主要介绍了依托高频等离子体风洞建立的高温气体辐射测量平台, 并在此平台上开展了高温二氧化碳气体红外辐射实验测量。 介绍了高频等离子体风洞的运行原理、 流场特性及工作介质;介绍了实验测量的条件、 装置、 标定、 数据处理方法和结果分析;通过自建的高温气体发射光谱测量平台实验测量了二氧化碳气体在1 500～3 000 K范围内4个温度点的红外发射光谱;介绍了Abel变换在测量二氧化碳气体红外辐射空间分布中的应用, 通过Abel变换获得了高温下二氧化碳气体红外辐射的空间分布结果;分析了高温二氧化碳气体在4.3 μm附近的红外辐射的强度及其中心波长随温度变化的分布, 得到了发射峰中心波长随温度的升高向长波方向展开的结果, 并与文献结果进行了对比分析。

可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, 简称为TDLAS)技术具有高灵敏度、 快速响应、 非接触式、 环境适应性强等优点, 能够实现燃烧温度、 组分浓度、 速度等参量的实时动态在线测量。 为准确测量高温下的水汽浓度, 采用窄带半导体激光器作为光源, 结合实验室的高温测量系统, 记录了常压下1.39 μm附近水汽在773~1 273 K温度范围内的吸收光谱, 利用多线组合非线性最小二乘法拟合得到高温吸收光谱的吸光度, 找出了两条适合高温水汽浓度测量的吸收线7 154.35和7 157.73 cm-1, 首次提出高温水汽浓度测量的模型求解方法, 该方法测得的高温下水汽浓度符合理论推理, 浓度测量的标准误差低于0.2%, 相对误差低于6%。 通过实验验证了该测量方法的可行性。

以聚碳酸酯(PC)粉体、 有机硅光扩散剂和YAG∶Ce荧光粉为原料, 通过熔融共混法和高温压模法及减薄抛光工艺制备出不同有机硅光扩散剂质量分数的PC/YAG∶Ce光散射荧光树脂样品, 通过SEM、 XRD、 透射光谱和PL的性能分析, 表明: 荧光树脂样品在500～800 nm光谱范围有较高的透光率, 样品的主相都为Y3Al5O12, 在342和448 nm有两个激发波峰, 发射光谱在532 nm有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射, 对应的荧光寿命在61.5 ns左右。 把荧光树脂样品应用到白光LED器件的封装获得的光效为81.12 lm/W@100 mA, 说明PC/YAG∶Ce荧光树脂片适用于作白光LED封装的新型荧光材料。

针对目前等离子体温度测量中常用的Boltzmann平面法和双线法的测量精度较差的问题, 提出结合Boltzmann-Maxwell分布和Saha-Eggert公式来提高等离子温度的测量精度;根据高斯公式的面积与峰值关系建立了发射谱线线宽的简便算法, 并通过谱线的Stark展宽计算等离子体的电子密度;建立了以McWhirter准则的等离子局部热平衡(LTE)态判据。 以铝为被测样品的实验结果表明, 随着激光能量的增加, 等离子体温度和电子密度随之呈线性上升趋势;激光能量在127～510 mJ范围内的等离子体电子密度变化范围为1.305 32×1017～1.873 22×1017 cm-3, 等离子体温度的变化范围为12 586～12 957 K, 根据McWhirter准则本实验中所有等离子体均满足LTE态阈值条件;针对在光谱仪波段内可观测到的处于同一电离态谱线相对较少的铝元素, 在不适合用Boltzmann平面法计算温度时, 利用Saha-Boltzmann方法对100组铝等离子体光谱进行温度测量的相对标准偏差(RSD)为0.4%, 相比于双线法的1.3%, 大幅提高了测量精度。 该计算方法可用于快速计算等离子体温度、 电子密度及判断等离子体LTE态, 在自由定标、 光谱有效性分析、 谱线的温度校正、 确定最佳采光位置以及等离子体LTE分布状态等研究中都有较高的应用价值。

辐射测温以Planck定律为基础可以在不同的空间位置测量物体表面的发射辐射来反演温度, 以实现物体表面温度的非接触测量, 具有重要现实意义。 Planck定律确立了光谱辐射强度与黑体温度之间的定量关系, 然而在辐射测温理论和实践研究中, 实际物体表面光谱发射率的复杂性和未知性成为辐射温度精确测量的主要障碍。 基于特定的发射率模型, 可以在未知晓物体表面发射率的条件下实现物体温度的非接触测量, 但此时难于考虑被测物体的非漫发射特征。 为了在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度测量, 研究中直接从辐射测量方程出发, 经过适当数学转化后, 提出了辐射测温中的一个新概念一表观发射率, 并对其特征进行了分析, 结果表明在对非漫发射体进行温度测量时在同一次测量中, 表观发射率虽然形式上很复杂但仅是波长的函数, 可以直接针对波长进行模型构建, 进而可以在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度的封闭求解, 进而给出了有限立体角辐射测量条件下非漫发射体的波长和波段测量方程。 同时, 还对有限面积条件下的温度测量进行了研究, 发现如果具有非漫发射特征有限面积上的温度处处相同, 基于表观发射率的构建也可以实现温度的封闭求解。

首先根据群论及原子分子反应静力学的相关知识, 推导了SiH+分子离子基态X1Σ+的电子态和合理的离解极限。 然后采用Gaussian 09 程序包中优选出的QCISD(T)方法结合cc-pVQZ基组, 对SiH+分子离子基态结构进行了优化计算。 运用相同方法对SiH+分子离子基态进行了单点势能扫描, 分别采用9参数Murrell-Sorbie函数及Murrell-Sorbie+c6函数进行了非线性最小二乘拟合, 首次得到了SiH+分子离子基态的势能函数和相应的光谱常数ωe, ωexe, Be, αe。 计算结果表明, 利用9参数Murrell-Sorbie函数计算所得的光谱常数与实验光谱数据吻合得更好, 相对误差分别为0.13%, 3.07%, 0.38%, 5.25%以及0.52%, 这些数据均说明9参数Murrell-Sorbie势能函数能更好地描述SiH+分子离子基态的性质, 拟合所得势能曲线准确地再现了其离解能和平衡结构特征。 通过求解双原子分子核运动的径向薛定谔方程, 首次报道了SiH+分子离子基态在J=0时的振动能级、 转动惯量和六个离心畸变常数。 为实验上找到对应的跃迁提供了理论依据。

采用静电纺丝方法制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纳米纤维, 并以其为模板采用原子层沉积(ALD)方法制备不同 Mg 掺杂浓度的MgxZn1-xO纳米纤维。 研究了不同Mg掺杂浓度对复合纳米纤维结构和光学性质的影响。 利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 光致发光(PL)和紫外-可见光(UV-Vis)吸收谱对样品测试并进行表征分析。 结果表明, Mg元素的掺入并没有改变ZnO纳米纤维的形貌, 所有样品的表面形貌极其相似, 只是掺杂后纤维直径有所增大;随着Mg掺杂浓度的增加吸收边逐渐发生蓝移, 表明所制备MgxZn1-xO纤维的带隙具有可调节性。 与此同时, 在PL谱中可以观察到样品的紫外(UV)发光峰从377 nm移动至362 nm, 且与不掺杂的样品相比, MgxZn1-xO纳米纤维的UV发光强度明显增强。 通过这种方法可以合成组分可控的MgxZn1-xO纳米纤维。 在ZnO中掺入Mg元素可以有效地提高ZnO-PVP纳米纤维的禁带宽度以及UV发射强度。

通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107, 温度约200 μK, 直径约400 μm的超冷铯原子, 利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。 实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响, 发现光缔合光扫描速率较慢时, 铯分子振转光谱分辨率较高。 通过高灵敏的雪崩光电探测器探测冷原子荧光, 获得了超冷铯分子第一激发态6S1/2+6P3/2离解限0－g长程态高分辨振转光谱。 为了实现受控拉曼光缔合制备超冷基态分子, 光缔合激光频率需要锁定在原子-分子共振跃迁线, 对超冷原子光缔合光谱进行了超低频波长调制, 通过改变调制幅度和调制频率获得最优化的一阶微分信号, 将该信号反馈回激光器, 实现闭合环路稳频, 满足了受控拉曼光缔合制备振转能级可控的基态分子的实验要求, 该工作对研究受限空间中的超冷原子分子具有很重要的意义。

近年来, 科研工作者对ZnO纳米材料研究产生了浓厚的兴趣。 ZnO是一种具有宽带隙(3.37 eV)和较大的激子束缚能(60 meV)的六方纤锌矿结构半导体材料。 它具有优异的光电、 压电、 压敏及发光等特性, 在发光(激光)二极管、 传感器、 发光器件、 紫外探测器等领域都有非常好的应用前景。 至今, 有很多非常成熟的实验方法(包括静电纺丝、 水热法、 溶胶-水热法、 化学气相沉积法、 旋涂法及电化学沉积法等)用来合成ZnO纳米材料, 如纳米线、 纳米棒、 纳米盘及量子点等。 氧化锌纳米结构的制备和性质已得到了广泛的研究, ZnO的可见发光机理一直是研究的热点, 但很少有人对可见光范围内的光致发光进行总结。 光致发光光谱能反映一些重要信息, 如表面缺陷和氧空位、 半导体材料的表面状态、 光诱导电荷转移过程等。 有学者认为ZnO的发光机理与其晶体缺陷有关, 还有研究者认为其发光机理与氧空位有关等。 通过量子限域效应、 带边调制、 表面修饰方法、 缺陷调控方法等方面综述了ZnO可见区发光机理。

用高温固相法合成了CaAl12O19∶xMn4+(x=0.0～0.001 84 mol)红色荧光粉, 研究了反应温度及Mn4+掺杂量对荧光强度的影响, 通过正交设计优化的最佳合成条件是1 500 ℃, 掺杂量x=0.014 7 mol。 荧光粉发射深红色光, 其激发位于470 nm处, 而发射主峰位于656 nm, 其两侧的肩峰(643, 666 nm) 为声子副带发射。 光物理过程分析表明, 470 nm的激发为配体场的4A2→4T2的跃迁(d→d带), 而 656 nm的发射属于2E→4A2的跃迁。 由于470 nm激发峰与市场LED蓝光芯片的460 nm发射十分匹配, 而且又是发射LED芯片缺少的红光, 因此CaAl12O19∶xMn4+荧光粉十分适合用于LED光源。

将共沉淀法制备的前驱体于1 200 ℃煅烧3 h得到不同浓度稀土铒离子掺杂的钇稳定氧化锆基上转换粉体Zr0.92-xY0.08O1.96-0.5x∶xEr3+。 用X射线衍射仪和荧光光谱仪分别测试样品的物相结构和上转换荧光光谱, 探讨了样品可能的上转换机理。 结果表明: 样品中加入8 mol%的Y3+可获得结晶性良好、 单一稳定的立方型氧化锆固溶体, 同时由于加入的三价钇离子和四价锆离子半径大小与价态的差异造成c-ZrO2对称性的降低并形成氧缺陷, 这有利于样品的上转换发光性能的稳定和提高, 扩大其实际应用。 在980 nm红外光激发下, 样品发出539 nm(2H11/2→4I15/2), 552 nm(4S3/2→4I15/2)左右的绿光和656 nm, 680 nm(4F9/2→4I15/2)左右的红光。 Er3+掺杂浓度较低(0.1 mol%)时, 样品的发光是以激发态吸收作用产生的绿光为主;随着Er3+掺杂浓度的增加, 产生2H11/2+4I15/2→4I9/2+4I13/2, 4F7/2+4I11/2→2 4F9/2和4I15/2+4I9/2→2 4I13/2的交叉弛豫作用, 使得样品的绿光减弱, 红光明显增强;Er3+掺杂浓度较高(9 mol%)时, 样品发光以红光为主, 绿光微弱, 交叉弛豫作用居于主导地位。

基于离散偶极子近似法(DDA), 对水雾包裹沙尘颗粒的核壳结构光学特性进行研究, 计算了长短轴比例为2∶1的椭球形粒子的核壳结构内、 外层厚度及散射角度变化对光散射特性的影响。 结果表明, 内核大小不变, 外层厚度由1.2 μm增大到4.8 μm, 核壳双层颗粒散射系数和消光系数由3.4和3.43降低到2.543和2.545, 且散射相对强度也明显增大。 外层厚度不变, 内核厚度由0.6 μm增加到2.4 μm, 散射系数和消光系数由3.105和3.111变化为2.76和2.9;可见外层厚度对核壳双层颗粒散射特性的影响更大, 这是由于散射光主要与外层物质相互作用引起的。 散射相对强度随波长的增加而降低, 随核壳结构尺度的增加呈现递增的规律。 该结果对大气中气溶胶和水雾共同作用时的散射特性, 激光在其中的传输特性等研究有参考价值。

通过紫外光谱法、 稳态和时间分辨荧光光谱法比较, 研究了光诱导新型1-2代羧基芳基苄醚树枝配体周边取代酞菁锌(Ⅱ)配合物的分子内能量转移。 研究结果表明: 1-2代羧基芳基苄醚树枝配体周边取代酞菁锌(Ⅱ)配合物主要以单体形式存在于二甲基亚砜中;在270 nm处树枝配体吸收峰强度随着树枝代数增加而增加, 因此树枝配体的光捕获能力增强;树枝代数对酞菁核的荧光特性影响显著, 随着树枝代数增加, 荧光寿命和荧光量子产率降低;在270 nm激发, 能量从外围树枝配体(给体)传递给酞菁核心(受体), 这一过程中外围树枝充当能量肼的角色, 随着树枝代数增加, 分子内能量转移效率增大。 因此, 新型羧基为端基的芳基苄醚树枝酞菁锌配合物是一类新型光捕获天线结构的化合物。

利用Nd∶YAG激光器输出的1 064 nm激光进行了激光诱导击穿空气光谱实验, 测量了空气等离子体的时间分辨光谱。 基于局域热动力学平衡模型, 建立了模拟激光诱导击穿光谱的方法。 对700~900 nm波段的空气等离子体光谱进行了模拟。 通过模拟结果与实验结果的比较, 进一步估算出了空气中氮、 氧和氩的相对含量。

利用主成分分析方法结合支持向量机建立了太赫兹时域光谱冰片种类鉴别模型。 冰片是一些常用中成药的重要成分, 由于其来源多、 真假易混淆, 在制药和交易环节, 迫切需要快速、 简便、 准确的检测、 鉴别方法。 太赫兹时域光谱技术是利用太赫兹脉冲表征物质性质的一种新兴光谱技术。 实验使用透射式太赫兹时域光谱系统分别获得了艾片、 合成冰片和梅片三种冰片在0.2～2 THz之间的吸收谱线。 通过主成分分析, 做出了第一、 第二主成分二维得分图以及第一、 二、 三主成分三维得分图, 两者对三种不同种类冰片都具有很好的聚类效果。 用前十个主成分的得分值矩阵代替原光谱数据, 通过对三种冰片的60组样本训练, 对未知的60组样本鉴别, 建立了四种不同核函数的支持向量机模型。 对比结果表明, 径向基核函数构建的支持向量机对三种冰片的分类鉴别准确率均为100%, 由此我们确定选择具有径向基核函数的支持向量机建立冰片种类的鉴别模型。 此外, 在含噪情况下, 四种核函数SVM获得的总分类准确率都在85%以上, 说明支持向量机具有很强的泛化能力。 主成分分析结合支持向量机方法对冰片太赫兹光谱具有很好的分类和鉴别效果, 为冰片等中成药剂的种类鉴别提供了一种新思路。

用特征谱区筛选法结合太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对多元混合物成分含量进行了定量分析研究。 实验利用太赫兹时域光谱系统测量了由乳糖一水合物(LAC)、 对乙酰氨基酚(APAP)、 可溶性淀粉(starch)以及微晶纤维素(MCC)四种材料组成的混合物样品的太赫兹吸收光谱, 并分别尝试采用常规区间偏最小二乘(iPLS)、 向后区间偏最小二乘(biPLS)、 联合区间偏最小二乘(siPLS)和移动窗口偏最小二乘(mwPLS)四种特征谱区筛选法对多元混合物的太赫兹吸收光谱进行特征子区间优选, 建立了太赫兹吸收谱与四元混合物中乳糖一水合物含量之间的定量回归模型。 通过比较四种谱区筛选算法模型及全光谱偏最小二乘(PLS)模型所得结果, 表明采用移动窗口偏最小二乘法建立的谱区筛选模型得到的结果相对最优, 其交互验证均方根误差(RMSECV)、 预测均方根误差(RMSEP)、 校正集相关系数(RC)和预测集相关系数(RP)分别为0.980 3, 1.114 1, 0.996 0和0.995 1。 实验结果表明, 采用特征谱区筛选方法可以有效选择多元混合物太赫兹吸收光谱的特征区间, 提高模型精度和降低模型复杂性, 为实现多元混合物成分含量的快速检测提供了一种有效的方法。

利用便携式近红外光谱仪对376个涤/棉混纺织物进行研究, 利用定量分析模型中的偏最小二乘法(partical least squares, PLS)作为校正方法, 结合涤/棉混纺织物中涤、 棉含量设定的定性鉴别系数, 建立了涤/棉混纺织物的半定量-定性分析校正模型。 该模型对涤/棉混纺织物进行定性鉴别的同时得出其相对含量, 分析结果具有半定量性质。 在建模过程中, 采用Savitzky-Golay导数法, 消除噪声和基线漂移对光谱的影响, 并研究了波段选择和不同预处理方法对定性校正模型的影响。 纯棉的主要吸收峰位于1 400~1 600 nm, 纯涤的主要吸收峰位于1 600~1 800 nm, 随着涤或棉含量的增加, 其相应的吸收峰强度增强, 因此, 建模波段以涤、 棉主要吸收峰区间为基本波段, 进行双向扩展, 得到最佳波长区间1 100~2 500 nm(相关系数0.6, 波点数934)。 利用所建校正模型对验证集样本进行预测, 结果表明, 在1 100~2 500 nm处, 预处理方法为Savitzky-Golay导数、 多元散射校正与均值中心化相结合时, 该模型评价参数较佳, 其中RC(校正集相关系数)0.978, RP(验证集相关系数)0.940, SEC(校正标准差)1.264, SEP(预测标准差)1.590, 样品预测正确率达93.4%。 表明该定性分析校正模型能够较好地对涤/棉混纺织物进行半定量-定性预测。

为建立预测能力高、 稳定性强的可见/近红外漫透射光谱无损检测黄花梨可溶性固形物(SSC)数学模型, 对比各种预处理方法、 变量优选方法、 快速独立主成分分析(FICA)以及最小二乘支持向量机(LS-SVM)对黄花梨SSC模型的影响, 得出最佳的组合方法用于建立黄花梨可溶性固形物(SSC)预测模型。 采用Quality Spec型光谱仪采集550~950 nm波段范围内的黄花梨漫透射光谱并采用遗传算法、 连续投影算法和CARS(competitive adaptive reweighted sampling)三种方法筛选黄花梨可溶性固形物的光谱特征变量, 再结合FICA提取光谱主成分, 最后采用LS-SVM建立黄花梨的SSC预测模型。 结果显示, 采用CARS筛选的21个变量, 经FICA挑选出12个主成分数, 联合LS-SVM所建立的CARS-FICA-LS-SVM黄花梨SSC预测模型性能最佳, 建模集和预测集的决定系数及均方根误差分别为0.974, 0.116%和0.918, 0.158%, 同直接采用PLS方法建模相比, 变量数从401个下降到21, 主成分数由14下降到12, 建模集和预测集决定系数分别上升了0.023, 0.019, 而建模和预测均方根误差分别下降了0.042%和0.010%。 CARS-FICA-LS-SVM建立黄花梨SSC预测模型能够有效地简化预测模型并提高预测模型精度。

纺织品纤维成分的快速检测对其生产过程质量监控、 贸易和市场监督均具有重要的意义。 利用近红外光谱技术联合变量优选对棉麻混纺织物中的棉含量进行快速检测研究。 采用NIRFlex N-500型傅里叶近红外光谱仪在4 000～10 000 cm-1光谱范围内采集样本的反射光谱, 对样本光谱进行范围初选和预处理分析。 在此基础上, 利用UVE(uninformative variables elimination), SPA(successive projections algorithm)及CARS (competitive adaptive reweighted sampling)方法对光谱变量进行优选, 再应用PLS(partial least squares)建立棉麻混纺织物中的棉含量预测模型。 最后, 采用最优预测模型对未参与建模的样本进行预测。 研究结果表明, 4 052～8 000 cm-1光谱范围为棉含量较优的建模光谱范围。 CARS变量选择方法能较为有效地提高预测模型的精度, CARS-PLS模型的校正集、 预测集相关系数和均方根误差分别为0.903, 0.749和8.01%, 12.93%。 因此, 近红外光谱联合CARS变量优选可以用于棉麻混纺织物棉含量的快速检测, CARS方法可以有效简化预测模型, 提高预测模型性能。

钙、镁是植物体内两种重要的无机元素, 不直接吸收近红外光, 但在植物体内与有机物结合(果胶酸钙、 叶绿素)使得钙、 镁元素可被近红外光谱技术(NIR)间接测定。 使用NIR结合最小二乘支持向量机(LS-SVM)这一非线性回归方法实现对烟叶中钙、 镁的快速定量分析。 设计了混合的建模策略将500个烟叶样本划分多个校正集和验证集, 主成分分析-马氏距离方法用于选择建模样本, 蒙特卡洛交互验证在多元散射校正、 标准正态变量变换(SNV)、 Savitzky-Golay平滑、 求导、 去趋势算法和标准化等多种算法及其组合中选择最佳的光谱预处理方法并优化光谱波长范围, 多层网格搜索和十折交互验证确定LS-SVM模型的核函数参数σ2和正则化参数λ。 最终使用LS-SVM分别建立钙和镁的定量模型, 光谱预处理均选用SNV。 钙元素的LS-SVM模型校正集决定系数R2c为0.975 5, 外部验证集决定系数R2p为0.942 2;镁元素的R2c为0.996 1, R2p为0.930 1。 钙、 镁的LS-SVM模型结果均优于偏最小二乘回归模型结果(R2c钙=0.959 3, R2p钙=0.934 4, R2c镁=0.9582, R2p镁=0.894 2)。 结果说明了使用近红外光谱结合LS-SVM技术准确测定烟叶中钙、 镁元素是可行的。

近红外光谱定量分析中, 采用合适的校正集选择方法是建立预测性能良好的近红外定量模型的关键技术之一。 校正集选择方法有RS法、 CS法、 KS法和SPXY法等, 但是对以上校正集选择方法缺乏系统地比较。 本文以积雪草总苷中积雪草苷NIR定量模型为载体, 对NIR定量模型的7个评价指标进行分类和筛选, 比较了CS法、 KS法和SPXY法三种校正集选择方法对NIR定量模型的准确性和稳健性两类评价指标的影响。 结果表明, SPXY法与CS法、 KS法选择校正集样本后所建近红外模型的RPD和RSEP两个准确性评价指标存在显著性差异, 模型的稳健性评价指标RMSECV和|RMSEP-RMSEC|不存在显著性差异。 因此, 建立积雪草总苷近红外光谱的积雪草苷偏最小二乘定量模型时, SPXY校正集选择方法能显著提高该定量模型的预测准确度, 但对模型稳健性的评价指标没有显著影响, 以上结论为中药固体体系建立近红外定量模型确定校正集选择方法提供参考。

应用在2012年“中华”专用分拣复烤生产线中采集的7个产地的复烤前原烟和复烤后片烟的在线近红外光谱为试验资料, 通过建立不同产地近红外光谱的投影分析模型, 并结合方差及相关分析等, 研究烟叶复烤前后的均一性及相似性等品质特征的变化, 为客观的掌握烟叶原料质量及卷烟产品配方提供技术支撑。 本研究结果表明, 从数量庞大的在线近红外光谱中, 按等间隔采样时间筛选约1万条左右用于建模分析可行, 取样代表性充分;经人工分拣、 打叶、 复烤后的各产地烟叶近红外光谱的均一性提高幅度可达10%～35%, 烟叶品质的均质化程度显著提高;同时复烤后各产地烟叶所体现的相似性关系亦发生了变化, 从整体上其相似性显著降低, 即由产地体现的风格品质差异显著提升, 为优质卷烟的原料配方设计提供了更大空间, 体现了我国烟草企业生产优质中式卷烟需要消耗大量财力、 人力进行烟叶复烤加工的必要性。 传统的化学分析等手段需要花费大量的时间和精力, 难以对整个加工环节进行控制, 近红外光谱技术以其快速、 无损的优势, 不仅能够实现待测样品成分含量等的实时检测与质量控制, 而且应用生产过程中的大量近红外光谱, 可以从多角度进行有关产品品质信息的充分挖掘, 是一种在众多行业特别是农产品和食品加工行业中极具应用前景的在线分析检测技术。

以自2003年至2012年在国内外主要烤烟产地收集的5 170个烟叶样品的近红外光谱为试验对象, 其中典型上部烟叶光谱1 394 条, 中部2 550条, 下部1 226条;应用基于主成分及Fisher准则(PPF)的方法建立投影分析模型, 遵循相邻主成分数下得到的投影结果没有显著性差异和主成分个数尽量少的原则, 推荐主成分数为4下建立投影分析模型, 模型结果表明: 上、 下部烟叶的近红外光谱特征具有显著差别, 基本实现完全区分;而中部烟叶分别与上部和下部具有一定程度重叠, 这与部位本身具有连续性特征的实际情况相符合。 同时, 依据模型得到的预测样品投影值与模型中各类投影均值之间的欧氏距离, 对预测样品给出最近和次近类别及描述部位特征程度的量化分值, 并结合模型中各类投影值的离散度以及设定的阈值, 将预测结果细化为典型上、 上偏中、 中偏上、 典型中、 中偏下、 下偏中、 典型下等7类或超模型范围样品;应用2012年在实际复烤生产加工中取得的不同部位、 不同产地的34个烟叶样品验证了分析结果的合理性。 该种分析方式, 不仅可以实现预测样品的判别分析, 而且可得到关于预测样品更丰富的属性特征信息, 可对烟草工业企业实现原料的均值化加工和烟叶配方等提供指导。

β-酪蛋白是人乳酪蛋白的主要成分, 但它在牛乳中的含量却很小。 β-酪蛋白在两者中含量的差异, 是人乳比牛乳更易消化的原因之一, 研究人乳与牛乳β-酪蛋白结构和功能的差异, 对研制出更适合婴儿肠道的, 新型人乳模拟型婴儿配方奶粉具有指导性的意义。 用紫外分光光度法研究人乳β-酪蛋白和牛乳β-酪蛋白的溶解性、 巯基含量、 乳化性等功能性质, 用荧光光谱和红外光谱分析比较两种蛋白的结构特点。 两种蛋白等电点十分接近(pH 4.0～5.0), 在等电点附近时, 人乳β-酪蛋白的溶解性(10.83%)低于牛乳β-酪蛋白(11.83%), 而偏离等电点时人乳β-酪蛋白具有更高的溶解性, 人乳β-酪蛋白的乳化活性指数(110~140 m2·g-1)高于牛乳β-酪蛋白(70～130 m2·g-1), 两种蛋白的表面巯基(SH)相似［(18.47±0.08)和(18.67±0.17) μmol·g-1］, 而牛乳β-酪蛋白总巯基的含量［(47.46±0.23) μmol·g-1］大于人乳β-酪蛋白［(26.17±0.12) μmol·g-1］, 两种蛋白官能团相似, 均含有β-折叠结构, 人乳β-酪蛋白的氢键数量和内部的疏水性均小于牛乳β-酪蛋白。 结果表明, 人乳β-酪蛋白比牛乳β-酪蛋白具有更少的α-螺旋和β-折叠等二级结构, 具有更疏松灵活的三级结构, 同时也具有更高的分子的表面活性。

通过分析HyJet V磷酸酯液压油的环境(润滑油等)及干扰因素(酸度和温度等)的影响, 研究荧光法检测飞机用液压油泄漏的可行性。 利用荧光分光光度计, 获得不同酸度和温度时HyJet V磷酸酯液压油、 Jet Oil II润滑油、 2197润滑油的荧光特性, 实验结果: HyJet V磷酸酯液压油、 Jet Oil II润滑油、 2197润滑油的荧光峰分别在362, 405和456 nm。 温度对HyJet V磷酸酯液压油影响较小;Jet Oil II润滑油、 2197润滑油荧光强度随温度升高逐渐减小。 酸度增加时, HyJet V磷酸酯液压油荧光峰从370 nm渐变为362 nm, 荧光强度逐渐减小;Jet Oil II润滑油荧光峰保持405 nm不变, 荧光强度逐渐减小;2197润滑油荧光峰由456 nm处红移至523 nm, 出现双荧光峰, 直至荧光特性消失。 结果表明: 在环境及干扰因素的影响下, HyJet V磷酸酯液压油的荧光特性基本保持不变, 并且区别于Jet Oil II润滑油、 2197润滑油。 因此, 实验证明利用荧光法检测HyJet V磷酸酯液压油泄漏是可行的。

分别以柠檬酸钠(CTS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面修饰剂, 采用化学法制备纳米银(分别标记为Ag-CTS和Ag-PVP)。 当甲基橙溶液中加入Ag-CTS或Ag-PVP时, S2→S0和S1→S0荧光强度分别明显减弱和增强。 不同的是Ag-PVP引起S2→S0和S1→S0荧光强度减弱和增强的幅度更大, 且S2→S0荧光峰出现红移。 当甲基橙溶液中加入Ag-CTS时, S1→S0荧光强度随时间延长逐渐增强, 而加入Ag-PVP时, S1→S0荧光强度则不随时间而变化。 颗粒尺寸较大的片状结构纳米银引起S1→S0荧光强度增强比率较小。 甲基橙溶液浓度越低, S1→S0荧光强度增强比率越大。 研究结果表明, 纳米银表面吸附的不同表面修饰剂通过影响纳米银与甲基橙分子间距离进而影响纳米银的荧光增强效应;纳米银尺寸大小则由于所产生的局域面表面等离子共振特点等差异影响其局域场增强效应。

蒜头果蛋白(malanin)是从云南、 广西特有植物蒜头果中分离纯化出的一种新的、 具有抗肿瘤活性的糖蛋白。 用荧光光谱法研究了Cu2+, Ag+和Ca2+对malanin和apo-malanin溶液(经EDTA透析脱去金属离子后的脱金属蛋白)荧光强度的影响。 结果表明, Cu2+对malanin和apo-malanin荧光均有明显的静态猝灭现象, 其离解常数Kd分别为2.37×10-4和2.66×10-4 mol·L-1;Ag+对malanin的荧光强度变化不大, 但对apo-malanin荧光强度却有明显的静态猝灭现象, 其离解常数Kd为2.37×10-4 mol·L-1;而Ca2+对malanin和apo-malanin荧光强度均无明显变化, 说明Ca2+对维持malanin分子天然构象具有重要作用。

基于多肽(Polypeptides PC2～PC6)中富有巯基(-SH)官能团, 其与单溴二胺(Monobromobimanes mBBr)能够发生缩合反应, 生成具有荧光信号的多肽衍生物;通过优化色谱分离条件, 建立了高效液相色谱(荧光检测器)测定多肽的方法;试验中利用质谱鉴定了PCs与mBBr缩合反应的比例关系。 结果显示, 通过比较PCs标记前后化合物的质谱图, PCs与mBBr反应比例关系为1∶1, 稳定性好;高效液相色谱-荧光法测定多肽化合物, 五种化合物间分离度较好, 出峰时间集中在16.6～22.0 min间;PC2, PC3, PC4, PC5和PC6线性相关性系数＞0.999 1, 方法定量限分别为0.3, 0.05, 0.3, 0.5和0.8 mg·L-1, 回收率范围为83.0 ％～102.0％;重线性较好, RSD＜2.0%, 该方法实现了多肽类化合物快速、 准确定量分析。

利用三维荧光光谱结合交替归一加权残差算法(ANWE), 对碳酸饮料中胭脂红含量的直接测定。 首先通过使用英国爱丁堡公司生产的FLS920P荧光光谱仪测量所配制的胭脂红和日落黄混合溶液样品的三维荧光光谱, 利用ANWE算法来进行解析, 得到校正集中浓度与真实浓度的相关系数为0.9917, 平均回收率为100.92%±2.71%, 结果表明, ANWE算法可靠性比较好;然后把市售碳酸饮料稀释8, 9, 12, 13倍, 分别测量它们的三维荧光光谱, 结合ANWE算法进行解析, 计算得到校正集中浓度和实际浓度的相关系数分别为0.993 0, 0.993 0, 0.993 2, 0.993 2, 以及饮料中胭脂红含量分别为38.88, 37.71, 37.68和39.65 μg·mL-1, 平均浓度为(38.48±0.96) μg·mL-1;最后, 为了验证所得饮料中胭脂红浓度的准确性, 使用标准添加法, 解析得到, 校正样品中胭脂红的校正浓度和真实浓度相关系数为0.993 5, 且平均回收率为102.99%±2.15%。 检测结果可为饮料中食品色素的快速定量提供一种新的思路。

SF6气体作为绝缘介质大量应用于气体绝缘组合电器(GIS)中。 GIS绝缘缺陷引起的局部放电会导致SF6气体发生分解。 分析SF6气体及其主要衍生物是检测GIS设备局部放电的一种重要方法。 研究表明, SO2是一种典型且稳定的局部放电衍生物, 其变化规律可以用于表征GIS的绝缘状况。 此外, 紫外光谱检测系统具有价格低廉、 不受现场电磁及振动干扰等优点。 本文通过紫外光谱定性、 定量分析SF6气体稳定的衍生物SO2, 达到对GIS局部放电的快速检测。 一阶导数和S-G滤波被用于光谱信息的去噪和平滑;以模拟放电实验验证特征选取合理性;主成分回归对SO2浓度做定量分析;用SO2浓度对放电时间做模糊判断。 通过选择合适的波段(295～305 nm), 紫外光谱能够很好的从SF6气体复杂的衍生物中识别出SO2。 首先回顾了SF6气体局部放电下的分解机理, 然后通过模拟局部放电实验验证了紫外光谱用于GIS局部放电快速检测的合理性, 最终做到了对GIS局部放电的快速检测和放电时间的模糊判断。

以矿区复垦农田土壤为研究对象, 利用实验室获取的土壤重金属元素砷(As)、 锌(Zn)、 铜(Cu)、 铬(Cr)和铅(Pb)的含量与土壤可见近红外高光谱数据建立重金属元素含量的定量估算模型。 为了保证模型预测的精度和稳定性, 首先, 对原始光谱数据进行平滑处理, 并进行光谱变换, 即: 一阶导数, 标准正态变量变换及连续统去除变换;然后, 通过相关性分析提取不同变换光谱的特征波段;最后, 将最小二乘支持向量机与传统的多元线性回归和偏最小二乘回归方法的结果相比较。 研究表明: (1)以不同变换光谱数据建立反演模型均有较好的稳定性并达到一定精度, 其中以最小二乘支持向量机方法优于偏最小二乘回归优于多元线性回归模型(除少数几个情况外);(2)从不同光谱变换数据中提取的光谱特征对反演模型结果有一定影响, 其中以连续统去除和标准正态变量变换建模结果较好, 一阶导数变换稍差。 因此, 利用高光谱遥感技术来定量估算土壤重金属含量是可行的, 而且, 必要的光谱预处理对提高估算模型的精度很有帮助。

采用X射线衍射、 红外吸收光谱及扫描电镜等现代测试方法, 对“油青种”翡翠的矿物学特征及颜色成因进行了深入研究。 X射线衍射分析结果显示, “油青种”翡翠“肉”的矿物组成为较纯的硬玉, 而“皮”由硬玉、 绿泥石及纤蛇纹石等三种矿物组成。 红外吸收光谱分析所揭示的矿物组成与X射线衍射较为一致, 同时发现“油青种”翡翠“肉”及“皮”具有~2 956, ~2 919和~2 850 cm-1等三个典型有机质的特征吸收峰。 “油青种”翡翠“肉”中硬玉呈现明显的柱状, 结晶程度明显好于“皮”中的硬玉, 但“皮”中硬玉比“肉”中硬玉明显富含Mg, 说明“皮”中硬玉发生过强烈的水/岩反应。 纤蛇纹石仅在“油青种”翡翠的“皮”中出现, 晶面呈现明显的弯曲状。 在“油青种”翡翠“肉”的裂隙处及“皮”中均发现片状绿泥石的存在, 可能为“油青种”翡翠致色的主要原因。 形成于还原性水/岩反应的绿泥石, 会吸附或者包裹一定量的有机质, 导致“油青种”翡翠出现有机质的特征吸收峰。

通过电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)以及扫描电镜等手段对超慢速扩张的西南印度洋中脊热液区的3个硫化物样品的金银含量及其赋存状态进行了研究。 通过ICP-AES测定金银含量, 结果发现3个样品均有Au和Ag富集的现象。 通过能谱-扫描电镜联用(SEM/EDS), 在三个样品中发现了大量的金银矿物。 其中S27-4中, 主要以不规则粒状的银金矿和自然金的形式赋存于硫化物中或者晶粒之间, 而S35-22中, 则发现了大量的银矿物和部分银金矿。 能谱分析表明银矿物中常伴随有一定量的卤族元素, 推测以卤化银的形式存在, 银金矿除了以粒间金赋存还可以呈乳滴状被吸附在黄铁矿表面或者晶棱上, 推测与黄铁矿表面缺陷有关。 S35-17样品中银金矿是唯一被发现的矿物相, 以包体金、 吸附金和间隙金形式赋存。 由于不同样品中, 银金矿的摩尔比有所不同, 指示形成环境有所不同。 研究结果表明, S27-4的成矿流体中, Ag主要以AgCl-2络合物迁移, Au经历了以AuCl-2络合物到AuHS0络合物为主的转变, 指示了其温度从中高温到中低温的变化过程, 说明了传导冷却在这个变化过程中有重要作用。 S35-22中金银矿物的形成也具有类似的富集机制, 但S35-22中卤化银的形成显示了早期高温高氯度的流体环境。 而黑烟囱样品S35-17中银金矿的形成则与热液流体与海水的混合作用有密切关系。

熊耳群是前寒武纪火山-沉积作用的产物, 其顶部的马家河组(玄武)安山质火山岩内发育了夹层状热水成因硅质岩。 选择熊耳群马家河组硅质岩夹层中的碧玉岩为对象, 利用偏光显微镜, XRD, Raman和EBSD等方法剖析了其微区特征。 研究结果显示: 硅质岩内石英颗粒的显微镜和EBSD照片均表现出颗粒细小、 结晶程度低和紧密堆积结构等特点, 这完全吻合热水沉积硅质岩的特征;硅质岩内粒径不同的颗粒呈条带(或薄层)状交互出现, 不同条带(或薄层)内矿物的组成存在明显的差异, 这应该反映了原始物质供给的周期性变化;XRD分析结果指示硅质岩内的主要矿物为低温石英, 其晶胞参数为a=b=0.491 3 nm, c=0.540 5 nm和Z=3;EBSD照片和Raman分析结果显示硅质岩内微量的杂质矿物形成于不同阶段, 其中粘土矿物和黄铁矿呈零星分布并反映了原始沉积成因, 长英质矿物和铁镁硅酸盐矿物均来源于火山凝灰质沉积;火山凝灰质矿物的颗粒偏大并构成了硅质岩内的粗颗粒条带(或薄层), 它们与热水沉积为主的细颗粒矿物条带(或薄层)交互产出, 这反映了火山作用的周期性反复活动;后期的碳酸盐热液沉淀于硅质岩内裂隙中, 它们还导致石英颗粒边缘有序度升高。 虽然熊耳群硅质岩内的矿物种类和成因均极为复杂, 但火山物质的输入是导致熊耳群硅质岩SiO2含量偏低的根本原因并得到了硅质岩内大量火山成因矿物的证实。 在硅质岩的微组构研究中, Raman光谱分析可以有效的揭示微区上矿物的类型、 微区结构及有序度, 这些特征是反映硅质岩内部矿物形成与演化过程中微区变化的重要信息。

罗布泊“大耳朵”地区具有典型的干盐湖特征, 研究该地区重金属形态分布特征, 对丰富干盐湖重金属地球环境化学资料具有重要意义。 首次以罗布泊“大耳朵”地区L07-11剖面沉积物中重金属Cd, Pb, Ni, Cu为研究对象, 利用Tessier连续提取法对沉积物中重金属Cd, Pb, Ni, Cu的五种赋存形态进行提取, 并用火焰(AAS-990)原子吸收分光光度法和石墨炉(GF-990)原子吸收分光光度法对其进行检测, 并做了相关性分析。 结果表明: L07-11剖面沉积物中Cd浓度的变化范围在1.10～2.54 mg·kg-1;Pb浓度的变化范围在9.18～20.02 mg·kg-1;Ni浓度的变化范围在9.88～17.15 mg·kg-1;Cu浓度的变化范围在4.43～21.11 mg·kg-1;有机质的变化范围在8.71～54.72 g·kg-1。 这四种重金属的生物有效态占各重金属总含量的比例大小顺序为: Cd＞Pb＞Cu＞Ni, 其中Pb和Cd主要以可交换态(包括水溶态)形式存在;Ni主要以残渣态形式存在;Cu以铁锰氧化物结合态和残渣态存在的比例较大。 表层沉积物中四种重金属的有效态含量均超过了80%, 除重金属Cu外, 其余3种重金属可交换态含量均超过60%。 重金属Cd和Pb具有较高的二次释放潜力, 各重金属与沉积物中有机质之间存在一定的相关性。 结果揭示了罗布泊“大耳朵”地区L07-11剖面沉积物中重金属Cd, Pb, Ni, Cu各赋存形态的分布特征, 为了解该地区Cd, Pb, Ni, Cu的地球化学特征及分布状况提供了基础资料。

采用非现场表面增强拉曼光谱(ex-situ SERS)与电还原等方法, 对2,3-二巯基丁二酸(DMSA)及与Ni(Ⅱ)所形成的配位化合物DMSA-Ni(Ⅱ), 在活性Au电极表面的修饰膜进行了研究。 先由紫外吸收光谱测算了DMSA与Ni2+形成的配合物参数, 其配位比为1∶2, 稳定常数为4.716×107, 可知形成的配合物较稳定。 研究表明, DMSA与活性Au发生了吸附作用, DMSA-Ni(Ⅱ)形成的是S—Ni—O配位键, DMSA-Ni(Ⅱ)在Au电极上电还原时出现了两个还原峰, 认为: 负扫出现的第1个还原峰是由DMSA-Ni(Ⅱ)配合物动态平衡中的DMSA与Au吸附键合的RS—Au基团产生, 而第2个还原峰与配合物中的Ni2+有关。 通过Au表面DMSA-Ni(Ⅱ)修饰膜覆盖度的测定、 分子面积的比对表明, DMSA-Ni(Ⅱ)在活性Au表面的分子排布状态可能是分散的或局部连接的单分子层, 而非聚集在一起的致密层或分子间重叠的多层形式。

以核桃果皮为原料, 以氯化锌为活化剂, 采用正交设计, 马弗炉加热法制备了核桃果皮基活性炭, 并对所得活性炭进行表征, 测定了不同实验条件下制备的核桃果皮基活性炭的得率、 比表面积和碘吸附值, 对最优条件下制备的活性炭进行了孔径分析、 红外光谱分析, Boehm法测定其表面酸性基团含量等。实验结果表明: 以氯化锌为活化剂制备核桃果皮基活性炭的最佳工艺参数分别为: 活化温度600 ℃, 活化时间1 h, 氯化锌浓度50%, 粒径大小为60目。最优条件下制备的活性炭比表面积达到1 258.05 m2·g-1, 中孔率为32.18%, 说明核桃果皮可以制备出比表面积高的优质活性炭, 不但实现了农业废料的资源化, 还解决了农业废料污染的问题, 同时提供了廉价的吸附剂, 对于开辟活性炭原料的新来源具有重要意义。

在气体浓度检测过程中采用特征光谱吸收法时, 提高气体浓度检测精度常常需要采用高质量窄带激光器并调制其波长使其对准被测气体特征吸收峰的方法, 这样大大增加了对激光器的要求及系统成本。 为了在采用原有便携式、 低成本固体激光器的条件下获取更高的检测精度, 设计了转换窗差分吸收光学结构以及特征吸收差分比例算法。 分析了特征波长位置选择的依据, 给出了实现该处理算法的步骤。 系统利用转换窗与吸收气室组合的方法, 将非特征吸收峰位置上的光强响应通过求比值的方法约掉, 从而实现了与采用窄带激光器对准特征吸收峰位置相近的检测效果。 实验采用MW-IR-1650型红外激光器、 SSM17-2型步进电机控制模块、 C30659型红外探测器等器件, 对不同浓度的甲烷气体进行测试, 结果显示在200～5 000 ppm之间测量相对误差基本在2.0%以内。 证明了该系统具有较高的检测精度及稳定性。

地面实测地物光谱可提供细致的光谱信息, 表现同种地物不同理化特性和不同种类地物光谱的微小差异, 使利用光谱进行地物识别成为可能。 使用美国HR-768型地物光谱仪, 在塔里木河下游和吐鲁番沙漠植物园实测胡杨、 柽柳、 梭梭和沙拐枣高光谱数据, 利用包络线去除、 一阶微分和二阶微分法对原始光谱进行变换处理, 使用马氏距离法确定所测树种原始光谱和变换光谱的差异显著波段, 利用逐步判别法检验所选差异波段的识别效果。 结果表明: 马氏距离法可准确确定树种识别的最佳波段, 且上述4树种光谱识别波段大多位于近红外区。 原始光谱、 包络线去除、 一阶微分和二阶微分四种光谱对4树种的识别精度分别为: 85%, 93.8%, 92.4%和95.5%;可见, 原始光谱经变换处理可提高树种的识别精度。 但不同研究对象、 不同光谱处理方法, 提高识别精度的效率不同。 研究结果将为大尺度高光谱遥感影像用于荒漠植物分类与生境监测和评价提供依据。

提出一种基于高光谱成像技术的鸡胴体表面低可见污染物的双波段检测算法。 首先, 在所采集的高光谱数据中, 选择ROI(region of interesting)内光谱的同一性最好、 同时与边缘区域平均光谱差值最大的675 nm波段图像进行二值化处理, 利用区域生长法提取最大连通区域作为掩膜。 再将掩膜与污染物可分辨度最大的400 nm谱段图像进行“与”操作, 提取出最大面积的鸡胴体待检ROI, 最后利用标记法识别出ROI内有污染物存在的鸡胴体。 试验结果表明, 采用这种双波段算法, 不仅可以获得能够根据鸡胴体形状及位置自适应调节的最大ROI(比已有研究方法提取的ROI面积大176%以上), 而且对鸡胴体表面低可见度血液、 胆汁和粪便的正确检出率平均可达81.6%。

在线光谱水质检测仪器是现代水资源环境监测技术的重要发展方向之一, 具有多参数监测和准确度高、 重复性好的技术优势, 然在线被测水样的光谱信号处理是其关键核心技术, 为此, 基于连续光谱分析, 建立了在线被测水样光谱测量信号的数学模型, 提出了基于双波长光强比值不变性的光谱测量信号系统误差处理方法, 并结合小波多分辨率滤波噪声处理技术, 系统研究了基于在线被测水质参数光谱特征的背景干扰处理方法。 以上信号处理方法应用于自主研制的多参数光谱水质监测仪器, 在线检测标准环境水样及实际环境水样中的化学需氧量、 六价铬和阴离子表面活性剂等水质参数, 并与国家标准分析方法展开了现场对比测试, 仪器的关键参数重复性(相对标准偏差RSD≤10%)与准确度(实际水样比对试验相对误差A≤10%)均达到并优于国家环境保护技术标准要求, 表明该信号处理方法能够有效消除在线水质检测光谱测量信号的系统误差及噪声与背景干扰, 对于提升光谱水质监测仪器的技术性能具有重要的作用。

单次脉冲工作的真空弧离子源, 采用金属钛吸附氢形成的Ti-H固溶体作阴极, 生成的等离子体同时包含金属钛和氢的成分, 且在径向、 横向以及时间尺度上都存在梯度, 整个体系处于非平衡状态, 不能用一个统一的温度来描述。 假设由电子组成的子系统和由其他重粒子组成的子系统分别达到平衡, 即Ti-H等离子体由电子温度和重粒子温度两个温度来描述, 为双温度等离子体。 采用Culdberg-Waage解离方程和Saha电离方程分别对系统中的分子解离和原子电离过程进行描述, 结合等离子体电荷准中性条件, 同时引入原子发射光谱这一无干扰的等离子体诊断方法, 对Ti-H等离子体的温度和粒子数密度进行诊断。 在MATLAB环境下, 同时考虑金属Ti原子和一价Ti离子的电离, 计算结果显示: 根据谱线的斯塔克展宽确定的电子密度进行计算, 除重粒子温度和氢气分子的数密度之外, 其他的参数均可得到较准确的诊断结果;电子密度数值的准确性对计算结果有很大的影响;如果能够在计算之前确定重粒子温度, 则可对Ti-H等离子体的温度和粒子数密度进行准确的定量分析。

密度是竹材重要的物理指标之一, 与竹材的许多物理力学性能紧密相关。 采用计算机层析成像(CT)技术, 对2-5年生梁山慈竹(Dendroclamus farinosus)的密度时空变异特性进行了系统研究;利用正交试验设计确定了适宜的扫描参数, 对其气干密度(Y)与相对应的CT值(X)之间的相关性进行分析研究, 建立了线性回归模型(Y=0.001X+1.148)并验证了该模型的准确性, 得出两者之间存在着线性关系;同时利用模型计算出梁山慈竹径向和纵向的密度变化规律。 为实现梁山慈竹密度的精准高效检测提供了新方法, 也为深入研究竹材的材性和构造提供了新思路。

植被含水量是作物长势好坏的指示因子, 利用遥感技术及时准确监测植被含水量对农业生产、 作物估产和干旱状况评价具有重要意义。 基于新一代对地观测计划Landsat 8 OLI传感器(Operational Land Imager, 陆地成像仪), 评价其植被含水量反演的能力与局限性。 首先, 利用ProSail冠层模型模拟冠层光谱反射率数据集, 分析OLI传感器的植被含水量敏感波段以及土壤背景对各波段反射率的影响, 然后利用基于Landsat OLI影像计算的植被水分指数和2013年6月1日—8月14日期间采样的植被含水量数据, 比较12种植被水分指数与地面实际采样的植被含水量的相关性, 评价估算植被含水量的最佳植被水分指数。 结果表明: OLI传感器的红、 近红外和两个短波红外对植被含水量敏感, 其中近红外波段最为敏感;在低植被覆盖度时, 土壤背景反射率的太阳辐射将达到光谱传感器影响植被水分指数与植被含水量之间的关系, 利用ProSail模拟干湿土壤背景反射率结果也表明土壤背景对植被冠层反射率的影响很大;引入优化土壤调整植被指数(OSAVI)去除土壤背景对植被水分指数的影响;在12种植被水分指数中, MSI2与植被含水量的拟合关系最好(R2=0.948), 植被含水量的平均拟合误差为0.52 kg·m-2;在植被生长晚期即植被含水量大于2 kg·m-2时, 各植被水分指数出现饱和情况, 植被含水量的估算结果不佳。

水分含量是表征作物水分胁迫生理状况的重要指标, 及时有效地监测作物水分含量对于评估作物水分盈亏平衡, 指导农业生产灌溉具有重要意义。 针对不同形式的归一化差值水分指数(NDWI)存在的饱和性问题, 拟引入增强型植被指数EVI对其加以适当改进, 通过构建新的植被水分指数NDWI#(即NDWI*EVI)来估算作物水分含量。 首先, 利用PROSAIL辐射传输模型分析了由不同水分敏感波段(1 240, 1 450, 1 950和2 500 nm)构建的各种典型NDWIs与相应新植被水分指数NDWI#对植被冠层水分及LAI的饱和响应特征;然后, 利用田间实验光谱和水分数据, 开展作物水分含量的建模和验证分析。 结果表明: 将EVI引入后, 形成的新水分指数NDWI#能够有效提高冬小麦水分含量估算精度, 特别是针对NDWI1450, NDWI1940, NDWI2500这三个指数, 改进后的新指数显著提高了对LAI响应的饱和点, 冬小麦作物水分估算精度也得到较为的明显改善。 研究表明, 将含有可见光波段信息的EVI引入到NDWI中, 构建的新指数NDWI#因融合可见光、 近红外和短波红外更多波段的光谱信息, 对估算冬小麦冠层含水量可能具有更好的优势。

以脉冲Nd∶AG激光器的二倍频输出为激发源, 获得了一种家庭用煤的激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectrum, LIBS)。 通过对谱线的归属, 发现该煤种除包含文献报道的C, Si, Mg, Fe, Al, Ca, Ti, Na, K元素外, 还包含Cd, Co, Hf, Ir, Li, Mn, Ni, Rb, Sr, V, W, Zn, Zr等微量元素, 谱图中没有出现对应H和O元素的谱线, 把该现象归因于H和O原子的跃迁概率较小, 而灵敏谱线对应跃迁的上能级能量较大。 同时发现随激光脉冲能量的增加, 等离子体发射谱线的强度增大, 增加到一定程度, K原子766.493和769.921 nm谱线会出现自吸收现象, 自吸收的程度随激光能量的增加而增强, 出现明显的双峰结构, 把自吸收现象归因于原子大的跃迁概率及激光强度增加引起等离子体中粒子数密度的增大。

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对不同地区六种类型的农田土壤进行了研究, FTIR结果显示, 其红外光谱主要是由黏土矿物、 有机质及碳酸盐、 磷酸盐、 锰酸盐等无机盐类的振动吸收带组成, 六种土样的红外光谱均属于蒙脱石型图谱。 ICP-MS测试结果表明不同类型、 不同颜色土样的速效元素含量不同, 各地区土样中速效钙的含量均处于极缺状况, 仅葫芦岛市土样中速效镁的含量处于中等水平, 其他地方土样均处于缺乏状况, 六地区土样中仅白银土样中速效锰、 速效锌的含量处于缺乏状况, 仅呈贡县土样中速效铁的含量处于缺乏状况, 各地区土样中速效铜的含量均比较丰富, 济宁市农田土样中速效磷的含量丰富, 洛阳市、 葫芦岛市农田土样中速效磷的含量处于中等水平, 呈贡县、 白银市及陆良县农田土样中速效磷的含量处于缺乏状况。 洛阳市、 呈贡县、 济宁市农田土样中速效钾的含量均比较丰富, 陆良县土样中速效钾的含量处于中等水平, 葫芦岛市、 白银市农田土样中速效钾的含量处于缺乏状况, 可以看出, 速效微量元素镁、 铜、 铁、 锰和锌的含量基本上随土样颜色的加深而增加。 根据全国土壤普查土壤养分含量分级标准, 分析了各地区土壤速效元素含量的丰缺状况, 并对各地区土样速效元素的缺乏制定了相应的补救措施。

应用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)建立了定量分析车用汽油中氯的新方法。 方法选择航空煤油作为稀释剂, 按稀释剂: 样品为4∶1(体积比)进行稀释。 选取波长134.724 nm为分析谱线, 在辅助气中引入0.050 L·min-1氧气, 有效的消除积碳, 保持等离子体稳定。 方法考察了发射功率, 雾化气流量, 辅助气流量以及氧气流量对氯信背比的影响, 确定了ICP-AES的最佳分析条件, 通过标准加入法校正基体效应和信号漂移对测量所造成的影响。 方法的加标回收率在96.6％～103.9％之间, 相对标准偏差(RSD, n=10) 在1.57%～4.49%之间, 方法检出限为0.27 mg·L-1。 此方法和微库仑法对样品中有机氯的测定结果基本一致, 而且, 该方法具有不受元素的存在形态限制的优点, 测定的结果为总氯(有机氯和无机氯)含量。 方法简便, 快速, 灵敏, 拓展了ICP-AES在非金属元素特别是卤素分析方面的应用, 可用于车用汽油中氯含量的日常检测, 为车用汽油的质量评价提供技术保障。

黄龙玉是云南省龙陵县近年发现的新玉石品种, 在国内市场热度较高。 目前对其矿物组成和光谱特征还未有报道。 在常规的宝石学测试基础上, 重点采用激光拉曼光谱仪、 红外光谱仪和X射线粉晶衍射(XRD)分析方法, 对其振动光谱特征和矿物组成进行了细致的研究。 结果表明, 黄龙玉显示典型的石英质玉石的振动光谱特征, 主要红外吸收谱带位于1 162, 1 076, 800, 779, 691, 530和466 cm-1处, 分别属于Si—O—Si非对称伸缩振动、 Si—O—Si对称伸缩振动、 Si—O—Si弯曲振动。 其中在800 cm-1附近谱带有分裂, 表明黄龙玉结晶程度较好。 拉曼光谱中, 归属Si—O—Si弯曲振动的谱带强度较高, 主要拉曼散射峰为463和355 cm-1。 XRD结果证实, 其矿物组成为较纯的石英, 红色样品中还含有微量的赤铁矿, 是其产生红色的原因。 这是首次系统研究黄龙玉的红外光谱、 拉曼光谱及XRD谱学特征, 为其鉴定、 定名及后续的研究提供科学依据。

近年来, 生物质碳(biochar)作为新型吸附剂被广泛研究。 但由于制备biochar的生物质原料和热解温度的不同, 使biochar的结构和组成存在差异, 从而影响其对污染物的吸附。 目前关于biochar的结构和组成的研究还不够全面。 因此, 结合了能谱与光谱分析的手段, 对biochar的结构和组成进行了深入的分析。 选取木质类(柳树枝条)和草类(水稻秸秆)作为原料, 分别在不同热解温度(300, 450和600 ℃)下制得biochars, 并对biochars样品进行元素分析、 X射线光电子能谱分析(XPS)和固态13C核磁共振(13C NMR)研究, 以阐明不同热解温度和生物质来源的biochars的结构和组成。 结果显示: biochar的H/C, O/C和(O+N)/C的比值随着热解温度的升高而降低;草类biochar比木质类biochar具有更高的灰分含量和表面极性;木质类biochar的矿物主要分布在样品颗粒内部, 其表面被有机质覆盖, 而草类biochar部分矿物暴露在样品颗粒表面;13C NMR显示低温制得的biochar主要由芳香碳、 脂肪碳、 羧基和羰基碳组成, 高温制得的biochar主要由芳香碳组成, 且低温制得biochars中, 木质类biochars比草类biochars含有更高的木质素的残留碳结构, 这是由于木质类biochars原材料中含有更高的木质素。

相比红外光谱定焦成像系统和红外光谱两档成像系统而言, 红外光谱连续变焦成像系统具有连续变化的视场, 可对目标进行连续成像, 是未来红外光谱成像技术的发展方向。 为了提高红外光谱连续变焦成像系统的探测性能、 实现低成本、 良好的消热差性能, 近年来国外开发了一些新技术。 概述了国外红外材料、 红外探测器、 冷光阑等方面的新技术, 及这些新技术在红外光谱变焦成像系统中的具体应用, 列举了使用新型红外材料实现消热差的红外目标探测连续变焦系统, 中波红外、 长波红外光谱双波段连续变焦系统, 高变焦比红外光谱连续变焦系统, 应用可变冷光阑技术的红外光谱连续变焦系统设计实例, 作为国内红外光谱变焦成像系统发展的借鉴。

随着地面遥感、 航空与航天遥感、 等离子体物理、 定量光谱学等研究的发展, 对光谱辐射定标精度提出了越来越高的要求, 推动了基于可调谐激光的光谱辐射定标新型技术的发展。 国际上英国、 美国、 德国等国家的计量科研机构相继建立了溯源于低温辐射计、 低不确定度的基于可调谐激光的光谱辐射定标装置, 用于探测器、 遥感仪器光谱响应度定标和特性研究。 其中美国国家标准技术研究院(NIST)的均匀光源光谱辐照度和辐亮度响应度定标装置(SIRCUS)和德国物理技术研究院(PTB)的光度学可调谐激光装置(TULIP)最具代表性。 相对于灯-单色仪系统, 在辐射定标应用中, 基于激光的光谱辐射定标具有光谱带宽窄、 波长精度高、 定标不确定度低等众多优点。 本文介绍了基于激光的光谱辐射定标的发展状况和以英国国家物理实验室(NPL)、 NIST和PTB为代表的基于激光的辐射定标装置结构与性能, 分析了基于激光的光谱辐射定标技术优势, 并进一步阐述了此技术的应用。 基于激光的光谱辐射定标装置可广泛应用于重要的高精度系统级辐射定标测量, 包括亮度温度、 空间遥感仪器辐照度和辐亮度定标, 推动航空航天、 大气物理、 光谱学、 生物科学等科研、 工业领域的发展。

卫星资料辐射定标精度是其定量应用的关键因素。 以METOP-A/IASI的高光谱探测资料为传递基准, 利用同时星下点观测的交叉定标方法, 对 FY-3A/MERSI热红外通道的在轨辐射定标精度进行了客观评估, 并给出了亮温系统偏差的订正因子。 从观测时间差异、 卫星观测天顶角和方位角差异、 以及目标均匀性四个方面, 分析了交叉定标中所用主要匹配近似因子的不确定性。 分析结果表明, 目标均匀性是匹配误差的主要来源, 偏差不确定性小于2%(当亮温偏差约为1 K时, 不确定性<0.02 K), 其他因素的影响可以忽略。 一年多的样本统计及偏差分析结果显示, MERSI的观测亮温明显高于IASI, 年平均亮温偏差约(3.18±0.34) K, 月平均亮温偏差呈现季节波动特征, 波动幅度约0.8 K。 与相近时期敦煌场和青海湖地同步观测评价结果有非常好的一致性。 初步原因分析推断, 造成MERSI亮温偏高的原因主要有两个, 一是星上黑体发射率被高估, 二是光谱响应函数向大气窗区漂移, 后者可能为主导因素。