光谱技术的发展使得连续测量环境大气中的稳定同位素成为可能。 描述了应用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术测量环境大气中稳定同位素的方法。 为了验证该方法对环境大气中的稳定同位素进行连续测量的可行性, 在七天的外场实验中, 应用开放光程FTIR系统直接测量环境大气中CO2的稳定同位素12CO2, 13CO2和H2O的稳定同位素H216O和HD16O, 并得到大气中碳同位素比值δ13C和氘同位素比值δD。 对同位素比值δ13C和δD, 系统的测量精度分别约为1.08‰和1.32‰。 采用Keeling图方法, 在不同的时间尺度上对CO2和H2O的同位素数据进行分析, 得到了水汽地表蒸散的氘同位素特征δET。 外场实验的结果证明了开放光程FTIR系统长期测量环境大气中稳定同位素的潜力。

日益增多的城市固体废弃物不断威胁着城市的生态环境。 应用遥感技术的城市固体废弃物监测与管理比实地调查的方法省时省力。 然而, 分布不规律的城市固体废弃物成分复杂, 在高分辨率遥感影像上表现出极强的异质性, 无论是针对像素, 还是针对运用对象的影像分析方法都难以实现计算机自动提取。 针对城市固废堆在重采样低分辨率影像上异质性得到减弱、 同质性增强, 而在高分辨率上细节丰富、 位置准确的特点, 提出了一种融合多分辨率对象的城市固废提取方法。 以北京市海淀区的QuickBird影像进行实验, 结果表明, 露天城市固废堆的识别精度可达75%, 表明这种多分辨率信息提取策略对于监测露天的城市固废堆十分有效。

利用532 nm的脉冲激光进行了水和重水受激拉曼散射研究, 不仅实现了O—H和O—D的伸缩振动受激拉曼散射, 同时还实现了晶格振动的受激拉曼散射。 水在激发光能量为130 mJ时出现低频受激Stocks和Anti-Stoks 313 cm-1谱线;重水在激发光能量为160 mJ时出现低频受激Stocks和Anti-Stoks 280 cm-1谱线。 利用激光诱导等离子体解释了这种拉曼散射增强模式。

利用水热法制备了Zn1-xFexO（x=0, 0.01, 0.05, 0.10和0.20）纳米稀磁半导体材料。 由X射线衍射图谱的结果表明, 制备的Zn1-xFexO样品为纤锌矿结构, 没有金属铁等第二相出现; 高分辨透射电子显微镜的结果表明, 形貌为分散性良好的纳米颗粒, 晶格清晰; 拉曼光谱结果表明（E2High）峰位向高频移动, 半高宽宽化, 峰强减弱; 光致发光光谱结果表明, 随着Fe离子的掺入, 紫外峰向低能移动, 光致发光光谱发生了猝灭现象; UV-Vis光谱可看出, 光学带隙减小, 发生了红移现象。 这些结果表明Fe3+成功替代Zn2+进入到ZnO晶格。

为获得高质量的发射光谱, 提出了一种平面反射镜装置, 研究了在平面反射镜装置条件下的激光诱导等离子体辐射特性。 实验结果表明, 相同的激光输出能量条件下, 在等离子体周围放置由三块平面反射镜组成的装置以后, 土壤样品中元素Mg, Fe, Ba, Ti和Al的光谱线强度比常态下的分别增大了116.2%, 96.43%, 90.93%, 102.1%和98.57%, 信噪比分别提高39.17%, 32.48%, 38.07%, 39.95%和21.30%。 通过测量激光等离子体参数, 解释了平面反射镜装置对等离子体辐射增强的机理。 这种简便易行的方法是改善激光诱导击穿光谱技术检测能力的有效途径。

设计了一种电极间隔为10 cm的介质阻挡放电装置, 以氩气为工作气体, 在低气压下产生等离子体。 采用发射光谱法, 研究了放电空腔内等离子体电子温度和电子密度随空间位置的变化规律。 等离子体电子温度的变化通过使用Corona模型计算获得, 等离子体电子密度的变化通过分析Ar原子750.4 nm谱线强度变化得到。 实验发现空腔内不同位置的等离子体电子温度和电子密度是不同的。 当测量位置从阴极向阳极移动时, 电子温度先略上升而后迅速下降, 再缓慢上升; 电子密度先缓慢而后迅速地增大。

研究了可调谐半导体激光吸收光谱技术实现非均匀温度/浓度分布测量。 通过扫描多条H2O吸收谱线, 利用最小二乘算法求解非线性方程, 数值模拟和实验得到沿光路方向上的两区温度和浓度分布。 计算结果表明采用10条H2O吸收谱线, 计算得到温度相对模型温度的最大偏差为8.3%, 浓度偏差为7.6%。 通过增加扫描吸收谱线数目和减少未知数个数可以提高计算结果精度。 实验测量得到高温区和低温区温度较热电偶读数偏差分别为13.8%和3.5%, 数值计算结果与实验结果基本吻合。

利用超声喷雾热解方法以不同的沉积温度（450～550 ℃）在石英衬底上制备出一系列ZnMgO薄膜。 采用X射线衍射仪（XRD）、 扫描电子显微镜（SEM）和光致发光谱（PL）表征了样品的晶体结构、 表面形貌和光学性能。 结果表明衬底温度对薄膜结构性能和光学特性影响显著。 所有薄膜都呈六角纤锌矿多晶结构, 其中在530 ℃条件下制备的样品C轴择优最明显, 晶粒尺寸均匀, 表面形貌平整, 结晶质量最好。 薄膜的光致发光谱显示随着温度的升高深能级跃迁范围逐渐减小, 近紫外带边发光峰逐步出现。 衬底温度为530 ℃时在374.5 nm处出现了明显的近紫外发光峰, 且几乎没有明显的深能级跃迁出现。

采用微乳液-水热结合法制备了NaYF4∶Yb3+, Er3+, Tm3+纳米粒子, 利用Ｘ射线衍射（XRD）、 扫描电镜（SEM）等手段对样品的物相、 结构和形貌进行了分析与表征。 产物的X射线衍射峰与标准卡片PDF #77-2042完全一致, 属于立方相NaYF4; SEM图片显示所制备的纳米粒子形貌和粒径都比较均一, 为120 nm左右的棉花状小球, 由纳米微粒聚集而成; 在980 nm光的激发下, 纳米粒子能够同时发出蓝光（438和486 nm）、 绿光（523和539 nm）和红光（650 nm）; 通过调节Tm3+∶Er3+的比例（0, 0.5, 0.8, 1, 2, 3, 5, 7）, 由色度坐标图（CIE）可以看出当Tm3+和Er3+的比例从0增加到2时, 样品的整体发光光色是向绿光方向移动; 当Tm3+和Er3+的比例为1∶1时, 得到伪白光; Tm3+和Er3+的比例从2到7时, 样品整体的发光向红光方向移动。

为了发展一种新型测温方法的热敏磷光涂层, 对Mg4FGeO6∶Mn的双峰发光光谱的热敏特性进行了研究。 建立了具有加热平台的光谱测量系统, 测量了Mg4FGeO6∶Mn在室温到800 K温度下的发光光谱。 测量了Mg4FGeO6∶Mn的吸收光谱, 采用晶格微扰理论分析了其双峰发射峰的形成机制。 4F′2和4F″2向4A2基态的跃迁, 导致在630和660 nm附近出现两个发射峰。 由于4F′2和4F″2的总粒子数布局满足热力学平衡, 随着温度的升高, 两个发射峰呈现了不同的变化趋势, 630 nm附近的发射峰强度下降较缓, 而660 nm附近的发射峰强度下降较快。 这一变化趋势为采用双峰发射峰强度比测温方法提供了依据。 拟合了两个发射峰处的光强比与温度的关系曲线, 获得了Mg4FGeO6∶Mn采用双峰发射峰强度比方法测温范围为室温到800 K。

近年来太赫兹科学技术日益受到科学界和工业界的重视并得到了较大的发展, 太赫兹技术在医学领域上的应用已成为人们关注的重要方面之一。 介绍了太赫兹波的特点、 太赫兹光谱和成像技术; 重点讨论了近年来太赫兹光谱和成像技术在医学检测和诊断领域中的应用和研究进展; 并探讨了太赫兹光谱和成像技术发展中需要解决的问题以及今后发展的方向。

通过在350～2 500 nm波段范围内对不同水分含量的土壤进行偏振光谱测试与分析, 确定土壤偏振光谱数据与水分含量之间的关系, 研究土壤水分含量对偏振光谱的响应与变化, 并确定最佳土壤含水量偏振光谱预测模型。 结果表明, 微分偏振光谱模型的精度要高于偏振光谱模型和吸光度模型, 且模型均呈现拐点含水量, 发现不同偏振状态下的拐点含水量均在30%附近, 具有一定的规律性。

通过测量空间辐射反演海雾气溶胶的微观特性是一种重要的遥感方法, 但是海雾对辐射的反射会受到海面背景的影响。 该工作研究了海雾与海面的耦合多次散射。 利用Mie理论研究了海雾气溶胶的单次散射特性, 利用辐射传输理论研究太阳光在无下垫面海雾中传输多次散射特性; 在基尔霍夫近似下研究了风驱粗糙海面的散射特性, 并考虑了海面的遮蔽效应, 得到了风驱海面随风速的反射函数。 根据累加法研究了海雾和海面的耦合散射, 计算结果表明海雾在有粗糙海面作为背景的情况下, 其整体反射有较大增强。

应用近红外光谱技术结合支持向量机回归(support vector machine regression, SVR)方法测量食用植物油脂低碳数脂肪酸(C≤14)含量。 使用SupNIR-5700近红外光谱仪采集58个样品的近红外光谱图, 通过偏最小二乘(partial least square, PLS)算法剔除奇异样品。 选择其中具有代表性的52个样品进行主成分分析(principal component analysis, PCA), 选取径向基(radial basis function, RBF)核函数建立支持向量机回归模型, 并对光谱预处理方法和参数寻优方法进行了详细的分析和讨论。 实验表明, 经过粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)优化后模型的性能都有所提高, 泛化能力更强, 预测的准确度和稳健性更好; 其中预处理方法2经过PSO优化寻优后的参数C=2.085, γ=22.20时, 预测集和校正集相关系数(correlation coefficient, r)分别达到了0.998 0和0.925 8, 均方根误差(root mean square error, MSE)分别为0.000 4和0.014 3。 研究结果表明, 应用近红外光谱结合PSO-SVR方法进行食用植物油脂低碳数脂肪酸含量快速、 准确的预测是可行的。

运用核隐变量正交投影（kernel orthogonal projection to latent structure, KOPLS）方法, 建立掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型。 分别配置含有三聚氰胺牛奶（0.01～3 g·L-1）和尿素牛奶（1～20 g·L-1）样品各40个, 采集纯牛奶及掺杂牛奶样品的近红外光谱。 选择4 200～4 800 cm-1为建模区间, 采用KOPLS分别建立掺杂三聚氰胺、 掺杂尿素、 两种掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型, 并利用这些模型对未知样品进行判别。 研究结果表明: 与偏最小二乘判别（partial least squares discriminant analysis, PLS-DA）和隐变量正交投影判别（orthogonal projections to latent structures discriminant analysis, OPLS-DA）建模方法相比, KOPLS-DA具有更强的掺杂判别能力, 对掺杂三聚氰胺、 掺杂尿素牛奶和两种掺杂牛奶的判别正确率分别为95%, 100%和97.5%。

选取了罗甸玉中一些典型样品, 在进行FT-IR测试的基础上, 对罗甸玉中透闪石晶体内部结构基团的振动归属进行了探讨。 罗甸玉的IR研究结果证实, 罗甸玉矿物组成主要为透闪石, 这与其他测试结果吻合。 但罗甸玉中透辉石840～860 cm-1频率的吸收带的出现, 这是在其他天然软玉的IR研究中未见报道的, 也是罗甸玉矿物组成与其他软玉矿物组成的最大区别, 为罗甸玉在成玉（即由透闪石岩向软玉转变）过程中残留透辉石所致, 是揭示罗甸玉变质成因过程的重要矿物学证据, 同时也表明罗甸玉的成玉过程与已发现的其他天然软玉相比存在一定差异, 这一差异进一步揭示罗甸玉是一种新成因类型的软玉矿。

应用可见-近红外漫反射光谱技术对甘肃不同地区的130个羊毛和羊绒样品进行定性鉴别研究。 结果表明: 采用主成分-马氏距离聚类判别分析法, 羊毛和羊绒样品界线; 主成分回归分析技术结合多元离散校正、 一阶导数等预处理方法, 以及最佳主成分因子为8、 不确定因子为1.00等参数, 建立的定性鉴别模型预测性能较好, 外部验证正确率为100%。 说明利用可见-近红外漫反射光谱定性分析技术可以快速鉴别羊毛和羊绒。

将相依成分分析(DCA)算法用于模拟混合组分红外光谱(IR)分析及黄芩炮制过程分析与终点确定。 研究结果表明, DCA法能从黄芩炮制过程测定的IR信号中提取相依组分(DC)信息, 而且这些DC对应的光谱特征信息与对应的黄芩活性组分光谱特征相一致; 通过观测DC相对强度变化趋势, 确定黄芩炮制过程终点为55 min。 该研究为黄芩炮制过程分析与终点确定提供了新途径。

采用密度泛函理论计算了两种类胡萝卜素(β-胡萝卜素和叶黄素) 和几种短链(n=2~5)多烯烃的Raman光谱, 用波数线性校正（WLS）方法对计算频率进行了校正, 并与常用的几种校正方法作了比较。 最常用的单一参数校正（UFS）方法只适用于个别频率的校正, 对于所有振动频率的综合校正效果并不理想。 WLS方法对于多烯烃和类胡萝卜素的校正结果明显优于UFS方法, 校正公式分别为νobs／νcalc=0.999 9－0.000 027 4νcalc和νobs／νcalc=0.993 8－0.000 024 8νcalc, 这些结果说明WLS方法可以用于类胡萝卜素这样的大分子的频率校正。 WLS方法对多烯烃和类胡萝卜素的校正参数非常接近, 证明WLS方法对多烯烃的校正结果可以用于类胡萝卜素的频率校正, 这为类胡萝卜素频率校正提供了一种新的方法。

对在c面蓝宝石上用氢化物气相外延法（HVPE）生长的六方相纤锌矿结构的GaN膜中的应力进行了分析。 高分辨X射线衍射（002）面和（102）面摇摆曲线扫描（半高宽数值分别为317和358角秒）表明生长的GaN膜具有较好的晶体质量。 利用高分辨X射线衍射技术准确测量了制备的GaN膜的晶格常数, 并计算得到GaN膜中面内双轴应变和面外双轴应变分别为3.37×10-4和-8.52×10-4, 等静压应变为-7.61×10-5。 拉曼光谱和激光光致发光谱测试表明HVPE-GaN外延膜具有较好的光学特性, 利用拉曼光谱的E2模式特征峰和激光光致发光谱中近带边发射峰的频移定量计算了外延膜中的面内双轴压应力和等静压应力。 两种方法得到的面内双轴压应力较为相符。

利用激光拉曼光谱技术快速、 准确鉴定川贝母与其混淆品。 根据药材所含的化学成分不同, 致使药材的拉曼峰不同, 测定多个川贝母样本及混淆品的拉曼图谱。 川贝母的拉曼光谱图在442, 480, 863, 941, 1 083, 1 129, 1 342, 1 463, 2 910 cm-1处出现强峰, 在111, 302, 360, 409, 527, 579, 618, 718, 767, 1 052, 1 083, 1 207, 1 261 cm-1处出现了较明显的拉曼峰; 构建了川贝母的拉曼指纹图谱, 可与其混淆品土贝母、 平贝母、 光慈姑、 草贝母进行区分; 采用激光拉曼光谱技术可快速无损分析鉴别川贝母。

应用微晶声子色散理论、 量子化学从头计算与拉曼光谱(LWRS、 RS)分析技术相结合的方法, 系统地探测了仿超基性岩（MU）、 仿基性岩（MB）、 仿中性岩(MI)和仿酸性岩(MA)等4个系列玻璃相的介观团粒结构参数及其类声子限制效应, 建立了各自的类声子色散曲线, 进而获得了随着体系介观团粒尺度的增加, 其低频端声学声子(横模与纵模)振动波数红移、 中频及高频端的光学声子(横模与纵模)振动波数紫移、 光学声子(横模)之拉曼谱峰的半高宽减小和其介观团粒尺度的变化范围增大等结论。 这些结论不但丰富了低维非晶硅酸盐玻璃相及其熔体的类声子色散理论, 而且开拓了拉曼光谱研究岩浆岩介观结构的新领域, 为探索岩浆的结晶、 演化和成矿规律提供重要理论依据及信息。

运用荧光光谱和紫外光谱研究7-羟基香豆素UBM分别与色氨酸Trp, 酪氨酸Tyr和苯丙氨酸Phe三种芳香族氨基酸的相互作用。 结果表明在模拟人体生理条件下, UMB能引起上述氨基酸发生荧光猝灭, 最大猝灭波长依次为347, 303和282 nm, 猝灭机制均为静态猝灭, 相互之间均以摩尔比1∶1形成了复合物, 且得到两种温度下UMB与Trp, Tyr和Phe反应的表观平衡常数Kc分别为298.15 K时2.993×106, 7.858×104和1.186×103 L·mol-1, 310.15 K时2.702×104, 1.063×105和8.352×103 L·mol-1。 热力学函数变化表明UMB与以上三种氨基酸结合作用较强, 其中UMB-Trp相互作用力是氢键或范德华力, UMB-Tyr和UMB-Phe相互作用主要以疏水作用为主, 同时都可能存在偶极-偶极之间的相互作用。

研究采用直径为30 cm, 高200 cm的土柱模拟地下土壤渗滤系统, 在水力负荷为4 cm·d-1的运行条件下, 综合利用三维荧光光谱技术（3D-EEM）及区域一体化（FRI）分析法研究取自地下土壤渗滤系统中不同深度处的溶解性有机物的组成及结构变化规律发现: （1）不同深度处的溶解性有机物（DOM）组成不同, 进水及0.50 m处的DOM主要由类蛋白质组成, 而其余DOM中占主导地位的物质是类腐殖酸。 （2）在有机污染物降解的过程中, DOM稳定性逐渐增强, 而且在此过程中部分难降解有机物可以被去除。 （3）增加地下土壤渗滤系统的深度不仅可以有效降低有机污染物浓度, 而且可以提高出水DOM的稳定性。

运用圆二色光谱（CD）和荧光光谱以及ELISA方法对花生蛋白Ara h1的热变性及其与还原糖的相互作用, 以及过敏原性的变化进行了系统研究。 实验表明, 温度高于85 ℃时, Ara h1蛋白的二级结构才发生显著变化, 表现为α螺旋结构的相对含量减少, β折叠及无规卷曲等结构的相对含量增加, 其过敏原性也相应降低; 木糖、 果糖能与Ara h1蛋白进行相互作用进而有效稳定其蛋白结构, 并显著降低其过敏原性。 研究结果对食物过敏原致敏机理的深入研究, 以及花生食品的合理加工具有重要的理论指导意义。

利用超低频电磁探测技术开展煤田隐伏断层超前探测研究目前仍处于探索阶段, 但该技术在煤矿生产设计方面具有较强的实际意义。 本文首先通过实地布设测线, 采集超低频电磁探测信号, 利用小波变换对超低频信号进行频谱分析, 去除高频噪声; 然后, 分析横穿断层的测线剖面图, 进行地质解译, 研究隐伏断层的超低频频谱特征; 最后, 结合研究区地质和地震资料, 对比验证矿区断层构造的特征与分布。 结果表明: 超低频电磁探测能快速探明隐伏断层信息, 是一种辅助探测煤田隐伏断层的有效方法。

通过静态批次实验研究旱田黄土对Pb(Ⅱ)和氯吡硫磷的共吸附行为, 使用SEM, FTIR, XRD和理论分析揭示共吸附机制。 实验结果发现: 黄土对Pb(Ⅱ)和氯吡硫磷的共吸附符合Langmuir等温线方程, 经计算得出的理论吸附容量qm分别为12.5和0.64 mg·g-1, 准二级动力学方程能更好地描述反应行为。 吸附反应后, 黄土表面形貌变化很小, FTIR图谱中的某些波峰红移、 消失或强度减弱, 综合XRD图谱及理论分析, 认为: 旱田黄土对Pb(Ⅱ)的吸附为表面配位络合和范德华力的作用, 以化学吸附为主; 而氯吡硫磷的去除涉及到黄土有机质对氯吡硫磷大分子的截留作用, 以及氢键、 范德华力的作用, 以物理吸附为主, 兼有化学吸附的贡献。 旱田黄土有机质对Pb(Ⅱ)和氯吡硫磷的吸附有重要贡献。

在不同的水分胁迫梯度下, 利用实验区小麦不同生长期光谱反射率观测数据, 研究水分胁迫对小麦光谱反射率、 红边参数及小麦产量的影响。 首先分析水分胁迫对小麦光谱反射率的影响, 然后利用小麦光谱反射率的一阶微分得到小麦光谱反射率的红边位置和红边幅度参数, 分析了水分胁迫对小麦光谱红边参数的影响, 最后利用水分胁迫下的红边幅度和小麦产量的关系, 阐述了小麦水分胁迫下的光谱反射率特征与小麦产量的关系。 研究结果表明, 水分胁迫下小麦的红边位置在生长期前期出现红边位置红移现象, 生长期后期出现红边位置蓝移现象。 水分胁迫下的小麦的红边幅度在不同的生长期表现出不同的变化特征: 生长期初期随着水分胁迫的增加而红边幅度增大, 生长期后期随着水分胁迫的增加而红边幅度减小。 小麦的红边幅度在拔节生长期前与小麦产量呈负相关而拔节生长期之后呈正相关, 且不同生长期小麦的红边幅度与小麦的产量的相关系数不同。

研究了一种新型轴向修饰硅酞菁, 即二（2-氨基-6-三氟甲基-4-嘧啶氧基）硅酞菁(SiPcF)的光物理光化学性质、 离体光动力抗癌活性以及与白蛋白的相互作用。 结果表明, SiPcF的Q带最大吸收峰波长686 nm, 摩尔吸光系数为2.3×105 mol-1·L ·cm-1, 荧光发射峰694 nm, 荧光量子产率为0.46, 光敏化产生单线态氧的量子产率为0.38, 是有效的1O2光敏剂。 SiPcF与牛血清白蛋白（BSA）具有较强的相互作用, 两者的结合常数为4.33×105mol·L－1, 结合位点数为1。 离体细胞实验表明, SiPcF具有较高的光动力抗癌活性, 对人肝癌细胞HepG2的IC50值为5×10－7mol·L-1。

对甲烷气体浓度的监测应用领域很多, 而目前绝大多数采用的是化学反应方法, 存在安全性低、 稳定性差等缺点, 而采用光学干涉法定性定量分析稳定性高、 抗干扰能力强。 设计了电光调制的干涉系统进一步提高其探测精度。 在干涉系统中, 利用可变折射率晶体LiNbO3的电光调制特性, 对晶体折射率进行调制, 增大静态光程扫描范围, 提高光谱分辨率。 系统对晶体两侧分别加载相位相反的调制信号, 使其在不改变干涉具尺寸的条件下提高光谱分辨率。 通过推导折射率调制度与光程差的函数关系, 仿真计算可知比同尺寸干涉系统光谱分辨率提高了近一个数量级。 实验采用SGT-3型声光调制器, 1 650 nm红外激光器对不同浓度的甲烷气体进行检测, 实验结果显示, 此方法比传统的热释电法精度好、 稳定性高, 更适合在矿井等复杂环境下应用。

为获取农田土壤重金属精确空间分布信息, 以某污灌区52个土壤全量镉、 有效镉含量为目标变量, 以土壤一阶微分光谱为辅助协同变量, 采用协同克里格法, 进行空间变异及插值研究。 结果表明, 土壤反射光谱相对有机质、 氧化铁等单一土壤环境变量, 能反映更多土壤表面属性信息, 与土壤镉含量表现出更高显著相关性; 选择其一阶微分光谱作为协同变量, 进行Cokriging插值, 与普通Kriging和以有机质、 氧化铁等协同变量的Cokriging插值结果相比较, 估测精度明显提高。 以土壤光谱作为辅助变量, 能大大提高土壤重金属插值精度, 获取更精确空间分布信息, 而且相对常用协同变量, 具有测定简单、 省时、 无损等优点, 是提高土壤重金属空间插值的理想辅助因子。

采用β-环糊精诱导SDBS产生显著增强的激发光谱信号, 通过激发的光谱信号与SDBS含量的对应关系定量存在较强干扰作用时的SDBS水溶液。 研究结果表明, β-环糊精具有显著提高SDBS的检测范围和检测精度的作用, 同时具有显著降低三采复配驱油剂中SDS、 OP-10及HPAM等常用组分对SDBS定量产生的干扰影响。 该方法的定量误差在2.0%以下, 检测精度可达10－2～10－3 mg·L-1。 在水溶液体系中, β-环糊精可自发与SDBS形成摩尔比为1∶1型包结物, 该包结物的吉布斯函变ΔγGmΘ(298 K)为－11.064 kJ·mol-1, 稳定常数Ka为87。 结合FTIR分析推测出SDBS分子中苯环基团进入β-环糊精空腔内部形成稳定的包结物, 是其产生激发光谱的根本原因。

提出了独立软模式法（SIMCA）的番茄叶片灰霉病特征波段图像的提取, 并通过多元线性回归法（MLR）提取波段融合图像, 通过最小距离法获取番茄灰霉病患病信息的技术路线。 利用680～740 nm波段的方差图像和建模能力参数提取的特征波段, 并作为输入变量进行MLR分析, 在0.5准确率阈值下, 准确率均大于99%, 说明特征波段可以实现番茄叶片灰霉病的检测, 并利用MLR回归系数提取波段融合图像, 通过最小距离法获取番茄灰霉病患病信息, 结果表明所提出的方法具有很好的预测能力, 为番茄灰霉病的早期检测提供了一种新方法, 且大大降低了高光谱图像的数据处理时间。

红外光谱谐波检测系统中的噪声与基线漂移问题一直是光谱处理的热点, 提出一种采用小波变换的Mallet分解算法, 解决谐波检测中各种复杂噪声以及基线漂移的问题。 选取适当小波函数及分解层次将谐波曲线中含有的噪声和基线漂移与有用信号分解到不同频带; 分析频带信息, 设定一个检测信息频带, 应用阈值处理及系数置零的方法使频率处于此频带的信息保留下来。 小波变换方法可以在一次分解与重构过程中同时去除谐波信号的噪声与基线的双重干扰, 从而将谐波信号有效地测量出来。 实验证明, 应用小波变换进行谐波校正的方法可应用于不同的谐波检测系统, 具有普遍适用性。

积雪含水率是雪层中液态水的含量, 也是积雪出流、 产流的关键指标, 对积雪含水率的研究对春季融雪产流及融雪型洪水有现实意义。 借助美国ASD地物光谱仪和Snow Folk积雪特性仪获取原始数据, 并利用SPSS19.0和Excel等统计软件对数据进行分析、 处理, 并利用这些数据进行制图、 数据综合, 建立雪表层的地物光谱特征预测模型。 结果表明: 积雪的光谱特征曲线由于在可见光和近红外由于吸收呈现出若干波谷; 地物光谱特征与积雪表层含水率存在负相关关系, 且随着波长的增加这种负相关关系变化明显, 并在可见光和近红外形成三个相关关系的极小值; 构建雪层含水率的地物光谱反射率模型, 可见光范围内, 在350 nm时的模型精度较高, 能够达到75.9%, 预测值和实测值拟合程度高, 在近红外波段内, 1 204 nm建模的模拟精度最高。

近红外波段空基大气CO2反演是一个病态问题, 地表特征的不确定性是其重要的影响因素之一。 针对大气CO2高精度反演的需求, 研究了地表反射率两大不确定性因素对大气CO2反演的影响程度, 提出了比值光谱法对这种影响进行校正。 比值光谱法中CO2无吸收通道(off-line)的选择至关重要, 通过比较和分析多种off-line通道的选择方法, 发现多通道多点平均法因多数据平均可降低随机误差的优势, 获得的off-line通道对应的反演精度最高, 而且离散程度也小。 比值光谱法结合多通道多点平均法选取出的off-line通道对地表反射率的不确定性影响有明显的校正效果, 有利于大气CO2反演精度的提高。

提出了一种可实现潮滩表层叶绿素的现场快速、 无损的光学检测方法。 利用反射率光谱对我国潮滩表层沉积物叶绿素-a浓度进行了观测试验。 基于高光谱650, 675及700 nm各波段的反射率, 提出了用于叶绿素浓度反演的归一化底栖微藻差异指数(NDI-MPB)、 及可消除呈直线或近似直线变化的背景噪声光谱的反射谷深度(T-depth)模型。 研究结果表明, NDI-MPB指数与表层沉积物(3 mm)中的叶绿素-a浓度(2.22～49.36 mg·m-2)有极好的线性相关性(r>0.99); 以叶绿素-a浓度表征底栖微型藻类生物量, NDI-MPB可用于潮滩表层底栖微型藻类生物量的遥感监测。

提出了一种空-谱二维特征蚁群组合优化支持向量机的高光谱图像分类算法。 利用两类蚁群分别在光谱维空间和样本分布空间交替搜索最大类间距波段组合和异质样本, 提取最优特征波段, 降低了高光谱的波段信息冗余, 去除训练样本中的异质样本, 优化了训练样本特征空间分布。 将蚁群组合优化后的高光谱图像和训练样本应用到支持向量机(SVM)分类器中, 扩大了特征空间类间距, 提高了SVM算法的分类精度。 实验表明该算法总分类精度达95.45%, Kappa系数0.925 2, 是一种分类精度较高的高光谱图像分类方法。

城市快速发展带来的载荷增加在一定程度上加剧着局部的地面沉降。 选取覆盖北京平原区的TM多光谱遥感影像, 反演基于指数的建筑用地指数, 表征建筑用地（载荷）时空密度差异信息; 进而基于永久散射体干涉测量监测技术和遥感建筑指数, 结合GIS空间分析方法, 从像元角度, 分析典型区域载荷变化与地面沉降的相关性。 结果表明: (1)载荷的密度与沉降的不均匀性存在正相关关系, 尤其在高沉降速率地区体现的较为明显; (2)由于地质结构、 土体结构的复杂性、 滞后性等特点, 使得在相对较短周期研究内, 载荷的增加对地面沉降的影响并不十分凸显; (3)高密度建筑群使得局部地面荷载增加, 各单体建筑的附加沉降互相叠加, 对区域性地面沉降的贡献是不容忽视的问题。

叶绿素含量是反映植物生长状况的重要参数。 利用ASD FieldSpec 3光谱仪, 测定春梢停止生长期苹果冠层高光谱反射率, 对原始光谱进行微分变换, 与苹果叶绿素含量进行相关分析确定敏感波段, 通过分析敏感区域400～1 350 nm范围内所有两波段组合的植被指数, 选择最佳植被指数并建立苹果冠层叶绿素含量估测模型。 结果表明: （1）苹果冠层叶绿素含量的敏感波段区域为400～1 350 nm。 （2）利用筛选得到的植被指数CCI（D794/D763）构建的估测模型能较好的估测苹果冠层叶绿素含量。 （3）以CCI（D794/D763）指数为自变量的估测模型CCC=6.409+1.89R3+1.587R2-7.779R预测效果最佳。 因此, 利用高光谱技术能够较快速、 精确的对苹果冠层叶绿素含量进行定量化反演, 为苹果长势的遥感监测提供理论依据。

以叶用莴苣为试验材料, 应用ICP-AES等技术, 研究了不同光谱成分及其组合条件下生菜对矿质元素的吸收特性。 结果显示: （1）生菜常量、 微量矿质元素含量比约为Ca∶Mg∶K∶Na∶P=5.5∶2.5∶2.3∶1.5∶1.0, Fe∶Mn∶Zn∶Cu: B=25.9∶5.9∶2.8∶1.1∶1.0, 且LED及荧光灯处理下的生菜各元素含量均高于自然光, 差异显著; （2）生菜在红蓝组合LED光R/B=1∶2.75处理下对K, P, Ca, Mg, B元素的吸收量及累积量均达最大, LED及荧光灯红光均可显著促进生菜对Fe和Cu元素的吸收; （3）矿质元素含量较高及干物质积累量较高的处理均为LED灯R/B=1∶2.75和B/W=1∶1。

在盐酸浓度为3.0 mol·L-1介质中, Cr(Ⅵ)把As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ), 利用氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS）测定剩余As(Ⅲ)的含量, 间接得到Cr(Ⅵ)的含量。 基于相同原理, 结合高锰酸钾氧化Cr(Ⅲ)来测定Cr(Ⅲ)含量。 研究了溶样方法和共存离子可能引起的干扰, 优化了仪器工作条件、 酸度及其他影响因素。 在最佳条件下, 铬含量在4.0～20 μg·L-1范围内线性关系良好, 方法检出限为2.5 μg·L-1; 将方法应用于牛奶样品分析, 相对标准偏差（RSD, n=6）为1.6%～2.7%。 加标回收率为96.5%～104.2%。

岩石边坡创面人工土壤的重金属含量直接关系到边坡植被的恢复。 优化了微波消解-原子吸收分光光度法（AAS）的分析条件, 建立了测定人工土壤中重金属元素的方法, 分析评价了铁路岩石边坡人工土壤的重金属污染状况。 结果表明: 最佳消解体系为HNO3-H2O2-HF, 回收率在95%～105%之间、 精密度和相对偏差分别小于4%和5%。 铁路岩石边坡创面人工土壤中Cd, Pb, Zn的浓度显著高于对照土壤, 其浓度分别为对照土壤的4.7, 1.3, 1.2倍; 但Cr, Cu, Fe的浓度与对照土之间无显著差异。 本研究为人工土壤中重金属元素的测定提供了可靠方法, 为铁路岩石边坡的治理提供依据。

以丙烯酸β-环糊精酯（β-CD-AA）、 烯丙基-联苯基醚（ABE）和丙烯酸（AA）为单体, 以N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂, 采用微波辅助法制备了β-环糊精交联聚合物(AA/β-CD-AA/ABE), FTIR表征了其结构。 以原子吸收光谱法(AAS)为检测手段, 研究了Pb2+和Zn2+吸附时间、 体系pH及温度等吸附条件对聚合物吸附性能的影响。 实验结果表明, Pb2+的最佳吸附条件为: 在35 ℃、 静态吸附时间约2 h左右、 体系pH 2～3时, 最大吸附量Q达到29.5 mg·g-1; Zn2+的最佳吸附条件为: 在30 ℃、 静态吸附时间约3 h左右、 体系pH 3～4时, 最大吸附量Q达到43.7 mg·g-1; 聚合物对Pb2+和Zn2+的吸附基本符合Freundlich吸附等温方程。

为了实现对薄膜和镀层材料厚度的微区无损分析, 利用多毛细管X光会聚透镜和多毛细管X光平行束透镜设计并搭建了普通实验室X射线光源的共聚焦微束X射线荧光测厚仪, 对该共聚焦测厚仪的性能进行了系统表征。 利用该测厚仪测定了厚度约为25 μm的Ni独立薄膜样品和压于硅基表面厚度约为15 μm的Ni薄膜样品厚度, 对应它们的相对测量误差分别为3.7%和6.7%。 另外, 还对厚度约为10 μm Ni薄膜样品的厚度均匀性进行了测量。 该共聚焦测厚仪可以对样品进行微区深度分析, 并且具有元素分辨能力, 从而使得该谱仪可以测量多层膜样品不同层的膜厚, 在薄膜和镀层厚度表征领域具有潜在的应用。

通过差热分析（TGA/DSC）、 X射线衍射分析（XRD）、 傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)等测试技术, 对实验室制备的纯净托贝莫来石的高温相变规律进行系统的研究。 DSC结果表明, 托贝莫来石结构中有四个层间分子水, 加热到300 ℃时四个层间分子水逐渐失去。 当温度升高到724 ℃时, 部分Si—O—H键断裂, 失去羟基。 XRD结果表明托贝莫来石晶体结构在724 ℃时已经破坏, 衍射峰基本消失, 煅烧后的样品为无定形的非晶态。 当温度持续升高到861 ℃时, 发生晶型重构, 硅灰石晶体出现, 结构转变为有序的、 稳定的晶体结构。 当温度到达1 000 ℃的时候, 完全转变为2M型硅灰石晶体结构。 托贝莫来石的高温相变经历了“托贝莫来石→脱水托贝莫来石→脱羟基托贝莫来石→硅灰石”一系列转变过程。

透射式微型X射线管是能量色散X射线荧光分析中的主要激发源, 在能量色散X射线荧光分析中希望得到谱分布较为单一的X射线管输出谱。 采用MC方法, 研究了透射式微型X射线管在不同目标靶厚度的情况下输出谱的特征, 通过低谱段（<5 keV）和高能谱段(5~50 keV)的分析比较, 高能谱段计数随厚度加大先增加而后减小, 低能谱段计数则随厚度增加减小, 增加目标靶厚度可以有效抑制低能谱段。 在入射电子能量为50 keV和目标靶为4 Ag的条件下, X射线管输出能谱具有较高的高能谱段注量, 同时有效压制低能谱段注量, 适合能量色散X射线荧光分析中使用。

南秦岭沙河湾石英二长岩中的钾长石、 榍石和锆石具有明显的成分环带。 利用电子探针（EPMA）波谱仪（WDS）、 扫描电子显微镜（SEM）及其附带的能谱仪（EDS）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）对造岩矿物环带钾长石、 榍石和锆石的显微结构与微区组成进行表征。 结果表明: 钾长石中K+被Na+, Ca2+, Ba2+, Fe2+和Ce3+不同程度替代。 榍石中Ca2+被V3+, Ce3+和Ba2+等替代, Ti4+被Fe2+和Al3+等替代。 锆石含Fe, Th, U, Nb, Ta, Y, Hf, Yb和Pb等稀土和微量元素。 钾长石中元素浓度由高到低为Si, Al, K, Ca, Na, Mg和Ba, 其中K和Na互补, 较亮处Ba含量高, 越靠近边缘, Si升高、 K升高与Na降低趋势越明显。 榍石中元素浓度由高到低为Ca, Si, Ti, Ba, V, Ce, Al和Fe, 较亮处Fe含量较高。 锆石中元素浓度由高到低为Zr, Si, Nd, Ce, Hf, U, Pb和Th, Hf与Zr呈明显的互补关系, 核部Zr含量较边部高, 核部Hf、 U和Th含量较边部低。

论述了便携式能量色散X射线荧光分析仪在土壤重金属元素镍测定过程中, 基体效应对测量结果的影响, 提出以样品散射的X管的标识靶线（钨靶Lα1线）作为比较标准的特散比校正模型, 并在此基础上结合吸收元素校正法对基体效应进行校正, 以此建立的含量预测模型, 相关系数为0.999, 剩余标准差为2.541。 利用该模型对土壤标样中镍含量进行测量, 与标准值比较, 其平均相对误差为3.90%, 且精确度较高。

龙泉青瓷不仅受到了国内外陶瓷爱好者的热捧, 还被不同地区广大窑工争相效仿, 其中以景德镇明清时期仿制最具代表性。 利用能量色散X荧光光谱分析仪对38 件宋、 元、 明时期的龙泉青瓷以及明代景德镇仿龙泉青瓷进行了测试, 并结合烧成温度分析结果, 从时空角度对比分析了两地青瓷胎釉组成特征、 演变规律和形成原因, 有助于了解我国南方青釉瓷的演变发展、 相互交流和影响, 为不同产地青瓷的断源断代提供了一定的科学依据。

M矮星的研究对于探索银河系的结构、 演化以及搜寻地外生命有重要意义。 获得M矮星的光谱型是一项重要的基础工作。 本研究采用SLOAN DR7的M矮星样本, 参考随机森林的特征重要性度量, 提取M矮星可见光波段600~900 nm之间的特征。 提取的特征与现有的光谱分类程序Hammer中采用的特征进行对比增加了三个新的特征, 并重新计算了模板的特征指数。 对该方法测试结果表明, 增加了新指数的程序光谱型分类结果准确度有很大提高, 该方法已用于对LAMOST的M矮星光谱进行光谱型分类。

采用信息熵思想, 给出一种基于属性权值和wk-距离的异常天体光谱特征线挖掘方法, 并开发了天体光谱异常特征线挖掘系统。 首先采用信息熵思想计算天体光谱特征线属性权值, 从而有效地刻画每条特征线的重要程度; 其次采用邻域半径的剪枝技术, 对海量天体光谱特征线数据集约简, 删除不可能成为异常的数据对象, 形成一个候选异常数据集; 然后根据离候选异常数据中对象之间的偏差, 计算wk-距离和, 并选取wk-距离和较大的前TOP-NN个数据对象作为天文光谱异常特征线数据; 最后采用SDSS恒星光谱特征线数据集, 实验和系统运行结果验证了该方法的有效性和可行性。

根据天体光谱自身的局部分形特征, 对光谱中400~510, 600~700和780~900 nm三个波段的数据分形编码, 并以编码中匹配数据块位置与最小匹配误差为特征, 将分形方法应用于天体光谱次型识别。 实验表明, 分形方法不受LAMOST流量定标误差、 仪器效率曲线的影响, 具有一定的抗噪性, 可以有效地自动识别LAMOST与SDSS的M型恒星光谱次型。

动镜扫描是导致FTIR光谱仪动态测量误差的主要因素, 其运动的平稳性直接制约着测量光谱的信噪比, 并影响到后续光谱定性定量分析的精度, 对FTIR光谱仪整体性能优劣有举足轻重的作用。 针对传统基于模/数混合设计的动镜运动控制系统的复杂性, 研究了一种简洁实效的全数字控制方法, 将动镜运动产生的正交编码信号A和B送入数字逻辑芯片CPLD, 在该芯片内编写相应的位置和速度控制算法, 生成两路PWM信号, 再通过数字功率芯片驱动挂载动镜的音圈电机完成扫描。 实验表明, 该控制方法使动镜在匀速阶段的速度平均稳定性优于97.2%, 可显著提高测量光谱信噪比, 为FTIR光谱仪高精度定量分析提供保障。

针对非理想参考反射标准对光谱发射率测量结果的影响, 基于积分球反射计的红外发射率测量系统原理, 提出了一种适用于反射法光谱发射率测量系统的校正方法。 通过参考反射标准样光谱反射率的数据拟合, 得到反射率的曲线方程, 计算反射测量系统的校正系数, 校正参考标准样的输出电压, 推导出光谱反射率为1的参考标准样输出电压曲线, 消除了非理想参考标准造成的系统误差。 应用该修正方法对基于积分球反射计的太阳能选择吸收涂层光谱发射率测量系统进行了校正, 将校正后的光谱发射率测量结果与能量比较法的测量结果进行对比, 验证了校正方法的可行性, 有效性, 提高了光谱发射率测量的准确度。

为满足航天应用中仪器小型和轻量化、 大视场的观测要求, 通过分析现有Offner成像光谱仪, 给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法。 并据此方法设计了一应用于400 km高度, 波段范围为0.4~1 μm, 焦距为720 mm, F数为5, 全视场大小为4.3°的分视场成像光谱仪系统。 分视场采用光纤将望远系统的细长像面连接到光谱仪的三个不同狭缝而实现。 三狭缝光谱面共用一个像元数为1 024×1 024, 像元大小18 μm×18 μm的CCD探测器。 通过ZEMAX软件优化和公差分析后, 系统在28 lp·mm-1处MTF优于0.62, 光谱分辨率优于5 nm, 地面分辨率小于10 m, 能很好的满足大视场应用要求, 该光学系统刈幅宽度相当于国内已研制成功的同类最好仪器的三倍。

根据阿达玛变换光谱仪的原理与狭缝衍射特性, 分析了光谱仪入射狭缝衍射对阿达玛变换光谱仪测量结果造成影响, 对衍射情况下的阿达玛变换光谱仪的仪器结构矩阵进行了研究, 得出了衍射情况下阿达玛变换光谱仪的编/解码方法, 通过对入射光谱的还原分析, 验证了编码/解码的正确性。 该方法对阿达玛变换光谱仪的高精度光谱测量具有重要意义。

成像光谱仪使用前需要对其进行光谱定标以确定其各光谱通道的中心波长和光谱带宽。 但是室内外光谱定标实验结果表明随着使用环境的变化成像光谱仪各通道的中心波长和带宽将发生变化。 对光栅色散型成像光谱仪各光谱通道的中心波长室内外定标结果的偏移进行研究, 从光栅色散型成像光谱仪的光学结构和工作环境参数出发对造成其中心波长偏移的因素进行分析和建模, 对震动、 机械形变和浓度等主要影响因素进行理论推导和数量级估算, 结合实验结果进行对比分析。 理论推导和实验数据分析都表明光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标获得的各通道中心波长的偏移量与各通道的本征波长成二次函数的关系, 其中震动和机械形变所带来的系统光路结构的细微改变是造成其中心波长偏移的主要因素, 使用环境温度的差异也对该成像光谱仪各光谱通道的中心波长具有一定的影响。

针对Schwarzschild结构在成像光谱仪系统中的应用进行了研究。 以Schwarzschild结构的像散分析为基础, 获得了该结构的完善消像差条件; 之后, 对该结构进行了改进, 由准直镜和凸面镜, 以及凸面镜和聚焦镜分别组成了两个消像散的Schwarzschild结构, 从而构成了Schwarzschild成像光谱系统。 并给出了这种系统的各个光学参数的计算条件。 以一工作波段为340~500 nm的紫外-可见成像光谱系统为例进行了设计, 从而对设计理论进行了验证。 根据优化理论计算了初始结构最优解并进行光线追迹模拟, 成功设计了数值孔径0.125, 全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.58的高分辨率成像光谱仪光学系统。 这种结构的不同变形分别可以作为Czerny-Turner系统, Ebert-Fastie系统或者Offner系统应用, 设计结果也表明这种改进的系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率成像光谱仪。

角度调谐薄膜滤光片因较大的波长调谐特性和良好的矩形度在密集波分复用系统中得到了广泛的应用。 在倾斜入射时薄膜滤光片透射光谱的透射率和半宽不仅受到入射角度的影响, 还跟滤光片两端面间的非平行度即楔角的大小有关。 详细分析了楔角对对滤光片透射率以及半宽的影响, 发现适当的楔角和角度取向能够改善倾斜入射状态下滤光片的透射光谱特性。 设计制备了楔角为0.8°的楔形薄膜角度调谐滤光片, 实验结果证明保持该楔角的方向与倾斜入射角度相同时会严重的劣化透射光谱的透射率和矩形度, 方向相反时则可以提高光谱的透射率以及矩形度, 并使器件的波长调谐范围增大约10 nm。

设计了一种基于立体角镜与固定平面镜组合的紧凑结构型干涉仪系统, 分析其光学系统, 得到各器件的影响与设计指标。 对动镜驱动系统进行设计与分析, 并通过PID算法进行调速, 确保动镜运动的准直、 匀速与平稳。 实验表明仪器的波数精度、 分辨率、 信噪比等关键指标能够满足实际应用的需要。

目前药品胶囊中六价铬的检测多通过实验室化学分析方法, 精度虽高但难以满足现场检测的需求, 针对此问题设计了一种可用于现场检测的痕量六价铬传感器。 它包括化学敏感材料、 光学激发模块与信号处理模块三部分, 化学敏感材料将六价铬浓度转化为光信号, 光学激发模块完成激光光源的稳定输出, 信号处理模块实现微弱光信号的转换、 放大、 数据处理与检测结果的显示。 实验通过制作的光电转换与信号处理电路完成痕量六价铬的快速检测, 实现了检测仪器的小型化与现场检测。 结果表明, 在六价铬浓度10～500 μg·L-1范围内传感器检测结果呈现良好的线性, 拟合后的线性方程为Y=1.542 47*X－2.353 47, 线性度为0.998 62, 检测下限达到10 μg·L-1, 传感器响应时间为90 s, 实验中选取5份药用胶囊样品做了对比检测, 结果表明该传感器定量检测数据可靠, 满足了痕量六价铬低成本、 快速、 现场检测的需求。