环境样品中元素的浓度、 空间分布和赋存形态等是认识元素的生物功能和环境行为的关键。 本文对近年来X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用研究进展进行了评述, 发现X射线荧光光谱技术可以提供活体植物中元素迁移与分布的定量数据, 且微区X射线荧光光谱和X射线吸收谱技术的联用可深入认识生物与元素的相互作用, 尤其是生物对元素的吸收、 转运、 贮存和细胞解毒机制, 同时也能够揭示典型环境样品中元素的来源、 演化和归趋等环境行为。 然而, 由于生物和环境样品基质的复杂性和多样性, 仍存在一些技术难点与挑战, 如X射线荧光自吸收效应的克服、 低丰度(5%~10%)的元素形态的准确鉴定, 以及对活体细胞中短暂的元素氧化还原反应的捕捉等。

生命起源、 全球气候变化等是关系到人类未来命运的重大科学问题, X射线光谱(XRS)可原位测定物质组成与元素形态, 在解决重大科学问题、 揭示自然规律中发挥了重要作用: (1)在生命起源探索中, 通过RNA结构和海洋热液自养体系元素形态分析, 揭示了RNA形成机制和生物地球化学规律; (2)在地球早期生命研究中, 通过沉积纹层、 细胞组构测定, 发现了远古生物保存机制与证据; (3)在全球碳循环研究中, 通过物相与元素形态分析, 揭示了铁源生物有效性与碳汇机制。 利用XRS从微纳米尺度原位测定元素三维空间分布与形态, 实现活体分析蛋白质信息传递与生物响应过程, 探索元素与有机质构效关系, 揭示生命起源与生物代谢机制及全球气候变化规律, 是XRS未来发展中的重要领域; 作为冶金、 材料、 地质、 文物、 工矿、 生态、 环境、 医学与生命科学等领域中的重要分析手段, XRS所特有的无损、 原位与活体分析特性, 已呈现了巨大应用价值, 在未来探索重大科学问题、 解决关键技术难点的研究中, X射线光谱分析技术必将发挥更大作用。

对具有不同碳元素存在形态的4种化学纯试剂(无水对氨基苯磺酸、可溶性淀粉、石墨和碳酸钙)进行激光诱导击穿光谱实验。选用实验中探测到的碳元素原子谱线CI 247.856 nm作为分析线,研究了不同存在形态碳元素的激光诱导击穿特性。从物质的化学构成、分子内部原子结合的作用力大小等方面,说明了不同形态碳元素的光谱特性存在差异的原因。实验结果表明:存在于结构复杂、化学键能较大的物质中的碳元素,被激发所需的激光能量也较大。

基于轮廓结构元素形态学(CB形态学)和广义多结构元素的数学形态学,构造了一种新颖的用于抑制图像中的散斑噪声的串并复合滤波器。首先采用全方位多结构元素的广义多刻度形态开最大滤波器与广义多刻度形态闭最小滤波器相并联的滤波器进行滤波,力求在滤波的同时图像几何细节损失尽可能少,然后通过级联的CB开和CB闭滤波器,再滤除剩余的斑点噪声,从而在有效抑制图像中的散斑噪声的同时更好地保持了图像的细节信息。分析和仿真表明了本文提出的滤波算法的有效性。