小型化拉曼光谱仪器的研制进展

拉曼光谱仪是工业研究和实验室环境中广泛使用的光学仪器,用于物质的指纹识别和分析。随着实际使用过程中对测量环境的要求变化,越来越多的小型化拉曼光谱仪被设计出来,研制更便携的拉曼光谱仪已成为研发人员的目标。小型化拉曼光谱仪可以更好的满足仪器便携式的需求,使拉曼光谱检测技术应用到更广泛的领域。本文介绍了小型化拉曼光谱仪器的研制范式和仪器的几种类型,综述了小型化仪器研究中涉及的关键技术问题,针对其应用尤其是现场毒品、毒物、环境污染物检测方面进行了介绍。最后,本文展望了未来小型化拉曼光谱仪器的研究方向和可能的应用趋势,为小型化拉曼光谱仪的进一步研制提供参考。

KPCA-聚类分析法和用便携式拉曼仪快速鉴别降糖药

对不同种类的降糖药片进行拉曼光谱的核主成分分析(KPCA)-聚类分析,实现快速、简便的鉴别。KPCA可以有效地避免主成分分析(PCA)只能处理线性问题和降维效果不明显的弊端。它通过一个非线性变换,首先将原变量空间映射到高维特征空间,然后在这个高维特征空间中进行线性主成分分析。采集得到的药片拉曼光谱的KPCA-聚类分析结果表明,采用KPCA提取特征变量的聚类结果比采用PCA提取特征变量后进行聚类分析的效果好,并且未经刮除表面包膜的降糖药片识别准确率为96.5%,经过刮除表面包膜处理的降糖药片的识别准确率为100%。便携式拉曼光谱仪结合该方法以其检测速度快、准确率高、使用简便、无样品前处理等显著优势,为药品的快速检验技术提供一种新的有效的鉴别手段。

便携式拉曼光谱仪用于解热镇痛类药品主成分识别的研究

目的研究便携式拉曼光谱仪对解热镇痛类药品主成分的识别能力。方法应用TruScan便携式拉曼光谱仪,采用对照品建立图谱库,并检测相应制剂的拉曼光谱,通过图谱比对以识别主成分。结果该类药品主成分对照品图谱峰形良好,特征性强,均可成功建库;测试表明,原料药均可准确识别,制剂中主成分的准确识别率达到82%,另外18%受主成分含量较小及制剂中辅料强荧光干扰的影响而未能识别出主成分。结论便携式拉曼光谱仪以其检测速度快、准确率高、使用简便、无样品前处理且数据处理识别自动化等显著优势,有望成为药品日常监督中一种有效的鉴别手段。

应用手持式近红外光谱仪检测桑椹可溶性固形物含量的偏最小二乘回归模型建立

可溶性固形物含量(SSC)是评价桑椹鲜果品质的重要指标,利用近红外光谱分析技术建立快速、实时无损地检测桑椹鲜果中可溶性固形物的方法。首先用手持式Micro NIR1700型近红外光谱仪采集桑椹的近红外光谱,对光谱进行预处理后,应用偏最小二乘回归(PLS)法建立桑椹鲜果SSC预测模型,并用随机蛙(Random-frog)和自适应重加权采样(CARS)2种方法筛选出最优波长变量,提高PLS模型预测精度。经过1阶求导(1stDer)、标准正态变量变换(SNV)和均值中心化(MNCN)相结合预处理后的全波长光谱PLS模型的预测效果最好,校正集与验证集的相关系数平方(R2)分别为0.916 1和0.925 0,均方根误差分别为0.985 8°Brix和0.654 3°Brix。相较于Random-frog法,用CARS方法优选出19个波长变量,所建PLS模型的预测效果更好,校正集与验证集的R2分别为0.933 2和0.943 4,均方根误差分别为0.782 0°Brix和0.582 8°Brix。研究结果表明,利用手持式Micro NIR 1700型近红外光谱仪结合化学计量学方法,能够用于现场对桑椹鲜果SCC的快速无损检测。

RS-230型能谱仪在铀矿勘查中的应用实例和效果

铀矿资源在我国资源类中占有较重要地位,其放射性地球物理特征明显,因此,放射性勘查作为寻找铀矿较为直接和重要的手段,在我国寻找铀矿床方面占据主导地位。地面伽玛能谱测量作为一种常用的大比例尺铀矿勘查方法,以其便捷、准确,适用范围广等特点,在我国多个地区被广泛应用,通过使用RS-230型手持式能谱仪,在磨石山和奋斗地区进行地面伽玛能谱测量,并采用牛顿迭代法进行数据处理,研究分析了两个地区地面放射性分布规律和特征,并预测了找矿靶区,取得了较好的找矿效果,从而探究了该仪器在铀矿勘查中的适用性。

微小型近红外光谱仪的应用进展与展望

近些年,近红外光谱分析技术得到了迅猛发展,该技术可直接对气体、液体和固体等各种复杂混合物进行定性和定量分析,具有分析速度快、效率高,可实现无损和在线分析等优势,在科研和工农业生产中发挥着越来越重要的作用。近红外光谱分析仪的微小型化是一个重要的发展方向,近期出现了众多不同类型的商品化微小型近红外光谱仪器。手持式或便携式现场快速分析是一种更经济、更高效、更灵活的方法,具有小体积、低功耗、低成本、便于二次开发等优点,在农业、食品、医药、石油化工和安全等众多领域获得了广泛的研究与应用。物联网技术在智能农业、智能工厂、智能医疗和智慧城市等众多领域的兴起,成为推动近红外光谱传感器向着微型化方向发展的主要力量。该文主要综述了近些年新型的商品化微小型(便携式、手持式和袖珍式)近红外光谱仪器及其应用进展,并对该技术的发展趋势和应用前景进行了展望。

便携式拉曼光谱仪用于部分头孢菌素类药品识别的初步研究

考察便携式拉曼光谱仪对部分头孢菌素类药品主成分的识别能力。采用TruScan便携式拉曼光谱仪,建立部分头孢菌素对照品图谱库,并测定相应制剂的拉曼光谱,通过图谱比对进行识别。结果表明,所测药物对照品图谱峰形良好,指纹性强,可准确区分;利用对照谱库识别制剂中的主成分,以制剂全谱识别作为补充,可以对相应制剂准确识别。便携式拉曼光谱仪以其检测速度快、准确率高、使用简便、无样品前处理且数据处理识别自动化等显著优势,有望成为药品日常监督中一种有效的鉴别手段。

手持式X射线荧光光谱仪测定进口矿产品中有害元素

为在云南边境口岸充分应用快速检测技术,利用手持式X射线荧光光谱仪(XRF)对标准样品及进口矿产品进行了定性、半定量测定,确定了矿产品中各种元素成分及其含量,与标准样品认证值以及实验室化学分析法测定结果相比较,验证了手持XRF对矿产品中元素分析的准确性。结果显示,手持XRF仪测定10种标准样品含量与认定值相符;检测不同矿区进口矿石中化学元素的含量可初步识别矿石种类;测定铁矿中As元素含量,有80%样品检测结果在重复性要求的允许范围内,与化学法结果相近。能够对多种类矿产品进行快速识别和品质评价,并对海关进口矿产品口岸监管的快速查验工作发挥有效作用。

掌上激光拉曼光谱仪检测液体危险化学品

利用掌上激光拉曼光谱仪对42种液体危险化学品进行检测,考察了容器材质的种类、检测液的体积、光照条件和积分时间等因素对拉曼光谱检测结果的影响,优化了分析条件。对每一种危险化学品的特征拉曼光谱峰进行了谱图分析,可以根据特征峰数量、峰位、峰的强度等信息对其种类进行识别。该方法是非接触式检验,具有无损、快速、容易操作的特点,适合火车站、机场、地铁、码头等旅客携带的疑似液体危险化学品的快速识别。

手持式拉曼光谱仪数据采集系统设计

为满足目前公共场合中危险物品的在线实时检测需求,设计了一款手持式拉曼光谱仪数据采集系统。该系统由激光器模块、微型光谱仪模块、电源模块和ARM主控模块4大模块构成。经过多次测试与验证实验,结果表明样机长18.7 cm,宽9.2 cm,高4.4 cm,体重约0.42 kg,光学分辨率高达1.5 nm;通过对实验样品—无水乙醇、甲醇、乙酸乙酯进行检测并分析其拉曼响应曲线,得出该仪器能够在6 s内使得输出的拉曼光谱特征峰与数据库匹配度达到98.7%。该仪器体积小、重量轻、分辨率高,能够快速、准确地检测出被测物性质,具有极高的应用价值和广泛的市场前景。

Moisture content in raw rubber sheet analyzed by transflectance near infrared spectroscppy

Moisture content is an important trait for rubber sheet trading system.Therefore,a calibrationequation for predicting moisture content was created by near infrared(NIR)technique in order todevelop a more fair trading system in Thailand.Spectra were recorded in two systems.One wasmeasurement on each rubber sheet and the other was on a pile of sheets.Both were[measured by ahandheld NIR spectrometer in the short wavelength region(700-1100 nm)in the transflectancemode using Teflon as a diffuse refector.The spectra showed the peak at about 900 nm whichbelongs to isoprene,the major component of rubber sheet.Pretreatment with second derivativewas applied to remove baseline shift effect occurring due to thickness differences on each rubber sheet.From validation results,moisture contents predicted by single sheet system were moreaccurate than a pile of sheet system with standard error of prediction(SEP)=0.39 %and bias of-0.07%,and they were not significantly diferent from the actual values at 95%confidence.As aresult,determining moisture content in each rubber sheet by a handheld NIR,spectrometerprovided accurate values,easy and rapid operation.

手持式X射线荧光光谱仪用于现场合金牌号鉴别的误差控制探讨

手持式X射线荧光光谱仪可用于金属加工、使用、回收等各领域材料牌号鉴别,因此成为现场材料管理的有效手段。但当对材料中Mn、Ti、V等合金成分不大于0.5%的牌号鉴别时,却得不到准确的牌号信息,给现场检测人员带来了极大的困扰。为控制现场鉴别误差,实验将手持式X射线荧光光谱仪鉴别条件优化为电压25kV,检测时间25s,样品检测面积20mm×20mm,表面粗糙度Ra6.3,5m内无强磁干扰的实验条件;对6组含Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、V的合金样品进行检测和记录,发现Mn、Ti、V检测结果与标准规定值之间存在较大偏差,而Cr、Ni、Mo结果在标准范围内,数据稳定;因此实验选取Cr、Ni、Mo为指标元素,将指标元素检测结果作为牌号鉴别依据,确定牌号正确与否。对两节未知牌号的合金钢管,采用手持式XRF进行牌号鉴别,同时与电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的Cr、Ni、Mo测定值进行对照,现场检测结果与ICP-AES的结果吻合较好,完全能满足合金牌号鉴别的需要。

手持式X-射线荧光光谱仪在金属材料检测中的应用

系统评述手持式X-射线荧光光谱仪的发展过程,详细比较、分析其辐射情况,探讨金属材料状态对检测的影响。综合基本参数法、自动选择模式测试金属材料的数据,提取检测结果,与认定值或其他方法的分析结果基本吻合。

SERS结合手持式拉曼光谱仪快速检测保健食品中西布曲明的研究

目的:运用表面增强拉曼光谱法快速测定保健食品中非法添加的西布曲明。方法:采用表面增强试剂对保健食品进行快速处理,然后使用手持式拉曼光谱仪对其进行快速定性分析。结果:金、银溶胶两种表面增强试剂均能检测出保健食品中的西布曲明,准确判断出阳性样品和阴性样品,其中金溶胶检测效果更佳,检出限为10μg·mL^(-1)。结论:SERS结合手持式拉曼光谱仪可以应用于保健食品中非法添加的西布曲明的快速筛查,提高执法效率。

手持式拉曼光谱快速鉴别部分头孢菌素类原料

建立手持式拉曼快速鉴别部分头孢菌素类原料方法。方法:采用对照品建立拉曼光谱图库,用命中率指数(hit quality index,HQI)进行评价。结果:阳性样品HQI均大于0.98,阴性样品的HQI均小于0.90,420批样品验证鉴定正确率100%。结论:手持式拉曼光谱仪方法简便、准确,可以用于头孢菌素类企业生产快速鉴别。

便携式手持光谱仪在铸件成分测量上的应用

铸件的组织成分不仅直接影响着铸件各项机械性能,更关系到产品后序服役过程的运行安全和质量寿命。本文根据铸件的成分检测需求与现场具体检测操作的诸多因素,总结了使用便携式手持光谱仪对铸件成分测量的适用性。

手持式拉曼光谱仪结合双金属Au@AgNPs聚集体检测环境水中结晶紫

构建了一种基于手持式拉曼光谱仪,结合双金属银包金粒子(Au@AgNPs)聚集体的现场快速检测结晶紫的表面增强拉曼光谱(SERS)方法。首先制备了“核-壳”粒径分别约为30 nm和6 nm的双金属银包金粒子(Au@AgNPs),并以NaCl作为聚集剂,获得了具有SERS活性的Au@AgNPs聚集体。结合激发光源785 nm的手持式拉曼光谱仪,实现了结晶紫的快速检测。以结晶紫位于1621 cm^(-1)处的特征峰进行定量分析,方法检出限为8.20μg/L,对河水和湖水中结晶紫的加标回收率为71.0%~128.4%。本文所构建的方法可用于监测结晶紫的非法使用。

近红外光谱仪在辣椒素类物质快速检测应用

辣椒中的辣椒素类物质是引起人痛感的主要物质,检测此类物质精准性高的方法为高效液相色谱法,但此检测方法存在样品处理和目标物质提取繁琐且耗费时长的问题,不能快速检测辣椒素类物质含量。文章通过采用手持式近红外光谱仪,对干辣椒的辣椒素类物质进行扫描,获取辣椒素类物质的图谱,同时结合高效液相色谱仪检测得到辣椒素物质含量结果,建立辣椒素类物质含量测定模型。结果表明:建立的小椒模型其预测值的准率为90%,建立的艳椒模型其预测值的准确率为95%。采用获得的模型对干辣椒的辣椒素类物质检测,能够快速获取干辣椒的辣椒素类物质含量,从而达到快速检测目的。

手持式拉曼光谱仪探头系统的杂光抑制新方法

手持式拉曼光谱仪的探头系统为光照明和光收集共光路系统,由此产生了除瑞利散射杂散光之外的由于照明激光多次反射的杂散光,成为此类探头系统必须解决的问题。根据获得的实际样机的结构数据,运用实际光线追迹的方法,通过建立合理的杂散光分析模型和理论计算,获得了杂散光聚焦大小和位置、出射方向、到达狭缝处能量大小等信息。根据对杂散光的分析,提出了在探头系统中采用黑点板遮挡杂散光的新方法,并确定了黑点板的大小和位置。光学仿真分析结果表明,此方法对激光反射杂散光的抑制水平达到10-13数量级,满足手持式拉曼光谱仪系统对杂散光的抑制要求。采用黑点板技术,还可以将到达滤光片上的入射角大于2°的约50%的激光反射光滤除。