在港口运输领域, 船舶燃油中硫含量检测一直是海事部门的监管重点。 随着我国港口贸易飞速发展, 一种简单高效的船舶燃油硫含量检测手段对我国海洋环保事业具有重要意义。 现有的检测方法普遍存在时效性差, 应用范围窄等问题, 难以实现船舶尾气的大范围快速遥测。 利用高光谱成像技术实现船舶尾气中CO2和SO2的遥测, 充分发挥高光谱成像技术信息丰富、 检测距离远、 检测范围广等优势, 发展傅里叶变换干涉型高光谱成像技术与高光谱成像三维低秩优化技术, 解决了开放光路下的低浓度检测问题和复杂环境干扰问题, 成功计算出船舶燃油中的硫含量, 为我国船舶燃油中硫含量监测提供有效工具。 研究主要包括: 在天津港东疆码头开展昼、 夜时段固定船舶硫含量检测试验以及随机船舶硫含量检测试验, 采集大量船舶尾气高光谱图像, 建立船舶尾气数据库; 发展针对复杂开放光路气体远距离检测的傅里叶变换干涉型高光谱成像技术, 具有高通量、 高光谱分辨率、 高信噪比等优点, 可以将检测距离扩增至1 200 m, 单次检测用时小于3 s; 设计基于高光谱成像三维低秩优化技术对高光谱数据进行预处理, 以低秩作为约束对高光谱图像进行三维重建, 去除复杂环境对高光谱图像的干扰, 实现高光谱图像信噪比的进一步提升; 利用偏最小二乘法化学计量技术实现SO2和CO2气体浓度的准确解析, 并依据真实大气辐射情况, 建立辐射传输模型, 从而实现对昼、 夜环境下加注高硫油的固定船舶以及随机船舶中的准确识别, 并在高光谱图像中SO2气体浓度过高的部分进行主动标识。 所述技术已在天津港进行了实地应用, 成功检测出Xinchunshun号排放尾气中SO2气体浓度超标, 检测结果与海事部门掌握的数据相符, 验证了基于高光谱成像技术的远程被动测量船舶尾气及燃油中硫含量检测的可行性。

发动机润滑油是保障汽车发动机持久且稳定运转的基石, 准确评定发动机润滑油各项性能指标是其在生产到使用全过程必不可少的步骤。 发动机润滑油在一段时间的使用后会因为多种原因引起油品变质, 发动机润滑油变质的指标可以用其中非磁性颗粒物浓度、 金属屑含量、 pH值、 粘稠度、 含水率等表述。 关于发动机润滑油含水量的检测, 传统的检测方法存在操作复杂, 及时性差等缺点。 太赫兹对水吸收强烈, 适合用于对样品中微水含量的分析。 通过透射式太赫兹时域光谱系统获得1.0～3.5 THz下的六种不同水含量的发动机润滑油的吸收系数谱线, 对谱线进行Savitzky-Golay（SG）平滑去噪, 剔除奇异样本后, 采用Kennard-Stone算法划分样品集, 尝试常规区间偏最小二乘法（iPLS）、 向后区间偏最小二乘法（BiPLS）和联合区间偏最小二乘法（SiPLS）对其太赫兹时域光谱特征谱区间进行筛选, 着重研究区间间隔数、 PLS组件数、 最佳主因子数和区间选择等因素对PLS模型属性的影响, 并且对不同含水量的润滑油建模分析, 对不同模型比较选优, 建立最优定量分析模型。 建模结果表示特征谱区筛选可以提高建模性能、 降低模型复杂性, 特征谱区筛选算法通过剔除发动机润滑油太赫兹吸收系数谱线中非线性或者无关变量的方式, 使建模结果更好的表达吸收系数谱线与其含水量的关系。 结果表明: 采用BiPLS模型用于发电机润滑油中微量水含量的定量分析时建模效果最佳, 模型区间数为26, 入选区间为［18 10 4 3 8 12 5 11 24 13 16 21 2］, 主因子数为10, 最优模型的交互验证均方根误差RMSECV为0.003 5, 预测均方根误差RMSEP为0.004 6, 校正集相关系数r为0.919 3, 预测集相关系数r为0.865 7。 由此可见, 可以采用反向区间偏最小二乘法（BiPLS）用于发动机润滑油水含量的测定, 且实验过程简单, 建模计算速度快, 效果理想, 可以适用于非接触式油品含水量的定量分析。

针对传统云水含量传感器体积大, 功耗大等问题, 本文基于可调谐半导体激光器吸收光谱技术, 研制了一种云水含量检测系统.采用1 368.6 nm分布式反馈半导体激光器作为检测光源, 设计 了基于TLC7528芯片的正交锁相放大器, 提高了测量的稳定性和抑制噪声的能力; 单板实现了激光器驱动、谐波信号处理、浓度反演功能.系统在不同浓度, 不同温度下进行在线检测, 实验结果表明 , 系统响应时间为10 s左右, 水含量在0～16 g/m3范围内误差小于5%, 在－55～+60℃条件下可正常工作.该系统体积小, 检测精度高, 响应速度快, 性能不受温度影响, 很好地满足了机载云层探测 需要.

变压器的维护至关重要。 变压器油中水含量的检测是变压器维护中很重要的一部分。 水在太赫兹频段独特的分子键振动模式使其对太赫兹波具有强烈的吸收性。 利用太赫兹时域光谱技术对变压器油进行水含量检测, 获得了不同水含量变压器油的吸收系数和折射率, 结合相关理论模型对获得的参数进行了分析验证。 试验结果表明, 变压器油的吸收系数和折射率与水含量呈线性关系。

十二烷基苯磺酸钠( Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate,SDBS)是一种通用的阴离子表面活性剂,其洗涤性能优良,配伍性能好,可与其他无助剂以不同比例配比,且价格便宜,被广泛应用于洗衣粉中。应用FS920荧光光谱仪分析了不同浓度的十二烷基苯磺酸钠水溶液和不同品牌洗衣粉水溶液的荧光光谱特性,发现十二烷基苯磺酸钠溶液的荧光特征峰位于λex/λem=315/350 nm,洗衣粉水溶液的荧光特征峰位于λex/λem=356/430 nm,经分析是由于洗衣粉中添加了其他非离子表面活性剂、沸石等物质使特征峰发生红移。根据荧光强度与浓度的关系,采用径向基神经网络完成了水溶液中十二烷基苯磺酸钠含量的定量测试,同时通过采用荧光光谱技术和径向基神经网络相结合的检测方法分析了生活中常见的7个常用品牌洗衣粉中表面活性剂的含量。

为了实现农产品中农药残留含量快速分析, 根据荧光光谱的基本原理研究了腐霉利的荧光特性, 对腐霉利-蜂蜜混合体系进行了研究, 分析荧光强度与蜂蜜中腐霉利含量之间的关系。采用稳态荧光光谱仪分别检测腐霉利溶液和蜂蜜溶液的荧光光谱, 纯蜂蜜溶液荧光峰在342 nm, 腐霉利溶液的荧光峰在390 nm, 通过逐次向纯蜂蜜溶液中添加0.1 g/dL的腐霉利标准溶液, 发现相对于纯蜂蜜, 荧光峰位置发生红移,说明腐霉利与蜂蜜中某些物质发生了相互作用。采用Origin8.5数据分析软件对蜂蜜的荧光峰值处荧光峰强度与腐霉利含量线性拟合后, 发现蜂蜜溶液中腐霉利的含量与对应的荧光强度有良好的线性关系, 预测函数模型为I=188504.75x+384764.33, 相关系数为0.99。经过相同实验条件下的实验验证, 模型预测准确率在96.8%～100%之间。研究结果表明: 荧光光谱法检测蜂蜜中腐霉利残留含量的方法是行之有效的, 为其他农产品中腐霉利农药残留含量的检测提供了参考依据。

用化学法测定水稻抗性淀粉含量耗时长、 成本高, 为此, 探索了基于近红外光谱技术(NIRS)的水稻抗性淀粉含量测定新途径。 首先, 采集了62份抗性淀粉含量差异较大的水稻的光谱数据, 将光谱数据和已测定的化学值数据导入化学计量学软件, 采用偏最小二乘法（PLS）建立了抗性淀粉含量的近红外定标模型, 对不同预处理得到的预测模型进行了内部验证和外部验证。 结果如下: 内部交叉验证方面, 未处理、 MSC+1thD预处理、 1thD +SNV预处理的决定系数(R2)分别为0.920　2, 0.967　0, 0.976　7, 预测均方根误差（RMSEP）分别为1.533　7, 1.011　2, 0.837　1。 外部验证方面, 未处理、 MSC+1thD预处理和1thD +SNV预处理的决定系数(R2)分别为0.805, 0.976, 0.992, 绝对误差平均值分别为1.456, 0.818, 0.515, 预测值和化学值之间没有显著差异（Turkey法多重比较）, 说明以近红外光谱分析法代替化学测定法是有可能的。 在不同预处理方法之中, 1thD+SNV的预处理方法无论内部验证还是外部验证都具有较高的决定系数和较低的误差值, 定标模型精度更高, 误差更小。

对牛血清白蛋白(BSA)与盐酸特拉唑嗪(THD)混合体系进行了荧光发射光谱和同步光谱实验研究。BSA溶液在340 nm处有明显荧光特征峰, 当加入THD后导致牛血清白蛋白发生内源荧光猝灭。据此建立了以BSA为探针的THD含量测定方法, 通过该方法所得的模型函数相关系数都高于0.99。对所得模型函数进行了实验验证, 其中发射光谱模型函数回收率为96.04%~103.16%, 同步光谱模型函数回收率为100.41%~105.58%, 相对标准偏差分别为3.70%和2.42%。荧光发射光谱和同步光谱方法的检出限分别为0.64×10-8 mol/L和0.66×10-8 mol/L, 定量限分别为0.21×10-7 mol/L和0.22×10-7 mol/L。