分光系统（共10篇）
分光系统 篇1
卡铂 (Carboplatin, CBP) 的化学名称为顺-二氨-1, 1-环丁酸烷铂, 是继顺铂之后的第二代铂类抗癌药物, 对肺癌、卵巢癌等多种癌症具有良好的治疗效果[1~3], 相对于顺铂具有更小的肾、胃肠毒性[4,5]。
无机纳米材料C60作为抗癌药物载体具有载药量大、控释性好、组织靶向性强的特点, 建立C60/卡铂纳米药物递送系统可以增强卡铂对肿瘤组织的靶向性、提高肿瘤细胞外周与胞内的药物浓度, 从而达到提高药效, 降低毒副作用的目的。
目前, 卡铂的检测方法主要采用高效液相色谱[6~8]和原子吸收光谱[9,10], 这2种方法具有良好的灵敏度和较强的专属性, 但仪器价格昂贵、重现性欠佳。还有报道采用二阶导数光谱法[11]、络合分光光度法[12,13]、电感耦合等离子质谱/发射光谱法[14]对卡铂含量进行测定, 但这些方法因样品预处理过程复杂、样品耗量大、检测时间长等问题而没有被广泛采用。纳米药物递送系统中卡铂含量的测定不仅要求方法灵敏、准确、专属, 还要考虑C60本身的吸附性可能对仪器造成的损害和背景干扰问题。紫外分光光度法具有操作简单、迅速、经济的特点, 准确性和重复性良好, 吸附于比色池中的C60易于去除不会对仪器造成严重损害, 同时C60在紫外光区内无强吸收, 不会对卡铂的测定造成干扰。本文采用紫外分光光度计建立一种快速、准确的卡铂分析方法, 以用于测定卡铂在纳米药物递送系统中的含量, 为卡铂的药物开发打下基础。
1 仪器与试剂
UNIC2800紫外可见分光光度计 (上海尤尼柯仪器有限公司) , KQ-500DE数控超声清洗器 (昆山超声仪器有限公司) , AC-120S精密电子分析天平 (德国Sartorius公司) , 卡铂 (北京偶合科技有限公司, 纯度≥98%) , C60 (濮阳市永新富勒烯科技有限公司, 纯度99.9%) , 5%葡萄糖注射液 (石家庄四药集团) 。
2 实验方法与结果
2.1 检测条件
起始波长:800nm, 终止波长:190nm, 扫描间隔:1.0nm, 参比溶剂:5%葡萄糖注射液。图1为卡铂在5%葡萄糖溶液中的紫外吸收光谱, 最大吸收峰位置为229nm。
2.2 线性关系考察
精确称取卡铂样品2.8mg, 用25m L 5%葡萄糖注射液定溶, 超声10min使卡铂充分溶解, 得到浓度为112μg/m L样品, 作为母液备用。配制浓度为64μg/m L、32μg/m L、25.6μg/m L、19.2μg/m L、12.8μg/m L、6.4μg/m L、3.2μg/m L、1.6μg/m L、0.64μg/m L的待测样品, 分别取上述样品3m L于比色池中, 在229nm处测定吸光度值, 每个样品平行测定3次。以样品浓度 (C, μg/m L) 为横坐标, 吸光度值 (A) 为纵坐标, 做线性回归, 得到标准曲线方程A=0.0105C+0.0082 (R2=0.9984) , 结果表明在0.64~64μg/m L范围内, 卡铂浓度与吸光度值呈良好的线性关系。
2.3 精密度测定
精确称取1.2mg卡铂, 用30m L 5%葡萄糖注射液溶解, 配制浓度为40μg/m L的待测样品, 在229nm处连续平行测定6次, 记录吸光度值。结果:6次测定的吸光度值RSD=0.13%, 表明方法精密度良好。
2.4 稳定性测定
取2.3中所配浓度为40μg/m L的溶液, 室温条件下避光保存, 每天测定一次, 连续测定5天。5天检测结果的RSD=0.63%, 说明在卡铂在5%葡萄糖溶液中室温条件下避光保存较为稳定, 未出现显著降解。
2.5 重复性测定
重新称取6份质量为1.2mg的卡铂样品, 如2.3所述方法配制浓度为40μg/m L的待测样, 测定6份样品的吸光度值, 分析批内变异情况。结果RSD=1.69%, 表明方法的重复性良好。
2.6 回收率测定
精确称取卡铂2.0mg, 按高、中、低水平配成浓度为80μg/m L、40μg/m L、20μg/m L的待测样品, 每日测定3次, 连续检测3天, 根据吸光度值和2.2项所得标准曲线计算回收率, 见表1。实验结果表明, 卡铂的日内回收率为95.96%~96.93%, 日间回收率为95.68%~97.53%, 说明回收率良好。
2.7 载药量测定
精确称取C60 10.0mg、卡铂24mg于锥形瓶中, 加入5%葡萄糖注射液20m L, 避光搅拌24h, 以16000r/min离心8min, 收集上清液并稀释10倍, 在229nm处测定吸光度值, 按照公式:
(m游离药量=C×稀释倍数×稀释体积, C为测定吸光度值代入2.2项标准曲线方程计算结果) 。实验结果 (见表2) 。
3 讨论
以C60为药物载体对化疗药物卡铂进行吸附, 可以实现提高药效、降低毒副作用的目的。因C60经长时间搅拌将有少量形成稳定存在于水中的纳米晶颗粒[15], 所以在收集到的游离药液中存在C60, 如果按照中国药典中所采用的高效液相色谱法[16]对C60/卡铂药物递送系统中的卡铂含量进行测定, 则可能遇到2点问题: (1) 测定样品中存在的C60在色谱中高保留, 造成色谱柱污染; (2) 谱峰不佳。而其它检测方法如电感耦合等离子质谱/发射光谱法、络合分光度法则需要对样品进行预处理, 既增加了操作的复杂性又不利于回收样品, 还可能因预处理不当影响结果的准确性。采用紫外分光光度法对纳米药物递送系统中卡铂的含量进行测定, 可以实现方便、快速、准确的定量, 同时避免C60的干扰, 操作简单, 是一种良好的分析方法。
历史的分光镜 篇2
我生而残疾，不良于行。抗战期间，不能跋涉山路，以至未能入学。自从学习认字，有一段岁月都是在家摸索。先君性喜史地，我从他的书架上取读书刊，也熏染了史地的兴趣。抗战胜利，返故邑无锡，才第一次入学读书。无锡学风，自东林以来，即重实学，不尚文采。辅仁中学的老师，学养之深厚，不输上库教席，于文史舆地，每在课本以外，多所发挥。于是，在老师们诱引之下，我也向往于三顾(顾炎武、顾祖禹、顾栋高)之学。
在台湾大学时期，本科是在历史系，研究生学程是在文科研究所。其时初创研究所，台大的文学院是第一个有硕士课程的单位，并不分科系。当时台大的师资，集大陆来台学者的精英，盛极一时。老师各有专长，不在一科一系，我因此得到窥视不同专业方法学的机会。我的学士与硕士论文，都跟随李玄伯(宗侗)先生学习。玄伯师在法国留学时将文化人类学与古代史冶铸为一，对中国古代社会的图腾、婚姻、亲族及城乡，尤有独到的见解。他的观点，应当还是演化论一系。我在考古人类系的老师李济之先生、凌纯声先生与芮逸夫先生诸师并不从文化演化论入手。济之师是考古的实证论者，纯声师是十分注重环太平洋区的文化圈、文化传接论的学者，逸夫师注意文化比较研究，非常注意中国古籍及民族志中透露古代文化的遗存痕迹，大致可列入功能学派的观点。历史系中，劳贞一(干)先生是汉史大家。贞一师教我的是从史料中梳爬，重建古代的政府制度及生活。董彦堂(作宾)先生为殷商卜辞研究奠定断代标准。从彦堂师处，我只学到了年历学，却没有在古文字学方面用功。高晓梅(去寻)先生是殷墟发掘的考古学家，从晓梅师处，我稍知商周铜器的基本知识，但于金文方面，也没有用功。——诸师教诲之恩，终身不敢或忘。
在台大与中研院史语所学习的时候，我的兴趣在春秋战国历史，为此曾将《左传》中的人物排列谱系。同时，我也研习三礼，想从礼经中寻索古代信仰。我的硕士论文即是设法界分作为自然力的“天”与作为宗神与生命来源的“帝”。学士论文是《仪礼——士丧礼》中所见的灵魂观念。这两篇习作，均是玄伯师指导，然而也受逸夫师的启迪及匡正，遂是演化与比较文化研究的杂糅。
一九五七年我在美国芝加哥大学东方研究所读博士学位，也接受外科手术矫治两足。当时的东方研究所，以近东考古学为主，中国古史主要学者是顾立雅(HerrleeCreel)先生。芝大学风自由，学生的学程安排，全由学生自己的兴趣发展。芝大的埃及学、巴比仑学与亚述学，集合欧洲来美学者与美国的学者于一堂。我在这种环境下，选课以埃及学与巴比仑学课程为主，殊得埃及学教授JohnWilson先生之启发。芝大的社会学，兼有美国本地发展的社区社群实证研究(所谓微观社会学)与源自欧洲的社会学理论(所谓宏观社会学)两个传统。由于古代文化与宏观社会学的关系密不可分，我在东方学的顾立雅与JohnWilson二师之外，又从PeterBlau(社会学，尤其文官制)、BertHoseliz(欧洲经济史)及 MirceaEliade(宗教学)诸位教授学习。这是我初次接触韦伯(MaxWeber)的理论，一生思考，受韦氏影响甚大。我的博士论文是春秋战国时期的社会变动，后来出版为《中国古代社会史论》(AncientChinainTransition)一书。在这次习作中，我尝试用统计方法，根据不同时代历史人物的家世与社会背景，测量各时代社会变动的方向与幅度，再从这些现象探讨政治、经济、意识形态诸变数如何配合而有其相应的社会变动——不仅社会成员在社会阶层间的升降，也顾及社会结构本身的转变。在这一论文之后，我的研究角度，经常照顾不同变数的互动相应，我不再以为历史是由哪一种特定的力量推动；每一特定时期的历史，是由一系列当时当地的变数配合，而有其特定的变化。这一观点，在大原则上，不仅是我在专业研究上的方法，也是我观察身边事物变化的工具。
由美返台，我又回到史语所工作，也兼任台大教职。在台九年，事物严杂，再加上个人性向不愿向集权的政权低头，终于又离台来美。那几年内，研究范围颇注意于国家与社会之间的互动关系。汉代政权与其社会基础等篇即是在那几年写的。这一研究专题，后来又陆续及于汉代知识分子、中古知识分子、游侠豪强及地方大族的性质诸题。我在这方面的工作自从六十年代延伸至今，其中碰到美国学术界一度以市民社会、公众空间等课题为讨论焦点。然而，市民社会的“市民”有其欧洲中古城市的特定背景，我们不能在中国史中硬套。我毋宁是用国家力与社会力分合迎拒作为着眼点，可能比较切合中国的情形。
一九七○年应约来美国匹茨堡大学任教，接到西雅图华盛顿大学汉代研究系列的邀约，撰写《汉代农业》一书。该书原是由杨联升先生签约撰写，后来杨先生退约了，华大遂找我接下合约。为了撰写该书，我自修了一些农业经济的理论。同时，匹大历史系有一个讨论农业与农民的同仁讨论会，每个月有一位同仁提出专题报告。我从这一个讨论会中，获得教益不浅。最后成稿，却又因华大该系列的出版经费问题，耽搁了将近十年，始得付梓。
《汉代农业》是结合人口压力、农耕技术、市场网络、政府与工商关系诸方面，说明中国小农经济的特色。这一小农经济，专指小农场的精耕细作的要求，必须蓄积大量劳动力。季节性的劳动有忙闲之时，农村以这些季节性的剩余劳力投入农舍工业，农村的手工业遂接过了制造业的部分任务。农舍制造的商品，必须有销售管道换取资金，于是市场网络得以贯穿全国，下达农村。最后这一部分，也是地理学的“中地理论”。自从汉代以来，中国的经济大致未离开这一格局，迄于近代工商业出现，农村才丧失了制造业的功能。为此，《汉代农业》一书的副题是“中国农业经济的形成”。
《汉代农业》一书涉及商品流转的网络，嗣后，我曾撰写有关网络的一篇短文指出：中国旧日的网络，以大道支路形式不断向四处延伸，也不断在若干地区加密。这一网络，同时是商品集散、信息流传、人材流动诸项功能的大网。政府行政的地方权力中心，设在省城县城，也正是网络所经过的若干交叉点或中继点。在这一假设下，我还可从各时代的战争攻伐路线及国家分合形态等题目，查证网络的作用。很惭愧，心存此念，已为时十余年，我还未为此写专书。
《汉代农业》以后，又接到耶鲁大学《西周文明》一书之约。这本书是友人张光直兄主编中国古代文明系列之一。由于六十年代在台工作时期，李济之先生吩咐我襄助他老人家主编中国古代史，我自己也撰写几篇两周的篇章。光直兄将耶鲁出版系列的西周一书，交我撰写，也是以为我已有了几篇论文可以打底。在撰写西周文明的英文版时，我先写了中文版《西周史》，只是英文版中加了同事Linduff所撰“两周艺术”一章。中文西周史的增订本，又加了日常生活一章。在《西周史》中，我以新出考古资料为据，兼采傅孟真先生与钱宾四先生关于周人文化渊源及周人的迁徙路线，认为在岐下成为气候以前，长时期的先周，还须追溯到与夏人接近的晋西南，然后北迁，进入草原与农耕经济的转移地带，所谓沦于戎狄，终于在避狄难时，又南徙达岐山的周原。由于“先周”一词的用法因人而异，有人遂以为“周原”即是“先周”了，何必再往前追溯？其实，我之追溯到更远的时代，是因为周人自己的谱系并不以“周原”为起点，而且华北新石器时代的晚期，大型国家正在形成，草原与农耕转移地带又颇因气候而有生态的变化，凡此情况都会引发许多族群移动及文化分合的现象。
我在西周史中，讨论天命观念，借用雅斯培(KarlJasper)之观念，认为这是中国文明初次有“超越性突破”。封建制度是周人与商人及各地族群融合的机制。至少周人封建系统下的各地统治阶层由此发展了自群认同，也在礼制方面凝聚了大同小异的上层文化。从西周王朝的铜器铭文，我尝试说明西周政府逐渐趋向复杂组织的过程，我也说明封建制度本身潜在的病根，代代分封，族群疏远，封地不敷分配，贵族遂逐渐贫穷，以至出让土地，以换取器用。这一现象又是封建经济的一个转变过程。
除了上述三本专书的研究外，我一向有兴趣的研究题目是不同文化的比较。但是，我作比较研究，不是为了寻找定律，而是寻找各文化发展的特殊轨迹，也可说是找寻殊相。例如，我希望从几个重要的古代文明的发展情形中，找出各自重视的价值观及各自文化中知识分子的特有身份与功能。我认为，在那些超越与终极关怀出现时，有些古代文化有了突破的进展，从而发展为文明，其中的若干专业人士逐渐化为那些特定价值观的阐释者与传授者。这一论题是由雅斯培提出的。但是，我的注视焦点是在于，以个别文化突破进入文明后是哪几种特色决定了这些古代文明日后开展的特定方向。
从上面这一节假设，我才尝试说明韦伯命题与李约瑟(JosephNeedham)命题的意义，亦即资本主义不出现于中国；中国公元十五世纪以前，科技水平高于欧洲，而公元十五世纪以后被欧洲赶上。
在古代史方面，我一向希望能将考古资料与文献资料糅合，以图重建中国古代史。这些努力，在西周史中，比较有落实之处。至于史前历史，文献不足征，当然就以考古资料为主体了。从考古学的各种地方性文化互相影响的过程，我尝试寻找一些发展与扩张的模式：一个文化与另一个文化相接触，先是冲突，继而交流，继而融合，最后整合为一个范围更大，内容更复杂的文化。这一文化又会与邻近文化接触，以至再次进行同样的过程：接触→冲突→交流→融合→整合。如此不断地扩大与复杂化，终于古代文化逐渐融合为几个大文化体。这些大文化体，在历史时期，成为以中原为核心的中国文化集团，最后则成为所谓的中国文化，但仍无碍于各地有其浓淡不一的地区性特色。这些意见，恰与苏炳琦先生“区系类型”理论及“古城-古国-帝国”系列，颇为一致。苏先生由考古学的成果归纳而得，我则从历史现象中摸索寻找，两种途径能有如此的一致性，也可说不同门间有一定的互证作用。
从梁任公先生为中国历史分期得来启示，我也有过一项建议：中国文化由中原的基础扩大为中国的中国，再扩大为东亚的中国，中国必须与四邻交往，然后是亚洲的中国，最后将是世界的中国，中国终须是世界多国多文化社会中的一个参与分子。这一过程，正是考古学上诸地方文化扩大融合过程的后半截，其实是同一发展的模式。
为此，我不主张中原文化扩散于四方的说法，毋宁主张，过去所谓周边文化与“中原”文化之间，既有相对的交流，周边对中原的发展也有相当的影响。我最近比较重视中国北方与南方的考古资料，即因为北方草原族群逐渐游牧化，构成对“中原”的压力，而且由北方传入的事物，例如战车，也为“中原”文化添加了重要的成分。至于南方，则是华北族群向南侵压的地区，文化的交流与融合也有其值得注意之处。
关于中国历史的分期，我不以为可以借用欧洲历史分期的模式，僵硬地按照教条，分为原始公社到社会主义五个阶段，或上古中古近代三个时期。由于其地理条件，史前发展背景，以及各地各族互相影响的情况，中古文化涵盖的地区，应当自有分期的方式，应不致有削足适履的苦处。
我不认为历史是一成不变的周期发展。人类制造的制度即使表面上有一延续性，但是每一时代都会有一定的变化。正如人身会有疲怠，良法美意如果长时没有调整，也一样会有不适用之时。从这一假设下手，所谓朝代的周期，其实即与制度的衰疲败坏有关。
对于历史上一些人类造作的观念，我们亦可作如是观。例如，中国的“天下国家”观念，当然与欧洲最近数百年发展的“民族国家”异科。然而，中国普世性的“天下国家”，在汉代可有较具体的意义。唐代天子已是中国皇帝与可汗的双重身份，两个圈子，一小一大，并不相同。宋代以下，中国是在东亚多国多文化体制中的一员，根本已不可能再自诩为“天下国家”；于是，中国的天朝意识是虚骄的自欺，华夷文野之辨实即发展类似民族主义的文化主义。同样的，在佛教传入中国以前，中国有一个儒家为主的普世文化体系；在佛教进入中国以后，中国文化体系即是多元了。我最近正在这一命题上多作思考，希望能做些像样的研究结果出来。
以上是我治学经过的一些回顾。一生在书斋中度日，现在行年六十有七，已不算年轻，在此驻足踌躇，回顾已走过的路，忽然惊觉去日苦多，来日少，而未做之事，待读之书，不知其数，也只有走一步算一步了。
分光系统 篇3
计算机技术的发展使得目前的光谱分析仪、色谱分析仪等向着智能化、网络化方向发展, 逐步达到智能分析仪器的要求, 实现操作系统的智能化[1]。分光光度计是利用物质对光的选择吸收现象, 进行物质的定性和定量分析的光电式分析仪器, 也是一种光谱仪器。紫外可见分光光度计经不断改进, 出现了自动记录、自动打印、数字显示、微机控制等各种类型的仪器, 使光度法的灵敏度和准确度不断提高。对于传统的双光束分光光度计, 其检测结果是通过记录仪和记录纸打印输出的, 不便于读数、图谱存储及导入计算机进一步分析处理等。2005年, 中国科学院安徽光学精密机械研究所的丁志群等人提出一种以ATMEL89C51单片机为核心的数据采集系统替代原记录仪[2], 有效地实现了分光光度计的数据采集与存储, 并能在计算机上实时显示吸收光谱的曲线, 基本满足数据分析与处理的需要。但是, 硬件设计复杂, 且受到单片机处理速度以及A/D转换精度的限制, 数据处理过程复杂、处理速度低, 输出波形与实际波形存在一定差异, 系统稳定性差、性能不高。
2 分光光度计数据采集原理
根据电磁辐射原理, 由于不同物体分子的结构不同, 对不同波长光线的吸收能力也不同, 也即每种物体都具有特定的吸收光谱。通过对吸收光谱的分析可方便地判断物质的浓度、内部结构和化学组成[4]。分光光度计采用一个可以产生多个波长的光源, 通过系列分光装置, 从而产生特定波长的光源, 光源透过测试的样品后, 部分光源被吸收, 对于不同浓度的样品, 其吸光度是不同的, 从而可以将对样品浓度的计算转换为对样品吸光度的计算。
分光光度计利用的基本原理是郎伯特-比尔 (Larnbert-Beer) 定律[2,5], 即溶液的吸光度 Abs与溶液的吸收系数α, 浓度C, 液层的厚度L成正比。即:
ABs=-lg T=-lg I0/It=αCL
式中:T——透过率;I0——入射光强;It——透过光强。
每种物质都有特定的吸收光谱曲线, 通过测量不同波长处待测物质的吸光度或透过率值, 得到其吸收光谱曲线, 与已知谱线比较, 即可鉴别该物质或测定该物质的浓度。对于一个特定的波长, 吸收的程度正比于试样中该成分的浓度, 因此测量光谱可以进行定性分析, 而且根据与已知浓度的标样的比较, 还能进行定量分析。
如图1所示为常用双光束分光光度计基本结构。经单色仪分光后, 再经反射镜分解为强度相等的两束光, 一束通过参比池, 一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度, 此比值即为试样的透射比, 经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。
由图1分析信号处理过程可知, 透过参考池光束It0和透过样品池光束I0, 交替打到探测器上, 此后样品池信号为与样品透过率成正比的电压信号Ut0对一定浓度的溶液, 此电压信号变化速率主要由波长扫描速度决定;对一定波长的光束, 此电压信号变化速率主要由溶液中某种物质的浓度均匀程度决定。两路模拟电压信号输出到记录仪经差分放大、对数运算电路后驱动描记电路, 使电信号转换为记录笔的机械动作从而画出吸收光谱曲线。
由上可知, 分光光度计输出信号是与所测参数成线性关系的电压信号, 可以通过数据采集电路将其转化为数字信号, 以便进行进一步分析与处理, 或通过特定的软件实时显示。本文利用PC机声卡作为数据采集装置, 通过线路输入方式将采集到的信号输入计算机, 这样, 既方便了进一步处理又避免了制作专门的数据采集系统。
3 基于声卡的数据采集系统的实现
由于PC机均自带有声卡, 采用声卡设计数据采集系统, 不仅简化了硬件设计, 节约了成本, 而且由于声卡自带滤波功能, 还使输入的信号质量得到了保证。另外, 由于VB可以直接对声卡数据进行读取, 还简化了软件设计。下面将具体介绍基于声卡的分光光度计的数据采集系统的实现。
3.1 声卡采集信号原理
声卡工作原理为[6]:输入时, 麦克风 (Mic In) 或线路输入 (Line In) 获取的模拟音频信号通过A/D转换器转换成数字信号, 送到计算机进行播放、录音等各种处理;输出时, 计算机通过总线将数字化的声音信号以脉冲编码调制 (PCM) 方式送到D/A转换器, 变成模拟的音频信号, 进而通过功率放大器或线路输出送到音箱等设备转换为声波。衡量声卡的技术指标包括复音数量、采样频率、采样位数、声道数、信噪比等。
3.2 声卡连接及声卡设置
本系统采用声卡的线路输入采集信号, 避免使用话筒输入, 这是因为, 前者动态范围较大、噪声干扰小, 后者装有高增益前置放大器, 容易引入噪声和过荷, 导致信号产生较大失真。经测试, 分光光度计输出信号为0～100 mV的电压信号, 满足声卡Line In口的输入电压要求 (-1～+1 V) [7]。选择符合或超过信号处理所需的奈奎斯特采样率即可无失真地采集信号。实际的分光光度计的输出是三路信号线, 分别为H、L、GND。将一段三芯屏蔽线的两端分别与两个3.5立体声插头相接, 将分光光度计的三路输出H、L、GND分别与其中一个3.5立体声插头的左声道、右声道、地线相接, 将另一个3.5立体声插头接到PC机声卡的线路输入口, 由此, 分光光度计的输出信号就可以通过三芯屏蔽线由声卡的线路输入采集到计算机中。系统总体框图如图2所示。
设置声卡时大致按以下步骤进行:
(1) 打开PC机上的音量控制面板, 选择线路输入方式;
(2) 关闭不必要的声音特效, 如混响环绕, 以避免引入多余的信号;
(3) 将CD唱机等一些选项选择静音, 以避免无信号输入时因PC机背景噪声较大引起信号失真;
(4) 调整输出和输入的平衡, 可借助示波器和信号发生器实现。
3.3 系统软件设计
本系统的上位机信号分析与处理及显示程序是利用VB开发的。VB是深受技术工程师欢迎的编程语言之一, 它有如下优点: (1) 开发速度快, 在所有的可视化编程语言中VB是公认的速度最快的开发软件; (2) 功能扩展能力强, VB的APIView使VB能非常容易地调用几乎所有Win API函数, 实现任何Windows所具备的功能; (3) 系统稳定, 用VB编制的软件在Windows平台上长时间运行非常稳定。本系统设计在VB开发环境中的数据处理软件流程如图3所示。
3.3.1 数据的采样
采样频率指每秒钟取得信号样本的次数。声卡采样频率一般分为22.05 kHz、44.1 kHz、48 kHz三个等级, 采样频率越高, 所采集信号的质量也就越好, 但它占的存储空间也比较多。即使声卡的最低采样率也远远大于分光光度计输出信号的频率, 所以, 在保证信号无失真的前提下, 应选择合适的采样率, 降低数据存储量。用声卡的三种采样率以及输入PC机后软件的再次采样, 对多种不同被测溶液经过分光光度计的检出信号切实进行相同时间的采集处理实验, 得到表1所示平均数据存储量。
根据仪器手册, 记录仪的记录速度有1 nm/s、3 nm/s、10 nm/s, 最高记录速度10 nm/s, 最小分辨率0.3 nm, 因而可以算出截止频率fc≈34 Hz, 当满足采样频率fs ≥2fc时, 采样得到的信号能无失真地恢复原来的信号。经实验及分析表1数据后, 我们用44.1 kHz的声卡采样率对原始信号采样, 输入PC机软件环境后再次采样, 最终采样频率为0.441 kHz, 满足fs=441 Hz远大于2fc的要求, 且数据量大大减小, 提高了运算速率, 节省了PC机存储空间, 更适合在线检测中的实时显示及数据分析。
3.3.2 数据的滤波降噪
光谱数据由于光度计和检出器本身的硬件原因, 以及与PC声卡相连的信号采集线的原因, 总是伴随着各种干扰。这些扰动情况复杂, 会对色谱分析造成严重误差。采用滤波可有效抑制信号中的干扰, 消除随机误差。由于声卡的滤波频率范围远大于仪器的输出频率, 声卡对所要采集信号携带的噪声无法完全滤除, 因此, 必须再进行滤波除噪。目前已发展的滤波方法从原理上可归纳为三类[8]:①基于信号和噪声频率特性之间的差异;②基于信号和噪声的统计特性之间的差异;③基于信号与噪声的波形模式之间的差异。其中第①、②种滤波方法是目前最常用且比较成熟的方法, 在去除平稳随机噪声上有重要意义。本系统从信号和噪声的频率特性差异去除噪声, 软件中在频域上设计数字低通滤波器, 具体做法如下:首先, 对所采集信号进行傅里叶变换;然后, 对变换后信号在频域上进行低通滤波处理;最后, 对处理后的信号进行傅里叶反变换。通过以上过程即完成了对采集信号的除噪处理。
根据分光光度计的原理, 对两路信号编程作差运算、对数变换等, 即可得被检测溶液的光谱信号。
4 数据采集系统的测试与分析
为验证新的数据采集系统的有效性, 分别用本数据采集系统与原记录仪记录苯在乙醇中的紫外吸收光谱曲线。装配好待测溶液与参比溶液后, 按照前文对声卡进行设置, 运行程序, 便开始采集分光光度计输出信号并进行实时显示, 本文所设计的新系统采集到的原始检出信号如图4所示。
点击信号解析按钮便可根据程序设定的算法对原信号进行再采样、滤波、运算等处理分析并显示处理后的吸收光谱曲线, 如图5 (a) 所示。图5 (b) 为原记录仪的记录笔描记在记录纸上的吸收光谱曲线扫描到PC机的结果。由图形对比可见, 本数据采集系统处理的结果是有效的, 其波形与原记录仪相同, 但是曲线平滑性、精确性、清晰度等明显高于原记录仪。
经测试, 声卡的转换精度、采样率、响应速度及软件算法设计均满足系统数据采集的要求, 协同便携的交互式界面完成了信号的采集、显示、分析、保存以及对历史数据的查询等功能, 得到了准确的光谱曲线。与传统分光光度计数据采集处理仪器相比, 简化了硬件设计, 降低了成本, 具有性价比高、通用性强、数据处理简单快捷、使用效果良好等优点。使得仪器使用者能将更多的精力投入到实验测试、数据分析和处理上, 大大提高了工作效率。
5 结束语
本数据采集系统创造性地通过PC机声卡的线路输入将分光光度计的检出信号输入计算机, 巧妙地利用了声卡的A/D转换及初步除噪功能, 将分光光度计检测的结果转换成数字信号, 然后利用VB开发环境编写程序实时显示并记录原始信号波形, 最后, 通过相应的算法, 对原始信号进一步处理, 从而得到样品的吸收光谱曲线。改造后的系统便于操作, 可以实时在线分析处理数据, 工作效率高, 得到的光谱曲线在清晰度和准确性上均比原记录仪更好, 并且可随时将处理结果存入计算机, 方便进一步分析处理以及日后查询。因此, 本数据采集系统比原记录仪更具有优越性, 完全可以替换原记录仪。
摘要：为实现对传统分光光度计的改造, 设计了一种基于声卡的分光光度计数据采集系统。利用普通PC机的声卡配合VB编写的软件构建数据采集系统, 替代原记录仪, 完成了对分光光度计检出数据的采集和处理。测试结果表明, 该系统不仅可以准确地采集到原始信号, 而且数据量小, 可以实时地对原始信号分析处理并显示光谱信号曲线。
关键词：分光光度计,声卡,数据采集,数据处理
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中阶梯光栅分光光路的设计 篇4
关键词： 中阶梯光栅； 光谱仪； 二维光谱； 交叉色散
引言普通光谱仪中，为了实现高色散率和高分辨率的目的，往往需要使用刻线密度很大的闪耀光栅并必须增大光谱仪的焦距，从而导致光谱仪的体积较大，这有违当今科学仪器小型便携化的发展趋势。当使用面积很大的光栅时，也增加了大面积光栅的制作难度。另外普通扫描式光谱仪的光谱测量方式也不能达到现代科学仪器实时快速测量的要求。由闪耀光栅的衍射原理可知，若使用低级次的衍射，必须使用细刻线的光栅才可以得到较高的角色散，但是若能够使用高级次光谱，则粗光栅也可以获得高色散。中阶梯光栅即是一种粗光栅，是由美国麻省理工学院的Harrison G R教授1949年研制出的一种阶梯光栅，它的主要特点是：具有很大的闪耀角，每级可得到较大的角色散；光谱级次间多有重叠，配合二次色散元件进行交叉色散后方可得到二维光谱图，一次测量可以得到波长范围很宽的光谱。由于每一级次的色散角较小，每一级的自由光谱范围内的波长都集中在该级次的闪耀波长附近，因此中阶梯光栅可以对全波段闪耀。由于中阶梯光栅的这些特点，故中阶梯光栅光谱仪的优势就显而易见了。使用中阶梯光栅分光的光谱仪与常规光谱仪相比，具有检出限低、波段宽、无移动部件、结构紧凑、无需多次扫描曝光便可实现多元素光谱的瞬态测量的特点，利于实现高度智能化和自动化，代表了先进光谱技术的发展趋势。近年来利用中阶梯光栅作为主要分光元件的光谱仪的研究成为国内外许多学者关注的热点之一，这使得中阶梯光栅光谱仪也成为了最具发展前景的光谱仪类型之一。1分光光路的基本原理在整体光路设计中，采用了CzernyTurner 型，这是目前使用最广泛的结构形式之一。该结构光学器件少，无移动部件，简单紧凑，入射光和出射光夹角为定值[1]。这有利于后端调试和标定，并且通过调整各部件的相对位置，可以有效控制像差及获得二维平像场。光学仪器第35卷
第3期刘海涛，等：中阶梯光栅分光光路的设计
在设计的中阶梯光栅分光光路中，配合中阶梯光栅使用的交叉色散元件是棱镜，光路原理如图1所示。
再次入射到棱镜，由聚焦镜反射后到达探测面。在中阶梯光栅之前的色散方式为预色散[2]，而在中阶梯光栅之后的色散方式为后色散。本文的设计并不是单独地采取其中某种方式，而是让光线先通过棱镜的色散之后照射到中阶梯光栅之上，经中阶梯光栅的衍射分光后，光线恰好再次经过棱镜，这相当于预色散与后色散两种二次色散方式的结合，其优点在于使得光谱的级次重叠能够被更好地分离。另外，配合中阶梯光栅使用的二次色散元件还有光栅[3]，其优点是可使中阶梯光栅光谱的级次更大的分离，而不足之处是集光效率较低和不同波长的色散严重不均匀，二级光谱必须消除，通常需要两块横向光栅分别工作在不同波段获得合适的横向色散。而棱镜作为二次色散原件具有更高的光效率和更加均匀的横向色散，且不存在闪耀和光谱级次重叠问题，所以可工作光谱范围非常宽。本文采用棱镜作为二次分光元件，棱镜对中阶梯光栅光谱的级次重叠部分进行二次色散后形成的是二维光谱，它更加适合于面阵探测器接收。2光栅光路的设计
2.1交叉色散元件光线首先入射到分光棱镜的表面，因此先确定光线相对于分光棱镜的入射角。此时，光线是在棱镜的主截面（即与棱镜底面平行的面）内入射，色散公式为：i′2=sin-1nλsinα-sin-1sini1nλ（1）式中，i′2为出射角，i1为入射角，nλ为棱镜的折射率，α为棱镜折射顶角。由式（1）即可求出不同波长的经棱镜色散后的折射角。从棱镜的色散公式（1）可以看出，若要增加棱镜的分光能力，可以通过减小光线的入射角，增加折射顶角、折射率和材料的色散率等途径来实现[3]。但是由于减小入射角而导致的通光口径的减小，棱镜顶角的增大带来的底面全反射的干扰以及棱镜材料的限制决定了棱镜的色散率是不可能一直增加的，而要受到以上条件的约束。因此，确定光线的入射角就要考虑到以上各种因素。系统的工作波长范围为200～900 nm，现选择550 nm的波长作为设计时的参考波长。由于棱镜折射顶角的增大必须考虑到棱镜底面全反射的限制，所以需要遵守以下条件：sinα2<1n（2）由式（2）可以看出，确定棱镜折射顶角的应为最短波长的折射率。另外，还需考虑棱镜厚度对透过率的影响以及通光口径的要求等因素。由棱镜的最小入射角理论可知[4]，棱镜的最小入射角应为：imin=sin-1（sinαn2-1-cosα）（3）式中，α为棱镜折射顶角，n为折射率。虽然减小棱镜的入射角可以增大棱镜的角色散率，但入射角是有一定的限制范围，由式（3）可知棱镜入射角可取范围为imin，π2。棱镜的分辨率为：R=tdndλ（4）式中，t为棱镜底边的长度，dn/dλ为棱镜材料的色散率。由此可见，增大棱镜的底边长度即可增加棱镜的分辨率，但是还要考虑棱镜底边长度的增加对光线透过率的影响以及加工制作的工艺难度等因素，因此，棱镜的底边长度也不是越长越好。另外，考虑到探测面上光能量的要求，入射到棱镜表面的光斑不能太小，否则会使探测器探测不到，这就要求入射光斑具有一定的大小，棱镜的通光口径尺寸不能过小。
2.2中阶梯光栅中阶梯光栅是分光光路中最重要的元件，其色散方向与棱镜的色散方向相垂直，所以可以通过两个色散元件的配合得到无级次重叠的光谱。为了实现所要求的波长范围内的全波段闪耀，并且不会大幅度地增加棱镜通光口径，使用了以下两种方法。
入射当入射光线在中阶梯光栅主截面内的入射角等于衍射角时，此时的光栅即工作在Littrow条件。在Littrow条件下，光栅效率最高，此时的入射角也就是闪耀角。但是若使光路中的中阶梯光栅工作在标准的Littrow条件下，出射光线将沿着入射光线的光路返回，这就使得光谱的接收探测难以实现。因此，在实际应用中，应使入射光线以与光栅的主截面保持一个不为零的小角度γ照射到中阶梯光栅上，而入射光线在主截面内的投影与光栅法线的夹角为闪耀角[56]。光栅的这种使用方式称之为“准Littrow条件”，此时的光栅方程式为：d（sinθ—1+sinθ—k）cosγ=mλ（5）式中，θ—1为主截面内的入射角，θ—k为主截面内的衍射角，d为光栅常数，m为衍射级次；λ为波长。经棱镜色散后，不同波长的光线照射到光栅表面时，其入射角都是不同的，此时的入射角是波长的函数，即：cos（θi+γ）=cosθbcosθn（6）式中，θi为入射角，θb为闪耀角，θn为经棱镜第一次折射后各波长与550 nm波长的夹角，该角度为：θn=sin-1nλsinα-sin-1sini1nλ-sin-1n550sinα-sin-1sini1n550（7）式中，nλ为任意波长的折射率，n550为550 nm波长的折射率。
2.2.2闪耀级次的确定根据中阶梯光栅的衍射分光特性，若要在要求波长范围内达到全波段闪耀，且最终得到连续而不重叠的光谱图像，则应该使用每个级次的闪耀波长及各级次的自由光谱范围内的波长。由于中阶梯光栅的自由光谱范围很窄，所以其自由光谱范围内的波长皆具有较大的光强[67]。因此，使用各衍射级次的自由光谱范围内的所有波长，再配合交叉色散元件的色散即可得到全波段闪耀并且连续而不重叠的光谱图像。设计时采用的刻线密度为79 l/mm，闪耀角满足tanθb=2的中阶梯光栅。在所选取的参考波长处的衍射级次为41级，其自由光谱范围为：Δλ=λbm（8）其中λb为该级次的闪耀波长。由式（5）和式（8）就可以得出不同波长的闪耀级次以及该级次的自由光谱范围。由于中阶梯光栅的自由光谱范围较窄，所以每个级次所对应的发散角也很小，这也有利于在棱镜第二次色散时，减小光线通过棱镜所需的通光口径。中阶梯光栅与棱镜的相对位置由参考波长经棱镜第一次折射后的出射角决定。因为中阶梯光栅是在准Littrow条件下使用，所以应使光栅的主截面与550 nm的光线成角度γ。中阶梯光栅与棱镜的相对距离可参考仪器设计的尺寸要求，在理论上是距离越大越好，但是由于两者的距离增大，棱镜尺寸也必须相应地增加。另外，由于中阶梯光栅处在准Litrrow条件下，光线并不是在光栅的主截面内入射，所以必然会产生谱线的弯曲[8]，随着中阶梯光栅与棱镜间距离的增加，这种谱线的弯曲也会加剧，所以在设计时要考虑到这些因素的限制。
2.3聚焦物镜采用离轴抛物镜作为光路聚焦物镜，这是因为如果聚焦物镜选用球面镜，为了避免光线的遮挡，在离轴使用时会造成物点发出的光线沿着主光线方向成像在不同的位置，而用抛物镜代替球面镜可以消除这种影响[911]。经过离轴抛物镜的聚焦，在其焦平面上就可以得到所需的二维光谱，由前述可知，此时的光谱为连续不重叠的光谱，如图3所示为计算机模拟的理想光谱图[12]。3结论针对中阶梯光栅光谱仪中的中阶梯光栅分光光路设计的具体论述，尤其是对分光光路中的关键元件—棱镜和中阶梯光栅的具体性能参数：如棱镜入射角、底边长度、棱镜折射顶角的大小以及棱镜折射率进行了讨论。通过对中阶梯光栅的衍射理论的介绍及准Littrow条件的应用条件的研究分析，得到了关于中阶梯光栅与色散棱镜相对位置的确定方法以及实现中阶梯光栅连续不重叠光谱的方法，达到了优化中阶梯光栅分光光路的目的。本文所述的设计过程将对以后的中阶梯光栅光谱仪的研究具有指导意义。
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分光系统 篇5
关键词：原子吸收分光光度法,二氮杂菲分光光度法,探析
1 原子吸收分光光度法
1.1 仪器
WFX-1E2原子吸收分光光度计;铁空心阴极灯;50ml容量瓶
1.2 试剂
硝酸 (优级纯) ;盐酸 (优级纯) ;铁标准溶液:浓度为1000mg/L铁标准溶液 (GSB07-1264-2000批号102404) , 用2%盐酸溶液稀释得50.0mg/L铁标准溶液;铁标准样品:准确吸收10mL铁标准样品 (GBW (E) 080195批号80409保证值1.663±0.083mg/L) , 用1%硝酸溶液稀释成500mL。
1.3 工作条件
原子吸收, 测量方法, 波长248.3nm, 光普带宽0.2nm, 负高压403.0Ⅴ, 灯电流4.0mA, 焰气流量1700mL/min, 燃烧器高度8mm, 燃烧器位置-1.0mm。
1.4 工作曲线分别取0.
00mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00mL、10.00mL铁标准溶液 (50.0mg/L) 于50mL容量瓶中, 用2%盐酸溶液稀释至刻度, 摇均。得0.00mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、4.00mg/L、6.00mg/、10.0mg/L七种浓度铁标准溶液。
1.5 试验结果
以上七种浓度铁标准溶液三批次测试的吸光度平均值分别为0.000、0.065、0.143、0.276、0.545、0.827、1.368。
铁标准样品三批次测试的吸光度平均值为0.229, 检测浓度为x=1.6654mg/L。回归方程y=0.1369x+0.0010:y为标准溶液吸光度值, x为标准溶液浓度, 相关糸数r=1.0000;标准样品实际浓度x=1.663mg/L, 相对误差=0.144%。
1.6 技术参数确定
1.6.1 燃器流量
点燃燃烧器后, 喷入一标准溶液, 每改变一次重调零点, 在获得最大吸光度值时, 即为合适的燃器流量, 铁燃器流量选用1700mL/min。
1.6.2 燃烧器高度
选择不同高度, 喷入一标准溶液, 每改变一次重调零点, 在获得最大吸光度值时, 即为合适的高度, 铁燃烧器高度选用8mm。
1.6.3 光谱带宽
铁光谱带宽采用0.2mm, 这样即可使共振线与非共振线分开, 也可获得较低信噪比。
1.6.4 灯电流
灯电流的范围在0~20mA之内, 小灯电流能得到较高灵敏度, 但信噪比低, 稳定性差, 大电流虽可得到较高的稳定性, 但灵敏度降低, 灯电流大灯内气体燃烧快, 灯的寿命缩短, 因此, 综合考虑采用4mA的灯电流。
2 二氮杂菲分光光度法
2.1 试剂
乙酸铵缓冲溶液 (PH4.2) ;2%盐酸溶液;1%硝酸溶液;盐酸羟胺溶液 (100g/L) ;二氮杂菲溶液 (1.0 g/L) ;盐酸溶液 (1+1) ;浓度为100mg/L铁标准溶液 (GBW (E) 080364批号90719) , 用2%盐酸溶液稀释成10.0mg/L铁标准溶液;准确吸取10mL铁标准样品 (GBW (E) 080195批号80409保证值1.663±0.083mg/L) , 用1%硝酸溶液稀释成500mL。
2.2 工作条件
721分光光度计, 波长510nm, 比色皿2cm, 以纯水为参比。
2.3 工作曲线和标准样品
2.3.1 分别取0.00mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL、铁标准溶液 (10.0mg/L) 于150mL锥形瓶中, 各加纯水至50mL, 得0.00mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.600mg/L、0.800mg/、1.00mg/L七种浓度铁标准溶液。
样品:取两个 (平行) 5.00mL标准样品于150mL锥形瓶中, 加纯水至50mL。
2.3.2 向标准系列和标准样品中各加入4.00mL盐酸溶液 (1+1) , 1.00mL盐酸羟胺溶液 (100g/L) , 小火煮沸浓缩至约30mL, 冷却至室温后移入50mL比色管中。
2.3.3 向标准系列和标准样品中各加入2.00mL二氮杂菲溶液 (1.0g/L) , 混均, 加入10.00mL乙酸铵缓冲溶液 (PH4.2) , 各加纯水至50mL, 混匀, 放置10~15分钟, 测量。
2.4 试验结果
浓度为0.00mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.600mg/L、0.800mg/、1.00mg/L铁标准系列三批次测试的吸光度平均值分别为0.000、0.009、0.017、0.032、0.046、0.068、0.086。
铁标准样品三批次测试的吸光度平均值为0.058, 从标准曲线上查得铁浓度为x=1.7317mg/L。回归方程y=0.0846x-0.0006, 其中:y为标准溶液吸光度值;x为标准溶液浓度;相关糸数r=0.9979。标准样品实际浓度为x=1.663mg/L, 相对误差=4.13%。
2.5 讨论
乙酸铵缓冲溶液易含有微量铁, 缓冲溶液的加入量要准确控制。铁标准使用溶液必须现用现配, 否则测出的曲线各点吸光度值偏小, 曲线低, 导致标准样品计算值偏大。加热要使用均匀受热的电热板, 使曲线各点和标准样品在同等受热条件下进行, 以免产生误差。
3 结论
两种分析方法线性度结果比较:原子吸收分光光度法相关系数r=1.0000, 二氮杂菲分光光度法相关系数r=0.9979, 原子吸收分光光度法线性度好于二氮杂菲分光光度法。
准确度:原子吸收分光光度法相对误差为0.144%, 二氮杂菲分光光度法相对误差为4.13%, 因此原子吸收分光光度法准确度高于二氮杂菲分光光度法。
灵敏度:原子吸收分光光度法最低检出限为0.03mg, 二氮杂菲分光光度法最低检出限为0.05mg/L, 原子吸收分光光度法灵敏度高于二氮杂菲分光光度法。
超分光图像分析的波段选择 篇6
超分光图像是一种三维体积数据包含二维空间信息的图像, 其光谱分辨率在10nm级别。
1 超分光图像简介
国际遥感界认为光谱分辨率在0.1λ数量级范围内的为多分光 (Multispectral) , 这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段。光谱分辨率在0.01λ的遥感信息称之为超分光 (Hyperspectral) 遥感。随着遥感光谱分辨率的进一步提高, 在达到0.001λ时, 遥感即进入了超高分光 (Ultraspectral) 阶段[5]。1999年和2000年发射升空的中分辨率成像光谱仪 (MODIS和Hyperion) 都已经成为主要的应用数据来源[3]。
本研究所使用的超分光图像是利用美国USDA (United States Department of Agriculture) 的ISL (Instrument and Sensing Laboratory) 实验室开发的超分光成像仪等间隔扫描一段波长范围获得的, 它由112个波段组成, 其波长范围为λ1=425.4nm到λ112=710.7nm, 其空间分辨率为400*460*16bits。
2 超分光图像波段选择方法
2.1 粒子群优化算法 (PSO)
粒子群优化 (PSO, Particle Swarm Optimization) 算法是一种新的进化算法 (EA, Evolutionary Algorithm) , 和遗传算法相似, 它也是从随机解出发, 通过迭代寻找最优解。
PSO初始化为一群随机粒子 (随机解) , 然后通过叠代找到最优解。粒子i在n维空间里的位置表示为矢量Xi= (Xi1, Xi2, ..., Xin) , 飞行速度表示为Vi= (Vi1, Vi2, ..., Vin) ;矢量Pi= (Pi1, Pi2, ..., Pin) 和Pg= (Pg1, Pg2, ..., Pgn) 分别为第i个粒子迄今为止搜索到的最优位置 (个体极值) 和整个粒子群迄今为止搜索到的最优位置 (全局极值) 。每个粒子在n维空间的位置Xi就是其在问题空间中的一个潜在解。将其带入目标函数就可计算出其适应值, 根据粒子适应值的大小来衡量Xi的优劣。PSO的搜索过程主要是依靠粒子间的相互影响完成的。
2.2 线性判别分析 (LDA) 和Fisher比率
LDA也称为Fisher线性判别 (FLD:Fisher Linear Discriminant) , 是属于一种线性变换。LDA的基本思想是将高维的模式样本投影到最佳鉴别低维空间, 以达到抽取分类信息和压缩特征空间维数的效果, 投影后保证模式样本在新的子空间有最大的类间距离和最小的类内距离 (同一个类别的所有样本聚集在一起, 不同类别的样本尽量地分开) , 即该模式在该空间中有最佳的可分离性。
2.3 超分光图像波段选择
为了在112个波段中选择k个波段, 我们把112个波段等间隔分为k个区域, 例如选择4个波段的时候, 112个波段被分为4个段:1-28波段属于第一区域;29-56波段属于第二区域;57-84波段属于第三区域;85-112波段属于第4区域。然后在每个区域中选择一个波段。这样, 样本空间里的每个112维样本经过波段选择之后变成k维样本。利用LDC对k维样本进行分类的时候, 其分类精度取决于k维样本空间里计算的Fisher比率, 而又取决于每个区域中选择的波段, 选择的波段越好, 越高。因此, 我们可以假设Fisher比率为被选波段的函数。
3 实验结果及分析
我们用家禽皮肤癌超分光图像进行实验。首先从家禽皮肤癌超分光图像中提取正常部分和肿瘤部分样本作为样本空间, 然后在样本中随机取出1000个正常部分和1000个肿瘤部分样本做实验。在正常和肿瘤部分样本中各取500个用作训练样本, 剩余的用作测试样本。利用训练样本进行基于PSO的波段选择之后, 在测试样本中测试了分类错误率, 实验中使用的分类器是线性判别分类器。为了提高实验的可信度, 这样的实验重复做了100次之后与其他的结果进行了比较。
在实验中设置了如下PSO参数:
粒子个数=3*k, 循环次数=60, 学习因子c1=c2=2.0, 惯性权重w=0.9-当前循环数*0.2/循环次数
表1表示随机取样本做100次实验的分类错误率比较结果。条件A使用全部112个波段;条件B表示在112个波段中等间隔选择k个波段;条件C表示选择前面k个波段;条件D表示选择中间k个波段;条件E表示选择后面k个波段;条件F表示随机选择k个波段;条件G是用本研究提出的方法选择k个波段。
从表1的实验结果中可以看出:随着k的增加, 各个波段选择条件下的分类错误率明显下降;固定k值不变的时候, 本研究提出的波段选择方法的分类错误率最低, 特别是k值在15以上的时候, 用我们的方法选择波段之后的分类错误率和选择全部波段时分类错误率之间的差距小于1%, 属于可接受范围内的差距。当k等于15的时候, 它们之间的分类错误率差距为0.66%, 而此时我们所选择的波段仅仅是总波段的13.39%而已, 这表明我们提出的波段选择方法是行之有效的。
4 结论及下一步工作
本研究提出了利用粒子群优化算法的超分光图像分析的波段选择方法, 实验结果表明本研究提出的方法在大幅度降低所需信息量和储存空间的情况下, 错误率上升在可接受范围之内, 表明本研究提出的波段选择方法是行之有效的。
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分光光度法测定水体化学需氧量 篇7
1 测定原理
酸性MnO-4氧化水体中的还原性物质时, MnO-4被还原后颜色消褪, 但KMnO4被还原时生成的Mn2+容易被MnO-4氧化得到MnO2, 通过比较在酸性介质中标准电极电位E
2 实验部分
2.1 主要仪器及试剂
UV-6100型紫外可见分光光度计, 上海美谱达仪器有限公司;85-2恒温磁力搅拌器, 常州国华电器有限公司;电子分析天平;容量瓶;移液管。
c (1/3KMnO4) =0.01 mol/L;c (1/5KMnO4) =0.01 mol/L;H2SO4 (1:3) ;c (H2C2O4) =0.01 mol/L;葡萄糖 (A.R.) ;饱和硫酸银;实验用水均为二次蒸馏水。
2.2 标准曲线的测定
2.2.1 标准色阶
配置COD值为50 mg/L葡萄糖溶液, 分别移取0 mL, 1.00 mL, 2.00 mL, 3.00 mL, 4.00 mL, 5.00 mL, 6.00 mL, 7.00 mL, 8.00 mL, 9.00 mL, 10.00 mL该葡萄糖溶液于100 mL锥形瓶中, 用二次蒸馏水稀释至50 mL, 至加入5 mL 1:3的硫酸溶液, 摇匀。用滴定管精确加入10 mL c (1/3KMnO4) =0.01 mol/L的高锰酸钾标准溶液 并在电炉上煮沸20 min, 后停止加热, 冷却至室温后, 移至100 mL容量瓶, 用去离子水稀释至刻度, 得到标准色阶, 其分别对应的COD值为0 mg/L, 5 mg/L, 10 mg/L, 15 mg/L, 20 mg/L, 25 mg/L, 30 mg/L, 3.5 mg/L, 40 mg/L, 45 mg/L, 50 mg/L。
3.2.2 最佳吸收波长
移取上述预处理的溶液于1 cm的比色皿中, 选取波长范围为300 nm～800 nm, 得到关于波长λ与吸光度A之间的关系曲线如图1。
通过吸收曲线, 得到测定的最佳吸收波长为525 nm。
2.2.3 标准曲线
分别用移液管精确移取上述预处理的标准色阶溶液于1 cm的比色皿中, 调节吸收波长为525 nm, 测吸光度A, 得到COD值下的吸光度值A如表1。
根据表1数据, 利用Excel拟合得到关于COD值与吸光度值之间的曲线如图2。
图2中COD值与吸光度值之间呈线性关系其线性方程为:
y=-108.85x+83.133, 相关系数R2=0.9977
式中:y——COD值
x——吸光度值
2.3 样品测定
2.3.1 国标测定法
用移液管移取25 mL水样与锥形瓶中, 加50 mL去离子水, 5 mL硫酸溶液, 5滴硫酸银饱和溶液, 然后再移取10.00 mL, c (1/5KMnO4) =0.01 mol/L的高锰酸钾标准溶液, 在电炉上慢慢加热至沸腾后, 再煮5 min, 冷却至60～80 ℃, 用移液管加入10.00 mL, 0.01 mol/L草酸标准溶液, 用高锰酸钾标准溶液c (1/5KMnO4) =0.01 mol/L滴定至溶液呈微红色。消耗高锰酸钾的体积如表2。
通过公式计算得, 水样1, 2, 3的COD值分别为20.00 mg/L, 47.46 mg/L, 8.58 mg/L。
3.3.2 分光光度法
移取10 mL水样于100 mL锥形瓶中, 用二次蒸馏水稀释至50 mL, 至加入5 mL (1+3) 的硫酸溶液, 摇匀。用移液管管精确移取10 mL c (1/3KMnO4) =0.01mol/L的高锰酸钾标准溶液 并在电炉上煮沸20 min, 后停止加热, 冷却至室温后, 移至100 mL容量瓶, 用去离子水稀释至刻度, 将溶液移入1 cm的比色皿中, 在波长为525 nm处测其吸光度值。
将测得吸光度A带入线性方程, 得水样1, 2, 3的COD值分别为19.67 mg/L, 47.75 mg/L, 8.68 mg/L, 该方法测定水样结果与国标测定结果的相对误差分别为:-1.9%, 0.6%, 1.2%。此方法制定了高锰酸钾法测定水体化学需氧量的工作曲线, 测定结果与国标的测定无显著性差异, 而且操作简便, 减少了水样测定过程所消耗的时间, 同时也节省了实验药品。
3 结 论
实验结果表明, 在波长为525 nm的条件下, 对于COD值为0～50 mg/L的水体, COD值与A呈现较好的线性关系, 相关系数R的平方为0.9977;利用分光光度法测定COD值与国标无显著性差异;对于COD大于50 mg/L的水体, COD值与 A不呈线性关系, 可能原因是由于MnO-4氧化水体中的有机物得到MnO2悬浮微粒的浓度太大, MnO2悬浮微粒在此浓度下不符合郎伯-比尔定律。
在测定水体COD值的过程中, 只需要通过分光光度计测出吸光度值A, 根据 COD与 A的线性关系方程, 可计算出COD。该减少实验费用、简化操作步骤, 而且更加方便快捷, 结果与国标无显著性差异, 准确可靠, 能较好地评估水体的质量。
摘要：建立了分光光度法测定水体中需氧量的方法。采用分光光度法的原理, 以MnO4-的最大吸收波长525 nm为测定波长, 消除了MnO2微浮颗粒的影响, 该方法 COD测定范围为0～50 mg/L, 与国家标准滴定法之间无明显差异, 具有成本低、操作简单方便等特点, 用于水样测定结果满意。
关键词：化学需氧量,高锰酸根离子,分光光度法
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复杂背景下导弹目标的分光检测 篇8
关键词：应用光学电子学,目标检测,双CCD,分光检测,背景减法
1 引言
电视制导系统中导弹目标的检测问题就是图像跟踪中的运动目标检测问题。现有的运动目标检测方法有光流法[1]、运动能量检测法[2]、时域差法[3]、背景减法[4]等。这些方法中,背景减法是目前运动分割中最常用的一种方法[5]。它是利用当前图像与背景图像差分来检测运动区域的一种技术,一般能提供最完全的特征数据。背景减法的难点是背景图像的获得及其维护更新[6]。实际场景中背景的情况很复杂,存在各种各样的干扰,且背景随时间不断变化,因此,背景图像的维护及其更新应能处理这些干扰和变化,具体在电视制导系统中就是满足如下要求[7]:
1)能适应复杂地面环境,如阳光照射下的雪地、树木、建筑、赤热的卵石河床,水面浪花散射的阳光;
2)能适应背景随时间的缓慢变化,如在一天中不同时间的光照变化;
3)能适应背景物体的变化,如野战环境中的信号弹、炮口焰、曳光弹等;
4)能检测出光照的突然变化,并能在尽量短的时间内适应这种变化;
5)为了能够更好的跟踪识别物体,在背景减法中应能尽量消除运动目标阴影的影响。
为达到上述要求,本文研究了一种基于分光检测原理检测导弹目标的方法。电视测角仪使用该方法实现了运动的导弹序列图像的背景减法,达到了准确检测导弹目标的目的。
2 导弹目标分光检测原理及方法
2.1 目标背景的光谱特性
导弹辐射源的辐射光谱分布曲线如图1所示,辐射波长范围为0.6~6.6µm,峰值波长为2.0µm。背景辐射由地表面附近的大气散射和地面杂物反射太阳光产生,地表本身的辐射较小。常见的树和草的背景反射光谱曲线如图2所示,波长范围为0.4~1.1µm,峰值波长在0.5µm左右[8]。从图1和图2的对比中,可看出导弹辐射源的光谱和背景的光谱在波长范围上相差较大,只有在0.6µm波长后有部分重叠。因此可以充分利用这一差别将导弹目标从背景中检测出来。
2.2 双CCD分光检测光学系统
典型CCD传感器的光谱响应曲线如图3所示,其相对响应的峰值波长在0.55µm,长波上限为1.1µm,在可见光的0.4µm处的相对响应约为0.8。不同CCD传感器的响应曲线略有不同,但差别较小(特种摄像机如红外摄像机等除外)。
根据摄像机CCD传感器的光谱响应曲线可知,其在0.6~1.1µm波长段与导弹目标的辐射光谱重叠,故其能响应导弹目标在0.6~1.1µm波长段的辐射谱线,并对导弹目标成像;而在0.4~0.6µm波长段与背景的辐射光谱有重叠,可对背景成像。如果在成像光谱中,将小于0.6µm的光谱滤除,仅利用0.6~1.1µm的谱线,则能够获得一幅包含部分背景与全部目标的图像;如仅用小于0.6µm部分的光线,则能获得一幅仅有背景没有目标的图像。根据这一思路,本文在电视制导系统的成像光路中加入分光组件[9],设计了如图4所示的电视制导双CCD分光检测光学系统。在图4中,1为光学系统物镜组,导弹和背景通过它成像在其焦面上;2为分光棱镜组,它使波长长于0.6µm的光线透射,进入主CCD,得到一幅含有部分背景信息和全部目标信息的当前图像,使波长短于0.6µm的光线反射,进入次CCD,得到一幅只含有背景信息的图像;由背景减法的原理可知,在对当前图像和背景图像进行差分运算后,便可消除背景信息,检测出运动的导弹目标。
为了可靠实现上述目标,关键问题就是分光膜的确定。从目标对比度方面考虑,希望波长落在背景光谱中与目标光谱不重叠段的那部分光线全部反射进入次路CCD,而波长落在重叠部分的光线则全部透射进入主路CCD成像。这样,一方面不会有太多的背景光线在主CCD成像图像中对目标成像产生干扰,另一方面也保证了目标本身在主CCD中成的像的灰度足够的大从而形成较高的对比度。在背景减法中,需要保证两路CCD对背景成像的灰度基本相同,所以不能无限制的减少主CCD中背景光线的射入量,否则就会对目标的检测产生不利的影响。
从导弹辐射光谱曲线(图1)和树木草地背景的反射光谱曲线(图2)以及CCD的光谱响应曲线(图3)可明显看出,0.4~0.6µm波段的响应灰度等效光能量大于0.6~1.1µm波段的等效光能量,因此需对0.4~0.6µm波段的反射光进行衰减处理,使之与0.6~1.1µm波段的等效光能量相等,同时,主路CCD要含有部分0.4~0.6µm的背景光谱能量以达到灰度平衡之目的。经过反复实验,本文得到了分光膜的透射、反射率参数:在0.4~0.6µm波段,反射率为85%,透射率为15%;在0.6~1.1µm波段,反射率为5%,透射率为95%。此时主路CCD图像中的导弹目标与背景的对比度高且两路CCD图像的背景灰度等级相近。经过减法电路后,主路CCD图像中的背景基本被减掉,大幅度提高了目标信号的信噪比。
2.3 同步扫描
为了保证主CCD图像减次CCD图像得到信噪比高的导弹目标图像,必须保证两路图像的时空同步,即物镜和摄像机组成的光路必须严格平行,两路摄像机的场与行扫描严格同步。这样两路摄像机图像才能在硬件上实现视频信号的直接相减,得到信噪比高的导弹目标图像。
系统中的两个摄像机由行场同步与时序控制电路产生的外同步信号进行同步控制,保证二者实现同步扫描。在光机系统装校时,要保证共用物镜的两个摄像机组成的光路平行性误差小于0.01 mrad,以保证两幅图像的空间同步。
2.4 导弹目标检测电路
导弹目标检测电路,即背景减法电路的框图如图5所示。其功能是与电视制导双CCD分光检测光学系统配合,实现从有背景干扰的图像中,提取微弱的弹标信号。
如图5所示,A路视频信号(正的弹标信号加背景干扰信号)经箝位后削去同步脉冲,送到跟随器的输入端。输出信号经微分后,送到限幅放大器,经延迟线延迟后再经箝位器箝位送到差分放大器的正输入端。B路视频信号(背景干扰信号)同样进行箝位削去同步脉冲,经过跟随器后,再进行微分、限幅放大,送到差分放大器的负输入端。A、B二路视频信号经差分放大后,输出的弹标信号为正极性;从差分放大器输出后,再进行放大,送到后续的图像处理电路。A路中延迟电路的作用是增强差分图像的导弹目标边缘[10],以更加方便后续图像处理。
3 系统实验
系统实验在可实际进行导弹飞行试验的靶场进行。电视测角仪置于导弹发射处,在距测角仪2 000 m处点燃辐射源,通过录像机分别记录下主CCD、次CCD和导弹目标检测电路差分放大后视频合成的图像。实验结果如图6所示。从主CCD与次CCD获取的图像(图6(a)、6(b))以及两幅图像的直方图(图6(d)、6(e))看,两者的背景基本相同,从主CCD上获得的图像,目标光源在图像中特别明显;而从次CCD上获得的图像,目标光源基本淹没在背景之中。从主次CCD相减的效果图(图6(c))和它的直方图(图6(f))看,复杂背景已基本被减掉,导弹目标图像更加突出,直方图的双峰特性非常明显,使后继的目标背景阈值分割变得非常容易和可靠。
4 结论
本文根据导弹辐射源的光谱特性和一般背景的光谱特性存在明显差异的特点,采用分光棱镜进行分光,使0.4~0.6µm的背景光谱反射进入次CCD成像,0.6~1.1µm的目标和背景重叠的光谱透射进入主CCD成像,并通过反复实验确定了分光膜方案:0.4~0.6µm波段的反射率为85%,透射率为15%;0.6~1.1µm波段的反射率为5%,透射率为95%。最后通过导弹目标检测电路实现了主次CCD图像信号的相减,得到了不含复杂背景,只有高对比度且边缘增强的导弹目标实时序列图像。实验结果图像表明主次CCD相减后的导弹目标图像中复杂背景已基本被减掉,图像直方图的双峰特性非常明显,导弹目标已被可靠检出。上述结果表明本文所使用的导弹目标检测方法有效可行。
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紫外分光光度法测定溶血率的研究 篇9
【关键词】 紫外分光光度法；溶血率；波长
【中图分类号】R927.11 【文献标志码】 A【文章编号】1007-8517（2016）24-0031-03
Abstract：Objective To study the selection of wavelength when UV is used on the hemolytic rate. Methods According to the Guiding Principles of safety tests on traditional Chinese medicine injection in Annex XVIII B， Chinese Pharmacopoeia， 2010 Edition 1， and Technical Guidelines of studies on the irritability and hemolytic activity of traditional Chinese medicine and natural medicine. Results When rabbit red blood cells rupture， there is maximum absorption on 541 nm and 576 nm. There is no significant difference when a same sample was determined on 541 nm or 576 nm and calculate hemolytic rate. Conclusion When a sample have absoption on 541 nm or 576 nm and it interfere in hemolytic rate，we can choose another wavelength to determine the hemolytic rate.
Keywords：Ultraviolet Spectrophotometry；Hemolytic Rate； Wavelength
溶血与凝聚是灭菌制剂安全性质量控制指标之一，随着国家对注射剂安全性的重视程度日渐增加，尤其是中药注射剂，溶血与凝聚已成为安全性必检项目之一。《中国药典》2005年版、2010年版均收载了该方法，但在结果判断中，药典一直以肉眼目测作为样品是否溶血的结果判断方法。在“中药、天然药物刺激性和溶血性研究的技术指导原则”中收载了紫外分光光度法测定吸收度计算溶血率以判断样品是否溶血的方法，该指导原则中仅收载了545nm作为测定波长，但有部分注射剂，尤其是中药注射剂可能本身在545nm有吸收，可造成对样品溶血率测定的干扰。因此，笔者对紫外分光光度法测定溶血率时波长的选择进行了以下研究。
1 仪器与材料
1.1 仪器 SUB28恒温水浴（Grant Instrument Ltd. England）；TLM16M型高速冷冻离心机（湘仪离心机厂）；LD4-2离心机（北京医用离心机厂）；UV-2550 PC型紫外分光光度计（岛津仪器）；DHG-9075 A型电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）。
1.2 材料 血塞通注射液（批号：08082413；黑龙江多多药业有限责任公司）。氯化钠注射液（批号：A100205p2，昆明南疆制药有限公司）。
1.3 实验动物 普通级日本大耳白兔由昆明医学院实验动物中心提供，生产许可证号：SCXK[滇]2005-0008，发证机关：云南省科学技术厅；实验动物使用许可证：SYXK（滇）2005—0005，发证机关：云南省科学技术厅。
2 方法与结果
2.1 兔血红细胞溶血后最大吸收波长的测定
2.1.1 2%红细胞混悬液的配制[1] 兔心脏取血4mL，用玻璃珠去纤维蛋白原使成脱纤血，加氯化钠注射液，摇匀，离心15min（1000r/min），弃上清液，沉淀的的红细胞用氯化钠注射液同上法洗涤3次，至上清液不呈红色，取沉淀红细胞1mL，加氯化钠注射液稀释至50mL，混匀，即为2%红细胞混悬液供用，用时混匀。
2.1.2 试验方法 取上述2%红细胞混悬液2.5mL，分别加2.5mL氯化钠注射液作为阴性管，加2.5mL蒸馏水作为阳性管，混匀，于37℃温育，3h后取出，离心5min（1000r/min），在300～600nm进行紫外分光光度法测定，测得最大吸收峰所在波长。取性别、体重不同的10 只家兔心脏血重复上述实验，对实验结果进行统计学处理。
2.1.3 试验结果 阳性管与阴性管在300～600nm进行紫外分光光度法测定，阴性管无最大吸收，阳性管最大吸收峰所在波长见表1。
2.2 不同波长测定溶血率的比较
2.2.1 2%红细胞混悬液的配制 同“2.1.1 ”。
2.2.2 供试品溶液配制 取血塞通注射液用氯化钠注射液稀释制成20 mg/mL、10mg/mL、5mg/mL 3 个浓度作为供试液。
2.2.3 试验方法 每批次样品每浓度分别取洁净试管6 支，1、2号管为样品管，3、4号管为阴性对照管，5、6号管为阳性对照管，按表2所示，依次加入2%红细胞混悬液、氯化钠注射液或蒸馏水和相应浓度供试液，混匀，于37℃温育，3h后取出，离心5min（1000mg/mL，采用分光光度法（545nm和576nm）测定各管吸收度[2]。
2.2.4 试验结果 以两平行管吸收度平均值带入公试：溶血率（%）=（样品管-阴性管）/（阳性管-阴性管）×100 %，计算溶血率，重复试验，对相同浓度供试液在不同波长测定计算的溶血率进行统计学处理，与相同浓度供试液545nm相比，差异无统计学意义（P>0.05）结果见表3。
3 讨论
在查阅采用紫外分光光度法测定计算溶血率的相关资料中发现：不同实验者使用的波长不尽相同[3-5]，但实验3.1结果表明，取不同家兔心脏血，阴性管在300～600nm处均无最大吸收，说明在此波长范围内，兔血红细胞在不破裂发生溶血的情况下无可引起紫外-可见吸收的物质释放。血塞通注射液主要含三七总皂苷，一般来说，皂苷类成分仅在紫外区210nm或280nm有吸收，在可见区541nm和576nm并无吸收。而阳性管在541nm和576nm均有最大吸收峰，说明兔血红细胞破裂发生溶血后所释放的物质可引起此二波长的紫外吸收，选用性别、体重不同的家兔重复实验，说明不同家兔心脏血溶血后释放物质的紫外最大吸收峰所在波长范围稳定，无明显个体差异。
血塞通注射液为三七总皂苷制成的灭菌注射用水溶液，其主要成分具有溶血作用，因此，以不同浓度的血塞通注射液作为供试液，造成不同程度的溶血模型。采用545nm和576nm测定相同浓度血塞通注射液溶血管的溶血率，经统计学处理，无统计学差异，这说明选择545nm或576nm测定溶血率均可得到一致的结果，虽然对于血塞通注射液来说在可见区并无吸收干扰，但部分中药注射液本身在545nm处有紫外吸收，可能影响样品溶血率的测定计算，在此情况下可考虑采用576nm 作为测定波长。通过实验，笔者认为除中药、天然药物刺激性和溶血性研究的技术指导原则中收载的溶血率测定波长545nm外，还可选择576nm作为测定波长或在实验中以阳性对照管所测得的最大吸收峰所在波长作为溶血率测定波长，这都是对该方法的有益补充和完善，也可扩大该方法在测定溶血率中的应用。
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分光光度法测量水中有害物质分析 篇10
1 分光光度测量及紫外-可见光源测定
分光光度测量利用光度仪器, 将光度按波长区分, 投射到规定浓度的试剂内, 检测出不同的吸收强度, 根据朗伯-比尔定律获得有害物质的浓度, 再依照水质标准来判断样品水水质的好坏。
分光光度测量分为紫外光和可见光测定两类, 其中可见光测定用于测量有色物质内的有害物质, 而紫外光源用于测定无色物质, 其在水中有害物质测量试验中, 发挥重要作用。紫外-可见光源测定是分光光度测量的特定类型, 结合上述两者的优势, 实验中也被称为紫外-可见分光光度法, 主要利用200~780nm的波长, 测量水中的有害物质。
2 紫外-可见光源测定的实验分析
大量的生活污水、农田排水或含氮工业废水排入水体, 使水中有机氮和各种无机氮化物含量增加, 使水体质量恶化。化肥、冶炼、合成洗涤剂等行业的工业废水及生活污水中常含有较大量磷。磷是生物生长必需的元素之一, 但水体中磷含量过高, 水质变坏。总氮和总磷是衡量水质的重要指标之一。水中有害物质有很多, 现以总氮和总磷为实验测定对象, 对有证标准物质和某地日常的生活用水进行分析。
(1) 总氮测定。
(1) 原理:经消解含氮化合物的氮转化为硝酸盐, 采用紫外分光光度法于波长220nm和275nm处, 分别测定吸光度。
(2) 主要仪器:紫外-可见分光光度计、高压蒸汽灭菌锅
(3) 主要试剂:硝酸钾标准贮备溶液 (100mg/L) , 硝酸钾标准使用液 (10.0mg/L) ;碱性过硫酸钾溶液:称取40g过硫酸钾, 15g氢氧化钠, 溶于水, 稀释至1 000m L; (1+9) 盐酸溶液。
3 步骤
(1) 标准曲线的绘制。分别量取0.00m L、0.20m L、0.50m L、1.00m L、3.00m L和7.00m L硝酸钾标准使用液于25m L具塞磨口玻璃比色管中, 加水稀释至10.00m L, 再加入5.00m L碱性过硫酸钾溶液, 塞紧管塞, 用纱布和线绳扎紧。将比色管置于高压蒸汽灭菌器中, 升温至120℃开始计时30min。冷却至室温, 分别加入1.00m L盐酸溶液, 用水稀释至25m L标线, 混匀。用10m L石英比色皿, 以水作参比, 分别于波长220nm和275nm处测定吸光度。测定吸光值分别为:0.00、0.055、0.103、0.208、0.313、0.508、0.694, 并根据朗伯—比尔定律 (A=εCL) 绘制标准曲线, 回归方程:Y=0.0099X+0.0060, 线性系数r=0.999 7。
(2) 测定浓度为1.33±0.09mg/L和3.02±0.14mg/L的有证物质, 测定结果分别为1.30mg/L、3.00mg/L, 实验室内相对误差分别为2.3%、0.7%, 相对标准偏差分别为1.9%、1.5%, 加标回收率分别为97.6%、98.2%。
(3) 样品的测定。1号样品浓度为0.345mg/L, 2号1.42mg/L
(2) 总磷测定。
(1) 原理:磷经消解转化为正磷酸盐, 利用正磷酸盐在波长700nm处的吸收特性, 进行测定。
(2) 仪器:高压灭菌锅、紫外可见分光光度仪。
(3) 试剂:过硫酸钾 (50g/L) 溶液;搞坏血酸 (100g/L) 溶液;钼酸盐溶液:溶解13g钼酸铵于100m L水中, 溶解0.35g酒石酸锑氧钾于100m L水中, 将上述两种溶液依次加入300m L (1+1) 硫酸中;磷标准使用液 (2.0ug/m L) 。
4 步骤
(1) 标准曲线的绘制。分别加入0.0m L, 0.50m L, 3.00m L, 5.00m L, 10.0m L, 15.0m L磷酸盐标准使用液于50m L具塞磨口玻璃比色管中, 加水至25m L, 再加4m L过硫酸钾, 塞紧管塞, 用纱布和线绳扎紧, 置于高压灭菌锅中, 温度为120℃时, 保持30min。冷却至室温, 用水稀释至标线。分别加入1m L抗坏血酸溶液混匀, 30s后加2m L钼酸盐溶液混匀。放置15min后, 用30mm比色皿, 在700nm波长下, 以水作参比, 测定吸光度。吸光值分别为:0.00、0.030、0.059、0.181、0.305、0.604、0.899, 绘制标准曲线, 回归方程:Y=0.030 0X+0.000 8, 线性系数r=1.000
(2) 测定三个不同浓度的有证物质 (mg/L) :0.180±0.006、0.350±0.012、0.550±0.014, 测定值 (mg/L) 分别为:0.180、0.349、0.551, 标准偏差 (mg/L) 3.66×10-3、4.44×10-3、4.62×10-3, 相对标准偏差 (%) :2.03、1.27、0.84, 相对误差 (%) :0、0.3、0.2, 加标回收率 (%) :101、99.2、99.8。
(3) 样品的测定, 1号浓度为0.056mg/L, 2号为0.401mg/L
根据地表水环境质量标准 (GB3838-2002) 项目标准限值 (Ⅲ类) , 如表1。
从表1中可以看出, 1号样品中总氮和总磷符合地表水Ⅲ类水质标准, 而2号大于地表水Ⅲ类水质标准, 超标。
5 结语
紫外-可见光源测定是分光光度测量的主要代表, 用它测定水中有害物质, 具有灵敏性强、选择性好、精密度好、准确度高和操作简便快速特点, 它不仅能快速测量水中是否含有有害物质, 而且能够准确的诊断出有害物质的种类, 避免发生更大规模的污染。目前, 紫外-可见光源测定成为典型的测量方法, 满足水中有害物质测量的基本需求, 同时提升分光光度测量的效率和效益, 可为环境管理提供高效、优质的服务。
摘要：分光光度法测定水中有害物质, 主要是根据被测有害物质在特定波长中表现出的吸光强度, 判断水中是否含有被测的有害物质, 同时分析有害物质在水中的含量。水中有害物质在分光波长的作用下, 能够表现出不同的强度, 得出特有的光谱, 分光光度法中比较常用的是紫外-可见光源测定, 因此, 该文以分光光度测量中的紫外-可见光源测定为主, 分析了水中有害物质的测量。
关键词：紫外-可见光分光光度法,总氮,总磷,有害物质
参考文献
[1]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版:增补版.北京:中国环境出版社, 2002.
[2]潘蓓蕾.分光光度法测水有害物质的探讨[J].现代测量与实验室管理, 2013 (3) :5-8.