为实现混合体系中多组分有机磷农药的定性识别和定量检测, 采用紫外-可见吸收光谱法结合平行因子分析法(PARAFAC), 对水体中多组分有机磷农药混合溶液进行快速分析测定。 在纯净水中配置毒死蜱、 甲基对硫磷、 丙溴磷的单组分、 2组分和3组分农药溶液为实验样本, 采用紫外-可见光谱仪获取各组样本的吸收光谱。 将测得的纯净水-有机磷农药吸收光谱数据构建为不同的三维数据矩阵, 经核一致诊断法确定因子数后采用PARAFAC算法对三维数据进行分解, 结果发现2组分和3组分混合农药经分解后得到的光谱图与实际单组分光谱图相似度很高, 表明算法可以实现水体中多组分有机磷农药的定性分析。 进一步地, 利用算法分解得到的得分矩阵与各组分的真实浓度构建线性回归模型, 再对不同的数据集(包括农田水为稀释背景的光谱数据集)进行预测。 模型的预测结果表明, PARAFAC算法具有显著的二阶校正优势, 即使是光谱重叠严重、 预测集中存在校正集中不存在的干扰信息, 算法依然可以有效地从混合体系中检测出目标物农药。 模型对2组分混合溶液均实现了定性分析与定量检测, 预测集决定系数R2都大于0.9, 预测残差RPD也都大于3; 对3组分混合溶液的毒死蜱、 甲基对硫磷、 丙溴磷实现了定性分析, 其中毒死蜱和甲基对硫磷均达到了定量检测要求, 只有丙溴磷的定量检测结果不理想, 可能是由于丙溴磷溶液的整体光谱强度水平显著低于相同浓度的毒死蜱和甲基对硫磷溶液, 其光谱贡献最小, 以致算法对其混合体系中丙溴磷的分辨效果较差。 PARAFAC算法实现了“数学分离”代替“化学分离”的效果, 不需要复杂的预处理即可对光谱重叠严重的多组分有机磷农药混合物进行定性识别和定量检测, 这一方法为水体中有机磷农药残留的快速检测分析提供了理论依据。

元素的成分和含量对材料的性能起着至关重要的作用，常规的检测方法能够获取待测样品的类别和成分信息，但存在成本高、操作复杂、效率低等问题。应用领域的不断扩展对分析技术有了更高的需求，找寻一种更新、更快、适应性更强的检测技术成为当前的研究热点。激光诱导击穿光谱技术具有多元素同时检测、结构简单、检测速度快、不受样品形态影响等特点，在诸多领域展现出广阔的应用前景。基于此，综述了激光诱导击穿光谱技术的机理、装置类型、基础研究进展以及应用研究，并对其发展趋势进行了展望。

基于太赫兹波的非电离、非侵入性、高穿透性、高分辨率和光谱指纹特征,太赫兹光谱技术在生物医学领域具有巨大潜力。基于太赫兹光谱技术和不同的分析算法,不同研究小组实现了对混合物样品的定性、定量识别。然而,实际的生物混合物样品中通常包含水在内的不同成分,进而导致光谱的信噪比较差,导致最终的光谱分析结果误差较大。对于此类问题,降噪算法和重构算法是比较有效的解决办法。这些算法通过去除光谱数据中的无效信息或提取其中的有效信息来达到提高光谱信噪比的目的,最终结合分析算法实现对生物样本的高精度定性和定量识别。本文对近五年来应用于太赫兹光谱技术中的主要算法进行了归纳介绍,并总结了它们的优势和缺点。

危险液体混合物的拉曼光谱定性定量分析一直是现场应用难点, 为解决该问题, 分析了多种物质混合后拉曼光谱的峰位、 峰值、 峰型变化情况, 选取拉曼光谱关键特征峰进行数学简化, 构建了从混合物物质成分到混合物拉曼光谱的映射关系, 该映射关系描述多种物质成分混合的混合物拉曼特征峰响应只和混合物中各成分本身拉曼特征峰响应以及各物质成分混合比例有关, 各物质成分按混合比例贡献拉曼特征谱峰, 共同形成最终的混合物拉曼光谱。 由该映射关系求逆, 可实现从采集到的混合物拉曼光谱计算出各物质成分的混合比例。 基于此, 设计了危险液体混合物成分定性定量识别方法, 主要方法步骤包括, 首先进行拉曼光谱数据采集, 然后进行拉曼光谱数据处理并获得拉曼特征峰, 再进行测试样品与数据谱库标准品的正反向特征峰匹配, 如果正反向特征峰匹配系数都比较高, 在满足一定阈值条件下, 可认定测试样品是某种纯净物, 如果不是纯净物, 则进入混合物分析, 通过拉曼光谱特征峰反向匹配系数筛选, 确定混合物成分构成, 混合物成分确定后再进行混合物成分比例计算, 最终实现危险液体混合物定性定量分析。 实验部分, 选定丙酮、 甲苯、 三氯甲烷、 乙醇及其混合物进行实验验证, 当混合物样品是丙酮、 乙醇两种成分按3∶7比例混合时, 经拉曼光谱识别方法计算, 混合成分计算值是丙酮占比0.245 7, 乙醇占比0.706 0; 当混合物样品是甲苯、 三氯甲烷两种成分按3∶7比例混合时, 经拉曼光谱识别方法计算, 混合成分计算值是甲苯占比0.323 4, 三氯甲烷占比0.763 0; 当混合物样品是丙酮、 甲苯、 乙醇三种成分按4∶3∶3比例混合时, 经拉曼光谱识别方法计算, 混合成分计算值是丙酮占比0.795 9、 甲苯占比0.303 5、 乙醇占比0.287 5, 实验结果表明, 当危险液体混合物成分是两种或三种成分混合时, 混合成分计算值基本和实际值吻合, 应用危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法, 可较准确的从拉曼混合光谱中解析出各混合物成分以及各成分在混合物中的比例, 可以判断混合物每个拉曼特征谱峰都来自于哪个成分或哪些成分拉曼特征谱峰的混合, 谱图解析结果良好, 对危险液体混合物现场分析鉴别有较大应用价值。

随着医疗诊断需求的增加, 生物分子检测技术越来越受到人们的重视, 液相生物芯片技术作为一种高通量, 多通道的分子检测手段在近几年得到了飞速发展。 通过层层自组装方法制备以微片为载体的拉曼光谱编码液相生物芯片, 并利用自行搭建的一套高灵敏度、 高分辨率的光学系统, 实现对液相生物芯片的定性与定量分析。 光学系统由拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统耦合而成。 在拉曼光谱检测系统中激光器发射出785 nm波长的激光, 通过二向色镜, 带反反射镜与物镜汇聚到样品上, 样品产生的拉曼散射光, 经物镜, 带反反射镜, 二向色镜与拉曼滤波片, 最后通过凹透镜聚焦到光谱仪的狭缝上, 光谱仪色散实现在线阵CCD上拉曼光谱的获取。 荧光显微成像系统应用光学成像原理, 通过调节凹透镜与405 nm的激发光之间的距离, 使激发光通过物镜均匀的照射到样品之上, 样品激发出的荧光, 通过物镜, 带反反射镜, 二向色镜, 滤波片与相应的凹透镜, 最后成像到面阵CCD上。 改进传统便携式拉曼光谱检测系统光路并选用相应波段的带反反射镜与焦距20倍的物镜完成拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统的耦合。 为了减少两路系统之间的相互影响选用合适的二向色镜以及滤波片, 在提高耦合系统获取数据的准确性中有着重要的作用。 该系统通过对反应之后的液相生物芯片进行拉曼光谱检测, 以完成对每个编码玻片的定性识别, 即解码; 同时激发反应后液相生物芯片的荧光并采集荧光强度图, 根据每个解码玻片上的荧光强度值完成对目标检测物的定量分析。 区别于传统荧光编码液相生物芯片, 拉曼光谱编码具有稳定性更强, 光谱分辨率更高等优点。 该光学系统集拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统于一体, 解决了目前未有基于拉曼编码的液相生物芯片的检测系统的问题, 并且可同时对多种目标物进行识别和定量分析, 提升了实验结果的准确性。

提出了两种有效混合物成分的定性与定量分析算法。针对混合物中每种成分太赫兹光谱已知的情况,提出了已知混合物成分光谱分析法,该方法具有步骤简单、样本需求量少的优点。而针对成分过多或部分成分光谱无法有效获得的情况,提出了未知混合物成分光谱分析法,该方法适用于多成分混合物,具有精度较高的优点,样本需求量多于已知混合物成分光谱分析法,但计算量相比传统算法大幅缩减。相关工作为生物医学领域中关键物质的识别和测量提供了新的思路和方法。

青蒿素是从中药青蒿中提取的含有过氧基团的倍半萜内酯药物, 具有良好的抗疟特性, 是治疗疟疾的特效药。 运用激光拉曼光谱分析了100～3 500 cm-1光谱范围内青蒿素的声子振动特性。 指出位于724 cm-1的拉曼峰为与青蒿素中过氧基团直接相关的一个特性声子振动模式, 可用于检测过氧桥键的存在。 位于1 734 cm-1的拉曼峰为与青蒿素中内酯基团直接相关的一个特性声子振动模式, 可用于进一步检测分析青蒿素。 由于这两个特征拉曼峰对应于青蒿素分子中特征化学键的振动, 而且在实验上较容易观察分析, 因而它们可以很好的用于拉曼光谱法快速初步定性检测青蒿素。 同时, 通过分析比较不同纯度青蒿素样品中724和1 734 cm-1处特征拉曼峰的平均散射信号强度比, 拉曼光谱法可以用于定量检测青蒿素样品的纯度。 与常用的高效液相色谱法相比, 拉曼光谱法更快速方便, 检测精度更高, 而且可以检测青蒿素样品纯度的均匀性。 拉曼光谱法定性和定量检测青蒿素纯度的功能对分析检测中药青蒿的品质也有重要意义。

传统农药残留检测方法比较繁琐、 耗时、 破坏样品, 快速、 无损、 实时在线是农残检测的发展方向。 本文利用表面增强拉曼光谱技术, 以苹果为载体, 有机磷农药甲拌磷和倍硫磷为研究对象, 初步探讨了苹果表面甲拌磷和倍硫磷农药的快速无损检测方法。 结果表明, 运用表面增强拉曼光谱技术, 可使两种有机磷农药的特征频率较易识别, 并选取甲拌磷的728 cm-1和倍硫磷的1 512 cm-1 处的拉曼信号作为定量分析目标峰, 采用内标法建立甲拌磷、 倍硫磷的线性回归模型, 可以作为定量分析甲拌磷、 倍硫磷的参考依据。

研究将制备的纳米银粒子作为表面增强拉曼光谱的增强试剂, 实现对宠物饲料中三聚氰胺的快速定性定量分析。 以709与1 542 cm-1处拉曼位移作为定性依据, 以1 149 cm-1峰强度作为归一化标准, 在1.0～10.0 mg·kg-1浓度范围实现定量计算, 检测限0.5 mg·kg-1。 研究发现, 纳米银粒子对三聚氰胺具有较强的拉曼增强效应, 特征峰信号强度与纳米银粒子加入时间, 溶液涡旋强度有很大的关系, 同时也受提取溶剂的种类、 提取方式及样品加入量的影响。 本方法中每个样品5 min内完成分析, 与现有方法相比, 快速简便, 对宠物饲料中三聚氰胺实现现场、 快速检测。

通过分析双黄连粉针剂的红外光谱并与对照品进行比较, 初步指认了粉针剂中各类成分的吸收峰, 为定性质量分析提供了依据。 建立了基于中红外光谱的黄芩苷与绿原酸含量校正模型。 模型的R2值均在0.99以上, 平均预测相对误差也低于4%, 具有良好的拟合及预测能力。 本研究结果说明, 使用红外光谱法对双黄连粉针剂进行在线定性定量分析, 方便快速, 切实可行。