1 上海建桥学院珠宝学院, 上海 201306
2 上海建桥学院珠宝学院, 上海 201306 中国地质大学（武汉）珠宝学院, 湖北 武汉 430074
3 中国地质大学（武汉）地球科学学院, 湖北 武汉 430074
4 中国地质大学（武汉）珠宝学院, 湖北 武汉 430074
我国四川绵阳平武县虎牙乡雪宝顶矿区产出一种晶形完整、 颗粒大, 颜色稀少的橘黄色调白钨矿, 受到宝石及矿物晶体收藏者们的青睐。 以5颗雪宝顶白钨矿样品为研究对象, 采用常规宝石学仪器、 傅里叶变换红外光谱仪、 紫外-可见分光光度计、 激光显微共聚焦拉曼光谱仪、 荧光光谱仪等进行测试, 旨在厘清该产地白钨矿的主要宝石学特性。 测试结果表明, 白钨矿的指纹区红外吸收处于440 cm-1处和800~900 cm-1范围内（806、 817、 856、 867 cm-1）——分别归属于［WO4］2-四面体基团的面外弯曲振动和反对称伸缩振动, 此外在2 000~3 000 cm-1的官能团区可见和水相关的明显吸收峰。 拉曼光谱测试表明, 位于911 cm-1的主峰归属于［WO4］2-的ν1对称伸缩振动; 位于797 cm-1处的峰归属于［WO4］2-的ν3非对称伸缩振动; 位于332 cm-1的峰和400 cm-1附近的弱峰归属于［WO4］2-的ν2面外弯曲振动; 位于211 cm-1附近的弱峰是由（Ca—O）的平移模式导致。 紫外-可见分光光度计测试结果表明, 该产地白钨矿深橘黄色调与584、 588、 682、 743、 750、 803和874 nm处的吸收有关, 可能与稀土元素Pr和Nd的混合物“didymium”的存在有关。 三维荧光光谱表明无色与深橘黄色调白钨矿样品的荧光主峰数量相同, 峰位相近, 均位于λex235 nm/λem455 nm, λex250 nm/λem490 nm和λex265 nm/λem523 nm附近。 浅橘黄色调样品除了上述荧光主峰以外还出现λex250 nm/λem425 nm附近荧光峰。
白钨矿 红外吸收光谱 紫外-可见吸收光谱 拉曼光谱 荧光光谱 Scheelite Infrared Spectrum Raman spectrum Ultraviolet-visible spectrum Fluorescence spectrum 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2550
1 广州城市理工学院珠宝学院, 广东 广州 510800
3 周大福珠宝金行(深圳)有限公司珠宝检验中心, 广东 深圳 518081
电气石属三方晶系的硼铝硅酸盐, 主要有铁电气石、 锂电气石、 镁电气石、 钠-锰电气石等品种, 因含不同的过渡元素或色心而呈绿、 蓝、 黄、 红、 粉、 棕和黑色。 选取棕褐色电气石样品在还原和中性气氛加热3 h, 结果显示, 600 ℃晶体出现大量裂隙; 500和450 ℃棕褐色调减弱, 透明度大大提升, 500 ℃裂隙稍多; 350 ℃加热, 样品变绿黄棕色; 250 ℃加热样品略微变浅, 仍为棕褐色调; 加热后//c轴切面见明显绿色与棕色二色性, 垂直c轴切面, 即{0001}面, 为棕色; 综合显示, 最佳变色温度在450~500 ℃。 利用X射线荧光光谱(XRF)、 红外吸收光谱(IR)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)对热处理前后样品进行分析, 样品属于富Mn和Fe的锂电气石。 样品中红外特征吸收峰在3 800~3 400, 1 350~1 250, 1 200~800与800 cm-1, 近红外光谱有4 720, 4 597, 4 537, 4 441, 4 343, 4 203和4 170 cm-1特征峰。 热处理后, 由M—OH(M为Al, Mg, Fe和Mn等)伸缩和弯曲振动所致的3 800~3 400 cm-1吸收峰减弱, 600 ℃消失, 与加热失水行为导致的结构水弯曲/伸缩振动减弱有关; 近红外光谱4 170和4 720 cm-1吸收消失。 棕褐色电气石在//c轴切面的可见光范围内具有715, 540和417 nm吸收带, 依次为Fe2+d—d(5T2g→5Eg)跃迁、 Fe2+→Fe3+(IVCT)、 Fe2+→Ti4+(IVCT)所致。 样品具有高的Mn含量, 417 nm附近的吸收可能存在Mn2+d—d (6A1g→4A1g, 4TEg)自旋禁阻跃迁产生的413/414 nm叠加。 热处理使Mn3+还原成Mn2+, Mn2+增加导致414 nm吸收峰增强, 因此417 nm附近吸收带变化不大。 同时, 热处理后与Mn3+有关的520 nm吸收也同时消失, 520 nm吸收带的存在也可能是540 nm吸收带呈非对称吸收峰的原因。 450 ℃以上热处理后, 715和417 nm吸收带变化不大, 位于绿光区的540 nm吸收带消失, 分析认为加热使得部分Fe3+还原为Fe2+, 导致Fe2+→Fe3+(IVCT)减少, 在//c轴切面上540 nm吸收显著减弱。 540 nm吸收带在绿色光区域, 其消失导致绿色光透过, 样品呈绿色。
棕褐色电气石 热处理 X射线荧光光谱 红外光谱 紫外-可见光谱 Brown tourmaline Heating Treatment X-ray fluorescence spectrum Infrared spectrum Ultraviolet-visible spectrum 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2524
1 北京农业质量标准与检测技术研究中心, 北京 100097
2 北京信息科技大学自动化学院, 北京 100192
3 农业部农产品质量安全风险评估实验室, 北京 100097
4 农业农村部华北都市农业重点实验室, 北京 100097
5 北京海关技术中心, 北京 100026
水是生命之源, 作为人类生活的必需品, 水质的优劣直接关系到人们的健康生活。 目前, 关于水质COD在线检测方法的研究主要集中在光谱数据预处理和光谱特征提取, 而针对光谱数据建模方法的研究较少。 卷积神经网络（CNN）作为目前深度学习领域应用最广泛的网络模型, 具有强大的特征提取和特征映射能力, 本文将CNN与紫外-可见光谱分析法相结合, 建立了基于CNN的水质COD紫外-可见光谱预测模型。 模型使用Savitzky-Golay平滑滤波方法去除光谱噪声, 光谱输入卷积层提取光谱数据特征、 池化层降维、 全连接层映射全局特征, 通过ReLU和Adam优化方法, 从而得到模型的预测值。 通过实验发现, CNN模型具有较强的水质COD预测能力, 具有较高的预测精度和回归拟合优度, 通过与BP, PCA-BP, PLSR和RF等模型比较后发现, CNN模型的预测样本的RMSEP和MAE最小, R2最大, 模型拟合效果最优。 在与训练样本的模型效果评价对比后发现, 模型具有较强的泛化能力。 针对吸收光谱的波峰偏移对预测结果所造成的预测结果不准确的问题, 作者还提出了一种基于CNN的分类回归模型卷积神经网络增强模型（CNNs）, 去噪后的光谱数据通过CNN分类模型按照吸收波峰的不同特征分为三类, 分别输入对应CNN回归模型进行预测。 实验结果表明, 分段式CNNs模型比整体式CNN模型的拟合效果更好, 预测精度更高, R2达到0.999 1, 测试样本的MAE和RMSEP分别为2.314 3和3.874 5, 比CNN分别下降了25.9%和21.33%, 效果显著。 通过对预测模型的性能测试, 计算得出检出限为0.28 mg·L-1, 测量范围为2.8~500 mg·L-1。 本文创新的将卷积神经网络与光谱分析方法相结合, 为光谱分析方法在水质COD吸收光谱建模的应用开拓了新思路。
紫外-可见光谱 卷积神经网络 化学需氧量 预测模型 Ultraviolet visible spectrum Convolution neural network Chemical oxygen demand Prediction model 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2981
中南大学信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410083
针对同时检测锌溶液中痕量Cu
2+、Co
2+浓度存在的灵敏度低、有效波段窄、光谱信号覆盖严重的问题,提出了一种多目标优化分数阶微分预处理方法。首先根据光谱特点确定影响Cu
2+、Co
2+同时检测的覆盖度和失真度,并拟合微分阶次与指标的函数关系、约束条件,然后基于多目标粒子群优化算法求解,最后对多目标优化微分阶数方法进行验证。结果表明:所提方法可以重构完全被覆盖的低灵敏度、窄有效波段的离子波峰,解决光谱信号被完全覆盖的问题,并在最大程度降低求导滤波的失真度,降低Cu
2+、Co
2+的光谱覆盖率。
光谱学 锌液 紫外可见光谱 完全覆盖 分数阶微分 多目标优化
西安建筑科技大学材料与矿资学院, 陕西 西安 710055
为获得具有调温调湿且能够进行光催化降解有害物质的多功能复合材料, 利用溶胶-凝胶法制备Ce-La/TiO2空心微球, 以Ce-La/TiO2空心微球为载体材料, 采用真空吸附法将相变材料——癸酸-棕榈酸填充在Ce-La/TiO2空心微球的空腔中制备具有光-湿-热协同性能的Ce-La/TiO2复合材料。 采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）对制备过程中主要阶段的产物进行测试, 研究SiO2模板的构建作用, 表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的衔接作用, 癸酸-棕榈酸的嵌入对Ce-La/TiO2空心微球的影响, 利用紫外-可见分光光谱仪（UV-Vis）对Ce-La/TiO2复合材料的光响应范围进行测试, 研究Ce-La共掺杂对TiO2空心微球光响应能力的影响, 采用扫描电镜（SEM）对Ce-La/TiO2复合材料的微观形貌进行表征分析, 进一步阐明Ce-La/TiO2复合材料制备机理。 结果表明, 氨水提供的碱环境有利于正硅酸乙酯缩合反应, 在78000 cm-1处生成Si—O—Si基团, 搭建SiO2网络骨架, 形成内核, 作为支撑TiO2壁材的模板, 构建TiO2的空腔结构; 表面活性剂PVP的添加, 在1 03500 cm-1处形成—C—N—基团, 有利于TiO2附着在SiO2的表面; 高温煅烧能够有效去除PVP避免杂质离子引入到Ce-La/TiO2复合材料体系中。 Ce-La共掺杂使Ce-La/TiO2复合材料的吸收边带发生红移, 提高在可见光下的催化降解能力, 同时在1 63000 cm-1处出现—OH基团能够提高Ce-La/TiO2复合材料的亲水性。 癸酸-棕榈酸较好的填充于Ce-La/TiO2空心微球的空腔中, 各组分的特征吸收峰没有发生明显变化, 能够保持各组分的基本性能不变。
傅里叶红外光谱 紫外-可见光谱 Ce-La/TiO2复合材料 制备机理 Fourier transform infrared spectrum Ultraviolet-visible spectrum Ce-La/TiO2 composites Preparation mechanism 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1728
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆工业职业技术学院, 重庆 401120
3 重庆市九龙坡区市政园林局, 重庆 400050
4 重庆理工大学, 重庆 400054
紫外-可见光谱法多参数水质在线监测系统面对复杂水体时, 常需要频繁改变探头光程以保持光谱较高的信噪比。 然而, 适合的光程往往需要大量实验才可确定, 难以满足在线监测系统对实时性、 精度、 灵敏度、 稳定性等的实际需求。 研究了一种紫外-可见光谱双光程融合优化算法, 将同时采集的长短两种光程光谱使用了滑窗法估计它们光谱噪声方差分布, 确定光谱强噪声区间; 由于长短光程光谱的信号强度不同, 使用了遗传算法计算得到双光谱融合的最佳增益匹配倍率; 最后, 按噪声方差分布使用分段加权方式得到较高信噪比的双光程融合光谱。 实验结果表明, 利用该法对重庆长寿湖水样、 嘉陵江某排污口及邻苯二甲酸氢钾标准溶液三种样本进行测试, 其融合光谱在200～250 nm区域的强噪声得到抑制, 零值干扰左推至220 nm之前, 样本的峰值信噪比均有显著提高, 证明了算法的有效性和普适性。 该算法无需大量实验以获得最佳光程, 对于拓宽紫外-可见光谱水质在线监测系统的应用范围具有较为重要的现实意义。Fusion Algorithm for Water Quality Monitoring
紫外-可见光谱 双光程光谱融合 滑窗法 遗传算法 水质监测 Ultraviolet-visible spectrum Dual optical path length spectra fusion Sliding-pane method Genetic algorithm Water quality
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室， 重庆 400044
2 重庆工业职业技术学院自动化学院， 重庆 401120
紫外-可见光谱法水质检测中，检测设备面对多样性的地表水体容易受到悬浮颗粒物引起的浊度干扰，导致谱线整体非线性抬升，测量精度显著下降。研究了一种基于Mie散射理论的紫外-可见水质光谱浊度干扰补偿算法，借以提高可溶有机物含量的检测精度。通过截取水样本紫外-可见光谱中主要由颗粒物散射引起的450~1100 nm段光谱，采用基于Mie散射理论的光全散射颗粒物粒径分析法，重建了水样本所含颗粒物的粒径分布。利用粒径分布的二次反演，估计了220~450 nm可溶有机污染特征光谱段中由颗粒物引起的消光值，实现了对浊度干扰的精确补偿。实验结果表明，该算法对不同地表水样本均表现出了良好的浊度补偿效果，化学需氧量解算精度得到较大提高。且补偿算法无需大量实验获取先验数据，可提高紫外-可见光谱法水体可溶有机物检测的准确性和检测部署的灵活性与适应性，具备实用价值。
光谱学 紫外-可见光谱 浊度补偿 Mie散射 光全散射法 水质检测
1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室, 北京 100081
2 中国农业科学院研究生院, 北京 100081
3 华中农业大学资源与环境学院, 湖北 武汉 430070
4 青海大学青海省农林科学院土壤肥料研究所, 青海 西宁 810016
5 Faculty of Agriculture, Kagoshima University, Kagoshima 890-0065, Japan
在华北潮土上种植不同绿肥, 于绿肥翻压前原位采集其地上部及土壤样品, 进行56d的绿肥翻压模拟试验。 设毛叶苕子(Vicia villosa Roth.)、 二月兰(Orychophragmus Violaceus L.)、 黑麦(Secale cereale L.)三个绿肥处理和无绿肥对照处理, 分析培养过程中土壤可溶性有机物（DOM）组分及其紫外-可见光谱参数的变化, 以探究绿肥对土壤DOM的影响。 种植和翻压绿肥增加土壤可溶性有机碳（DOC）、 总有机酸碳（TOAs）和总碳水化合物碳（TCs）含量, 三者的变化趋势一致, 各处理均在培养第1 d上升至峰值后迅速下降。 毛叶苕子提高DOC和TOAs的效果最好, 最高比对照增加114.01%（培养第1d）和109.10%（培养第14 d）。 黑麦提高TCs的效果最好, 最高比对照增加323.18%（培养第42 d）。 种植和翻压绿肥增加土壤可溶性有机氮（DON）含量, 与DOC变化趋势不同, 各处理在培养第1 d上升后迅速下降一段时间后又迅速上升。 毛叶苕子提高DON的效果最好, 最高比对照增加305.83%（培养第42d）。 绿肥增加了SUVA254, SUVA260, SUVA272, SUVA280, SAUC240-400, 降低了A250/A365和A240/A420。 紫外-可见光谱参数的主成分分析显示SUVA254, SUVA260, SUVA272, SUVA280间有很高正相关性, A250/A365和A240/A420间亦有很高正相关性, SAUC240-400是这些参数中表征DOM性质的关键因子。 综上结果表明, 种植翻压绿肥增加了土壤DOM含量, 提高了土壤DOM的芳香性、 疏水性、 腐殖化程度、 平均分子量, 增加了土壤DOM的稳定性。
华北潮土 绿肥 可溶性有机物 紫外-可见光谱参数 Moisture soil in North China Green manure Dissolved organic matter Ultraviolet-visible spectrum parameter
1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室, 北京 100081
2 中国农业科学院研究生院, 北京 100081
3 青海大学, 青海 西宁 810016
4 甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所, 甘肃 兰州 730073
5 Faculty of Agriculture, Kagoshima University, Kagoshima890-0065, Japan
依托在河西走廊灌漠土上开始于1988年的长期定位试验, 利用紫外-可见光谱、 红外光谱、 元素分析等方法研究了不同施肥处理下土壤可溶性有机质(DOM)的变化。 试验设施用有机肥、 绿肥、 化肥和不施肥对照4个处理。 结果表明, 施肥增加DOM的含量, 相比对照处理, 有机肥处理、 绿肥处理、 化肥处理的可溶性有机碳(DOC)分别增加37%, 29%, 16%, 可溶性有机氮(DON)分别增加334%, 257%, 182%, 总碳水化合碳(TCs)分别增加90%, 25%, 2%, 总有机酸碳(TOAs)分别增加195%, 116%, 58%。 有机肥处理各指标比对照处理均差异显著, 除TCs外绿肥处理、 化肥处理的其他指标也比对照处理差异显著。 紫外-可见光谱结果, 施肥提高了DOM的紫外吸收特征值SUVA254, SUVA260, SUVA272, SUVA280, 表明施肥增加了DOM的芳香及疏水部分比例、 腐殖化程度、 平均分子量, 使DOM更趋于稳定。 不同施肥处理间表现出相当一致的规律, 有机肥效果最为明显, 其次是绿肥、 化肥。 红外光谱分析结果, 有机肥处理相对于其他处理芳香族特征峰从1 625 cm-1处向近红外方向移动出现在1 649 cm-1处, 接近土壤胡敏酸芳香族特征峰(1 650 cm-1), 说明有机肥处理土壤DOM的芳香性更高。 绿肥处理在归属于糖、 醇类及羧酸物质C—O伸缩振动的1 260～1 000 cm-1吸收峰高于其他处理, 说明绿肥处理增加了土壤DOM的富氧基团类物质。 化肥处理在归属于N—H振动的3 559, 3 419和1 456 cm-1吸收峰高于其他处理, 表明化肥增加了土壤DOM的胺类物质。 元素分析结果显示有机肥、 绿肥、 化肥分别增加了C, O, N的相对含量。
长期不同施肥 可溶性有机质 紫外-可见光谱 红外光谱 元素分析 Long-term different fertilization Dissolved organic matter Ultraviolet-visible spectrum Infrared spectroscopy Element analysis
西安建筑科技大学冶金工程学院, 陕西 西安710055
四氨基钴酞菁是一种很有前途的可见光催化剂, 为丰富和完整该物质结构性质及反应活性的理论体系, 尤其是其光谱性质的量子化学研究, 利用量子化学计算模拟和实验研究相结合的方式对四氨基钴酞菁的紫外-可见光谱进行了比对研究。 通过实验证明, 四氨基钴酞菁的二甲基甲酰胺(DMF)溶液在324.98和709.94 nm处出现两个明显的吸收峰。 在密度泛函法的B3LYP/3-21G*水平上, 采用含时密度泛函（time-dependent density functional theory, TD-DFT）方法模拟四氨基钴酞菁的紫外-可见吸收光谱显示, 得到了两个吸收谱带分别在321.41和709.92 nm处, 与实验值基本吻合, 证明密度泛函理论在四氨基钴酞菁的量子化学理论研究是有效可靠的。 通过量子计算还确定了每个吸收峰中各个电子跃迁的贡献率: 在326.22 nm处的吸收主要是电子从轨道152到163 LUMO的跃迁； 在314.42 nm处的吸收主要是电子从轨道149到164 LUMO+1的跃迁； 在747.57 nm处的吸收主要是电子从轨道162 HOMO到163 LUMO的跃迁； 在676.01 nm处的吸收主要是电子从轨道162 HOMO到164 LUMO+1的跃迁。 这些模拟数据对实验研究提供了极大的理论补充, 四氨基钴酞菁的紫外-可见光谱量子化学研究对后续实验指导及应用有十分重要的理论意义。
四氨基钴酞菁 紫外-可见光谱 量子化学 密度泛函 Four amino cobalt phthalocyanine Ultraviolet-visible spectrum Quantum chemistry Density functional
