针对具有圆对称结构特征的光束，提出了一种基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法。与传统Gerchberg-Saxton算法相比，相同条件下，该算法能够在较少的迭代次数内实现快速收敛，并大幅节省计算时间（约100倍），利用该算法设计的衍射光学元件呈圆对称分布，结构简单、更易于加工；此外，设计实验对目标光束整形，验证了该算法的可行性，实验结果光强分布较好，为衍射光学元件的设计和加工提供了重要的指导意义。

针对菲涅尔高倍聚光光伏及光热系统的镜面因暴露于自然环境，其表面积尘对系统输出特性产生较大影响这一问题，参考测试点自然积尘成分和地表情况，选取6种典型积尘颗粒，采用X射线衍射分析仪、能谱仪和扫描电镜等设备，研究其颗粒形貌、物质和元素组成；并开展菲涅耳高倍聚光光伏及光热系统实验研究，利用灰色关联度法处理实验数据，分析积尘物化性质对系统电热输出性能的影响。结果表明，积尘成分复杂，岩石类颗粒中碳酸钙、碳酸镁钙、钙钠长石含量较多，煤矸石和焦炭颗粒中包含大量的硅酸盐；各类型积尘对系统电热输出影响不同，其中镜面积尘煤矸石粉末每增加1 g/m²，系统综合性能下降15%，影响最大；积尘物质组成对系统电功率（E）影响关联度排序为ESiO2>EFe2O3>ECaCO3>ECaMg(CO3)2，对系统热功率（T）的影响大小排序为TSiO2>TCaCO3>TFe2O3>TCaMg(CO3)2；颗粒元素对系统电热输出（P）的影响相同，大小排序为PO>PAl>PCa>PMg>PFe>PSi>PC。

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法，通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体，从而降低前端光学系统的成像质量要求，并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计，且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。

基于梅斯林对切光子筛，提出了一个小程差的干涉测量方案以校准空间光调制器。该方案不仅提供了参考坐标系，补偿了系统振动对定标结果的扰动，而且获得了高信噪比的干涉光斑，降低了测量系统对探测器灵敏度的要求。在批量提取干涉光斑质心后，通过参考坐标系转换，得到了相位调制曲线。该曲线通过了波前分析仪的相位检定，632.8 nm和488 nm波长光的标定曲线的残差最大峰谷值小于0.012λ（λ为波长）。结果表明，该方案是一个适用于空间光调制器的高稳定高精度的干涉校准方法。

电铸工艺黄金饰品金含量及其杂质元素含量测定主要采用火试金法和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法, 然而这两种方法对于该类产品金含量的测试结果存在明显差异, 尤其是无氰电铸和有氰电铸两种不同工艺制备的黄金饰品。 研究了辉光放电质谱(GDMS)技术测定金样品26种杂质元素的含量, 显示GDMS仪器相对灵敏度因子(RSF)测试的杂质元素含量总体偏高, 其中16种元素的仪器RSF与校正RSF比值为0.96～1.90, 铜和铬元素仪器RSF与校正RSF比值差距较大分别是3.01和3.91, 能够满足金制品中杂质元素的含量测定。 通过对比GDMS法和国家标准火试金法和ICP-AES法对金含量测定结果, 发现GDMS法测定无氰电铸金饰品的金含量与火试金法和ICP-AES法测试的金含量结果相当; 而对于有氰电铸工艺制备的金饰品, GDMS法测定的金含量结果与火试金法测定结果一致, 却明显小于ICP-AES法测试的结果。 这表明GDMS法和火试金法适用于不同类型电铸工艺金饰品金含量的准确测定, 而ICP-AES法仅适用于无氰工艺电铸金饰品金含量的测定。 此外, 相比于现行国家标准ICP-AES法, GDMS法能够测试碳和氮元素。 研究发现采用GDMS测试有氰电铸工艺金饰品中碳、 氮、 钠、 钾元素的含量明显高于无氰电铸工艺金饰品, 进而能够推断黄金饰品的电铸工艺类型是否为有(无)氰工艺。

冬虫夏草卓越而神秘的补益效果一直为人们所关注, 尤其是它药食两用的药学价值和总砷超标引发了人们对冬虫夏草的诸多质疑。 分析冬虫夏草所含人体必须微量元素的水平, 对具有潜在毒性微量元素开展安全评价就显得非常必要。 依据原子发射光谱、 原子吸收光谱和原子荧光光谱对目标分析元素的适用性、 灵敏度、 精密度、 线性范围及抗常量元素强谱干扰能力选择较优分析方案, 选择基质干扰最小化的微波辅助消解程序, ICP-OES光谱仪分析Fe、 Zn、 Mn、 Cu、 Sr 五种元素含量, 石墨炉原子吸收法分析Pb元素含量, 原子荧光光谱法分析Se和As的含量。 分析研究了15个产地冬虫夏草中Fe、 Zn、 Mn、 Se、 Cu、 Sr、 As、 Pb等8种观测微量元素的平均含量。 结果表明: 与补肾药淫羊藿相比, 冬虫夏草中所含Mn、 Fe、 Zn、 Se均在较高水平, Cu和Sr含量在一般水平。 Pb的平均含量在药典限量以内, As的平均含量超出了药典限量。 Fe的平均含量在1 770.5 μg·g-1, Zn的平均含量在106.2 μg·g-1, Mn的平均含量在60.4 μg·g-1, Se的平均含量在0.055 μg·g-1, Cu的平均含量在17.4 μg·g-1, Sr的平均含量在4.4 μg·g-1, As的平均含量在11.42 μg·g-1, Pb的平均含量在2.33 μg·g-1。 玛沁冬虫夏草中的Mn和Fe含量最高, 分别达到了84.1和3 089.8 μg·g-1。 青海祁连冬虫夏草的Zn含量最高, 达到了163.0 μg·g-1。 治多冬虫夏草中的Se含量达到了0.083 μg·g-1。 冬虫夏草中Fe、 Mn、 As、 Zn的平均含量呈现显著的地区差异。

硬水铝石是珠宝市场上流行的彩色宝石, 因其具有独特的变色效应（日光下呈现棕黄绿色, 白炽灯下呈现紫红色）而被广大消费者欢迎。 研究硬水铝石的变色成因对于宝石的切割加工、 优化处理以及价值评估有着重要意义。 目前硬水铝石的变色成因研究较少, 考虑到硬水铝石的化学成分和晶体结构与刚玉类似, 刚玉的颜色成因理论研究较为成熟, 因此, 为研究硬水铝石的变色成因, 本文选取与硬水铝石变色效应非常相近的变色刚玉, 从二者的微量元素、 紫外-可见光光谱与晶体结构等方面进行对比研究。 运用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测试了样品的微量元素, 根据测试结果, 硬水铝石样品中致色元素主要有Fe、 Cr、 V、 Ti, 刚玉样品中致色元素主要有Mg、 Ti、 Fe、 V、 Cr, 二者的微量元素种类相似, 但含量有差异。 运用紫外-可见光光谱与偏振紫外-可见光光谱表征了变色硬水铝石与变色刚玉在可见光区的吸收特征, 发现硬水铝石中存在位于387、 398、 438和448 nm处的吸收峰以及中心位于572 nm左右的宽缓吸收带, 正是这一宽缓吸收带导致了变色效应, 与之对应的, 变色刚玉中存在位于377、 388和450 nm处的吸收峰以及中心位于560 nm左右的宽缓吸收带。 二者在可见光区的吸收特征非常类似。 有差异的是, 变色刚玉的560 nm吸收带不存在明显的偏振性, 而硬水铝石的572 nm吸收带存在偏振性, 晶体中电荷转移导致的吸收特征往往具有偏振性。 通过二者晶体结构的对比分析与刚玉中的电荷补偿理论分析, 推测硬水铝石中398 nm吸收峰由Fe3+导致, 387、 438和448 nm吸收峰由Fe3+-Fe3+离子对导致, 572 nm处的宽缓吸收由Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对产生。 硬水铝石的变色效应是在Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对的综合作用下产生的。 本研究通过类比变色效应相近的刚玉, 研究了硬水铝石的变色成因, 为研究宝石中的类似问题提供了新思路。

煤灰是稀土等战略性关键金属资源的重要资源来源之一, 目前国内外尚未建立煤中稀土元素的标准分析方法。 相比其他类型的传统稀土矿产, 煤灰基体组成更为复杂。 针对现有酸湿法消解-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测试煤灰中稀土元素存在的前处理效率低、 质谱干扰及其消除方法繁琐复杂、 测试结果不够准确等问题, 提出一种基于石墨消解-（动态反应池）电感耦合等离子串联质谱（ICP-MS/MS）的煤灰中微量稀土元素快速、 准确测定含量的方法。 通过比较不同消解体系（硝酸、 硝酸-盐酸、 硝酸-氢氟酸、 硝酸-盐酸-氢氟酸）与消解温度（100、 140、 180 ℃）对测试结果的影响, 发现以硝酸-盐酸-氢氟酸为消解介质、 140 ℃温度条件下煤灰消解效果最好, 氢氟酸的加入可以显著提升稀土提取效率, 二次加水消解赶去HF避免了难溶氟化物的生成及HF对质谱测试的不利影响。 ICP-MS/MS测定过程中分别将Rh、 Re元素作为内标在线加入补偿基体效应, 通过对比无气体质量原位模式（M-SQ-N/A）、 氦气碰撞和动能歧视模式（M-SQ-KED）、 氧气质量转移模式（M-TQ-O2）、 氨气质量转移模式（M-TQ-NH3）四种测定模式, 发现M-SQ-KED模式下测试值更接近真实值, 质谱干扰最小, 各元素测试回收率为92.49%~112.88%, 检出限低于0.005 2 μg·g-1, 相对标准偏差低于1.71%。 以煤灰测定过程中常见的Ba对Eu干扰为例, 模拟高Ba本底溶液中Eu测试, 揭示出M-SQ-KED模式通过反应气与待测元素和干扰离子碰撞概率不同可极大程度减弱多原子离子干扰。 将以上方法应用到我国不同电厂燃煤飞灰样品分析, 测定得到的稀土标准化曲线分布均一平滑, 表明建立的方法稳定、 可靠, 相比于微波消解前处理, 具有成本低、 操作简便、 效率高可大批量测定等优点; 而动态反应池技术可在线消除质谱干扰, 极大提高了工作效率。

采用14C测年法对采集的龙骨样品进行了年代测定, 选取其中9批符合化石年代的正品龙骨, 采用X射线粉末衍射技术(XRD)和电子探针微区分析技术对样品的物相组成及元素赋存形态进行了分析, 结果显示龙骨的主体物相为羟磷酸钙, 部分样品为羟磷酸钙和碳酸钙共存; 样品中的羟磷酸钙以羟基磷灰石为主要存在形式, 碳酸钙则多以方解石型碳酸钙存在, 少部分以白云石形式存在。 采用ARF、 ICP-AES、 ICP-MS、 AES法对9批正品龙骨样品进行了元素含量的测定, 结果显示: 龙骨中钙磷的比值均大于2, 推测因化石形成过程中, 骨骼的有机磷在地质过程中较多被分解而造成; 9批龙骨的微量元素具有大致相同的分配模式: Sc、 V、 Cr、 Co、 Ni、 Cu六种元素相对原始地幔均为亏损, Ba、 Sr、 As为异常富集, 元素U为高度富集; 9批龙骨中的稀土元素分布也具有大致相同的分配模式, 表现为轻稀土富集型, Ce负异常, Eu部分正异常、 部分负异常, Y轻微正异常; 6批年代在4.35万年以前的龙骨, 稀土元素总量明显高于3批年代在1.8~3.7万年之间的样品, 推测一方面与其埋藏成岩环境有关, 另一方面与其埋葬年代更为久远有关。