As important components of air pollutant, volatile organic compounds (VOCs) can cause great harm to environment and human body. The concentration change of VOCs should be focused on in real-time environment monitoring system. In order to solve the problem of wavelength redundancy in full spectrum partial least squares (PLS) modeling for VOCs concentration analysis, a new method based on improved interval PLS (iPLS) integrated with Monte-Carlo sampling, called iPLS-MC method, was proposed to select optimal characteristic wavelengths of VOCs spectra. This method uses iPLS modeling to preselect the characteristic wavebands of the spectra and generates random wavelength combinations from the selected wavebands by Monte-Carlo sampling. The wavelength combination with the best prediction result in regression model is selected as the characteristic wavelengths of the spectrum. Different wavelength selection methods were built, respectively, on Fourier transform infrared (FTIR) spectra of ethylene and ethanol gas at different concentrations obtained in the laboratory. When the interval number of iPLS model is set to 30 and the Monte-Carlo sampling runs 1000 times, the characteristic wavelengths selected by iPLS-MC method can reduce from 8916 to 10, which occupies only 0.22% of the full spectrum wavelengths. While the RMSECV and correlation coefficient (Rc) for ethylene are 0.2977 and 0.9999ppm, and those for ethanol gas are 0.2977 ppm and 0.9999. The experimental results show that the iPLS-MC method can select the optimal characteristic wavelengths of VOCs FTIR spectra stably and effectively, and the prediction performance of the regression model can be significantly improved and simplified by using characteristic wavelengths.

通过应用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的中红外光导纤维并联合衰减全反射探头（ATR）对招募的200名女性健康志愿者的右侧乳腺外上限部位皮肤进行扫描采集相应的傅里叶变换红外光谱, 由此共获取200条正常人体乳腺的傅里叶变换红外光谱图。 进一步对所得的200条正常人体乳腺傅里叶变换红外光谱图中与脱氧核糖核酸、 核糖核酸、 蛋白质、 脂类、 糖类等生物化学成分相关的12条特征谱带进行分析研究, 并对这些特征谱带的峰位（P）、 峰强（I）、 半高宽（F）等36个特征性红外光谱参数进行统计学分析, 同时计算相应特征红外光谱参数的90%正常参考值范围、 均值、 标准差等数值。 研究结果首次对正常人体乳腺傅里叶变换红外光谱图相关特征光谱参数的数据建立了正常参考范围, 同时为傅里叶变换红外光谱技术进一步实现其在乳腺良恶性疾病诊断方面无创、 快速、 高效的特有临床应用价值提供相应的理论依据。

应用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)并联合衰减全反射(ATR)探头经体表方式测定120名健康受试者的双侧甲状腺, 由此获得240张正常人体甲状腺体表傅里叶红外光谱图; 通过分析比较正常人体左右两侧甲状腺体表红外光谱12个谱带的峰位、 相对峰强及半高宽等35个FTIR光谱参数以探讨双侧甲状腺体表红外光谱有无差异; 同时明确甲状腺体表红外光谱中蛋白质、 脂质、 核酸和糖类等生物化学成分相应特征吸收峰的变异特征。 结果表明: 正常人体左右两侧甲状腺体表红外光谱图大体趋于一致, 仅F1 640 P2 920 P1 040和I2 920/I1 460, 4个光谱参数差别存在统计学意义; 并计算得到一系列正常人体甲状腺体表傅里叶红外光谱特征谱带光谱参数的90%正常参考值范围及绘制出能充分代表正常人体甲状腺基本特征的标准平均红外光谱图, 进一步为傅里叶变换红外光谱应用于临床甲状腺疾病诊断提供参考。

植物修复法是新兴的重金属污染土壤修复手段, 也是未来极富应用潜力的主流技术之一。 植物根部细胞壁作为重金属/土壤/植物相的交界面, 天然地成为修复效能调控过程的关键部位和信号通道。 植物细胞壁与重金属离子的作用行为具有物理化学和生理生化的双重属性, 但以光谱技术为切入点, 原位解析植物根部细胞壁对土壤重金属离子的响应关系还不多见。 以黄土区修复植物金盏菊幼苗为研究对象, 分析Pb/Cd复合胁迫对其根部细胞壁形貌的影响, 借助X射线荧光光谱(XRF)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)揭示细胞壁对Pb/Cd胁迫的响应信号。 结果发现: Pb/Cd胁迫导致金盏菊根部细胞壁弯曲萎缩, 表面分布若干点状深色沉积物颗粒; XRF证实细胞壁Pb/Cd含量增加, 但XRD图谱没有发现典型Pb/Cd结晶峰。 FTIR图谱中—OH振动峰定位于3 416 cm-1处, 表明Pb/Cd离子与—OH间可能存在配位键合; 1 701和1 593 cm-1处的特征峰分别移动到1 736和1 618 cm-1, 说明Pb/Cd胁迫改变了金盏菊根部细胞壁蛋白质结构属性。 Raman光谱中2 960 cm-1附近峰强增加, 暗示Pb/Cd胁迫影响了细胞壁纤维素分子排列方向。 可以认为, 细胞壁组分(果胶、 蛋白质、 纤维素等)和典型官能团(—OH, N—H, CO等)对于减缓Pb/Cd胁迫引起的金盏菊根部细胞壁毒害效应贡献较大。

堆肥材料中腐殖酸的组成和结构直接影响堆肥产品品质和腐熟度。为研究堆肥腐殖酸的组成和形成过程, 进行了生活垃圾堆肥并提取了不同堆肥阶段样品中的胡敏酸和富里酸, 采用红外光谱和二维相关分析, 探讨了堆肥过程胡敏酸、富里酸的组成、结构及随时间演化规律。红外光谱结果显示, 堆肥胡敏酸组成复杂, 在2 917～2 924, 2 844～2 852, 2 549, 1 662, 1 566, 1 454, 1 398, 1 351, 990～1 063, 839, 711 cm-1均出现了吸收峰;相对于胡敏酸, 堆肥富里酸结构简单, 仅在1 725, 1 637, 990 cm-1出现了吸收峰。上述吸收峰的出现表明堆肥胡敏酸和富里酸均含有木质素来源的苯环和糖类结构, 但胡敏酸还含有丰富的脂族和蛋白类结构, 这些在富里酸中含量较低;堆肥过程糖类、脂类、蛋白类及木质素结构均发生了降解, 但是在胡敏酸和富里酸中它们的降解优先顺序不同。二维相关光谱分析结果表明, 胡敏酸中降解先后顺序为脂肪类—蛋白类—多糖类和木质素, 而富里酸中为蛋白质—多糖和脂肪类, 降解过程均生成了羧酸、酮类和酯类结构, 其中羧酸类物质一部分在堆肥中形成了碳酸盐。研究结果表明, 红外光谱结合二维相关分析不仅可以获得堆肥腐殖酸官能团组成, 还可以揭示堆肥过程这些官能团降解顺序, 确定堆肥腐殖酸合成机制和动力学过程。

选择新疆巴里坤花岗岩中的无色和粉红色两种正长石矿物进行了静水压力实验研究。 使用立方氧化锆压腔， 以石英做压标对正长石矿物进行了常温和100~600 MPa不同静水压力条件下的原位压力测试实验。 对不同压力条件下正长石矿物的含水性进行了拉曼光谱和傅里叶转换红外光谱表征。 分析发现正长石的拉曼位移与样品所受到的静水压力呈显著的正相关关系。 长石结构基团的M—O振动峰、 AlⅣ—O—Si弯曲振动峰和［SiO4］四面体基团振动的拉曼峰随静水压力的增大而有规律地向高频方向偏移， 漂移距离分别为2, 2.19和小于2 cm-1。 红外光谱分析表明在一定的压力条件下进入到粉红色长石中的水较无色长石中的水含量为多。 正长石红外光谱中以3 420 cm-1为中心的水分子吸收峰的强度和积分面积随着静水压力的增大而增强。无色长石和粉红色长石的积分面积分别由常压下的120和1 383 cm-1提高到600 MPa 条件下的1 570和2 001 cm-1。 实验结果预示着正长石在地壳一定深度的含水围压条件下， 围岩中的水可以进入到长石矿物中。

运用傅里叶变换红外光谱技术研究了正常组织(30例)和细胞株(SW 620), 正常细胞核和癌变细胞核的红外光谱特征,　为红外光谱诊断结直肠癌奠定了细胞及亚细胞水平的实验基础。 将所得光谱图的峰位及峰强比进行统计分析发现: 细胞株(SW 620)和癌变细胞核中谱带(2 925, 1 240和1 085 cm-1)的峰位均向高波数移动(p<0.05), 而谱带1 400 cm-1的峰位均向低波数移动(p<0.05); 细胞株(SW 620)中峰强比(I1 650/I1 460, I1 400/I1 460,　I1 240/I1 460,)较正常组织升高(p<0.05), 而I1 740/I1 460则降低(p<0.01)。 癌变细胞核中(I1 650/I1 460, I1 400/I1 460, I1 240/I1 460)较正常细胞核亦升高(p<0.05).这些差异可作为区别组织良恶性的指标。

针对气体光谱分析应用中傅里叶变换红外光谱仪长时间连续工作时易出现光谱基线漂移、 畸变问题, 对红外光源温度波动及漂移、 动镜倾斜、 分束器性能变化以及检测器横向偏移对光谱基线的影响进行了仿真研究, 结果表明光谱基线的漂移近似线性。 基于此, 本文提出分段比光谱基线漂移修正法SBCPD校正光谱基线。 通过比较基线校正前后仿真光谱峰高变化、 偏最小二乘(PLS)定量分析模型预测不确定度、 油气探井气测录井在线基线校正性能, 发现SBCPD性能优越, 要优于传统的多项式拟合法及airPLS法。 经检验, 该方法性能稳定, 计算量小, 便于工程应用。