应用切向流超滤和三维荧光光谱技术研究长江河口丰水期和枯水期水体中不同分子量溶解有机质的荧光性质, 探讨其来源与影响因素。 结果表明: 长江河口水体存在四种荧光峰, 分别是陆源类腐殖酸荧光峰A和海洋来源类腐殖酸荧光峰C、 酪氨酸和类蛋白荧光峰B及芳香蛋白荧光峰D。 荧光物质主要存在于真溶解有机质(<1 kDa)中, 其次是低、中分子量胶体有机质(1～500 kDa)。 溶解有机质中蛋白质来源以污染排放的人为源为主, 其次是生物活动的内源; 在丰水期腐殖酸来源是陆源和内源, 在枯水期主要为陆源。 真溶解有机质中腐殖酸多来源于生物分解的内源, 胶体有机质以陆源为主, 可能同时受再悬浮作用影响。 荧光峰强与各环境参数均有一定相关性, 说明在环境参数对溶解有机质中的荧光物质产生的影响较为复杂多样。

在基于荧光共振能量传递(FRET)的均相分析中, 小尺寸的上转换发光纳米晶(UCNPs)用作供体被认为有很大的优势。 通过配体交换的方式制备了大小约12 nm、 表面带有氨基的水溶性 NaYF4∶Er3+, Yb3+ UCNPs。 傅里叶变换红外光谱证明配体交换成功; 扫描电镜表明UCNPs的形貌和尺寸没有改变; 圆二色光谱表征亲合素偶联UCNPs前后二级结构变化较小。 以亲合素化的NaYF4∶Er3+, Yb3+ UCNPs为供体; 受体为生物素标记的藻红蛋白。 通过亲合素—生物素系统拉近供体和受体, 引发共振能量传递。 当体系中加入自由的生物素分子, 它们竞争地与UCNPs表面的亲合素结合, 抑制能量传递过程, 从而荧光光谱发生变化。 根据这种光谱变化与加入生物素量之间的关系, 对其进行定量检测, 获得了纳摩尔级的检测限。

选择荧光效应强的稀土元素铽, 以磺基水杨酸作为第一配体, 以聚乙烯醇、 聚乙二醇2000等为协配体, 对乙醇溶液和水溶液两个体系中形成的配合物荧光进行了研究。 试验确定了铽、 磺基水杨酸以及聚乙烯醇、 聚乙二醇2000为优良协配体的最佳用量。 进一步研究发现, 表面活性剂的加入对不同配合物的荧光均会产生增强效果, 十二烷基磺酸钠效果最好; 同时探索了酸度对体系荧光强度的影响。 对于获得的铽－磺基水杨酸－聚乙烯醇配合物, 其荧光激发波长为342 nm, 而荧光发射波长为545 nm, 将该配合物以适当比例掺加到农用塑料薄膜中, 制备出可以使太阳光的紫外部分转换为作物光合作用需要的绿光的稀土光转换膜。

采用前表面三维同步荧光光谱、 平行因子和二维相关技术研究丙二醛诱导熟肉糜氧化过程的荧光特征。 发现丙二醛熟肉糜体系有两个特征同步荧光峰, 分别是色氨酸残基的荧光特征(Ex292 nm、 Δλ50 nm)和丙二醛蛋白结合物的荧光特征(Ex400 nm、 Δλ70 nm); 平行因子分析表明Δλ为50和70 nm的同步荧光光谱分别为第一、 第二主成分, 分别对应的是色氨酸残基的荧光特征和丙二醛蛋白结合物的荧光特征; 丙二醛诱导熟肉糜氧化过程中, 随着时间的延长, 色氨酸残基特征同步荧光强度逐渐减弱, 丙二醛蛋白结合物特征同步荧光强度逐渐增强; 二维相关分析表明, 色氨酸残基荧光强度变化速率快于丙二醛蛋白结合物的荧光强度变化速率。

以安徽省滁州地区的落叶阔叶林为研究对象, 基于2012年4月1日与5月4日HJ-CCD遥感影像数据, 利用落叶阔叶林萌芽展叶期与花果期的归一化植被指数(NDVI)差值速率构建了落叶阔叶林识别模型, 并有效地提取出落叶阔叶林的空间分布图, 再结合野外实地考察和观测的样地位置信息对提取结果进行了验证和评价。 研究表明所提出的落叶阔叶林NDVI差值速率提取方法的有效性, 证实了环境星CCD数据在植被分类识别方面的可应用性。

依据2008年和2009年2年在栖霞试验区利用地物光谱仪ASD FieldSpec3测定的苹果花期冠层高光谱和实验室内测定的钾素含量数据, 以冠层高光谱反射率及其11变换形式与钾素含量分别进行相关分析, 以相关系数最大者为自变量, 采用模糊识别算法, 建立钾素含量估测模型; 以2008年的检验样本对模型进行检验, 并利用2009的独立试验数据对模型进行验证。 结果表明, 原始光谱反射率(R)及其倒数(1/R)、 对数(lgR)、 平方根(R1/2)与钾素含量的相关性较差, 但它们的一阶微分和二阶微分与钾素含量之间的相关性明显增强; 建立的钾素含量估测模型=11.344 5h+1.309 7的相关系数r为0.985 1, 总均方根差RMSE为0.355 7, F统计量为3 085.6; 24个检验样本实测值与估测值的平均相对误差为9.8%, 估测精度为90.2%; 2009年试验验证精度达到了83.3%。 表明模型用于苹果花期冠层钾素含量的估测具有较高的稳定性, 模型精度能满足生产上对苹果钾素含量估测的要求。

以玉米冠层为研究对象, 首先利用偏振反射机理分析了玉米冠层的反射信息中存在偏振现象; 随后在抽穗前不同生长时期垂直观测方向对其高光谱偏振信息进行了测量, 证明了理论推导, 而且发现偏振光在总的反射光中所占的比例可达10%。 这即表明了偏振测量可以为对地遥感提供辅助信息, 同时也说明利用偏振信息反演大气参数时应该考虑地表偏振对它的影响。

建立能够快速诊断作物氮素状况的光谱估算模型, 对指导有效施肥具有现实意义。 应用高光谱技术在夏玉米生育期研究了氮素在上下层叶片的分布规律及其氮素含量与植被指数的关系, 并建立了叶片氮含量的估算模型。 结果表明: 夏玉米四个生育期(拔节期﹑大喇叭口期﹑抽雄期和灌浆期)上层叶氮含量均高于下层叶氮含量, 抽雄期的下层叶片对氮素的缺乏反应敏感, 生产上在抽雄期可以通过对下层叶片氮含量的监测来指导施肥。 构建了三个时期(拔节、 大喇叭口和抽雄期)各自最佳的估测叶片氮含量的模型。 研究结果为作物氮素营养诊断及合理施肥提供了参考。

土地覆盖遥感分类根据图像中每个像元在不同波段具有不同光谱亮度、 空间结构特征或者其他差异的特征, 按照某种规则或算法提取土地覆盖分类信息。 硬分类方法由于混合像元的存在, 导致遥感分类和面积测量精度难以达到使用要求; 软分类方法能够解决混合像元问题。 针对硬分类与软分类各自存在的问题及优势, 在分析硬分类模型和软分类模型的理论基础上, 通过研究两种模型的优缺点取长补短, 优化分类模型。 在新的软硬分类方法支持下, 设计典型应用案例, 在精度评价过程采用改进型混淆矩阵评价方法, 验证该方法在土地覆盖信息提取方面的精度。 结果表明, 软硬分类方法能够有效提高土地覆盖分类精度。

为实现对不同地类春小麦叶绿素含量的无损估测, 通过分析春小麦冠层光谱与叶绿素含量的相关性, 以及对其红边拐点位置与叶绿素含量做回归分析, 分别建立了水浇地和旱地春小麦叶绿素含量估测模型并检验了模型精度。 结果表明: (1) 拔节期水浇地和旱地春小麦叶绿素含量差异较大, 且前者明显大于后者。 虽然各地类春小麦光谱反射率与叶绿素含量均有很好的相关性, 但旱地春小麦的相关性在可见光和近红外波段均低于水浇地。 (2)在可见光范围, 旱地春小麦冠层光谱反射率高于水浇地, 而在近红外区则相反。 阴坡地由于土壤水分高, 春小麦长势较好, 冠层光谱特点与水浇地差异不大。 (3)建立的不同地类春小麦反射光谱红边拐点位置与叶绿素含量的监测模型表明, 水浇地春小麦叶绿素含量的监测可用线性模型, 预测精度达94.06%。 而旱地则宜用二项式模型, 预测精度为97.15%, 比其线性模型高10.48%。

针对地表水质的复杂性以及紫外光谱数据维数高、 谱带重叠严重的特点, 提出将相关向量机算法应用于硝氮的连续紫外光谱分析, 实现了对实际污水硝氮的快速准确无污染检测。 首先介绍了相关向量机算法原理, 然后在分析制药污水紫外吸收光谱的基础上选取230～245 nm紫外吸光度数据用于建模, 应用多元线性回归、 偏最小二乘方法、 经典支持向量机方法(SVM)和相关向量机方法分别建立硝氮回归模型并比较分析模型性能。 实验结果表明: 相关向量机模型预测更准确, 模型更稀疏, 预测速度快, 检测结果的相对满量程误差控制在4.5%以内, 适用于对复杂组成成分的实际污水硝氮的有效快速检测。

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 热解气相色谱(GC)对低煤级煤生烃过程中有机质结构演化进行表征, 剖析了人工热演化过程中气态烃产率, 解析了煤结构官能团的变化规律, 揭示了低煤级煤生烃与结构演化的耦合机理。 结果表明: 煤热模拟产物主要为气态烃C1-5, 甲烷生成瞬时产率包含四个峰值, 低煤级煤化学结构中含氧官能团和烷基侧链随煤化程度的增高以不同的速度发生脱落, 随煤级的增加, 其芳构化程度增大。 分别对煤结构中的脂肪烃甲基、 CO基、 芳香烃芳核CC和烷烃结构上甲基、 亚甲基进行表征。 存在420 ℃温度转折点, 之前吸收峰强度逐渐减小, 之后又略有增大, 揭示了低煤级煤三个主要结构演化阶段煤化作用机理, 提出了低煤级煤生烃结构演化模式图。

受到台风“布拉万”的影响, 吉林中部地区大范围处于灌浆期的玉米倒伏。 为了确定倒伏后玉米冠层对反射信息的影响, 从不同角度对其高光谱反射信息进行了测量与分析; 与此同时, 对偏振反射信息也进行了测量, 将反射与偏振信息结合起来分析了受风灾影响后农作物冠层反射特征的变化。 结果表明, 风灾过后倒伏玉米的反射信息在可见光波段降低, 而在近红外波段范围增大, 与正常直立生长的玉米反射信息比较, 具有非常明显的各项异性特征; 同时, 倒伏玉米的反射光中包含丰富的偏振信息, 利用偏振信息可以为区分倒伏区域提供依据。 这为利用遥感技术确定受灾范围与计算损失产量提供了依据。

以蛋氨酸和无水乙醇为原料, 对甲苯磺酸为催化剂, 苯为携水剂先合成蛋氨酸酯化物; 将蛋氨酸酯化物再与亚硒酸钠按一定比例反应, 经低温陈化、 结晶, 可得到螯合硒的蛋氨酸。 通过微电泳法测定产物的Zeta电位, 计算出等电点并利用等电点法对产物分离提纯。 利用红外光谱、 紫外光谱、 X射线衍射法、 1H核磁共振法对产物光谱性质进行分析, 确定所制备的蛋氨酸螯合硒是以蛋氨酸中的硫原子和氨基中的氮原子为配体, Se4+为中心离子形成了六元环蛋氨酸螯合硒。

以不同施肥水平下两年玉米田间试验为基础, 利用高光谱技术探讨大喇叭口期不同层次玉米叶片光谱响应的敏感区域, 并依据叶片氮素含量与原始光谱反射率及其一阶导数的相关性, 最终构建了叶片氮素含量的预测模型。 结果表明: 不同施肥水平下叶片光谱反射率差别明显区域集中在550 nm附近波段、 761～1 300 nm波段, 不同层次间叶片光谱反射率差别明显区域集中在550 nm附近波段, 叶片氮素含量与470～760 nm波段光谱反射率及其一阶导数呈极显著相关。 经过对比筛选, 以光谱指数DSI(564, 681)和DSI(681, 707)构建的指数预测模型效果最好, 预测精度达93.43%和93.39%, 能有效估测叶片氮素含量。

建筑物的纹理和光谱信息的多样性一直是自动化识别的瓶颈。 针对此问题, 提出了一种彩色遥感图像建筑物提取方法, 该算法结合中性集和均值漂移, 对转换到中性集空间的影像进行均值漂移分割, 生成以影像中主要地物类型为核心的光谱类别图像, 提取建筑物。 通过中性集空间的增强及分割, 克服了传统均值漂移分割稳定性低、 光谱不连续及信息混杂的缺陷, 避免了地物识别前提取连通区等操作。 实验证明, 提出的算法可以简捷、 完整、 准确、 稳定地提取建筑物, 满足高分辨率遥感影像建筑物的提取要求。

复制的多光谱数据获取要求图像数据具有设备无关、 场景无关特性, 能够真实客观表征物体颜色信息。 针对获取系统扰动、 噪声误差以及光谱重建中训练样本典型代表性与相关性要求, 提出了基于正交回归的光谱重建算法, 并通过子空间跟踪的训练样本选择算法, 选择重建样本与训练样本集中相关性与代表性最好的样本参与光谱重建。 实验通过改造后的仙娜宽带多通道成像系统进行验证, 数据表明本文提出的方法, 所选训练样本能较好的表征样本空间并具有较好的正交性, 在宽带多光谱成像方面, 重建光谱平均色度误差为3.6, 其光谱精度与色度精度较其他方法具有明显提高。

叶面积指数(LAI)作为重要的植被冠层结构参数, 对其进行正确估算一直是遥感应用研究的重点。 CHRIS/PROBA是目前具有较高分辨率(17 m)的高光谱多角度数据, 该数据在反演LAI方面有着重要的应用价值。 本次研究应用辐射传输ACRM模型来模拟一系列LAI在不同观测天顶角(-80°～+80°)情况下的植被光谱数据, 在此基础上利用红波段和近红外波段构建了一个新型高光谱多角度植被指数HDVI, 并成功地应用于CHRIS/PROBA数据对LAI的估算。 结果表明: (1)相比光谱指数NDVI和多角度指数HDS, 新指数能更好地利用光谱和多角度双重信息, 与研究区LAI有着更好的相关性, 决定系数R2高达0.734 7。 (2)利用LAI-HDVI最优拟合方程关系来估测LAI值, 得到了研究区的LAI分布图, LAI估算精度均方根误差RMSE为0.619 8。

以天然杭锦2#土为原料, 进行酸化活化, 得到酸化杭锦2#土, 并进一步以十六烷基三甲基溴化铵作为有机插层剂制备了有机改性杭锦2#土。 其FTIR谱图中出现—CH的振动峰, 说明插层剂已进入到杭锦2#土层间。 再经高温焙烧有机改性杭锦2#土制得介孔杭锦2#土, 并应用X射线衍射和扫描电子显微镜对样品进行了晶相和形貌分析, 用N2吸附脱附测定其比表面积和孔径, 通过傅里叶变换红外光谱和紫外-可见漫反射光谱对样品进行了光谱表征。

合成并表征了1-羟乙基-3,3-二甲基-6′,8′-二叔丁基吲哚啉苯并螺吡喃配体1及其衍生物配体2。 由于苯并螺吡喃6′,8′-二叔丁基斥电子基团的电子效应, 开环体部花菁酚氧负离子上的负电荷难以分散, 使其结构不稳定, 配体1在紫外光照射下不直接开环, 只有在极性较强的甲醇溶剂中受适当金属离子诱导才能形成有色开环体部花菁结构形式。 配体1能较好地选择识别Hg2+, Cr3+和Ag+。 当其相互作用时, 不但紫外可见光谱及荧光光谱有明显“turn-on”变化, 而且体系颜色明显地由无色变成黄色, 目视识别效果直观明显。 其他金属离子的存在对Ag+, Cr3+和Hg2+的识别几乎没有干扰。 配体1与Ag+, Cr3+和Hg2+络合的化学计量比均为1∶1, 检出限分别是: 7.435 8×10-6, 6.126 8×10-6, 3.452 4×10-6 mol·L-1。 通过配体2进一步证明了配体1和金属离子识别的结合模式。 即螺吡喃结构中N1位取代侧链上的羟基, 和其开环体酚氧负离子相互协调并与金属离子结合。

基于紫外光谱分析的水质监测技术具有实时在线、 无试剂、 无需样品预处理、 无二次污染、 体积小、 成本低等特点, 在对饮用水、 地表水、 工业废水等水体的在线监测中具有显著优势, 已成为现代水质监测技术的一个重要发展方向。 本文介绍了基于紫外光谱分析的现代水质监测技术的原理、 特点、 现状及发展的新趋势, 并提出亟待解决的关键技术问题。

研究建立了一种简单、 快速、 高灵敏测定药物卡托普利的新方法。 该方法基于卡托普利诱导未修饰的银纳米粒子的快速团聚, 从而使银纳米溶胶从亮黄色变为红色, 在395 nm处的吸光度呈线性降低。 探讨了银纳米粒子的团聚机理。 在优化条件下, 该方法测定卡托普利的线性范围为1～35 μg·mL-1, 检出限为0.7 μg·mL-1。 应用于卡托普利药片含量的测定, 获得了满意结果。

对电子回旋共振低温等离子体化学气相沉积工艺(ECR-PECVD)沉积GaN薄膜过程中的氮气和三甲基镓有机金属气体(TMG)混合气体等离子体发射光谱进行分析。 结果表明TMG 在等离子体自加热条件下就发生离解, N2/TMG混合气体ECR等离子体主要以Ga气体粒子和亚稳态氮分子为主。 发射光谱特征谱线随微波功率变化分析表明: 当微波功率高于400 W时, 亚稳态氮分子浓度随着微波功率的增加而增加, 而高激发态氮分子以及氮分子离子浓度却随着减少。

长期定位试验和ICP-AES测试相结合, 研究了下辽河平原土壤有效Mn和Zn浓度变化以及不同施肥制度下大豆体内Mn和Zn浓度与含量的变化。 结果表明: 下辽河平原土壤有效Zn浓度已濒临临界值, 应加强对其监测; 大豆籽实和秸秆体内Zn浓度受施肥影响变化较小; 而籽实中Mn浓度受施肥影响变化较大, 且NPK和NPKO处理显著高于O和CK处理; 养分循环再利用在增加大豆生物量的同时, Mn和Zn携出亦呈增加趋势; 土壤-作物系统中, Mn和Zn均出现收支赤字, 其赤字大小顺序为NPKO＜O＜CK＜NPK, 表明养分循环可以显著减缓这种赤字, 使生态系统更可持续。

采用高分辨电感耦合等离子质谱(HR-ICP-MS)对黄河甘肃、 宁夏、 内蒙古段12个采样点过滤水和悬浮物中稀土元素含量进行了测定, 并对悬浮物中稀土元素的分馏作用进行了研究。 结果表明: 过滤水中稀土元素含量较低, 含量最高的元素镧(La)浓度仅为32.0 ng·L-1, 稀土元素总量平均值为47.5 ng·L-1, 以包头磴口(S1)和三湖河口(S2)最高, 分别为130.0和100.0 ng·L-1, 可能是由外源稀土进入水体所致; 悬浮物中稀土元素总量平均值为167.8 mg·kg-1, 与中国土壤背景值相近, 其中, 甘肃什川桥采样点(S11)重稀土元素含量明显高于其他采样点, 表明该采样点受到外源重稀土的影响。 悬浮物中稀土元素球粒陨石标准化结果与中国土壤分布模式相同, 表现为轻稀土元素富集, 铕(Eu)中度亏损, 铈(Ce)呈现弱的亏损, 表明悬浮物中稀土元素主要来源于土壤风化作用。

过氧化氢(H2O2)和连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)作为土壤沉积物前处理的经典方法, 对土壤沉积物中黏土矿物的富集有着举足轻重的作用, 但关于二者对黏土矿物的影响研究较少。 运用X射线衍射作为检测技术, 对比研究H2O2和DCB两种前处理方法对红土中黏土矿物的影响。 结果表明, H2O2或DCB处理均可促进土壤矿物颗粒的充分分散, 有效地将石英等杂质分离, 进而提取到很纯的黏土矿物。 同时发现, DCB处理由于其Na+与黏土矿物层间阳离子交换导致数据失真, 而H2O2处理可以保证数据的真实性。 结果表明: 采用H2O2进行前处理能获取较为准确的黏土矿物学信息。

高纯度的粘土矿物样品是粘土矿物学重建古气候的关键, 然而, 土壤中的铁矿物(如针铁矿和赤铁矿等)和有机质的存在导致粘土矿物与非粘土矿物相互包裹, 使富集的粘土矿物样品常含有其他矿物杂质。 土壤沉积物中有机质去除的研究已较为充分, 但铁矿物在土壤沉积物中的赋存状态倍受争议, 制约了高纯度粘土矿物样品的制备。 该研究将以长江中下游九江网纹红土作为研究对象, 通过逐级分离试验对网纹红土中铁矿物与粘土矿物的赋存关系进行研究, 为土壤沉积物中铁矿物的去除提供一定的启示。 试验结果表明, 针铁矿和赤铁矿等铁矿物可能主要呈现被膜状吸附在羟基间层蒙脱石和伊利石的表面, 也有部分被高岭石吸附。

根据端窗透射微型X射线管阳极靶的结构, 建立了数理模型, 讨论了电子束打靶的平均厚度与光管高压的关系, 得到了X光管出射特征光谱强度的角度分布特征。 同时利用Monte Carlo方法, 对出射光谱在2π方向上的强度分布特征开展模拟研究。 结果表明, 微型X射线管阳极靶材平均厚度在2 μm左右, 在与入射电子束垂直方向几度的范围内获得的出射光谱其单色性较好。 这些结论对于微型X射线管的结构设计和出射光谱单色化应用具有一定的理论指导意义。

利用野外实时快速获取的土壤光谱进行土壤有机质(SOM)预测与制图是精确农业与土壤遥感制图的必然需要, 利用ASD FieldSpec Pro FR野外型光谱仪实时快速获取的光谱数据, 去除噪声较大的边缘波段后, 进行倒数的对数转换(Log(1/R))为吸收光谱。 在分析吸收光谱和光谱指数与SOM关系的基础上, 采用偏最小二乘回归法进行SOM的建模预测并借助地统计学方法进行SOM空间变异制图研究。 结果表明, 建模效果好的指标分别为特征波段(R2=0.91, RPD=3.28), 归一化光谱指数(R2=0.90, RPD=3.08), 特征波段与3个光谱指数组合(R2=0.87, RPD=2.67), 全波段(R2=0.95, RPD=4.36)。 光谱指标的克里格制图与实测SOM制图表现出相同的空间变异趋势, 不同的指标均达到了较好的预测效果。

海水中的有色溶解有机物(CDOM)对海洋生态系统具有重要影响。 针对当前CDOM测量的问题, 基于Teflon AF 液芯波导(LWCC/LCW)技术, 设计了一套全自动CDOM走航式测量仪。 该仪器具有光程可调、 测量动态范围广、 灵敏度高等特点, 适合于各类水体。 其过滤和进样系统, 实现了水样的自动过滤、 进样和样品池清洗。 基于LabVIEW语言开发的软件控制平台, 可高效地控制仪器的运行状态和数据(光谱数据、 GPS数据及海水温盐数据)的采集。 通过对照实验和现场海上测试, 证实了测量数据的可靠性和仪器的稳定性。

为了精确、 稳定地获得粮仓内大范围的温度分布, 设计了光纤布拉格光栅测温系统。 利用光纤布拉格光栅所测温度与中心波长之间存在线性的关系, 根据光谱线性频移函数获得仓内各位置的精确温度。 其中每个光栅的工作波长相互分开, 经3 dB的耦合器反射后, 再用波长探测解调系统对多个光栅的线性频移进行测量, 即可检测出仓内各处的温度。 实验采用FBG封装的光纤、 LPT-101型光源、 放大处理电路等设备获得采集得到的温度信息。 通过Origin软件画出了被测温度与波长频移的关系图, 同时与传统的测量方法K型热电偶的测量数据进行比较。 实验结果显示, 光纤布拉格光栅测得温度与标准温度更接近, 且抗干扰能力更强, 满足粮仓内大范围温度监测的要求。

介绍了分布式光纤拉曼温度传感器(DTS)的基本原理、 发展趋势和工程应用研究状况, 研究了分布式光纤拉曼温度传感器的关键技术, 全面提升了DTS的性能。 将拉曼放大技术应用于DTS系统, 用拉曼增益部分抵偿光纤的传输损耗, 使系统的传感长度达到50 km; 对脉冲激光器进行211位循环编码, 在接收时采用相关运算解调, 显著提高系统的信噪比, 使测温不确定度达到1 ℃; 采用双波长自校正技术提高了系统的空间分辨率, 达到2 m; 在DTS系统中嵌入光开关, 使测温通道成倍扩展, 有效延伸了传感光纤的总长度, 组成光纤传感网络。

以正硅酸乙酯为前驱体, 二甲基二乙氧基硅烷为造孔剂, 采用溶胶凝胶技术在酸催化条件下制备了二氧化硅溶胶; 采用提拉法在K9玻璃基片上双面镀膜, 经500 ℃热处理, 制备得到一种新型单层微孔二氧化硅增透膜。 通过改变造孔剂加入量, 膜层峰值透过率可达到99.7％, 而硬度仍保持在2H以上, 同时具有良好的耐摩擦性及粘附性。 加速腐蚀实验表明, 膜层的环境稳定性是常规膜层的10倍以上。 由于该新型增透膜兼具高透过率、 良好的机械性能以及很强的环境稳定性, 因而在改善太阳能玻璃增透性能方面有极大的应用价值。

为观测神经营养因子对胞内Ca2+浓度的影响, 将牛视网膜神经细胞内的Ca2+用Fluo-3标记, 用搭建的活细胞实时成像荧光显微系统对其成像, 并观测在脑源性神经营养因子BDNF等四种神经营养因子的作用下细胞内游离Ca2+浓度(［Ca2+］i)随时间的变化的规律。 由于荧光分子有自发衰减效应, 故对得到的细胞内荧光强度采用“去衰减效应修正”的处理方法, 再现了较真实地代表［Ca2+］i的荧光强度。 修正后的数据显示, 加入四种神经因子后, ［Ca2+］i皆有不同程度的升高, 与相关文献所描述的类似实验具有相似结果, 说明此种对活细胞内荧光标记物的实时动态成像的实验方法可行, 去衰减效应修正的数据处理方法可靠。

可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)作为近年来发展起来的一种气体检测技术, 具有高分辨率、 高灵敏度和快速测量等特点。 波长调制光谱信号的二次谐波分量常作为检测信号, 用于气体浓度信息的反演。 利用MATLAB中的可视化建模仿真平台Simulink, 模拟了基于TDLAS的波长调制光谱信号, 利用锁相放大原理提取二次谐波分量。 采用数字锁相, 正交双通道结构实现锁相算法。 通过比较不同调制系数下二次谐波信号的变化情况, 分析了二次谐波信号与调制系数的关系, 以便确定最佳参数, 用于二次谐波的提取。

为了对一种新型低感熔铸炸药(DNAN)含量进行检测, 设计了THz光谱相干探测系统, 检测确定了DNAN的THz特征波长位置, 又利用比尔朗伯定律求解了DNAN的含量。 设计了由主控系统控制步进电机实现光电探测器微扫描的时间相干THz光谱检测系统, 计算推导了DNAN含量求解需要的系统参数, 获得了DNAN的THz特征光谱。 实验采用三种方法分别对不同DNAN含量的爆炸物样品进行检测, 结果显示, 该系统精度接近目前广泛应用的THz光谱检测设备MINI-Z太赫兹光谱仪。 在此基础上, 设计了特征吸收峰优化算法, 通过Origin软件仿真分析可知, 该算法可以进一步提高系统的探测精度及稳定性。

采用光纤式光谱仪, 对激光—双丝脉冲MIG复合焊接电弧等离子体辐射规律进行探讨, 结合焊接过程中的高速摄像图片探讨激光与电弧的耦合机理, 并运用Boltzmann图法计算出电弧等离子体的电子温度。 结果表明, 加入激光后, 电弧的亮度提高, 辐射增强, 电弧偏向激光作用位置, 同时电弧收紧, 电弧截面减小, 电弧稳定性增强; 激光功率、 焊接电流和焊丝间距对电弧等离子体温度有比较大的影响, 随着激光功率的增加、 焊接电流增大和焊丝间距的减小, 电弧等离子体电子温度升高。

介绍了一种测量近地面大气NO2平均浓度的新方法——目标差分吸收光谱方法, 即target DOAS(target difference absorption spectrum technology)。 该方法基于被动差分吸收光谱技术, 测量墙体、 山体等目标的太阳反射光谱, 通过差分吸收光谱算法反演得到目标与仪器之间NO2浓度沿路径的积分值SCD(slant column density), 同时仪器到目标之间的距离已知, 并通过选取特定的参考光谱扣除目标到大气顶层的痕量气体吸收, 最终计算出仪器和目标之间的大气NO2平均浓度。 利用建立的目标DOAS系统在合肥开展了观测实验, 成功获取了观测地大气NO2浓度。 观测结果与主动长光程差分吸收光谱仪观测数据进行对比, 二者呈现较好的一致性, 验证了该方法的可行性。

采用纳秒激光脉冲对铜金属进行了打孔实验, 对微孔形貌进行了观察并对其热力学过程进行了相应的分析。 研究表明, 微孔的形貌是由凹坑和周围隆起组成, 坑深随着脉冲能量的增加而增加。 热力学分析表明, 激光辐照金属打孔需要两个基本条件: 一是激光脉冲能量的沉积, 使金属材料发生熔化、 汽化以及电离等相变, 使得材料更容易去除; 激光等离子体作为二次热源会更有效把激光脉冲能量耦合到金属表面; 二是激光等离子体的冲击波效应, 这种效应会把发生相变的材料有效及时排出, 从而有效形成微孔。

光谱分辨率是光谱仪最重要的指标之一, 依据瑞利判据、 基于光外差的基本原理, 提出了一种可实现光谱仪超高分辨率检测的方法, 并对该方法的测量不确定度进行了详细分析。 搭建了实验光路, 对某型号光谱仪的分辨率进行了检测, 实验结果表明该光谱仪的分辨率优于18.9 pm, 测量标准不确定度为2.3 pm; 采用波数表示时, 该光谱仪的分辨率优于0.078 8 cm-1, 测量标准不确定度为0.009 6 cm-1。

采用磁控溅射技术制备并通过不同温度的快速热退火得到了不同表面形貌的纳米银膜。 利用XRD, SEM和紫外-可见-近红外透射光谱等技术研究了纳米银膜的结构、 表面形貌与光学性质。 实验结果表明, 随着退火温度的升高, 银膜开口面积分数、 银岛(纳米粒子)间距增大, 长宽比减小, 银岛由各向异性的蠕虫状变成各向同性的纳米球; 表面等离激元共振带发生连续的蓝移, 半高宽变窄。 分析表明, 纳米银膜的表面等离激元共振特性可以通过热退火诱导的表面形貌变化实现调整。

云在地气系统中扮演着非常重要的角色, 当前气候模式的模拟仍然缺乏云体内部精细结构的数据。 而用传统的被动卫星辐射计遥感, 则会丢失大量的云层垂直分布的信息。 正是基于这些原因, NASA提出了CloudSat的发射项目, 提供必要的观测以使我们更好的理解云的内部结构。 CloudSat于2006年4月28日发射成功, 搭载第一个W带(94 GHz)云廓线雷达(cloud profile radar, CPR), 可提供连续地、 全球时间序列的云的垂直结构和特征。 利用CloudSat卫星数据对2009年第8号台风云系“莫拉克”和2009年的第15号台风云系“巨爵”进行分析, 根据云检测的结果, 获取了雷达反射率、 云类型以及云层光学厚度的连续变化特征。 这将为我们后续台风云系光学特性的研究提供参考。

以355 nm激光为激励光源, 研究 2-甲基蒽醌(MAQ)光敏氧化芳香氨基酸(色氨酸、 酪氨酸、 苯丙氨酸)的光化学行为。 在乙腈-水体积比1∶1的混合体系中, 2-甲基蒽醌三重激发态(3MAQ*)的吸收峰位于390, 450和590 nm, 利用3MAQ*与电子给体的电子转移反应确定其阴离子自由基的特征吸收峰为390和490 nm。 2-甲基蒽醌与色氨酸、 酪氨酸、 苯丙氨酸的瞬态反应都显示随着590 nm激发三重态的衰减, 出现490 nm 2-甲基蒽醌阴离子自由基的生成, 并进一步确定了2-甲基蒽醌与色氨酸、 酪氨酸和苯丙氨酸的电子转移反应的速率分别为3.0×109, 1.1×109和1.8×108 L·mol-1·s-1。 同时吉布斯自由能(ΔG)的计算结果也表明2-甲基蒽醌的激发三重态与色氨酸、 酪氨酸、 苯丙氨酸电子转移反应在热力学上是可行的。

利用太赫兹时域谱仪THz-TDS测试样品并计算太赫兹吸收谱的形态和幅度,是太赫兹定性、 定量分析的主要途径。 在实验中我们发现,谱的形态和幅度不仅与样品吸收特性有关, 而且与计算中所选取的太赫兹时域脉冲的长度密切相关。 太赫兹波在片状样品前后表面的多次反射波是造成这个问题的主要原因。 太赫兹时域脉冲分为直接载有样品信息的本质段、 低信噪比的噪声段和信息重叠的回波段。 通过分析太赫兹脉冲的产生机理及脉冲幅度与衰减过程的关系,给出一个半理论半经验的本质段长度截取模型,由此确定进一步计算太赫兹吸收谱的最佳长度。 谷氨酰胺(Gln)、 组氨酸(His)和胱氨酸(Cys)三种氨基酸样品的实验表明, 该文截点位置截取方法的计算结果是稳定有效的。

通过光学与电学测量, 对大气压氩气中运行的单针喷枪和针-板喷枪的放电特性进行了研究。 结果表明两种喷枪产生等离子体的长度和截面积都随着外加电压峰值(Up)的增大而增大。 相同Up下针-板喷枪等离子体截面积比单针喷枪大。 相同Up下针-板喷枪放电的外加电压比单针喷枪的低。 通过采集两种喷枪放电的发射光谱, 对其等离子体的电子温度和振动温度进行了比较。 结果发现两种喷枪的电子温度和振动温度均随着Up的增大而增大, 且相同电压下针-板喷枪的温度高于单针喷枪。 研究结果对大气压等离子体喷枪的工业应用具有重要价值。

建立了单块样品和两块叠加样品的透射比计算模型, 并提出了一种基于两块相同厚度样品叠加后的透射光谱反演其光学常数的新方法。 通过Bruke V70傅里叶光谱仪测试了不同厚度单块硒化锌样品以及两块硒化锌样品叠加的1.33～21 μm范围的透射光谱, 结合实验透射光谱利用光学常数反演方法, 计算得到了硒化锌样品的光学常数。 部分反演结果与文献中数据进行比较, 验证了反演方法的可靠性。

对新型聚集荧光增强芴衍生物的溶液状态下的光致发光和紫外-可见吸收光谱进行了表征, 同时对比了其在丙酮/水混合溶液中的光致发光特性。 结果表明, 当水的体积比不断提高时, 芴衍生物的丙酮/水混合溶液的光致发光光谱辐照度增强, 这是由于该芴衍生物不溶于水, 使得材料形成聚集态, 导致聚集荧光增强; 同时, PL光谱发生蓝移, 这是因为溶液加水后形成芴衍生物的蓝色晶态聚集, 这种晶态聚集会导致光致发光光谱的蓝移, 并且晶态聚集越有序, 发射的波长越短。 另外, 新型芴衍生物分子是通过在芴基团上链接四苯基苯和三苯胺官能团, 具有抑制浓度猝灭及增强电荷传输能力, 因此作为发光层, 制得了非掺杂的有机电致发光器件。

高温固相法合成了Ce3+, Mn2+共掺的Mg2Y8Si6O26荧光粉, 利用X射线粉末衍射仪(XRD)、 荧光分光光度计对其结构和发光性能进行了研究。 表明样品为纯相的Mg2Y8Si6O26晶体, 属于六方晶系, 空间群为P63/m。 光谱数据表明Ce3+在该晶体中占有两种不同格位, 分别为C3格位和C1h格位, 通过激发和发射光谱对Ce3+在两种格位的发光进行了研究。 在286 nm光激发下Ce3+, Mn2+共激活Mg2Y8Si6O26的发射光谱除了在400 nm有Ce3+的特征发射外, 还在600 nm处出现了Mn2+的特征发射, 表明Ce3+和Mn2+之间存在能量传递。 通过改变Mn2+的浓度实现了白光发射, 它可用于紫外光激发的单一基质白光发射荧光粉。

采用高温固相法合成了一种新型单基质Sr3-2xLi1+xMgV3O12∶xEu3+荧光粉, 研究了其在不同的合成温度及Eu3+掺杂浓度等条件下的发光性能。 利用X射线衍射仪(XRD)、 扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪(PL)等对样品进行表征。 荧光光谱表明Sr3-2xLi1+xMgV3O12∶xEu3+荧光粉具有与近紫外芯片相匹配的激发光谱, 其宽阔的发射光谱(450～630 nm)使得该类物质具有作为白光LED用单基质荧光粉的巨大优势。

量子级联激光器是一种新型的红外相干光源。 利用量子理论与带隙工程, 量子级联激光器可实现3 μm到100 μm波长范围内的任意输出波长。 由于大多数气体分子的特征光谱都集中在中红外波段, 而中红外量子级联激光器具有功率高、 线宽窄、 扫描速度快等独特的优点, 因此, 基于量子级联激光器的红外光谱技术已成为气体检测技术的研究热点。 尤其是, 近年来室温激光器性能得到不断的完善, 输出功率和电光转换效率得到了极大的提高, 这在很大程度上推动了红外激光光谱技术的迅速发展。 本文根据工作原理, 分别介绍了基于直接吸收谱检测、 相位调制光谱检测、 光声调制光谱检测和法拉第旋光效应光谱检测的量子级联激光器红外光谱检测技术, 并对其实现方法和应用情况进行了介绍。

近红外/短波红外光谱的矿物组分快速鉴定技术可以大大提高野外矿产勘查、 遥感矿物填图、 岩芯矿物组分分析等工作的效率, 成为目前高光谱技术研究的热点之一。 文章给出了一个基于光谱相似度评价约束的联合目标岩石样品光谱和矿物光谱端元库进行矿物组分光谱反演的统一模型, 然后以矿物光谱线性混合模型和光谱夹角相似度评价为例, 建立了一个具体的组分反演模型; 针对模型求解过程中的组合优化问题, 提出了一种人工免疫克隆选择计算的矿物组分光谱(ICSFSLIM)识别方法; 利用在中国新疆包古图地区选取的22个野外岩石样品的实测近红外/短波红外光谱进行了矿物组分提取试验, 以样品薄片鉴定结果为准, 将ICSFSLIM识别结果与组合特征光谱线性反演模型(CFSLIM)识别结果进行了定量的对比分析。 结果表明: ICSFSLIM比CFSLIM的识别正确率提高了2.26%, 有效率提高了18.6%, 并且具有更高的识别稳定性。

四氨基钴酞菁作为一种很有前途的光敏剂, 其光谱研究具有十分重要的意义。 以密度泛函的B3LYP/3-21G*方法对四氨基钴酞菁的四种构型进行结构优化, 计算出最稳定结构的能量, 并模拟计算四氨基钴酞菁的红外光谱, 模拟得出的红外光谱与实验所得的振动带有很好的拟合性。

便携式近红外光谱仪器测量低反射率或透过率样品的漫反射率或透过率光谱时, 由于仪器噪声的影响, 光谱数据小、 信噪比低, 即使采用降噪数据处理, 所得光谱数据仍无法满足分析精度的要求。 因此研究了近红外等效光谱测量方法: 根据低反射率或透过率样品在常规测量条件下反射信号的强度, 增大仪器测量时光源电流以增大样品扫描信号、 减小参比反射或透射光强以避免参比信号超量程, 并计算得与常规测量方法相同的等效光谱, 以提高样品近红外反射率或透过率光谱数据的信噪比。 理论分析和实验结果表明采用近红外等效光谱测量方法, 可获得与常规测量方法的光谱数据相同、 且信噪比增大的等效光谱。

便携式近红外光谱分析技术可实现油页岩含油率的原位检测, 在油页岩资源现场勘查中发挥着重要作用。 但是, 由于其测得的原始光谱数据量大、 冗余信息多, 直接建模会影响速度与精度。 因此提出一种小波变换与神经网络融合法, 先将油页岩全谱数据进行db8小波3级分解, 提取其近似系数形成输入矩阵, 然后再进行神经网络建模。 为了验证有效性, 利用30个油页岩合成样品, 从中随机选择20个用于训练, 另外10个用于预测, 并分别使用全谱数据与小波特征数据进行了10次神经网络建模。 结果表明, 全谱数据建模速度均值为570.33 s, 预测残差平方和及相关系数均值分别为0.006 012及0.843 75; 而小波神经网络法对应的以上均值为3.15 s, 0.002 048及0.953 19。 由此说明小波神经网络法优于全谱数据建模法, 为油页岩含油率的快速、 高精度检测提供了一种新方法。

提出一种激光器发射波长和功率控制与稳定的方法, 研制出波长范围在9.19~9.77 μm, 可应用于葡萄糖检测的中红外波长可调谐CO2激光器, 发射光谱半波宽度为4 cm-1, 光谱分辨率达到2.7×104, 最高功率为800 mW, 功率波动性＜0.8%。 根据葡萄糖在中红外指纹谱波段的吸收特性, 选择激光器发射光谱9R和9P带的1 081, 1 076, 1 051, 1 041和1 037 cm-1作为测量波长, 利用ATR传感器测量了PBS溶液中葡萄糖浓度。 结果表明五个测量波长下的吸收度与葡萄糖浓度呈现良好的线性关系(R2＞0.99, SD＜0.000 4, P＜0.000 1), 且该波长可调谐激光光谱测量系统的灵敏度是传统FTIR光谱仪的4倍左右。

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析技术, 对螺旋藻标准品、 螺旋藻粉样品和糊精标准品的红外光谱进行分析。 螺旋藻中的蛋白质(1 657, 1 537 cm-1)和糖类(1 069, 1 054 cm-1)具有明显的红外指纹特征。 螺旋藻粉中的主要成分为蛋白质和糖类, 主要辅料为糊精。 比较28个不同厂家螺旋藻粉的红外指纹图谱, 计算图谱相关系数确定出辅料添加比例的高低。 建立吸收峰强度比和蛋白质含量的关联标准曲线, 形成依据红外光谱测定样品蛋白含量的方法, 与凯氏定氮法测定结果相对偏差小于5%, 为螺旋藻粉品质鉴定提供了一种简便、 快速、 无损的新方法。

地中海贫血是一种发病率高, 影响大的血液疾病。 以往对地中海贫血的检测方法繁琐, 耗时较长。 通过对酸、 碱pH环境下不同种类地贫红细胞和正常红细胞拉曼光谱的对照, 发现在酸性条件下, α-地贫和β-地贫的拉曼谱具有不同的特征: 表征氧合血红蛋白的特征峰谱带在β-地贫下强度升高甚至完全取代脱氧血红蛋白的特征峰; β-地贫红细胞膜的链间侧向相互作用序参数较正常红细胞膜的小, 且其Slat值与正常相比减小的比例随贫血程度的不同而不同, 而α-地贫的Slat值与正常红细胞膜的值相当。 结果显示, 可以基于pH作用的拉曼光谱测定方法, 用于协助对地中海贫血的快速诊断。

以密堆积的700 nm单分散聚苯乙烯微球为模板, 采用多电流阶跃方法制备了不同深度的二维有序微/纳尺度银球腔阵列。 通过扫描电子显微镜, 反射紫外对球腔形貌及表面等离子体共振进行了表征, 以对氨基苯硫酚及罗丹明6G为探针分子进行了表面增强拉曼光谱(SERS)的研究。 结果表明, 通过控制电化学沉积的条件可以实现对球腔形貌的控制。 以该种球腔阵列作为SERS基底, 其增强因子可达107, 并具有良好的信号重现性, 信号间相对标准偏差小于8%。 该基底用于对罗丹明6G的定量检测, 检测限可达0.1 ng·mL-1。

应用拉曼光谱法对氘气在不同条件下的谱峰信噪比进行了实验研究。 采用32 mW功率的Ar+激光器(514 nm), 通过石英玻璃管, 研究了光栅、 激光功率、 曝光时间和气体压强对氘气拉曼谱图信噪比的影响, 得出了氘气拉曼光谱信噪比与激光功率、 曝光时间和气体压强呈正比关系。 绘制出适用于本套实验仪器的不同压力与信噪比的标准曲线, 并用三组随机样品对关系式SNR(J 2→2)=10.6×10-4p+1.271 34进行验证。 当氘气压强为21 280 Pa时, 相对误差是4.8%, 并且当压强增大到67 235 Pa时, 相对误差下降到1.46%。

使用激发光为785 nm的便携式拉曼光谱仪分别对赤星病菌、 谷镰刀病菌和香蕉炭疽悬浮液进行了普通拉曼光谱和表面增强拉曼散射(SERS)光谱检测。 实验结果显示, 微波法制备的纳米银胶对三种植物病菌均具有较好的增强效果, 同时获得了三种病菌信噪比较好的SERS光谱。 从整体上看, 三种菌谱峰峰强分布具有一定的相似性, 如在481 cm-1处均为最强谱峰, 500～1 000 cm-1谱峰较弱和1 000～1 600 cm-1谱峰较强。 但三者在谱峰的分布和峰形上仍有明显不同, 因此通过比较三种病菌的不同SERS谱峰可对其进行快速区分和鉴别。