楚雄师范学院光谱应用技术研究所, 云南省高校分子光谱重点实验室, 楚雄 675000
采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合技术研究存储5年的姜科药材, 以探寻姜科药材存储五年的成分变化情况。结果显示, 原始红外光谱整体相似, 光谱反映出药材的主要物质有挥发油类、黄酮类、糖类、氨基酸等。对谱图差异较大的1300～1450 cm-1进行原始谱图局部放大处理、二阶导数处理, 明显看出1384 cm-1、1410 cm-1峰强、峰位差异明显, 推断含异丙基和叔丁基化合物的含量及化合物内部结构发生变化。结合吸光度比值法和曲线拟合面积定量分析得出, 22种姜科药材的挥发油含量随着储藏时间的变化呈下降趋势, 糖类含量呈上升趋势。研究表明, 傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合可为姜科药材的品质分析提供一种有效手段。
红外光谱 姜科 曲线拟合 中药材 Infrared spectrum ginger curve fitting Chinese medicinal materials
1 河北工业大学 机械工程学院，天津 300130
2 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072
3 天津工业大学 天津市电工电能新技术重点实验室，天津 300387
调谐激光吸收光谱（TLAS）技术具有非接触、抗干扰、高灵敏度等优势，可对气体进行浓度、温度、压强的测量。目前已有的压强检测模型中多以谱线的有限特征点进行提取与计算，存在易受干扰、测量误差较大的问题，因而有必要建立新的抗干扰、稳定性强的压强检测模型。针对此问题，文中根据吸收线宽的气体压力测量方法，提出了低压与高压范围内压强与谱线线型拟合函数的数学模型。结合谱线展宽原理，对不同压强下的二次谐波吸收线进行仿真研究。通过改变Gauss线型函数和Lorentz线型函数的半高宽比例关系模拟压强变化，分析信号拟合度的变化趋势，仿真结果表明，在理想情况以及激光器线宽、白噪声、背景干扰影响下，Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间存在三阶拟合关系，拟合度均保持在0.998 0以上，且与传统模型相比在动态噪声和背景干扰下具有更好的稳定性。最后对CO2气体1 580 nm位置的实测信号进行处理，实验结果表明，实际检测谱线Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间的三阶拟合度为0.986 3，略低于仿真的拟合度0.998 7，符合仿真分析结果。文中提出的方法可以根据吸收谱线的拟合比曲线反演气体压强，为气体压强检测提供了解决方案。
调谐激光吸收光谱 谱线展宽 曲线拟合 压强检测 tunable laser absorption spectroscopy spectral line broadening curve fitting pressure detection 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230428
1 云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500
2 曲靖师范学院物理与电子信息学院，云南 曲靖 655011
种子萌发作为植物生命历程的开端，直接影响作物的最终产量。种子萌发常遭遇低温的影响，严重威胁粮食生产安全。利用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合研究低温对谷物种子（藜麦、青稞、水稻和小麦）萌发的影响。研究结果显示，4种谷物种子的发芽势、发芽率和发芽指数都随温度的降低而下降，青稞种子在4 ℃低温下的发芽率和发芽指数仍然较高，表明青稞种子的耐低温能力更强。红外光谱结果显示，低温胁迫下的谷物种子原始红外光谱整体特征相似，主要由多糖、脂肪和蛋白质的特征吸收峰组成。对低温胁迫下的谷物种子多糖（1200~950 cm-1）和酰胺Ⅰ带（1700~1600 cm-1）进行曲线拟合，结果显示：藜麦种子的多糖含量上升，蛋白质含量下降；青稞种子的多糖和蛋白质含量均呈先升后降的趋势；水稻种子的多糖含量下降，蛋白质含量上升；小麦种子的多糖含量呈先升后降的趋势，蛋白质含量呈先降后升的趋势。另外，在低温胁迫下，藜麦、青稞、水稻和小麦种子中都有不同比例的蛋白质二级结构从无序转向有序。因此，傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合是一种研究低温胁迫对种子萌发影响的有效方法。
光谱学 谷物种子 低温胁迫 红外光谱 曲线拟合 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1530003
光学 精密工程
2023, 31(12): 1741
1 北京工业大学 先进半导体光电技术研究所, 北京
2 陕西科技大学 材料原子分子科学研究所, 西安
研究了两维相干阵激光光束主瓣的远场特性。建立了正方形和正六边形子光源排列的相干阵激光传输的数学物理模型, 通过数值模拟与分析得出: 采用高斯函数来描述相干阵激光光束的远场中心主瓣光强分布误差很小, 可按照单孔径激光器的基模高斯光束传输规律来描述相干阵激光光束的传输规律。在此基础上, 计算了远场中心主瓣能量占比, 计算结果表明, 远场中心主瓣能量占比几乎不受子光源数目的影响; 而随着占空比的增加, 中心主瓣能量占比逐渐增大。当相干阵激光的孔径完全装填时, 正方形排列的激光光束中心主瓣的最高能量占比为79.1%; 而正六边形排列的能量占比值为83.2%。
相干阵激光器 中心主瓣 曲线拟合 能量占比 coherent array laser central main lobe curve fitting energy proportion
中国地质大学(北京)工程技术学院, 北京 100083
黄土特殊的结构和矿物组成导致其遇水易崩解, 并引起边坡失稳、湿陷性沉降等一系列岩土工程问题。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是一种新型微生物矿化技术, 本文通过自制崩解仪探究了养护龄期和胶结液浓度对MICP改良黄土崩解时间和崩解率的影响, 根据非饱和土的单值有效应力公式, 从孔隙水压力和孔隙气压力的角度建立了非饱和土崩解的力学模型, 利用推导出的崩解率-时间公式拟合黄土试样的崩解曲线。结果表明: MICP改良试样的崩解率均低于未改良的试样; 随着养护龄期增加, 0.6 mol/L胶结液改良黄土的崩解时间由12 min增加到28 min; 养护14 d时, MICP改良黄土的崩解率达到最低值0.02%, 崩解率-时间公式对崩解率曲线的调整拟合优度均在0.90以上。
微生物诱导碳酸钙沉淀技术 黄土 崩解性 微分方程 孔隙气压力 曲线拟合 microbially induced calcite precipitation technolo loess disintegration property differential equation pore air pressure curve fitting
1 湖南工学院材料与化学工程学院, 湖南 衡阳 421002
2 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400045
3 湖南省中医药研究院中药研究所, 湖南 长沙 410013
植物精油是从芳香植物提取的天然复杂化合物, 作为芳香植物的次生代谢产物具有挥发性和浓郁香味, 其特有的多样化生物活性广泛应用于医药和化妆品行业。 植物精油具有高渗透性, 能以活跃的分子态渗透皮肤组织, 经淋巴腺吸收后进入血液, 其所含的重金属元素也极易随植物精油进入人体对健康构成潜在威胁。 采用硝酸-双氧水对植物精油进行微波消解, 在多模式样品导入系统(MSIS)的双重模式下, 采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定其中可形成蒸气重金属元素As, Sn, Sb, Hg和不可形成蒸气重金属元素Cr, Ni, Cd和Pb的含量。 选择盐酸对样品进行酸化并预还原氧化态元素, 通过在线加入L-半胱氨酸/酒石酸提高可形成蒸气元素的蒸气发生效率, 利用硼氢化钠/氢氧化钠在MSIS中将As, Sn, Sb和Hg转变为蒸气状态; 针对分析过程中存在的多个或单个光谱重叠和背景干扰, 分别对空白溶液、 分析元素和预期干扰元素的纯溶液进行测定, 根据获得的光谱响应数据解卷积构建快速自动曲线拟合技术(FACT)模型, 将分析谱线从干扰谱线中分离出来, 从而实现光谱重叠干扰和背景干扰的实时校正; 采用加标回收并与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行对比分析评价方法的准确性。 各元素方法的检出限(MDL)为0.3811.2 μg·kg-1, 加标回收率为95.4%104%, 相对标准偏差(RSD)为1.9%4.9%, 对比分析的相对误差(RE)在-2.1%2.7%之间, 表明方法准确可靠, 精密度高。 对8种植物精油中的重金属元素进行了分析, 所有植物精油样品中重金属元素As, Hg和Pb的含量远低于GB/T 26516-2011制定的限量标准, 植物精油中重金属元素Cr, Ni, Sn, Cd和Sb的含量虽然没有制定限量标准, 但均处于极低水平。 MSIS兼具传统雾化和蒸气发生双重功能, 在分析可形成蒸气元素和不可形成蒸气元素时无需切换不同进样系统, 能满足大批量植物精油中微量重金属元素的高通量分析需要。
植物精油 电感耦合等离子体发射光谱 重金属 多模式样品导入系统 快速自动曲线拟合技术 Plant essential oil Inductively coupled plasma optical emission spectrometry Heavy metal Multimode sample introduction system Fast automatic curve fitting technology 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1162
安徽工业大学 电气与信息工程学院，安徽 马鞍山 243000
为提高非本征光纤珐珀传感器(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric, EFPI)腔长解调的精度，基于EFPI传感器反射光谱近似余弦函数的特性，设计了一种基于李萨如图形(Lissajous-Figure)与标准形式椭圆曲线拟合的解调方法。将两组光强信号经过坐标变换拟合为标准椭圆曲线，以减少求解参数；并通过经验模态分解对数据进行分析，去余项后将得到的极值点代入椭圆曲线求解。将离散数据点分别移动5、10、15、20、25个点测试五组不同相移对解调结果的影响并选取其中误差最小的一组对EFPI传感器进行横向负载实验，分别施加5~25 N的应力，通过拟合椭圆曲线的解调方法将计算腔长差与理论腔长差相对比。结果表明，实际腔长差随负载成正比，平均误差值为5.690%左右，可以准确获取 EFPI 的腔长。
EFPI光纤传感器 李萨如曲线拟合 经验模态分解 腔长解调 EFPI optical fiber sensor Lissajous curve fitting empirical mode decomposition cavity length demodulation 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210765
