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基于高光谱干涉技术珍珠层成像分析方法下

更新时间:2025-01-21      点击次数:119

HIT 可快速无损表征珍珠层等层状材料结构参数。为研究软体动物发育阶段与珍珠层结构参数关系,购买 11 对 1 - 6 岁活红鲍鱼,其壳长 20 - 140 毫米,由蒙特利鲍鱼公司在相同环境养殖,2019 年 8 月 6 日收集。对 22 个样本在靠近最外侧鳃孔的位置 1 和距其第四个鳃孔的位置 2(5×5 毫米)拍摄光谱图,平均位置图所有像素 MTT 值得单一值,以研究相关关系。

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研究红鲍鱼珍珠层个体发育依赖性:
测量点设定:在 22 个壳(11 对)上设两个 5×5 毫米方形测量点,点 1 靠近最外层鳃孔,含老时形成的珍珠层;点 2 靠近从点 1 向内第四个鳃孔,含不同时期形成的珍珠层。
相关图表:用平均平板厚度(MTT)图代表壳上点;绘制所有站点平均值与壳长关系图,不同极化和入射角下,每对同壳长壳有八个厚度测量值;展示不同擦洗阈值下线性拟合趋势图。

研究发现:MTT 与壳长、壳龄相关,年轻鲍鱼珍珠层片更厚,片厚度紊乱度更大,与以往认知不同。MTT 与年龄关系在其他形成珍珠层的软体动物或层状生物矿物中的适用性待检验,HIT 使该实验分析简便且成本低。

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结论
展示高光谱干涉断层扫描(HIT)技术,该技术全光学、快速且无损,能从无序和不均匀层状材料提取结构信息。通过电子显微镜检查珍珠层横截面,证实 HIT 确定文石片厚度和无序性的准确性。对不同发育阶段红鲍鱼壳的 HIT 分析,发现珍珠层厚度与动物年龄或壳大小间存在依赖关系。HIT 技术易推广至其他实验室或用于现场研究生物形成的分层光学材料。
方法
HIT 测量设置:使用高光谱相机、旋转台、准直宽带卤素光源,在相同照明条件下将光谱标准化为铝镜反射率。 HIT 图像空间分辨率约 100µm,光接受角 ±9°,通过准直入射光和小接受角捕获镜面反射光。
传递矩阵法与蒙特卡洛模拟相结合:传输矩阵法计算光谱需输入各层折射率、厚度、入射角、偏振和波长等。
红鲍鱼个体发育测量:测量 22 只 1 - 6 岁、壳长 20 - 140 毫米的活体红鲍鱼,测量条件为 30° 入射角下 p 和 s 偏振反射率及 14° 入射角下 p 偏振反射率;

珍珠层形成的 SEM 横截面验证:在测量位置切割、嵌入、研磨、抛光和涂层红鲍鱼壳,用 SEM 直接测量药片厚度。其数据与 HIT 技术观察趋势高度一致。

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