1 福建师范大学湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室, 福建 福州 350007
2 福建师范大学地理科学学院, 福建 福州 350007
赤铁矿(α-Fe2O3)和针铁矿(α-FeOOH)是风成沉积物和土壤中常见的两种致色矿物, 具有重要的环境指示意义。 赤铁矿指示干热环境条件, 针铁矿指示湿冷环境条件。 两者同存于沉积物或土壤中, 相互竞争。 在实际研究中, 通过应用两者的比例来指示环境条件的变化。 由于天然样品中赤铁矿和针铁矿含量低、 磁性弱, 传统的X射线衍射方法、 化学分析法以及岩石磁学方法都难以准确、 便捷地检测出二者的含量。 基于两者光学特征, 近年来越来越多的研究者使用漫反射光谱和色度方法尝试进行天然样品中赤铁矿和针铁矿的定量研究。 然而, 这两种方法也存在着一些问题。 漫反射光谱中赤铁矿和针铁矿特征峰强度受基底效应、 晶格离子替代等因素影响; 色度参数的红度同样受晶格离子替代影响, 黄度影响因素更为复杂。 因此, 两种方法的相关参数不能简单地等同于赤铁矿或针铁矿含量。 两种方法的对比研究显得尤为重要。 采用漫反射光谱和色度两种方法分别对干旱区的新疆博乐、 半湿润区的四川金川和湿润区的广东徐闻三个风成沉积剖面进行实验, 分析不同参数对于赤铁矿和针铁矿的指示意义及其适用范围。 在此基础上, 探讨针铁矿与赤铁矿比值的环境指示意义。 研究结果表明: (1)漫反射方法与色度方法是识别风成沉积物中针铁矿和赤铁矿信号的有效方法, 但由于影响因素复杂, 在大范围空间内仅能作为半定量指标; (2)a*能够较好地指示赤铁矿含量, Gt/Hm与b*/a*能够较好地反映针铁矿与赤铁矿之间的比值, 但Gt与b*不能很好地指示针铁矿的含量; (3)大气水热条件不能完全等同于土体水热条件。 大气降水并非完全进入土体, 温度通过蒸发作用影响土壤中水分含量, 土体水热状况受多因素影响。 大范围地理空间尺度上, 温度决定化学反应速率, 对于赤铁矿和针铁矿的生成与保存作用大于降水量。
风成沉积 针铁矿 赤铁矿 漫反射光谱 色度 气候带 Aeolian deposit Goethite Hematite Diffuse reflection spectrum Chroma Climate zone 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1684
1 中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所, 安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心, 安徽 合肥 230031
2 皖江新兴产业技术发展中心, 安徽 铜陵 244000
3 安徽中医药大学第一附属医院, 安徽 合肥 230031
通过设计不同光学参数的组织仿体,研究吸收、散射对组织荧光光谱及组织漫反射光谱的影响规律,优化经验复原算法,以校正吸收、散射的影响,获得组织的固有荧光光谱。结果显示:使用优化的经验复原算法(经验参数kx和km分别为0.9和-0.8)能够有效降低吸收、散射对荧光强度的影响,且荧光强度与荧光成分的浓度线性相关。在基于皮肤组织荧光光谱法筛查糖尿病的应用研究中应用上述光谱复原算法,结果显示:与原始荧光光谱相比,采用复原后的固有荧光光谱进行糖尿病筛查时,受试者工作特征(ROC)曲线覆盖面积由0.54增加至0.81,在特异性同为70.6%时,敏感性由38.6%增至77.6%。采用组织仿体优化生物组织固有荧光光谱经验复原算法能有效提高荧光光谱的临床应用价值。
医用光学 生物组织荧光 组织仿体 光谱复原 漫反射光谱
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室， 天津 300072
在采用近红外漫反射光谱对浑浊介质中的物质浓度做定量分析时，物质浓度测量的灵敏度与所选的光源-检测器位置有较大的关联。解析了物质浓度测量的灵敏度随光源-检测器距离变化的曲线特点，给出了三个特殊位置：灵敏度全局极大位置、灵敏度为零的位置和灵敏度局部极大的位置。以葡萄糖在某浑浊介质溶液（含血红蛋白、白蛋白的Intralipid溶液）中的测量为例，从扩散方程、蒙特卡罗模拟、漫反射光谱测量实验三方面，均验证了灵敏度曲线中存在的这三个特殊位置。另一方面，考虑到近红外光源的稳定性、铟镓砷检测器的量子效率与系统噪声等因素的限制，采用仪器的信噪比作为另一个客观指标，对实际测量可得到的灵敏度进行了评价。综合灵敏度曲线的特点和仪器的实际测量水平，给出了测量葡萄糖的最佳位置，可实现最优的测量灵敏度与测量精度。采用优化后的测量位置，葡萄糖的测量灵敏度可提高10倍以上。测量葡萄糖灵敏度的研究对人体组织中的无创血糖检测有较好的参考价值，同时，对漫射光谱灵敏度的解析方法可被借鉴于其他物质的近红外漫反射光谱测量位置的优选。
光谱学 红外光谱 浑浊介质 漫反射光谱 测量灵敏度 光源-检测器距离 葡萄糖
1 中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心, 安徽 合肥 230031
2 皖江新兴产业技术发展中心, 安徽 铜陵 244000
为减少吸收和散射对生物组织荧光光谱的干扰，使用蒙特卡罗（MC）方法模拟不同光学参数下的生物组织荧光和漫反射光，提出基于组织漫反射光谱的荧光复原方法。将复原算法中的经验参数编码为解空间中的一个粒子，以组织荧光临床应用效果作为适应值，构建粒子群优化（PSO）算法实现经验参数优化。利用已建立的用于糖尿病无创筛查的组织光谱测量系统，收集327例受试者的皮肤组织荧光光谱和漫反射光谱，使用基于PSO的组织荧光复原算法进行光谱复原。以复原前、后的组织荧光光谱强度作为输入变量进行受试者工作特性（ROC）曲线分析，观察其在糖尿病筛查中的应用价值。结果显示，采用复原前的组织荧光光谱作为输入变量用于糖尿病筛查时，ROC曲线覆盖面积为0.54，最佳诊断点对应的敏感性为32%、特异性为76%；以复原后的组织荧光光谱作为输入变量时，ROC曲线覆盖面积为0.86，最佳诊断点对应的敏感性和特异性分别为72%、86%。上述结果表明，使用基于PSO的组织固有荧光光谱复原算法能有效提高组织荧光光谱的临床应用价值。
医用光学 粒子群优化算法 漫反射光谱 荧光光谱 光谱复原
本文提出了用多次漫反射法来测定粉末样品的杂质吸收光谱,其结果与同材料的透明片状样品的杂质吸收光谱基本一致,为了验证更普遍的对不同折射率粉末情况,文中采用假设模型,以计算机模拟方法,其所得的结果说明,当颗粒足够小,色散又不太大时,所得的粉末样品与透明片状样品的吸收光谱一致,只差一个未知的吸收光程,如再与另一特性参数(寿命或量子效率)测量相结合,即可用来确定稀土杂质在材料中的辐射跃迁几率等物理参数。
多次漫反射光谱 粉末吸收光谱 漫反射光谱 计算机模拟
