海洋微藻研究对海洋环境监测以及生物资源利用有着重要意义, 显微共焦拉曼光谱作为一种非标记、 快速检测技术已在生命领域获得广泛应用。现阶段, 商业化显微共焦拉曼仪器在微生物研究领域占据主导, 但由于体积庞大、工作环境要求严格等因素, 很难开展微藻细胞的现场检测与分析。因此, 将微型 光纤光谱仪引入微藻“单细胞”的检测, 自主研发了一套小型显微共焦拉曼系统, 尝试低成本开发微 生物分析设备。整个系统基于微型光纤光谱仪实现了硬件的一体化小型设计(L750 mm×W350 mm×H410 mm), 具备光谱探测、显微成像、光镊捕获功能。通过四种典型微藻(中肋骨条藻、微拟球藻、东海原甲藻及小藻)的检测验证, 成功识别了“单个活体细胞”内的蛋白质、脂类、糖原、核酸等多种细胞组分, 相应的结果经过主成分分析 (Principal component analysis, PCA)后, 很好地实现了四种微藻的种类归属, 证明了光纤光谱仪应用于单细胞量级 海洋微生物分析的可行性, 并有望在将来发展成为船基设备, 用于微藻的甲板在线检测。

为解决激光诱导击穿光谱系统中光谱检测模块体积大、分辨率低的问题, 设计了一种小体积、高分辨率的交叉型Czerny-Turner光纤光谱仪.计算了光学系统的结构参量和光学元件的特征参量.运用光学设计软件Zemax对光学系统进行分析与评价, 结果表明该光谱仪在340～440 nm光谱范围内分辨率优于0.1 nm, 系统体积约为200 mm×180 mm×60 mm.此外, 搭建了一套激光诱导击穿光谱实验系统, 通过对重金属溶液的分析检测, 获得良好的实验结果, 整个系统分辨率高、体积小、成本低、结构简单、稳定性好.

提出利用微型近红外光谱仪、 结合Y型光纤探头, 在900～1 700 nm范围内对奶粉中蛋白质、 脂肪含量进行快速、 无损检测的漫反射光谱检测方法。 基于Unscrambler 9.7化学计量学软件, 选择合适的光谱波段, 通过PLS算法分别建立了蛋白质、 脂肪的校正模型, 得到蛋白质、 脂肪校正模型的决定系数R2分别为0.987和0.986, 均方根误差RMSC分别为0.385和0.419。 利用所建模型对预测样本数据集进行预测验证, 得到蛋白质的标准差SEPProtein=0.768、 脂肪的标准差SEPFat=1.109, 表明所建模型具有较高的预测能力, 已基本达到实用化要求。

针对粉末倍频测试过程中的信号溢出, 根据Kurtz理论和聚合物分散型液晶薄膜(polymer dispersed liquid crystal, 简称PDLC)的透光率对所加电场电压的响应原理, 提出PDLC调制入射基频光强, 进而控制测试信号的溢出。利用这一方法分别对碘酸钾、钒酸铯和钒酸铷等几种粉末样品的非线性倍频效应进行了测试分析。计算分析结果为: 碘酸钾能够实现相位匹配, 钒酸铯和钒酸铷不能实现相位匹配; 钒酸铯、钒酸铷的倍频效应分别约为氘化磷酸二氢钾(DKDP)的8.13倍和1.78倍。结果表明, 使用PDLC调制法所得的测试结果准确且操作简便。更重要的是, 此方法应用于定量测试倍频系数中, 可以有效提高测试精确度, 并且可应用于其他晶体非线性特性的测试研究。