针对地表水中Ⅰ-Ⅴ类水域、 地下水、 工业废水对氨氮及化学需氧量准确快速联合测定的需求, 融合光谱分析法中的连续光谱法与顺序注射技术(SIA), 基于地表水国家检测标准, 以氨态氮(NH3-N)、 化学需氧量(COD)原位水质参数为检测对象, 设计了一种小型微量原位水质NH3-N、 COD高效快速检测仪。 该系统主要依据自主设计的基于紫外灯照射消解与加热密闭消解方法同时进行的消解池结构以及基于光谱扫描设计的的检测池结构, 达到快速消解稳定检测的目的。 同时系统基于分光光度法优化了检测流程, 测定开始COD消解的同时, 待检测池中的NH3-N指数显色后的配位化合物进行光谱扫描测定, 消解后, 进行COD的测定, 整个检测过程相比国标检测法缩短至少60 min, 可以实现25min内自动完成NH3-N及COD的测定, 大大节约时间成本。 绘制经光谱扫描显色反应后配位化合物的吸光度与连续波长曲线可得: NH3-N、 COD分别于690和445 nm处具有明显吸收峰, 经读取峰的吸光度值, 采用最小二乘法分别建立NH3-N、 COD回归建模, 拟合回归方程并计算相关系数, 绘制相应参数的吸光度-浓度工作曲线。 实验结果表明: 在0~2 mg·L-1浓度范围内, NH3-N标准工作曲线相关系数r≥0.998 7, 且浓度与吸光度成正相关。 重复性相对标准偏差为1.36%~1.68%, 加标回收率为97%~102%; 在0~50 mg·L-1浓度范围内, COD标准工作曲线相关系数r≥0.997 8, 浓度与吸光度呈负相关。 重复性相对标准偏差为2.14%~2.48%, 加标回收率为97.6%~102.95%。 系统的测定结果准确、 直线性与稳定性良好, 具有较高的可行性与可靠性。 基于SIA与连续光谱法联合测定NH3-N、 COD的方法研究, 为拓宽光谱法在水质快速检测领域的应用、 提高检测效率等方面的研究具有重大价值。

在人工光型植物工厂中采用深液流水培法栽培叶用莴苣, 依托光谱时空分布可精准调控的智能LED光源系统, 应用电感耦合等离子体原子发射光谱技术(ICP-AES), 研究了5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 60 min, 2 h, 4 h和8 h等不同间隔的红、 蓝光谱交替照射对叶用莴苣中K, P, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn和Cu等8种营养元素吸收和累积的影响。 结果表明: (1) 与同时照射模式相比, 所有的交替光谱处理均显著提高了叶用莴苣地上部生物量, 其中鲜重提高幅度约为18.6%~67.4%, 干重提高幅度约为5.1%~88.0%; 所有的交替红蓝光谱照射下叶用莴苣体内Mg, Fe和Zn元素的植株累积量均得到显著(p<0.05)地提高; 所有的红蓝交替光谱辐射处理均不同程度地降低了叶用莴苣植株中Ca元素含量。 (2) 间隔为5 min的红蓝交替光谱辐射下莴苣植株Fe元素含量显著高于其他任意处理, 较其他处理增加了38.87%~85.37%, 高频次的红蓝光切换照射刺激了叶用莴苣植株对Fe元素的吸收。 (3) 红蓝交替光谱辐射有利于提高叶用莴苣的能量利用效率, 与红蓝同时供光的RB处理相比, 所有交替处理均显著提高了叶用莴苣的光、 电能利用率, 提高幅度分别约为34.3%~87.5%和34.6%~87.9%; 其中, 间隔为4 h的红蓝交替光谱辐射下叶用莴苣植株的光、 电能利用率均最大, 分别为6.13%和2.01%, 除间隔为5和10 min的红蓝交替光谱辐射处理外的其他交替光谱处理下的植株光、 电能利用率均与处理间最大值无显著性差异。 (4) 叶用莴苣对K和Mg两种元素的吸收在红蓝光交替间隔为10 min, 15 min, 60 min及4 h等多个处理下呈现拮抗现象。 (5) R/B(30 m)处理下叶用莴苣中P, Ca, Fe和Mn等四种元素的含量水平均呈现处理间最低水平, 其中P和Ca元素含量水平显著低于对照。

为实现原位水质总碱度快速准确检测的需求, 融合顺序注射分析（sequential injection analysis, SIA）与连续光谱检测法, 设计了一种小型微量原位水质总碱度在线快速检测仪, 系统主要通过设计滴定池将SIA和连续光谱检测法应用于总碱度自动化滴定检测流程, 并对连续光谱检测法判断滴定临界值的新方法进行实验研究。 基于国标总碱度检测中工业循环冷却水及地表水总碱度的测定标准, 设计了原位水质总碱度检测流程, 并以顺序注射技术为控制滴定流程基础, 在连续光谱扫描测量溶液检测过程的条件下, 使用酚酞和甲基橙作为指示剂, 对水质总碱度进行滴定分析。 通过连续光谱扫描对酚酞碱度及甲基橙碱度滴定过程进行监测, 以吸光度曲线552 nm处峰值归零作为酚酞碱度滴定临界值判断条件; 以吸光度曲线峰值由465 nm偏移至504 nm处作为甲基橙碱度滴定临界值判断条件; 分析通过滴加不同剂量酚酞和甲基橙指示剂所得溶液吸光度曲线得出最佳指示剂用量分别为0.01和0.04 mL。 该系统利用最小二乘拟合算法建立总碱度测定的回归模型, 并对检测系统及检测流程进行优化, 实验结果表明, 水质总碱度在0.20~25.00 mmol·L-1范围内与盐酸消耗量线性相关, 工作曲线拟合系数≥0.994 2; 测定总碱度重复性相对标准偏差（RSD）为0.207%~1.151%; 废液量≤16 mL; 最低检出限为0.03 mmol·L-1; 样品加标回收率在97.2%~102.3%之间; 与国标法对比实验结果无明显差别。 利用连续光谱检测法判断滴定临界值的新方法对于提升水质总碱度检测仪的技术性能具有重要意义, 可适用于系统网格化监控地表水、 循环冷却水、 养殖循环水等多种监测应用平台。

中国在庞大的人口基数下拥有丰富的遗传资源, 这些资源可能被国外非法掠夺以获取利益, 非法掠夺的过程揭示可能存在一些安全隐患, 例如传染疾病的扩散等。 如何加强对中国公民遗传资源的保护, 促进国际间正常合法的信息共享和科研合作已成为生物安全的新问题。 为加强人体细胞及其制品等特殊生物物品出入境管理, 防止遗传资源流失和有害物品传入, 促进各个国家间医学科学研究及国际交流与合作, 提出一种非侵入、 快速安全的细胞光谱鉴别技术。 简述了细胞超连续光谱的物理化学机制, 讨论了细胞浓度对超连续光谱的影响, 实现了无损伤、 非侵入式探测提取生物细胞超连续特征光谱。 实验发现细胞超连续特征光谱主要集中在500~700 nm的可见区域。 实验中的细胞样本均为单独培养, 因此各个样本间互不影响, 不存在平行样本的问题; 实验对象为293T细胞、 HCC827细胞以及HT29细胞, 3类细胞的培养基均为PBS溶液, 每类细胞拥有3种浓度（5×105, 5×106和5×107 cells·mL-1）且每种浓度下独立培养3个样本, 一共获取27个独立细胞样本。 实验测试了24个细胞样本的超连续光谱并以此建立预测模型, 另有3个样本作为未知样本进行模型预判。 使用主成分分析法对测试样本的原始数据进行降维和聚类, 并对降维后的数据通过支持向量机回归法进行分类; 训练集的均方根误差RMSE=0.097 2, R2=0.995 1, 验证集的均方根误差为RMSE=0.097 2, R2=0.931 4。 研究发现细胞浓度影响超连续特征光谱的提取, 在建立模型时, 考虑到该技术应用的普适性以及实验样本浓度参数有限, 未考虑细胞浓度对预判模型识别率的影响。 后期若以某一浓度阈值作为细胞检测的浓度起点, 该模型的识别率将会更准确、 科学。 在可控的实验条件下, 超连续光谱可以应用于生物细胞无损伤、 非侵入式的鉴别。

具有高功率、宽频谱的超连续光谱(SC)光源被广泛应用于光谱学及生物医学等领域。介绍了几种基于无源光纤和有源光纤产生高功率SC的产生方案, 从光纤材料、带宽和输出功率等方面对各个方案进行了总结对比, 并指出通过合理选择光纤类型或结构, 有利于提升SC带宽及输出功率。

特级初榨橄榄油作为一种冷榨植物油含有较为丰富的不饱和脂肪酸和多酚类化合物, 其营养价值较高。 目前, 橄榄油的掺假问题是业界最严重的问题之一, 中国对橄榄油的消费量与日俱增, 国内橄榄油市场较为混乱, 掺假造假现象层出不穷, 从橄榄油的国外进口到国内二次包装都有可能存在人为干扰和品质造假, 如果不加以有效监督和制止, 对国民的健康和财产将造成严重损失。 如果通过传统的化学分析方法获取所有成分信息势必会增加检测周期, 不利于商品的快速流通, 对生产厂商和消费者来说都是一种损失。 为应对复杂多变的橄榄油掺伪技术及国内具备橄榄油检测资质机构不足的问题, 提出一种基于超连续光谱特级初榨橄榄油的快速检测方法, 为实现快速鉴别提供了可能性, 研究选用特级初榨橄榄油、 菜籽油、 茶油、 芝麻油、 稻米油、 葵花油、 玉米油以及大豆油作为研究对象, 分别采集每种植物油的超连续光谱并对初步光谱数据进行光谱预处理, 最后计算了不同样本间超连续光谱的皮尔逊相关系数并以此作为特级初榨橄榄油判别的主要依据。 实验结果显示不同样本特级初榨橄榄油间的超连续光谱的皮尔逊相关系数在0.901 1以上, 而特级初榨橄榄油与其他种类植物油的超连续光谱的皮尔逊相关系数在0.172 2~0.899 0之间。 研究表明以皮尔逊相关系数0.901 1作为判别特级初榨橄榄油与其他植物油的检测阈值, 可实现快速实时的精准检测识别。 该技术与分光光度计的吸收透射光谱相比, 最大的优势在于采集周期短和光谱指纹特征丰富, 周期短表现为光谱曝光采集时间仅为100 ms, 光谱指纹特征丰富表现为除包含吸收光谱外还表现出各种荧光活性物质所特有的荧光光谱。 除此之外, 可将超连续谱光源应用推广到食品安全检测技术领域。 该技术装置简单且易于推广对国内橄榄油的检测和市场规范具有一定的研究意义。

随着超快激光脉冲宽度不断变窄,进一步产生单周期乃至亚周期的脉冲面临着巨大的技术挑战。通过脉冲载波包络相位精密控制技术相干合成多路超快光场,不仅是目前超快光学的重要前沿内容,也是实现亚周期脉冲极为有效的方案。结合本课题组近年来在相干合成方面的研究进展,介绍相干合成超快光场的主要技术内容,包括超宽带光谱的产生、色散管理及载波包络相位控制等技术。