利用偏振光散射技术的藻类絮凝过程监测

在水体中添加适量絮凝剂和助凝剂将藻类絮凝沉降是藻华治理的常用方法。水体现场环境复杂,影响絮凝效果因素较多,能原位监测藻类絮凝过程有利于提高治理效果。以铜绿微囊藻为样本,添加不同浓度的聚合氯化铝和高岭土形成絮凝体悬浮液,并利用偏振光散射技术观察不同絮凝体悬浮液的偏振参数。研究结果表明,偏振参数可表征随着絮凝剂和助凝剂用量变化而引起的不同絮凝过程,显示偏振光散射技术描述藻类絮凝过程的潜力。该方法为藻类絮凝过程研究、藻华治理监测、污染水处理、药剂开发等提供了一种非接触、无标记、快速的原位监测手段。

基于偏振光散射与荧光测量的水中悬浮颗粒现场快速分类仪

水中悬浮颗粒是水体物质的重要成分,因此监测它们的种类和浓度对研究和保护水生态系统具有重要科学意义和实用价值。文中研制了一种水中悬浮颗粒分类仪(Suspended Particle Classifier,SPC),旨在现场检测野外采集的水样,快速得出水中悬浮颗粒的种类、数量和比例。SPC采用引流管将颗粒输送至散射体积内,通过同时探测单个颗粒的散射光偏振态和荧光信号,结合机器学习算法对颗粒分类。对沉积物、微塑料和微藻的标准样品做了数据集并训练分类器,SPC能以大于95%的预测正确率对它们进行分类。接着,将SPC和商业水质多参数监测仪(QWA)同时在崖门水道连续布放25个小时。SPC能快速测量现场采集的水样,获取不同水层的沉积物、微塑料和微藻的数量随时间的变化情况。SPC给出的微藻数量与QWA测得的叶绿素a浓度以及藻红蛋白浓度之间存在显著的相关性;此外,SPC给出的沉积物等效时间截面和QWA测得的浊度值也呈现出明显的相关性,由此可以证明SPC分类结果的可靠性。结果表明:SPC能够对水中的悬浮颗粒进行现场快速分类检测,有望成为探索水生态系统的关键技术。

手持偏振光声计算层析成像探头设计及应用研究

光声成像技术(PAT)通常将生物组织对光的吸收系数视为标量,然而大多数生物组织具有各向异性,对不同偏振态的光的吸收系数是不同的,这限制了光声成像技术在一些有偏振需求的临床诊疗中的应用。基于此,设计了一种基于光纤引导的激发光手持偏振角度可调的光声计算层析成像(PACT)探头,并搭建了偏振PACT系统,旨在为术中偏振组织检测提供影像学依据。激发光由非保偏光纤引导传输,经过一系列透镜整形后,由起偏器起偏并用半波片调节激发光的偏振角度进行声信号的激发。实验中,通过对不同光轴方向和位于散射介质不同深度偏光片进行多次偏振光声成像实验,成功地实现偏光片的光轴方向检测和深度成像。此外,通过使用两个正交偏振角度的激发光对牛肌腱进行光声成像,成功地提取了牛肌腱的结构信息,验证了所设计的手持偏振光声成像探头及偏振PACT系统的成像能力和各向异性检测性能,有望为具有各向异性生物组织(如神经和肌腱)的术中诊断和治疗提供影像学依据。