光声成像与应用PPT讲稿


总结与展望
光声成像技术是一种新兴的、无损的光学 技术与超声技术相结合的检测技术,不论是在 理论研究还是在临床应用方面都将拥有广阔的 前景。光声成像技术的发展显示了它能对生物 组织内一定深度病灶组织的结构和生物化学信 息高分辨率、高对比度成像,而其他技术则暂 不具有这样的功能。
从光声成像技术在生物医学领域应用的不断发 展可以了解到,光声成像技术将可能向多模式结合 方式发展,譬如光声与超声结合的双模式结构,以 及最新的光声与OCT(光学相干层析成像)相结合 的模式等等。光声成像技术还将向分子成像方面拓 展,在实验中使用外源性或内源性造影剂来有效增 强图像对比度,提高成像分辨率,使得所获取的光 声图像能够更清晰地显示生物组织的内部结构或肿 瘤的结构情况等。这些趋势为光声成像技术对生物 组织的形态结构、生理和病理特征、以及代谢功能 等的研究提供了有效的手段。
光声效应是生物医学光声成像技术的理论基础。所 谓光声效应是指当宽束短脉冲激光照射生物组织时,组 织内的吸收体(如肿瘤和血管等)吸收了光能量之后发生 局部的温升,促使组织发生热弹性膨胀,产生超声波的 过程; 光声成像技术是根据生物组织对光的吸收分布反演 组织结构的一种新兴的成像模式,它集合了纯光学成像 技术的高对比度以及纯超声成像技术的高分辨率、高穿 透深度等优点,非电离且能够对组织功能成像,该项技 术为临床医学提供了一种新颖的成像诊断方法。
脑成像
由于脑组织的光学吸收与血氧消耗以及脑生理状态等密切 相关, 光声成像可用于研究脑组织结构和脑功能。通过监控脑 血氧的动力学变化, 可以得到脑神经系统的动态信息和功能特 征信息, 在神经生理学和神经病理学中具有重要的应用前瘤的大小、深度、血 管形成、血氧含量信息,这些指标是判断肿瘤的重 要信息.
图1 利用光声显微技术对黑瘤病中黑色素的尺度、 分布以及周围血管增生情况进行成像
肿瘤血管成像
在肿瘤的光动力治疗中血管损伤是肿瘤治疗的一 条重要途径。可以利用高分辨率的光声图像观测肿瘤治 疗过程血管的损伤情况。
结构成像
光声成像技术可以实现类似超声成像技术达到的深层组织 成像 ,但是光声成像系统是一种新型的无损伤活体成像模式, 它同时具备光学成像的高对比度特性和超声成像的高穿透 深度特性,可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。
小鼠脏器图
眼科成像
激光是目前治疗眼科疾病的较好选择, 光声成像能够对眼睛的虹膜、睫状体等无损 的成像,可以有效辅助医生进行眼科疾病的 诊断和治疗,因此,光声成像技术在眼科方 面具有广阔的应用前景
光声成像的优点
(1)该技术采用非电离波段 ,而且成像过程中不改 变生物组织的属性 ,故是无创的检测手段; (2)产生的光声信号和组织的生理状态的关系较容 易界定; (3)有潜力与纯的超声或光学的成像技术相结合 , 可获得更多的诊断信息; (4)成像深度和成像分辨率可根据实际中医学应用 的需要进行调整.
3、核磁共振成像(MRI) MRI技术是利用核磁共振原理,但是设备昂贵且具
有辐射。
4、超声成像 超声成像技术的成像深度虽然比光学成像方法深,
但其主要依赖与生物组织的声阻抗不匹配成像,而生 物组织体内某些肿瘤的声阻抗与正常软组织无明显差 异,从而限制了超声成像技术的使用范围。
2.2 光声成像技术的原理
第三,图像的分辨率得到了很大的改善。Lihong V.Wang小组通过物镜聚焦光束实现分辨率为2um的成像
使得成像分辨率从超声分辨水平发展到了光学分 辨水平,实现了图像分辨率的重大突破。
3 光声成像技术的应用和展望
光声成像在生物医学中的应用 光声成像的优点 总结与展望
光声成像在生物医学中的应用
2.3 光声成像技术的进步
第一,探测光声信号的技术路线增多。例如: 利用聚合物光纤和马赫--曾德干涉仪实现环形光学 探测,提高了信号探测的效率;以单一脉冲激光作 为光源,采取平行探测方式实现三维光声成像。
第二,光声成像在提高成像速度方面取得了重 要进步。首先,脉冲激光光源的重复频率提高了, 加快了光声信号的产生过程,大大缩短了信号采集 的等待时间。其次,采集速率的提高节省了数据采 集时间,提高了成像速度。采集速率的提高主要有 两种方法:一是使用多个采集卡同时进行数据采集, 提高硬件设备水平,提供足够的数据存储空间,压 缩信号采集的同步时间来实现快速采集,但引发
的问题是需要解决多个采集卡之间的匹配问题;二是将采 集多次平均数据改为单次采样,这样产生的问题是所得测 量数据的信噪比降低,需要从弱信号中提取目标信号,因 此就涉及到数据处理方法的优化选择,较为常见的数据处 理方法有小波分析法和信号补偿法。再者,扫描系统硬件 方面已从常规的用步进电机控制超声换能器探头移动的扫 描方式改进为使用二维振镜使光源发生偏转进行成像,这 样在加快成像速度的同时也大大减小了因步进电机的运行 给系统带来的强噪声干扰,达到了一举两得的效果。
2 光声成像技术的原理与进步
2.1传统的医学成像
1、X射线层析成像 X射线成像是根据生物组织的密度进行成像,因
此对某些情况如软组织的病变则无法判断。
2、光学相干层析成像(OCT) OCT成像是纯光学成像方法,由于人体许
多组织都是强散射或强吸收介质,而光在强散射 组织中的成像,只能达到1mm左右。
光声成像与应用课件
1 引言 2 光声成像技术的原理与进步 3 光声成像技术的应用和展望
1 引言
医学成像对各种疾病的诊断和治疗具有 重要的意义。但传统的医学成像总有一些缺 点,因此,人们期待一种无损的、非电离的、 具有高穿透深度和高对比度的成像方式的出 现,光声成像技术就是在这样的背景下应运 而生。
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《光声效应》讲座.ppt

《光声效应》讲座.ppt

• 一、原理 光声光谱仪是根据光声效应原理研制成功的。当物 质吸收周期性调制的光能后,转变为热能。周期性 热流使周围介质热胀冷缩而产生声信号,即为光声 信号。不同组分和结构的物质吸收不同波长的光能, 因此当照射于物质的光波波长改变时,声信号的变 化反映了物质的不同组分或结构。由于光声光谱技 术所检测的是样品吸收的光能与物质相互作用后产 生的声能,在照射的光强比较弱的情况下,光声效 应满足线性关系,即声信号强度与光强成正比,因 此光声光谱技术对物质的结构和组分是非常敏感的。 且对样品的形状无特殊要求,可以用于气体、固体 和液体的微量分析。由于光声光谱对散射光和反射 光不敏感,特别适用于颗粒、粉末、污迹和混浊液 体等物质的检测与分析。
(4)可以进行各种非波谱学的研究,如测定材料 的热学和弹性性质;研究化学反应;测定多层结构 和薄膜的厚度等; (5) 因为对样品无特殊要求,可以方便地应用于 各个领域,如凝聚态物理、化学、生物学、医学研 究等; (6) 不需光电器件,因而不必改变检测系统就可 以在很宽的波长范围工作。仅仅要求:光源足够强, 窗口透过率高。
• 另一方面,由于物质吸收周期性调制的光能后转变 为周期性变化的热能,亦称热波,所产生的效应称 为光热效应。热波传播速度很慢,且是高衰减波, 所以只能传播约一个热波波长的距离。在热波传播 的过程中,不同位置的热源产生的声信号具有不同 的相位,因此光声信号除振幅的变化之外,还有相 位的变化。因此,通常光声光谱仪有两个通道输出: 振幅输出和相位输出。前者对所测物质的组分(即 热源强度)非常敏感,后者则对所测物质的结构 (即热源的位置)特别敏感。
(1) 直接测量光束与材料相互作用后所吸 收的热量;
(2) 对散射光不敏感; (3) 样品本身就是电磁辐射的检测器。

光声成像技术简介课件

光声成像技术简介课件

Breast Normal Cancer 41
小动物活体成像平台
/
MicroPET/CT (Siemens Inveon)
MicroSPECT/CT (Mediso nanoScan SC)
MicroMRI (Bruker 9.4T/200mm)
生物发光活体成像 (Caliper IVIS Lumina II)
40
应用目标(从临床前延伸至临床):
Vascular malformation
早期肿瘤检测与诊断如皮肤癌、乳腺癌等
血管畸形、血管瘤检测成像
实时手术导航
治疗效果的疗效监测 病理学分析
Malignant melanoma Breast Cancer
Port-wine Stain
Skin Cancer
散射(扩散现象)限制弹道 成像渗透到〜1 mm的皮肤。 被光声成像(PAT)克服 实现 超深度的高分辨成像。
8
光声成像基本原理
Laser or microwave pulse (ANSI limit)
Produced ultrasonic waves (~ mbar)
Ultrasound transducers to receive signals
“
光声成像技术简介
”
1
Nobel Prizes Related to Biomedical Imaging
• 1901 in Physics: Roentgen for discovery of x-rays in 1895 •1953 in Physics: Zernike for invention of phase contrast optical microscopy •1979 in Medicine: Cormack and Hounsfield for invention of CT in early 1970s •2003 in Medicine: Lauterbur and Mansfield for invention of MRI in early 1970s •2008 in Chemistry: Osamu Shimomura, Martin Chalfie and Roger Y. Tsien for discovery and development of green fluorescent protein •2014 in Chemistry: Eric Betzig, William Moerner, and Stefan Hell for superresolved fluorescence microscopy

声现象和光现象专PPT课件

声现象和光现象专PPT课件

• 8、.(2010年贵州毕节,1题)今年5月,世博
会在我国上海顺利举行,为向全世界充分展示
“城市,我们的美好生活”这一主题,上海建设
越来越注重以人为本。如:城区汽车禁止鸣笛,
主干道路面铺设沥青,住宅区道路两旁安装隔音
板等。这些措施的共同点是(
)
• A.绿化居住环境
B.缓解“热岛效应”
• C.降低噪音污染
• A.“呼麦”中高音、低音指声音的响度 B.“呼麦”中的声音是振动产生的
• C.“呼麦”中高音是超声波、低音是次声波
• D.“呼麦”中高音和低音在空气中的传播速度 不等
• 6、.(2010湖北武汉,1题)下图中,施工 人员正在为紧邻居民区的轻轨轨道安装全
封闭的隔音屏,尽量将列车产生的噪声降 低到最低限度。这种控制噪声的方法是
B.人能听到蝙蝠发出的所有频率的声音 C、人听觉频率范围比人发声频率范围要 大。 D.15Hz的声音只要振幅足够大,人耳是 能听到的
• 3. (2010江苏南京,1题)关于声音,下列 说法中正确的是
• A.声波具有能量 • B.声音可以在真空中传播 • C.“禁鸣喇叭”是在传播途中控制噪声 • D.只要物体在振动,我们就一定能听到
图7
• 2、减弱噪声的三条途径:一、在声源处减弱噪声;二、 在传播过程中减弱噪声;三、在人耳处减弱噪声。(以选 择题形式出现)
• 3、光在同种均匀介质中沿直线传播。利用光这一性质解 释生活中的常见现象。(常以填空题的形式出现)
• 4平面镜成像特点:像物等大等距,连线垂直镜面,左右 相反,像为虚像。(常以实验探究形式出现)
• 7、凸透镜成像的动态规律:物近像远像变 大,物远像近像变小。
师者解惑 方法点津

2019届人教版中考物理复习方案:声探究与光成像ppt课件

2019届人教版中考物理复习方案:声探究与光成像ppt课件
(一) 声探究与光成像
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《光声效应》讲座.ppt

《光声效应》讲座.ppt
(通常选用15 Hz-30Hz)。
• 四、用途 由于光声光谱技术可对任意的样品进行检测分析, 包括气体、液体和固体(晶体、粉末或凝胶)样品, 并且只需要极少量样品就可以进行微量分析。因 此广泛用于物理、化学、材料科学、生物医学、 农业和环境科学等各领域的研究和分析。由于气 体、液体和固体试样的光吸收波长范围、以及放 置样品的光声盒结构等的要求各不相同,因此适 用于气体、液体和固体的光声光谱仪的结构也不 尽相同。
此外,由于高功率激光源的出现,可利用光声 效应作为声信号的激励源,在气体、液体和固体 中激发声波,用以研究媒质的声学特性以及声与 声、声与其他物质的相互作用。因为光声信号的 激励源不必与媒质直接接触,所以特别适用于极 端条件(如高温、低温、高压或侵蚀性的环境) 下的研究工作。同时由激励源产生的光声信号源 可在媒质中高速运动而不致引起绕流,避免了因 绕流产生的附加噪声干扰。
光声信号接收器:光声信号可以用传声器或压
电换能器进行接收,前者适用于检测密闭容器内 的气体或固体样品产生的声频光声信号;后者还 可适用于检测液体或固体样品的光声信号,检测 频率可以从声频扩展到微波频段。
应用:由于在光声效应的测试中,检测的 是被物质所吸收的光能与物质相互作用以 后产生的声能,因此利用光声效应检测物 质的组分和特性是非常灵敏的。光声效应 的主要应用有光声光谱技术和光声显微镜 技术 。
讲座 光声效应
许雪梅
光声效应 photoacoustic effect
光声效应是在1880年由A.G.贝尔 发现的。
机理:当物质受到光照射时,物质因吸收光能而受 激发,然后通过非辐射消除激发的过程使吸收的 光能(全部或部分)转变为热。如果照射的光束 经过周期性的强度调制,则在物质内产生周期性 的温度变化,使这部分物质及其邻近媒质热胀冷 缩而产生应力(或压力)的周期性变化,因而产 生声信号,此种信号称光声信号。光声信号的频 率与光调制频率相同,其强度和相位则决定于物 质的光学、热学、弹性和几何的特性。

光声成像简介ppt课件

光声成像简介ppt课件
在浅表层血管成像、早期肿瘤探测、脑部成像等方面有广阔的应用前 景
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
几种光声成像系统
单元探测器环形扫描 全线圆性环阵阵列列扫扫描描
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
本实验的目的及意义
用单元探测器环形扫描的光声成像系统对模拟样品 及活体小鼠头进行成像,目的是得到小鼠的脑皮层光声 图像,达到从中分辨出脑血管的效果;并且为实验系统 的改进提供参考
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
延迟叠加算法
• 用声速乘以传播时间反推像素点位置 r=c×t
• 对每个扫描步添加相应的时间延迟,对于每一个像素点 将每一步得到的像素值叠加作为最终的像素值
Sm(t)N n01s(tcrn)
•对不同传播距离的点进行声程补偿
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
• 通过示波器显示的波形调整系统的设置
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
• 在LabVIEW前面板显示采集到的信号
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益

自然科学基础-光与声资料PPT课件


2020年9月28日
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热光源:把热转变为光,如太阳、蜡烛、电灯
(与温度有关,颜色改变,如白炽灯内的灯丝、 加热的铁片)
冷光源:把其他形式的能直接转变为光,如日 光灯、水母
(发光物体的温度未升高,颜色随物质构成种 类而定,是更经济的光源)
2020年9月28日
15
2020年9月28日
16
点光源:发出光的光尖是一个极小的小点,光均 匀发散
向延长线后在入射光线的一侧形成虚焦点。
2020年9月28日
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凸透镜的焦点和焦距
2020年9月28日
凹透镜的焦点和焦距
47
透镜的折光能力:1 /f = D (焦度) (f是焦距)
透镜成像:用作图法求出
通过光心的光线,经透镜后方向不变;
跟主轴平行的光线,折射后通过焦点;
通过焦点的光线,折射后跟主轴平行
成像图:
凹透镜:成像与物体处于同侧,呈缩小正立虚像
凸透镜焦点以外的物体所成的像跟物体处于异侧,呈倒 立实像;焦点以内的物体所成的像跟物体处于同侧,呈放大 正立虚像
29
三、光 速
光在不同介质中的传播速度
2020年9月28日
3×108米/秒 稍小于真空中的速度
约空气中的3/4 约空气中的2/3
30
2020年9月28日
31
★光在空气中1s内传播的距 离相当于绕地球7.5圈, 光从月球传到地球只
需1.3s。
2020年9月28日
32
四、光强度、光通量和光亮度
光强度:表示光源发光强弱的量,用I表示,单位为 坎(cd)
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• 亮度和照度的关联与不同:
关联点是:影响光源亮度和照度高低的 物理量是共同的,即:光通量。

光声成像

使用电浆子金纳米粒子对特定分子光声成像I.介绍金纳米粒子,如金,银和铁纳米粒子被用来作为各种成像技术对比剂促进癌症的早期检测。

金纳米粒子(Au NPs)因为它们著名的生物分子协议,生物相容性,并易于调谐的光学特性,被用来作为肿瘤分子成像的纳米造影剂已经得到普及。

在光声现象中,电磁能量是以光的形式被吸收,随后发出声波。

使用超声波探测器,声波可以被检测,并且空间分辨率决定了在组织中形成一个图像吸收者。

EGFR在许多上皮癌中表达调节,使其成为肿瘤诊断的一个有用的目标。

当有针对性的金纳米粒子结合到EGFR上时,他们作为受体,往往集中在相同的空间分布。

受体介导的金纳米粒子的聚焦引起的等离子体激元耦合聚集的纳米粒子,导致等离子体共振的一种光学红移和红色区域的吸收增加。

利用光学性能中的这些变化,我们以前证明,高选择性的癌症检测可以使用分子靶向金纳米粒子结合光声和超声成像来实现。

在这项研究中,我们通过癌细胞标记抗EGFR靶向纳米金评估了光声成像的检测限。

II.材料和方法在这项研究中使用的金纳米粒子制备使用柠檬酸减少氯金(III)酸和(HAuCl4)的回流。

柠檬酸钠还原的方法得到的是直径为50纳米的球形金纳米粒子。

未标记和标记的细胞使用暗视野光学成像来分辨。

组织模仿幻影含有用抗EGFR的金纳米粒子标记的不同浓度的人类上皮癌细胞(A431细胞明胶制成)。

具体而言,细胞标记的抗表皮生长因子受体的金纳米粒子的制备在一个1×107细胞/毫升浓度中,使用前面描述的过程。

细胞悬浮液与不同量的明胶溶液(10%重量)混合,获得一系列的Au纳米颗粒的浓度。

将细胞/明胶溶液(100μL)与不同浓度的纳米粒子用移液器吸取到单独的间距器中以用于成像。

在成像实验以后,细胞/明胶样品从逆电流器中提取并溶解在1%的硝酸中用于金纳米粒子的定量测定,测定使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。

.超声和光声成像系统结合是使用一个集成的光声和超声成像系统进行超声和细胞/明胶溶液的多波长的光声成像,如图1a。

光声成像原理范文

光声成像原理范文光声成像(Photoacoustic Imaging)是一种结合光学和超声学原理的新型成像技术,它能够在物体内部获得高分辨率和高对比度的图像。

光声成像可以用于生物医学领域,特别是在癌症、心脑血管疾病等疾病的诊断和治疗中有着广阔的应用前景。

光声成像的原理基于光声效应,即吸收光能的物质会产生声音。

当一个物体被激光束照射时,部分光能被物体吸收,导致光学能量转化为声音能量。

这些声音波通过物体内部的声学传导,最终达到物体表面,被超声传感器检测到。

光声成像的基本装置由准直激光、超声发射和接收器件组成。

激光器产生准直的激光束,照射到待成像物体表面。

被激光照射的物质吸收光能,便会产生局部的热膨胀。

由于热膨胀的存在,局部的温度和压力就会改变,从而在物体内部引起声音的传播。

超声传感器可以检测到这些声音波,并将其转换为电信号。

经过信号处理和成像算法的处理,最终可以得到物体内部的图像。

光声成像具有重要的优势。

首先,光声成像能够同时获得光学和超声学的信息,既具有光学高分辨率的优点,又能获得超声波在物体内部的传播信息。

这使得光声成像能够提供高对比度和高分辨率的图像,同时能够观察到特定组织的生理和病理信息。

其次,光声成像具有很好的穿透力,可以观察到深部组织结构。

由于红外光可以在生物组织中传播,光声成像可以实现活体成像,不需要对样本进行切片处理。

此外,光声成像还可以对组织的光学吸收特性进行定量分析,能够提供关于组织成分、血管密度和血氧饱和度等信息。

光声成像已经被广泛应用于生物医学领域。

在癌症诊断方面,光声成像可以检测到肿瘤内部血管的异常分布和形态学特征,提高早期癌症的检测率。

此外,光声成像还可以用于观察血管内血栓的形成情况,评估血管狭窄的程度,为心脑血管疾病的治疗提供指导。

在医学实践中,光声成像还可以用于观察组织的缺血和灌注状态,对心肌的功能、肾脏的功能进行评估。

此外,光声成像还可以应用于光声光谱学,对组织的生物分子进行定量分析。

光声光谱的原理与应用李子忠PPT课件

LahmannW.et al.,Anal.Chem.,49, 4(2977)
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• 在某些化合物中,去激化的一种方式是经过光化学反应。图10是Cooper 蓝(2,2一二甲基一4一苯基一6一对硝基苯基一1,3-二氮双环已一3一烯) 的光声光谱。这种物质在暗处是无色的,但当暴露于短波长的光下时,就 转 为 深 蓝 色 。 图 1 0 ( a ) 为 C o o p e r 蓝 在 黑 暗 处 的 PA S 图 ( 主 要 是 吸 收 紫 外 光 , 可 见 光 吸 收 很 弱 ) ; 曝 露 于 紫 外 光 片 刻 , 立 即 进 行 第 二 次 PA S 实 验 , 结 果 所 得(b)图与(a)图迥然蓝色产生的。再将此样品曝光,继续进行光化反应,并进 行第三次PAS实验,结果得(c)图。由于Cooper蓝吸收了紫外线的光子, 分子裂环产生中间化合物,再经光化反应,进一步分解,结果得(c)图。 上例说明,PAS法不仅可显示光化反应的发生,而且可为光化过程直接建 立活化光谱图(Activation spectrum)。而迄今为止,尚未能方便地用其 他方法建立光敏物质的有关活化光谱图资料。
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图6.近红外光声光谱 (a)粉状纯高岭土(b)胱 氨酸
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• 许多试样在紫外一可见光范围没有吸收,而在近红外区却有特 征的光声光谱。地球化学样品纯高岭土H4Al2Si2O4(不规则的) 和生物化学样品氨基酸一胱氨酸在红外光谱范围内具有几乎所 有的吸收带,不论是泛音或综合带,包括氢的伸张振动。纯高 岭土的光声光谱如图6(a)所示,其中1.4和1.9um的吸收带是游 离的、非离解的水的吸收带,而2.2um的谱带表示OH的综合带。 图6(b)表示胱氨酸红外光声光谱,1.4和1.9um吸收带仍然是由 样品中杂质水引起的。1.7um的吸收带是一NH或一CH伸张振 动的特性。
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