设计出一种基于AOTF(acousto-optic tunable filters)的分子超光谱成像系统(MHSI)。 整个系统由显微镜、 分光计、 CCD镜头、 数据采集卡和计算机等几部分组成。 系统的光谱范围为550～1 000 nm, 可采集225个波段, 光谱分辨率优于2 nm, 空间分辨率达到0.3 μm。 由于系统的光源对样本的光谱有较大影响, 本文提出了灰度校正系数算法对数据进行相应的预处理, 并对系统进行辐射校正, 实验结果表明经过预处理后消除了光源的影响, 能更真实的反映样本的生化特征。 本系统不仅能提供物体在可见光范围的单波段图像, 而且能获得图像中任意像素的光谱曲线, 实现了光谱技术与成像技术的结合, 可广泛应用于生物医学, 临床医学, 材料学, 微电子学等学科领域。

建立了一种基于表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)原理的生物传感器方法, 实现了快速检测大肠杆菌O157∶H7。 研究选用BIACORE 3000系统及葡聚糖修饰的CM5芯片, 先用EDC/NHS将芯片活化, 然后抗体直接通过酰胺键固定在金表面, 再用乙醇胺封闭, 这样处理之后的芯片就可用于检测大肠杆菌O157∶H7。 利用NaOH溶液对芯片再生, 实现对多个不同浓度样品检测, 采用时间对响应单位(RU)记录数据。 该法检测大肠杆菌O157∶H7的检测限为3×105 CFU·mL-1, RU变化值和大肠杆菌O157∶H7的浓度在一定范围内相关性良好, 相关系数达到0.99。 检测时间短, 一个样品仅需5～7 min, 再生效果好, 芯片可重复使用50次以上。 可快速、 在线、 稳定地检测大肠杆菌O157∶H7, 有望成为一种在线检测食品致病性微生物的有力手段。

近场光学技术在高分辨率成像、 光谱探测和纳米加工等领域有广泛应用, 而光纤探针是其中一个关键部件。 如何提高光纤探针的传输效率是近场光学技术应用中的一个重要问题。 本文采用三维时域有限差分方法, 计算了锥形有孔探针的传输效率, 分析了锥角、 针尖孔径、 波长和金属层厚度等因素对光纤探针传输效率的影响, 并比较了裸光纤探针和有金属涂层的光纤探针在传输效率和空间分辨率上的差异。 此外, 还发现了传输效率随入射光波长变化出现的振荡现象。

采用原位模板结合化学还原法制备了一维CoPt纳米棒, 扫描电子显微镜(SEM)结果表明CoPt纳米棒平均直径为166.3 nm, 长度在1.0～5.0 μm之间。 以CO为探针分子, 在固/气界面研究了CoPt纳米棒的红外光学性质, 并同本体Pt电极进行对比分析。 原位固/气红外光谱结果表明, 吸附态CO(COad)在本体Pt上为正常红外吸收, 而CoPt纳米棒在GC基底上表现出异常红外效应(AIREs), 当CoPt纳米棒负载到高反射率的金基底上可以得到相同的结论, 说明CoPt纳米棒表现出异常红外效应是有材料本身的性质, 与反射基底无关。 论文从固/气界面进一步验证了一维纳米材料的异常红外效应, 有助于加深对低维纳米材料异常红外光学性能的理解。

研究了信号与泵浦光同向传输, 在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的多泵浦四波混频光谱增益特性, 从光谱学的角度分析了泵浦光波长漂移, 泵浦光偏振方向平行与正交, 信号光相对于泵浦光偏振态失配, 二者总功率对多泵浦四波混频光谱增益特性的影响, 探讨了泵浦光数目对多泵浦四波混频光谱增益特性的冲击。 研究发现在36.4 nm波长范围, 二者偏振态匹配时多泵浦四波混频效果最好, 同时, 多泵浦四波混频效应对偏振极为敏感, 若两束泵浦光偏振态垂直, 则它们分别与信号光发生四波混频, 反之, 则两束泵浦光之间亦会发生四波混频作用, 且在正交泵浦的前提下, 信号光偏振方向变化会直接导致各闲频光增益大小发生变化; 进一步指出当采用三束连续泵浦光时, 同样可以在一定波长范围内实现多泵浦四波混频效应。 这些研究对于开发基于光子晶体光纤中多泵浦四波混频效应工作的超快光子器件具有一定的指导意义。

遥感影像分类是遥感信息提取的重要手段, 是目前遥感技术中的热点研究内容。 分类方法是遥感影像分类的重要内容, 有效地选择合适的分类方法是提高分类精度的关键。 随着遥感技术的发展, 传统的非参数分类方法已经难以满足分类精度需求, 基于智能算法的非参数分类方法得到了迅速发展, 并在遥感影像分类中发挥着重要作用。 近年来, 组合分类器由于能够利用单一分类器的互补信息, 成为了遥感影像分类的一个新热点。 本文综合分析了各种分类方法的特点和优势, 及分类方法的发展趋势, 为遥感影像分类技术的发展提供科学的参考依据。

对sol-gel法制备的不同稀土元素(Ce, Nd, Sm)掺杂的纳米TiO2粒子进行研究。 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明, 稀土离子均以间隙的形式均匀分布在纳米TiO2晶格内。 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和太赫兹时域光谱(THz-TDS)显示, 掺杂TiO2较纯TiO2具有更强的红外活性; 在0.2～1.70 THz波段, TiO2的折射率随着频率的增加而减小, 并呈现反常色散现象; Ce掺杂引起新的特征吸收, 分别为1.35和1.58 THz, 且造成太赫兹吸收谱的吸收边发生红移, Nd和Sm掺杂则造成吸收边蓝移。 在0.2～1.7 THz范围内, Sm掺杂引起的介电损耗角正切值(tanδe)最小, 其平均值为0.05。

应用太赫兹时域光谱技术研究了反式油酸在THz波段的光学特性, 在室温氮气环境下获得了0.5～2.5 THz范围内波段的吸收光谱和折射率谱, 结果表明反式油酸在此波段内存在多个特征吸收峰, 样品的平均折射率为1.43。 采用密度泛函理论的B3LPY方法对反式油酸分子的结构和振动频率进行了模拟, 并采用Gaussian View软件对反式油酸分子的THz特征吸收峰进行了分析指认。 实验结果与理论计算结果吻合较好, 分析表明反式油酸在THz波段的吸收峰主要是由分子内振动和分子间振动共同引起的; 同时, 反式油酸在THz波段的指纹谱验证了太赫兹时域光谱技术用于反式油酸检测的可行性, 为食品中反式脂肪酸的检测提供了新的实验方法。

激光诱导击穿光谱法(LIBS)在精准识别该样品元素的组成成分和含量的同时, 也可以得到该特征元素等离子体的电子温度、 粒子旋转温度等相关光谱诊断参数。 该方法非接触式、 低损伤阈值, 借助高速高分辨率响应的CCD探测元件更可以实现实时动态测量。 文章基于LIBS的相关原理, 对一块事先标定好元素成分的合金进行光谱诊断的同时, 发现在改变激光入射角度、 激光入射功率和接收端面到测试样品的距离对实验结果将会产生重要的影响。 由实验结果表明, 利用LIBS不仅可以精准的分析测试对象的元素成分和含量, 同时也定量分析了以上实验条件和参数的变化对实验结果的影响并给出相应的理论依据与解释。Spectroscopy Diagnosis and Multi-Element Analysis

光谱成像技术在矿物学和岩石学方面已得到广泛应用, 然而, 面对数量巨大、 覆盖范围广阔的目标成像光谱数据, 如何从中获取所需要的信息, 并对其进行信息增强是需要亟待解决的问题。 将显微红外光谱成像分析系统得到的实验结果, 利用显微光谱成像信息的数据融合技术进行了数据处理, 得到岩心样品中不同化学组分、 基团的空间分布图。 结果表明, 利用该技术更好地揭示了不同烃类在岩石中的分布情况、 孔隙的连通性等信息, 显微光谱成像信息的数据融合技术为储层表征提供了一种新方法。

海浪极化SAR成像模拟对海面散射的研究有重要的意义。 基于海浪谱理论, 在考虑大、 小尺度海浪影响的基础上, 构建了双尺度的随机粗糙海面。 根据该海面模型, 利用Bragg散射模型, 小扰动模型与速度聚束理论, 模拟了不同状况下海浪的极化SAR图像。 并针对海浪参数对极化图像的影响进行了分析, 结果符合成像统计特性, 得出了一些有益于海浪信息提取的结论, 并可以为海洋卫星的设计与海洋研究提供一种行之有效的手段。

提出利用成像光谱仪研究空心阴极元素灯光谱空间分布的检测方法。 自制了基于Offner成像系统的推扫式凸面光栅成像光谱仪, 覆盖波长范围400～1 000 nm, 视场角22°, 光谱分辨率2～3 nm; 利用该光谱仪第一次得到得到Hg元素灯光谱的空间分布, 给出了不同波长下的空间图像和不同空间位置的光谱分布信息, 具有较高的空间分辨率和光谱分辨率; 并同时获取了不同工作电流条件下的元素灯高光谱数据, 对比分析了处于不同工作状态下光谱空间分布的差异。 这为空心阴极元素灯光谱的空间分布等性能研究提供了一个很好的工具, 相关方法也可以用来研究其他类型的光源。

为了考察电激励氧碘激光器中放电腔内的宏观气体温度, 由两片蚌形铜电极和一根长30 cm内径1.65 cm的耐热玻璃管构成放电腔装置, 用一台最高功率500 W, 频率13.56 MHz的射频装置对压力1 330 Pa的纯氧气体进行了介质阻挡放电研究。 利用O2(b, ν=0)的P支发射光谱, 分别采用波尔兹曼直线作图法和计算机模拟发射光谱法, 测量了氧气射频放电等离子体的宏观气体温度。 对于低分辨率光谱, 利用高斯拟合进行了分峰处理, 利用峰面积表征发光强度, 通过波尔兹曼作图法得到了宏观气体温度。 利用氦氖激光器测得的光谱仪狭缝函数获得了计算1机模拟发射光谱, 以最小二乘法作为判据, 通过比较计算机模拟发射光谱和实测光谱获得了宏观气体温度。

由于GaN光电阴极的突出性能, 其在紫外探测方面有着广泛的应用。 文章在超高真空激活系统中, 对GaN样品进行了Cs/O激活实验, 并分析了激活后反射式的量子效率: 在240～350 nm的紫外波段内, 量子效率约在30%～10%之间, 曲线较为平坦, 在240 nm处达到30%的最大值, 与国外结果对比后发现, 本文获得的GaN光电阴极量子效率在短波段尚有不足。 研究了GaN(0001)表面的原子排列, 利用3D模拟了表面原子排列模型, 并推测了Cs在其表面的吸附情况。

介绍了超高分辨差分吸收光谱测量火焰中OH自由基的实验方法与结果分析。 实验以准直氙灯作为光源; 使用基长为20 m, 反射次数176次, 总光程为3 520 m的怀特结构多次反射池扩展光程; 使用光谱分辨率为3.3 pm的超高分辨中阶梯光栅光谱仪作为光谱采集系统。该系统满足对OH自由基单根吸收谱线测量的需求。 实验获得了OH自由基在308 nm附近的6条特征吸收峰。 利用此方法对蜡烛、 酒精灯、 酒精喷灯火焰中的OH自由基进行了监测, 并反演了它们的浓度。

用超声喷雾热解法制备SnS多晶薄膜, 对比了三种不同前驱液配比浓度对SnS薄膜性能的影响。 XRD测试表明, 当前驱液为硫脲(0.5 mol·L-1)+四氯化锡(0.5 mol·L-1)+去离子水时, SnO2的衍射峰强度比较大; 当前驱液为硫脲(0.6 mol·L-1)+四氯化锡(0.5 mol·L-1)+去离子水时, SnS的衍射峰占主要地位, 其中也含有一定量的SnO2; 当前驱液为硫脲(0.7 mol·L-1)+四氯化锡(0.5 mol·L-1)+去离子水时, 退火后的薄膜为单一的SnS薄膜, 具有斜方晶系结构。 SEM观测发现, 薄膜均匀、 致密, 前驱液中硫脲浓度较大时, 颗粒也较大。 透过谱测试表明, 浓度对薄膜透过率影响较小。 结合器件的暗I-V和C-V测试, 用三种前驱液配比浓度所制备的器件的结特性差异不大; 当前驱液中硫脲浓度较大时, 载流子浓度相对较大。

用ICCD瞬态光谱探测系统, 检测了乙醇溶剂中丹参酮ⅡA及其与Cu(Ⅱ)形成的配合物的紫外-可见吸收光谱。 采取密度泛函(DFT)方法优化几何构型, 获得了丹参酮ⅡA及丹参酮ⅡA-Cu(Ⅱ) 配合物的稳定几何结构。 在此基础上, 运用含时密度泛函(TD-DFT)方法, 计算了丹参酮ⅡA及丹参酮ⅡA-Cu(Ⅱ)配合物的气相和乙醇溶剂(PCM)中的电子吸收光谱。 结果表明, 乙醇溶剂效应使丹参酮ⅡA的吸收光谱红移, 配合物的吸收光谱蓝移。 计算得到的溶液相丹参酮ⅡA及丹参酮ⅡA-Cu(Ⅱ)配合物电子吸收光谱与实验测量光谱符合较好。 本文首次测量和计算得到了丹参酮ⅡA与Cu(Ⅱ)形成的配合物的电子吸收光谱。

利用向列相液晶材料的电控双折射效应, 研制了用于可见光波段光谱调谐的大口径液晶可调滤光片, 透过光谱测试表明, 该滤光片在可见光波段(420～700 nm)以20 nm光谱分辨率可实现连续调谐和任意波长选择。 利用该滤光片搭建了一种小型光谱成像系统, 并在实验室内对若干样品进行了测试, 结果表明, 该系统可同时实现高图像分辨率和高光谱分辨率光谱成像, 具备高、 超光谱分辨率光谱成像的应用潜力, 在生物医学、 环境保护和资源探测等领域具有较好的应用前景。

将一种新型稀土铕配合物Eu(UVA)3Phen作为掺杂剂与基质PVK按不同质量比进行掺杂, 对混合薄膜的光致发光(PL)和电致发光(EL)特性进行了研究。 实验结果表明, 共掺杂体系中存在从PVK到Eu(UVA)3Phen的Frster能量传递。 通过优化主客体材料的配比浓度, 当掺杂浓度为4%时, 得到了色纯度较好地红光器件。

用黄色和橙色硅酸盐荧光粉制备了白光LED, 调整黄粉和橙粉的比例得到不同的色温。 对样品进行光学测试, 发现黄粉与橙粉的比例小于7时, 黄光部分的峰值约590 nm, 比例大于7时, 黄光部分的峰值约570 nm; 显色指数和流明效率都是随色温的增大先上升后下降, 5 521 K时达到最优值, 这是由于低色温时, 荧光粉的浓度大导致不能有效激发, 光谱中红色成分过多导致显色指数低, 高色温时, 荧光粉浓度小导致蓝光不能有效利用, 光谱中红色成分过少导致显色指数低。 对样品进行10～80 ℃的变温测试, 发现流明效率降低并且幅度不同, 除了芯片本身的俄歇复合外, 还说明黄色和橙色荧光粉随温度上升激发效率下降程度不同, 橙色荧光粉的温度特性要优于黄色荧光粉。

P3HT∶PCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太阳能电池性能。 通过调节旋转时间以及薄膜退火前的间隔时间, 研究了P3HT∶PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间。 结果表明, 在转速800 r·min-1下旋涂薄膜, 经过50～80 s的旋涂, 接着放置样品薄膜30 min以上, 然后再对薄膜进行退火处理, 电池效率可以达到3%以上, 而快速成膜的电池效率只有1.8%左右。 合理的P3HT和PCBM相分离促进了相应载流子的跳跃和传输, 是提高电池效率的根本原因。 研究结果为准确掌控缓慢生长的混合薄膜提供了时间窗口。

为探求快速、 廉价、 无损、 同步的光谱技术在南极古湖沼研究中的可能性, 本文分析了南极中山站附近采集的一根湖泊沉积柱样品的近红外反射光谱数据, 通过主成分(PCA)统计分析方法, 发现主成分因子载荷值与反映湖泊生产力变化的环境指标S2(有机质热解烃类化合物指标, 指示湖藻类来源有机质)在深度剖面上具有一致的变化趋势, 两者表现出显著的正相关关系, 表明近红外光谱技术可用于快速恢复南极湖泊古生产力变化记录。 对比光谱曲线650～700 nm处的谷面积与S2的关系, 发现光谱数据的PCA分析法较常规的谷面积法更能够作为反映湖泊初级生产力变化的有效指标。 本研究结果为在偏远的南极地区开展湖泊古环境变化研究提供了一种新的快捷方法和技术途径。

选用氨基酸含量差异较大的多年份、 多品种、 多地点种植的445份棉花种子为材料, 分别对其进行近红外光谱扫描。 用一阶导数的数学处理(1, 4, 4, 1)、 标准正态变换和去趋势(SNV+D)最佳组合的预处理方法, 结合改良的偏最小二乘法(MPLS)构建棉籽17种氨基酸成分的近红外定标模型。 定标结果表明, 天冬氨酸、 苏氨酸、 谷氨酸、 甘氨酸、 丙氨酸、 缬氨酸、 异亮氨酸、 亮氨酸、 苯丙氨酸、 赖氨酸、 组氨酸和精氨酸等12种氨基酸含量的定标模型较好, 其RPDc为3.735～7.132, 外部检验r2为0.910～0.979, 近红外光谱分析完全可以替代化学测定; 而丝氨酸、 蛋氨酸、 酪氨酸和脯氨酸等四种氨基酸的定标模型次之, 其RPDc为2.205～2.814, 外部检验r2为0.800～0.830, 近红外分析技术虽不能完全替代化学测定的结果, 但仍可用于大量样品的筛选。 半胱氨酸定标方程的RPDc较小(RPDc=1.358), 因此, 棉籽中半胱氨酸含量不能用近红外分析方法进行检测。

为了探求建立快速鉴别两面针产地的方法, 基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术, 选取1 800～400 cm-1红外指纹图谱带, 采用Fisher比值法和SIMCA聚类分析法建立产地分类模型, 分别对广西区内四个产地的两面针进行鉴别, 并通过计算识别率与拒绝率来验证模型。 结果表明, 红外光谱技术不但能准确提取中药材的整体信息, 并且基于红外光谱建立起的两种模式识别模型对未知样品进行预测, 识别率和拒绝率均达到90%以上, 说明所建模型具有较强的识别能力。 通过自编计算程序以及现有统计软件, 还可以将模式识别模型实现实时在线化检测与快速样品鉴别, 大大提高了鉴别速度而更具应用价值。

在近红外光谱定量分析中, 样品化学值测定的准确度是运用数学模型进行定量分析精确度的理论极限。 但能够准确获取化学值的样品数量比较少, 许多模型在建模时只考虑这部分样品数据, 而不考虑大量的无化学值的样品数据。 针对该问题, 本文在LS-SVR的基础上, 提出了可以同时利用有化学值(标签)和无化学值样品数据的半监督LS-SVR(S2LS-SVR)模型。 类似于LS-SVR, 该模型也只需求解一个线性方程组。 最后, 以烤烟样品数据集为实验材料, 建立了四种样品成分(总糖、 还原糖、 总氮和烟碱)的定量分析模型。 四种样品成分的预测值与实际值的平均误差分别为6.62%, 7.56%, 6.11%和8.20%, 相关系数分别为0.974 1, 0.973 3, 0.923 0和0.948 6。 经分析比较发现S2LS-SVR模型优于PLS和LS-SVR, 从而验证了S2LS-SVR模型的可行性和有效性。

利用近红外光谱分析技术结合定量偏最小二乘法对农大108玉米的纯度进行了定量测定, 首先通过在农大108杂交种子加入不同量的母本178种子, 获得纯度60%～100%范围内的样本123份, 然后测定粉碎后样本的光谱, 根据2: 1的比例划分建模集和检验集。 结果表明: 6 000～10 000 cm-1为适宜的建模光谱范围, 主成分为8时, 建模集内部交叉验证的决定系数达96.61%、 校正标准差(SEC)2.15%, 平均相对误差(RSD)2.04%; 检验集的决定系数达到97.67%, 校正标准差(SEP)1.78%, 平均相对误差(RSD)1.94%。 采用该方法建模时, 采用不同比例的建模样品和检验样品, 建模集平均决定系数为96.21%, 校正标准差2.29%, 平均相对误差为2.81%。 检验集的平均决定系数为95.75%, 预测标准差2.23%, 平均相对误差为2.73%, 进一步证明模型的稳定性。

采用傅里叶变换红外光谱及其二阶导数谱对动物药全蝎由表及里8个部位的药材粉末进行了分析与评价。 结果表明,全蝎不同部位的红外光谱较为相似,而二阶导数红外光谱中峰位置和峰强度的差异明显。 全蝎不同部位的分析结果进一步证明: 蛋白质是每个部位的主体成分, 但蝎尾的蛋白质与其他部位较为不同; 脂肪类物质主要集中于躯干部分; 硫酸粘多糖普遍存在于每个部位。 此外, 变质的全蝎在躯干后部含有较多量的嘌呤类似物。 因此, 傅里叶变换红外光谱及其二阶导数谱不仅可以为药材不同部位的差异分析和评价提供了一种快速、 全面和客观的方法和手段, 而且可以为药理研究等提供合理的方向性指导。

分析金礞石红外指纹图谱的相似度, 建立金礞石药材质量的红外指纹图谱评价方法。 用傅里叶变换红外光谱仪测定金礞石药材样品的红外光谱, 以共有模式建立金礞石的对照红外指纹图谱, 采用相关系数法和夹角余弦法计算药材样品红外指纹图谱与对照指纹图谱的相似度。 19件样品中, 符合《中国药典》规定者红外指纹图谱与对照指纹图谱的相似度(相关系数法)均在0.94以上, 不符合《中国药典》规定者, 其相似度均在0.94以下; 部分样品虽然来源符合中国药典规定, 但根据传统经验鉴别认为质量较差者, 其相似度值比质量较好者要低些。 金礞石的红外指纹图谱可以用于金礞石药材的质量评价, 其相似度值的大小可作为金礞石药材质量的评价指标。

介绍了非分散红外(Non-Dispersive Infrared, NDIR)多组分气体分析的一种干扰修正方法。 根据逐次积分气体吸收模型和方法, 并考虑温度和气压对积分线强和线型的影响, 选择洛伦兹展宽线型, 得到了CO, CO2, NO和H2O在各个滤波通道的响应系数。 利用响应系数建立了用于干扰修正的四元线性回归方程组, 通过求解方程组, 修正了气体间的吸收干扰, 干扰修正后, 各个滤波通道的吸光度只反映对应目标气体的浓度变化。 将一定浓度比例的CO, CO2和NO混合气体通入样品池, 将干扰修正后的吸光度直接用于浓度反演, CO2的反演误差为2.0%, CO为1.6%, NO为1.7%。 理论和实验都证明提出的NDIR多组分气体分析的干扰修正方法是可行的。

近红外光谱技术是一种快速、 无损的分析方法, 国外将该技术应用于奶酪品质的检测已有多年, 国内在这方面的研究较少。 通过本文介绍了近红外光谱技术分析奶酪成分和在奶酪的加工生产、 缩水收缩控制、 成熟过程、 货架期、 组成成分和品牌分类鉴别等几个方面的应用, 表明近红外光谱技术在奶酪品质分析中应用潜力巨大, 促进近红外光谱技术的应用和我国奶酪行业的发展是一项紧迫的任务。

试验共采集我国北方不同区域、 不同生育期、 不同干燥方式的羊草干草150份, 利用近红外漫反射光谱(NIRS)技术,采用偏最小二乘回归算法(PLS),在国内首次建立了适配范围广的羊草干草的粗蛋白(CP)、 中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)的校正模型, 并对模型的预测能力进行了验证。 结果表明, 所建模型的预测结果与常规化学分析得到的结果十分相近: 交互验证相关系数(Rcv)分别为0.963 7, 0.959 4和0.947 9, 交互验证误差(RSECV)分别为1.41%, 1.27%和1.27%; 外部验证相关系数为0.965, 0.956和0.953; 并且验证集样品的标准差与预测标准差之比均大于3.0。 由此可见, 近红外光谱技术可以准确预测羊草干草中的CP, NDF和ADF含量, 这对于快速测定我国羊草的品质、 准确筛选优质的育种材料均具有十分重要的意义。

以225个猪肉肉糜样本为研究对象, 利用可见/近红外光谱分析技术对猪肉肉糜主要品质指标的的快速检测进行了研究。 光谱经小波去噪后, 采用偏最小二乘法和支持向量机定量分析方法分别建立了肉糜中肌内脂肪、 蛋白质和水分含量的可见/近红外光谱预测模型。 其中, 肌内脂肪的支持向量机定量预测模型最优, 校正相关系数rcal和预测相关系数rval为0.889和0.888; 蛋白质的偏最小二乘定量预测模型最优, 校正相关系数rcal和预测相关系数rval为0.869和0.881; 水分的偏最小二乘定量预测模型最优, 校正相关系数rcal为0.877, 预测相关系数rval为0.848, 所有模型的预测相对分析误差(RPD)均小于3.0。 研究表明, 可见/近红外光谱分析技术可用来检测猪肉肉糜品质, 进一步提高所建模型的精度和稳定性可应用于实际检测。

为研究室温下乙醇-水二元混合物内部的分子间缔合情形, 测得了不同体积配比溶液的拉曼光谱, 发现位于2 800～3 050 cm-1波数区间的C—H伸缩振动频率随乙醇中加入水量的增加整体呈现蓝移趋势, 而位于1 048 cm-1附近的CO伸缩振动频率的变化规律却与此相反。 分析认为, 这种现象主要由溶液内部分子间发生的不同水合作用所致, 并据此阐明了液态乙醇的水合作用过程: 水分子首先与纯乙醇中的自缔合短链发生氢键缔合作用, 形成了含有较多乙醇分子数的乙醇水合团簇, 直到溶液中水的体积含量达到50%时, 乙醇的水合作用达到暂时饱和; 而当水的体积含量继续增加到70%以后, 水分子致使原有乙醇水合团簇解离形成较小尺寸的团簇, 并与解离点位上的乙醇分子羟基发生进一步水合作用; 而后, 当水体积含量增至一定程度后, 还会导致乙醇分子疏水基CH基团与水分子间形成弱氢键C—H…O。

详细研究了CuCl2-H2O体系和FeCl3-H2O体系络合物拉曼峰。 对于CuCl2-H2O体系, 认为286 cm-1峰可能是［CuCl4］2-和［CuCl6］4-等Cu2+和Cl-形成的各种形式络合物的特征峰叠加的结果, 412 cm-1峰可能是以［Cu(H2O)4］2+和［Cu(H2O)6］2+为主的Cu2+的水合物的特征峰叠加在一起形成的; 通过对特征峰参数的分析得到了286和412 cm-1特征峰的强度与3 400 cm-1左右水的O—H伸缩振动最强峰强度之比(I1/I3 400和I2/I3 400)以及这两个特征峰的积分面积(A1和A2)和浓度的定量关系曲线, 从络合物角度实现了对CuCl2溶液的定量分析。 对于FeCl3-H2O体系认为173和331 cm-1两个特征峰可能都是归属于FeCl3在水溶液中最常见的络合形式—［FeCl4］－, 173 cm-1峰形很宽可能是由于Fe3+和Cl-形成的其他各种形式络合物, 如［FeCl］2+, ［FeCl2］+等的特征峰叠加的结果, 331 cm-1之后的弱宽峰可能是以［Fe(H2O)4］3+, ［Fe(H2O)6］3+为主的Fe3+的水合物的特征峰叠加在一起而形成的; 通过对特征峰参数的分析得到了331 cm-1特征峰的积分面积A2以及173和331 cm-1特征峰的积分面积A1和A2之比与浓度的定量关系曲线, 从络合物角度实现了对FeCl3溶液的定量分析。

提出了一种基于拉曼光谱的石油产品快速分类方法。 首先, 利用经过谱图预处理的石油产品训练样本拉曼谱图构建模型知识库, 计算各类别的特征拉曼谱图和类内阈值; 其次, 将石油产品测试样本的拉曼谱图经过相同的预处理, 再计算其与各类别特征拉曼谱图的线性相关系数, 若最大相关系数大于或等于最大相关系数对应类别的类内阈值, 则该样本属于此类别。 针对7类96个取自不同炼厂不同批次的石油产品样本和4个未知类别样本的分类测试表明: 该方法可正确地对常用的石油产品样本进行分类, 也可判断未知样本的存在。 该方法概念简单清晰, 无需人为干涉, 不存在复杂的数学运算, 便于实际应用中的程序实现。

荧光CT是一种可无损重建元素空间分布的发射型断层成像技术, 对生物医学研究具有重要意义。 同步辐射的高通量、 高准直和能量可调等特性使荧光CT的生物医学应用成为可能。 文章通过优化设计, 在上海同步辐射光源建立了一套用于生物医学样品微量元素分析的荧光CT成像系统。 通过对实验装置的优化, 提高了系统的数据采集速度和空间分辨率。 将极大似然-期望最大化重建算法引入到荧光CT, 显著提高了图像重建精度。 最后采用测试样品和医学样品对系统进行了测试。 实验结果表明该系统能正确探测感兴趣元素在样品内的分布, 空间分辨率达150 μm。 可以认为, 该系统在图像重建精度、 空间分辨率和数据采集速度等方面均可满足大尺度生物医学样品研究的需要。

选取哈尔滨长期定位施肥对照处理(CK)、 施用氮磷钾化肥(NPK)、 有机肥马粪(OM)及有机肥与无机肥混施(MNPK)四个不同处理的土壤样品, 利用荧光检测技术对土壤富里酸(Fulvic acid, FA)组分进行分析。 荧光发射、 激发与同步扫描主要特征峰及三维荧光图谱Peak a, b, c均显示: 与CK比较, NPK处理均出现明显蓝移, 而OM与MNPK出现不同程度红移, 表明NPK可使土壤FA结构趋于简单化, OM与MNPK处理则使FA结构趋于复杂。 通过对不同处理土壤FA荧光指数f450/500与A1 370～412 nm/A370～600 nm, A4 538～600 nm/A370～600 nm, A4/A1荧光面积积分比值等参数比较分析, 进一步说明NPK处理土壤FA芳构化程度较低, 而OM与MNPK长期施肥均使FA缩合度与芳构化程度升高。

研究了中药活性成分香荆芥酚(Carvacrol)的荧光光谱和吸收光谱, 依据光谱数据测量了香荆芥酚的电离常数和荧光量子产率。 在pH<2.0时, 香荆芥酚的荧光随溶液pH增大而增强; 在pH 2.0~8.0范围内, 香荆芥酚有稳定的强荧光, 最大激发波长为278 nm, 最大发射波长为306 nm; pH>8.0时荧光强度随pH的增大而减弱。 根据吸光度随pH的变化, 测得香荆芥酚的电离常数pKa=10.44±0.06; 根据荧光强度随pH的变化, 测得香荆芥酚的电离常数pKa=10.40±0.04。 将甲醇加入香荆芥酚的水溶液可使其荧光显著增强。 以L-色氨酸为参比, 测得香荆芥酚水溶液在激发波长278 nm处的荧光量子产率为0.121; 在甲醇体积分数为80%溶液中的荧光量子产率为0.324。

利用荧光检测技术对某垃圾填埋场渗滤液反渗透(RO)膜深度处理时的进水、 出水、 浓缩液、 酸洗液以及酸洗后碱洗液中水溶性有机物(DOM)的组成变化进行了研究。 同步荧光光谱显示, 预处理后的渗滤液膜进水在波长280, 340, 370 nm出现三个较强的荧光峰, 反渗透膜对此有效拦截, 酸洗和碱洗的组合清洗方式有效去除了波长范围在300～420 nm的有机污染物。 三维荧光光谱显示, 进水含有2个类富里酸和3个类蛋白质荧光峰, RO膜出水仅含有2个类蛋白峰, 浓缩液中出现其余3个高强度的荧光峰; 酸洗和碱洗对膜上污染物质分子结构影响显著, 存在着明显的荧光峰位移。 结果表明, RO膜有效拦截了早期渗滤液中的类富里酸, 而对膜的污染物除类富里酸外, 还有类蛋白成分: 主要为低激发类酪氨酸; 为膜污染控制提供了理论支持。

实时准确地监测草地植物种类和覆盖面积对草原物种多样性研究和生态环境的可持续发展具有重要意义。 草地植物在花期具有独特的光谱特征, 相比营养生长期, 通过花更容易识别物种。 花期是遥感识别物种的关键时期。 本文利用2008年8月和2010年7月呼伦贝尔草原上麻花头、 棉团铁线莲、 冷蒿、 蓬子菜、 黄花菜、 有斑百合和细叶百合七种花以及裸土的实测高光谱数据, 通过其冠层光谱的特征分析和参量化, 找出了各物种之间的光谱差异, 且得到了参量化特征识别方法, 经验证, 当花在样方中的覆盖度大于10%时, 识别方法的精度在90%以上。 在此基础上, 采用线性解混模型, 计算样方中各种花的覆盖度, 与实际数据相比较, 误差在4%左右, 证明了线性解混模型用于估算草原上花覆盖度的可行性。

积雪的重要性是不言而喻的同时积雪所带来的危害也受到越来越多的重视。 目前, 积雪深度遥感监测研究主要集中在微波遥感, 少量的利用光学遥感进行的积雪深度研究也主要是利用气象卫星数据以及MODIS数据等。 我国自主发射的环境与灾害监测小卫星无论是在光谱分辨率还是在空间分辨率上, 都与气象卫星数据以及MODIS数据有较大区别, 对利用HJ-1B卫星数据进行积雪深度反演的研究较少。 该文主要利用HJ-1B卫星数据, 研究常规降雪深度状况下的积雪深度遥感监测方法。 利用野外不同下垫面及深度状况的积雪光谱, 在积雪覆盖信息提取的基础上, 通过分析积雪覆盖指数以及HJ-1B卫星不同波段(绿光波段、 近红外波段、 短波红外波段)反射率与积雪深度的相关关系, 建立了适用于HJ-1B星的积雪深度反演模型。 模型验证结果表明, 该模型能够满足较浅降雪深度状况下的遥感实时监测要求。

利用PROSAIL前向模型模拟的植被冠层光谱, 在植被指数构造时, 引入修正大气、 土壤背景影响的蓝、 绿波段, 构建了避免过早饱和的环境植被指数(environmental vegetation index, EVI)。 基于多个典型冬小麦生育期的地面观测数据, 建立基于EVI-LAI长时间序列反演模型, 并对模型进行不同品种间的交叉检验。 研究表明, EVI建立的叶面积指数(leaf area index, LAI)反演模型精度优于同类植被指数模型, 并具有较好的普适性, 能应用于冬小麦遥感多时相长势监测及LAI反演。

在移动平台条件下, 污染气体红外遥测系统无法获取有效的背景光谱。 利用算法扣除红外光谱中的背景信息, 提取目标光谱特征, 是污染气体红外遥测系统在移动平台上应用的关键环节。 提出基于亮温光谱和主成分分析的迭代拟合算法。 相对于传统的亮温光谱法, 该算法降低了亮温光谱法对仪器响应函数的精度要求, 同时结合主成分分析和迭代拟合技术, 可有效提取目标光谱特征。

水体大气校正问题是开展我国环境一号卫星水色遥感定量化应用的关键。 针对环境卫星CCD相机的特点, 以水气耦合的辐射传输模型构建大气校正参数查找表, 研究以地面气象数据辅助的逐像元水体大气校正方法, 实现水体离水反射率和遥感反射比的反演。 以现场测量数据和MODIS数据为参考进行水体大气校正效果验证, 研究发现CCD相机的反演结果在蓝、 绿波段的精度较高而红、 近红的反演结果系统偏大。 研究结果还表明气溶胶模型是影响水体大气校正精度的重要因素。

植被作为干旱的承载体, 其含水量的变化反映了旱情的时空分布以及受旱程度。 文章从监测原理、 植被水分表征以及遥感数据反演模型等三个方面, 开展了基于多光谱遥感数据的植被水分反演方法研究。 以2010年春季西南四省为应用案例, 进行了植被水分的反演和时空分析, 并与气象数据进行了相关性分析。 结果表明: 在2010年旱情中, 降水对植被水分变化具有一定的影响; 然而由于植被吸收降水的过程是一个滞后的过程, 因而降水的变化对植被水的影响也存在一定滞后效应。 在上述分析基础之上, 从时间和空间尺度对植被水分在旱情监测和评估中的应用进行了评价。 通过时间合成以及与其他数据(如历史数据)的结合, 可克服多光谱数据的自身不足, 提高多光谱遥感数据在旱情监测和评估的应用性。

陆地气溶胶一般由粗粒子和细粒子气溶胶组成, 二者的光学特性并不相似, 如何利用卫星观测数据获取粗粒子和细粒子气溶胶是反演中所面临的重要问题。 基于AERONET/PHOTONS北京站地面观测数据, 本文分析得到了北京地区的气溶胶模式(包括气溶胶复折射指数和谱分布函数), 结果表明北京地区的气溶胶呈明显的粗细粒子混合的双峰分布, 粗细粒子的光学性质也差异明显。 在此基础上, 利用暗目标法从2007年全年的北京地区MODIS数据反演得到气溶胶细粒子、 粗粒子和总光学厚度。 对反演结果的地面验证表明, 利用MODIS数据能够较好实现细粒子和总体气溶胶光学厚度(相关系数在0.8以上)以及Angstrom指数(相关系数为0.517)的反演, 但对粗粒子应用效果较差。

针对现行的凸锥体分析方法提取多光谱影像端元数目的有限性, 提出了基于空间全局聚类分析的多光谱遥感影像端元自适应提取方法。 该方法首先通过主成分分析对多光谱遥感影像进行降维处理, 去除波段间的相关性; 然后根据空间光谱间相似性, 采用经典的空间聚类算法ISODATA对影像全局聚类, 合并聚类后小斑块, 实现影像自动分块; 最后根据分块对象地物类型分布的复杂程度和散点图特征分析, 自适应确定端元数目, 再通过沙漏算法迅速地提取端元。 通过TM影像端元提取实验表明该方法能够有效的提取多光谱影像的端元; 同时克服了端元数目限制, 提高了端元提取的精度, 为多光谱遥感影像端元提取提供了新思路。

为探讨硫酸盐还原菌胞外多聚物(EPS)吸附Cu2+的特性, 采用热力学平衡实验研究了EPS对Cu2+的吸附行为, 并通过红外光谱(FTIR)和带能谱仪的扫描电镜(SEM-EDS)分析EPS吸附Cu2+前后官能团以及元素组成的变化来研究EPS吸附Cu2+的机理。 结果表明, 硫酸盐还原菌EPS对Cu2+的吸附平衡能较好地用Freundlich方程描述。 FTIR和SEM-EDS分析证明, EPS对Cu2+有较强的吸附能力, EPS多聚糖和蛋白质中的—OH, C—O—C和CO等基团在Cu2+的络合中发挥了重要作用。

以TM影像对塔里木河中游土壤含水量的响应特征为研究对象, 选取影像光谱(R)、 光谱倒数(1/R)、 光谱倒数之对数lg(1/R)和去除归一化植被指数(Rc)四种光谱指标, 分别建立土壤含水量的预测模型, 并利用方差检验验证模型的显著性, 采用后验差法划分模型精度级别。 结果表明: 光谱倒数之对数lg(1/R)预测土壤含水量的模型精度较高, 且对0~30 cm土壤含水量的预测精度最高, 达到良好级别, 适用于研究区土壤含水量的监测; 影像光谱(R)和光谱倒数(1/R)的模型精度次之, 仅有个别层(0~30, 0~50 cm等)达合格或免强合格水平; 而去除归一化植被指数的模型精度较差。 另外, 各预测模型的最佳预测深度为0~30 cm, 土层深度过大或过小, 其预测精度均降低。

基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术, 通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析, 设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统。 系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 利用气体直接吸收光谱测温法, 实现了一氧化碳气体温度实时检测。 根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理, 实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量。 利用超窄线宽激光器波长扫描技术还测得了不同温度下一氧化碳分子在6 354.179和6 383.09 cm-1附近的吸收谱线并进行了Voigt拟合和分析。 实验结果表明, 系统温度测量最大相对误差小于4%, 长时间稳定性实验, 温度最大相对波动小于3.5%; 系统浓度测量最大相对误差小于5%, 最小检测限为0.05%。 该气体多参数检测系统精确度高、 稳定性好, 可用于电力变压器故障气体状态实时在线监测。

为了能够快速实时地识别温室中的黄瓜, 研究了黄瓜和其茎叶的近红外反射光谱特性。 利用近红外光谱仪在室内共采集138个样本 (黄瓜46个, 茎46个, 叶46个)的反射光谱, 进行Savitzky-Golay平滑后, 抽取光谱中的108个样本作为校正集, 采用偏差权重法选择信息量较大的光谱波段690～950 nm进行研究。 在主成分分析(PCA)的基础上, 结合马氏距离建立识别模型, 剔除了7个异常样本。 用剩余的101个样本进行偏最小二乘法建模, 对校正集之外的30个样本进行预测。 结果显示预测值和实际值的相关性达0.994 1, 正确识别率达100%。 说明黄瓜、 茎和叶的近红外反射光谱特性之间有一定差异, 可以用近红外光谱技术进行鉴别, 为黄瓜识别提供了一种新的方法和思路。

采用先还原后络合的方法, 利用草酸将V(Ⅴ)离子还原并形成络合物, 使得全钒氧化还原液流电池(钒电池)电解液的四种价态离子在紫外可见光范围内均具有不同的特征吸收峰。 基于此建立了钒电池电解液中不同价态钒离子的光度分析方法, 实现对钒离子定性、 定量测定。 不同价态钒离子标准曲线线性相关系数都大于0.999 0, 线性范围分别为0.326～2.445, 0.326～2.445, 0.720～5.403, 1.784～13.437 g·L-1, 测定样品相对标准偏差(n=6)为0.594%～3.535%, 满足钒电池电解液中钒离子价态分析的需要。

研究了一种使用超声波辅助提取(UAE)-原子荧光法测定茶叶痕量汞的快速方法。 采用Plackett-Burman设计从6个影响汞提取率的因素中筛选出3个显著因素—超声时间St, 超声温度T和HNO3∶H2O2(1∶1, φ)体积A2, 并采用中心组合设计和响应面法优化参数。 结果表明, 最优提取条件为, 浸泡时间6 min, St 8.1 min, T: 70.5 ℃, A2: 4.4 mL, 称样量300 mg。 以GBW10016茶叶为标准参考物质, 与微波消解(MAD)法对比。 优化条件的UAE法对GBW10016的测定值与标准值符合良好, 加标回收率94.2%～102.0 %, 检测限0.007 8 μg·L－1, 重复测定的相对标准偏差小于10%。 该方法应用于63个茶鲜叶样品和十种商品茶叶的测定, UAE法与MAD法结果无显著差异, 汞含量(干基)在 4.6～17.3 μg·kg-1之间, 未超过NY659—2003限量标准。

将长期定位试验和ICP-AES测试相结合, 研究了不同施肥制度下农田生态系统微量元素Mn和Cu的循环和收支状况。 结果表明, Mn和Cu因属沉积型循环其循环率高于80%, 且随投料量增加呈增加趋势。 两种微量元素均入不敷出, 收支差额呈现M<(或≤)NPK+M＜CK＜NPK, 说明单施化肥可引起严重的收支赤字, 而循环有机肥施入可缓解收支失衡。

含铬耐火材料中的SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO和Cr2O3等直接影响着产品质量, 属于需控制成分。 文章用市售耐火材料标准品和基准试剂配制出适当含量范围且有一定梯度的系列标准样, 以四硼酸锂-偏硼酸锂(质量比67∶33)作熔剂、 熔样过程中添加碘化铵固体脱模剂的方法制备样品玻璃熔片, 通过X射线荧光光谱法(XRF)测定元素的荧光强度, 并以理论α系数基体校正法消除吸收与增强效应, 从而得到测量上述组分的定量校正曲线。 该方法应用于耐火材料标准品的测定, 所得结果与标准值吻合。 应用于实际样品的测定并和化学法比较, 结果准确, 精密度好, 操作简单、 快速, 具有良好的实用性。

研究了天体光谱的特征提取问题, 这是光谱自动处理中的一个关键环节。 通过特征提取, 不仅能够约简数据、 减少冗余, 而且亦能抑制噪声干扰, 对识别系统的精度和效率均有重要影响。 提出了一种基于空间转换和分解的特征分析模型(STP), 基于此, 可实现对常用光谱特征提取方法的分析, 例如, 无监督的主成分分析(PCA), 小波变换(Wavelet), 有监督的支持向量机(SVM), 相关向量机(RVM)和线性判别分析方法(LDA)等。 在STP模型中, 关注的核心要素是特征提取中对数据成分的分解、 重组, 以及噪声的抑制和冗余的消除。 亦在STP框架的基础上, 给出了一种逻辑和实现均较为简单的特征提取方法: 基于曲线拟合与下采样的光谱特征提取(EFCD)。 研究的一个重要发现是, 在一些分类问题中文献中设计巧妙的特征提取方法并不一定是决定性的: 即使采用通常的信号下采样方法提取特征, 亦能获得良好的光谱识别性能, 而重要的仅仅是需要将特征数量保持在一定的水平以上即可。 研究中, 选用的测试数据是SDSS中的Galaxy和QSO两类河外天体实测光谱, 他们一般具有较大的红移, 在天体光谱识别中具有较强的代表性。

将光纤传像束应用到色散型成像光谱仪中取代其狭缝, 链接望远系统和光谱仪组成光纤成像光谱仪。 它是二重采样系统, 光谱仪的谱线畸变使光纤束采样像元的像与探测器像元之间产生对准偏差, 从而对第二次采样过程产生影响, 导致调制传递函数(MTF)下降。 从线扩散函数角度出发推导出采样过程光学传递函数, 分析了谱线畸变对系统MTF的影响, 建立了一套评价光纤成像光谱仪MTF的模型。 该模型比狭缝型成像光谱仪MTF计算模型多了一项光纤积分MTF因子和一项由谱线畸变引起的对准偏差MTF因子, 最后用该模型评价了某机载可见近红外波段光纤成像光谱仪MTF。 MTF计算模型的推导和建立方法对计算二重采样系统光学传递函数有参考意义, 能指导光纤成像光谱仪的设计。

通过对基于多级微反射镜的空间调制傅里叶变换红外光谱仪准直误差的分析, 模拟了准直误差的存在而导致的干涉图大光程差处对比度反转和光谱图边频噪声的产生。 讨论了在不同的误差系数下复原光谱图的信噪比和分辨率, 并且分析了干涉图大光程差处对比反转以及光谱图边频分量的产生原因。 仿真结果表明, 在误差系数α＝0.15°·mm-1时, 光谱的信噪比会下降到6 dB, 同时光谱分辨率会退化到13.4 cm-1。 本文的结论将应用于微型光谱仪系统的光学设计与装调。

哈达玛变换光谱成像仪是一种采用多通道探测的数字变换光谱技术, 介绍了基于数字微镜阵列器件(DMD)的哈达玛变换光谱仪工作原理与仪器结构, 对成像传感器所获得的混合像元进行了分析研究, 理论推导出了混叠像元的解混合方法, 仿真实验结果表明该方法简单有效, 对提高混合像元复原光谱精度超过10%。

构建了一个基于数字微镜技术的新型阿达玛变换近红外光谱仪。 光学信号采用光纤引入, 以光栅作为分光元件, 利用数字微镜代替传统的机械式阿达玛模板进行光学编码调制, 使用单点InGaAs红外探测器检测调制后的光信号, 通过快速阿达玛解码还原出原始光谱。 通过实验检验了光谱仪的分辨率、 信噪比、 稳定性以及谱图获取速度等指标。 实验结果表明, 所研制的光谱仪灵敏度高, 信噪比高, 响应速度快, 体积小巧, 其在油品检测、 食品安全等行业有着广泛的应用前景。