1 西北大学文化遗产学院, 陕西 西安 710069
2 陕西师范大学材料科学与工程学院, 陕西 西安 710119
山东日照海曲汉墓群是2002年度全国十大考古新发现之一, 该墓群共出土漆器约500件, 具有较高历史、 科学和艺术价值。 漆盒是海曲汉墓出土漆器中数量最多的一类, 具有造型精美的特点, 代表着当时高度发达的髹漆工艺水平。 切片显微研究揭示了该批漆盒存在漆灰层→底漆层→面漆(色漆和彩绘层)的髹制工艺特点, 且具有较厚的漆灰层和底漆层。 漆膜采用红色朱砂(HgS)作为呈色颜料, 漆灰层存在使用黏土或骨灰+黏土的情况。 海曲汉墓群出土漆器漆膜与现代生漆漆膜样品红外光谱图具有高度一致性, 而部分古代漆膜在4001 000 cm-1处出现了一些中等强度和较弱的红外特征吸收峰, 归属于漆膜中人为添加或者沾染土壤环境中的石英颗粒的红外特征吸收峰。 紫外-可见光光谱图显示古代漆膜与现代纯漆漆膜样品在大部分出峰位置一致, 现代纯生漆漆膜与部分古代漆膜样品在200~265 nm处出现了共轭体系的π→π*跃迁所产生的K带, 在300~320 nm处出现孤立含杂原子的![]()
中n→π*跃迁所产生的谱带R带。 其中, 部分样品K带消失说明古代漆膜因长期埋藏发生结构性劣变, 而R带普遍增强则反映出漆膜发生着持续的氧化反应。 该研究有助于更加科学地认知汉代髹漆工艺技术特点, 揭示古代漆膜劣化特征, 为古代漆器研究、 保护和鉴别提供一定的参考数据。
文物保护 漆器 髹漆 红外光谱 紫外-可见光 Cultural relics conservation Lacquerware Lacquering Infrared spectroscopy Ultraviolet-visible spectroscopy 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1150
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室, 陕西 西安 710119
3 深圳市盐田港集团有限公司, 广东 深圳 518081
水是一种有限的资源, 对农业、 工业乃至人类的生存都是必不可少的, 良好的水环境是可持续发展的重要保障。 对水质信息的科学监测, 是实现水资源优化配置与高效利用的基础。 联合国环境署(UNEP)与世界卫生组织(WHO)指出, 应当加强发展中国家的水质监测网络, 包括数据质量的保证和分析能力的提高。 光谱法作为一种新兴的水质分析方法, 相比传统的化学水质监测方法, 具有“响应速度快、 多参数同步、 绿色无污染”的特点。 传统单波长、 多波长的线性模型依赖于水体对特定波长的吸收特征, 不适用于多组分混合溶液且普适性较差。 因此, 提出了一种基于IERT的非线性全光谱定量分析算法, 建立适用于多组分混合溶液浓度预测模型, 达到利用全光谱信息来预测浓度信息的目的。 利用实验室配置的COD, BOD5和TOC多组分混合溶液与NO3-N、 浊度、 色度多组分混合溶液作为实验样本, 使用光谱仪采集样本的光谱曲线, 通过全光谱数据进行浓度预测实验, 结果显示, 对于COD, BOD5和TOC多组分混合溶液, 本算法对于三种组分的决定系数(R2)分别为0.999 3, 0.991 4和0.999 3, 均方根误差(RMSE)分别为0.024 4, 0.057 7和0.000 4; 对于NO3-N、 浊度、 色度多组分混合溶液, 决定系数(R2)分别为0.983 4, 0.868 4和0.981 0, 均方根误差(RMSE)分别为0.100 5, 0.326 4和0.120 2。 通过对比本算法与偏最小二乘(PLS)、 支持向量机回归(SVR)、 决策树(DT)、 极端随机树(ERT)对于同一组数据的实验结果, 表明: 在两组多组分混合溶液的实验中, 本算法对于其中各组分的决定系数(R2)均为最优, 相比于其他对比算法均方根误差(RMSE)均有大幅减少。 本算法可利用光谱信息对多组分混合溶液进行定量分析, 在计算时间相当的情况下, 可有效的提高浓度预测精度, 减少定量分析的均方根误差, 可为光谱法水质监测提供一种新的有效途径。
光谱法水质监测 紫外可见光谱技术 光谱定量分析 多组分混合溶液 极端随机树 Spectroscopic water quality monitoring Ultraviolet visible spectroscopy technology Spectral quantitative analysis Multi-component mixed solution Extreme random trees 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3922
重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 重庆 400054
针对紫外-可见光谱法水质检测系统易受到仪器本身和外界环境的噪声干扰, 所测得的光谱数据存在大量系统和杂散光噪声的问题, 在对紫外-可见光谱法水质检测系统的噪声源分析的基础上提出将遗传算法应用于小波阈值优化的去噪方法, 并与小波软阈值、SG 平滑和中值滤波方法进行了对比。为评价去噪效果, 对同一浓度的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪实验。在采用遗传算法选取小波最优阈值对标液进行去噪处理的同时, 还采用传统小波软阈值去噪、SG 平滑和中值滤波去噪作为对比。为验证该算法的实际可行性, 进一步用这四种方法对某地排水沟和某污水处理厂排水口的实际水样光谱进行去噪处理。实验结果表明: 基于遗传算法的小波阈值去噪效果良好, 相较于传统的小波软阈值去噪、SG 平滑和中值滤波的方法, 信噪比分别提高了 2.2994、5.7066、2.6155 dB, 均方根误差分别减小了 0.0028、0.0087、0.0033, 峰值信噪比分别提高了 2.0837、5.2569、2.7375 dB。基于遗传算法的小波阈值去噪算法不仅抑制了光谱数据中的噪声, 同时也提高了系统精度, 为紫外-可见光谱法水质光谱去噪处理提供了一种新的解决办法。
紫外-可见光谱法 水质检测 遗传算法 小波阈值去噪 ultraviolet-visible spectroscopy water quality detection genetic algorithm wavelet soft threshold denoising 大气与环境光学学报
2021, 16(5): 432
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
基于紫外-可见光谱法的水质测量中, 光谱信号易受到系统噪声干扰、 悬浮物散射干扰, 且存在信息冗余、 多重共线性等特征, 导致水质COD测量中特征波长的选取产生较大偏差。 因此, 提出了基于嵌入式粒子群-遗传(EPSO_GA)算法的水质COD检测特征波长优化算法, 以提高波长选择精度。 为验证检测特征波长优化算法的可行性, 采集了某高校池塘水样、 生活污水和排水沟水样的光谱数据, 利用EPSO_GA算法对预处理后的光谱数据选取特征波长。 EPSO_GA算法采用实数编码方法实现了粒子群(PSO)优化算法和遗传(GA)优化算法的统一编码, 在PSO算法中更新粒子时嵌入GA算法的选择、 交叉、 变异等操作, 改善了这两种算法各自在光谱波长特征选取问题上的局限性。 将EPSO_GA算法选取的特征波长结合偏最小二乘法(PLS)构建了EPSO_GA_PLS的水质COD预测模型, 并且与传统的PSO算法、 GA算法选取特征波长建立的PSO_PLS、 GA_PLS和全光谱构建的PLS水质COD预测模型做了对比。 结果表明: 与PSO_PLS, GA_PLS和全光谱构建的PLS水质COD预测模型相比, EPSO_GA改善了PSO算法和GA算法在光谱特征波长选择中早熟和收敛速度慢的问题, 降低了全光谱构建PLS水质COD预测模型的复杂度, 提高了模型的预测精度。 基于EPSO_GA算法建立的EPSO_GA_PLS水质COD预测模型, 均方根误差降到了0.212 3, 预测精度增加到0.999 3, 可以快速定量检测水质COD, 为紫外-可见光谱法测COD提供了更好的预测模型。
紫外-可见光谱法 嵌入式粒子群-遗传算法 波长特征选择 偏最小二乘法 化学需氧量 Ultraviolet-Visible spectroscopy Embedded particle swarm optimization-genetic algorithm Wavelength feature selection Partial least squares method Chemical oxygen demand
1 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 江苏 南京 210008
2 中国科学院大学, 北京 100049
生物炭释放的溶解性有机质（DOM）具有复杂的生物地球化学特征, 影响着污染物的迁移与转化和全球碳循环等诸多环境过程。 相比对生物炭理化性质、 结构特征的研究, 生物炭DOM的研究仍相对匮乏, 其中裂解温度驱动下生物炭释放DOM的光谱特征鲜有报道。 以两种常见且具有较好应用前景的生物炭—竹炭（楠竹生物炭）和木炭（柏木生物炭）为研究对象, 通过紫外-可见光谱、 三维荧光光谱结合平行因子法（3DEEMs-PARAFAC）, 研究不同裂解温度下（100～700 ℃）两种生物炭释放DOM的光谱特征。 结果表明, 裂解温度决定两种生物炭释放DOM的潜能及其光谱特征。 裂解温度越高, DOM释放量越小, 且400 ℃是所研究两种生物炭DOM释放的临界裂解温度, 当裂解温度低于400 ℃, 生物炭DOM释放明显, 当裂解温度高于400 ℃, 生物炭释放量很低且趋于稳定。 柏木生物炭的DOM释放量明显高于楠竹生物炭。 低温裂解过程中（<300 ℃）两种生物炭DOM存在大量紫外-可见发色团, 并随着裂解温度上升逐步分解。 通过3DEEMs-PARAFAC从生物炭荧光溶解性有机物（FDOM）中分离出2个类腐殖质荧光物质（C1和C2）及1个类蛋白荧光物质（C3）, 3个荧光组分对裂解温度的响应不同, 类腐殖质荧光强度在300 ℃出现峰值, 而后随裂解温度上升而下降, 类蛋白物质始终随着裂解温度的上升而下降。 低温裂解（<200 ℃）以类蛋白荧光为主, 随着温度上升, 类腐殖质组分占主导。 此外, 基于光谱特征分析, 裂解温度还影响两种生物炭DOM诸多生物地球化学特征, 随着裂解温度上升, 两种生物炭DOM的相对分子质量, 芳香性、 疏水性和腐殖化程度均先增大再减小, 但对应的峰值温度各不一致。 因生物质原料差异, 楠竹生物炭DOM的相对分子质量, 芳香性、 疏水性和腐殖化程度均明显大于柏木生物炭。 该研究结论将进一步为生物炭DOM的环境行为研究, 生物炭应用过程中环境管理与评估提供有益的参考。
生物炭 裂解湿度 溶解性有机物 紫外-可见光谱 三维荧光光谱 Biochar Pyrolysis temperature Dissolved organic matter UV-visible spectroscopy Three dimensional fluorescence spectra 光谱学与光谱分析
2020, 40(8): 2505
1 广东轻工职业技术学院轻化工技术学院, 广东 广州 510300
2 珠江水利委员会珠江水利科学研究院, 广东 广州 510611
3 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室, 广东 广州 510640
生产中苄索氯铵在湿巾中的添加是通过药液浸渍的方式, 即无纺布对药液中苄索氯铵分子的吸附而实现的。 由于苄索氯铵的吸附是一个时间很短的动力学过程, 目前关于无纺布对苄索氯铵吸附速率的研究还未见报道。 以湿巾无纺布对溶液中苄索氯铵的吸附为研究对象, 根据苄索氯铵在波长269 nm处存在特征吸收峰, 通过搭建在线动力学紫外监测平台, 利用蠕动泵将溶液输送到紫外分光光度计的流动比色皿进行循环检测, 可实现对吸附过程中苄索氯铵溶液吸光度值的在线实时检测; 根据苄索氯铵吸光度值与浓度的关系, 推导计算得出苄索氯铵吸附量, 从而实现了无纺布对苄索氯铵吸附速率的快速准确检测。 该方法适用于在线监测无纺布对苄索氯铵吸附时药液浓度变化。 结合Weber and Morris内扩散动力学模型, 对苄索氯铵的吸附过程进行理论分析, 为深入研究无纺布对苄索氯铵的吸附做指导。 结果表明: 无纺布对苄索氯铵的吸附是一个连续性的分散过程; 第一阶段的苄索氯铵线性吸附与表层扩散有关, 第二阶段为苄索氯铵扩散过程, 第三阶段是苄索氯铵吸附与脱附的平衡动态过程, 且第一阶段扩散率常数(41.60)远大于第二阶段的扩散率常数(15.63), 说明表层扩散在整个吸附过程中起了很重要的作用。 研究工作对于湿巾生产过程中及时合理的添加苄索氯铵及优化湿巾生产工艺具有现实的指导意义。
动态紫外光谱技术 苄索氯铵 吸附 无纺布 湿巾 Kinetic ultraviolet-visible spectroscopy Benzethonium chloride Adsorption Nonwoven Wipes 光谱学与光谱分析
2019, 39(10): 3084
针对取样分析技术破坏壁画文物完整性问题, 提出非接触式可见光谱法原位无损识别壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的方法。 构建非接触式获取平台原位无损采集壁画文物表面可见光谱; 通过调研和实测数据分析, 制备了壁画矿物质颜料可见光谱数据库。 分析数据库中的光谱数据发现: 同种化学成分的颜料具有相同的吸收特性, 表现为光谱曲线峰值位置和几何轮廓的相似性; 在不同粒径下又呈现出不同的散射特性, 表现为光谱曲线幅度的差异性。 为此, 构建了壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的可见光谱法无损识别流程和识别方法, 即提取光谱曲线几何轮廓特征构建表征空间实现了颜料物质成分的识别; 在此基础上, 提出了矿物质颜料需进行物理特征识别的理念, 并建立了光谱曲线幅度积分值与颜料平均粒径间的拟合关系, 实现颜料粒径识别。 以敦煌莫高窟壁画为例验证了该方法的可行性。
可见光谱法 壁画文物 颜料识别 粒径 无损识别 Visible spectroscopy Ancient murals Pigment identification Particle size Non-invasive identification
1 吉林大学, 吉林 长春 130021
2 中国科学院长春应用化学研究所,长春质谱中心,吉林省中药化学与质谱重点实验室, 吉林 长春 130022
3 吉林出入境检验检疫局, 吉林 长春 130062
采用黄嘌呤及氧嗪酸钾联合腹腔注射的方法建立符合人体高尿酸血症发病机制的稳定动物模型,比较二妙丸水提物苍术和黄柏比例分别为1:1,1:2和2:1的水提物(含生药360 mg·mL-1)及二妙丸 (360 mg·mL-1) 分别连续灌胃给予大鼠两周后,评价药物对高尿酸血症的治疗和保护作用.利用紫外可见分光光度法检测了血清及肝脏中黄嘌呤氧化酶(XOD)的活性变化.在570 nm处进行测定,结果显示,模型组与各组相比,血清中XOD活性显著升高(p<0.01),肝脏中XOD活性无显著差异(p>0.05),但各给药组与模型组相比血清和肝脏中XOD活性均显著降低(p<0.01),其中苍术和黄柏比例为1:2的组方疗效最为显著.对肾脏石蜡切片应用苏木精-伊红染色法(HE染色)及马松三色染色法(Masson染色)进行染色,光镜下观察模型组及各给药组肾小球的形态变化及肾小管间质的纤维化程度.结果表明,模型组肾小球萎缩、血管袢分辨不清、出现一定程度的炎细胞浸润、肾间质纤维化等现象.各给药组与模型组比较,肾小球萎缩、炎细胞浸润、纤维组织生成等均有所改善.纤维化面积结果显示,模型组与各组相比纤维化程度显著升高(p<0.01或p<0.05),但与二妙丸组的差异性低于其类方给药组(p<0.05),其中苍术和黄柏比例为1:2的组方疗效最显著.本实验以肾损伤和黄嘌呤氧化酶活性两个方面为考察指标,对高尿酸血症的治疗和保护作用进行评价,为后续二妙丸类方药物的开发提供科学依据。
高尿酸血症 黄嘌呤氧化酶 肾小球萎缩 紫外分光光度法 HE染色 Masson染色 Hyperuricemia Xanthine oxidase Glomerular atrophy Ultraviolet-visible spectroscopy HE staining Masson staining
中国林业科学研究院木材工业研究所, 北京 100091
装饰纸作为现代家居产品中必不可少的重要饰面材料之一, 不仅具有良好的装饰效果, 还可以大大地改善材料的表面性能。然而, 装饰纸外观质量的控制(如色差的评价和控制), 仍然是制约装饰纸产业发展的重要因素之一。利用人眼来判别和控制往往因人而异, 偏主观而非客观。因此, 寻找一种客观、有效的方法来代替人的视觉感官来快速判别具有重要意义。本研究利用可见光光谱结合主成分分析法对不同类别装饰纸进行了模式识别分类研究, 探讨了该技术的可行性。结果表明: (1)可见光光谱与表征装饰纸表面视觉特性的参数之间呈现出显著的相关性, 相关系数都达到了0.85以上, 多数均达到0.99, 说明可见光光谱中包含有描述装饰纸表面视觉特征的参数;(2)利用装饰纸表面的可见光光谱结合主成分分析方法所建立的模式识别模型, 对不同装饰纸表面视觉特征类型进行模式识别时, 正确率达到94%～100%, 说明可见光光谱分析技术有潜力成为装饰纸表面视觉特征快速、客观、有效识别和分类的新技术。
装饰纸 可见光光谱 主成分分析 表面视觉特征 分类 Decorative papers Visible spectroscopy Principal component analysis (PCA) Visual characteristics Classification
