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拉曼、紅外和近紅外化學成像（簡體書）
商品資訊
ISBN13：9787122358851
出版社：化學工業出版社
作者：(美)斯洛博丹‧薩希奇
譯者：楊輝華
出版日：2022/09/01
裝訂／頁數：平裝／388頁
規格：24cm*17cm (高/寬)
版次：一版
商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
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商品簡介
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、儀器硬件、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應用。參與本書撰寫的作者大都來自大學、研究院所、儀器公司和工業應用部門，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。
《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。
作者簡介
楊輝華，北京郵電大學自動化學院教授、博導，中國計算機學會高級會員、高性能計算專委會委員；中國儀器儀表學會理事、近紅外光譜分會副理事長；全國信息技術標準化技術委員會信息技術服務分技術委員會委員。《計算機科學與探索》期刊編委。1972年9月出生，湖南常德人，中國儀器儀表學會近紅外光譜專業委員會副秘書長，1994年、1997年畢業於華中理工大學自動控制工程系，分別獲工學學士、工學碩士學位；2005年畢業於華東理工大學信息學院模式識別與智能系統專業，獲工學博士學位。 教育經歷：1994年、1997年畢業於華中理工大學自動控制工程系，分別獲工學學士、工學碩士學位；2005年畢業於華東理工大學信息學院模式識別與智能系統專業，獲工學博士學位。研究工作簡歷：1997年起在桂林電子科技大學計算機系、電子工程與自動化學院工作，先後任講師、副教授、教授、博導；2005年-2007年在清華大學分析中心從事博士後研究工作；2014年到北京郵電大學自動化學院工作，任教授、博導。研究領域：（1）機器學習、人工智能；（2）光譜、圖像大數據分析技術等
名人/編輯推薦
分子振動光譜（中紅外、近紅外和拉曼）分析技術已廣泛應用於農業、石化、製藥、食品和臨床醫學等領域，但是傳統的分子振動光譜得到的是樣品某一點（或很小區域）的平均光譜，因此非常適合於均勻物質的分析。如果想得到不同組分在不均勻混合樣品中的空間及濃度分布，則需要采用光譜成像技術。光譜成像技術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，從而進一步得到空間各點的組成和結構信息。
光譜成像先前多應用於遙感如農業、地質、海洋、大氣以及軍事等領域，依據光譜分辨能力的不同稱為多光譜成像（Multispectral imaging）或高光譜成像（Hyperspectral imaging）。近些年，隨著過程分析技術在製藥、石化和食品等領域的興起，現代化學計量學方法隨之被應用於光譜圖像數據的分類和識別，光譜成像儀器逐漸走進了實驗室和生產現場，成為現代過程分析技術平臺中的一員，光譜成像也越來越多被化學成像（Chemical imaging，CI）一詞所替代。尤其是分子振動光譜化學成像技術，目前正在成為傳統分子光譜的互補技術，在製藥、農業、食品和醫學等領域得到了廣泛關注，在實際應用中也取得了顯著進展。
光譜成像先前多應用於遙感如農業、地質、海洋、大氣以及軍事等領域，依據光譜分辨能力的不同稱為多光譜成像（Multispectral imaging）或高光譜成像（Hyperspectral imaging）。近些年，隨著過程分析技術在製藥、石化和食品等領域的興起，現代化學計量學方法隨之被應用於光譜圖像數據的分類和識別，光譜成像儀器逐漸走進了實驗室和生產現場，成為現代過程分析技術平臺中的一員，光譜成像也越來越多被化學成像（Chemical imaging，CI）一詞所替代。尤其是分子振動光譜化學成像技術，目前正在成為傳統分子光譜的互補技術，在製藥、農業、食品和醫學等領域得到了廣泛關注，在實際應用中也取得了顯著進展。
序
近10年來，振動光譜化學成像作為一種較為新穎的成像方法快速發展起來。它更多的是用於樣品的探索而不是常規分析，因此相比於工業實驗室更適用於學術實驗室。當然，成像技術也在不斷發展，已經在各個行業中獲得應用，並用以解決各種實際問題。拉曼光譜、紅外或近紅外響應/光譜化學成像的關鍵是光譜采集所產生的化學專一性和光譜信息的豐富性。對於光譜圖像蘊含的豐富數據，通常用基於線性代數的算法來處理，這些算法仍然相當先進，現在已經普遍應用於化學成像領域中。由於樣本成像的數據響應是線性的，線性代數(在這一領域稱為化學計量學)得以應用。通常，在化學成像上應用化學計量學方法可以獲取很多有用的信息，而僅僅采用波長特征作為目標成分的判據（事實上，這是目前成像技術最常用的方法），往往不能給出這些信息或只能給出模棱兩可的信息，這也很好地說明了化學計量學方法的重要作用。本書講述的許多實例都采用化學計量學來獲得有意義的圖像。
硬件是化學成像發展的另一個關鍵因素。近年來，光譜儀與顯微鏡(即化學成像儀器)組合在一起的儀器得到了極大的發展，這無疑很大程度上促進了化學成像技術的廣泛應用。可以毫不夸張地說，目前針對化學成像技術的應用開發有點落後於可用的硬件技術。本書尤其關注硬件技術。
軟件也同樣關鍵。有幾種商業軟件可供選擇，但用戶通常單獨使用編程語言(Matlab無疑占主導地位)編寫程序處理這些復雜的3D(或4D)數據集，這些程序只需要巧妙地應用現有算法即可。在這裡，沒有著重介紹對計算方法的改進，因為它們已相當廣泛地應用於不同的問題，如合適的算法應用於成像領域，證明它們具有能夠在成千上萬光譜數據集中提取可靠信息的能力。
本書從各個角度介紹了振動光譜的化學成像。首先介紹振動光譜學，硬件介紹得更多，軟件相對較少(因為在應用中頻繁出現計算細節的介紹)，然後列出了多個領域的應用，其中篇幅最多和影響最大的是生物醫學和製藥行業，其次是同樣具有前景和重要性的食品與聚合物領域。通過列出一些前沿的實驗成果，讓讀者對振動光譜成像的發展和未來有大致的了解。書中的每一章都涵蓋了三種振動光譜的應用(拉曼光譜、紅外光譜和近紅外光譜)，本書的最後幾章更注重於拉曼光譜。本質上說，獲取化學圖像不是一項艱難的任務，甚至在某些情況下可以很容易地完成，更重要的是需要一位具有豐富光譜學知識和化學計量學知識的專家來對棘手的數據進行處理，並從實驗處理結果中獲得有用的信息。而這本書的作者恰恰都是這樣的人，他們要麼是世界級的科學家，要麼是各自領域的權威。我們希望這本書中提出的各個觀點都富有影響力，它詳細地闡述了什麼是化學成像，怎麼實現它，以及怎麼去獲取更多的信息。我們希望讀者如同作者熱愛編著本書一樣喜歡閱讀它。
2010年2月
硬件是化學成像發展的另一個關鍵因素。近年來，光譜儀與顯微鏡(即化學成像儀器)組合在一起的儀器得到了極大的發展，這無疑很大程度上促進了化學成像技術的廣泛應用。可以毫不夸張地說，目前針對化學成像技術的應用開發有點落後於可用的硬件技術。本書尤其關注硬件技術。
軟件也同樣關鍵。有幾種商業軟件可供選擇，但用戶通常單獨使用編程語言(Matlab無疑占主導地位)編寫程序處理這些復雜的3D(或4D)數據集，這些程序只需要巧妙地應用現有算法即可。在這裡，沒有著重介紹對計算方法的改進，因為它們已相當廣泛地應用於不同的問題，如合適的算法應用於成像領域，證明它們具有能夠在成千上萬光譜數據集中提取可靠信息的能力。
本書從各個角度介紹了振動光譜的化學成像。首先介紹振動光譜學，硬件介紹得更多，軟件相對較少(因為在應用中頻繁出現計算細節的介紹)，然後列出了多個領域的應用，其中篇幅最多和影響最大的是生物醫學和製藥行業，其次是同樣具有前景和重要性的食品與聚合物領域。通過列出一些前沿的實驗成果，讓讀者對振動光譜成像的發展和未來有大致的了解。書中的每一章都涵蓋了三種振動光譜的應用(拉曼光譜、紅外光譜和近紅外光譜)，本書的最後幾章更注重於拉曼光譜。本質上說，獲取化學圖像不是一項艱難的任務，甚至在某些情況下可以很容易地完成，更重要的是需要一位具有豐富光譜學知識和化學計量學知識的專家來對棘手的數據進行處理，並從實驗處理結果中獲得有用的信息。而這本書的作者恰恰都是這樣的人，他們要麼是世界級的科學家，要麼是各自領域的權威。我們希望這本書中提出的各個觀點都富有影響力，它詳細地闡述了什麼是化學成像，怎麼實現它，以及怎麼去獲取更多的信息。我們希望讀者如同作者熱愛編著本書一樣喜歡閱讀它。
2010年2月
目次
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熒光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相幹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
第一篇硬件
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介質幹涉濾光器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拉曼成像儀平臺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拉曼熒光成像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實際應用案例63
2.9總結與未來發展方向64
參考文獻65
3FTIR成像硬件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幹涉儀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樣品臺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陣列的應用84
3.6紅外成像的采樣模式84
3.6.1透射采樣85
3.6.2反射采樣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采集模式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最優化實驗條件：實用性考慮108
4.5.1空間分辨率和放大率108
4.5.2檢出限109
4.5.3采樣和樣本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數字化圖像、多元圖像和高光譜圖像113
5.1.2圖像數據文件116
5.1.3圖像和數據分辨率類型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人工神經網絡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應用
6拉曼成像的生物醫學應用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睪丸微石癥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傷口愈合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應用163
7.1引言163
7.2皮膚和神經酰胺模型的紅外光譜164
7.2.1皮膚的超分子組織164
7.2.2神經酰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酰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頭發的紅外顯微成像175
7.7傷口愈合的振動顯微成像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應用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應用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
第三篇藥學中的應用
9拉曼化學成像的藥學應用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生物醫學應用217
9.5數據處理220
參考文獻225
10FTIR光譜成像在藥學中的應用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成像樣品制備方法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藥物制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應用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應用259
11.3.1制劑、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應用
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點采樣的成像技術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應用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樣本制備和表達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文獻中的應用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應用
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裡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：遠場和常規設置的應用和實驗方法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成像的應用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超寬帶多元相幹反斯托克斯拉曼散射過程375
16.4.2用於超寬帶多元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
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熒光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相幹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
第一篇硬件
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介質幹涉濾光器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拉曼成像儀平臺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拉曼熒光成像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實際應用案例63
2.9總結與未來發展方向64
參考文獻65
3FTIR成像硬件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幹涉儀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樣品臺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陣列的應用84
3.6紅外成像的采樣模式84
3.6.1透射采樣85
3.6.2反射采樣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采集模式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最優化實驗條件：實用性考慮108
4.5.1空間分辨率和放大率108
4.5.2檢出限109
4.5.3采樣和樣本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數字化圖像、多元圖像和高光譜圖像113
5.1.2圖像數據文件116
5.1.3圖像和數據分辨率類型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人工神經網絡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應用
6拉曼成像的生物醫學應用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睪丸微石癥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傷口愈合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應用163
7.1引言163
7.2皮膚和神經酰胺模型的紅外光譜164
7.2.1皮膚的超分子組織164
7.2.2神經酰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酰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頭發的紅外顯微成像175
7.7傷口愈合的振動顯微成像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應用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應用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
第三篇藥學中的應用
9拉曼化學成像的藥學應用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生物醫學應用217
9.5數據處理220
參考文獻225
10FTIR光譜成像在藥學中的應用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成像樣品制備方法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藥物制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應用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應用259
11.3.1制劑、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應用
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點采樣的成像技術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應用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樣本制備和表達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文獻中的應用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應用
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裡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：遠場和常規設置的應用和實驗方法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成像的應用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超寬帶多元相幹反斯托克斯拉曼散射過程375
16.4.2用於超寬帶多元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
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