国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
在众多化学物质检测技术手段中, 红外检测技术由于具有非破坏性、 灵敏度高、 检测速度快、 准确性好等特点, 广泛应用于化工、 生物医学、 食品安全等领域。 量子点光谱仪是使用量子点代替光栅作为分光器件, 结合阵列探测器及光谱重构算法实现光谱检测的新型微型光谱仪, 具有体积小、 成本低等优点。 为了进一步提升现有量子点光谱仪和量子点器件检测化学物质的普适性, 为微小型近红外分光器件研制提供有效技术途径, 以危险化学品乙醇、 化学战剂模拟剂甲基膦酸二甲酯、 二氯甲烷为目标物, 通过将多种量子点材料与紫外固化胶混合后沉积在RGB点阵模块并固化, 制备了发射光谱波段为900~1 600 nm的近红外胶体量子点阵列。 采用经验模态分解方法提取输入光谱的高频信号以减小随机噪声干扰, 并基于最小二乘法建立了相应光谱重构算法。 实验结果表明, 近红外胶体量子点阵列制备方法简单, 成本低、 稳定性较好。 具有144条光谱通道的近红外胶体量子点阵列实现的重构光谱分辨率可以达到4.861 nm, 与标准吸收光谱相比, 其特征峰最小偏差仅为0.043%。 因此, 使用近红外胶体量子点阵列结合光谱重构算法可以实现气态、 液态目标物的光谱重构和检测识别。 未来, 通过增加阵列数量可有效提升重构光谱的光谱分辨率; 通过增加所选量子点材料, 还可以实现从紫外到红外波段范围内的光谱检测; 通过优化检测光路和重构算法参数提高目标物检测信噪比。
近红外光谱 量子点 危险化学品 化学战剂 重构算法 Near infrared spectroscopy Quantum dots Hazardous chemicals Chemical warfare agents Reconstruction algorithms 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3370
国民核生化灾害防护国家重点实验室，北京 102205
归纳总结了现阶段国内外微型近红外光谱仪的发展现状，并对其原理结构以及优缺点进行阐述分析。最后对微型近红外光谱仪的发展前景进行了展望，微型近红外光谱仪在特定领域提高专用性的同时依然会朝着高信噪比、高分辨率、高稳定性、以及新材料、新工艺方向发展。
光谱 近红外 微型近红外光谱仪 色散型光谱仪 调制型光谱仪 spectrum, near infrared, miniature near infrared s
国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
为了提升量子点光学器件使用性能, 本文提出采用点胶法制备量子点阵列并通过选择组分配比控制量子点胶点形貌。实验使用甲苯和 UV胶混合制成量子点胶水溶液, 研究了甲苯和 UV胶在不同配比下制作的量子点胶点的形貌特征, 实验证明当甲苯与 UV胶配比合适时, 点胶机打印阵列具有形貌良好、发光均匀、无咖啡环效应、打印精度高、阵列整齐等优点, 随着组分配比中甲苯含量的增加, 量子点胶点圆度、发光均匀性、一致性及排列整齐度均降低。因此通过改变组分配比, 可有效控制及优化胶点形貌, 提高量子点阵列的一致性与发光均匀性, 对提高量子点器件的灵敏度及分辨率等具有重要意义。
量子点阵列 点胶法制备 点胶机打印 形貌控制 quantum dot array, preparation by dispensing, disp
中国人民解放军军事科学院 防化研究院 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
为了实现对甲烷体积分数场的2维分布重建, 基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)检测技术, 以甲烷为目标气体, 采用直接吸收的测量方式, 探测了甲烷氮气混合气的吸收光谱信号, 通过代数重建算法对甲烷体积分数进行了模拟重建和实验研究, 模拟重建采用了6×6共36个方格的正方形重建区域, 假定一个方形区域内具有空穴的体积分数分布, 模拟24条光束从4个方向穿过重建区域, 获取了模拟光线下的投影值。结果表明, 经过重复实验统计均方根误差在2.58%, 对模拟投影信号加入不同信噪比(5%, 10%, 20%)的高斯白噪声之后再进行重建, 均方根误差分别在4.17%~9.30%之间; 实验研究采取面源泄露式扩散方式, 并通过在中心附近放置石英柱的方式人为制造体积分数空穴, 形成非均匀体积分数场, 通过对放置障碍物前后的重建结果对比, 能够看到在空穴位置有明显的体积分数下降。TDLAS技术与计算机断层重建技术在气体体积分数场的局部分布检测上有可行性, 具备作为有毒有害气体云团体积分数分布检测手段的潜力。
光谱学 2维分布重建 代数重建算法 可调谐半导体激光吸收光谱检测技术 spectroscopy 2-D distribution reconstruction algebraic reconstruction algorithm tunable diode laser absorption spectroscopy detect
军事科学院防化研究院，国民核生化灾害防护国家重点实验室，北京 102205
为了实现对气体浓度场二维分布重建，基于可调谐半导体激光吸收光谱技术，以甲烷作为目标气体，选取1653.72 nm 的吸收峰位，采用直接吸收的测量手段，探测了浓度为2.97%的甲烷近红外光谱信息，通过断层重建算法对甲烷浓度场进行了模拟重建和实验研究。模拟重建采用了12×12 共144个方格的正方形重建区域，假定了一个方形区域内的具有多个空穴的浓度分布，模拟72 条光束从4个方向穿过重建区域，获取模拟光线下的投影值，经过实验统计代数重建算法均方根误差为5.58%，模拟退火算法均方根误差为8.38%；对模拟投影信号加入不同信噪比的高斯白噪声之后再进行重建，均方根误差在9.17%～15.30%之间。实验装置采用面源泄露扩散方法，通过在中心附近放置石英柱的方式人为制造浓度空穴，形成非均匀浓度场。通过对代数重建算法和模拟退火算法的重建结果对比，能够看到模拟退火算法在近红外吸收光谱层析重建方法中的应用可行性。
光谱学 二维分布重建 模拟退火算法 近红外TDLAS 检测技术 spectroscopy two dimensional distribution reconstruction simulated annealing algorithm near infrared TDLAS detection technology
选择间苯二酚杯[4]芳烃硫醚衍生物(CA)作为声表面波(SAW)化学传感器敏感膜材料,结合分子印迹技术(MIT),在传感器金延迟线上以自组装(SA)的方法制作对有机膦化合物有选择性吸附能力的敏感膜,探讨了SAW-CA传感器检测甲基膦酸二甲酯(DMMP)过程中敏感膜的吸附机理.
间苯二酚杯[4]芳烃硫醚衍生物(CA) 声表面波(SAW) 自组装技术(SA) 分子印迹技术(MIT) 吸附浇机理
