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便携式植物叶片图像采集仪

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便携式植物叶片图像采集仪相关的资讯

  • 莱恩德新品|便携式叶绿素测量仪:随时随地测量植物叶片的叶绿素
    点击此处可了解更多产品详情:便携式叶绿素测量仪  在自然界中,植物是生命之源,通过光合作用将太阳能转化为化学能,为人类提供氧气和食物。在光合作用中,叶绿素是植物体内最重要的色素之一,它可以吸收太阳光能并转化为化学能,进而促进植物的生长和发育。因此,叶绿素含量的测量对于了解植物的生长状况和环境变化具有重要意义。    为了方便快捷地测量叶绿素含量,人们发明了便携式叶绿素测量仪。该仪器采用光谱仪测量植物叶片的光谱反射率和透射率,并利用叶绿素在光谱中的特征吸收峰来计算叶绿素含量。通过该仪器,人们可以在短时间内获取大量植物叶片的叶绿素含量数据,从而对植物的生长状况进行评估和分析。    便携式叶绿素测量仪具有多种优点。首先,它具有便携性,方便携带和操作,可以随时随地测量叶绿素含量。其次,它具有高精度和高可靠性,可以快速准确地测量叶绿素含量,并避免人为误差和环境因素的干扰。此外,该仪器还具有用户友好的操作界面和强大的数据处理能力,可以快速处理和分析测量数据,为科研和生产提供有力的支持。    在应用方面,便携式叶绿素测量仪被广泛应用于农业、林业、生态学和环境科学等领域。在农业生产中,通过测量叶绿素含量可以评估作物的生长状况和营养状况,进而指导施肥和灌溉等管理措施。在林业研究中,叶绿素测量可以帮助人们了解森林生态系统的结构和功能,为森林保护和管理提供科学依据。在生态学领域,叶绿素含量可以反映植物对环境的适应能力和竞争能力,进而研究植物生态系统和全球气候变化等课题。    总之,便携式叶绿素测量仪是一种非常有用的工具,可以帮助人们快速准确地获取植物叶片的叶绿素含量数据,从而对植物的生长状况和环境变化进行评估和分析。随着科学技术的不断发展,该仪器将会得到越来越广泛的应用和推广。莱恩德新品|便携式叶绿素测量仪:随时随地测量植物叶片的叶绿素
  • 全方位植物叶片光学监测和评估系统在黑龙江农垦科学院投入运行
    “万物生长靠太阳”。作物产量的高低归根结底取决于叶片对太阳辐射,特别是光合有效辐射的利用。全面监测和评估高等植物对光的吸收、利用、反射和传播,既能从整体上了解植物对光合有效辐射的吸收情况和光合作用的,又能具体分析叶绿体对光能的转化途径及电子传递状况,并且能够衡量作物冠层的结构变化。 由北京易科泰生态技术有限公司提供的全方位植物叶片光学监测和评估系统目前在黑龙江农垦科学院正式安装并组织了培训学习。该系统由开放式叶绿素荧光成像系统FC800-O、手持式叶绿素荧光仪FP100、全自动便携式光合仪LCPro-SD、植物冠层分析系统SunScan、AM350便携式叶面积仪组成,能够对黑龙江农垦科学院的主要研究作物水稻、玉米、大豆的形态及光合生理特性做全方位、多角度的监测和评估。 设备的安装、演示、培训和上手操作在6月末连阴雨天气下的哈尔滨进行。北京易科泰生态技术有限公司的技术工程师为参加培训的师生进行了详细的讲解和演示。理论铺垫和口头讲解仪器的使用&应用开放式叶绿素荧光成像系统FC800-O演示Rfd叶绿素荧光衰减率成像 PAR吸收率成像手持式叶绿素荧光仪FP100讲解FluorPen应用案例:番茄的臭氧处理在不同时期的OJIP快速荧光动力学曲线变化(Thwe and Kasemsap, 2014)全自动便携式光合仪LCPro-SD操作演示应用案例:调亏灌溉对柑橘叶片光合速率、气孔导度及叶绿素荧光强度的影响(Zarco-Tejada et al., 2016;LCPro-SD &FP100测定)ET:100%满足水分需求;RDI 1 :调亏灌溉,水分供给降低到37%;RDI 2:调亏灌溉,水分供给降低到50%。箭头指向水分胁迫开始施加的日期。AM350便携式叶面积仪操作演示植物冠层分析系统SunScan演示讲解Soilbox-343土壤碳通量观测系统讲解
  • 便携式光合速率测定仪了解植物的生长状况【恒美仪器】
    便携式光合速率测定仪是一种先进的仪器,用于测量植物的光合速率。光合速率是反映植物光合作用能力的重要指标,对于了解植物的生长状况、评估环境因素对植物生长的影响以及提高农业产量等方面都具有重要意义。 产品链接https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104275/C309618.htm 该仪器采用先进的光合作用测量技术,能够实时、准确地测量植物叶片的光合速率。通过与计算机连接,用户可以方便地获取测量数据,并进行数据处理和分析。此外,该仪器还具有操作简便、易于携带等特点,可以随时随地进行植物光合速率的测量,不受时间和地点的限制。 便携式光合速率测定仪的应用范围广泛。在农业生产中,它可以用于监测作物的生长状况,指导合理施肥和灌溉,提高农作物的产量和品质。在生态研究中,它可以用于评估环境因素对植物生长的影响,了解植物对环境的适应性和生态系统的平衡。此外,该仪器还可以用于植物生理学、园艺学、林学等领域的研究。 综上所述,便携式光合速率测定仪对于了解植物光合作用能力、提高农业产量和生态研究等方面都具有重要作用。通过使用该仪器,可以更好地了解植物的生长状况和环境因素对植物生长的影响,为农业生产和生态研究提供科学依据。
  • 中国科大实现对多种植物叶片代谢物空间成像
    记者14日从中国科学技术大学获悉,该校科研团队在植物叶片代谢物质谱成像取得新进展,实现对多种植物叶片中代谢物的空间成像。  这一成果由该校国家同步辐射实验室潘洋教授团队利用自行研发的质谱成像平台,实现对多种植物叶片中代谢物的“拍照”。  研究成果近日发表于国际分析化学领域著名期刊 Analytical Chemistry杂志。  在已知植物种群中,有约200,000个植物代谢物的化学结构被鉴定出来。植物代谢物的成分分析和空间成像对探讨植物代谢物的生物合成、运输、生理机制、自我调节机制及植物与生态的相互作用具有重要意义。  质谱成像是近年来涌现出的分子成像技术,具有免荧光标记、不需要复杂样品前处理等优点。然而,由于植物角质层和表皮蜡的存在,常规软电离技术很难穿透角质层作用于叶肉组织,从而无法对植物叶片中的代谢物进行直接成像。  课题组通过印迹方法,将叶片中的植物代谢物转移至多孔聚四氟乙烯材料上,并对印迹后的材料进行成像,可实现对叶片植物代谢物的间接成像。由于使用DESI/PI技术,相比于传统DESI方法,正离子模式下可新检出多达百种萜类、黄酮类、氨基酸和苷类等次生代谢产物 负离子模式下整体代谢物信号强度可增强一个数量级。  课题组进一步利用该技术对茶叶进行研究,发现咖啡因在叶中脉富集、茶氨酸在叶柄富集并延伸至中脉和叶尾,为咖啡因主要在茶叶中脉合成和茶氨酸在茶叶根部合成并转运至叶片的生物合成位点及转运路径提供了强有力的证据。  实验还检测到茶叶中儿茶素生物合成网络中重要的黄酮类代谢物并以质谱成像的形式展示出空间分布,表明印迹DESI/PI成像技术在探索植物代谢转化位点和途径方面有巨大的潜力。
  • 恒美-植物光合作用测定仪检测植物的活体叶片光合作用-新品
    点击了解更多产品详情→植物光合作用测定仪 植物光合作用测定仪是一种用于测量植物光合作用效率和光合速率的设备。它可以帮助我们了解植物的光合作用情况,评估植物的健康状况和生长状态。 植物通过光合作用将光能转化为化学能,产生氧气和养分。光合作用测定仪通过测量植物叶片的光合速率和光能利用效率,可以评估植物的光合作用强度和效果。 使用植物光合作用测定仪非常简单。首先,将测定仪的探头或传感器放置在植物叶片表面。然后,仪器会通过测量叶片表面的光反射和吸收情况,计算出植物的光合速率和光能利用效率,通过测量植物的光合速率和光能利用效率,可以评估植物的健康状况。如果植物的光合作用效率较高,说明植物能够有效利用光能进行光合作用,代表植物健康良好。相反,如果植物的光合速率较低或光能利用效率较低,可能意味着植物存在养分缺乏、叶片受伤或其他生理问题。 植物光合作用测定仪可以监测植物的生长状态。通过定期测量植物的光合速率和光能利用效率,可以了解植物的生长过程中光合 作用的变化和适应能力。根据测量结果,可以调整光照、水分和养分等环境因素,以促进植物的健康生长。 优植物光合作用测定仪可以帮助研究人员和植物园艺师优化光合作用条件。通过测量不同光照、温度和其他环境因素对植物光合速率和光能利用效率的影响,可以确定最佳的光合作用条件,提高植物的生长效率和产量。 植物光合作用测定仪对于植物检测具有重要的作用。它可以帮助我们了解植物的光合作用情况,评估植物的健康状况和生长状态,优化光合作用条件,为植物的种植和研究提供科学依据。
  • 重磅!我国科学家实现植物叶片代谢物质谱成像新方法!
    近日,中国科学技术大学国家同步辐射实验室的研究团利用之前自行研发的解吸电喷雾电离/二次光电离(DESI/PI)质谱成像平台结合多孔聚四氟乙烯印迹技术,实现对多种植物叶片中代谢物的空间成像。研究成果发表于国际分析化学领域著名期刊Analytical Chemistry。代谢活动是生命体的本质特征和物质基础。随着生物分析技术的发展,代谢组学逐渐成为生物学研究的重要领域,并在植物研究中受到广泛关注。目前已知的植物有30万-35万种,其产生的代谢产物预计有20万-100万种,其中鉴定出化学结构的植物代谢物约有20万个。植物代谢物的成分分析和空间成像对于研究植物代谢物的生物合成、运输、生理机制、自我调节机制及植物与生态的相互作用具有重要意义。质谱成像技术(MSI)是基于质谱发展起来的一种分子成像新技术。通过直接扫描生物样本,可以同时获得多种分子的空间分布特征,具有免荧光标记、不需要复杂样品前处理等优点。但常规的MALDI和DESI等软电离技术难以穿透植物叶片表层的角质层和表皮蜡作用于叶肉组织,因此无法对叶片中的代谢物进行直接成像。为解决这一问题,研究团队通过印迹方法,将叶片中的植物代谢物转移至多孔聚四氟乙烯材料上,并对印迹后的材料进行成像,以这种间接成像方式实现了叶片植物代谢物的质谱成像。研究团队在成像种使用的技术是2019年团队自行研发的解吸电喷雾电离/二次光电离(DESI/PI)质谱成像技术。该技术的关键是在DESI喷雾装置后引入一套光电离系统和高效离子传输管道,可通过开、关光电离源,实现对多种极性和非极性组分的高灵敏度空间成像。相比于传统DESI方法,正离子模式下可新检出多达百种萜类、黄酮类、氨基酸和苷类等次生代谢产物;负离子模式下整体代谢物信号强度可增强一个数量级。研究团队以茶叶为实验对象对该印迹DESI/PI成像技术进行了验证,在咖啡因、茶氨酸和儿茶素等茶叶代谢物研究中取得了重要成果,表明印迹DESI/PI成像技术在探索植物代谢转化位点和途径方面有巨大的潜力。作为一门新兴的学科,植物代谢组学还处于发展的初级阶段,印迹DESI/PI成像技术为植物代谢组学研究提供了一种新的方法,推动了植物代谢组学的发展。
  • 美国Spectral Evolution公司发布SR-6500 型超高分辨率便携式地物光谱仪
    SR-6500超高分辨率便携式地物光谱仪是美国Spectral Evolution公司的最新旗舰产品,分辨率高达1.5nm@700nm、3.0nm@1500nm、3.5nm@2100nm;适用于遥感测量、农作物监测、森林研究到工业照明测量、海洋学研究和矿物勘察等各方面应用。软件操作简单方便、功能强大。此仪器可用做测量辐亮度、CIE颜色、光谱反射率和光谱透过率。SR-6500主要特点 —— 便捷、稳定、超高光谱分辨率 ※ 快速进行紫外、可见光、近红外(350-2500nm)全谱段波谱稳定测量※ 全线阵制冷型探测器单元,全息光栅,无运动光学部件,增加测量可靠性※ 集成蓝牙无线通讯遥控测量,可替换的高性能轻便锂离子充电电池※ 可自行更换的前置光学镜头和光纤,使应用更为简便和广泛※ 内置光闸和漂移锁定自动校准功能,获取高质量的光谱数据※ 一键式测量,实现自动积分、自动曝光和自动波谱数据采集及存储※ 基于Windows平台和个人掌上型电脑(PDA)的数据采集软件更增加了可移动性和灵活性※ 超便携PDA单手操作,触摸屏一键测量,内置GPS自动获取坐标数据、存储容量10万组SR-6500主要应用领域: n 遥感测量n 土壤和地质n 矿物勘探n 农作物监测n 植物学研究n 森林和生态环境n 海洋和内陆水体n 环境遥感n 太阳能光伏产业n 食品药品及电子工业 SR-6500户外测量——PDA单手触摸屏一键式测量PDA带有触摸屏,可设置测量参数后直接测量数据。内置GPS、可语音标注、拍照,存储容量10万组;单手操作,一键完成自动积分、自动曝光、自动暗电流、自动存储。右图为杜鹃花 (绿色线) 和糖枫 (红色线) 叶片反射率。技术指标: 参 数SR-6500超高分辨率便携式地物光谱仪光谱范围350-2500nm探测器类型350-1000nm: 1024 单元Si阵列制冷型探测器1000-1630nm: 512 单元InGaAs阵列制冷型探测器 1630-2500nm: 512 单元增强型InGaAs阵列制冷型探测器光谱分辨率1.5nm@700nm、3.0nm@1500nm、3.5nm@2100nm等效辐射噪声2.5x10-9 W/cm2/nm/sr @400nm3.0x10-9 W/cm2/nm/sr @1500nm6.8x10-9 W/cm2/nm/sr @2100nm通讯方式有线:USB 数据线 无线:蓝牙传输模块,遥控操作操作模式一键完成自动快门、自动曝光和自动暗电流测量机器尺寸45.72x38.1x15.24 cm 工作温度0-40°C可选附件多种光纤和镜头、光纤手柄、蓝宝石镜面接触式探头、叶片夹、光源等GPS模块PDA内置GPS,自动获取GPS地理坐标,存储容量100000组光谱工作模式笔记本电脑、平板电脑、智能PDA镜头及探头多种视场角镜头可选;手枪式探头,带蓝宝石镜面及内置光源测量及分析软件可通过PDA对仪器进行无线遥控和测量;软件内置USGS光谱数据库,可用于矿物光谱的匹配;可输出NDVI、GRVI、SR等十余种植被指数,可与AVHRR、MODIS、SPOT等多种卫星数据比对,还具备太阳能模拟器、CIE颜色分析、能量统计等功能;可选矿物鉴定软件EZ-ID及矿物光谱数据库原产地:美国
  • ASD | 基于叶片光谱的玉米冠层叶绿素和叶片叶绿素的时空变化分析
    冠层叶绿素含量(CCC)可以反映一个种群的总光合生产力,是判断植物个体生长和营养状况的重要依据。通过遥感准确监测冠层和叶片尺度的叶绿素含量是确定作物生长状态和预测产量的关键。玉米是一种高秆作物,叶面积大,冠层深。它具有不均匀的叶片叶绿素含量(LCC)垂直分布,这限制了遥感的叶绿素含量评估。因此,了解LCC和叶片反射光谱的垂直异质性对提高CCC监测的准确性至关重要。 基于此,在本研究中,来自中国农业科学院作物科学研究所和宁夏大学农学院的研究团队以玉米为研究对象,于2019年和2020年在位于中国东部河南省黄淮海玉米生态区的中国农业科学院新乡实验站通过5个氮处理梯度(0、100、200、300和400 kg/hm2(记为N0–N400))建立各种冠层结构,采集不同生长季节作物冠层叶片,并测量了其LCC和叶片光谱反射率(ASD FieldSpec 4光谱仪+植物探头+叶片夹,光谱范围为350-2500 nm)。主要目标为:(1)理解施氮量对玉米冠层叶绿素垂直分布的影响以及生长季节叶绿素分布的动态变化;(2)在不同时空条件下探索冠层叶片光谱反射率特征差异以及验证基于叶片光谱反射率的VI模型是否可以准确反演LCC;(3)确定敏感叶位(可用于表征LCC和CCC之间的关系)以及评估基于叶片光谱的VI模型的鲁棒性和准确性,以评估冠层叶绿素状态。2020年9月2日研究区俯视图 (a)。高光谱反射率测量系统(b)。台式叶绿素分光光度计 (c) 。2020年8月8日五次氮处理(N)下的冠层状况(d)。【结果】2020年生长季节玉米冠层LCC的垂直剖面。(a、c、e)不同位置叶片的光谱反射曲线。(b、d、f)不同叶片位置波段与LCC的相关系数曲线。6种LCC-VI模型的rRMSE(%):(a)mRER、(b)VOG2、(c)CIred-edge、(d)NDRE、(e)MTCI 和(f) DD。rRMSE用于评估模型反演精度。rRMSE的值较低对应于预测值和观察值更接近。中期模型(a)、后期模型(b)和生殖模型(c)CCC预测值和2019年实测值对比。【结论】 5个施氮水平用于构建不同的玉米冠层结构,揭示玉米冠层叶片叶绿素含量(LCC)的垂直异质性以及叶片光谱反射率特征。基于冠层LCC的垂直分布,建立多元逐步回归(MSR)模型以准确监测冠层叶绿素含量(CCC);LCC表现出不对称的垂直分布,呈现出底层较低,中层上升,上层下降的趋势。氮处理显著改变了LCC,且不同处理之间LCC的垂直剖面分布基本一致。分析了不同时空条件下叶片光谱反射率特征。绿色波段(531-567 nm)和红边波段(712-731 nm)是监测LCC的敏感波段。6个经典的VIs用于构建VI-叶绿素模型,其中修正的红边比值植被指数(mRER,R2=0.87)构建的模型最优。VI模型可以准确预测生长中期的LCC(rRMSE=10.9%),但是,上、下叶层VI和LCC的相关性在营养生长早期和成熟阶段发生变化(rRMSE=36%-87%)。通过结合反演精度和多元逐步回归,结果发现在CCC估算中,营养阶段叶位L6以及生殖阶段L11+L14(L12是穗叶)最敏感。这样,基于叶片光谱反射率构建了VI-LCC-CCC模型以估算冠层叶绿素状态。利用2019年和2020年田间试验数据评估了模型性能,结果表明该模型具有良好的鲁棒性和准确性(rRMSE=8.97%)。请点击下方链接,阅读原文:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650312959&idx=1&sn=579c2cd2862e8037f3fe0a32dda8e2ee&chksm=bee1bc00899635161ff79ab90bcff29bc9a96537973b3be2cb439a88caa8d8e36c29108f32eb&token=1852366781&lang=zh_CN#rd
  • 浙江大学研制出水稻叶片氮素测定仪
    今后,广大农户可以直接在农作物施肥的过程中,准确、快速、实时地检测作物氮素状况和长势动态,及时地获取作物对肥料的需求,因需施肥,从而节约肥料成本,实现用肥精细化。  最近,由浙江大学生物系统工程与食品科学院聂鹏程博士、何勇教授率领的团队,成功地开发出基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪。该仪器可以直接地测量出水稻叶片的氮含量,检测精度高,在农业精细化施肥的过程中,不仅有助于节约肥料成本,也可以降低因使用过量化肥而导致的土壤环境恶化和水资源污染,具有极高的应用价值。  氮素是水稻必需的营养元素之一,但施氮过多,容易造成地下水污染,如何在保证作物高产优质的同时,又防止作物生产带来的环境污染,是各国政府、农学家和生产者所面临的共同难题。解决这一难题的关键是攻克对作物氮素含量的实时在线检测技术,实时获取作物生长过程中氮素含量,以实现按需精确施肥。国外虽然有成熟的技术,也推出了一些成果,但是国外仪器成本高,推广难,不适合田间或不能直接快速地测量出植物氮素含量。  浙江大学水稻叶片氮素测定仪的研制成功,在很大程度上解决了这一难题。目前该仪器已成功进入市场,成为了一款可测量植物叶绿素含量、氮素含量的植物养分速测仪。
  • 基于表面增强拉曼光谱的便携式双层过滤装置对多种水源性病原体同时测定
    文献分享-基于表面增强拉曼光谱的便携式双层过滤装置对多种水源性病原体同时测定一、研究背景近些年来,由感染食源性致病菌所引发的重大安全事件时有发生,不断报道的食品中致病菌的残留问题使得人们对食品中致病菌的检测越发关注,各类致病菌的检测方法也层出不穷。该研究设计了一款带有SERS-Tag作为拉曼信号报告装置的便携式双层过滤设备可以快速识别、分离、浓缩和鉴定湖水中大肠杆菌0157:H7、金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌等多种水生病原体。每个SERS-Tag(与抗体结合的AuTag @ Ag)均由Au @ Ag纳米颗粒作为拉曼增强底物,吸附的拉曼报告染料(CVa, R6G和MB)产生特征性SERS信号以及特异性的抗体针对目标细菌。该过滤装置对注射器进行了一定的改造,使得其具有上孔过滤膜(孔径为30μm)(拦截膜)和下层过滤膜(孔径为200 nm(浓缩膜)。使用时推动受污染的湖水样品流通过双层过滤设备。在此过程中,沙粒,浮游生物和植物叶片等大物体被截留膜截留,而三种目标病原体可以被浓缩膜捕获并浓缩。从便携式设备上卸下浓缩膜后,通过上海如海光电便携式拉曼光谱仪可以同时对多个目标病原体进行测试。实验方法本文采用上海如海光电生产的SEED3000便携式拉曼光谱仪进行数据采集,通过上海如海光电提供的预处理算法进行光谱预处理。研究内容3.1 研究拉曼光谱和拉曼增强效应要检测多个目标,必须选择一组没有光谱间干扰的拉曼报告分子。由图4.2可知,AuCVa@Ag、AuR6G@Ag、AuMB@Ag信号强度分别比CVa、R6G、MB强的多,表明SERS-Tag具有强大的拉曼增强效果。3.2 浓缩膜的SEM表征为了验证浓缩膜的富集能力,在图4.4中通过SEM对湖水处理前后的浓缩膜进行了表征。在图4.4D中可以看到,许多小型SERS-TagCVa通过抗原抗体识别紧密紧密地分布在大肠杆菌0157:H7的表面上。该表征是有力证据证明该过滤装置可用于分离和浓缩目标病原体。3.3对单种细菌的测定性能调查经过以上研究和表征,我们首先用三种目标病原菌中的一种来测试过滤装置的细菌检测能力。测试结果表明,随着湖水中细菌浓度的增大,被吸附在浓缩上的细菌也越来越多,呈现明显的线性关系,结果如图4.6所示。随着大肠杆菌0157:H7浓度增加,在特征拉曼峰586cm-1、1501cm-1和1614cm-1处,定量检测1×101至1×106cfu的大肠杆菌0157:H7、金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌呈现较好线性关系,R2分别为0.9929、0.9942、0.9854,表明可以将被污染湖水与空白样品区分开来的最低浓度为1×101 cfu/mL,这足以检测实际生活时水中的水生细菌。3.4 对三种细菌的测定性能调查使用三种细菌共同污染了湖水样品,对污染后样品测试结果如图4.8所示,我们发现仍然可以检测到对应于三种目标细菌的特征性SERS峰。通过跟踪586cm-1、 1501cm-1和1613cm-1处的峰值强度,拉曼响应与已知的三种细菌的浓度成正比,表4.4中推导的细菌浓度与已知浓度的加标浓度进行比较得出的回收率也在可接受的范围内。同时也使用经典的基于MNPs的方法进行对比验证,电泳结果也验证了大肠杆菌0157:H7 (101 bp),金黄色葡萄球菌(132 by)和单增李斯特氏菌(261 by)的PCR扩增,证明拉曼信号确实是由结合的纳米颗粒产生的在三种细菌的表面上。表明该设备可以耐受湖水环境,并同时进行多种水生病原体检测的SERS解码测定。文献来源SEED3000便携式拉曼光谱仪SEED3000广泛应用于食品安全、国防安全、珠宝鉴定、医药等需对原材料快速筛选、现场快速检测及物质分析鉴定等行业。结构简单,快速检测,可满足实验室、野外以及工业现场等多种实验场景。预留USB和串口通信, 方便多功能系统集成。SEED3000便携式拉曼光谱仪是一款高性价比的785nm小型拉曼光谱仪;结构简单,快速检测,可满足实验室、野外以及工业现场等多种实验场景。预留USB和串口通信, 方便多功能系统集成。便携式拉曼光谱仪广泛应用于食品安全、国防安全、珠宝鉴定、医药等需对原材料快速筛选、现场快速检测及物质分析鉴定等行业。产品特点◆ 高度集成,应用灵活,轻巧便捷,方便携带;◆ 可适配光谱范围在200cm-1~3000cm-1 ◆ 高稳定性,光谱响应稳定性2% @2hrs ◆ 高分辨率,分辨率最佳可达4 cm-1。
  • LI-2100 | 叶片水氢氧同位素的控制因素
    太白山,是秦岭山脉最高峰,也是青藏高原以东第一高峰,如鹤立鸡群之势冠列秦岭群峰之首,以高、寒、险、奇、富饶、神秘的特点闻名于世、称雄华中。李白的“西上太白峰,夕阳穷登攀”,“西当太白有鸟道,可以横绝峨眉巅”,形象地将太白山的雄峻高耸烘托而出。如今,更是有不少中外游客慕名前来,一览拔仙绝顶和云海奇观,领略太白峰的险峻神秘。2020年,来自中国科学院地球环境研究所的研究团队分别于5月、7月和9月登上太白山,在奇观景象之中收集土壤和植物,开启了叶片水氢氧同位素的相关研究。叶片水氢氧同位素的控制因素氢氧稳定同位素(δ2H和δ18O)常被用作示踪剂来跟踪水从降水输入运移到土壤,最终通过土壤蒸发和叶片蒸腾释放的过程。叶片水蒸腾对于调节各种尺度的水平衡至关重要。陆地植物叶片水通过气孔蒸发分馏导致重同位素富集,这在很大程度上取决于等大气条件(温度和相对湿度等)以及生物生理过程。叶片水同位素信号整合到植物有机物中,例如纤维素和叶蜡,成为研究古气候重建的新方法。然而,尽管叶片水同位素在生态水文学和有机生物合成中很重要,但人们对叶片水同位素的控制因素以及源水和水文气候在确定叶片水同位素中的作用仍然缺乏了解且叶片内同位素分馏所涉及过程的复杂性使得准确预测和测量变得困难。基于此,在本研究中,来自中国科学院地球环境研究所的研究团队于2020年5、7和9月在太白山(33.96°N,107.77° E)收集了土壤和植物(枝条和叶片)样品,同时获取了温度、相对湿度和降水量等相关气象参数。利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统(北京理加联合科技有限公司)提取土壤和植物中的水分。利用Picarro L2130-i水同位素分析仪确定土壤水稳定同位素组成。并测定其他水体的稳定同位素组成。通过对土壤水、枝条水和叶片水的δ18O和δ2H测量值与叶片水的δ18O和δ2H C-G模型预测值进行综合分析,确定δ18OLeaf和δ2HLeaf值的控制因素,以增进我们对与叶片水相关的植物有机生物标志物中提取的δ18O和δ2H中所保存的环境信号的理解。【结果】叶片水δ18O和δ2H值与潜在源水δ18O和δ2H值(枝条水、土壤水和降水δ18O和δ2H)以及气象参数(例如、MAP、MMP、MAT、MMT、MARH、MMRH)相关性(r)热图。叶片水同位素测量值与C-G模型预测值比较。叶片水δ18O和δ2H值的结构方程模型(SEM)。【结论】沿黄土高原高程样带,对降水、土壤水、枝条水和叶片水进行重复采样,探索δ18OLeaf和δ2HLeaf值与气象参数和源水的控制关系。气象参数和源水对δ18OLeaf和δ2HLeaf值的影响不同,δ18OLeaf和δ2HLeaf双图生成同位素线。作者发现δ2HLeaf值与源水同位素的相关性比δ18OLeaf更密切,而高程样带沿线δ18OLeaf和δ2HLeaf值与气象参数具有相似的相关性。观测结果表明,源自δ18OLeaf和δ2HLeaf值的植物有机同位素(例如叶蜡和纤维素)可以提供中国黄土高原相对的气候信息。此外,双同位素分析表明δ18OLeaf和δ2HLeaf值由于相似的海拔和季节响应而密切相关。源水(即降水)主导δ18OLeaf和δ2HLeaf值,气象参数对δ18OLeaf和δ2HLeaf值的影响相当,且随黄土高原样带海拔和季节的变化而变化。未来,作者将研究交叉角与水文气候和生化因素的关系。
  • ASD | 应用PROSPECT模型提取叶片生化性状的适用性研究
    PROSDM:PROSPECT模型与光谱导数和相似性度量相结合从双向反射率中提取叶片生化性状的适用性叶片生化性状为理解植物光合功能、动态生长、养分循环和初级生产提供了有价值的信息。叶片叶绿素含量(Cab)、类胡萝卜素含量(Cxc)、含水量(Cw)和干物质含量(Cm)是四个重要的叶片生化性状,与植物光合作用、氮素、胁迫和衰老等健康和生长状态密切相关。能够对这些叶片生化性状进行高通量测量的方法对于表征植物生理状态和关键功能过程至关重要。PROSPECT模型是目前更常用的叶片辐射传输模型之一,可从叶片定向半球反射因子(DHRF)光谱来提取叶片生化性状,然而,在应用于叶片双向反射因子(BRF)光谱提取叶片生化性状方面尚待探索。叶片表面反射率和各向异性性状的存在可能是限制PROSPECT从叶片BRF光谱评估叶片生化性状的主要问题。基于此,在本研究中,研究者们提出了一个方法,整合了PROSPECT模型、光谱导数和相似性度量(SDM),称为PROSDM,去除了叶片BRF和DHRF光谱的差异,并从叶片BRF光谱提取了叶片生化性状。具体目标是:(1)通过PROSPECT反演调查叶片BRF和DHRF光谱差异随波长的变化以及对Cab、Cxc、Cw和Cm提取的影响,(2)开发PROSDM消除BRF和DHRF光谱差异,从叶片BRF光谱与PROSPECT和PROCOSINE以及PROCWT的比较来提取Cab、Cxc、Cw和Cm以及(3)评估PROSPECT、光谱子域、光谱噪音和模型参数范围对PROSDM性能的影响。为了获得各种叶片生化性状和反射率,作者收集了具有不同生长阶段、营养状况和种植区域的植物物种的10个数据集,包括1个测量数据集和9个公开获取数据集。从油菜(Brassica napus L.)、水稻(Oryza sativa L.)和柑橘(Citrus aurantium L.)随机采集2279个植物叶片,利用ASD FieldSpec 4测量叶片反射率,获得数据集#1。从EcoSIS光谱库中获得具有各种叶片光谱和生化性状的9个公开的数据集。其中,7个数据集的BRF光谱由ASD地物光谱仪(Analytical Spectral Devices, Inc., Boulder, CO, USA)搭配ASD叶片夹测量。 表1 数据集描述。Dataset#1是本研究中测得的,Dataset#2-#10是在线https://ecosis.org获取的。BRF和DHRF光谱的光谱区域是400-2500 nm。【结果】 平均BRF和DHRF光谱差异(a)以及这些差异对平均BRF光谱的贡献(b)。油菜(红线)在Dataset#1中获得,其他植物物种在Dataset#5中获得。 通过考虑非波长依赖性f(a,d)和波长依赖性f(b,c,e,f)两种情况,利用一阶(a-c)和二阶(d-f)导数的叶片BRF(绿线)和DHRF(橙线)光谱之间的差异。 利用PROSPECT反演(a–d),PROCOSINE反演(e–h),PROCWT-S4( i–l)和基于全光谱域PROSPECT-PRO 的PROSDM(m–p)的所有数据集(Dataset#1-#10)中Cab (a,e,i,m) ,Cxc (b,f,j,n), Cw (c,g,k,o) 和Cm (d,h,l,p)测量值和估算值比较。 【结论】 本研究中,作者提出了PROSDM这种新方法用来从叶片BRF光谱来提取叶片生化性状。结果发现光谱导数可以消除BRF和DHRF光谱的非波长依赖性差异。当BRF和DHRF光谱的差异随波长变化时,光谱导数仅能去除部分差异,而曼哈顿距离(MD)补偿了光谱导数的限制,进一步减少了差异。结果,PROSDM从叶片BRF光谱准确提取了不同植物物种的Cab、Cxc、Cw和Cm。与标准的PROSPECT反演需要利用带有积分球的光谱仪测量叶片DHRF光谱不同,PROSDM扩展了PROSPECT到叶片BRF光谱的应用,以提取叶片生化性状。它可利用不同手持式光谱仪和叶片夹原位提取叶片生化性状。 在全光谱域,PROSDM-SED实现了Cab和Cxc的更优提取,RMSE分别为7.64 μg/cm2 and 2.77 μg/cm2,PROSDM-FMD产生了Cw(RMSE = 0.0041 g/cm2)和Cm(RMSE = 0.0024 g/cm2)的更好估计。与PROSPECT相比,PROSDM提取的Cab、Cxc、Cw和Cm RMSE分别降低了20.33%,29.34%,25.45%和44.19%。结果表明,PROSPECT和PROCOSINE以及PROCWT的Cab、Cxc、Cw和Cm提取精度受到光谱饱和度、PROSPECT反演、光谱子域以及模型参数范围的影响很大。适当的光谱子域和模型参数范围可以改善不同反演方法的提取结果。这需要从实地测量和报告的研究中了解叶片生化和结构性状的先验信息。与这些反演方法相比,所提出的PROSDM在减轻Cab、Cxc、Cw和Cm提取的负面影响上具有很大潜力。对于不同的PROSPECT版本,建议利用PROSPECT-PRO从叶片BRF光谱提取叶片生化性状。 未来研究需要基于叶片BRDF模型测量叶片BRF光谱的光谱和方向变化,将BRDF模型与所提出的PROSDM耦合可以改善对BRF和DHRF光谱变化的表征。此外,由于植物物种BRF和DHRF光谱的差异变化,在不同的数据集中PROSDM不能获得一致性提取结果。预计更多的工作将集中在理解不同视角和照明角度下植物叶片光学特性的变化。期望PROSDM可以应用在不同的尺度上,提高其在遥感、生态和环境研究中的适用性。点击如下链接,下载原文:PROSDM:PROSPECT模型与光谱导数和相似性度量相结合从双向反射率中提取叶片生化性状的适用性
  • 航空叶片三坐标自动测量研究现状和发展趋势
    p  航空发动机叶片几何形状复杂、尺寸跨度大、加工精度要求高等特点决定其成为了航空发动机中加工制造的难点,同时也对航空发动机叶片加工质量检测精度和检测效率提出了更高要求。航空发动机叶片检测技术已逐步从定性检测到定量检测,从接触式检测到非接触式检测,从传统手工检测到自动数字化检测,从二维比对检测到多自由度组合检测,从单一规格大批量检测到多规格小批量检测。航空发动机叶片质量检测方法众多,如标准样板法、自动绘图测量法、光学投影测量、电感测量法、坐标测量法、激光测量法、机器视觉测量法等,其中,三坐标检测凭借通用性强、重复性好、稳定性强、检测精度高等优势在航空叶片制造企业中被广泛应用,但此种方法要求测量时处于恒温环境下且采样效率较低。本文将介绍和评析航空叶片三坐标自动测量研究现状和发展趋势,并基于三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,CMM)提出一种改进型航空叶片自动测量与控制系统。/pp style="text-align: left "strong  1 叶片三坐标自动测量研究现状/strong/pp  (1)基于CAD数模的自动测量/pp  基于CAD数模的三坐标测量是产品设计、加工、测量一体化进程中的重大突破。CMM的测量能力和可操作性在很大程度上取决于测量软件的功能,测量软件决定了CMM可采用的测量方式以及应用范围。目前很多叶片测量软件都具备基于CAD模型脱机编程功能,比如海克斯康PC-DMIS、蔡司Calypso等,并能读入多种文件格式,如IGES、DXF、STL及VDA等格式,也可以兼容UG、Pro/E或CATIA等CAD格式文件。/pp  CMM可实现基于CAD数模的叶片自动测量,待测点的分布和采集、测量路径优化及测量程序生成是自动测量中的关键问题。杨雪荣等结合ARCO CAD测量软件,实现了对基于CAD数模零件进行自动测量 周保珍等基于UG CAD提出了沿待测点矢量方向测量的方法,并给出了自动生成DMIS测量程序的方法步骤 刘勇等在前人的成果上基于UG CAD数模给出了叶片自动测量路径规划系统的操作流程 S.G.Zhang等基于CAD数模特征,在CMM平台上设计了一套检测过程规划原型系统,能极大减少判断探针方向的时间 Hui-Chin Chang等基于汽轮机叶片CAD数据库,系统通过简单三角函数计算在短时间内能自动生成无碰撞检测路径,并输出DMIS格式文件。/pp  在对三坐标测量系统进行研究总结后,测量程序生成方法主要有以下几种:/pp  ①脱机编程。此方法根据待测件的几何特征和公差要求,用DMIS语言手动编写测量程序,以指导CMM自动测量。但此方法对操作人员专业水平要求较高,编程所需时间长。/pp  ②自学习编程。此方法适合没有CAD数模和设计图纸的情形下,操作较为简单便捷,适合产品大批量测量。在手动测量一次后,三坐标测量软件系统会自动记录测头运动和操作并保存为测量程序,对相同批次的产品可实现自动重复测量。但此时测量软件需要与CMM联机才能完成程序的编制,CMM其他任务将会被占用。/pp  ③自动编程。此方法将CAD数模导入到CMM测量软件中,将工件坐标系(即测量坐标系)与理论坐标系进行对齐后,检测员基于CAD模型进行测量路径规划,测量软件系统按照GD& T设计要求,自动生成DMIS程序,动态虚拟模拟路径无误后自动保存。也可利用三维软件二次开发功能、C#编程语言或VB编程语言等工具,根据三维软件生成的测量前置文件(包含测量点信息和测头信息)开发格式转换程序,直接生成DMIS格式文件,大幅提高测量效率。/pp  在无图纸的情况下实现叶片的批量测量,可基于光学扫描仪完成叶片初始点云数据的采集,然后利用Geomagic Design Direct设计软件进行逆向建模,获取初始CAD模型,并导入PC-DMIS测量软件中,以引导CMM进行测量路径自动规划。基于CAD数模的交互自动编程较手工编程而言,效率更快、更清晰直观、方便验证,而且也便于对测量点进行采集和编辑。目前,基于CAD数模自动测量已被国内外先进的CMM测量软件普遍采用。/pp  (2)自动定位夹具/pp  目前,由于航空叶片形状复杂且规格繁多,检测时并没有与之兼容的通用定位夹具。国内很多航空叶片制造企业基于三坐标检测普遍都采用简单支撑固定的方式,以降低制造成本,而且每次只能对单个叶片进行测量,每次都需要对待测叶片进行装夹和粗定位,导致叶片检测效率极低。/pp  针对以上难点,不断开展叶片专用夹具研究,叶建友等提出了柔性相变材料夹具为叶片自动化测量提供保障。定位件和夹紧体位置灵活可调,一套柔性相变材料夹具能装夹一定尺寸范围内任意形状的零件。但该夹具存在准备周期长、刚性不足、手工操作繁琐等问题,同时,仍只能对单一叶片实现定位夹紧,在提升检测效率方面效果并不显著。容器里相变材料反复进行固液态两相变换,膨胀和收缩不可避免,势必影响到夹具的装夹精密度和稳定性。/pp  陈林等设计了一套叶片测量气动专用夹具,利用榫根底面、侧面及内径相面进行6点定位并对底平面实现磁力夹紧,有利于实现叶片测量自动化。该套夹具具有刚性强、定位精准、操作简单等特点,但对于具有轴颈型榫根或枞树型榫根的叶片无法实现固定支撑,且仍只能对单一叶片进行测量。/pp  通过研析现有文献和对叶片企业的实地调研,针对航空叶片夹具设计提出参考规则:①夹具在对工件进行装夹时,能保证工件位置的正确性 ②基于某一特征,夹具可对同一规格叶片进行多片装夹定位 ③夹紧操作不能损伤叶片 定位要可靠 夹具系统稳定性强,操作简便快速 ④使用三坐标测量机进行测量时,夹具必须保证探针对于待测叶片的空间可达性且不发生碰撞 ⑤夹具应避免使用吸铁等带有磁性的材料,避免工件或探针收到磁性作用而影响测量结果。/pp  (3)自动测量系统/pp  当前,国内很多叶片加工企业在检测环节没有实现模块化和系统化,特别是在信息共享和自动控制方面能力不足。具体表现在:①测量数据过度离散化,可追溯性较差 ②测量过程人机交互多,自动化程度低 ③工序质量控制能力弱,产品报废率高。/pp  在工业4.0智能制造的大背景下,海克斯康集团推出了自动化、智能化的测量系统。整个自动化测量系统分为几个物理单元:三坐标测量机、自动控制系统及管理软件、料架系统、零件识别系统、机器人系统、机器人外围系统及安全防护系统。通过信息系统把各单元串联起来,形成有效的集成单元,对测量信息高效管理,并对工序过程进行有效的数据反馈,明显提升生产效率。/pp  智能化作为自动化的高级应用,智能测量系统在工业4.0中扮演重要角色,雷尼绍公司推出搭载第二代REVO多传感器五轴测量系统的大型龙门式三坐标测量机有如下特点:①分辨率提高近20倍 ②可加载不同的测量模块 ③不仅可以测量大工件大尺寸,也可以测量大工件小尺寸 ④采用螺旋扫描,采集点的效率高。/pp  (4)叶片三坐标自动测量发展趋势/pp  三坐标测量技术的不断发展促进了测量行业的进步和变革,也对三坐标测量技术提出了更高要求。在航天航空领域,面向智能制造的高精度动态实时测量技术和飞机大尺寸数字化测量关键技术不断被讨论和研究,其中航空叶片三坐标测量技术的研究方向主要是:①自动化、智能化 ②实时监控、可视化 ③高速、高精度、高稳定性。/ppstrong  2 叶片自动测量夹具设计/strong/pp  (1)叶片检测现状/pp  以叶片的叶型测量过程为例,无锡某航空叶片企业的检测过程需要的人机交互操作较多,如待检叶片信息的输入,待检叶片的装夹及粗定位、抽调对应的测量程序、PDF文件名及保存路径的输入等,该企业现有检测流程如图1所示。/pp style="text-align: center "  img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/212bc28d-9c34-4158-a4cf-746818aaacd4.jpg" title="1.jpg" style="width: 420px height: 298px " width="420" vspace="0" hspace="0" height="298" border="0"//pp style="text-align: center "  图1 现有叶型检测流程/pp  在检测过程中,若没有及时的人机交互,CMM就会停机等待操作指令。由于该检测流程仅面向单个叶片,检测效率极其低下,根本无法满足正常的叶片检测需求。/pp  针对上述实际问题有以下解决方案:①增加三坐标测量机以及检测人员数量 ②增强企业叶片数控加工系统的可靠性 ③引进全过程自动化在线控制检测系统 ④优化叶片现有三坐标测量机夹具。/pp  方案①中通过增加检测设备和人力投入显然不符合企业低成本的要求,在设备维护和人员管理上也会耗费巨大 方案②虽然可以改善叶片加工稳定性和精度,减少了叶片检测的任务量,但对于中小型企业来说,短期内很难突破关键技术瓶颈,对企业资金能力、技术能力、检测环境等都提出了更高要求,实施难度大 方案③为目前先进的自动化检测技术,可以实现100%检测并实现零废品率,一定程度上可以降低生产成本,但中小型企业生产规模小,一次性投入太大 方案④是建立在现有设备和人力不变的情况下,通过优化叶片检测夹具来实现叶片测量效率的提升,显然这个方案更加适用于中小型企业。通过对该企业CMM检测过程的实地调研,来找到最合适的解决方案。具体改进后的叶片叶型检测流程见图2。/pp style="text-align: center "  img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/c306372c-5a40-443d-bdcd-097232cca3b8.jpg" title="2.jpg" style="width: 500px height: 467px " width="500" vspace="0" hspace="0" height="467" border="0"//pp style="text-align: center "  图2 改进后叶型检测流程/pp  通过电子扫描槍对该待检测叶片工序流转卡进行扫描获取叶片ID号,系统自动在产品工艺数据库中根据叶片ID号检索相关加工工序信息。选择检测对应工序名后,系统自动从该数据库中检索对应工序的测量程序文件地址,从FTP服务器下载测量程序到Calypso测量软件指定文件夹,并保留待检测叶片相关信息至指定文本文件作为该叶片自动保存地址。运行Calypso软件并调取对应测量程序,叶型测量完成后调取Blade Pro分析软件的同时运行自动保存应用程序,该应用程序捕捉到系统保存窗体的弹出并获取文本文件中保存地址和名称,实现测量报告的自动命名和保存。生成的PDF文件自动上传到FTP服务器,作为该企业的工艺资料储备。生成的TXT文件经过自动转换后导入MySQL工艺数据库,可实现测量数据的精确查询和SPC分析。对于在可控范围内的测量数据,在逆向工程中进行特征数据提取实现叶片三维建模,以指导无图纸工件进行CMM测量路径规划,并生成测量程序完成自动化测量。/pp  (2)自动测量夹具方案/pp  由于该企业三坐标测量机叶片专用夹具一次只能对单一叶片进行装夹定位,针对燕尾型榫根叶片叶型测量,提出一种多片自动测量专用夹具,该装置主要由夹具体、气缸、气缸座、基座、定位销钉、夹紧块、带有9个楔形块结构的矩形轴组成,单元结构如图3所示。/pp style="text-align: center "  img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/fc8a2889-a955-437c-b2af-0bea51b52c36.jpg" title="3.jpg" style="width: 300px height: 180px " width="300" vspace="0" hspace="0" height="180" border="0"//pp style="text-align: center "  图3 夹具单元结构/pp  该夹具能实现9片叶片联装联测,由原本单个支撑工位线性地扩展成9个联测装夹工位。该工装夹具利用蔡司Calypso和PDFFactory配合连续测量,并最多保存9份检测报告,缓解企业CMM检测能力不足和效率低下的问题。/pp  采用两个定位销钉和一个紧固螺钉连接夹具体与基座 9个夹具体线性分布在基座上,保证间隔不干涉叶片装夹 矩形轴两端均采用滑动副,并带有9个楔形块,楔形块和夹紧块配合形成滑动副。/pp  夹具装夹方式是:夹具体楔形面和燕尾型榫根楔形面配合,模拟叶片装配状态,限制了榫根5个自由度 用定位销钉对榫根侧面进行定位,限制了榫根1个自由度 通过启动气缸推动矩形轴移动,从而使楔形块推动夹紧销钉向上移动,实现对9片叶片同步进行装夹。单个榫根装夹图如图4所示。/pp style="text-align: center "  img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/4b836cd9-4fe9-4d79-92e2-9ea4889a0a04.jpg" title="4.png" style="width: 300px height: 213px " width="300" vspace="0" hspace="0" height="213" border="0"//pp style="text-align: center "  图4 单个榫根装夹/pp  以榫根楔形面的中分面(即通过发动机轮毂盘轴线的径向面)工件测量坐标系的XOZ平面,以给定值来确定XOY平面和YOZ平面,以此建立工件测量坐标系(见图5),且该坐标系与建立CAD数模的理论坐标系保持一致。/pp  在对9片叶片进行检测路径规划时,只需要在DMIS文件中在第一片叶片工件坐标系基础上连续偏置一个固定值即可得到其他叶片的工件坐标系。/pp  该夹具具有以下特点:①定位装置尺寸链短,对测量精度影响较小 ②多叶片可同步装夹和拆卸,实现批量测量 ③采用气动夹紧,实现自动夹紧测量。/pp  /pp style="text-align:center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/bacf711e-9ee3-41e0-843f-949e80d69dc4.jpg" title="5.png" style="width: 310px height: 167px " width="310" vspace="0" hspace="0" height="167" border="0"//pp style="text-align: center "  图5 建立叶片工件坐标系/ppstrong  小结/strong/pp  本文对航空叶片自动化测量技术研究现状和发展趋势展开论述,总结了基于CAD数模的检测路径规划方法和DMIS文件生成方法和自动测量夹具设计基本准则,结合相应实例对叶片自动检测系统未来趋势做了总结阐述,并针对某航空叶片企业实际情况给出了相应解决方案,提出了改进型叶型测量夹具,极大提高了检测效率。/ppbr//p
  • SPECIM IQ | 开创性小型手持智能型高光谱相机如何精准进行植物表型鉴定和病害检测?
    导读 高光谱成像传感器是近几年研究用于监测不同环境中农作物和植被的有效工具。植物的生理学,形态学或生物化学信息可以通过非接触的方式以及不同尺度下评估。例如,利用高光谱传感器用于植物表型分析或农业中的生理胁迫研究。截至目前,市面上有各种非成像和成像高光谱传感器可供选择,这些仪器进行测量的过程相当复杂。因此,现代化检测及研究中对易于用户操作的高光谱传感器的需求日益增加。芬兰新发布的一款新型小型手持式智能型高光谱相机——SPECIM IQ,就是基于用户的现代化便携操作而设计的。SPECIM IQ的机身小巧轻便,只有1.3kg,实现轻松手持操作;同时在相机中直接集成了操作控制系统,通过相机自带的触摸屏就可实时实现基本数据的采集和分析过程(如预处理和分类例程),实现智能化操作。便携手持、现场实时快速检测、全自动智能分析、高质量数据,相信 SPECIM IQ 如此多的现代化特征会让您的高光谱研究更加得心应手!以下我们将SPECIM IQ采集的高光谱数据与已经十分成熟高光谱成像仪技术SPECIM V10E 进行定性对比,发现SPECIM IQ便携手持的设计并未影响到相机的数据准确性,一致地获得了高质量高光谱数据。同时,手持智能型SPECIM IQ还可以实现对植物表型的鉴定以及病害研究检测等,在植物科学研究及其他领域具有无限可能。1、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ与SPECIM V10E的定性对比 通过与性能的SPECIM V10E相机对比,我们评估了新型SPECIM IQ的成像质量。SPECIM V10E在推扫式高光谱相机领域是一款具有代表性且广受好评的产品,与SPECIM IQ具有相同的光谱范围(400-1000nm)。在实验过程中,通过采用4倍的光谱合并,达到与SPECIM IQ相似的光谱采集,共有211个波段,每行数据具有1600个像素。研究人员利用两款设备分别在室内(卤素灯光源)和室外(自然光光源)对具有不同颜色的样本:纸片和聚乙烯胶片,进行了高光谱数据采集和对比。 图1 智能型高光谱相机SPECIM IQ(207mm*91mm*74mm) 经过对比,得到如图2所示结果。对相同样本,两款设备采集的光谱形状高度重合:实验室的平均值是0.009,室外平均值为0.043。SPECIM IQ和SPECIM V10E的平均标准偏差分别为室内(0.017和0.021)和室外相同(0.029和0.029),但SPECIM IQ更为均,SPECIM V10E在光谱边界处具有更高的噪声水平(400 -450nm和400-450nm)900-1000nm,见图2)。研究表明,除了925-970nm范围内的大气水汽吸收带之外,周围光谱的原始信号较弱,导致反射信号的快速增加。 图2 平均光谱包含绿色纸片(A)和紫色聚乙烯片(B)的标准差,C表示室内测试的不同颜色的样本 图3 室外数据的光谱对比(A-D):绿色纸片、暗黄色纸片、紫色聚乙烯胶片以及蓝色聚乙烯胶片 2、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ对拟南芥的生理胁迫研究 通过植被指数可评估不同状态下植被的生理结构和功能特性,包括生物量、冠层结构、叶面积指数、叶绿素含量以及植物冠层的光利用效率等。研究人员利用SPECIM IQ对拟南芥的两个变种在胁迫状态下的生理状态分别进行了研究。由于缺乏PsbS蛋白质和紫黄质脱环氧化酶,拟南芥的变种样本对光能量利用能力减弱(非光化学淬灭),但在室温条件下可正常发育,在高光照条件下,突变体可能受光损伤,这些都是肉眼无法察觉的。利用SPECIM IQ对18个样本进行数据采集,并对所采集的数据进行植被指数计算,在此基础上,对样本的叶绿素含量和类胡萝卜素转化的敏感程度进行了评估(图4)。 图4 在非胁迫适应(NSA)和胁迫适应(SA)拟南芥野生型(Col-0)和PQ缺陷突变体(npq1和npq4)之间观察到的差异。 左侧面板显示选定感兴趣区域的假彩色图像(A) NDVI(C) REIP(E) 和由SPECIM IQ采集数据计算的PRI(G)。 右侧面板显示计算出的平均值和标准差(B) NDVI(D) REIP(F) 和PRI(H)从三个单的植物随机分布在成像框架,不同的字母表示基于LSD的显着差异(a = 0.05)。 研究表明,SPECIM IQ可用于拟南芥中叶绿素(NDVI)和叶黄素(PRI)的含量的检测,并能评估植株样本的状态。通过验证具有代表性的植被指数,可为其它植被指数的评估计算提供样例,并为在植被研究领域获得更多生理信息奠定了基础。 3、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ对大麦白粉病的研究 高光谱成像作为非接触式的测量传感器,在植物疾病严重程度与宿主植物对特定植物病原体的易感性的评估方面有很大的应用。本研究利用SPECIM IQ评估了不同大麦品种在冠层尺度上的白粉病严重程度,并对品种Milford和Tocada进行了4个和7个不同的白粉病易感性等的比较。研究准确地检测了两个品种的白粉病症状,并通过高光谱成像结合数据分析方法评估品种的不同疾病严重程度。研究人员利用SPECIM IQ对在温室中培养的360个大麦植物样本(稳定的漫射光条件下培养)进行检测,并使用的白色参考板(见图5)和SPECIM IQ的内置功能对高光谱数据进行归一化。研究人员利用SPECIM IQ Studio的光谱角匹配方法(SAM)进行感染检测并与支持向量机分类(SVM)方法进行对比,检测到上部叶中具有类似病状的区域。 图5 使用光谱角匹配(SAM)和支持向量机(SVM)对白粉病进行分类,图像左侧包含白色参考面板研究表明,大麦白粉病的样本检测到的疾病症状分别为所有植物像素的25.8%和4.4%,而健康部分只有2.0%和2.2%。现有的错误分类主要是白色参考边界处(看起来像叶面上的白色菌丝体)混合像素的影响。为了消除这种系统偏差,通过减去错误分类像素量来确定疾病严重程度,预测分析的品种的2.2%至23.7%的强烈差异。因此,SPECIM IQ可用来测量评估复杂冠层的疾病严重性,控制光源照明条件保证高信号质量,此项研究也证明SPECIM IQ空间分辨率足以确定大麦叶片上的单一症状。4、总结 手持智能型SPECIM IQ相机在植物生理和病害检测中具有巨大潜力。通过SPECIM IQ与SPECIM V10E室内和室外环境中对不同材质色卡辐射测量评估,得到两者的光谱特性高度一致性。根据植被指数分析得到的结果表明手持智能型SPECIM IQ在植物研究和表型分型策略的背景下的应用潜力:对于白粉病的评估,表明SPECIM IQ具有足够的测量能力,并且与SVM相结合,在量化中对视觉评估的高度一致性。作为新智能型的高光谱相机设备,手持式SPECIM IQ除具有高精度的数据质量外,其设备本身具有高紧凑性、可移动性强和快速集成处理能力,为科技新领域的应用创造了有利条件。手持智能型SPECIM IQ的发布让高光谱传感器技术以实验室设备的质量水平传输到温室和现场,而无需任何载体平台或控制和存储设备,因此,该款设备的诞生无疑可以支持各个场景下的不同应用,并推动现代高光谱技术在更多领域的发展和影响。 相关产品及其链接1、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ:http://www.instrument.com.cn/netshow/C282348.htm 2、芬兰SPECIM高光谱航空遥感成像系统:http://www.instrument.com.cn/netshow/C160539.htm 3、芬兰SPECIM 工业高光谱相机FX系列:http://www.instrument.com.cn/netshow/C265811.htm
  • 便携式仪器引领科学实验室建设新潮流
    随着科学技术的发展,实验室仪器逐渐向集成化、小型化方面发展,这一转变除了科技的进步之外,还有现实的市场需求。例如实验室作为常见的显微镜、衍射仪、X光机等,作为实验室必不可少的精密检测仪器,当前已经率先实现了集成化、小型化,引领科学实验室建设新潮流。当前的便携式仪器如显微镜、衍射仪、X光机等,广泛运用于实验室材料检测、物质分析等领域。基于现代社会需要检测的项目越来越多,同时也面临着不同的检测环境,传统大型检测仪器由于体积笨重、价格昂贵、使用困难等,使仪器的使用受到很大的局限性,而便携式仪器很好的弥补了这些不足,下面列举几款实验室常用的便携式仪器。Anyty(艾尼提)便携式视频显微镜3R-MSA600S1、便携式视频显微镜:不论是教学机构,还是科研院所,许多时候已经不单单是固定在室内,许多时候是在野外现场进行科学研究,因此也就形成了“移动实验室”理念。户外教学、野外现场实习对植物、昆虫、矿石、土壤、颗粒、种子等进行显微研究,许多单位选择Anyty(艾尼提)便携式视频显微镜产品和方案,以其小巧便携、效果清晰、操作简单,而且可拍照记录存储,成为教学、科研单位实验室显微研究的重要工具。Anyty(艾尼提)便携式3D测量显微镜3R-MSBTVTY-3D2、便携式3D测量显微镜:在当前许多的实验室场所,对于3D显微镜需要也越多越多,例如用于微电子、LED芯片观察、陶瓷材料、雕刻、精密零件、珠宝检测等多种行业和领域,3R公司最新推出的便携式3D测量显微镜3R-MSBTVTY-3D,是当前领先的三维测量的显微镜,液态镜头,不仅能够快速自动对焦,还能对平面拍摄的图片进行三维图像转化,能够全方位掌握立体图形,用距离/角度等做精准测量,满足用户不同的需求。Anyty(艾尼提)便携式衍射仪3R-CSX20003、便携式衍射仪:便携式衍射仪在近几年用的的领域越来越多,也成为实验室重要检测仪器。便携式衍射仪可在现场对矿石、腐蚀物和其他化合物等材料进行物相分析,为用户快速提供样品主要成分和次要成分的信息。3R公司最新开发的Anyty(艾尼提)便携式衍射仪3R-CSX2000,具有轻便易携,易于操作,可自由进行实验;制样简便;防水防尘箱一体机设计,轻松应对野外恶劣的使用环境等优势,收到用户认可。Anyty(艾尼提)便携式X光机3R-PPX4060s4、便携式X光机:随着社会的发展,实验室检测领域也越多越多,便携式X光机在实验室检测、研究等应用越来越多,也成为重要的实验室检测仪器。还是以3R公司的为例,最新推出了便携式X光机3R-PPX4060s,是一款采用超灵敏线阵列X射线探测器,实现3D成像双能检测,具有图像质量好、超薄轻便、成像面积大等特点,能适用于实验室不同检测任务。通过以上的举例,进一步验证了实验室检测仪器正朝现场检测和小型化方面发展,而便携式仪器引领科学实验室建设新潮流。当然仪器小型化并不意味着体积小了许多功能就打了折扣,而是在更多需求更多标准的基础上进一步发展,实现了“小仪器,大能量”,为检测人员带去极大便利。
  • 便携式miRNA实时荧光定量检测仪
    成果名称便携式miRNA实时荧光定量检测仪单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com成果成熟度□研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介:常规的高通量筛选方法多是基于96 或384孔板进行,具有成本高、使用不方便等缺点,大大制约了该技术的应用。自2006年起,席建忠实验室一直致力于新型筛选技术的研发。在自然基金、国家973以及教育部项目的资助下,通过与两期基金获批人工学院黄岩谊特聘研究员合作,席建忠课题组近期开发一款新型的自组装细胞芯片。该芯片的使用大大提高大规模筛选的效率,相关成果发表在Nature Communications上。但是,在图像采集和数据处理方面,绝大部分现有高内涵设备仍然不能满足需求。处理一张含有64个点阵的细胞芯片,则需要一小时的拍照时间和一小时的数据处理时间,因此非常耗时耗力。为了进一步提高数据处理效率,2009年席建忠特聘研究员申请获得了第二期北京大学仪器创制与关键技术研发项目的资助,开发出一套适合于细胞芯片快速成像的配套装置以及数据处理的软件。利用这套装置和软件,可以在20分钟内自动完成一张64个点阵芯片的图像采集,并且在5分钟内完成所有实验数据的处理工作,大大缩短实验时间,提高工作效率。
  • ASD | 利用高光谱反射率预测温带落叶阔叶树木的叶片性状
    ASD | 利用高光谱反射率预测温带落叶阔叶树木的叶片性状:通用模型可适用于整个生长季节吗?追踪生长季和地理区域中叶片性状的变化是理解陆地生态系统功能的关键。野外光谱法是原位监测叶片功能性状的有力工具,在农业、林业和生态学中都有许多应用,例如,叶片光谱已用于表征许多叶片理化特性,预测倍体水平,估计叶龄,甚至可以预测入侵植物对凋落物分解的影响。但目前尚不清楚是否可以开发通用统计模型来根据光谱信息预测性状,或是否需要根据条件变化进行重新校准。特别是,生长季多个叶片性状同时变化,是否可以从高光谱数据成功预测这些时间变化是一个悬而未决的问题。基于此,为了填补研究空白,在本研究中,一组国际研究团队利用标准实验室方法(包括光捕获和生长:N(%),δ15N(‰),δ13C(‰),叶绿素,可溶性C(%)和叶片含水量(LWC);防御和结构:每单位面积的叶片质量(LMA g m-2)、总C(%)、半纤维素(%)、纤维素(%)、木质素(%)、总酚类(mg g-1)和单宁(mg g-1);岩石衍生营养素:P(%)、K(%)、Ca(%)、Mg(%)、Fe(μg g-1)、Mn(μg g-1)、Zn(μg g-1)和B(μg g-1))和叶片光谱(利用光谱范围为350-2500 nm的ASD FieldSpec 3进行测量,在350-1000 nm,采样间隔为1.4 nm,在1000-2500 nm,采样间隔为2 nm)追踪了整个生长季的变化,研究了温带落叶树木多种叶片性状和光谱特性之间的联系。旨在回答以下问题:(1)常见物种叶片的理化性状在生长季如何变化?(2)叶片反射率在生长季如何变化?(3)生长季叶片理化性状和光谱之间是否存在可预测的关系,从而使叶片光谱能够不受时间限制地远程追踪森林生态系统功能的变化?然后评估叶片光谱是否可以在季节效应的影响下稳定地捕获叶片性状,为通过机载和星载传感器的高光谱成像进行大尺度叶片性状调查奠定基础。【结果】理化性状和光谱在整个生长季变化很大,虽然6月和9月之间收获的成熟叶片变化较小。重要的是,叶片光谱可以准确预测大多数叶片性状的季节性变化,成熟叶片的预测精度通常较高。然而,对于一些性状,PLSR估算模型因物种而异,单一PLSR模型不能用于物种水平的准确预测。8个落叶树种叶片光谱及其变异性(平均反射率(a)和变异系数(b))的季节模式。2017 年 5 -10 月,不同季节对英国剑桥Madingley林地21种叶片性状全/特定光谱数据最佳PLSR性能的影响。2017 年 5-10 月,不同物种对英国剑桥Madingley林地21种叶片性状全/特定光谱数据最佳PLSR性能的影响。【结论】叶片光谱可成功预测整个生长季多种功能性叶片性状,为机载和星载成像光谱技术监测和绘制温带森林植物功能多样性奠定了一定基础。请点击下方链接,阅读原文:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650309890&idx=1&sn=9bddcb74cbb31a26c18ad6aee87f4344&chksm=bee1a9fd899620ebd02f200799a9370626a1d8b6fee07375ad2580b562fa8ad686a495393775&token=1524960455&lang=zh_CN#rd
  • 合肥筹建数字植物重点实验室
    香樟树长什么样?哪些树的叶子是“手掌状”?银杉和水杉从“长相”上来看有什么区别?且不说这些问题有多难回答,到合肥街头或是公园里转一圈,恐怕有一半市民都叫不出身边这些树木的名字。  假如很不幸,您也是“植物文盲”中的一员,不用担心,很快就有简单易行的办法来帮助您扫盲。  2月16日,记者从合肥植物园获悉,同中科院合作的“数字植物重点实验室”已经在筹建当中,将来遇到不认识的树木,掏出手机,随手拍下它的叶片,实验室就能告诉你,这片叶子属于什么树,这种树有什么特性。  “实验室这项科普功能看上去很简单,但前期建立数据库的工作却非常繁琐。”合肥植物园的负责人告诉记者,首先需要用计算机建立数据库,然后工作人员将大量收集各种树木的叶片,拍照采样,输入系统。  由于每一片树叶都有着不同的脉络和细节,为了保证不出错,该负责人表示,几乎每种树都要采集10片树叶,从不同的角度、不同的侧面进行拍摄和采样。  “截至目前,我们已经采集了200多种树的详细资料。”该负责人说,如果进展顺利,今年有望完成1000种树木的“身份信息”采集和录入。  建立完数据库,合肥植物园将同电信、移动等手机运营商签订合作协议,为合肥市民搭建起“随手拍、发彩信、回复树木资料短信”的网络。  “实验室投入使用后,市民想要知道我们的身边都生活着什么树,就变得很方便了。”该负责人说,一条彩信,数字植物重点实验室就能为您答疑解惑。  想了解“数字植物重点实验室”更多情况的市民朋友,可以关注晨报的后续报道,实验室的网络信息平台搭建完成后,晨报也将及时为您了解随手拍、彩信发送的详细地址。
  • 减肥新思路!便携式原子力显微镜nGauge助力破解枸杞叶多糖抑制脂肪消化机制
    期刊:Food Hydrocolloids IF 11.504文章DOI:https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.108303 【引言】 目前,全球肥胖和高血脂症形势严峻,摄入脂质的消化和吸收一直备受关注。现在常用的抑制脂肪消化吸收的药物副作用明显,亟需寻找绿色、安全的治疗肥胖和高血脂的策略。众所周知,摄入的脂质首先需要由脂肪酶水解成游离脂肪酸,才能进一步被吸收,胆酸盐稳定的脂质乳液是脂肪酶发挥水解作用的关键平台和前提条件。对于生物活性物质对脂肪消化吸收的抑制,目前大多数研究只从生化角度关注活性物质对脂肪酶的直接抑制作用,而忽略了脂肪酶赖以发挥作用的胆酸盐稳定的脂质乳液平台这个关键前提。 【成果简介】 近日,北京林业大学生物科学与技术学院食品学科范俊峰教授团队在国际食品高水平期刊《Food Hydrocolloids》发表了题为“The interfacial destabilization of bile salt-emulsified oil droplets, essential for lipase function, is mediated by Lycium barbarum L. leaf polysaccharides”的研究论文,以胆酸盐稳定的脂质乳液平台为研究对象,创新性地从界面化学的视角揭示了多糖与肠道分泌的脂质消化剂之间的相互作用,为生物活性物质抑制脂肪消化的研究奠定了新的理论基础。 值得注意的是,本文使用便携式原子力显微镜nGauge对枸杞叶中提取的多糖进行了形貌表征。便携式芯片原子力显微镜nGauge具有小巧灵活、方便携带,操作简单,扫描速度快,可扫描大尺寸样品,一个针尖可以进行上千次扫描,无需维护、无需减震、超级稳定等优点,适合各类纳米表征应用场景,拓宽了传统AFM的应用范围!图1. nGauge便携式芯片原子力显微镜(AFM)实物图。左图为使用状态,右图为收纳状态。 【图文导读】 图2. 使用nGauge便携式原子力显微镜对从枸杞叶中提取的多糖进行形貌表征。(LP:多糖,LD:脱钙多糖,SP:多糖分解产物,SD:脱钙多糖分解产物)图3. 对获得多糖颗粒进行(A)粒径统计,(B)Zeta电位,(C)XRD,(D)FTIR 光谱表征。图4. 胆盐,多糖,胆盐-多糖的(A)三相接触角,(B)表面张力,(C)FTIR光谱。图5. 胆酸盐和多糖(A)以及胆酸盐和除矿物质多糖(B)之间的相互作用。 【结论】这些发现从界面化学的角度为植物源多糖对脂肪消化的影响提供了新的见解,也进一步加深了我们对多糖与肠道分泌的脂质消化物相互作用的理解。便携式芯片原子力显微镜nGauge也将继续助力食品科学、半导体工业、材料工业、纳米技术、生命科技、涂料,聚合物和复合材料等行业的发展。
  • Mars-400 Plus便携式气相色谱-质谱联用仪检测土壤中挥发性有机物
    1 土壤中挥发性有机物的检测分析1.1 方法概述  按照世界卫生组织(WHO)的定义,挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指沸点范围在50~260 ℃之间,室温下饱和蒸汽压超过133.3 Pa,常温下以蒸气形式存在于空气中的一大类有机物。按化学结构,可进一步分为烷烃、芳香烃、烯烃、卤代烃、酯类、醛类、酮类和其他化合物等8类。不同的VOCs对人体具有不同的毒害作用,有些物质甚至具有强烈的“三致”作用(致病、致癌、致突变)。VOCs大体的危害如下:影响中枢神经系统,出现头晕、头痛、无力、胸闷等症状;感觉性刺激,嗅味不舒适,刺激上呼吸道及皮肤;影响消化系统,出现食欲不振、恶心等;怀疑性危害:局部组织炎症反应、过敏反应、神经毒性作用。能引起机体免疫水平失调,严重时可损伤肝脏和造血系统,出现变态反应等。  土壤中天然有机质主要是有腐殖质和部分分解的动植物残体组成,其对疏水性有机化合物的吸附起着重要的作用。土壤的污染是世界范围的一个环境问题,挥发性有机物通过大气沉降、废水排放、雨水淋溶与冲刷进入水体,最后沉积到土壤中,在土壤中逐步富集,使土壤造成严重污染,因此监测和控制土壤中的挥发性有机物意义重大。1.2 主要仪器与试剂(1)仪器Mars-400 Plus便携式气相色谱质谱联用仪(聚光科技);LTM DB-5ms 快速气相色谱柱(5 m×0.1 mm×0.4 μm);顶空/吹扫捕集进样系统;涡旋混匀仪分析天平(0.0001g)。(2)试剂和耗材微量移液器(100 μL);微量移液器(1000 μL);注射器(50 mL)氦气,纯度99.999%,用作载气;25种VOCs(浓度为100 μg/mL,其中环氧氯丙烷为500 μg/mL);甲醇(色谱纯)、4-溴氟苯(色谱纯)、氟苯(色谱纯)、1,4-二氯苯-D4(色谱纯)。石英砂、干净土壤。1.3 标准样品配制1.3.1 标准样品储备液配制(1)标准样品溶液  以甲醇为溶剂,配制25种挥发性有机物的混合标准溶液,浓度为10 μg/mL。具体做法是:在10 mL的容量瓶中,加约7 mL的甲醇。打开装有标准物质的安瓿瓶,使用微量移液器,移取1 mL的标准样品,用甲醇定容至10 mL,得到标准样品使用液。(2)内标标准溶液  以甲醇为溶剂,配制氟苯、1,4-二氯苯-D4的溶液,浓度为10 mg/mL,作为内标贮备液(表1)。具体做法是:在10 mL的容量瓶中,加约7 mL的甲醇,使用微量移液器移取氟苯(色谱纯)97 μL,使用分析天平精确称取0.100 g的1,4-二氯苯-D4,用甲醇定容至10 mL,得到浓度为10 mg/mL内标贮备液。再次用甲醇稀释至10 μg/mL,得到氟苯、1,4-二氯苯-D4的内标标准使用液。(3)替代物标准溶液  以甲醇为溶剂,配制4-溴氟苯的溶液,浓度为10 mg/mL,作为替代物贮备液(表1)。具体做法是:在10 mL的容量瓶中,加约7 mL的甲醇,使用微量移液器移取4-溴氟苯(色谱纯)63 μL,用甲醇定容至10 mL,得到浓度为10 mg/mL替代物贮备液。再次用甲醇稀释至10 μg/mL,得到替代物的标准使用溶液。(4)基体改性剂  如果使用的方法是吹扫捕集处理方法,选用二次蒸馏水作为基体改性剂(参考国家环境标准(HJ 605-2011))。如果使用的方法是静态顶空处理方法,选用pH≤2的磷酸氯化钠水溶液作为基体改性剂。本次分析的土壤VOCs浓度都较低,适合使用吹扫捕集作为预处理方法,因此本方法选用水作为基体改性剂。(5)空白样品  向40 mL样品瓶中,加入5 g石英砂和20 mL纯净水,密封,得到空白试剂样品。1.3.2 标准系列样品溶液的配制  向15支40 mL的样品瓶中依次加入5 g石英砂和20 mL基体改性剂(水)。再向各瓶中分别加入一定量的标准使用液,配制成目标化合物浓度分别为5 ng/mL、10 ng/mL、20 ng/mL、60 ng/mL、100 ng/mL,每组浓度平行3份。在配制标准样品的同时,向每个顶空瓶分别加入一定量的替代物使用液,一定量的内标使用液,立即密封(表2)。将配制好的标准系列样品在涡旋振荡仪上振荡约5 min,由低浓度到高浓度依次进样分析,绘制校准曲线。1.4 样品采集和保存1.4.1 样品采集  土壤样品的采集和保存参照国家环境标准HJ/T 166的相关规定。采集的样品工具应用金属制品,用前应经过净化处理。可在采样现场使用Mars-400便携式气质联用对样品进行目标物含量高低的初筛,当样品中挥发性有机物浓度大于1000 μg/kg,则视为高含量样品。所有样品均应至少采集3份平行样品。1.4.2 含量高低初筛(1)在40 mL的样品瓶中加入约60 g的干净土壤(通过检测无高浓度的VOCs)。(2)模拟高浓度的土壤样品:向60g土壤中加入6 mL的标准样品溶液(10 μg/mL),配制得到1000 μg/kg的模拟高浓度的土壤样品。(3)使用Mars-400便携式气质联用仪,采用“气体样品分析方法”,首先将“高浓度土壤样品”的上层顶空气体分析一遍。得到该气体的TIC总离子流图。(4)继续使用Mars-400便携式气质联用仪,采集被分析土壤上层气体,得到相应的TIC图。如果被分析土壤的上层气体TIC响应值大于模拟土壤的TIC图,判断被分析土壤为高含量土壤,否则按低含量土壤处理。1.4.3 样品保存(1)在现场保存:采用样品收集装置,加入大约5 g 的土壤到含有10 mL 甲醇的样品瓶中。快速地擦掉瓶子螺纹上粘附的土壤,然后立刻用螺旋帽和隔垫密封住瓶子。用冰存储样品于4 ℃。可以采用其它的样品质量或者甲醇的体积,分析人员需要能够证明整个分析过程的灵敏度对于当前的应用是适当的。(2)不在现场保存:收集不带保存液的高浓度的土壤样品,就是样品既不含有保存溶液,也不含有甲醇。当不采用在现场保存的方法时,尽可能地填充满整个样品容器,使顶空体积最小。1.5 样品分析1.5.1 样品分析条件1.5.2 样品分析步骤1.5.2.1 标准样品分析步骤(1)准备章节3.2的标准系列样品。打开仪器,并调试稳定。(2)设定好分析条件,激活方法,待所有分析条件达到设定值,将样品空白放入吹扫捕集装置的样品池中,等待平衡5 min,将吹扫捕集插针插入样品瓶中,点击主机界面的“运行方法”,仪器开始自动吹扫捕集-气质联用分析。(3)空白样品应该满足待测化合物浓度低于检出限,或者分析结果的5%。(4)按照步骤(2)从低到高分析标准系列样品。(5)样品高低浓度交叉分析时,需在中间插入空白样品分析,以防高浓度样品的残留影响低浓度样品分析。1.5.2.2 土壤样品分析步骤Mars-400便携式气质联用仪是一款适用于现场分析的仪器。本方法开发了一套现场分析的方法和步骤(图1)。(1)现场开机预热,同时开启和预处理设备,如涡旋振荡仪,简易天平等。(2)调试主机和吹扫捕集系统,激活“土壤分析”方法,或者按照章节5.1设置分析方法。(3)分析空白样品,空白样品分析结果应该满足待测化合物浓度低于检出限,或者分析结果的5%。(4)接下来分析质控样品,质控样品指的是浓度在校准曲线中间浓度点附近的标准溶液,本实验选取20 ng/mL标准样品作为质控样品。计算标准样品和替代物的回收率,回收率应在80% ~ 120%之间。图1 样品分析流程图(5)进行土壤样品的现场分析。通过章节4.2的浓度初筛,如果为低浓度的样品,称取5 g,直接加入20 mL基体改性剂,加入40 μL的内标贮备液、40 μL的替代物贮备液,使用涡旋混匀仪混匀,待测。如果为高浓度样品,称取5 g土壤,加入10 mL甲醇,先涡旋振荡提取10 min。将提取液稀释成水溶液,加入5 g石英砂,加入内标和替代品,涡旋混匀,待测。(6)将待测样品通过Mars-400 便携式气质联用仪进行分析,现场进行定性定量,并输出报告。1.6 结果与讨论1.6.1 标准曲线的制作  按照章节5.2.1的方法,从浓度低到浓度高分析标准系列样品,每组浓度平行分析3组。本试验采用特征离子定量法进行定量。以样品浓度与内标浓度的比值作为横坐标,以样品特征离子峰面积与内标特征离子峰面积作为纵坐标,绘制内标标准曲线(图2,表4)。图2 25种VOCs的总离子流图  图2是石英砂加标的25种VOCs的总离子流图,采用对溴氟苯作为替代物(第22号色谱峰),氟苯、1,4-二氯苯-D4作为内标。从表4可以得到,25种VOCs和对溴氟苯的线性相关系数都在0.99以上。1.6.2 精密度和准确度  在5 g石英砂中加入400 ng的标准样品,配制成80 μg/kg的土壤加标样品,按照低浓度土壤样品的方法进行吹扫捕集-便携式气质联用分析,样品连续分析7遍,计算标准偏差S,从而得到分析的精密度,然后通过计算平均回收率得到分析方法的准确度(表5)。  从表5可以得到,连续7次分析的相对标准偏差在20%以内。5 g石英砂中加标浓度为80 μg/kg,平均加标回收率在80%~120%之间。1.6.3 方法检出限  根据方法检出限的实验方法,取5 g石英砂,加入5 ng/mL标准样品,得到20μg/kg的空白加标土壤(计算检出限的3~5倍浓度),连续进样7遍,剔除异常值,计算标准偏差S,在99%的置信区间里,取MDL=3.143×S,如表6。从表5中可以看到,本方法的检出限在2.62 μg/kg ~ 12.06 μg/kg之间,可以用来检测泄露到土壤中的挥发性有机物。
  • 国外成功研发用于植物养分分析的拉曼传感器
    p style="text-align: justify text-indent: 2em "据外媒报道,如果作物植物没有获得足够的养分,它们的氮含量通常会低于正常水平。一种便携式的新设备可以让农民当场检查这些水平,这样他们就可以尽快开始解决这个问题。由新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)的一个团队开发的原型小工具实际上是一个紧凑的拉曼光谱传感器。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 399px height: 218px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/610d7f1c-19c1-4071-9a68-109fd8377391.jpg" title="79f92a47fc824f5786e8686235fe7efa.png" alt="79f92a47fc824f5786e8686235fe7efa.png" width="399" height="218"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "与全尺寸的同类产品一样,它的工作原理是将单色激光照射到样品上--在本例中是一片活叶。该材料中的分子随之振动,以独特的方式散射光。因此,通过分析该散射光,可以确定样品中存在哪些化学物质。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在农业应用中使用这种技术时,通常必须将植物样品从田间带到实验室的台式拉曼光谱仪上。相比之下,新设备可以携带到田间,并在众多正在生长的植物叶子上使用。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 408px height: 559px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/22582d3a-42f6-4506-a135-b0b5e991eab5.jpg" title="d3478038db854101bc6e2f8a8e9e0fdb.png" alt="d3478038db854101bc6e2f8a8e9e0fdb.png" width="408" height="559"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "除了通过低氮水平检测养分不足,该传感器还可以通过测量其他代谢物的水平来识别其他问题。例如,如果一株植物被称为类胡萝卜素的色素水平异常低,那么它可能患有“避荫综合征”--出现这种情况时会阻碍植物叶片的发育,并在此过程中产生结构上的缺陷。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "“该传感器在多个蔬菜品种上进行了演示,并支持生产营养丰富的低成本蔬菜的努力”,该研究的共同首席作者Nam-Hai Chua教授说。“将这项工作推广到更多种类的作物上,可能有助于在全球范围内提高作物产量,增强气候适应性,并通过减少化肥使用量来减轻环境污染。”/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "strong相关阅读:/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "a href="https://www.instrument.com.cn/news/20201214/567512.shtml" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "strong便携式拉曼光谱仪在投毒案件现场毒物快检应用—食药环侦局/strong/span/a/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "a href="https://www.instrument.com.cn/news/20201120/565338.shtml" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "strong邮票毒品走私防不胜防,手持式拉曼助力海关守护国门安全/strong/span/a/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "a href="https://www.instrument.com.cn/news/20201109/564212.shtml" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "strong拉曼光谱法在16种多环芳烃(PAHs)检测快检解决方案/strong/span/a/p
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    LZC-W系列便携式水质常规五参数检测仪产品简介水质检测中的常规五参数,包括:温度、pH、溶解氧、电导率、浊度。是水质污染检测的基本指标,在中国生态环境部发布的《环境监测仪器发展指南》中提出,“水质自动监测项目分为水质常规五参数和其它项目,水质常规五参数包括温度、pH、溶解氧(DO)、电导率和浊度,其它项目包括高锰酸盐指数、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)及氨氮(NH3-N)。” 水质常规五参数在我国水污染防治中发挥着重要的作用。检测水质常规五参数的意义:? pH:地表水水质中pH值的变化会影响藻类对氧气的摄入能力及动物对食物的摄取敏感度; 电导率:主要是测水的导电性,监测水体中总的离子浓度。包含了各种化学物质、重金属、杂质等等各种导电性物质总量。? 溶解氧:地表水中溶解氧除了被通常水中硫化物、亚硝酸根、亚铁离子等还原性物质所消耗外,也被水中微生物的呼吸作用以及水中有机物质被好氧微生物的氧化分解所消耗。溶解氧是地表水监测的重要指标,是水体是否具备自净能力的表示。? 浊度:浊度值的高低,直观反映的是水体的浑浊程度。浑浊程度主要是受水中的不溶性物质引起,不溶性物质包括悬浮于水中的泥沙、腐蚀质、浮游藻类和胶体颗粒物等。降低浊度的同时也降低了水中的细菌、大肠菌、病毒、隐孢子虫、铁、锰等。? 温度:地表水温度的变化,会对水生野生动物产生重大的负面影响,影响生物生长和鱼虾类动物进食的速度,以及它们的繁殖时间和效率。HX-W型便携式水质五参数检测仪采用电极法进行各测定指标的检测,整机体积小,便于携带,可广泛应用于地表水、河湖水、市政污水、工业废水、水产养殖、科研环保等行业。功能特点1、 彩色触控屏设计,全中文界面,操作简便快捷;2、 仪器设计小巧轻便,内置大容量锂电池,方便野外水质测定操作;3、 测定指标灵活切换,测定迅速、响应时间块、测量准确度高;4、 整机采用高强度铝合金外壳,耐腐蚀、强度高,防水效果好;5、 大容量数据存储,便于对历史测量数据的查询、打印;6、 可外接便携式热敏打印机,现场打印测定结果;7、 配套有数据采集分析软件,可将数据上传至计算机;8、 可通过蓝牙方式将数据导出至手机APP,实现远程的数据分享(选配); 仪器操作简便,用户无需掌握复杂的专业知识,运行成本低,抗干扰能力强。参数指标仪器型号HX-W型测量配置PH/溶解氧/电导率/温度/浊度打印功能热敏打印机(选配)电池电源内置锂电,可连续工作24小时数据传输USB接口、蓝牙(选配)仪器尺寸260mm*155mm*50mm仪器重量1.3kgpH测量方法玻璃电极法测量范围0~14.00PH分辨率0.01PH准确度≤±0.02PH溶解氧测量方法电化学探头法(膜电极法)测量范围0~20.0mg/L分辨率0.1 mg/L准确度≤±0.3mg/L电导率测量方法电极法测量范围0~200mS/cm分辨率1μS/cm准确度≤±1%温度测量方法电极法测量范围-20.0~120.0℃分辨率0.1℃准确度≤±0.5℃浊度测量方法电极法测量范围0~400NTU分辨率0.1NTU准确度≤±5% 创新点:该水质分析仪采用高强度、耐腐蚀整体设计,防水效果好、强度高?。新产品将有效填补国内水质在线检测仪器缺乏对数据的及时整合与综合分析能力的技术空白得到破解。便携式常规五参数水质分析仪
  • 中科院分子植物卓越中心蔡文娟博士:激光扫描共聚焦显微镜使用和管理心得分享
    生命科学基础研究与人类健康和社会经济发展密切相关,在科学和经济社会领域中的重要性日渐增强。Science 曾发布125 个挑战全球科学界的重要基础问题,其中涉及生命科学的问题约占 54%。生命科学研究过程离不开各类科学仪器的帮助,今年,仪器信息网特别策划话题:“生命科学技术平台经验分享”,邀请高校、科研院所公共技术平台的老师分享技术心得和经验,方便生命科学领域研究人员了解相关技术进展、学习仪器使用方法。 本篇为中国科学院分子植物科学卓越创新中心细胞结构分析技术平台主管蔡文娟撰写,蔡老师根据多年工作经验,详细介绍了激光扫描共聚焦的发展、系统组成和应用,并分享了工作中仪器使用的心得体会。以下为供稿内容:1957年, Malwin Minsky博士在其博后阶段首次阐明了激光扫描共聚焦显微镜技术的基本工作原理,但由于当时没有足够强度的照明光源,工作一直停留在理论阶段。20世纪60年代,伴随着激光器技术的发展,激光扫描共聚焦技术开始进一步发展,直到80年代中期才基本成熟,有了成熟的商业化产品(Bio-Rad)。由于该系统所用光源为激光,成像方式为逐点扫描成像,因此又被称为“laser scanning confocal microscope”, 简称为LSCM。激光扫描共聚焦仪器发展至今,已经不再是简单的光学显微镜 ,而是整合了光学显微镜 、激光、检测器、工作站和图像处理软件的复合型显微成像系统。1987年,White和Amos在英国《自然》杂志发表了“共聚焦显微镜时代的到来”一文,标志着LSCM已成为进行科学研究的重要工具。作为细胞生物学研究的必备工具,激光扫描共聚焦显微镜堪称各个成像平台的“扛把子”,其对各种标本和荧光标记方法具备很强的普适性,即使在各种高端显微成像技术飞速发展的当下,也依然占据着极高的使用率。中国科学院分子植物科学卓越创新中心所级中心细胞结构分析技术平台成立于2010年,经过10余年的发展,拥有多种细胞成像设备,包括激光扫描共聚焦(7台)、转盘共聚焦和SIM超高分辨等高端显微系统(http://cfc.cemps.ac.cn/xibao.php),为中心内部及周边科研院所和企业提供专业的显微成像服务,最大程度地满足中心及周边的成像需求。一、 激光扫描共聚焦显微镜的组成和应用激光扫描共聚焦显微镜(以下简称为LSCM)的灵魂部件是针孔(pinhole),针孔与物镜的焦平面共轭,因此被称为“共(共轭)聚焦”。由于共轭针孔的存在,只有标本焦平面的荧光信号才会透过针孔被检测器捕捉,而非焦平面的信息被阻挡在针孔之外,形成类似光学CT的效果。配合针孔成像, LSCM硬件部分通常包括光学显微镜、激光器、扫描振镜、检测器和图像工作站组成,每一个重要部件均可根据实验需求选择合适的配置,以下将结合分子植物卓越中心细胞平台的实际需求,逐一进行简要介绍。1、光学显微镜 LSCM可以搭建在正置或倒置荧光显微镜上。生命科学研究中,倒置显微镜使用更为广泛,适合组织切片、贴壁细胞等相对较薄的标本。样品固定在载玻片上,可以方便地倒置观察。在植物研究领域,倒置显微镜也经常用于观察拟南芥根/叶片、烟草叶片、原生质体等标本,这类标本的特点是相对较薄,制片简单,可以通过简单压片的方式,利用水或其他压片溶剂在载玻片盖玻片之间形成的吸附力,将标本固定住,从而可以倒置观察。但也存在部分无法使用倒置观察的应用场景,如茎尖分生组织、较厚的作物叶片或根等,由于标本过于厚重,倒置观察时容易掉落,不方便固定,或者由于压片会导致表面形态发生变化或组织破裂,从而影响定位观察。针对这类应用,正置显微镜就显得尤为重要,尤其是搭配合适的浸入式水镜,可以帮助这类厚标本实现清楚方便的显微成像。作为光学显微平台,需要考虑到研究所各个课题组之间的应用差异,保证正置与倒置的合理配备,设备组合可最大程度地满足各类研究需要。2、激光器 为了激发出足够的荧光信号,LSCM采用激光作为照明光源。根据标记和成像需求,一般LSCM至少配置4个波段的激光器,包括405/488/561/633nm等,涵盖了整个可见光波段的激发需求,能满足大多数荧光染料和蛋白的成像。在此基础上,研究组经常涉及荧光共振能量转移(FRET)相关实验,需要对CFP和YFP等分子对进行特异性激发,这种情况下,必须选择配置有458和514nm激光器的LSCM系统。红色荧光蛋白中,mCherry以单体形式存在,不易出现由荧光蛋白多聚化带来的artifact定位现象,因此现在很多研究组选择mCherry荧光蛋白标记,543nm和561nm等波长都能够激发mCherry蛋白,但如果希望得到更为明亮和特异的红色荧光信号,最好选择含594nm激发波长的系统。除了固定波段的激光器,还可选择搭配脉冲式白色激光器,自由选择所需激发波段。由于白色激光器在激发波段方面调节的灵活性,以及其特有的脉冲式而非连续激发,可以配合检测器做基于门控技术的荧光寿命成像,有助于过滤部分自发荧光信号,或者得到荧光寿命信息。分子植物卓越中心细胞平台(辰山园区)就配备了该系统,配合脉冲式白激光和高灵敏度检测器,可以进行FLIM-FRET实验,在荧光强度成像的基础上,增加荧光寿命维度的检测。3、扫描振镜 扫描振镜一般由x和y两个方向的振镜组成,通过高速振动控制激光在成像视场内逐点扫描,“点动成线,线动成面”,形成一个完整的2D图片。根据振动速度的区别,在LSCM中一般分为检流式振镜(galvanometer)和共振振镜(resonant)。检流式振镜是应用最多的扫描振镜,单个像素点上停留时间在微秒层级,可激发出更多的荧光信号,保证图像信噪比。常规拍摄荧光2D/3D图像和非毫秒级变化的time-series,检流式振镜一般都可以满足需求。共振振镜的振动频率相比检流式有显著提高, 能实现万赫兹,512X512分辨率的图像采集频率可达到30fps。如果涉及到钙波捕捉、相分离小体快速融合/FRAP实验、囊泡运动等快速变化,使用该振镜更容易检测完整的运动变化。细胞平台2015年后购买的系统,多为混合式振镜(含有两种振镜),在实际实验中,会根据需求选择合适的振镜使用。但必须注意的是,由于共振振镜速度很快,牺牲了每个像素点上的激发时间,图像的信噪比下降严重,一般需结合合适的图像处理,才可以得到相对清晰的共聚焦图片。近三年植物领域由于相分离和钙信号相关研究逐渐增多,对扫描成像速度的要求也日渐提高,共振振镜的存在可以很好地补充检流式振镜的不足,两种振镜同时存在,可兼顾成像分辨率和时间分辨率,更好地满足不同研究方向的需求。4、检测器 配合振镜的点扫描方式,光电倍增管(PMT)和雪崩式光电二极管(HyD)均可用于激光扫描共聚焦系统的荧光检测,实现光电子信号的倍增放大。除了常规的PMT(一般以多碱作为光阴极感光材料),细胞平台每套LSCM系统上也会配置高灵敏度的GaAsP检测器(镓砷磷为感光材料的PMT)或HyD检测器,目的是提高检测灵敏度,提升弱信号的捕捉能力。对于较明亮的荧光信号,常规PMT即可满足需求;碰到相对较弱的信号,建议使用高灵敏度的GaAsP或HyD检测器,以获得信噪比更高的图片。但实际使用中,高灵敏度检测器并非万能,如果荧光发射在近红区域(Cy5.5和Cy7等),常规PMT的检测效率会相对更高,这是因为不同的感光材料对各个光谱波段的响应效率不一样。作为细胞成像平台,需要保证各类型检测器的存在,根据荧光染料的强度和特性,给出专业的建议和设置,能够更好地保证成像效率。5、图像工作站 激光扫描共聚焦系统需要整合多种硬件协同工作,因此对图像工作站和操作软件都提出了较高的要求。操作软件和工作站必须能稳定运行,精准控制各电动部件,流畅采集显微图片,针对3D/time series等较大的图像数据,能够保证后期图像处理速度。一般来说,成熟的商业化共聚焦系统在硬件控制上都可以做到稳定流畅,但对于后期的图像处理,则需要根据平台常见的数据做合理配置。反卷积处理,3D重构和AI分析等图像数据处理都对图形处理显卡有一定的要求,因此我们平台一般都会选择配备有GPU的工作站,以满足越来越高的分析需求。同时,在实际使用中,尽量避免在采集电脑上使用USB等移动存储设备,以最大可能杜绝电脑病毒的存在引起整机系统故障。二、 激光扫描共聚焦系统管理心得和未来可提升空间细胞平台成像设备类型多样化,各有特点,作为其中的“扛把子”成员,激光扫描共聚焦系统使用频率极高,受众很广,应用方向也更为多样化。作为平台管理人员,如何管理统筹多台LSCM系统的使用,使其更好地服务于科研工作,也是常思常修的一门功课。现将日常管理心得和提升空间分享如下:1、激光扫描共聚焦系统的日常维护必不可少,尤其是物镜的清洁和光路的校准。每位用户根据观察标本的不同,会选择空气镜/水镜/油镜等不同介质类型的物镜,很容易存在交叉污染,导致物镜使用不当。在培训用户遵守使用章程的同时,平台工作人员必须保证2-3天检查一次常用物镜的清洁程度。光路校准方面,建议根据仪器使用状况每半年或一年检查一次光路状态,保证光路的准直。如果共聚焦光路上搭载了超高分辨系统,使用中尤其需要注意光路状态,以确保使用效率。2、激光扫描共聚焦系统的基础操作培训是重中之重。平台工作人员要精通已有设备的软件使用和参数调节,组织小范围培训,每次上机培训不超过5人,确保培训效果。培训必须结合考核进行,第一次上机实验须保证培训老师陪同,以了解用户的实验和使用薄弱点,巩固培训效果。3、预约体系和微信用户群的合理使用。目前中科院仪器平台有统一的预约体系,可以在网预约所需仪器机时。但作为使用频率极高的激光扫描共聚焦系统,经常面临僧多粥少难以预约的状况。我们针对高频使用的LSCM建立了仪器专用微信用户群,培训考核通过后即可入群。用户在使用结束或临时取消后会在微信群内公告,便于后续用户及有需求的用户及时知晓,提升使用效率。同时,该仪器如有任何不合理使用和故障,管理人员也可在群内及时公告,方便用户调整实验。4、拓宽平台设备的应用边界,提升管理人员的技术能力。作为平台管理人员,需要密切关注生命科学领域的研究进展,尽可能从应用角度提前布局所需的成像设备,做到有备无患,不断拓展应用边界。另外,必须时刻关注显微成像的技术前沿,结合用户的实验特性和科研目的,立足已有的设备进行必要的改造和改进,提升自身的技术能力。5、国产化成像设备的落地展望。2019年已有相关国产化LSCM设备搭建成功的报道(苏州医工所),2021年也有商业化SIM超高分辨显微镜的落地(北京大学),今年再传出国产超分辨显微成像设备商业交付的消息(中科院生物物理所),这表明国产化设备正在显微成像赛道不断发力,相信其能够更好地结合国内科研用户的应用需求,不断突破瓶颈,落地于细胞平台,提升平台的技术实力。作者简介: 蔡文娟 博士,高级工程师,中国科学院分子植物科学卓越创新中心(植物生理生态研究所)细胞结构分析技术平台主管。2012年中国科学院上海生科院植生所获博士学位,2012-2017年中科院上海生科院植生所担任助理研究员, 2017-2020在奥林巴斯中国有限公司担任应用工程师,2020年12月加入中科院分子植物科学卓越创新中心,担任细胞结构分析技术平台主管,主要负责所级中心细胞结构分析技术平台的管理维护和运行,承担院级功能开发研制项目,承担和参与多项国自然基金等。
  • 托普云农“高通量植物表型采集分析平台”荣获CISILE 2024 “自主创新金奖”
    5月29-31日,第二十一届中国国际科学仪器及实验室装备展览会(CISILE 2024)在北京盛大开幕。展会同期,CISILE 2024“自主创新金奖”正式揭晓,托普云农自主研发制造的“高通量植物表型采集分析平台”凭借表型指标覆盖广、解析精度高、效率高等创新优势一举摘得此荣誉。CISILE“自主创新金奖”由中国仪器仪表行业协会于2006年设立,旨在鼓励弘扬自主创新精神,推动我国科学仪器及实验室装备制造领域高质量发展。托普云农“高通量植物表型采集分析平台”此次荣获CISILE 2024“自主创新金奖”,评选过程历时数月,由业内重点科研院所科研人员、企业研发人员和行业管理专家组成评审团队,经协会初审、专家会审、专家现场评审及名单公示等严谨流程,最终从数以千计的科学仪器设备中脱颖而出,可谓含金量十足。国产化替代,填补国内相关领域短板随着智慧农业快速发展,智能育种、种质资源高效鉴定已成为国内外众多农业高校、科研机构加速布局的前沿科研领域之一。而其中,对种质资源的表型特征进行高精准、高效率、高通量鉴定是提升科研效率的关键。过去,植物表型研究领域的关键装备、核心算法被欧美日澳等发达国家垄断,托普云农自主研发制造的“高通量植物表型采集分析平台”从各类传感器、成像单元等硬件到AI模型算法、操作系统等软件,均实现了100%国产化,并且在表型指标覆盖量、表型解析精度、解析效率等方面优势明显,有力填补了国内植物表型研究领域关键装备空白。经科技成果鉴定,该成果总体达到了国内领先水平,逐步向国际前沿技术水平迈进。高通量植物表型采集分析平台采用单箱体-多成像单元集成融合模式,通过自动化传送单元将植物传送到箱体内部,并依靠多维传感融合图像成像单元、边缘计算与解析单元、数据管理单元对植物形态、生理等表型指标进行高通量、高精度、无损化数据采集和多维度数据解析,广泛用于精准育种、抗逆种质筛选、植物生长与营养分析、病虫害抗性分析等场景。120+表型指标,覆盖植物全生育期高通量植物表型采集分析平台集成了可见光二维、可见光三维、高光谱等成像模块,整合多种传感器,能够获取植物全生育期高通量表型信息,覆盖不同生境下植物器官、单株、群体的形态、生理等120多种表型指标,超越国外主流同类型装备。基于托普云农专业的AI算法服务团队,高通量植物表型采集分析平台能够为用户提供指标参数定制化服务,可根据个性化分析需求构建相应的分析模型,满足更多科研场景应用。同时,平台设计具有良好的可扩展性,可以根据科研需求进行功能扩展和升级,如定制箱体尺寸、新增成像单元等。高精度三维重构,表型解析更精准在二维、高光谱成像基础上,高通量植物表型采集分析平台增设三维重构与分析单元,通过创新的图像采集方式结合全自研算法,实现对植物快速、准确的高精度三维重构,大大提升了植株株高、冠幅、生物量、卷叶程度等表型参数的解析精度。例如,反映植物长势的生物量指标,国外产品往往采用二维成像投影面积来表征,高通量植物表型采集分析平台则通过三维体积来表征,在精准度方面更上一层楼。采集分析同步完成,解析效率显著提升在生物育种、种质资源鉴定等场景中,研究人员经常需要快速鉴定大量不同品种植株的表型差异,这就对植物表型解析效率提出了较高要求。托普云农率先打造出集表型数据采集与解析于一体的植物表型智能解析平台TP-AIPheno,创新性地将数据采集与解析流程集成在同一软件中实现,显著提升了平台的表型解析效率。目前,高通量植物表型采集分析平台的可见光二维、高光谱模块的单株植物解析用时小于5秒,可见光三维重构模块的单株植物重构和解析共计用时小于7分钟,助力科研人员显著提升科研分析效率。兼顾便捷与安全,营造优质操作体验以往,我国科研人员使用国外的植物表型分析设备,不仅操作界面复杂,而且部分功能需要用户自主编程才能实现。而托普云农自主研发的高通量植物表型采集分析平台通过智能化、自动化设计,营造了一个高度便捷化的操作体验:植物传送、图像采集、数据分析全流程自动化,大大简化人工操作;用户界面简洁友好,快速呈现分析结果,支持一键导出和历史图像调阅,进一步降低使用门槛;平台配备必要的安全装置和数据保护措施,确保了操作安全性和数据安全性。当前,托普云农“高通量植物表型采集分析平台”已拥有9项国家专利,其中6项为发明专利。同时,基于托普云农自主研发及100%国产化优势,该平台较之同类型进口产品成本降低50%以上。科技创新是企业发展的不竭动力。作为国内先行的智慧农业综合服务商、全国专精特新重点“小巨人”企业,托普云农始终坚持“信息技术与农业专业深度融合,硬件与软件双向协同”的双轮驱动战略,积极引进行业尖端人才,推动农业智能装备国产化替代。当前,托普云农已自主研发气象环境、土壤、植物生理等多领域农业传感器30余种,创新升级技术,研发、迭代智能硬件装备200余种,赋能农业科研、种业、生产、管理、服务等全产业链应用场景。同时,托普云农成立智能实验室,开展智能识别、农业行业预测等一系列农业AI算法深度研究,推动科研成果向产业生产力落地转化。未来,托普云农会持续聚焦科技创新,围绕新一代农业传感器、AI模型算法、植物表型解析平台、小型智能农业机器人等关键技术领域展开科研攻关,不断打破国外产品技术垄断,为农业强国建设贡献托普力量。
  • 高精度高通量植物生长观测仪
    成果名称高精度高通量植物生长观测仪单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com成果成熟度□研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介:该项目设计搭建一个用于观测植物表型的实验仪器,其中包括多个组件:高分辨率CCD和可调镜头组用来拍摄图片;平面光源用来提供不同波段的单色光照;气瓶和阀门等装置用来控制气体(如乙烯)的浓度;电动平移台用来实现实时观测过程中植物位置和观察角度的连续变化。以上所有组件与电脑相连接,在电脑软件&ldquo MatLab&rdquo 中编写程序,控制各组件的开关和运行,并在&ldquo MatLab&rdquo 中对拍摄得到的图片进行加工和处理,从而实现对拟南芥早期生长发育过程的高精度、高通量、自动化的实时观察和测量分析。主要的研究环节包括:1)使用高分辨率CCD、可调镜头组和平面光源作为图像采集系统,使用台式电脑和MatLab软件编写程序作为控制系统,实现对单一植物样品的自动化连续图像采集;2)使用MatLab软件编写图像处理程序,实现对植物图像中胚轴和根长度、顶端弯钩角度、子叶颜色变化的自动化识别和测量;3)在图像采集系统中加载电动平移台,在自动化的基础上,实现同时对多个植物样品的高通量图像采集;4)在图像采集系统中加载气流控制系统,实现气体处理(如植物激素乙烯)的加入和去除;5)在MatLab软件中改进和完善图像处理程序,在自动化的基础上,进一步提高识别和测量结果的精确度和可重复性。目前,基于以上设计的高精度高通量植物生长观测仪按期研制完成。自主开发了两种全新的图像处理程序,使电脑对植物图像中幼苗的长度和角度实现了自动化智能化的识别和测量,并达到了很高的精确度和可重复性,为关键技术突破。应用前景:样机已经在拟南芥黄化苗对植物激素乙烯的动力学反应研究中投入应用,取得相应成果,并在SCI期刊上发表文章。
  • 乐氏科技便携式傅里叶红外气体分析仪在应急监测方面的应用
    近年来,突发环境事件时有发生,在发生污染事故,造成环境污染的紧急情况下,事故发生单位和政府必须快速采取措施、锁定污染物,因此,及时开展应急监测工作是必不可少的。 根据《突发环境事件应急监测技术规范》等有关要求,发生污染事故时,需要对厂界、辐射区域范围内大气敏感点进行多方位气体监测。监测点位的设置需要根据事故现场环境及严重程度来判断,实行多点位监测。在监测过程中根据外部环境的变化及时调整采样点位。 综上所述,《突发环境事件应急监测技术规范》对污染事故应急监测提出很高的要求,由于污染事故具有突发性、不确定性、扩散速度快以及后果的不可控性等特点,为了最大程度地控制事态扩大、减轻污染危害,对事故发生初始阶段的应急监测尤为重要,同时,对应急监测设备也提出了极大的挑战。1应急监测设备必备的性能便携性:事故发生现场地点具有多样性,如:山林火灾的监测、化工厂爆炸、工业泄露、加油站爆炸、恐怖袭击的生化毒气等等,应急人员需要在短时间内携带设备前往事故现场,并在现场进行移动、穿插,这对设备的便携性提出严格要求。功能性:事故类型不同,产生的有毒、有害气体种类及气体组分是不同的,这对分析仪监测气体组分的数量、精准度以及应对复杂场景提出严苛要求。快速性:在有限的时间快速了解事故发生现场气体种类及大致含量是制止事态扩大和减轻污染危害的重要条件,这对分析仪的检测速度、分析周期提出更高要求。 乐氏科技的便携式傅里叶红外气体分析仪能够完全满足上述条件。仪器搭配了PLS偏最小二乘法作为化学计量方法,采用先进的光谱预处理方法,使得仪表在复杂的环境空气中适用性更强,测量结果更准确、更科学。是突发性环境污染事故应急监测的好帮手。2工作原理 采用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR Spectrometer)进行气体分析。它不同于色散型红外分光的原理,是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪。主要由红外光源、光阑、干涉仪(分束器、动镜、定镜)、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和精细定量分析。 图1 光谱信息产生机理 图2 光谱信息产生机理3产品特点测量精度高,优于标定的±2%;光谱范围宽; 高分辨率分析模式; 定性、定量种类丰富,定性可达5578种 ;分析周期短、可连续在线监测; 抗光谱干扰能力强;预热时间短。4应用案例 2022年9月,乐氏科技在某疾控防疫中心实验室现场试验,对用户提前配制好的混合有机溶剂进行现场分析(配制的样品组分包含:苯系物、三氯乙烯、二乙醇、甲酸),以检验便携式傅里叶红外气体分析仪在分析VOCs性能方面的表现。图3 实验室测试现场通过一个周期的测试,结果显示:傅里叶红外气体分析仪能够非常快速、准确地检测出实验混合物中的气体组分,并进行定量分析。图4 仪器采集的原始样品谱图样品原始谱图中包含有丰富的VOCs组分特征谱带,说明仪器红外响应非常灵敏。图5 样品原始谱图与三氯乙烯标准谱图比对两者特征谱带出现的位置及形状相似度极高,因此仪器准确地分析出了混合样品中的三氯乙烯样品。图6 样品原始谱图与苯标准谱图比对样品原始谱图与苯标准谱图在2800cm-1—3200cm-1内比对,两者特征谱带出现的位置及形状相似度极高,因此仪器精准分析出了混合样品中的苯。 通过上述多组对比,很好地证明乐氏科技便携式傅里叶红外气体分析仪在VOCs分析方面具有很高的红外灵敏度和响应,非常适合在环境空气应急检测或职业卫生检测行业的应用。
  • 前沿应用丨TESCAN Micro-CT 应用于风机叶片的结构缺陷研究
    TESCANUniTOM是一款配置灵活的多分辨率3DX射线CT显微镜,可以对大尺寸的风机叶片(长约40cm)整体3D成像,这是一种非破坏性的技术,可以在不破坏材料的前提下,快速方便地获取风机叶片材料的内部结构,从而进一步研究和分析结构缺陷对叶片材料结构完整性的影响。毫无疑问,风是一种潜能巨大的新能源,在数秒钟内就能发出一千万马力(750万千瓦)的功率。风很早就被人类利用,比如用风车来抽水、磨面等,而现在风能主要被用作风力发电,通过风力带动风机叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。由于风力发电非常环保,无需使用任何燃料,也不会产生辐射或空气污染,因此得到广泛的应用。(图片来源于网络)但风机叶片作为风力发电机的核心部件之一,因积年累月的运转在自然环境中,长期受日照、风雪、雷电,沙尘,甚至大气污染等环境的侵蚀,叶片材料容易老化和损坏,这不但会导致昂贵的维修费用和停机成本,不良的叶片性能还会影响整个叶片的完整性,造成发电量的严重损失,甚至引发事故。风机叶片材料的损坏和老化(图片来源于网络)为了有效避免事故,减少风险,我们首先需要探究一个问题:风机材料的老化和损坏到底是如何影响叶片结构完整性的呢?我们知道风机叶片对材料的要求很高,不仅需要具有较轻的重量,还需要较高的强度、抗腐蚀、耐疲劳性能,因此复合材料在风机叶片的制造中被广泛应用,它占整个风机叶片的比重高达90%。但复合材料是由多种非均质材料组成的,在宏观和微观尺度上的结构都非常复杂,需要利用多尺度三维成像方法才来获得其完整的内部结构。那有没有一种方便快捷的多尺度成像方法能帮助我们快速获得叶片材料的完整内部结构呢?TESCANUniTOM是一款配置灵活的多分辨率3DX射线CT显微镜,可以对大尺寸的风机叶片(长约40cm)整体3D成像,这是一种非破坏性的技术,可以在不破坏材料的前提下,快速方便地获取风机叶片材料的内部结构,从而进一步研究和分析结构缺陷对叶片材料结构完整性的影响。(一)全局扫描,无损获取材料内部宏观结构首先,使用TESCANUniTOM对叶片材料样品进行了整体扫描成像,获得了复合材料的内部宏观结构。如下图中的横向切片所示,我们可以看到风机叶片是由多层玻璃纤维组成,在层之间的树脂中还存在许多孔隙,并且在复合材料的表面覆盖有涂层。对叶片材料整体成像,观测内部结构从风机叶片材料的概览图像和横截面中,可以观察到叶片材料中存在不同大小的孔隙,对这些孔隙进行进一步分析,发现检测到的大多数孔隙可能与存留在材料不同玻璃纤维层之间的气泡有关。孔隙度三维成像分析(蓝色代表较小的孔隙,红色代表最大的孔隙)孔隙度直方图统计分析(二)对概览图实时缩放分析,洞悉更多细节利用TESCANUniTOM系统,可以非常方便地在获得的概览图上选择感兴趣区域,进行实时缩放扫描,来对特征区域进行更加细节的观测。在对感兴趣区域的高分辨观察中,我们发现原本观测不到的存在于玻璃纤维层内和涂层内的孔变得清晰可见(不用对样品做任何处理,分辨度可增加5~10倍,达到12μm),并且借助于高分辨率的细节图像,也可以区分穿过涂层并在涂层下方的树脂内延伸的微小裂缝。局部扫描成像,洞悉更多结构细节然后,从较大叶片的垂直层中,选择一块具有代表性的区域,提取直径为5mm的样品。通过对样品的高分辨率扫描分析,可以得到材料内部不同层的详细信息,甚至可以区分出单根的玻璃纤维。此外,根据样品的横截面剖析,也可以观察到材料内部存在有不同类型的孔隙。对样品进行高分辨扫描,获取更多复杂信息材料内部不同层的特性分析分析表明,在这种叶片的复合材料中确实存在较大的孔隙,而这主要与材料内部玻璃纤维层中的起伏和这些层之间的空气泡有关。(三)涂层分析在叶片复合材料结构的顶部,通常会采用覆盖涂层的方式来增强材料的性能。但这种涂层非常的薄而且涂覆面积非常大,分析时既要求很高的分辨率,又需要分析很大的面积,采用传统的表征方法是不可行的。但TESCANUniTOM具有亚微米级的高分辨率(真实空间分辨率可以达到500nm),并能够分析大尺寸的样品(容纳样品直径可达40cm,高度可达50cm),非常适合叶片复合材料中覆盖涂层的分析。我们利用UniTOM系统对复合材料的内部结构进行局部扫描和放大分析,并借助软件将涂层与材料其他结构分离,对涂层的内部成像,可以发现在整个涂层中也存在大量的小气泡。对涂层结构成像分析,分类筛选出涂层中的小气泡可见,TESCANUniTOM是一款灵活的、模块化的多分辨率X射线CT显微镜,能够对完整的叶片材料样品整体成像来评估材料宏观尺度上的内部结构,还可以在获得的概览图像上选择感兴趣的区域,实时缩放进行更高分辨率的变焦扫描,最大化图像质量、分辨率和分析速度,是一种非常高效和实用的多尺度分析工具。风机叶片材料结构缺陷的多尺度高分辨研究
  • 大立科技新品推介 | T30移动便携式测温单元
    近日,大立科技推出新品——T30移动便携式测温单元。该产品有何特点呢?一起来了解下吧!即插即显 工程机移动操作√ 拍照/录像采集存储√ 全图温度数据二次分析√ 互联操作 一键分享丰富的测温功能√ 多点测温 多区域测温 线测温测温范围全覆盖√ -20℃~+150℃√ 0℃~+500℃多种模式图像显示√ 28种调色板可选 应对各种环境 辅助图像呈现√ 红外图像/可见光/画中画/融合专业的报表分析软件√ 一键生成分析报表 更高效384×288非制冷红外焦平面探测器Type-C手机供电 超低功耗45g轻巧便携±2%/±2℃精准测温从电力配网设备检测到弱电线路精准排查故障点大立科技专注红外三十年浙江大立科技股份有限公司前身为1984年成立的浙江省测试技术研究所,2001年完成改制,2008年2月在深圳证券交易所挂牌上市(股票代码002214)。大立科技是专业从事非制冷红外焦平面探测器、红外热成像系统、智能巡检机器人、惯性导航光电产品研制的高新技术企业。是国内少数技术自主可控、完全知识产权、独立研发;从生产热成像核心器件、机芯组件到整机系统制造,并具有完整产业链的专业制造商之一。公司先后承担了“核高基”、“重大科学仪器”等多项国家级科研专项。产品广泛应用于航空航天、电力石化、民用消费等领域,设有杭州、上海和北京三个技术研发中心,是国内唯一实现量产双技术路线(非晶硅与氧化钒)非制冷焦平面红外探测器的红外企业。大立科技基于“努力成为全球著名光电产品供应商”的发展愿景,赓续成熟的研发体系、质量管理体系以及售后服务体系,以“技术让用户放心,服务让用户满意”为核心的品牌价值观,为全球用户提供高质量的产品和专业化的服务。结合自身对光电应用技术的不断探索,为全球客户提供具有显著实效的行业解决方案。
  • 恒美新品|植物根系图像分析仪自动杂质剔除
    植物根系图像分析仪是一种专门用于分析植物根系图像的仪器。它通过高清晰度相机和计算机视觉技术,能够实现对植物根系图像的自动识别、测量和分析。 产品链接https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104275/C510092.htm 植物根系图像分析仪具有多种功能,包括但不限于以下几点: 1.自动识别和测量根系参数:仪器可以通过图像处理算法自动识别和测量根系的长度、直径、分支等参数,大大提高了测量效率和准确性。 2.分析根系生长状况:仪器可以根据测量的根系参数,分析根系的生长状况,如生长速度、生长趋势等,为植物生长研究提供重要依据。 3.研究根系与土壤环境相互作用:仪器可以用于研究根系与土壤环境的相互作用,如根系对土壤水分的吸收、土壤质地对根系生长的影响等。 4.评估植物对环境的适应能力:仪器可以通过分析根系的结构和生长状况,评估植物对环境的适应能力,为植物育种和栽培提供参考。 总之,植物根系图像分析仪是一种强大的工具,对于研究植物生长和环境适应性具有重要意义。它有助于提高农业生产的效率和可持续性,为科研和农业生产提供有力支持。
  • Resonon | WinRoots:用于土壤胁迫下植物表型研究的高通量栽培和表型分析系统
    土壤是重要的自然资源,地球上95%的食物来源于土壤,土壤保存了至少四分之一的全球生物多样性,不仅是粮食安全、水安全和更广泛的生态系统安全的基础,更是为人类提供多种服务、帮助抵御和适应气候变化的重要因素。由土壤组成造成的胁迫,例如盐、重金属和养分亏缺是作物减产的主要原因。作物土壤耐逆性是一种复杂性状,涉及植物形态、代谢和基因调控网络等多种遗传和非遗传因素的调控。传统的作物表型研究通常在田间进行,费事费力、劳动密集、低通量、且受研究人员无法控制的自然环境因素的影响。在此情形下,难以获得高精度的表型数据以满足表型组学的研究需求。在过去几十年,已经开发了几种HTP(高通量表型)平台在现场或可控条件下使用,但其运维成本极高。此外,作物表型相关研究通常只关注植物地上部分,而对根系形态数据的获取有限。然而,根系是植物吸收水分和养分的主要途径,也是碳水化合物的储存器官和土壤胁迫的直接感知器官。因此,根系表型是土壤胁迫条件下植物表型研究的重要组成部分。就通量、环境可控性和根系表型获取而言,现有的植物表型平台无法完全满足植物对土壤胁迫响应的表型组学研究的特定需求。基于此,在本文中,来自山东大学生命科学学院和潍坊农科院的一组研究团队描述了其最近开发的高通量植物栽培和表型系统—WinRoots平台。以大豆植物为研究对象,将其暴露在盐胁迫中,证明了土壤盐胁迫条件的一致性和可控性以及WinRoots系统的高通量。他们开发了优化的盐胁迫条件,以及适用于大豆耐盐性的高通量表型指数。此外,高通量多表型分析表明,子叶特征可作为大豆全苗耐盐性的非破坏性指标。在本研究中,Canon EOS 700D数码相机和Resonon Pika L高光谱成像仪分别用于获取RGB和高光谱图像。相机位于植物材料上方1.5 m的可滑动水平导轨上。每天收集大豆冠层和整株幼苗的图像。栽培第九天,获取离体叶片图像,每个品种重复3次。WinRoots系统:高通量根系和整株植物表型平台。系统使用示意图。【结果】盐胁迫相关性状之间的相关分析。(A)盐胁迫相关性状之间的相关矩阵。(B)预测值和观测值之间的回归曲线。大豆盐胁迫相关性状的合成聚类。(A)大豆盐胁迫相关性状的合成聚类剖面图。(B)聚类1和聚类2代表性栽培品种表型。(C)聚类1和聚类2指标比较。【结论】WinRoots系统为幼苗生长提供了均一可控的土壤胁迫条件,可用于土壤胁迫下高通量栽培和表型分析,有助于提供准确多样的土壤胁迫相关的表型数据。因此,WinRoots提供了一种分析诸如土壤胁迫之类的复杂性状的改进方法。HPPA(Hyperimager Plant Phenomics Analysis)高光谱植物表型成像系统由北京依锐思遥感技术有限公司与美国RESONON公司联合研制生产,整合了高光谱成像测量分析、RGB真彩色图像、无线自动化控制系统、线性均匀光源系统等多项先进技术;最优化方式实现大量植物样品的数据采集工作,可用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、遗传组学与表型组学、遗传育种、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。请点击以下链接,阅读原文:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650311205&idx=3&sn=ffe393bdf01d664cab05b92572691916&chksm=bee1a6da89962fccef8eae610681ac22d2239e59d016db96cd911d103186c3459c4061ca30bf&token=1489736406&lang=zh_CN#rd
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