临近空间（20~50 km）航空活动是全世界航空大国竞相研究的热点。 太阳辐射环境研究是开展该高度层航空活动的必要前提, 然而临近空间辐射观测资料空白对其开发利用造成了障碍。 臭氧是影响高空辐射环境的关键因子, 基于欧洲中尺度预报中心再分析资料对中国区临近空间臭氧的空间分布、 季节变化特征进行了分析, 发现其时空分布及演变具备区域性特点, 同时根据平流层大气数据及地表特征等将中国临近空间划分为5个区域, 确定不同区域关键参数值, 利用SBDART辐射传输模型对临近空间全波段太阳辐射及紫外辐射分别进行模拟。 模拟结果显示受纬度、 臭氧总量、 垂直分布等影响, 辐射值变化规律较为复杂。 全波段太阳辐射年均和逐月值随纬度降低而增大, 年较差则相反; 大气的吸收作用与纬度、 海陆差异有关, 表现出不同的强度和季节变化特征; 在紫外波段, 南海上空辐射最强, 年较差小, 月较差很小且夏强冬弱, 其他区域辐射值夏强冬弱, 月较差呈双峰特征, 春秋强, 冬夏弱; 大气的吸收作用受多因子影响, 除南海外, 各区域夏季辐射垂向差异更大; 大气吸收引起的月较差垂向变化均表现为6、 7月高低空月振幅一致, 其它月份辐射值在高层月较差更大。

大气散射效应作为CO2反演的主要误差源, 严重影响了全球大气CO2卫星产品的应用研究。 气溶胶作用以及气溶胶与地表综合作用是大气散射的重要来源。 基于O2-A, CO2 1.6和2.06 μm三个光谱带中的强、 弱吸收峰和连续谱, 从大气气溶胶光学厚度和地表反照率的角度, 分析三光谱带具有的相关信息, 提出改进的全物理反演方法, 对相关性很强的气溶胶光学厚度和地表反照率这两个散射相关参数进行同步反演, 实现大气CO2反演中的散射效应校正。 模拟计算气溶胶影响、 气溶胶和地表反照率两者综合影响导致的CO2反演误差, 并进行校正, 极端情况下导致的8% CO2反演误差可校正到1% 内, 气溶胶类型差异导致最高达10%的散射影响可校正到2%内, 显示了方法的有效性, 同时通过对校正效果的评估, 表明该方法应用于卫星数据高精度反演的潜力, 也指出了实际应用时需要关注的问题。

根据时-空守恒元算法得到的脉冲爆轰发动机管外流场分布结果, 针对燃气流场分布进行了重建模型假设, 给出了一种基于多谱线吸收光谱技术的爆轰发动机管外流场燃气参数测试方法, 并对重建模型偏差及计算方法误差进行了仿真研究。 针对80 mm口径无阀式气液两相连续脉冲爆轰发动机设计搭建了爆轰燃气管外流场测试系统, 通过10 kHz高频扫描四条H2O吸收谱线采用直接吸收法结合时分复用技术同时对爆轰燃气流场进行扫描测试, 实现了脉冲爆轰发动机管外流场的在线监测, 并通过多点同时测试首次对管外流场燃气温度分布进行了重建, 验证了测试方法的可行性。 本研究为拓展激光吸收光谱技术应用于爆轰领域全方面诊断提供了实验支撑, 对推进爆轰机理研究、 爆轰噪声影响因素及噪声控制研究具有重要意义。

为了解决战斗部爆炸过程中, 因爆炸物当量较大造成爆燃火球持续时间长, 覆盖面积大, 近场位置破片速度参数难于获取的问题, 提出一种以激光光幕为有效传感区域的光电收发一体的测试方法。 通过分析三种不同类型战斗部爆炸火光特征光谱分布可知, 在0.3~1.0 μm波段内火光相对光强度较低。 以此为依据, 采用定距测时原理和原向反射技术, 由固体激光器、 菲涅尔透镜、 窄带滤光器、 高速光电传感器等关键光学元件构建破片速度参数获取的光学系统。 系统光路收发一体, 结构紧凑, 窄带滤光片与激光光源配合使用避开火光光谱, 有效抑制背景光的干扰。 采用该系统进行了不同型号、 当量的战斗部静爆破片速度参数测试现场实验, 通过美国NI数据采集系统记录数据并对信号进行去噪和识别, 成功获取了较高信噪比的波形信号。 实验结果表明: 本方案可完成爆心10~15 m附近破片速度的准确测试, 最小可测破片尺寸为4 mm, 获取破片速度可达1 200 m·s-1, 与靶板测试结果对比可知捕获率优于95%。 由于采用菲涅尔透镜形成矩形光幕, 光幕上下的光强分布一致, 水平方向光强均匀度达到80%以上, 因此系统还可初步区分预制破片速度与尺寸的对应关系。

多晶硅在光电子器件领域具有较为重要的用途。 利用磁控溅射镀膜系统, 通过共溅射技术在玻璃衬底上制备了非晶硅铝（α-Si/Al）复合膜, 将Al原子团包覆在α-Si基质中, 膜中的Al含量可通过Al和Si的溅射功率比来调节。 复合膜于N2气氛中进行350 ℃, 10 min快速退火处理, 制备出了多晶硅薄膜。 利用X射线衍射仪、 拉曼光谱仪和紫外-可见光-近红外分光光度计对多晶硅薄膜的性能进行表征, 研究了Al含量对多晶硅薄膜性能的影响。 结果表明: 共溅射法制备的α-Si/Al复合膜在低温光热退火下晶化为晶粒分布均匀的多晶硅薄膜; 随着膜中Al含量逐渐增加, 多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸逐渐增加, 带隙则逐渐降低; Al/Si溅射功率比为0.1时可获得纳米晶硅薄膜, Al/Si溅射功率比为0.3时得到晶化率较高的多晶硅薄膜, 通过Al含量的调节可实现多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸及带隙的可控。

为满足多层涂层目标的偏振探测需求, 基于一阶矢量扰动理论, 结合偏振传输矩阵, 建立微粗糙基底上多层涂层的光散射偏振双向反射分布函数模型, 研究多因素影响下两种典型涂层目标, 单层减反射涂层和多层高反射涂层的光散射偏振特性, 结果表明单层减反射涂层目标的偏振度受观测位置影响, 峰值左侧的偏振度较之裸基底增大, 右侧反之, 探测不同观测角下的偏振度可区分无涂层和涂层目标。 不同观测角和入射波长下, 多层高反射涂层目标的偏振度与涂层层数和涂层光学厚度显著相关, 层数增加, 多层涂层在镜反射附近具有去偏作用。 仿真结果符合测量数据, 验证了多涂层目标散射偏振模型的正确性与合理性, 为实现多涂层目标偏振探测和反射隐身技术提供理论依据。

有机发光二极管（OLED）因具有效率高、 自发光、 种类多样、 能耗低、 制造成本低、 又轻又薄、 发光谱域宽、 无视角依赖性等一系列独特优点而引起广大科学家的极大关注。 微腔可以窄化有机发光二极管出射光谱, 提高有机发光二极管的色饱和度。 以玻璃为衬底, 金属Ag薄膜作为器件阳极金属反射镜, NPB为空穴载流子传输材料, Alq3为发光材料和电子载流子传输材料, Al膜作为器件阴极金属反射镜, 制作了结构是衬底/Ag（15 nm）/MoO3（x nm）/NPB（50 nm）/Alq3（60 nm）/Al（100 nm）的A, B, C和D四种类型的微腔有机发光二极管, 其中: A, x=4 nm; B, x=7 nm; C, x=10 nm; D, x=13 nm。 在电压13 V时, 器件A, B, C, D的亮度分别达到928, 1 369, 2 550和2 035 cd·m-2。 在电流密度60 mA·cm-2时, A, B, C, D器件的电流效率分别达到2.2, 2.6, 3.1和2.6 cd·A-1。 实验结果表明, 在有机微腔发光二极管内部, 电子为多数载流子, 空穴是少数载流子。 MnO3薄膜在4～10 nm的厚度范围, 能够极大地增强器件空穴的注入能力。 并且, 随着MnO3薄膜厚度的增加, 空穴注入能力不断增大。Emitting Diodes

采用对靶磁控溅射法在单晶硅衬底上沉积镶嵌有纳米硅的氮化硅薄膜, 然后在形成气体FG(10%H2, 90%N2)气氛中进行450 ℃常规热退火50 min。 通过荧光光谱仪测得的稳态/瞬态光致发光(PL)谱研究了镶嵌有纳米硅的氮化硅（SiNx）薄膜样品光致发光特性。 结果表明, 样品的发光过程可以归因于纳米硅的量子限制效应发光和与缺陷相关的发光。 随着激发光能量的增加, PL谱峰位发生蓝移, 表明较小粒度的纳米硅发光比例增加; 温度的降低会抑制非辐射复合过程, 提高辐射复合几率, 因此发光寿命延长, 发光强度呈指数增加; 随着探测波长的减小, 样品的发光寿命则明显缩短, 表明纳米硅的量子限制效应发光对温度有很强的依赖性。

采用基于高温固相的两步合成法, 以BaSiO3为前驱体制备了Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉, 主要研究了不同Eu2+掺杂浓度对Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉发光性能的影响机理, 并与传统高温固相法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉的发光机理进行了对比分析。 结果表明: 与传统高温固相法相比, 两步法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉具有更高的纯度和结晶度。 Eu2+掺杂浓度大于9%时, 两步法和传统高温固相法制备的样品都发生浓度猝灭现象。 传统高温固相法与两步法制备Ba3Si6O9N4: Eu2+荧光粉的浓度猝灭机理一致, 均是由于电偶极-电偶极相互作用造成的。 在330 nm的激发光下, 两步法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉的发射光谱（峰值489 nm）与传统的高温固相法（峰值512 nm）相比, 出现了蓝移的现象, 更加接近于理论发射光谱中心（480　nm）。 能谱分析结果显示, 两步法制备的荧光粉的元素组分更接近理论值, 能有效降低晶格缺陷。 两步法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉样品具有更好的热稳定性, 更利于白光LED的应用。

血流动力学参数检测一直是临床医学研究的热点。 针对临床上测量血流动力学参数的方法存在有创、 操作复杂、 不适合重复测量的问题, 研究了一种结合指示剂稀释理论与近红外光谱技术的指示剂光密度测量法, 实现了血流动力学参数的无创检测。 通过体外注射吲哚氰绿（ICG）色素指示剂, 建立其在血液循环系统中稀释代谢的动力学模型, 利用近红外发光探头在指端分时发送735, 805和940 nm三个波长的近红外光, 同时在手指对侧实时接收携带脉搏波信息的透射光信号, 将测得的信号上传至计算机进行分析处理得到随时间变化的ICG浓度并将其绘制成连续的色素浓度曲线, 根据该曲线确定色素平均传输时间MTT及初始色素含量Ct0等中间变量, 进一步推算出心排出量CO及循环血容量CBV两项血流动力学参数。 将该方法与临床上测量上述两种参数的“金标准”—热稀释法、 碘-131同位素标记法进行临床试验对比, 测得10组CO及CBV的试验对比数据, 经误差分析得到两项参数的相对误差最大值分别为8.88%和4.28%, 平均相对误差值均低于5%, 满足临床检测的精度要求, 为临床上血流动力学参数的测量提供了一种安全性强、 连续性好、 适应范围更为广泛的方法。

中药及其制剂的应用具有悠久历史, 随着研究的深入, 市场需求量日益增加, 野生资源难以满足市场需求, 开展野生和栽培品及化学成分累积动态的研究具有重要意义。 为了比较野生和栽培的滇龙胆不同部位(根、 茎、 叶)化学成分的差异, 用傅里叶红外光谱、 二阶导数光谱对其进行分析及评价研究。 采集60份样品的红外光谱数据, 用Nicolet Omnic8.0软件计算各个样品的二阶导数光谱和匹配值。 结果显示, 野生和栽培滇龙胆根、 茎及叶的红外光谱图整体峰形相似, 在1　732, 1　643, 1　613, 1　510, 1　417, 1　366, 1　322, 1　070 cm-1附近主要为酯类、 萜类、 糖类物质的吸收峰。 1　800～600 cm-1波段范围内, 样品与龙胆苦苷标准品二阶导数光谱的峰位和峰强有差异, 具有多个指纹特征峰, 分别为1　679, 1　613, 1　466, 1　272, 1　204, 1　103, 1　074, 985, 935 cm-1; 野生和栽培样品的根在1　613 cm-1（龙胆苦苷中萜类物质C—C吸收峰）附近特征峰明显强于茎和叶, 根中龙胆苦苷类成分高于茎及叶; 野生样品的茎在1　521, 1　462, 1　452 cm-1附近为木质素类物质的苯环骨架振动峰, 并呈现强吸收峰, 栽培样品茎呈现中等强峰, 茎富含木质素类物质。 所有样品红外光谱与野生样品根的平均光谱相似度较大, 二阶导数光谱与野生样品根的平均光谱的相关性差异较大, 相似度大小分别为: 根>茎>叶。 红外光谱法结合二阶导数谱能为同类物种野生和栽培药材不同部位的差异分析和评价提供参考。

沥青质量的优劣直接影响路用性能和公路寿命。 其中蜡含量、 软化点和针入度是沥青三大重要指标, 其分析过程繁冗耗时。 提出了一种快速准确的沥青性质检测方法。 实验共收集了220个已依照标准方法JTJ052-2000获得蜡含量、 软化点和针入度标准值的沥青样品, 采用偏最小二乘法（PLS）建立其红外光谱定量模型, 交互验证标准偏差（SECV）分别为0.13, 0.88, 3.18, 预测标准偏差（SEP）分别为0.14, 1.06, 3.90, 小于标准方法的再现性偏差, 任意选取不同厂家所生产的3个样品进行重复性测试, 均满足标准方法的精密度要求。 该方法具有重复性好、 分析速度快, 操作简单, 可显著提高沥青的分析效率, 在沥青质量检测与评价领域有着光明的应用前景。

钾和硼均是植物必需的营养元素, 对植物的生长、 发育与生理代谢等起着重要作用。 棉花对钾和硼都有较高的需求量, 而棉花缺钾或缺硼时有发生。 以鄂抗8号品种的棉花作为研究材料, 利用傅里叶变换探讨钾硼胁迫对棉花功能叶片物质成分的影响。 红外光谱(FTIR)对钾硼胁迫下棉花叶片的物质成分进行研究, 分析钾硼缺乏情况下叶片红外光谱的差异。 结果表明: （1）缺钾处理时, 1 546.86, 1 438.85, 1 153.39和1 024.17 cm－1这4个特征峰消失, 且其他特征峰的相对吸光度值与正常处理相比均减小, 表明缺钾时棉花功能叶片蛋白质、 纤维素、 可溶性糖和核糖的结构发生变化且含量降低。 （2）缺硼条件下, 叶片的特征峰的相对吸光度均有所升高, 因而, 缺硼则导致蛋白质及可溶性糖、 纤维素等碳水化合物等的运输受阻而在叶片中积累。 （3）钾硼同时缺乏, 棉花功能叶片特征峰的位置和相对吸收强度与正常处理相比有很大差异, 表现为棉花功能叶片蛋白质和可溶性糖等碳水化合物的含量升高, 而核酸和多糖分子等含量下降。 因此缺钾导致棉花功能叶片蛋白质、 纤维素、 可溶性糖和核糖结构变化的含量降低; 缺硼时蛋白质及可溶性糖、 纤维素等碳水化合物等在叶片中积累; 缺钾缺硼时蛋白质和可溶性糖等碳水化合物含量升高, 而核酸和多糖分子等含量下降。

为研究太赫兹波技术在植物中纤维素检测的应用前景。 选取玉米、 麦壳、 芦苇进行太赫兹时域光谱检测, 并与纤维素粉作为参考样品进行比较, 分析结果表明上述三种植物样品和参考样品在1.75, 1.62, 1.1和0.7 THz等频率处均有明显特征吸收峰。 比较几种样品的吸收强度情况, 纤维素粉在1.62 THz处吸收最强, 采用化学分析方法检测玉米、 麦壳以及芦苇中纤维素含量, 并与太赫兹波检测比较, 发现在该频率处植物中纤维素含量越高, 则其在太赫兹波中的吸收峰也越高, 说明植物纤维素能在该频率段内发生晶格振动, 使其官能团出现变形、 弯曲或伸缩等变化。 利用密度泛函理论对纤维素进行量子化学计算, 也获得纤维素在0.7, 1.1和1.75 THz处特征吸收峰, 表明了太赫兹时域光谱能用于植物纤维素检测。 最后, 用红外光谱技术对玉米和纤维素粉进行检测, 探讨纤维素分子微结构的扭转及振动模式, 并把它们的特征吸收谱与量子化学计算进行比较, 实验结果和理论计算基本一致。 这为植物纤维素的检测判断提供了一种新方法。

由于钛及钛合金具有优越的理化性能, 其已被广泛应用于各种植入体, 例如骨科、 牙科及心血管支架等。 然而, 钛基材表面具有生物惰性, 其与周边骨组织形成骨整合的能力较弱, 延缓了组织愈合的时间。 因此, 改善钛植入体表面生物性能具有重要的临床意义。 钛基材表面羟基磷灰石(HAP)复合涂层的制备已成为一种重要的表面生物活性改良手段。 在含有F-, Mn2+, Ca2+和PO3-4的电解液中, 用单电流阶跃沉积法, 在钛金属(Ti)表面上涂覆锰和氟共修饰羟基磷灰石(FMnHAP)复合薄膜。 采用扫描电子显微镜(SEM)、 能量弥散X射线谱(EDS)、 X-射线衍射(XRD)对涂层进行初步表征, 用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术验证了氟离子和锰离子的共修饰对HAP分子构象和生物活性的影响。 结果表明: 锰部分取代磷灰石中的钙, 氟部分取代磷灰石中的羟基, FMnHAP晶格常数变小, 薄膜表面形貌由微米级的针状变为纳米级的绒毛状。 FTIR技术验证显示, 由于磷灰石晶体结构中F取代部分OH, 致使改变了结构中OH的弯曲振动模式的对称性; 模拟体液体外矿化表明, 涂层表面有含碳酸根的类骨磷灰石形成, 则涂层的体外生物活性较好。 极化曲线测试表明, 涂层提高了Ti在生理环境中的耐腐蚀性。

以新疆艾比湖湿地保护区采集的300个荒漠土壤样品为研究对象, 利用ASD Field Spec○R 3 HR光谱仪获取的土壤可见-近红外光谱数据以及化学分析获取的土壤全磷数据为数据源, 将原始光谱数据经过卷积平滑、 标准正态变量变换以及一阶微分预处理后, 采用蚁群-遗传结合区间偏最小二乘法提取荒漠土壤全磷含量特征波长, 构建土壤全磷含量偏最小二乘回归预测模型; 并与全谱偏最小二乘、 蚁群-区间偏最小二乘、 遗传-偏最小二乘模型进行比较。 结果表明: 经蚁群-区间偏最小二乘法筛选后, 荒漠土壤全磷特征波段为500~700, 1 101~1 300, 1 501~1 700, 1 901~2 100 nm; 进一步采用遗传-区间偏最小二乘法进行变量选择, 得到共线性最小的13个有效波长, 分别为: 1 621, 546, 1 259, 573, 1 572, 1 527, 564, 1 186, 1 988, 1 541, 2 024, 1 118和1 191 nm。 建模方法比较显示, 采用蚁群-遗传结合区间偏最小二乘法选择的特征变量, 建立的模型精度最高, 其次是遗传算法、 蚁群算法和全光谱。 蚁群-遗传结合区间偏最小二乘法建立的土壤全磷含量的模型, 效验证均方根误差RMSECV以及预测集均方根误差RMSEP分别为0.122和0.108 mg·g-1, 效验证相关系数Rc以及预测集的相关系数Rp分别为0.535 7, 0.555 9。 因此, 经过卷积平滑、 标准正态变量变换以及一阶微分预处理, 并利用蚁群-遗传结合区间偏最小二乘法建立的模型不仅简单, 而且具有较高的预测精度和较好的稳健性, 可以估算荒漠土壤全磷含量。

用化学法测定水稻抗性淀粉含量耗时长、 成本高, 为此, 探索了基于近红外光谱技术(NIRS)的水稻抗性淀粉含量测定新途径。 首先, 采集了62份抗性淀粉含量差异较大的水稻的光谱数据, 将光谱数据和已测定的化学值数据导入化学计量学软件, 采用偏最小二乘法（PLS）建立了抗性淀粉含量的近红外定标模型, 对不同预处理得到的预测模型进行了内部验证和外部验证。 结果如下: 内部交叉验证方面, 未处理、 MSC+1thD预处理、 1thD +SNV预处理的决定系数(R2)分别为0.920　2, 0.967　0, 0.976　7, 预测均方根误差（RMSEP）分别为1.533　7, 1.011　2, 0.837　1。 外部验证方面, 未处理、 MSC+1thD预处理和1thD +SNV预处理的决定系数(R2)分别为0.805, 0.976, 0.992, 绝对误差平均值分别为1.456, 0.818, 0.515, 预测值和化学值之间没有显著差异（Turkey法多重比较）, 说明以近红外光谱分析法代替化学测定法是有可能的。 在不同预处理方法之中, 1thD+SNV的预处理方法无论内部验证还是外部验证都具有较高的决定系数和较低的误差值, 定标模型精度更高, 误差更小。

紫花苜蓿是我国北方重要的栽培牧草, 由于其种子硬实率高达20%～80%, 在播种时无法快速辨别硬实种子而影响其种用价值, 对实际生产造成了直接影响。 为研究出快速无损分选苜蓿硬实种子和非硬实种子的方法, 选取不同产地、 不同收获年份、 不同品种的紫花苜蓿种子样品121份, 同时经人工配比获得不同硬实比率的紫花苜蓿种子样品共31份, 利用近红外光谱技术, 采用偏最小二乘法, 对其硬实率进行了分析, 建立紫花苜蓿种子硬实率的近红外光谱分析模型, 为紫花苜蓿硬实种子的快速检测和识别技术进行探索性研究。 结果表明, 最终获得的光谱模型建模相关系数（R2cal）为0.981 6, 交叉检验标准误差（RMSECV）为5.32, 相对标准误差（RPD）为3.58, 模型的预测能力相对较好, 能够应用于紫花苜蓿种子硬实率的估测, 为种子硬实率的无损检测提供了一种新方法。 模型的建立为研究出快速无损确定种子硬实特性方法提供技术指导, 促进种子硬实特性的深入研究。

在法庭科学领域中, 由于案件现场提取到的物证通常是极微量的, 另外样品形态各异、 成分复杂, 常规红外光谱分析技术常常无法达到检测要求。 显微红外技术是基于傅里叶变换红外光谱技术与显微镜技术的结合发展起来的。 与常规红外光谱技术相比, 显微红外技术具有检测灵敏度高、 微区分析和无损检测等优点, 测试时几乎不引入外部干扰, 卓有成效地解决了法庭科学领域中微量物证鉴定的难题, 可以满足微量物证必须保留以用于法庭作证的特殊需要。 通过本实验中心测试的真实案例分析, 详细阐述了显微红外技术在法庭科学领域中微量物证鉴定方面的优势。 采用显微红外技术, 本文分别对油漆物证、 塑料物证、 橡胶物证、 纤维物证、 药物和毒物物证进行了红外光谱振动特征的比对分析, 为各类刑事案件和交通肇事案件的定性提供有力的谱学依据。 实验结果表明, 显微红外技术具有常规红外测试技术无法比拟的优势, 是法庭科学领域中微量物证鉴定的有效手段。

为解决模糊学习矢量量化（FLVQ）对噪声数据敏感问题, 在无监督可能模糊聚类（UPFC）基础上提出一种无监督可能模糊学习矢量量化（UPFLVQ）算法。 UPFLVQ用UPFC的隶属度和典型值来更新学习矢量量化网络的学习速率, 计算类中心矢量。 UPFLVQ 属于无监督机器学习算法, 适用于无学习样本情况下的样本分类。 研究了UPFLVQ用于近红外光谱生菜品种鉴别的可行性。 采用FieldSpec@3型便携式光谱分析仪获取波长范围为350～2 500 nm的三种生菜样本的短波近红外光谱和长波近红外光谱, 然后采用主成分分析(PCA)进行近红外光谱的维数压缩, 取前三个主成分, 累计可信度达97.50%, 将2151维的近红外光谱压缩为三维数据。 再运行模糊C-均值聚类（FCM）至迭代终止, 并以FCM的类中心作为UPFLVQ的初始聚类中心, 最后运行UPFLVQ得到隶属度和典型值以实现近红外光谱的生菜品种鉴别。 同时, 运行UPFC进行近红外光谱的生菜品种鉴别。 实验结果表明: UPFLVQ和近红外光谱技术相结合的模型具有检测速度快, 鉴别准确率高, 对生菜不造成损坏等优点, 可实现不同品种生菜的鉴别。 UPFLVQ是将UPFC和FLVQ相结合的聚类算法, 利用UPFLVQ建立近红外光谱的生菜品种鉴别模型时无需学习样本, 适用于线性可分的数据聚类, 为快速和无损地鉴别生菜品种提供了一种新的方法。

为建立薰衣草精油品种品质的快速辨别分析模型, 采用衰减全反射红外光谱法测定三个品种共96个薰衣草精油样品, 对原始光谱数据求二阶导数, 通过方差计算, 确定1　750～900 cm-1波长段为判别分析用数据。 分析结果表明, 主成分分析(PCA)基本能实现精油品种区分, 前三个主成分主要代表着酯、 醇和萜类物质。 使用68个样品的校正集建立正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）模型, 三个品种薰衣草精油的回归曲线测定系数分别为0.959　2, 0.976　4, 0.958　8, 验证集中三个品种精油预测均方根误差（RMSEP）分别为0.142　9, 0.127　3, 0.124　9, OPLS-DA法建立的模型对校正集和验证集的判别率和预测率都达到100%, 模型对薰衣草精油品种品质有很好的识别能力。 为薰衣草精油品种品质提供一个快速、 直观的方法。

应用红外光谱技术, 快速鉴别枸杞药材产地。 利用傅里叶变换红外光谱, 测定了45个来自青海省不同产地的枸杞样品的红外光谱。 以常规预处理方法和小波变换对红外光谱原始数据进行了预处理。 对比常用的窗口移动平滑预处理、 标准正态变换以及多元散射校正, 小波变换是一种有效实用的光谱预处理方法。 为了提高神经网络的训练速度, 在利用人工神经网络建立模型之前, 通过小波变换的方法对光谱变量进行了压缩, 同时对建立的模型的相关参数进行了详细的讨论。 结果表明, 红外光谱数据压缩到原来的1/8, 其分析精度与原始光谱数据基本相当。 以压缩了的光谱数据作为反向传播（BP）网络的输入变量, 产地类别作为神经网络的输出变量, 建立3层人工神经网络。 其中隐含层神经元个数为5个, 输出层神经元个数为1个。 隐层的传递函数是tansig, 输出层传递函数是purelin, 网络训练函数trainlm, 权阈值的学习函数是learngdm。 net.trainParam.epochs=1 000, net.trainParam.goal=0.001。 对10个未知枸杞产地类别进行了预测, 预测结果准确率达100%。 实验表明, 建立的模型能够正确地对枸杞样品快速地进行产地鉴别。 红外光谱法结合人工神经网络可作为中药材产地分类鉴别的一种新的现代化方法。

基线校正是一种常用的消除光谱荧光干扰的方法, 是拉曼光谱数据处理的必要步骤之一。 传统的多项式拟合基线校正算法, 简单且易于实现, 但是拟合阶次难以确定, 灵活性较差。 使用非均匀B样条代替多项式进行拟合, 在保留原有算法优点的基础上, 利用原始拉曼谱图的峰位置信息自适应地确定非均匀B样条的节点向量, 然后以固定阶次拟合光谱基线。 B样条自身具有分段光滑的特性, 而计算样条节点的节点向量自适应选取算法中的峰位置信息通过使用两次具有不同母函数的连续小波变换（continuous wavelet transform, CWT）来获取, 既加强了原始光谱数据与B样条算法本身的联系, 也克服了传统多项式拟合的不足。 为了验证本文算法的有效性, 选取了甲基对硫磷和某品牌菜籽油两种被测物进行实验, 并使用该算法进行了基线校正, 并与两种其他的基线校正算法与进行了对比。 实验结果表明, 该方法利用固定的拟合阶次就能达到较好的校正效果, 所需要的参数较少, 校正结果不会出现过拟合或欠拟合的现象, 是一种有效的拉曼光谱基线校正算法。

白酒年份的快速准确鉴定是白酒品质分析的重点和难点问题之一。 实现白酒年份酒的快速、 准确的鉴别, 对促进白酒行业的健康发展、 维护消费者的合法权益具有重要意义。 光谱分析法结合模式识别技术是实现白酒品质快速鉴别的首选方法之一, 而Raman光谱由于其受水的影响很小且很少或不需要样品前处理, 在白酒分析中具有广阔的发展空间。 因此, 采用Raman光谱和支持向量机回归(SVR)建立数据分析模型, 用于不同年份白酒的年份鉴定和同一年份不同贮存时间的白酒年份鉴定。 该研究创新之处主要包括如下三个方面: (1)应用Raman光谱对白酒品质进行分析, 在分析方法的应用上具有一定的创新之处。 (2)研究白酒的年份鉴定问题, 在研究对象的选择上, 具有一定的创新之处。 (3)建立基于回归框架的白酒年份与年份指数对应关系, 实现白酒年份识别及预测, 不仅可以有效鉴别白酒年份, 同时可用于鉴别白酒贮存时间, 因此, 在分析方法的确定和应用上, 具有一定的创新之处。 实验中采用古井贡5年、 8年、 16年及26年系列年份酒进行了实证分析, 数据分析实验结果表明, 所建立的基于Raman光谱和SVR的白酒年份鉴别分析流程和方法, 对鉴别不同年份的白酒, 以及同一年份不同贮存时间的白酒样品（包括对数据库内已有样本年份的鉴别, 以及对数据库内没有的盲样的年份预测）, 均取得较好的应用效果, 相比于其他常用回归分析方法具有明显的优越性, 可以为白酒年份酒分析提供一定的技术支持。

采用表面增强拉曼光谱技术结合快速溶剂前处理方法检测脐橙果肉中三唑磷农药残留, 应用化学计量学方法建立脐橙果肉中三唑磷农药残留的快速检测模型。 以脐橙果肉提取液为基质, 采用N-丙基乙二胺、 C18和石墨化碳去除果肉中有机酸、 色素等荧光物质, 　配制不同浓度的三唑磷农药溶液, 应用不同预处理方法对光谱信号进行预处理, 建立偏最小二乘模型。 结果表明, 以脐橙果肉提取液为基质的三唑磷溶液最低检测浓度低于0.5mg·L-1; 归一化预处理后建立的模型预测性能最好, 模型对预测集样本的均方根误差为1.38　mg·L-1, 相关系数为0.976　6, 相对分析误差为（RPD）4.66。 预测回收率为95.97%～103.18%, 相对误差绝对值在5%以下, 表明模型具有较好的预测效果。 对4个未知浓度样本进行配对t检验, 预测值与真实值无显著差异, 说明所建立的方法准确可靠。

采用一种高活性的纳米银膜作为表面增强拉曼散射（SERS）基底, 以近红外激光（785 nm）作为激发光源, 对胞嘧啶核苷（胞苷）水溶液（10－2～10－8 mol·L-1）进行了近红外表面增强拉曼散射（NIR-SERS）光谱检测。 实验结果表明, 当胞苷水溶液浓度等于或低于10－7 mol · L-1时, 可在300～2　000 cm-1范围内获得信噪比较好的NIR-SERS光谱。 将胞苷水溶液（10－2～10－5 mol · L-1）分别滴在10片不同的纳米银薄膜上进行检测, 结果表明该纳米银膜体现出了较好的光谱重现性。 通过对纳米银膜表面形貌进行表征发现聚乙烯醇（PVA）包覆的纳米银颗粒在铝片表面形成“草状”结构。 并通过对吸附了胞苷分子的纳米银膜进行紫外-可见光反射光谱检测, 发现在800 nm处出现等离子共振峰。 因此采用785 nm的近红外激光作为激发光时, 该体系能够体现出强烈的表面等离子共振（surface plasmon resonance, SPR）特性。 同时采用DFT-B3LYP/6-311G对胞苷分子进行了拉曼光谱计算, 计算所采用入射光波长为785 nm, 通过计算结果与实验测得的胞苷固体的拉曼光谱对比发现在300～2　000 cm-1范围内两者匹配得较好, 进而对其振动进行了归属。 最后通过比较胞苷的拉曼光谱和NIR-SERS光谱对胞苷分子在纳米银膜上的可能吸附方式进行了分析。 分析结果表明胞苷分子主要为其核糖部分吸附纳米银颗粒上, 同时该分子的17NH2基团可能靠近局域电磁场增强区域。

荷正电的四取代三甲基碘化铵铝酞菁（Tetra(trimethylammionio) aluminum phthalocyanine, TTMAAlPc）是新近出现的、 很有应用潜力的新型红区荧光化合物。 研究表明, 弱碱性条件, RNA对TTMAAlPc的荧光具有高效猝灭作用, 且猝灭程度与RNA含量呈线性正相关。 据此发现建立了可测定纳克级RNA的高灵敏定量分析新方法, 并对原理进行了讨论。 考察了pH、 缓冲体系、 反应时间、 温度、 TTMAAlPc浓度的影响, 确定了最佳反应条件（pH 8.0的广泛缓冲液、 反应5 min、 室温、 浓度为2×10-6 mol·L-1的TTMAAlPc）。 在最佳条件下, 方法的线性回归方程为y=-15.0+0.51x, 相关系数r=0.998 6, 线性范围7.71~1 705.57 ng·mL-1, 检测限为1.55 ng·mL-1。 本法灵敏度高、 线性范围宽、 对RNA测定常见干扰物质包括阴、 阳离子、 表面活性剂和维生素等的抗干扰能力强, 且操作简便。 该法应用于实际样品RNA含量的测定, 取得了满意的结果。 还以参比法首次测定了不同pH下TTMAAlPc的荧光量子产率, 结果显示TTMAAlPc具有较高的荧光量子产率, 且对大范围的酸度稳定, 表明TTMAAlPc是极具应用潜力的新型红色荧光探针, 值得深入研究, 开拓其应用。

建立一种光纤化学传感同步测定吸收光谱和荧光光谱的新方法。 自制同步吸收-荧光比色皿, 结合光纤化学传感技术, 建立同步吸收-荧光光谱法检测仪器, 分别测定罗丹明B, 维生素B2, 维生素B6等溶液的同步吸收-荧光光谱, 且与传统的紫外-可见吸光光度法和荧光法进行对比。 同步吸收-荧光光谱法测得罗丹明B, 维生素B2, 维生素B6与传统吸光光度法和荧光光谱法检测的吸收光谱图和荧光光谱的图谱大体一致。 最大荧光强度波长与传统的荧光方法比较准确度高, 但最大吸收波长略有偏差。 同步吸收-荧光光谱法等同于同步测定荧光物质的吸收光谱和荧光光谱, 实现二光谱合二为一, 测定最大发射波长时准确度高, 但最大吸收波长略有偏差, 值得深一步研究。

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法制备了LaF3∶Tb3+, Ce3+纳米晶, 研究了pH, Ce3+/Tb3+和反应时间对样品荧光性能的影响。 XRD分析表明, 样品的主衍射峰与标准卡片（JCPDS 32-0483）的衍射峰相似, 属于六方相晶系, 其主衍射峰随掺杂稀土离子浓度增大略有偏移, 说明掺杂稀土离子与基质晶格中的La3+发生部分的同晶取代。 电镜结果显示, 样品颗粒是平均晶粒尺寸在20～50 nm内且结晶度高的纳米晶体。 在样品的激发光谱中, 较强的激发峰位于250 nm, 归属于铈离子能级的4f→5d跃迁。 在250 nm光激发下, 样品均在490 nm有较弱的蓝光发射（电偶极跃迁5D4→7F6）和543 nm有较强的绿光发射(磁偶极跃迁5D4→7F5）。 随着Ce3+/Tb3+的摩尔比值增大, 其荧光强度先增强后减弱, 在nCe3+/nTb3+=4时样品的绿光发射最强。 溶液pH能影响LaF3∶Tb3+, Ce3+纳米晶的色纯度和发光强度, 其中pH为9时样品的绿色纯度最好, 而pH为7时其绿光发射最强。 增加水热反应时间有助于提高样品的色纯度和增强绿光发射。

金雀花碱（Cy）是一种生物碱, 主要存在于豆科毒豆属植物种子中。 Cy具有较强的生物活性, 特别是作为戒烟药物已得到广泛应用。 在模拟生理条件下, 应用荧光光谱法研究了Cy同牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用以及Cy猝灭BSA荧光发射的机理。 详细考查了水浴温度、 水浴时间以及溶液pH等因素对荧光猝灭的影响, 并且通过Stem-Volmer方程计算了Cy与BSA间的结合类型、 结合位点数目以及结合常数。 结果表明, Cy与BSA可形成摩尔比为1∶1的非共价复合物, 其结合常数为5.6×103, 其猝灭类型为静态猝灭。 同步荧光光谱研究结果表明, Cy的结合主要影响BSA 的Trp残基的荧光发射。 进一步应用分子对接研究表明, 氢键与疏水作用是Cy与BSA形成复合物的主要推动力。 Cy与BSA中Trp213及其周围的氨基酸残基间存在氢键与疏水作用, 这种作用将改变Trp213所处微环境的疏水情况, 从而导致BSA的荧光发生猝灭。

偏振弹性散射光谱技术的基本原理为在偏振光入射条件下, 根据出射光的偏振特性不同可以筛选出浅表层组织的单次散射光信息和深层组织的漫散射光信息。 该研究的创新点在于将这种方法应用于颗粒溶液检测, 目的是在颗粒溶液原始状态下实现对颗粒尺寸及浓度的同时检测。 设计了一个共轴笼式光学系统, 测量了聚苯乙烯微球颗粒溶液某一角度的背向散射信号, 通过控制入射端和收集端偏振片的偏振方向获得了颗粒溶液的偏振平行光谱与偏振垂直光谱, 两者之差即偏振差分光谱对应颗粒的单次散射信息, 将该单次散射信息与Mie散射数据库进行比对获得颗粒的尺寸, 然后在颗粒尺寸作为已知的条件下进一步分析偏振垂直光谱, 将该垂直光谱对应的颗粒溶液的漫散射信息代入光漫散射下的近似表达式拟合得到颗粒的浓度信息。 将实验结果与样品提供值进行了比对, 并进一步分析了在获取颗粒数浓度时, 颗粒直径的方差分布对结果的影响, 最终验证了该实验方法的可行性。 该方法的潜在应用包括对标准颗粒制造厂商的产品在线检测以及对牛奶制品中脂肪和蛋白质的浓度检测研究。

波谱技术快速获取茶树生长和茶叶品质信息对提高茶叶生产信息化、 产业化水平, 保障茶叶品质和安全具有重要意义。 阐述了波谱技术在茶树生长和茶叶品质信息快速检测的研究进展和发展趋势。 重点介绍了红外光谱, 荧光光谱、 拉曼光谱、 质谱等在茶树生长信息获取（氮、 叶绿素、 病虫害信息等）、 茶叶品种分类、 茶叶分级、 茶叶内部品质检测（茶多酚、 儿茶素、 咖啡碱、 氨基酸、 农药残留等）、 茶饮料和加工品的品质检测以及相关检测设备等方面的研究进展和应用情况, 简述了茶树生长信息获取方法、 传感仪器和产业化应用的研究和发展趋势。 选择合适的预处理和化学计量学方法能有效增加模型效果, 减少冗余数据, 为基于波谱技术便携式仪器的开发提供可能。 基于波谱技术便携式仪器和在线检测仪器开发仍是今后实现该技术应用和推广的重点。 首次介绍了波谱技术在茶叶生产加工领域的应用成果和研究进展, 涵盖茶树生长、 茶叶加工、 茶叶和茶加工品品质安全等多方面内容, 并论述波谱技术在茶叶产业应用存在问题和将来发展趋势。

为实现奶牛场氨气减排, 改善生态环境, 需要在线监测氨挥发浓度并准确揭示氨排放特征。 采用开放式可调谐半导体激光吸收光谱 (TDLAS) 技术设计了开放式氨气在线监测系统, 结合反演式气体扩散技术开展相关研究, 于2013年秋季和冬季在保定市某奶牛厂进行了氨排放浓度在线监测和排放特征分析工作。 监测结果表明, 秋季氨气浓度峰值为6.11×10-6%, 冬季氨气浓度峰值为6.56×10-6%, 氨浓度具有日变化趋势, 基本呈白天浓度低, 夜晚浓度高的特点。 由反演气体扩散模型得到秋冬季氨排放特征, 氨排放峰值均出现在中午, 秋季氨排放速率为1.48～130.6 kg/head/hr, 冬季氨排放速率为0.004 5～43.32 kg/head/hr, 秋季的排放速率高于冬季, 说明奶牛场尺度下的氨排放存在一定的季节性差异。 该方法可以有效获得大范围、 高灵敏、 免采样、 快速气体排放特征结果, 为奶牛厂的氨排放监测和科学养殖提供技术支持。

由于农业废弃物价格低廉, 改性后吸附性能优越等优点, 目前利用农业废弃物制作吸附剂吸附污水中的重金属逐渐成为研究热点。 为了研究柠檬渣对污水中Hg2+的吸附动力学, 利用15%硫酸对柠檬渣进行了改性, 测试了吸附剂的孔容与孔径等性能, 并利用差热分析、 红外光谱、 电镜和能谱对样品进行了表征。 结果表明改性柠檬渣吸附Hg2+的吸附速率由膜扩散控制, 符合膜扩散中Lagergren一级动力学方程, 该吸附过程主要为物理吸附。 改性后的柠檬渣吸附性能有较大改善, 孔径分布主要是中孔; 有三个失重过程, 在66 ℃左右有一个吸热峰, 在316和494 ℃左右有两个放热峰。 吸附前后并柠檬渣的基本框架没改变; 样品属于无定型结构。 改性柠檬渣表面疏松、 多孔, 能有效吸附Hg2+。

微藻高效培养是微藻生物能源开发利用的关键和前提, 而在营养充足的培养条件下生长迅速但较易受到环境污染和影响, 因此微藻生长过程中对其生长状况进行监测意义重大。 高光谱成像技术同时拥有丰富物质品质信号的优点和图像包含丰富品质分布空间信息的优点, 可为微藻的快速无损检测提供新的方法和手段。 分别采集小球藻、 球等鞭金藻和螺旋藻三种微藻各45个样本的高光谱图像, 并提取样本感兴趣区域（ROI）的平均光谱。 利用连续投影算法（SPA）波长优选之后, 取30个建模集样本的光谱数据与其相应的生物量建立多元线性回归（MLR）模型, 对15个预测集样本的生物量进行预测, 小球藻、 球等鞭金藻和螺旋藻预测相关系数（r）分别为0.950, 0.969和0.961, 预测均方根误差（RMSEP）为0.010 2, 0.010 7和0.017 1, 获得了较好的预测精度。 最后, 用所建MLR模型对预测集图像上每个像素点的生物量加以预测, 采用Matlab图像编程处理将不同的生物量用不同的颜色表示, 最终以伪彩图的形式实现藻液生物量的可视化。 研究结果表明, 高光谱成像技术对小球藻和螺旋藻藻液生物量的可视化效果较好, 对球等鞭金藻的预测效果还需要进一步改进。 本研究为实现微藻生长信息的快速获取和进一步开展微藻生物质能源利用奠定了一定的研究基础。

叶面积指数（leaf area index, LAI）是反映作物群体大小的较好的动态指标。 运用高光谱技术快速、 无损地估测苹果树冠叶面积指数, 为监测苹果树长势和估产提供参考。 以盛果期红富士苹果树为研究对象, 采用ASD地物光谱仪和LAI-2200冠层分析仪, 在山东省烟台栖霞研究区, 连续2年测量了30个果园90棵苹果树冠层光谱反射率及LAI值; 通过相关性分析方法构建并筛选出了最优的植被指数; 利用支持向量机(support vector machine, SVM)与随机森林(random forests, RF)多元回归分析方法构建了LAI估测模型。 新建的GNDVI527, NDVI676, RVI682, FD-NVI656和GRVI517五个植被指数及前人建立的两个植被指数NDVI670和NDVI705与LAI的相关性都达到了极显著水平; 建立的RF回归模型中, 校正集决定系数C-R2和验证集决定系数V-R2为0.920, 0.889, 分别比SVM回归模型提高了0.045和0.033, 校正集均方根误差C-RMSE、 验证集均方根误差V-RMSE为0.249, 0.236, 分别比SVM回归模型降低了0.054和0.058, 校正集相对分析误C-RPD、 验证集相对分析误V-RPD达到了3.363和2.520, 分别比SVM回归模型提高了0.598和0.262, 校正集及验证集的实测值与预测值散点图趋势线的斜率C-S和V-S都接近于1, RF回归模型的估测效果优于SVM。 RF多元回归模型适合盛果期红富士苹果树LAI的估测。

挥发性盐基氮（TVB-N）通常被作为评价羊肉新鲜度的理化参考指标。为了揭示高光谱图像技术（HSI）快速检测羊肉新鲜度的可行性, 采集了71个新鲜度具有代表性的羊肉样品的漫反射高光谱图像（400～1　000 nm）, 并利用半微量定氮法测定了其挥发性盐基氮（TVB-N）的化学值。 选择感兴趣区域（ROIs）提取样品的代表性光谱, 采用含量梯度法划分校正集和预测集, 比较不同的光谱预处理方法, 比较逐步多元线性回归（SMLR）、 偏最小二乘（PLSR）和主成分分析（PCR）建模方法, 建立并验证了TVB-N的校正模型。结果表明, 利用多元散射校正（MSC）、 一阶导数、 Savitzky-Golay（S-G）平滑及中心化处理结合的预处理方法, PLSR和PCR模型都可以实现对羊肉TVB-N的定量检测。对于建立的PLSR模型, 采用的预处理方法为MSC、 15点2次S-G平滑、 1阶导数和中心化相结合的方法, 选择的潜变量因子数为11, 获得的校正集的相关系数（R）和校正均方根误差（RMSEC）分别为0.92和3.00 mg·(100 g)-1, 预测集的相关系数（r）、 预测均方根误差（RMSEP）和相对分析误差（RPD）分别为0.92, 3.46 mg·(100 g)-1和2.35。研究表明, 高光谱图像技术可用于准确快速地检测分析羊肉中新鲜度关键指标TVB-N的含量。该研究为采用高光谱图像技术进一步分析羊肉新鲜度其他指标、 改善TVB-N的建模效果及在实际生产中应用该技术提供了基础。

多光谱遥感技术在研究地表生物量、 气候变迁和自然灾害预报等方面有重要应用, 遥感器的光谱敏感度与遥感数据的定量化存在相关性。 遥感器在轨运行期间, 受空间辐射、 温度剧变和化学分子污染或宇宙尘埃等因素的影响, 光学系统光谱敏感度产生退化, 导致测量值与真值出现偏差, 影响影像产品的精度。 在已有工作的基础上, 提出了一种简化的基于人工光谱检测参照的光谱响应特性在轨评估方法, 通过建立光谱响应函数的退化模型, 结合光谱靶标反射率的测量结果与影像反演结果, 实现遥感器光谱响应特性的在轨评估。 经仿真实验与在轨实验验证, 该方法可以有效实现对光谱响应函数波长漂移和带宽缩放变化的检测, 并有利于提高遥感器长时间序列数据产品精度和多种遥感器数据产品的综合利用水平。

为了研究再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)对信号的增强机制, 分别采用单脉冲LIBS和再加热双脉冲LIBS两种方式烧蚀合金钢样品产生等离子体, 利用高分辨率的中阶梯光栅光谱仪采集等离子体发射光谱信号, 同时用快速成像ICCD相机观测等离子体形态的变化, 研究了两种烧蚀方式下等离子体的时空演变特性。通过比较两种烧蚀方式下等离子体产生初期光谱信号和图像的时间演变规律, 发现再加热双脉冲LIBS提高了等离子体温度, 且当信号采集延时等于再加热双脉冲的脉冲间隔时, 等离子体温度的衰减速率发生变化; 再加热双脉冲LIBS使等离子体图像强度增加, 等离子体的中心区域高度和宽度分别增大了23.5%和15.1%。空间分布的研究结果表明, 与单脉冲LIBS相比, 当到样品表面的距离大于0.6 mm时, 等离子体中的Fe Ⅱ和N Ⅰ谱线强度有较明显的增强, 而Fe Ⅰ谱线在空间不同位置处的增强程度都较小, 局部区域有减小的现象; 再加热双脉冲LIBS使等离子体温度增加了约2　000　K, 等离子体中产生了一个较大的高温区域。综合时空演变的实验结果说明再加热双脉冲对光谱信号增强的机制主要是由于第二束激光对第一束激光烧蚀样品产生的等离子体再次激发, 使等离子体温度增加, 进而引起等离子体辐射强度增加。

氢能作为一种高热值、 无污染的清洁能源日渐受到国内外专家学者的追捧。 微波液相放电技术在醇类中制氢具有光明的研究前景, 为氢能的研究开发开辟了一条新的途径。 通过对乙醇制氢发射光谱分析, 有利于分析微波液相放电醇类制氢机理的探讨, 为进一步改进微波液相放电制氢技术奠定基础。 本文采用2.45 GHz频率微波在液相醇类中放电实现了微波液相等离子体制氢, 并借助发射光谱仪对微波液相放电乙醇制氢光谱特性进行了研究。 研究结果显示: 微波液相放电乙醇制氢过程中, 能产生大量的H, O, OH, CH, C2等活性粒子; 乙醇放电光谱中OH自由基、 H自由基和O自由基的光谱强度要远大于纯水中OH自由基、 H自由基和O自由基的光谱强度; 高能粒子打开水分子中的O—H键, 脱氢制氢的过程较乙醇分子难度要大, 因此在微波乙醇放电制氢过程中, 氢气的来源主要是乙醇分子的脱氢重组, 水分解产氢的贡献度较低; 在外界压力与温度一定的条件下, OH, H, O自由基的发射光谱强度随着功率的增加显著增强, 而CH和C2活性粒子发射光谱强度则出现减弱趋势, 这表明较大的微波功率不仅使产生的高能粒子的能量增加, 同时高能粒子的密度也有所增加, 导致较多的CH和C2基团被充分碰撞打开。

激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS）是一种原子发射光谱, 具有对样本简单（或不需要）预处理, 多元素同步、 远距离测量, 适用性广等独特优势。 因此, LIBS分析技术被看作是未来化学分析和快速绿色分析技术领域的新兴技术。 目前, 土壤污染（重金属、 有机污染等）检测与防治已成为现代农业和农业可持续发展关注和研究的热点问题。 介绍了常见LIBS系统的结构组成以及工作原理, 综述了LIBS技术对土壤中大量营养元素, 重金属元素和土壤相关其他物质的研究现状和主要进展, 提出了LIBS检测技术在土壤元素等方面的研究方向和发展趋势。

五常大米是我国著名地理标志产品之一, 品质高、 产量低, 导致制假售假的现象严重。 为维护五常大米的品牌形象和消费者利益, 急需一种有效鉴别五常大米的方法。 应用电感耦合等离子体光谱及电感耦合等离子体质谱测定大米中无机元素含量, 结合主成分分析（PCA）、 Fisher判别、 人工神经网络（ANN）对五常大米鉴别模型进行研究。 结果表明: PCA法对样品的分类效果较差, 采用Fisher判别和ANN则可准确识别五常地区的大米样品和其他地区的大米样品。 Fisher判别法对校正集和验证集样品平均准确识别率分别为93.5%, 而ANN法对同样的校正集和验证集样品的平均准确识别率为96.4%, 优于Fisher判别法。 可准确对五常大米进行鉴别, 为该产品的地理标志保护提供了一种技术手段。

针对能量色散X射线荧光法测铀过程中存在自激发效应对测量结果产生干扰的问题及以往测铀仅使用放射性同位素源作为激发源的测量限制, 利用微型X射线对铀矿样品进行自激发效应测量, 并分别将109Cd, 241Am, 微型X光管三种不同激发源测量铀矿样品的结果进行比较分析。 结果表明, 自激发效应产生的特征X射线峰面积计数仅为有源条件的0.01%以下, 属统计涨落范畴, 对测量结果的干扰可忽略不计; 109Cd源由于其特征射线能量22.11和24.95 keV均在Lα吸收限能量21.75 keV附近, 激发光电截面最高, 相应的荧光产额也高, 故109Cd源相比于241Am源对铀元素的激发效率更高; 241Am源测量误差明显大于109Cd源的测量误差, 原因是铀的L系能量特征峰与241Am源特征射线26.35 keV的散射峰能量区叠加, 造成实测谱线本底偏高; X光管作激发源的铀矿样品中铀含量与化学分析结果之间的误差在10%以内, 仅为同位素源激发X射线荧光分析误差的一半, 且X光管激发谱峰面积计数值明显大于源激发条件下的峰面积计数, 说明X光管作激发源的测铀质量优于源激发模式。

采用X射线衍射法（XRD）和环境扫描电镜（SEM）分析方法, 研究了不同煅烧温度下煤矸石细集料的活性, 针对活性最高的700　℃高温煅烧煤矸石细集料砂浆的水化产物、 微观结构和强度进行了探讨, 并分析了砂浆强度随养护龄期（3, 7, 14, 28, 60和90　d）增长的变化规律。 试验研究表明: 煤矸石细集料随着煅烧温度的升高, 其活性逐步增加, 当煅烧温度达到700　℃左右时, 煤矸石细集料的活性达到最高, 当煅烧温度继续升高时, 活性呈下降趋势。 经过700　℃高温煅烧的煤矸石细集料具有明显的火山灰活性, 其活性组分SiO2和Al2O3能与水泥水化产物发生一定程度的二次水化反应, 通过对不同养护龄期的活性最高的700　℃高温煅烧煤矸石细集料砂浆XRD和SEM分析可知, 随着养护龄期的增长, 二次水化反应将更加充分, 而且水化产物的数量也逐步增多, 与早龄期的水泥砂浆相比, 生成物相更为稳定的水化产物填充在砂浆的微观孔隙中, 能够进一步改善砂浆的微观结构, 增强砂浆的界面性能, 使砂浆内部结构更加均匀, 煅烧的煤矸石细集料和水泥砂浆更趋为一个坚固连续的整体, 水泥硬化砂浆的后期强度有较大增幅, 活性最高的700　℃高温煅烧煤矸石细集料火山灰效应明显。

干涉型成像光谱仪是嫦娥1号(CE-1)卫星的重要设备, 用于分析月球表面物质成分含量及其分布, 目前所得到的2B级科学数据的光谱分辨率为325 cm-1, 转化为波长分辨率表示后各谱段不一样, 第一个波段为7.6 nm, 最后一个波段为29 nm, 这引入两个问题: (1）与地面波谱库中用于标定和比对的光谱分辨率描述方式不一致; (2）由于波段窄而进入的信号少, 造成短波光谱信噪比差。 基于CE-1干涉成像光谱仪光谱重建模型, 讨论了波长分辨率与截止函数的关系, 提出了一种随波长及波长分辨率变化的可调截止函数, 并选取相应Sinc函数进行切趾, 实现了波段覆盖范围内任意指定波长分辨率的光谱数据重建。 利用该方法对CE-1号在轨0B数据进行处理, 得到了29 nm等波长高光谱图像, 采用光谱信噪、 主成分分析和无监督分类等方法对重建结果与同区域2级科学数据进行比对, 结果表明: 短波波段光谱信噪比提高了4倍, 平均提高了2.4倍, 基于光谱特征的分类结果一致, 数据质量大大改善。 EWSR方法的优点有: (1）在保持光谱信息量的情况下, 虽然牺牲部分光谱分辨率, 但提高短波波段的光谱信噪比; (2）实现了在波段覆盖范围内任意指定波长位置或任意设定波长分辨率的光谱数据重建。

针对航空航天领域铝合金结构服役过程腐蚀监测需求, 提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅腐蚀传感器。 给出了铝合金结构腐蚀在役监测机理, 得到光纤光栅反射光谱特征与铝质细管厚度变化之间的理论关系模型, 构建了酸碱环境下的光纤光栅腐蚀监测试验系统。 通过在细管内部配置不受力且仅感受温度变化的光纤光栅传感器, 解决了被测目标的温度与应力交叉敏感问题。 研究表明, 这种铝质细管封装设计不仅可以感受腐蚀对其力学性能的影响, 还能够屏蔽外界腐蚀因素对管内光纤感知器件的干扰。 随着金属管腐蚀程度加深, 其管壁逐渐变薄, 光纤光栅反射光谱逐渐向短波长方向偏移, 且管壁厚度变化与光栅中心波长偏移量之间呈较好单调关系。 这些特性能够为进一步开展基于光纤感知器件的机械结构在役腐蚀监测研究提供有益帮助。

为制作应用于在线诊断光谱仪的高分辨率光栅, 通过分析记录参数误差对光栅刻线密度、 聚焦曲线、 谱像宽度等的影响及规律, 提出相应的补偿方法是必要前提。 基于费马原理、 光程差理论及像差理论, 分析了光栅光谱性能对记录参数误差的影响及其敏感性。 在光栅使用参数固定的情况下, 记录角度误差对光谱性能影响较大, 在光栅设计时可通过对记录角度加权的方法来提高记录角度的取值的精确度; 记录臂长误差对光谱性能影响较小; 记录臂长和记录角度的相对误差决定了其对光栅光谱性能影响程度。 结果表明, 单侧记录臂长和角度误差对光谱性能的影响, 可分别通过调节两臂臂长及角度的相对误差进行补偿。 由此可以确定对应用于在线监测光谱仪光栅成像质量影响较大的误差因素, 并给出制作误差的相应补偿方法, 降低曝光系统的调试难度, 为制作在线诊断光谱仪用高分辨率光栅提供理论指导。

基于特征光谱的目标识别技术具有检出能力强, 可分辨目标种类等优点, 但也存在一定的问题, 即需要事先获取背景光谱作为先验知识且要求背景光谱随时间的变化较小。 由此限制了其在新环境、 复杂环境中实时目标识别方面的应用。 设计了一种采用磁光调制配合特征光谱分析的技术手段, 使目标识别过程中无需事先获取背景谱, 从而实现了一次采集获取被测目标信息的功能, 相比传统的目标检测方法而言, 对战场的适应能力更强, 具有较好的实用意义。 同时, 磁光调制技术有效地抑制了背景杂散光的干扰, 从而提高了目标识别概率。 由于磁光调制提供了目标光谱的累加迭代信息, 故即使未知背景光谱或者背景光谱变化较大时, 也可以通过目标光谱的迭代信息大幅提高目标识别率。 针对不同被测目标的回波光强与背景光强值进行实验分析, 结果显示, 三种目标对调制线偏振光的反射能力明显强于背景。 采用伪装色的被测目标对可见光成像目标识别影响很大, 而调制偏振型系统仍能很好地识别目标。 在此基础上, 对0.5～2 km范围内的目标进行多特征波长目标种类识别。 采用三个特征波长时, 目标识别概率在2 km左右明显降低, 采用四个或五个特征波长位置时, 可以实现95.0%以上的目标识别概率, 同时为了降低运算量提高系统的实时检测能力, 最终采用四个特征波长。

针对城市大气颗粒物监测、 污染物溯源等工作现场实时分析的迫切需要, 研制了基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪。 以β射线在物质中的衰减规律和能量色散X射线荧光分析原理, 通过仪器总体设计、 结构设计、 FPGA硬件电路设计和软件设计, 实现了在线分析大气颗粒物浓度及其元素识别、 含量计算等功能; 通过制备纯元素颗粒沉积滤膜样品作为大气颗粒物标准样品, 完成了分析仪的标定。 该分析仪可在线、 连续监测大气颗粒物（如TSP, PM10, PM2.5）的质量浓度及其所含的30种元素种类和含量。 成都东郊的现场应用显示, 分析仪对大气颗粒物的浓度测量值与成都环保局的监测值具有很好的一致性, 对颗粒物中所含重金属元素（如As, Hg, Cd, Cr, Pb等）的监测较为灵敏。 通过技术性能测试, 表明分析仪具备检出限低、 快速分析、 使用方便等特点, 能够满足城市大气监测过程中对颗粒物浓度和元素实时分析的迫切需求, 具有较强的现场应用能力。

绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、 结构尺寸小和极低模式体积等特性, 被广泛应用到光信息传递、 惯性导航领域, 但极少被应用到力学信号的测试, 为此, 研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计, 利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量, 在外界应力作用下, 环形波导的半径将发生改变, 使结构的光学谐振参数产生变化, 从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移, 体现出良好的应力/应变敏感特性; 通过设计双环级联光学微腔, 并采用MEMS光刻、 ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构, 结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性, 经仿真及实验得到, 应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1, 18.04 pm·microstrain-1, 与单环微腔结构相比, 线性量程增加了近50.3%, 应力灵敏度提高了近10.6%, 初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性, 有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、 集成化。

设计搭建了可以控制样品室内相对湿度发生脉动式变化的压力控制装置。 将这种装置与真空红外快速扫描技术联用, 采集的时间分辨傅里叶变换红外光谱可以提供在亚秒时间尺度内, 脉动相对湿度的准确数值以及湿度变化过程中气溶胶颗粒的含水量。 分析这些数据可以了解相对湿度脉动变化过程中气溶胶的动态吸湿特性。 选择硝酸钠, 硫酸镁和硝酸镁三种无机盐气溶胶为研究对象, 比较了他们在相对湿度发生脉动变化和准稳态变化条件下的吸湿特性。 结果发现, 实验0.12 s的时间分辨率下不足以观察到水在硝酸钠气溶胶和环境之间的传质受阻过程。 而对于老化的硫酸镁气溶胶颗粒, 胶态的形成减缓了水的扩散速率, 体相传质成为速控步骤。 对于老化的硝酸镁气溶胶颗粒, 由于在颗粒表面难溶物的生成和富集, 使得界面水的传质速率成为气溶胶与环境发生传质的决定性因素。 这证明脉动压力变化装置与快速扫描真空红外联用可以有效便捷地观测区分体相和界面控制的气溶胶传质过程。

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧（DO）水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物（DOM）转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。 三维荧光光谱显示: 上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质（高激发波长类酪氨酸、 低激发波长类酪氨酸、 低激发波长类色氨酸）和两种类富里酸物质（紫外区类富里酸、 可见区类富里酸物质）组成, 类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。 经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低, 其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。 而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势, 表明类富里酸物质属于难降解有机物。 上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间, 表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。 荧光指数随DO增加而增大, 说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加, 微生物代谢功能增强, 使得上覆水中DOM的生物源成份加大。 在较高的溶解氧水平下, 即DO分别为2.5, 3.5和5.5 mg·L-1时, 高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性, 相关系数（r2）分别为0.956, 0.946, 0.953, 说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度, 为河道水体诊断、 治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。

人端粒G-四链体结构是指端粒末端富含鸟嘌呤（G）的DNA 序列在一价阳离子（如K+和Na+）诱导下通过G碱基间Hoogsteen氢键连接形成的DNA二级结构。 能够稳定端粒G-四链体的配体通常为端粒酶抑制剂, 其可能成为抗肿瘤药物。 应用CD, FRET, NMR光谱方法第一次较全面地研究了一种木脂素衍生物, 紫玉兰素A （liliflorin A）与人端粒序列dGGG(TTAGGG)3G-四链体HTG21的相互作用, 采用分子对接技术进一步研究紫玉兰素A与人端粒序列dTAGGG(TTAGGG)3G-四链体HTG23的结合位点。 CD实验数据表明紫玉兰素A提高HTG21解链温度, FRET实验测得4.0 μmol·L-1紫玉兰素A可以将HTG21稳定温度提高3.2 ℃。 NMR实验结果表明, 加入紫玉兰素A三小时后HTG21核磁谱图出现明显变化。 分子对接结果表明紫玉兰素A结合到HTG23较宽沟槽上, 结合位点为G9, G10, G16和G17。 紫玉兰素A是第一个能够选择性稳定人端粒G-四链体HTG21的木脂素类衍生物配体。 实验结果为以人端粒G-四链体为靶点的抗肿瘤药物设计提供了新型候选化合物。

已有土壤有机质的光谱预测模型其适用性受建模样本的采样尺度、 土壤类型及光谱参数限制, 需要在大尺度及范围上进一步检验适用性, 并比较分析不同建模方法的建模效果以寻求适用性更好、 精度更高的定量模型。 在黑河上游大尺度范围采得225个土壤样品, 进行了土壤有机质（SOC）及光谱反射率测定后将样本划分为建模集（180个土样）与验证集（45个土样）。 将土壤光谱反射率(R)变换处理后得到连续统去除(CR)、 倒数(REC)、 倒数之对数(LR)、 一阶微分(FDR)及Kubelka-Munck变换系数共6种指标, 针对建模集分别采用逐步线性回归与偏最小二乘回归方法建立12种光谱指标与SOC的数学模型, 并采用验证集进行模型预测效果评价。 结果表明: (1）采用逐步线性回归或偏最小二乘回归方法建模, LR指标对SOC变化的解释效果都是最好, 是SOC的最优预测因子。 (2）基于LR指标建立的SOC模型中, 采用偏最小二乘回归模型比逐步线性回归模型的预测精度更好, 相较于黑河上游已有的经验模型, 偏最小二乘回归法建立的模型的预测效果也更好。 (3）采用本实验的225个土壤样品对比验证了黑河上游仅有的SOC模型。 该模型的SOC预测值与实测值通过了均值T检验且Pearson相关系数达0.826, 表明在局部典型区域建立的SOC预测模型, 可以应用到更大尺度上的土壤有机质预测研究。