析技术在食品检测的应用设计。实验结果表明,提出的研究应用后,食品成分检测结果与真实值更加接近,检测均方根误差较小,食品检测的准确性得到了显著提升。

手持式近红外光谱仪测定梨三种品质指标通用模型建模方法研究

梨是生活中非常常见的水果,梨的糖度、酸度(pH)、硬度是评价梨品质的重要指标。近红外光谱技术因快速、无损和高效等优点,广泛应用于检测水果品质指标。手持式近红外光谱仪可以应用于现场无损检测梨品质,梨的大小不同会对梨的光谱和建模产生一定影响。因此,采集大小不同的5个品种梨果(雪梨、红香酥、蜜梨、红肖梨、酸梨)的近红外光谱,最大的雪梨平均赤道周长27.64 cm,重量为362.84 g,最小的蜜梨平均赤道周长18.35 cm,重量为112.67 g,共197个样品。光谱范围为900~1700 cm^(-1),并在梨的赤道上选取三个点测量梨果的可溶性固形物、酸度(pH)与硬度三个化学指标。采集光谱发现,小梨吸光度较大,而大梨吸光度较小。采用三点平均光谱代表样品光谱和一阶导预处理,改善了光谱的一致性,解决了样品不均匀性、不同梨大小不同等因素的影响。线性回归模型PLS可溶性固形物、酸度(pH)和硬度的校正集决定系数依次为0.7394、0.9335、0.8866,预测集决定系数依次为0.7559、0.8734、0.7874,校正集RMSEC依次为0.5504、0.1941、0.5181。预测集RMSEP依次为0.6564、0.2420、0.6692。非线性回归LSSVM模型可溶性固形物、酸度(pH)和硬度的校正集决定系数依次为0.9763、0.9999、0.9960,预测集决定系数依次为0.9234、0.9777、0.9394,校正集RMSEC依次为0.1949、0.0033、0.0894。预测集RMSEP依次为0.3169、0.1089、0.3613。对比线性算法和非线性算法,LS-SVM建模效果明显优于PLS,LS-SVM算法适用于更多的品种、更宽的品质指标范围的样品预测,模型的准确度和稳定性有了显著提高,可以建立不同品种大小的梨的通用模型。手持式近红外光谱仪可用于梨果的糖度、硬度和pH值的快速无损高效检测,并摆脱了实验室的限制,可以实现现场快速检测。

乙纶分子结构及热变性三级长波近红外-中红外光谱研究

长波近红外-中红外(LW-NIR-MIR)光谱开展乙纶分子结构研究。红外模式主要包括:2ν_(asCH3-去卷积-乙纶)、2ν_(asCH2-去卷积-乙纶)、2ν_(sCH3-去卷积-乙纶)、2ν_(sCH2-去卷积-乙纶)、(ν_(asCH2-去卷积-乙纶)+ν_(CH-去卷积-乙纶))、(ν_(asCH2-去卷积-乙纶)+ν_(sCH2-去卷积-乙纶))、ν_(asCH3-去卷积-乙纶)、ν_(sCH3-去卷积-乙纶)、ν_(asCH2-去卷积-乙纶)、ν_(sCH2-去卷积-乙纶)、δ_(CH2-去卷积-乙纶)和ρ_(CH2-去卷积-乙纶)。进一步开展了变温LW-NIR-MIR光谱研究。在303 K~393 K的温度范围内,结构官能团(2ν_(sCH2-去卷积-乙纶),ν_(asCH2-去卷积-乙纶)和ρ_(CH2-去卷积-乙纶))对应频率及强度都有明显改变。最后开展二维LW-NIR-MIR光谱研究。LW-NIR区间,5835 cm^(-1)(2ν_(asCH2-2-二维-乙纶))>5700 cm^(-1)(2ν_(sCH2-二维-乙纶))>5867 cm^(-1)(2ν_(asCH2-1-二维-乙纶))>5800 cm^(-1)(ν_(asCH2-二维-乙纶)+ν_(CH-二维-乙纶))>5762 cm^(-1)(ν_(asCH2-二维-乙纶)+ν_(sCH2-二维-乙纶))>5894 cm^(-1)(2ν_(asCH3-二维-乙纶))。MIR区间,2915 cm^(-1)(ν_(asCH2-二维))>2845 cm^(-1)(ν_(sCH2-二维-乙纶))>2945 cm^(-1)(ν_(asCH3-二维-乙纶))>2885 cm^(-1)(ν_(sCH3-二维-乙纶))。1452 cm^(-1)(δ_(CH2-2-二维-乙纶))>1475 cm^(-1)(δ_(CH2-1-二维-乙纶))。LW-NIR-MIR区间,5835 cm^(-1)(2ν_(asCH2-2-二维-乙纶))>2915 cm^(-1)(ν_(asCH2-二维-乙纶))>2845 cm^(-1)(ν_(sCH2-二维-乙纶))>5894 cm^(-1)(2ν_(asCH3-二维-乙纶))。乙纶分子结构主要官能团对热的敏感程度及变化快慢顺序都存在着较大的差异性。研究拓展了三级LW-NIR-MIR谱在乙纶分子结构及热变性的研究范围。

Zn^(2+)掺杂MgGa_(2)O_(4):Ni^(2+)近红外二区发光材料制备、表征及其成像应用研究

通过水热法结合后期真空热处理的方法制备了具有反尖晶石结构的Zn_(x)Mg_(0.993-x)Ga_(2)O_(4):0.7%Ni^(2+)(x=0~0.5)(ZMGO:Ni^(2+))近红外二区(NIR-Ⅱ:1000~1700 nm)荧光粉。随着Zn^(2+)掺杂量的增加,ZMGO:Ni^(2+)粉体样品的粒子尺寸逐渐变大。在635 nm激光激发下,可观测到粉体样品位于~1279 nm处的宽带发射峰,其可被归属为Ni^(2+)的特征发射。此外,Zn^(2+)掺杂使样品荧光猝灭的热激活能由244 meV减小到224 meV。采用发光强度最强的ZMGO:Ni^(2+)粉体样品与620 nm红光LED芯片封装成NIR-Ⅱ荧光粉转换LED(NIR-Ⅱpc-LED),并基于NIR-Ⅱ光穿透能力强和不产生生物组织自荧光的特性,以NIR-Ⅱpc-LED为光源,分别研究了其在有遮挡情况的夜视成像和生物组织成像上的应用。

无机纳米颗粒及界面层协同改善倍增型近红外有机光电探测器性能

近红外有机光电探测器具有低成本、可溶液旋涂、生物兼容性好和柔性可穿戴等优势,在生物传感、医学成像、柔性可穿戴电子器件等领域有广泛的应用前景。倍增型有机光电探测器相比于二极管型有机光电探测器,因其具有更高的外量子效率(EQE>100%)和灵敏度而备受关注。该类器件利用电极附近被载流子陷阱捕获的一种载流子能辅助另一种极性相反的载流子从外电路隧穿注入到活性层中,实现光电倍增,但陷阱的数量在一定程度上会影响器件性能的进一步提升。本文通过在活性层中掺入无机ZnO纳米颗粒来增加电子陷阱数量,使得器件在反向偏压保持暗电流密度的前提下,亮电流密度得到提高。通过优化,发现当ZnO纳米颗粒掺杂比例为5%时性能最优,在850 nm LED照射、-15 V偏压下,与未掺杂ZnO纳米颗粒器件相比,亮电流密度提升了7.4倍。在此基础上,本文协同Al_(2)O_(3)界面修饰层,进一步改善器件性能。结果表明,Al_(2)O_(3)界面修饰层的插入可改善器件的阳极界面接触特性,使得器件在正向和反向偏压下都能够实现光响应。Al_(2)O_(3)修饰后的器件在15 V偏压、全光谱范围内,EQE最高可达10^(5)%,R最高达10^(4) A/W。本工作为高灵敏度有机光电探测器的发展提供了新的思路和方法。

近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ,NIR-Ⅱ,900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.

不同光谱采集方式对手持式近红外建模效果的影响

对烟叶原烟采取滑动法和六点法2种方式进行扫描,同时对烟末样品采取滑动法,用二阶导数预处理,异常样本剔除、波长选择、剔一交互验证等后用偏最小二乘法分别建立烟碱模型,三者的相关系数分别为0.97、0.98、0.99,三者的校正标准误差(SEC)分别为0.20%、0.25%、0.09%。结果表明烟叶样品采用滑动法扫描优于六点法,检测的烟叶样品更具有代表性和其快速的结果能满足实际应用需求,在应用过程中节省大量的时间,明显提高工作效率。

Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)共掺碲酸盐玻璃近红外发射和能量传递机理

为满足通信网络飞速发展对密集波分复用系统(DWDM)传输容量需求的不断增加,对DWDM系统核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)性能的要求也越来越高。碲酸盐玻璃因其具有稀土离子溶解度高,声子能量低和高折射率等优点已成为替代传统掺铒石英光纤的理想材料。掺稀土碲酸盐玻璃可以作为宽带光纤放大器的理想增益介质来实现信号有效放大,因此提高掺铒碲酸盐玻璃光谱性能并拓展其放大带宽对DWDM系统扩容具有重要意义。通过Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)共同掺杂提高碲酸盐玻璃的放大带宽以获得超宽带发光。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)分别通过跃迁产生1.55、1.34和1.85μm波段的发光,且三个近红外发射波段基本相邻。采用三种离子共掺的方式,通过离子间发生能量传递(ET)来实现碲酸盐玻璃在连续光谱中的发光。在TeO_(2)-WO_(3)-ZnO-Na_(2)O-Er_(2)O_(3)碲酸盐玻璃中,先进行Er^(3+)/Nd^(3+)掺杂,分析Er^(3+)/Nd^(3+)间能量传递机理,得到Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1 mol%时玻璃发光强度较佳。再进行不同Tm^(3+)浓度下的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三种离子掺杂,最后采用高温熔融退火法制备得到热稳定性能良好的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)掺杂碲酸盐玻璃。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)间发生能量传递,在1250~2100 nm范围内产生了发光中心为1.3、1.5和1.8μm的三个波段发光,覆盖了整个O、E、S、C、L和U波段。1.5μm处的荧光半高宽(FWHM)增加到131.68 nm,1.8μm处的FWHM高达251.75 nm。详细分析了三种稀土掺杂时稀土离子之间的能量传递过程机理。光谱结果表明,当Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)、Tm_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1、0.2 mol%时,Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三掺碲酸盐玻璃是超宽带光纤放大器设计的一种有效材料。

基于双光栅和柱透镜的高分辨率近红外微型光谱仪

因为便携、低成本、集成化等优势,微型光谱仪已经成为光谱仪技术发展的重要趋势,其中工作波段在近红外的微型光谱仪,在光纤传感和解调、光纤通信等领域有着非常广泛的应用。但目前的近红外微型光谱仪普遍存在分辨率低、成本高、体积大不便于携带等问题,为此,提出了一种独特的基于双光栅和柱透镜的微型光谱仪结构,开展了理论和实验研究。相对于传统的微型光谱仪结构,新的设计主要有三个特征:使用光纤代替入射狭缝,以减少光能损失;采用双光栅将光束进行二次衍射;使用柱透镜以改变线阵CCD阵列表面的成像尺寸。首先,利用Zemax软件进行了光学设计和仿真分析,光谱范围为1525~1570 nm,光学系统结构在66 mm×40 mm×24 mm的体积范围内,光谱分辨率理论上达到0.2 nm,比未加柱透镜的结构提升了2.5倍。然后,根据理论分析,选购了合适的光电器件进行了系统封装,与匹配的电路模块结合,实现了微型光谱仪的光谱检测功能。光谱仪的光学系统安装在66 mm×40 mm×30 mm的体积范围内,实际测量的光谱分辨率为0.215 nm,与理论结果较为吻合。进一步地,搭建了一套基于该微型光谱仪的光纤光栅温度传感测量系统,该微型光谱仪作为信号解调仪,选择了四个中心波长分别为1534、1538、1542和1545 nm的光纤光栅作为传感器,温度在0~50℃范围内以1℃为间隔连续变化,最终实现了温度实时测量和信号解调,系统温度灵敏度分别达到9.58、9.68、9.69和9.6 pm·℃^(-1),验证了该微型光谱仪的高分辨率和高可靠性。研制的微型光谱仪的子组件可以固定在外壳上,系统内部无可移动元器件,体积小、分辨率高、稳定性好,可应用于其他诸如物质浓度分析、传感信号测量等需要高分辨光谱分析的场合。

近红外Ⅰ/Ⅱ区荧光成像技术在肝胆胰外科中的应用现状与展望

近红外荧光成像技术是临床应用的热点,主要用于血管成像、神经成像、细胞示踪、肿瘤手术导航。近红外Ⅰ区荧光成像技术在肝胆胰外科中已广泛使用,与之相比,近红外Ⅱ区荧光成像技术在活体层面具有更高的清晰度和更深的组织穿透能力,较低的组织吸收性,对位于身体深部肿瘤如胰腺肿瘤成像效果更佳。近红外荧光成像技术为肿瘤早期诊断、术中切缘阴性、微小转移灶识别等带来了新方向、新希望。本文就近红外Ⅰ/Ⅱ区荧光成像技术在肝胆胰外科中的应用现状与展望进行讨论。

近红外驱动光催化全分解水:进展与展望

实现高效、低成本的太阳能光催化全分解水制氢是解决当前环境污染和化石能源过度使用等问题的理想方案.然而,目前光催化分解水的转化效率(低于10%)普遍较低,这成为其实际应用的主要障碍.从太阳光谱的响应范围来看,现有的光催化剂大多局限于紫外光或可见光区域,而近红外光区的光催化剂开发仍然非常有限.尽管近红外光在太阳光谱中占比超过一半,蕴含着巨大的能源潜力,但遗憾的是,目前大部分光催化剂无法在该波段实现高效的光催化反应.根据理论预测,光分解水的转化效率有望随着催化剂响应太阳光波长范围的扩大而显著提高.因此,如何最大限度地利用太阳能,特别是近红外光区域的光能,开发高效的近红外光响应光催化全解水制氢催化剂,已成为当前能源、环境、化学工程领域研究的热点.本文综述了近红外光驱动全分解水光催化剂在材料设计和调控方面的最新进展,涉及窄带隙半导体、带隙工程、上转换效应、局域表面等离子体效应和光敏化作用等策略.首先,从热力学和动力学的角度分析了近红外光驱动全分解水的难点:对于大多数半导体而言,要实现近红外驱动全分解水不仅要求理论带隙窄于1.77 eV,而且必须超过水氧化还原分解电位(1.23 eV),同时由于存在电位损失和动力学过电位,实际的带隙结构应在1.6–2.4 eV,这对半导体的能带结构提出了较为苛刻的要求.此外,全分解水反应的可逆性、溶解氧的影响以及材料的光稳定性问题也是实现近红外光驱动全分解水的挑战.其次,总结了各方法制备的催化剂全分解水制氢的性能,分析了其近红外光子捕获方法的优缺点,特别指出了如何在每种方法的基础上进一步促进光生载流子的分离以及近红外光子的捕获能力(比如:负载贵金属单原子助催化剂、多种方法结合构筑多元复合体系以及光催化剂表面优化等).同时,强调了在近红外驱动全分解水过程中材料特征、催化性质与功能机理三者之间的关系.尤其是利用等离子体效应和光敏化作用来实现近红外光驱动全分解水的机理,目前尚不明确,需要结合理论计算以及先进的时空分辨仪器进一步研究电荷转移机制.另外,总结了全光谱响应的全分解水制氢光催化剂在材料设计和调控方面的最新进展,包括:光敏化作用的应用、带隙调控的策略、局域表面等离子体效应的研究,以及乌尔巴赫带尾吸收捕获技术的探索.最后,归纳并展望了未来近红外驱动全分解水光催化剂所面临的挑战与机遇.尽管近年来国内外学者们围绕着近红外驱动全分解水制氢光催化剂开展了系列研究工作,取得了一些突破性进展,但近红外驱动全分解水制氢效率仍然较低以及对于近红外响应光催化剂的设计和调控方面仍然面临着许多挑战.如何设计和开发廉价、稳定且高效的近红外驱动全分解水制氢光催化剂仍需进一步探索.因此,未来需要结合不同构筑方法的优势来加强近红外区的光捕获能力、实现多元复合材料界面间的精准调控、通过高端原位时空分辨仪器以及理论计算剖析近红外驱动全分解水的过程等方面对近红外响应光催化材料进行深入研究.

近Bohr速度129Xeq+离子入射Ta靶发射近红外光谱线

用动能一定的高电荷态^(129)Xe^(q+)(17≤q≤27)离子,分别入射洁净的Ta靶表面,测量中性化的激发态Xe原子从组态5p^(5)(^(2)P°_(3/2))nl退激到组态5p^(5)(^(2)P°_(3/2))ml’过程中辐射的近红外光谱线.实验结果表明:多激发态的空心原子退激发射其特征光谱线,部分典型的跃迁按照阶梯方式退激.Xe原子发射的谱线的单粒子荧光产额和激发的Ta原子发射谱线的单粒子荧光产额随入射离子电荷态的增加而增加,其增加的趋势与入射离子携带的势能随电荷态增加的趋势一致.证明在近Bohr速度的能区,经典过垒模型是成立的.