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稳健的傅里叶变换红外光谱结合多元方法检测和定量新鲜牛奶样品中的尿素掺假
摘要： 尿素被作为掺假物添加到牛奶中以增加其白度和稠度，从而提高非脂乳固体含量，但过量的尿素会导致肾脏负担过重及损伤。本研究提出一种基于近红外光谱结合多元分析的创新敏感方法，用于可靠检测和定量新鲜牛奶中的尿素掺假。实验采用162份新鲜牛奶样本（包括20份未掺假样本和142份尿素掺假样本），制备了0.10%、0.30%、0.50%、0.70%、0.90%、1.10%、1.30%和1.70%共八个不同掺假比例（每个比例三重复）。使用珀金埃尔默Frontier近红外光谱仪（符合BSEN60825-1:2007标准），在10,000-4,000 cm?1波数范围内，通过0.2 mm光程氟化钙密封比色皿（分辨率2 cm?1）扫描各样本吸光度。通过主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和偏最小二乘回归（PLSR）对近红外光谱数据进行多元分析：PCA用于降低光谱数据维度并探究原奶与掺假样本的异同；PLS-DA成功区分未掺假与掺假牛奶（R2=0.9680，RMSE=0.08%）?；谘盗芳⒌腜LSR回归模型采用留一法交叉验证（R2=0.9800，RMSE=0.56%），外部测试集验证显示预测均方根误差（RMSEP）为0.48%。本研究旨在建立一种可靠、灵敏且可重复的新鲜牛奶尿素掺假浓度检测方法。
关键词： 尿素，主成分分析，偏最小二乘回归，牛奶掺假，近红外光谱，偏最小二乘判别分析
更新于2025-09-19 17:13:59
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近红外光谱技术在联合脊髓-全身麻醉或单纯全身麻醉下腹腔镜妇科手术中评估微循环的随机对照试验
摘要： 虽然气腹会导致宏观血流动力学方面的不良影响，但不同麻醉技术和腹腔镜手术对微循环的影响却知之甚少。因此，我们旨在通过近红外光谱技术，利用前臂和小腿肌肉进行3分钟缺血挑战，来探究联合脊髓-全身麻醉和腹腔镜手术的微循环效应。接受择期妇科腹腔镜手术的患者（n = 102）被随机分配接受单纯全身麻醉，或联合大剂量或小剂量脊髓镇痛（分别为左旋布比卡因7.5 mg或3.75 mg，加上舒芬太尼2.5 μg）。主要观察指标为全身麻醉诱导前、气管插管后5分钟以及气腹开始后15分钟时，近红外光谱得出的参数。全身麻醉导致前臂缺血后恢复率下降（p < 0.001，在所有组内），但在腹腔镜手术期间有所改善。对于小腿，在全身麻醉诱导前，大剂量和小剂量脊髓镇痛与对照组相比显著减缓了缺血后恢复速度（分别为34 ± 16% min?1和36 ± 13% min?1对比52 ± 27% min?1；p = 0.002和p = 0.006）。全身麻醉消除了各组之间的差异（24 ± 14% min?1和25 ± 12% min?1对比27 ± 18% min?1），而在腹腔镜手术期间，大剂量脊髓镇痛与小剂量脊髓和对照组相比进一步降低了缺血后恢复速度（p = 0.023和p = 0.040，分别）。在妇科腹腔镜手术期间，无论采用何种麻醉技术，患者的小腿微循环功能受损，但前臂微循环功能得以维持。大剂量脊髓镇痛导致的缺血后恢复速度下降可归因于其交感神经阻滞效应：灌注毛细血管数量增加，从而带来更有利的血流动力学状态。血压与未受脊髓镇痛影响的血管床的缺血后恢复速度呈正相关。
关键词： 血流动力学、微循环、组织氧合、近红外光谱、腹腔镜手术、全麻联合脊麻
更新于2025-09-19 17:13:59
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近红外光谱结合化学计量学算法定量测定四种不同基质中产气荚膜梭菌的萌发能力
摘要： 产气荚膜梭菌（C. perfringens）能够形成代谢休眠的芽孢，这些芽孢可耐受食品保藏过程，并在萌发生长后导致食品腐败和食源性安全风险。本研究旨在探究不同AGFK浓度（0、50、100、200 mM/mL）对四种基质（Tris-HCl、FTG、牛奶和鸡汤）中C. perfringens芽孢萌发的影响。采用近红外光谱（NIRS）结合化学计量学方法检测芽孢萌发能力，并通过传统芽孢萌发方法测定萌发率（S）、OD600%和Ca2+-DPA%。芽孢萌发实验结果表明，在FTG培养基中采用100 mM/L AGFK浓度时获得最佳萌发率，其S、OD600%和Ca2+-DPA%分别为98.6%、59.3%和95%。通过将标准正态变量变换（SNV）作为原始光谱预处理方法，并采用竞争自适应重加权采样法（CARS）从NIRS数据中筛选与芽孢萌发相关的特征变量，获得了S、OD600%和Ca2+-DPA%的最佳预测模型。其中S的最优模型为CARS-PLSR（RMSEV=0.745，Rc=0.897，RMSEP=0.769，Rp=0.883）；OD600%采用区间偏最小二乘回归（CARS-siPLS）优化后校准结果良好（RMSEV=0.218，Rc=0.879，RMSEP=0.257，Rp=0.845）；Ca2+-DPA%的最优CARS-siPLS模型亦表现良好（RMSEV=44.7，Rc=0.883，RMSEP=50.2，Rp=0.872）。这表明利用近红外技术定量测定C. perfringens芽孢萌发能力具有可行性，本研究为快速、自动、无损检测该菌芽孢萌发能力提供了新的近红外检测方法。
关键词： 近红外光谱、产气荚膜梭菌、孢子萌发、化学计量学、AGFK、不同基质
更新于2025-09-16 10:30:52
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光纤传感中的表面增强吸收光谱技术
摘要： 可见光和近红外光谱广泛应用于传感领域，但在检测低浓度化合物时信噪比较差。表面等离子体共振增强技术通过产生增强的近场效应来提升吸收光谱信号，是常用的增强手段。尽管表面增强红外吸收光谱（SEIRAS）备受关注，该方法目前多用于实验室环境而非实际传感场景。本研究旨在实现光纤探针上等离子体的吸收增强，从而推动SEIRAS的实际应用。实验采用镀有100纳米金膜的锥形无芯光纤，在可见光波段实现了信号增强。对于罗丹明6G和结晶紫两种染料（浓度范围5×10??至8×10?? mol/L），镀膜光纤显示出吸收增强效果。与相同锥度的未镀膜光纤相比，金膜使吸光度信号提高了2-3倍。结果表明SEIRAS原理可在光纤探针上实现，为远程传感应用中的信号增强检测提供了可行方案。
关键词： 表面增强、表面增强红外吸收光谱（SEIRAS）、传感、光纤、可见/近红外光谱（Vis/NIR）、金
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于不同空间分辨率数据利用近红外光谱校准的全树木材性质图比较
摘要： 从径向条带或木盘获取的近红外（NIR）光谱或高光谱图像，为研究树木内部木材性质变异提供了一种经济高效的方法。用于木材性质预测的校准至关重要，可通过两种根本不同的方法获得：其一是采用空间特异性模型，即木材性质数据与对应光谱数据以相同分辨率（如10毫米径向增量）进行校准与预测；其二是构建空间插值模型，通过大尺度（如整株树木）测量性质数据，将其与代表同等尺度的NIR光谱校准后，再利用该校准预测高分辨率下的性质。为探究这些方法对树木内部变异模式的影响，我们比较了基于两种不同方法获取的全树绝干密度（ADD）和粗糙度分布图。结果显示ADD与粗糙度的变异模式具有可比性，表明两种方法均可用于研究树木内部变异。其中空间插值模型具有显著优势——基于整株（或木盘）样本大幅降低了木材性质分析成本，并能建立那些测量成本高且难度大的性质（如制浆得率）的分布图。
关键词： 近红外光谱、树内变异、木材性质图谱、火炬松、粗度、湿地松（学名：Pinus taeda）、SilviScan技术、气干密度
更新于2025-09-16 10:30:52
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LED近红外高斯光束分布的模拟与体内研究
摘要： 近红外光谱技术是一种光学成像手段，能以无创、便携且低成本的方式持续监测组织氧合状态。该技术通过测量大脑皮层的血氧含量和血容量，尤其适用于评估脑部激活情况。要设计实验并解读研究结果，关键在于理解和提升近红外光谱对脑组织测量的空间与深度灵敏度。本研究探究了均匀光束与高斯光束这两种常见光分布模式对LED基近红外光谱穿透深度的影响——通过平凸透镜与双凸透镜分别产生两种高斯光束分布，平面透镜则形成均匀光束分布。实验包含两部分：首先基于液体仿体内部扫描静态/脉动吸收体，对比LED基与激光基近红外光谱的穿透深度；其次通过压力评估活体实验验证最优配置的可行性，并将其结果与激光方案进行比对。结果表明：配备双凸透镜的LED基近红外光谱在穿透深度及测量质量（包括提取的心率变异性信号）方面，尤其在压力评估应用中，表现与激光基方案相当。
关键词： 生物医学光学、仪器仪表、应力评估、近红外光谱、光学传感器
更新于2025-09-12 10:27:22
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利用干提取系统结合红外与近红外光谱测定金枪鱼中ppm级组胺浓度的初步研究
摘要： 已研究出快速简便的金枪鱼组胺测定方法。通过将近红外光谱与干提取物红外系统（DESIR）相结合，实现了对金枪鱼中ppm级组胺含量的检测。结果表明：制备DESIR样品的最佳提取溶剂为75%甲醇与沸水（100°C）的混合液。基于独立验证集样本建立并测试了校准方程，其中以沸水为溶剂提取建立的校准方程略优于75%甲醇溶剂体系——其决定系数（R2）达0.79，校正标准误差为2.45 ppm，预测标准误差为2.94 ppm，偏差值为0.10 ppm。此外，在95%置信区间内，两种方程的预测值与标准方法获得的参考值均无显著差异。相较于现行AOAC荧光官方检测法，本技术简化了流程并缩短了制备时间。
关键词： 快速方法、组胺、近红外光谱、DESIR、金枪鱼
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于蒙特卡罗模拟的漫射介质中不同波长激光光路校正方法
摘要： 近红外光谱技术（NIRS）通常利用多波长光源获取功能信息。当采用不同波长时，光在介质中的传播路径存在差异，可能引发误差。本研究提出了一种激光光源条件下的光路校正方法：在漫射介质中，激光可近似为点光源且其穿透深度与波长相关。通过计算不同点光源发射权重的检测比值并进行乘积运算，理论上可将各光源调整至同一位置。研究采用蒙特卡洛模拟法累积所需数据，以脑白质光学特性为例进行验证，模拟了四种波长（400、550、700和850纳米）与六种源-探测器间距（0.5毫米至3.0毫米，间隔0.5毫米）的所有组合。在相同条件下，本方法与模拟结果的差异约为1.28%。结果表明该方法适用于短源-探测器间距场景。
关键词： 蒙特卡罗模拟，点源近似，近红外光谱，光扩散，光路，穿透深度
更新于2025-09-12 10:27:22
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卒中后患者多模态激光刺激与传统针刺治疗——一项结合近红外光谱结果的初步交叉研究
摘要： 背景：本试点研究旨在评估激光刺激与传统针刺对脑卒中患者脑部的影响。方法：在一家脑卒中康复医院随机选取17例脑卒中患者（女性12例，男性5例；平均年龄±标准差：66.5±12.9岁）。采用交叉研究设计，记录患者在接受针刺治疗（头皮、耳部及体针）及相应激光刺激（红激光4个位点：100 mW，658 nm，500 μm；黄激光1个位点：50 mW，589 nm，500 μm；红外激光3个位点：100 mW，810 nm，500 μm；绿激光1个位点：5 mW，532 nm，500 μm）前、中、后的局部脑血氧饱和度（rSO2）值。结果：针刺治疗在进针即刻或刺激过程中均未引起显著变化。但手动针刺及激光刺激后，多数rSO2值出现升高，其中激光刺激治疗后达到最高值（+3%）。治疗前后心率和血压均未出现显著改变。结论：虽需大规模随访研究验证，但局部脑氧饱和度的变化可被量化。
关键词： 近红外光谱、中风、激光刺激、头皮针、体针、耳针、针灸
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过直接分析胆汁对不同胆囊疾病进行快速近红外光谱鉴定的可行性研究
摘要： 采用全样本覆盖的近红外（NIR）光谱方案，通过简单的滴干测量原始胆汁液来识别胆囊（GB）疾?。ń崾?、息肉和癌症）。为确?？芍馗床饬?，选用具有疏水表面的非近红外吸收材料聚四氟乙烯（PTFE）作为基底，形成形状一致的胆汁液滴。为保证光谱采样的代表性，近红外辐射照射干燥样本的整个区域以获取光谱。胆囊癌样本的近红外波形和相对波段强度与胆囊结石、胆囊息肉存在中度差异，推测其成分构成与其他样本不同。但胆囊息肉与胆囊结石的区分较困难；不过胆囊息肉样本获得的近红外特征对识别腺肌增生症（表皮组织异常生长）和乙型肝炎等病理状态具有信息价值。为阐明胆汁液样本的近红外特征，分析了共轭胆盐、卵磷脂、胆固醇和白蛋白等主要胆汁成分的独立近红外光谱。这种无需样本预处理或胆汁分离的近红外光谱方案，可用于基于胆汁液的快速胆囊疾病筛查，尤其适用于早期胆囊癌的识别。
关键词： 胆囊疾病、胆汁、滴干法测量、聚四氟乙烯基底、近红外光谱
更新于2025-09-12 10:27:22