X射线光谱现场分析技术是在现场工作条件下对待测目标体中元素进行快速定性和定量分析的仪器分析技术, 被广泛应用于一些大型分析仪器和化学分析方法所不能直接应用的领域。 该文回顾了近二十年来我国X射线光谱现场分析技术的研究进展。 从现场原位分析和现场取样分析两个角度, 评述了现场X射线光谱仪的研究进展和主要技术特征; 探讨了X射线光谱现场分析数据处理的关键技术问题, 概括了X射线仪器谱解析方法的创新性和演变规律; 介绍了我国现场X射线光谱分析在地质普查、 环境污染调查、 文物现场鉴定、 合金分析中的重要应用; 评价了国际上X射线光谱现场分析仪的研究现状和进展。 提出了X射线光谱现场分析技术的研究方向, 以期在更多的应用领域得到长足发展。

光谱分析仪（Optical Spectrum Analyzer, OSA）是光通信领域的重要测试分析仪器，主要用于测试光源、光纤光缆以及光器件的光谱特性。在介绍OSA基本原理的基础上，研究了波长精细定标方法。首先，分析了波长与采样点及探测波段之间的关系；然后基于可调谐激光器与波长计，利用最小二乘法对几个特征波长进行了定标；最后利用近红外光谱测试系统进行了验证实验。结果表明，定标后的波长准确度控制在±0.3 nm以内，满足产品指标要求。

为了使光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer, OSA)能精确测量窄谱宽光信号, 要求光栅转动一圈分辨200万个点。设计了一种基于衍射光栅、直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)和光电编码器的高分辨率光栅定位系统。实现了基于比例--积分--微分(Proportion Integration Differentiation, PID)的高精度闭环调速控制技术, 以驱动BLDCM带动光栅的转动。同时, 高精度光电编码器快速检测并反馈光栅的角位置, 细分电路对编码器的输出信号作进一步细分。将输出信号的分辨率从16000点/圈提升至2048000点/圈, 极大地提升了光栅定位系统的整体分辨率。通过实验测试了光栅扫描速度、波长重复性和波长准确度等性能指标, 验证了光栅定位的精度和分辨率。

为实现光谱分析仪器的合理分类，从光谱仪的工作波段和分光技术原理两个角度进行了分类研究。在深入调研国内外现有光谱仪产品发展现状的基础上，对其进行了归纳分析，并给出了具体的分类方法和分类结果。同时，根据掌握的光谱研究技术，在结合光谱仪分类研究的基础上，概括介绍了光谱仪的比较研究结论，指出了其中的关键技术和核心部件。该结论能够为光谱仪研究人员提供一种全景的观察视角，同时也可为跟踪行业发展提供有价值的参考。

探月工程三期项目将完成“绕、 落、 回”三个阶段中的采样返回任务, 将在未来发射嫦娥五号（CE-5）探测器, 执行月面着陆、 采样并返回地球的任务。 嫦娥五号月球矿物光谱分析仪（LMS）是探月工程三期重要的数据来源, 通过LMS光谱数据分析识别月球表面物质的矿物组成, 包括含水矿物, 同时有助于判断岩石类型, 辅助地层学分析。 为月球的形成过程、 月球地质演变及岩石-水交互作用的研究提供数据支撑。 相比于嫦娥三号红外成像光谱仪, LMS将光谱范围从450～2 400 nm扩展到了480～3 200 nm, 除了能探测月球表面主要矿物辉石、 橄榄石等, 还可以探测3 000 nm附近的羟基吸收峰特征, 为月球表面是否存在“水”提供强有力的证据。 此外, 嫦娥五号月面工作任务将获取月表以下物质, LMS可以对月表采样前后的采样区域进行光谱探测, 比较不同深度、 不同风化程度下的月壤光谱特征, 且与后期返回样品的实验室光谱对比分析。 为保证LMS月面数据的可靠性, 在探测器发射之前开展了LMS地面验证试验, 采用多种矿物及矿物混合样品, 在不同试验环境下获取LMS的探测数据, 分析研究LMS的矿物成分探测能力, 并结合标准比对仪器光谱进行光谱质量分析。 计算了所有实验样品的光谱不确定度参数。 除了具有低反射率的钛铁矿外, 所有样品都具有高质量的光谱数据。 同时, 在相同条件下, LMS光谱特征与标准比对仪器得到的光谱数据相一致, 表明LMS整体数据质量高。

近红外光谱分析作为石油勘探过程中油品成分鉴别的一种重要手段，多年来引起人们的广泛关注和深入研究。针对石油勘探过程中油藏井温度高、空间局促等苛刻环境条件，研制了一种能够在高温环境中连续稳定工作的实用化微型近红外光谱分析仪，其体积为154 mm×66.5 mm×38 mm。该微型近红外光谱分析仪采用凹面光栅作为分光元件，针对油气特征波段进行理论计算和Zemax软件仿真，设计出通量高、杂散光少、成像优质的全息凹面光栅。探测器选用Hamamatsu公司二级半导体制冷线阵电荷耦合器件(CCD)，通过合理的光路设计和紧凑的结构布局，实现了在70 ℃的高温环境下稳定工作。通过标定及相关性能测试，结果表明：该微型近红外光谱分析仪光谱范围达到1550~1890 nm，分辨率优于4.8 nm，波长准确性±1.1 nm，信噪比1202∶1；利用该光谱分析仪对0#柴油和水的吸光度进行了应用实验，结果充分证明该系统的实用化水平。

针对单片机作为主控及数据处理平台的光栅光谱分析仪具有电路复杂、可靠性差、测量速度慢等诸多局限性,提出一种基于工控板作为主控及数据处理平台的光栅光谱分析仪设计方法。该方法根据双口RAM双端口通信机制和查询测量参数指令地址的软件设计方法,采用FPGA控制PC/104总线作为主控及数据处理平台与双口RAM数据通信及控制总线,在兼容原有系统成熟模块的前提下,实现工控板对光谱分析仪参数设置和数据测量。实验结果表明,该方法切实可行,且相对于原有光谱分析仪产品,平均测量时间缩短83.7%。

基于地对空高光谱观测获取大气CO2柱浓度(大气中CO2的垂直总含量)数据是验证和改进卫星高光谱观测反演CO2浓度的重要数据源之一, 而目前在中国还没有基于地面光谱观测进行大气CO2柱浓度反演研究的报告。 利用光谱分析仪与太阳跟踪仪等构成的地面观测系统在中国内蒙古锡林郭勒草原进行了地对空高光谱观测, 基于高光谱观测数据反演了大气CO2柱浓度。 在基于1.6 μm大气CO2的光谱吸收特征进行CO2浓度反演过程中, 评价分析了观测光谱的波长漂移和气象参数对大气CO2柱浓度反演精度的影响。 结果显示观测期间平均大气CO2柱浓度为390.9 μg·mL-1。 波长的漂移将会导致反演浓度值整体偏低; 波长漂移从-0.012～0.042 nm范围时, 将会导致1 μg·mL-1以上的偏差。 同时, 研究发现光谱透过率在6 357～6 358, 6 360～6 361和6 363～6 364 cm-1谱段敏感于气象参数的变化。 对比利用与光谱观测同时和非同时观测的气象参数进行的浓度反演结果发现, 非同时观测气象参数的利用引起的浓度偏差最小在0.11 μg·mL-1, 最大可达4 μg·mL-1; 本论文的分析结果对基于光谱反演CO2柱浓度算法的改进有着一定的参考价值。