1 中国医学科学院，北京协和医学院生物医学工程研究所，天津 300192
2 首都医科大学附属北京友谊医院，北京 100050
3 中国医学科学院，北京协和医学院北京协和医院，北京 100730
本研究的目的在于获得Nd∶YAG激光在血液中传播的几何尺寸损耗与血液厚度的关系，从而获得适用于Nd∶YAG激光在血液中传播的修正朗伯比尔定律的准确表达式。通过所建立的Nd∶YAG激光在离体血液中透过的光检测实验系统，检测得到激光在穿透目标厚度为1.0~2.5 mm（临床脉管性病变的常见血层厚度）的圆柱形血层后的光衰减情况，并基于R语言和统计学方法，建立了几何尺寸损耗与血液厚度之间的线性、对数、指数和乘幂回归模型。其中，线性回归模型的拟合效果最好，R2值可达0.9219，由此获得适用于Nd∶YAG激光在血液中传播的修正朗伯比尔定律表达式。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617023
本文研究了基于T公司生产的某型号正性光阻, 采用错位叠加紫外曝光工艺, 实现灰阶曝光效果的方法, 最终得到具有特定角度的楔形斜面结构。光阻在进行紫外感光前后, 对紫外光的吸收系数α会发生变化, 根据朗伯比尔定律(Lambert-Beer law), 将楔形斜面结构等效成台阶状结构, 并通过实验计算出使该光阻发生光解反应的临界曝光能量I、光阻感光前后的吸收系数α和α′, 并进一步根据等效模型结构得到错位叠加曝光过程中每步曝光所需能量大小。实验结果表明, 使光阻进行分解反应的临界曝光能量I约为8 mJ, 对紫外光的吸收系数α约为1.14。经过紫外感光后, 光阻对紫外光的吸收系数α′降为原来20%, 进一步根据计算得到的曝光能量进行实验, 最终制作出所需的斜角为32°的楔形结构。错位叠加曝光的方法可以得到具有特定角度的楔形斜面微结构, 而且该过程所需的曝光条件可以根据楔形角度进行计算。
楔形斜面 朗伯比尔定律 错位叠加曝光 吸收系数 临界曝光能量 wedge bevel Lambert-Beer law dislocation and superposition exposure absorption coefficient critical exposure energy
华南理工大学化学与化工学院, 广东 广州 510640
氯化钠水溶液中, 水分子之间的氢键相互作用随氯化钠浓度变化而发生改变, 导致不同浓度的水溶液光谱形状也不同, 因此NaCl溶液的光谱不满足朗伯比尔定律。 如果浓度c与吸光率A不满足朗伯比尔定律, 则利用光谱差减技术扣除溶剂水的吸收峰问题就会遇到瓶颈, 差减效果不能令人满意。 利用二元线性回归分析法和双边夹原理合成杂化光谱, 期望在偏离朗伯比尔定律体系, 可以理论上获得各种浓度的NaCl水溶液的杂化光谱, 并且保证杂化光谱与其代表的真实光谱高度相似。 主要结论如下: (1)浓度c1和c2的NaCl水溶液的红外光谱分别为$A_{c_1}$和$A_{c_2}$, 则浓度介于c1和c2之间的溶液光谱, 均可用Ahc(c1, c2)=$\hat{a}A_{c_1}+\hat{b}A_{c_2}$来表示。 Ahc(c1, c2)与浓度为c(c1<c<c2)的溶液的真实光谱Ac高度类似。 (2)c2和c1间隔越小, 杂化光谱Ahc(c1, c2)与真实光谱Ac的相似度越高, 因此可根据精度要求选择合适的$A_{c_1}$和$A_{c_2}$来拟合Ahc 。 (3)杂化光谱Ahc(2%, 30%)=$\hat{a}$A2%+$\hat{b}$A30%, 适用浓度区间2%~30%, 涵盖浓度范围宽, 效果令人满意。 (4)回归系数$\hat{a}$和$\hat{b}$与浓度c关系为$\hat{a}$=-3.592c+1.058 9, $\hat{b}$=3.565c-0.0551 5。 在2%~30%浓度范围内, 选取浓度c数值, 即可获得相应回归系数$\hat{a}$和$\hat{b}$, 再将$\hat{a}$和$\hat{b}$代入方程Ahc(2%, 30%)=$\hat{a}$A2%+$\hat{b}$A30%, 即可获得NaCl水溶液的杂化光谱。 杂化光谱与相对应的真实光谱高度近似, Ahc(2%, 30%)≈Ac, 完全可替代真实光谱。
NaCl水溶液 朗伯比尔定律 线性回归分析 杂化光谱 NaCl aqueous solution Lambert-Beer law Linear regression analysis Hybrid spectra
北方工业大学 机电工程研究所, 北京 100084
针对地表水和城镇污水对于总磷(TP)总氮(TN)联合测定的需求, 基于国标法提出了联合测定原理, 利用顺序注射技术和微控技术建立水质总磷总氮多量程在线监测系统, 完成了TP和TN的测定。总磷的测定量程分为0~1.2, 1.2~2.5, 2.5~5 μg·mL-1; 总氮测定量程分为0~10, 10~20, 20~40 μg·mL-1。测定范围涵盖地表水环境I~V类水和城镇污水处理厂排放标准中总磷、总氮的标准限值。利用交替最小二乘拟合算法建立了总磷与总氮测定的回归模型。实验结果表明, 其校正决定系数≥0.996 4, 最低检出限分别为0.01 μg·mL-1和0.05 μg·mL-1, 重复性相对标准偏差(RSD)分别为1.36%~3.84%、0.78%~3.69%, 贵州七大水库实际水样数据比对中, 总磷相对误差≤±3.7838%, 总氮相对误差≤±3.69%。系统运行稳定, 可以精准、高效地分析不同地表水样的总磷总氮, 为环境保护和污水排放提供了技术支持, 尤其适用于实验室、站房式、便携式在线水质监测。
多量程 总磷 总氮 朗伯比尔定律 在线监测 光电二极管 multi-range total phosphorus total nitrogen Lambert-Beer law on-line monitoring photodiode
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 中国医学科学院生物医学工程研究所, 天津 300192
基于二组分混和食用油的吸收系数是各自组分吸收系数按照掺杂比例的线性组合的假设以及朗伯-比尔吸收机理, 提出并推导了二组分食用混合油的线性混合数学模型。 该数学模型可根据相同厚度的两种原料油和其二组分混合油对相同光源的吸收光强变化计算出混合油的组分比例。 根据误差理论, 利用全微分公式分析了组分比例计算值的误差, 表明通过选择使两种原料油的透射光强和吸光度差值的乘积较大的波长位置, 可以优选出检测波长。 搭建了可见-近红外光谱检测系统, 利用花生油掺杂玉米油、 花生油掺杂大豆油和玉米油掺杂大豆油三种混合油对模型进行了验证。 结果表明, 该模型对掺杂10%以上的混合油的成分比例计算值和实际值的相对误差在5%以内, 相关系数分别达到0.999 4, 0.999 7和0.999 3, 标准误差分别为0.006 9, 0.005 1和0.007 6, 并证实本研究的波长选取方法是合理的。 此外, 对3种按同样比例组合的、 未混合的分立油样本进行了检测, 计算组合比的相对误差也可控制在10%以内, 同时揭示入射光源的平行度和待测装置的垂直度对检测精度有一定影响。 试验证明, 不同于传统的光谱结合化学计量学的检测方法, 本方法可以仅通过检测原料油和混合油在选定波长上的吸收光强即可准确计算得到掺杂比例。
线性混合 朗伯-比尔定律 掺杂 吸收光谱 定量分析 Linear mixing The Lambert-Beer’s Law Adulteration Absorption spectrum Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2486
1 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 清华大学精密仪器系, 北京 100084
2 中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
3 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 清华大学精密仪器系, 北京 100084,
差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法, 按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法。 用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准, 传统的方法是使用标准气体进行校准。 但是由于标准气体自身的量值确定问题, 在ppb甚至ppt级的不确定度大于10%, 而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体, 导致传统方法失效。 提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法, 利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系。 由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高, 所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准。 本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值, 然后把标准光学密度片放入测量系统光程中, 测得其光学密度值, 根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差, 进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度, 所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限。 该方法完全基于光学测量, 不需引入标准气体评估, 基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差, 实现测量系统在较小不确定度水平上的标定, 提高检出限标定的精度。 本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证。
光谱密度 差分吸收光谱 朗伯比尔定律 校准 Spectral optical density DOAS(differential optical absorption spectroscopy) Lambert-Beer law Calibration 光谱学与光谱分析
2017, 37(4): 1302
1 中国科学院烟台海岸带研究所, 山东 烟台 264003
2 烟台东润仪表有限公司, 山东 烟台 264003
研究的水质COD在线检测系统是根据朗伯-比尔定律来测试水样COD浓度, 系统采用双光路设计, 并选用可变光程流通池来满足在不同水体测试的要求。通过本系统检测得到的5组水样COD浓度, 对系统测试COD浓度值与已知实验室化学法COD浓度值进行了二者的数值偏差及误差分析。实验结果表明, 两者的最大偏差值约为7.93, 最小偏差值为0.33, 数据的平均偏差值为3.74左右, 以及本系统测试结果的平均相对误差为6.72%, 标准差为4.66。文中系统测试得到的COD浓度值与其已知浓度值很相近, 系统测试结果准确度比较高, 能够基本满足检测的需求, 并且测量快速、易操作、无污染, 适合于在线检测水体COD浓度。
双光路 朗伯-比尔定律 相关系数 检测 chemical oxygen demand (COD) COD two light path Lambert-Beer’s law correlation coefficient detection
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
介绍了一种CO2 探空测量方法。其原理是利用朗伯-比尔定律,使用非分光红外法,通过选择合适的红外光源和红外探测器,设计了合理的电路,在定标的基础 上将测量的光强转换成CO2 浓度,制作出可用于探空测量的实验装置。通过与EC9820型CO2 分析仪的地面对比试验,结果表明,连续12天测量 的趋势一致,平均误差为9.835 ppm,验证了设计的可行性,基本满足了大气CO2 探空的精度需求,为进一步研制CO2 探空仪提供了参考。
大气光学 CO2 探空测量 朗伯-比尔定律 非分光红外法 atmospheric optics CO2 balloonsonde measurement Beer-Lambert law non-dispersed infrared technique 大气与环境光学学报
2015, 10(5): 432
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
主要研究了一种利用非色散光学法进行NO2 浓度检测的技术,其基本原理是利用NO2 在紫外可见光波段有 较强吸收的特点,根据朗伯-比尔定律通过预先标定好的气体吸收率与浓度的关系曲线来推导气体浓 度信息。在实验室使用光谱仪、氙灯和已知浓度的一系列标准样气进行实验,从光谱仪测得 的290～410 nm范围的光谱数据中选取带宽为5 nm的四个波段,分别计算不同气体浓度下的吸收 率,然后分别与浓度作多项式拟合。通过对比不同波段范围和拟合阶次下的拟合相关系数,确定 了一个拟合效果最好的波段和拟合阶次,为滤光片的选择提供了依据。
非色散光学法 NO2 浓度 标定 朗伯-比尔定律 non-dispersion optical method NO2 concentration calibration Lambert-Beer’s law
海军工程大学船舶与动力学院, 湖北 武汉430033
水雾系统对红外光谱有着强烈的衰减作用, 因此在**目标的各种制导对抗中被予以高度的关注。 以Mie散射理论为基础, 分析了粒子对红外光谱前向散射的聚集特性, 定义了近前向散射比, 并确定了在应用朗伯比尔定律时需修正的粒子尺度和散射半角的范围。 通过大量计算发现, 单独将粒子尺度和散射半角的乘积作为独立变量计算的视消光系数不够精确。 在中远红外波段, 前向散射附近的小角度内散射强度积分与粒子尺度和散射角都成正比, 若红外波长为定值, 则与粒子半径成正比。 最后根据前向散射规律给出了两个不单独以ｘ·θ为变量的经验计算公式, 使得对水雾消光的修正计算更加简便精确。
光散射 Mie理论 朗伯比尔定律 近前向散射比 修正因子 Light scattering Mie theory Lambert-Beer’s law Near forward scattering ratio Correction factor 光谱学与光谱分析
2010, 30(10): 2632
