本文对CVD(Chemical Vapour Deposition, CVD)外延生长中作为衬底的高温高压(HTHP)单晶金刚石进行拉曼光谱测试，利用谱峰半高宽(FWHM)判断了衬底的结晶质量。开展了升温(室温~1 000 ℃)和降温(1 000 ℃~室温)过程中衬底晶格变化的X射线原位测量研究。实验表明: 衬底的晶格常数随温度变化而变化，在1 000 ℃时因晶格变化而产生的应力大小为GPa量级。晶格常数在降温过程要比升温过程的数值大，线膨胀系数的计算结果也发现了相同的现象。根据傅里叶红外光谱仪(FT-IR)测试结果推断: 造成上述变温过程中晶格变化差异的原因在于样品中氮浓度的不同，其中氮浓度越高，拉曼光谱的半高宽越大，衬底的晶格常数变化越大，线膨胀系数越大。

在农作物生产中, 不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在, 严重影响产品品质及食用安全, 快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。 利用红外光谱三级鉴别法(傅里叶变换红外光谱(FTIR) 、 二阶导数红外光谱(SD-IR) 及二维相关红外光谱(2D-IR) ) 对蚕豆、 玉米、 葱和蒜正常叶、 锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。 结果显示, 正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。 原始光谱中正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异, 蚕豆的正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A1 410/A1 646分别为0.698, 0.624和0.616, A2 926/A1 646相应比值分别为0.665, 0.638和0.552; 玉米的相应比值A1 649/A1 055分别为0.813, 0.696, 0.691, A1 382/A1 055相应比值分别为0.552, 0.478和0.465, A2 926/A1 055相应比值分别为0.574, 0.467和0.469; 葱的相应比值A1 382/A1 061分别为0.843, 0.821和0.704, A2 923/A1 061相应比值分别为0.707, 0.680和0.489; 以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。 二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内, 正常叶、 病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。 二维相关红外光谱显示, 正常叶、 锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、 数目及强度存在显著差异。 蚕豆正常叶出现4个强自动峰, 2组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现5个强自动峰, 4组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰, 5组强正交叉峰; 蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强, 而正常叶的各个自动峰的强度最低。 玉米正常叶出现9个强自动峰, 12组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现11个强自动峰, 3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现6个强自动峰, 3组强正交叉峰; 蒜正常叶出现9个强自动峰, 8组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰, 10组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现6个强自动峰, 1组强正交叉峰; 玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强, 而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。 葱正常叶出现9个强自动峰, 5组强的正交叉峰; 病斑附近绿色部位出现8个强自动峰, 3组强正交叉峰; 锈病叶病斑处出现3个强自动峰, 无正交叉峰出现。 葱正常叶的各个自动峰的强度最强, 而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。 结果表明, 利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、 快速地鉴别研究农作物锈病叶, 有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。

老化种子的鉴定对农业生产和粮食安全具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法(傅里叶变换红外光谱技术、二阶导数红外光谱技术和二维相关红外光谱技术相结合)对不同储藏年份的豆类种子进行区分。结果显示:3种豆类种子的傅里叶变换红外光谱图总体相似,且主要由蛋白质和碳水化合物的吸收峰组成;不同储藏年份的豆类种子的原始红外光谱仅在1800~700 cm ^-1范围内有微小差异,几个吸收强度比随储藏年份增加呈现下降趋势;方差分析显示不同储藏年份的种子的吸光度比有显著差异;不同储藏年份的种子的二阶导数红外光谱(在1800~700 cm ^-1范围内)的吸收峰形状和强度存在差异;在二维相关红外光谱中,不同储藏年份的蚕豆和红豆种子(在860~1690 cm ^-1范围内)及大豆种子(在1350~1800 cm ^-1范围内)的自动峰和交叉峰出现的位置、数目及强度存在显著差异,其中数目随储藏年份增加而减少,强度随储藏年份增加而减弱。偏最小二乘法分析能对不同储藏年份的种子进行快速分类。3种豆类种子在老化过程中都表现出明显的光谱差异,表明红外光谱三级鉴别法可以快速区分不同储藏年份的豆类种子,有望发展成为简单、快速鉴别种子老化的光谱方法。

牛肝菌营养丰富, 味道鲜美, 备受各国消费者青睐。 因种间差异和环境因素的多层次影响, 不同种类及产地牛肝菌品质参差不齐。 目前, 利益驱动导致商家在牛肝菌销售过程中以次充好、 以假乱真的行为扰乱了食用菌市场, 不仅给消费者带来健康风险, 也制约了牛肝菌的国际化贸易。 采用多源异构信息融合策略对牛肝菌种类与产地进行鉴别, 以期为追溯食用菌来源以及正确评价其品质提供一种快速有效的解决方法。 试验样品灰褐牛肝菌(Boletus griseus)、 栗色牛肝菌(B. umbriniporus)、 美味牛肝菌(B. edulis)、 皱盖疣柄牛肝菌(Leccinum rugosicepes)和绒柄牛肝菌(B. tomentipes)五种牛肝菌科(Boletaceae)真菌子实体采于云南省保山市、 昆明市、 玉溪市与红河州。 采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)采集样品信息。 Kennard-Stone算法将样品原始数据分为校正集和验证集。 校正集基于FTIR、 UV-Vis、 低级、 中级与高级数据融合建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型, 其中决定系数(R2cal)、 预测能力Q2、 校正均方根误差(RMSEE)和交叉验证均方差(RMSECV)用来评价模型鲁棒性。 研究结果显示: (1)不同种类及产地牛肝菌FTIR和UV-Vis吸收峰的峰位置、 峰形和峰数相似, 而吸收强度存有差异, 表明牛肝菌所含化学成分相似, 但含量有一定差别; (2)PLS-DA模型二维散点图可以看出, 中级融合比低级融合能更好的鉴别样品种类及产地; (3)各模型中, 中级融合模型具有更大的Q2和最小RMSECV, 模型鲁棒性最强; (4)验证集样本用来验证模型泛化能力, FTIR、 UV-Vis、 低级融合、 中级融合及高级融合模型样品种类鉴别正确率分别为92.86%, 35.71%, 97.62%, 100%和95.23%; 产地鉴别正确率分别为71.43%, 61.90%, 61.90%, 97.62%和76.19%。 表明多源异构信息融合在一定程度上优于独立模型, 其中, 中级数据融合种类鉴别正确率100%, 产地鉴别正确率97.62%, 模型具有更优的鉴别效果和泛化能力。 FTIR和UV-Vis结合中级数据融合策略能实现牛肝菌种类快速精确鉴别, 产地快速有效鉴别, 可作为食用菌来源追溯以及品质评价的一种新方法。

粘土矿物在催化木质素形成腐殖质方面具有重要贡献。 为有效阐明微生物-木质素-粘土矿物三者间的关系, 探明矿物-菌体残留物的结构特征, 采用液体摇瓶培养法, 以木质素为碳源, 通过添加高岭石和蒙脱石, 在接种复合菌剂后启动110 d液体培养, 期间动态收集矿物-菌体残留物, 利用傅里叶红外光谱及扫描电子显微镜技术对其结构特性进行了研究。 结果表明: 高岭石颗粒边缘多由管状体卷曲而成, 在参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后, 连片状细小颗粒结构进一步团聚, 结合更加紧凑, 短管状结构增多, 但整体仍保持多水高岭石的结构特征; 在初始富营养条件下, 高岭石能够促进微生物繁衍, 使大量菌体聚集于高岭石表面, 掩蔽了Si—O和Si—O—Al键, 且矿物-菌体残留物中脂族碳结构比例增加; 菌体中多糖物质通过含氧官能团与高岭石表面的水化层在多个部位形成氢键, 氢键的形成对于高岭石稳定木质素及其降解产物具有重要作用, 芳香碳结构比例和多糖类物质含量随培养时间逐渐增加, 而后复合菌株对掩蔽在矿物表面的菌体进行二次利用, 使高岭石Si—O—Al键重现; 蒙脱石多由浑圆的颗粒结构组成, 接种微生物可使其表面产生溶蚀, 团粒结构遭到破碎; 与10 d相比, 历经30 d培养所得矿物-菌体残留物中的多糖类物质增多, 使原本归属蒙脱石Si—O—Si及Si—O结构的1 034~1 038 cm-1处吸收峰强度增加, 而后因多糖类物质与蒙脱石表面羟基发生缔合, 又使该处吸收峰强度减弱, 同时发生了氢键键合, 该作用是蒙脱石-微生物-木质素间相互作用、 形成矿物-菌体残留物的主要机制; 高岭石在稳定有机碳方面的能力要高于蒙脱石, 更易促进HS前体物质的形成。

铁铝锰氧化物催化木质素形成腐殖质具有重要作用。 为阐明微生物-木质素-铁铝锰氧化物三者间的关系, 揭示矿物-菌体残留物的结构特征, 采用液体摇瓶培养法, 以木质素为碳源, 通过添加针铁矿、 三羟铝石及δ-MnO2粉末, 在接种复合菌剂后启动110 d液体培养, 期间动态收集矿物-菌体残留物, 利用FTIR及SEM技术对其特性进行研究。 结果表明: 针铁矿呈松针状结构, 参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后表面附着了条状的暗色物质, 表观结构不规则, 但晶体结构并未改变。 菌体中多糖类物质与针铁矿游离羟基的阴离子发生交换作用, 芳香碳结构比例增加, 菌体在针铁矿表面堆积掩蔽了Fe—OH键以及(001)面的γ-OH键, Fe—OH发生质子化使Fe—O键振动频率增强; 三羟铝石表面结构疏松、 呈绒球状物质, 参与形成矿物-菌体残留物后, 缩聚作用明显、 疏松程度降低、 表面微孔结构减少。 氢键作用使矿物-菌体残留物的铝羟基振动频率下降, 即与AlOH相结合的O—H键极性减弱; 木质素引入使芳香碳结构比例增加, 随着培养进行, 其含量先下降, 而后再历经缩合; δ-MnO2表面颗粒粗糙, 以絮状或颗粒状团聚, 参与形成矿物-菌体残留物后, 颗粒团聚趋势明显、 堆积更加紧密、 表面结构更加光滑。 60 d培养期间, δ-MnO2结晶度受到菌体堆积以及氢键作用使O—H键的极性减弱, 而后层间水分子—OH含量增加对其产生了叠加效应, 使3 404~3 435 cm-1处吸收峰强度增加。 菌体中多糖类物质的羟基通过氢键、 化学力与δ-MnO2表面发生缔合, 所形成的矿物-菌体残留物芳香碳结构比例增加, 但Mn—O基团受到掩蔽; δ-MnO2的参与能够使矿物-菌体残留物产生更大数量的芳香碳结构, 为腐殖质形成提供更多的稳定性碳, 其次是针铁矿, 而三羟铝石则在培养30~60 d更有利于木质素的微生物降解。

土壤汞污染对水稻的生长、 发育以及稻米的品质均产生重要影响, 目前, 应用红外光谱研究汞对水稻植株中有机物分子结构的影响尚不深入。 采取大田低、 中、 高三种汞污染水平下的水稻植株样品, 应用傅里叶变换-红外光谱法(FTIR)测定水稻根、 茎叶、 籽粒三个器官的特征吸收峰, 研究不同程度土壤汞污染对植株傅里叶红外光谱特征的影响。 结果表明: 土壤汞污染导致了汞在水稻植株中的累积, 其含量分布为: 根>茎叶>籽粒。 水稻根、 茎叶在3 428, 2 922, 2 851, 2 364, 2 344, 1 750~1 500和1 150~935 cm-1等波数均受汞污染的影响, 而汞污染下的水稻籽粒仅在3 426, 2 361, 2 335和1 750~1 300 cm-1波数发生了变化。 综合分析水稻植株各器官的FTIR光谱特征, 可能说明: 汞胁迫降低了水稻根、 茎叶和籽粒中碳水化合物, 刺激了根中羧酸、 半乳糖、 饱和脂类和茎叶中多种多糖的生成。 水稻根和茎叶是阻抑汞迁移与侵害的主要器官。 根部似乎是在茎叶加强多糖类物质的生成并向根部转运营养物质的基础上通过分泌有机酸和增强细胞壁、 膜的形成, 使其与Hg螯合和吸附, 阻止汞向根内的迁移来实现抗汞胁迫的。 可以通过加强根与茎叶的抗汞过程来降低汞对水稻尤其是稻米的侵害。 在种植管理中不仅要重视汞在稻米中的积累, 还应当重视汞对水稻生长发育和稻米品质的影响。

红外光谱因具有快速、 无损的优点, 特别适合于不同中药的鉴别研究。 基于红外光谱和聚类分析法对两类党参(共49个样本)进行鉴别。 结果表明: 在一维红外光谱中, 两者红外光谱图非常相似, 仅在1 738和935 cm-1处有细微的差异, 说明两者化学组分基本一致。在二阶导数红外光谱中, 显示了更多的红外指纹特征, 特别是1 747, 1 515, 1 468, 1 368, 1 264, 1 163, 1 147, 1 108和936 cm-1等峰的指纹特征更加明显。 进一步采用高分辨率的二维相关红外光谱对两类党参(纹党参和白条党参)进行鉴别, 在1 510~1 170 cm-1范围内, 纹党参的自动峰和交叉峰形成明显的3×3矩阵, 在1 459, 1 298和1209 cm-1处有三个强自动峰, 其中1 209 cm-1的自动峰强度最大; 而白条党参仅在1 450 cm-1处有1个强自动峰, 其余1 340, 1 260, 1 209 cm-1等3个自动峰都极弱。 此外, 还采用K-means聚类分析技术对两类党参共49个样本进行快速分类研究, 结果令人满意。 因此, 红外三级鉴定法结合K-means聚类分析技术在相似药物的鉴别中能起到重要的作用, 且有利于确保药物临床治疗安全有效。