小龙虾是近年来广受消费者欢迎的淡水产品, 相关产业迅猛发展, 产生巨大的经济利益。 小龙虾整虾及虾仁、 虾尾在运输过程中极易腐败变质, 产生有害物质。 如果不能对小龙虾新鲜度进行及时检测, 任由腐败小龙虾进入食品流通环节, 极易酿成食品安全事故, 危害消费者生命安全, 对整个产业链造成不良影响。 挥发性盐基氮(TVBN)是衡量水产品新鲜度的主要指标, 也可以用于衡量小龙虾的新鲜度, 但传统的挥发性盐基氮检测方法存在步骤复杂、 检测时间长和化学试剂污染的等问题, 无法满足小龙虾庞大产业链的检测需求。 近红外光谱技术是一种快速、 无损、 环境友好的分析技术, 在食品分析领域中已有较为广泛的应用。 本研究基于近红外光谱分析技术(NIR), 结合化学计量学方法提出一种小龙虾新鲜度的快速检测方法。 使用偏最小二乘算法(PLS)建立小龙虾虾尾挥发性盐基氮定量分析模型。 为了提高模型的预测能力, 使用多元散射校正(MSC)、 标准正态变换(SNV)、 连续小波变换(CWT)和1阶导数(1st)法对光谱进行预处理, 扣除光谱背景; 使用蒙特卡洛-无信息消除(MC-UVE)和随机检测(RT)算法进行波长筛选, 选择光谱中有效变量。 结果显示, 光谱预处理和波长筛选技术能够有效提高模型的预测能力。 其中, 经过1阶导数和蒙特卡洛-无信息变量消除法组合优化处理之后的光谱所建立的偏最小二乘模型与其他模型相比具有更好的预测能力, 对于预测集样品, 其预测均方根误差和相关系数可达1.626和0.950, 能够实现对小龙虾新鲜度的快速、 准确检测。

In this paper, we propose and demonstrate a high-performance mercury ion sensor with sub-nM detection limit, high selectivity, and strong practicability based on the small molecule of the 4-mercaptopyridine (4-MPY) modified tilted fiber Bragg grating surface plasmon resonance (TFBG-SPR) sensing platform. The TFBG-SPR sensor has a rich mode field distribution and a narrow bandwidth, which can detect the microscopic physical and chemical reactions on the sensor surface with high sensitivity without being disturbed by the external temperature. For the environmental compatibility and highly efficient capture of the toxic mercury ion, 4-MPY is modified on the sensor surface forming a stable (4-MPY)-Hg-(4-MPY) structure due to the specific combination between the nitrogen of the pyridine moiety and the Hg²⁺ via multidentate N-bonding. Moreover, gold nanoparticles (AuNPs) are connected to the sensor surface through the (4-MPY)-Hg-(4-MPY) structure, which could play an important role for signal amplification. Under the optimized conditions, the limit of detection of the sensor for mercury ions detection in the solution is as low as 1.643×10^–10 M (0.1643 nM), and the detection range is 1×10^–9 M – 1×10^–5 M. At the same time, the mercury ion spiked detection with tap water shows that the sensor has the good selectivity and reliability in actual water samples. We develop a valuable sensing technology for on-time environmental Hg²⁺ detection and in-vivo point of care testing in clinic applications.

针对传统硫化氢检测方法灵敏度低的问题, 以1,8-萘酰亚胺为荧光基团, 基于H2S的还原性, 通过在荧光分子结构上引入具有氧化性的硝基, 合成一种可与硫化氢气体发生氧化还原反应生成有荧光响应的小分子荧光探针。 该探针本身荧光十分微弱, 且荧光峰值在λ=467 nm和λ=522 nm处。 与H2S反应之后, 522 nm处的荧光效应消失, 467 nm处的荧光效应显著增强。 测定小分子荧光探针在通入H2S气体前后的荧光光谱, 分析467 nm处的荧光强度与气体浓度关系。 结果表明: 荧光光谱法检测出的H2S气体浓度与荧光强度之间存在很强的线性关系, 相关系数为0.979 3, 最低可检测极限可达0.88×10-6 mol·L-1量级。 表明基于1,8-萘酰亚胺衍生物的荧光光谱检测法可为油气田H2S气体浓度的的快速测定提供参考。

Two promising post-treatment techniques, i.e. applying tensile strain and rising temperature, are demonstrated to enhance the mode-coupling efficiency of the CO₂-laser-induced long period fiber gratings (LPFGs) with periodic grooves. Such two post-treatment techniques can be used to enhance the resonant attenuation of the grating to achieve a LPFG-based filter with an extremely large attenuation and to tailor the transmission spectrum of the CO₂-laser-induced LPFG after grating fabrication.

以具有代表性的野外实测光谱数据作为端元，对水体遥感反射率进行线性混合光谱分解，基于分解得到的各组分丰度，构建了一种新的水体叶绿素a指数CSI（叶绿素a光谱指数）。以太湖、巢湖、滇池以及三峡水库水体的307 组实测叶绿素a 浓度及高光谱数据为基础，分析了CSI的特性。以该指数为自变量，构建了内陆浑浊二类水体叶绿素a 浓度估算模型，并分析了模型的抗噪性和传感器适应性。结果表明：1) CSI对水体叶绿素a 浓度大小有较好的指示作用，以f_CSI=0 为条件将实测光谱分为2 个类别，可以表征光谱特征的明显差异；2) CSI作为自变量的叶绿素a 浓度估算模型在实测高光谱数据集中的精度与三波段算法(TBA)相近(二者估算结果的平均相对误差分别为0.332和0.330，均方根误差分别为9.892和9.929)；3) 以CSI为自变量得到的估算模型对无偏移噪声和有偏移噪声都有较好的抗性，其中无偏移噪声几乎不影响算法的精度，而三波段算法对两种噪声同样敏感，随着噪声增加，估算结果出现较大误差；4) 新的估算算法对传感器波段设置不敏感，其优势在宽波段多光谱数据集中更加明显。相比于传统水体叶绿素半经验算法，CSI算法具有更高的稳定性和更强的应用潜力。

针对内陆湖泊水环境遥感监测缺乏合适数据源这一问题，基于水体生物光学模型与传统图像融合算法，开发了一种适用于复杂内陆二类水体的生物光学融合（BOF）算法，用于融合多光谱数据和高光谱数据。利用Hyperion数据生成模拟数据集进行算法验证，并将实验结果与小波变换算法、Gram-Schmidt变换算法和色彩标准化算法分别进行对比，结果表明：从视觉效果来看，BOF 算法较好地融合了高光谱数据的色彩信息和多光谱数据的空间细节信息；从图像精度指标来看，BOF 算法不仅在多种分辨率差异下都得到最好的精度，且精度对分辨率差异不敏感；在叶绿素a浓度估算实验中，BOF 算法也得到了最优的效果，均方根误差(RMSE)为9.817，其他三种算法的RMSE 分别为18.841、15.913和15.655。新算法有较强的应用潜力，有望为内陆二类水体遥感监测提供更合适的数据源。

以大亚湾核电站附近海域为研究区, 基于HJ-1B卫星热红外遥感数据IRS4, 对核电站温排水空间分布特征进行了识别与验证。 首先利用时空插值后的NCEP大气廓线数据, 结合近地面气象观测信息对IRS4数据进行大气订正; 其次查找表数据建立IRS4宽通道辐亮度与辐射温度转换公式, 完成研究区海表温度反演。 利用温盐深测量仪, 与卫星同步采集了84个离散点的水温, 经空间插值获得地面调查海水“体温度”(bulk temperature, BT)的分布, 并与海表温度(sea surface temperature, SST)反演结果进行了对比。 结果表明, 调查区平均BT比平均SST高0.47 ℃。 在远离热排放口区域, SST高于BT, 两者差异在1.0 ℃以内; 在靠近热排放口区域, SST低于BT, 并且越接近排放口两者之间差距越大。 遥感与地面调查两种手段获得的温升分布基本一致, 总温升区域面积相近。 遥感手段获得的温升等级较少(小于4级), 地面调查获得温升等级较多(大于5级); 后者高温升等级(2级以上)区域面积较大, 但对于1级温升区面积而言, 两种手段差异较小。 上午10时左右海表BT与SST差异较小, “肤-体”温差效应可以忽略, 在IRS4业务化SST应用中, 这一时段的卫星遥感可以作为核电站温排水分布监测的常规手段。

高光谱遥感技术在环境保护领域中应用广泛, 本文概述了高光谱遥感技术在我国大气环境中污染气体、 温室气体监测, 水环境中重点水污染源水华、 水质、 饮用水源地安全监测, 生态环境的生物多样性、 植被类型监测、 土壤污染等方面的应用情况, 并指出目前存在国内高光谱卫星缺乏、 数据处理和信息提取能力不足等问题, 以及目前迫切需要发展搭载大气痕量气体差分吸收光谱仪、 温室气体监测仪、 高光谱成像仪等高光谱传感器的环境卫星后续星、 加强高光谱数据处理和信息提取攻关研究、 加快高光谱环境地面应用系统的建设等建议。