拉曼、紅外和近紅外化學成像

《拉曼、紅外和近紅外化學成像》是化學工業出版社出版圖書。

基本介紹

• 中文名：拉曼、紅外和近紅外化學成像
• 作者：[美] 斯洛博丹·薩希奇，[日] 尾崎幸洋
• 出版時間：2021年5月1日
• 出版社：化學工業出版社
• 頁數：388 頁
• ISBN：9787122358851
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝

內容簡介

光譜成像技術是近10多年發展起來的一門新興學科，是現代過程分析技術中一項重要的手段。它將傳統的光學成像和光譜方法相結合，可以同時獲得樣品空間各點的光譜，從而進一步通過化學計量學等方法獲取空間各點的組成和結構信息。《拉曼、紅外和近紅外化學成像》是一本系統介紹分子振動光譜化學成像技術的專著，涉及光譜成像基本原理、儀器硬體、化學計量學方法,以及在生物醫學、製藥、食品和聚合物等領域的套用。參與本書撰寫的作者大都來自大學、研究院所、儀器公司和工業套用部門，具有深厚的分子振動光譜成像的理論基礎和豐富的實踐經驗。

《拉曼、紅外和近紅外化學成像》可作為分子光譜分析、現代過程分析技術、化學計量學等領域從業人員的參考資料，也可以作為高等院校、科研院所的儀器分析、分析儀器、光學、信息科學等專業研究生的專業用書，還可作為一般讀者了解分子振動光譜化學成像技術的參考讀物。

目錄

1化學成像的光譜原理1

1.1引言1

1.2分子振動2

1.3電磁輻射和物質間的相互作用3

1.3.1電磁輻射3

1.3.2光的吸收與發射4

1.3.3折射率4

1.3.4熱發射6

1.3.5螢光7

1.4中紅外吸收譜8

1.5遠紅外和太赫茲譜10

1.6近紅外吸收譜11

1.7拉曼散射13

1.7.1自發拉曼散射13

1.7.2共振拉曼散射17

1.7.3表面增強拉曼光譜18

1.7.4相干反斯托克斯拉曼光譜20

1.7.5受激拉曼增益譜22

1.8使用遙感生成化學圖像22

參考文獻24

第一篇硬體

2拉曼光譜成像儀器27

2.1簡介27

2.2拉曼成像儀的類型29

2.2.1掃描型30

2.2.2寬域拉曼成像31

2.3寬域拉曼成像儀設計33

2.3.1光纖陣列拉曼成像33

2.3.2介質干涉濾光器35

2.3.3聲光可調節濾光器36

2.3.4液晶成像光譜儀36

2.4拉曼成像儀平台39

2.4.1拉曼成像顯微鏡40

2.4.2拉曼成像巨視顯微鏡40

2.4.3拉曼成像纖維內窺鏡43

2.4.4拉曼成像望遠鏡44

2.5信號增強型拉曼成像儀器技術45

2.5.1表面增強型拉曼成像45

2.5.2表面增強共振拉曼成像45

2.5.3CARS拉曼成像46

2.5.4SRS拉曼成像46

2.5.5SORS拉曼成像46

2.6串聯式拉曼儀器47

2.6.1拉曼-掃描電鏡/能譜成像47

2.6.2拉曼-MXRF成像47

2.6.3拉曼-LIBS成像49

2.6.4拉曼-AFM成像50

2.6.5拉曼-SNOM成像50

2.6.6拉曼紅外成像51

2.6.7拉曼近紅外成像52

2.6.8拉曼螢光成像53

2.7額外維度拉曼成像儀55

2.7.1立體拉曼成像（X，Y，Z，λ）56

2.7.2動態拉曼成像（X，Y，Z，λ）57

2.8拉曼成像儀性能評估58

2.8.1標準建立58

2.8.2測試標準58

2.8.3FOM計算58

2.8.4實際套用案例63

2.9總結與未來發展方向64

參考文獻65

3FTIR成像硬體68

3.1引言68

3.1.1紅外顯微和成像系統的發展68

3.2系統概述70

3.3FTIR光譜儀的部件71

3.3.1光源71

3.3.2干涉儀72

3.3.3連續掃描模式73

3.3.4步進掃描模式74

3.4光學機械注意事項74

3.4.1卡塞格倫（Cassegrains）望遠鏡光學系統74

3.4.2光闌的使用77

3.4.3可見光圖像系統77

3.4.4樣品台78

3.5紅外成像檢測器78

3.5.1早期發展79

3.5.2紅外陣列檢測器80

3.5.3紅外相機81

3.5.4銻銦基系統82

3.5.5“標槍”MCT相機82

3.5.6快速掃描FTIR成像83

3.5.7線性MCT陣列的套用84

3.6紅外成像的採樣模式84

3.6.1透射採樣85

3.6.2反射採樣85

3.6.3漫反射86

3.6.4ATR成像86

3.7紅外成像速度與性能反思88

參考文獻88

4實現NIR化學成像的技術與實際考慮91

4.1引言91

4.2近紅外光譜學92

4.3近紅外化學成像92

4.3.1化學成像數據立方體：超立方體94

4.3.2多光譜和高光譜94

4.3.3統計分析和空間非均勻性94

4.3.4高通量96

4.3.5化學成像系統校準96

4.4儀器100

4.4.1採集模式100

4.4.2光照器件105

4.4.3光學器件106

4.4.4波長濾波器106

4.4.5檢測器108

4.5最最佳化實驗條件：實用性考慮108

4.5.1空間解析度和放大率108

4.5.2檢出限109

4.5.3採樣和樣本109

4.5.4數據分析和化學計量學109

4.6結論110

參考文獻111

5高光譜成像中的數據分析和化學計量學方法113

5.1引言113

5.1.1數位化圖像、多元圖像和高光譜圖像113

5.1.2圖像數據檔案116

5.1.3圖像和數據解析度類型116

5.1.4標準化和標準物117

5.1.5高光譜成像技術117

5.2基於灰度圖像的操作118

5.3高光譜圖像中的化學計量學119

5.3.1局部模型119

5.3.2超立方體數據清理化學計量學方法120

5.3.3濾波和預處理122

5.3.4主成分分析123

5.3.5多元曲線分辨124

5.3.6多元圖像回歸126

5.3.7判別回歸128

5.3.8人工神經網路128

5.3.9聚類和分類129

5.4結論130

縮寫130

定義130

參考文獻133

第二篇生物醫學中的套用

6拉曼成像的生物醫學套用136

6.1引言136

6.2大腦137

6.2.1惡性神經膠質瘤和組織壞死137

6.2.2腦轉移瘤和腦膜瘤137

6.3乳房138

6.3.1乳腺癌138

6.3.2乳腺腫瘤發展模型139

6.3.3乳房植入物材料和病理140

6.4胃腸道140

6.4.1巴雷特食管和食管腺癌140

6.4.2結腸壁結構和組成142

6.5泌尿組織143

6.5.1膀胱出口梗阻143

6.5.2膀胱癌143

6.5.3睪丸微石症144

6.5.4腎臟腎小球144

6.5.5前列腺癌細胞144

6.6皮膚145

6.6.1基底細胞癌145

6.6.2傷口癒合145

6.7眼部147

6.7.1與年齡相關的黃斑變性147

6.7.2膽固醇和白內障147

6.7.3人類淚液148

6.7.4眼睛的結構和形態149

6.8心血管149

6.8.1動脈粥樣硬化斑塊149

6.9肺150

6.9.1支氣管壁結構和組成150

6.9.2先天性肺疾病151

6.10骨151

6.10.1骨微觀結構和組成151

6.10.2顱縫骨接合152

6.10.3骨骼脆弱性153

6.11牙齒155

6.11.1齲齒155

6.11.2牙科修復156

6.11.3牙本質與牙釉質界面157

6.12結論158

致謝158

參考文獻158

7紅外光譜、顯微技術和成像在皮膚藥理學和化妝品科學中的套用163

7.1引言163

7.2皮膚和神經醯胺模型的紅外光譜164

7.2.1皮膚的超分子組織164

7.2.2神經醯胺中鏈順序和堆積的紅外光譜-結構關係164

7.2.3單獨角質層中的相轉移166

7.3伴隨熱擾動的屏障改造167

7.3.1實驗方案168

7.3.2結果：屏障重建的動力學168

7.4醯基鏈構象順序的紅外成像169

7.5角質細胞的紅外顯微鏡和成像171

7.6頭髮的紅外顯微成像175

7.7傷口癒合的振動顯微成像178

7.7.1介紹178

7.7.2方法179

7.7.3結果與討論179

7.8結論181

參考文獻182

8體內近紅外光譜成像：生物醫學研究和臨床套用184

8.1引言184

8.2方法185

8.2.1儀表與測量技術185

8.2.2體內成像186

8.2.3生物醫學近紅外光譜圖像的處理187

8.3套用189

8.3.1皮膚189

8.3.2心臟成像194

8.4結論與展望204

參考文獻204

第三篇藥學中的套用

9拉曼化學成像的藥學套用208

9.1與近紅外光譜成像關聯211

9.2玻璃粉212

9.3全局照明化學圖像213

9.4生物醫學套用217

9.5數據處理220

參考文獻225

10FTIR光譜成像在藥學中的套用226

10.1引言226

10.2中紅外光譜法227

10.2.1ATR和透射技術227

10.2.2FTIR光譜成像229

10.2.3光譜成像介紹229

10.2.4成像樣品製備方法230

10.2.5FTIR顯微光譜成像233

10.2.6ATR-FTIR視場拓展233

10.2.7定量分析234

10.3藥物研究235

10.3.1多晶型235

10.3.2超臨界流體研究235

10.4藥物FTIR成像236

10.4.1壓片片劑成像236

10.4.2ATR-FTIR微成像237

10.4.3藥物製劑與人體皮膚的吸水性成像238

10.5藥物溶解的FTIR成像240

10.5.1溶解的透射成像241

10.5.2溶解的ATR-FTIR成像241

10.5.3用FTIR成像研究流動溶解242

10.6假藥的ATR-FTIR成像245

10.7在高通量分析中的ATR-FTIR成像246

10.8結論247

參考文獻248

11近紅外成像在製藥工業中的套用251

11.1引言251

11.2方法：優勢和不足252

11.2.1數據處理256

11.3套用259

11.3.1製劑、過程及質量源於設計259

11.3.2質量控制269

11.3.3假藥分析276

11.4結論277

參考文獻278

第四篇食品研究中的套用

12食品的拉曼和紅外成像281

12.1引言281

12.2蔬菜、水果和植物282

12.2.1揭示麥粒的解剖學——紅外儀器的一個簡短的調查282

12.2.2麥粒的顯微結構和籽粒硬度284

12.2.3亞麻莖284

12.2.4探索其他植物物種的解剖學285

12.2.5色素及相關化合物286

12.2.6點採樣的成像技術287

12.3動物組織288

12.3.1熱、鹽誘導肉的變化288

12.3.2用於點取樣的成像技術289

12.3.3骨組織290

12.4雜項食品290

12.4.1生物聚合共混物290

12.4.2“現實生活”產品的微觀結構291

12.4.3乳劑292

12.4.4微生物293

12.5結束語和未來展望294

參考文獻296

13近紅外高光譜成像在食品研究中的套用298

13.1引言298

13.1.1食品的整體近紅外分析298

13.1.2近紅外高光譜成像298

13.1.3儀器299

13.1.4樣本製備和表達299

13.1.5樣本大小和波長範圍300

13.1.6局部性質300

13.1.7本章細節300

13.2文獻中的套用300

13.2.1概述300

13.3食品的近紅外高光譜圖像分析：玉米306

13.3.1問題定義和樣本306

13.4食品近紅外高光譜圖像成像和數據分析的注意事項313

13.4.1取樣和樣本表達313

13.4.2圖像清理313

13.4.3最終的PCA模型、簇檢測和選擇313

13.4.4穿透深度314

13.5結論314

致謝315

縮寫315

參考文獻315

第五篇聚合物研究中的套用

14聚合物的振動光譜成像320

14.1引言320

14.2聚合物的振動光譜成像321

14.3聚合物的FTIR成像322

14.3.1聚合物共混物相分離的FTIR成像研究322

14.3.2混合溶劑中聚合物溶出度紅外成像研究327

14.3.3在間同立構聚苯乙烯中溶劑擴散和溶劑誘導結晶的傅立葉紅外光譜和成像研究329

14.4聚合物的近紅外成像335

14.4.1聚合物混合物的近紅外成像335

14.4.2纖維素片的近紅外成像337

14.5聚合物的拉曼成像339

參考文獻345

第六篇特殊方法

15表面增強拉曼散射成像：遠場和常規設定的套用和實驗方法348

15.1引言348

15.2方法和實驗儀器349

15.2.1逐點成像349

15.2.2強度成像350

15.3LSPR和SERS圖像的相關性351

15.3.1單一的納米粒子和二聚物352

15.3.2納米聚合體353

15.3.3長範圍的納米結構355

15.4SERS成像的套用358

15.4.1蛋白探測的SERS活性基底358

15.4.2活細胞分析的SERS成像359

15.5SERS成像中的閃爍365

15.6結論367

參考文獻367

16線性和非線性顯微拉曼光譜：從分子到單個活細胞369

16.1引言369

16.2在活體內通過時間空間分辨的顯微拉曼光譜對單個活體分裂酵母細胞的細胞活性的實時追蹤370

16.2.1實驗370

16.2.2空間分辨的拉曼光譜370

16.2.3分離的分裂酵母細胞的時間空間分辨的拉曼光譜371

16.2.4關於“生命信號的拉曼光譜”的發現372

16.3活體內單個萌芽期酵母細胞的自然死亡過程的時間分辨拉曼成像373

16.3.1萌芽期酵母細胞的胞液和晃動軀體373

16.3.2隨著晃動軀體出現的自發性死亡進程374

16.4單個光譜細胞的非線性顯微拉曼光譜和成像375

16.4.1超寬頻多元相干反斯托克斯拉曼散射過程375

16.4.2用於超寬頻多元CARS顯微光譜的實驗儀器376

16.4.3單個活細胞的CARS圖像377

16.4.4單個活細胞的多重非線性光學圖像377

16.4.5細胞分裂過程的活體測量379

16.5顯微拉曼高光譜380

16.6結論384

致謝384

參考文獻384

索引386