工业烟囱及船舶尾气中SO2气体排放是造成大气污染的重要因素。 SO2容易被氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶, 产生酸雨, 严重危害大气生态环境平衡及人类健康。 现有的SO2光学遥感测量技术, 如拉曼散射激光雷达、 差分吸收激光雷达 (DIAL)、 傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)、 紫外差分吸收光谱(DOAS)、 高分辨光谱成像等, 难以兼顾气体污染监测对高时间分辨率、 高空间分辨率以及便携机动等应用需求。 近年来, 紫外SO2相机成像探测因探测精度高、 实用性强得到迅速发展, 该技术时间分辨率高、 空间分辨力强, 能从解析图像中直观在线获取污染气体浓度在空间的二维分布及随时间的排放率, 对于监测环境污染有重要作用。 基于紫外SO2相机成像探测技术, 围绕SO2柱浓度探测的测量原理及影响因素、 仪器设计及实验方法、 反演算法及结果比对等方面开展研究。 取得的成果主要有: (1)利用窄带滤光片的窄波窗口, 用紫外相机测量310 nm附近的SO2紫外吸收, 建立了紫外成像遥感监测理论模型, 介绍了紫外成像遥感检测获取SO2浓度图像的测量原理; (2)将滤光片放置镜头前后, 讨论了不同入射角对滤光片中心波长及透过率曲线的影响, 发现滤光片放置镜头后, 相机系统对SO2的灵敏度受入射角影响更小, 对SO2浓度图像的反演误差更小; (3)分析了太阳高度角对SO2浓度图像反演的影响, 阐明了SO2浓度反演曲线实时校准的不可或缺性; (4)通过理论分析设计出了紫外成像遥感探测装置, 开展了基于紫外成像遥感监测SO2气体排放的实验研究, 通过2-IM法拟合出了人工天空背景, 获得了SO2光学厚度图像, 利用标准泡进行校准, 反演出了SO2浓度图像; (5)采用DOAS技术对SO2气体排放进行监测, 与紫外成像遥感获得的SO2浓度进行对比表明, 两方法实验结果所计算得到的浓度信息趋势相一致, 从而证明紫外成像遥感监测技术测量结果的准确性, 同时展现了该技术在工厂烟囱及船舶尾气污染排放遥感监测中的巨大应用前景。

应用紫外（Ultraviolet, UV）光谱技术对水产养殖水质总氮含量进行快速检测。 为了消除各种系统误差与偶然误差对模型预测性能造成的影响, 将88个水样的总氮浓度实测值数据和光谱吸光度数据作为原始数据, 将模型建立分为样本集划分、 数据预处理、 特征波段提取、 模型选择与LV数量选择5个阶段, 以求达到最优预测效果, 其中前4个阶段分别使用多种方法进行比较。 结果证明每个阶段都是必不可少的, 只有通过对比其优劣才能找到最适合总氮含量测定的建模过程及方法。 首先用浓度梯度（CG）法对原始数据进行相同的样本集划分处理, 然后在此基础上分别建立主成分回归（PCR）、 逐步回归（SR）和偏最小二乘回归（PLSR）三种模型, 选择预测效果最好的PLSR作为本文的预测模型。 PLSR的建模效果会在很大程度上受到潜在变量（LVs）数量的影响, 通常选取模型预测均方根误差RMSEP值最小时所对应的LV个数为最优LV个数。 其次, 选用CG法、 随机抽样（RS）法、 Kennard Stone（KS）法和SPXY法4种样本集划分算法对样本进行处理, 并对所建立的PLSR模型预测效果进行比较, 最终选择SPXY算法作为最优样本划分算法。 然后在对样本集进行SPXY法划分的基础上, 运用多种预处理算法对光谱吸光度数据进行预处理, 包括小波变换（WT）、 一阶导数法（Der1st）与二阶导数法（Der2nd）三种单一算法和小波变换与两种导数法的组合预处理算法WT-Der1st和WT-Der2nd。 然后在预处理的基础上分别使用连续投影变换（SPA）和逐步回归（SR）两种特征波段提取方法, 对比可知, SPA特征提取方法比SR的提取效率高且建模效果好。 SPA算法既可以大大地简化模型, 又可以在一定程度上提升模型的预测精度。 基于WT-Der1st-SPA提取的特征波段为218 nm, 与总氮特征波段区间相一致, 由此说明该方法比较科学。 综合上述建立的10个PLSR模型, 考虑到预测精度与模型复杂度2个因素, 最终选择基于WT-Der1st-SPA建立的PLSR模型作为最优模型, 该模型预测决定系数r2为0.996, 预测均方根误差RMSEP为0.042 mg·L-1。 由此可见, 所建立的模型预测效果非常好, 可以快速准确地测定水体的总氮含量, 为实现光谱技术在水产养殖其他水质监测指标的在线检测以及快速测定提供了经验。

针对低温环境下化学需氧量(COD)的检测问题, 分别研究COD的最佳检测波长的选取方法以及低温对COD的影响。采用邻苯二甲酸氢钾粉末配制的COD标准液, 建立一元线性回归模型。结果表明: COD在286nm、276nm、266nm处吸收效果最好, 波长286nm的回归模型相关系数为0.9894,决定系数为0.9789, 所以286nm处为最佳检测波长, 相关性最高, 误差最小; 研究0~30℃下不同浓度的COD紫外吸光度的变化规律, 得出温度的升高会导致标准液的紫外光谱吸光度增大。为了消除温度对COD测量的影响, 利用最小二乘法, 建立了温度补偿模型。并对模型精度和模型的补偿精度进行验证, 验证结果在误差范围内, 效果良好。

研究了厌氧-缺氧-好氧移动床生物膜(MBBR)工艺对校园污水的处理效果, 采用三维荧光光谱和紫外光谱分析了污水处理过程中溶解性有机物(DOM)的降解特性及其组成特征。 结果表明, MBBR对校园污水具有较好的去除效果, COD, NH3-N, TN, TP和DOC的去除率分别达到83.0%, 70.9%, 52.4%, 59.2%和62.2%。 三维荧光光谱显示有3个明显的特征荧光峰, 其中心位置分别在Ex/Em=230 nm/325 nm(T峰)、 Ex/Em=280 nm/350 nm(S峰)、 Ex/Em=350 nm/440 nm(R峰)附近, 污水中荧光类溶解性有机物主要包括类色氨酸(Trp)、 类溶解性微生物代谢产物(SMP)和类腐殖酸(HA)。 DOM特征荧光峰的中心位置及荧光强度随处理流程而变, 说明污水中DOM的组成和相对含量经MBBR处理后发生变化。 其中, 类色氨酸、 类溶解性微生物代谢产物荧光特征峰近乎消失, 表明MBBR对这两类有机物质去除效果显著; 溶解性微生物代谢产物荧光强度在厌氧池、 缺氧池、 好氧池分别为进水的37.1%, 20.3%, 13.1%, 表明MBBR的各生化阶段, 微生物均能很好的降解SMP; 但类腐殖酸(R峰)荧光强度降低较小, 微生物对类腐殖酸总的去除效果不明显。 在MBBR工艺流程中, DOM腐殖化指数HIX、 荧光指数FI、 生物源指数BIX均逐渐增大, 微生物对有机污染物降解起到了关键作用。 其中, HIX值在缺氧池、 好氧池、 出水中增大到4以上, 经MBBR处理后, DOM腐殖化程度和成熟度逐渐增加; 缺氧池、 好氧池及出水的荧光FI值接近1.9(分别为1.899, 1.881, 1.887), 说明其中类腐殖质有机物主要源于微生物代谢活动; 缺氧池、 好氧池及出水中DOM的 BIX值约为1.0(依次为0.985, 1.018, 0.979), 说明缺氧池、 好氧池及出水中DOM也主要源于微生物代谢或死亡。 污水的紫外特征值E250/E365随工艺流程逐渐减小、 SUVA254不断增大, 表明经MBBR处理后, 污水中DOM类型和含量均发生了较大变化, 有机物的共轭不饱和双键或芳香性基团增多, 聚合度、 腐殖化程度、 分子质量增大。

A simple and novel method has been proposed to determine the enantiomeric composition of racemate praziquantel (PZQ) by using the analysis of ultraviolet (UV) spectroscopy combined with partial least squares (PLS). This method does not rely on the use of expensive carbohydrates such as cyclodextrins, but on the use of inexpensive sucrose, which is equally effective as carbohydrate. PZQ has two enantiomers. Through measuring the slight difference in the UV spectral absorption of PZQ due to different interactions between its two enantiomers and sucrose, the enantiomeric composition was determined by a quantitative model based on PLS analysis. The model showed that the correlation coe±cients of calibration set and validation set were 0.9971 and 0.9972, respectively. The root mean square error of calibration (RMSEC) and the root mean square error of prediction (RMSEP) were 0.0167 and 0.0129, respectively. Then, the independent data of PZQ tablets were also used to test how well the quantitative model of PLS predicted the enantiomeric composition. The ratio of S-PZQ in tablet was 0.492, determined by high-performance liquid chromatography as the reference value. Six solutions of the tablet samples were prepared, and the ratios of S-PZQ in tablet samples in the validation set were predicted by the PLS model. Their relative errors with the reference value were not more than 4%. Therefore, the established model could be accurate and employed to predict the enantiomeric compositions of PZQ tablets.

随着中药生产行业的转变, 中药生产过程现代化成为了必然趋势。 而目前由于缺乏有效的在线检测手段, 中药生产检测滞后性大, 产品质量参差不齐。 针对中药提取过程在线监控及终点判定的问题, 基于朗伯比尔定律及中药提取动力学方程建立提取液紫外吸光度随时间变化模型, 并提出动态分析及终点判断方法, 该方法包括紫外吸光度序列拟合、 稳健性分析以及终点计算。 以千年健提取过程为例, 使用本实验室自主研发的中药提取液在线采样系统进行光谱收集, 并对离线样本求取其有效固体物质含量作为参考。 分析过程中, 首先对实时检测的光谱进行插值及滤波处理, 计算2302～400 nm紫外谱区的吸光度均值并结合前期数据组成吸光度均值序列; 随后, 进行了该吸光度序列与提取液固体含量之间的相关分析, 得到线性相关系数r2=09828, 证明二者存在较强的线性关系; 最终对吸光度均值序列进行动态模型稳健回归及提取终点判定。 结果表明: 回归过程通过稳健性分析能够充分识别出测量异常点, 提高了拟合曲线与原始吸光度的复相关系数, 使其达到099, 并通过终点判定将千年健提取时间由最初人工设定的180 min缩短至122 min。 实验证明, 紫外在线监控方法实现了提取过程的在线监控及终点判定, 对稳定产品质量、 提高经济效益具有重要意义。

硝酸盐含量是水体质量指标之一, 对于水质质量监测尤其重要。 本文搭建了一种水体中硝酸盐在线原位监测系统, 采用紫外吸收光谱法（190～240 nm）计算水样吸光度, 并通过建立的偏最小二乘模型测定硝酸盐浓度, 可用于海洋, 河流, 湖泊等多种水体。 该自动在线监测系统不需要进行水样预处理, 无二次污染, 能够快速, 可靠, 灵敏地直接测定现场水样的硝酸盐含量。 本系统使用光程为1cm的流通式样品池, 并采用参考光路消除系统误差。　将系统测量模型得到的不同水样的硝酸盐浓度值与实验配制浓度值相比较, 结果表明二者的线性拟合曲线的相关系数r为0.999　98, 具有良好的相关性。 对采集的浓度数据进行系统误差分析, 得到其平均相对误差为0.65%, 说明系统精确度高, 并且稳定性很好。 还通过对烟台海岸进行的现场海水测试, 其海水硝酸盐含量约为0.2　mg·L-1左右, 以及在水样加标回收实验中, 加标回收率皆在 95%～110%内, 验证了系统的可靠性和实用性, 可用于实际水体硝酸盐监测。

联合三维荧光光谱、 紫外光谱和化学还原法, 对洨河人工湿地水体DOC与COD的变化特征以及溶解性有机物(DOM)的来源、 化学结构、 腐殖化程度与氧化还原性质进行研究, 以期为深入揭示DOM在人工湿地中的地球化学行为及其生态环境效应提供科学依据。 结果显示, 河流水体COD 60%以上来自DOC的贡献, 而其经过人工湿地后含量的降低则主要是由有机物中的N, H, S, P元素更容易被去除所导致的, 其贡献率可达65%。f470/520与BIX两种指数共同指示了水体DOM主要由微生物贡献, 表明水体DOM明显受到微生物的降解作用。 三维荧光光谱PARAFAC模型分析显示, 人工湿地水体DOM包含类蛋白和类腐殖质组分, 其中类富里酸和类胡敏酸组分比类蛋白质组分更容易被降解, 类富里酸与类胡敏酸组分具有相似的分解命运。 有色溶解性有机物(CDOM)与荧光溶解有机物(FDOM)具有共源性, 均主要由类腐殖质组成, 二者进入人工湿地后没有产生选择性降解。 水体进入人工湿地后E2/E3, A240～400, r(A, C)与HIX指标没有发生显著变化, 表明人工湿地对水体DOM的腐殖化程度不会产生显著影响。 然而, 人工湿地环境不仅有利于形成还原态的DOM, 促进水体三价铁的还原, 而且可以提高DOM作为电子穿梭体的能力, 这可能与DOM的芳香性碳在人工湿地中能够得以更好保存有关。

煤液化油组成的测定方法以色谱法为主,但由于样品沸程长,组分性质不均一,色谱法无法实现简便快速地对液化油族组分进行定性/定量.为建立一种快速准确定量煤液化油中的酚类化合物、芳烃、脂肪烃的分析方法,本文选取具有代表性组成的煤液化油180～200 ℃馏分为研究对象,筛选了环己烷、乙醇、氢氧化钠-乙醇(50 Wt%,简称碱醇溶剂)三种分离溶剂.通过对煤液化油样品在200～400 nm波长间的特征吸收峰分析,发现碱醇溶剂可使芳烃化合物对酚类化合物的干扰减少到最小,可以有效避免吸收峰重叠问题.在此基础上,进一步对比分析了苯酚,间甲酚,邻甲酚,对甲酚等标准化合物与液化油酚类混合物在碱醇溶液中紫外吸收的标准曲线,以定量样品组成.选择间甲酚为标准化合物,根据其在290 nm处的标准曲线,得到煤液化油中酚类化合物的总量为32.14%,测定结果与宏量样品分离、称重、物料平衡后结果基本一致.在得到酚类化合物含量之后,以四氢萘为标准物,获得液化油中芳烃的总量为44.91%,脂肪烃的含量为22.95%.为确定方法的准确性,油样分别加入不同量的间甲酚和四氢萘标准物,酚的加标回收率为104.3～110.75%,芳香烃的加标回收率在84.3～91.75%.综上表明:利用紫外光谱法,以碱醇溶剂排除芳烃对酚吸收的影响,能够快速测定煤液化油中酚类和芳香烃的含量,脂肪烃的含量可差减得到。