为了实现稻瘟病的快速、 准确和无损检测, 力求构建稻瘟病害预测模型。 根据水稻叶片相对病害面积将稻瘟病划分为3个等级, 通过激光诱导法采集不同病害等级的活体水稻叶片叶绿素荧光光谱。 选取502～830 nm波段激光诱导叶绿素荧光光谱(LICF)作为研究对象, 利用Savitzky-Golay平滑法(SG)和一阶导数变换(FDT)对光谱信息进行预处理, 通过主成分分析(PCA)方法获取经SG-FDT预处理后光谱的特征向量, 根据累积贡献率和方差选取前3个主成分进行分析。 将试验样本分为建模样本和检验样本, 以稻瘟病害等级为预测指标, 利用建模样本的133片叶片的光谱和病害信息分别结合判别分析(DA)、 多类逻辑回归分析(MLRA)和多层感知器(MLP)建立稻瘟病的预测模型, 利用检验样本的89片叶片的光谱和病害信息对所建模型进行预测检验, 完成对PCA-DA、 PCA-MLRA和PCA-MLP的对比寻优。 结果表明, PCA-DA, PCA-MLRA和PCA-MLP模型均能完成对稻瘟病害的预测, 但PCA-MLP模型的平均预测准确率能够达到91.7%, 相比PCA-DA和PCA-MLRA模型, 在稻瘟病害3个等级上均具有较好的分类和预测能力。

研究了二氢卟吩e6-C15单甲酯在不同溶剂体系中的荧光光谱特性, 据此建立了检测血浆中二氢卟吩e6-C15单甲酯的荧光分析法。 首先, 通过比较分析二氢卟吩e6-C15单甲酯在甲醇、 乙醇、 丙酮、 乙腈、 磷酸盐缓冲液和水六种不同溶剂体系中的荧光光谱特征, 考察了溶剂体系对二氢卟吩e6-C15单甲酯荧光光谱特性的影响, 结果发现甲醇和乙腈是比较理想的溶剂体系, 而磷酸盐缓冲液优于水溶液。 通过进一步考察有机溶剂含量和溶液pH对二氢卟吩e6-C15单甲酯发射波长和荧光强度的影响, 结果表明pH 7.2 磷酸盐缓冲液-乙腈(3∶7)混合溶液中二氢卟吩e6-C15单甲酯荧光强度大、 性质稳定。 采用pH 7.2 磷酸盐缓冲液-乙腈(3∶7)混合溶液沉淀SD大鼠血浆蛋白, 选择498.00和664.05 nm作为激发波长和发射波长, 建立的SD大鼠血浆样品中二氢卟吩e6-C15单甲酯荧光分析法专属性好, 灵敏度高, 线性范围为0.50～50.00 μg·mL-1(R2≥ 0.999), 批内和批间精密度RSD均小于10%, 提取回收率大于90%。 该方法简便、 快速、 可靠, 成功地应用于二氢卟吩e6-C15单甲酯在SD大鼠体内的药代动力学研究。

应用三维同步荧光光谱法结合交替惩罚三线性分解(APTLD)来建立猪肉中莱克多巴胺残留含量的定量测定模型, 以实现猪肉中莱克多巴胺残留含量的快速测定。 首先分析了莱克多巴胺的荧光光谱产生机理和样本的三维同步荧光光谱; 其次对猪肉提取液中的莱克多巴胺荧光的浓度猝灭现象进行了分析; 然后应用核一致诊断法确定了APTLD的三线性分解组分数为2, 并建立了猪肉提取液中莱克多巴胺的相对荧光峰值强度与训练样本中莱克多巴胺的相对荧光峰值强度之间的标定曲线, 用于待测样本中的相对荧光峰值强度的校正; 最后, 建立了基于APTLD的猪肉中莱克多巴胺残留含量的三维同步荧光光谱预测模型。 试验结果表明, 该方法可以较好的解决猪肉样本中莱克多巴胺与背景之间的同步荧光光谱严重重叠的问题, 省去了一些烦琐的“化学分离”过程, 模型预测集的决定系数(R2)和均方根误差(RMSEP)分别为0.986 3和0.496 6 mg·L-1, 达到了猪肉中莱克多巴胺残留含量快速定量测定目的。

长期超量开采地下资源、 动静载荷逐年增加均在一定程度上影响着区域地面沉降的发生与发展, 选取覆盖北京平原地区29景Envisat ASAR数据, 采用融合永久散射体(PS)和小基线合成孔径雷达干涉测量技术, 获取区域地面沉降时序监测信息。 结合GIS空间分析方法, 在区域浅表层空间(地铁、 城市密集建筑群(CBD)、 立体交通网络设施)不同的利用模式下, 选取5个典型地面沉降区域, 结合土地利用分类信息、 多光谱遥感影像、 地质资料等, 分析时间序列的不均匀沉降的演化规律。 结果表明: 浅地表空间利用的复杂情况在一定程度上影响着区域的不均匀沉降态势, 空间利用情况越简单, 沉降的梯度相对越小, 不均匀沉降趋势越小。

分布式多位置散射光谱法从光子在组织中传播的“香蕉”路径这一理论出发, 对测量组织的内部信息进行分析, 有效消除了浅表组织对内部信息测量的干扰。 设计了一种半透膜——牛奶双层结构仿体实验, 以40组不同浓度的牛奶溶液代表需要被测的组织内部成分, 牛奶上方盖以1至5层不同厚度的半透膜代表略有差异的浅表组织厚度干扰信息。 通过贴合半透膜对该仿体采集分布式两点位置散射光谱数据样本200例, 并以其中一单点位置的光谱数据为对照, 均按3∶1的比例用BP神经网络的方法分别对下层牛奶溶液的浓度进行建模和预测。 实验结果显示单一位置散射光谱和两点位置散射光谱均达到90%以上的训练拟合率和预测精度, 且两点位置散射光谱的预测精度更高, 达到98.41%。 证明了运用光子传播路径的散射光谱法可实现对底层牛奶溶液浓度的有效预测, 消除浅表组织对于测量内部组织成分的影响, 且将多点位置考虑到建模过程中可进一步提高预测精度。 从而验证了该方法对于在不破坏组织完整性的前提下对组织表层以下内部某种成分或物质浓度进行分析的可行性。

以木质素模型化合物二氢丁香酚(DH)为原料, 利用丙烯酰氯(AC)进行接枝改性制备丙烯酸二氢丁香酚酯(DH-AC)。 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、 核磁共振氢谱(1H-NMR)和凝胶色谱(GPC)等分析手段研究了丙烯酸二氢丁香酚酯的结构以及聚合活性。 FTIR结果表明二氢丁香酚经过丙烯酰氯改性后, 3 495 cm-1为酚羟基伸缩振动吸收峰完全消失, 在1 762 cm-1处有新的酯基峰生成, 同时在1 631和981 cm-1出现CC的特征吸收峰, 表明丙烯酸酯官能团已成功接枝到二氢丁香酚上。 1H-NMR分析结果显示DH-AC在δ=5.6的酚羟基质子峰完全消失, 同时在δ=6.0, 6.4和6.7出现了三个不同的质子峰, 这主要是由于乙烯基CHCH2结构的引入, 该结果进一步证明目标产物丙烯酸二氢丁香酚酯结构的正确性。 GC-MS结果表明目标产物丙烯酸二氢丁香酚酯的纯度为98.63%。 GPC结果显示DH-AC在偶氮二异丁氰(AIBN)作为引发剂的存在下, DH-AC可以发生聚合反应, 均聚物相对分子质量结果为: Mw(37400), Mn(23400), Mw/Mn=1.60, 表明丙烯酸二氢丁香酚酯单体具有高的聚合活性。 丙烯酸二氢丁香酚酯(DH-AC)的制备和性能研究为开发新型木质素基高分子材料奠定了理论基础。

土壤污染具有隐蔽性、 滞后性、 累积性和不可逆转性的特点, 其毒性危害要通过长时间的作物富集和食物链循环才能显现出来。 现阶段, 土壤污染多具有复合污染属性, 如何对典型地区复合污染土壤进行修复和治理, 具有重要的现实意义和理论价值。 西北黄土区是我国重要的黄土分布区, 以模拟Pb和氯吡硫磷复合污染旱田黄土为研究对象, 通过异位柱淋洗实验考察乙二胺四乙酸 (EDTA)对污染黄土的修复效果, 采用紫外分光光度法 (UV)、 原子吸收 (AAS)、 扫描电镜-X射线能谱 (SEM-EDS)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)等光谱手段揭示黄土淋洗特性和机制。 实验结果表明: 淋洗液流速和pH值能不同程度地影响淋洗曲线。 在实验条件下, 经过240 min的淋洗反应, 能去除黄土中70%以上的Pb和90%以上的氯吡硫磷, 淋洗后黄土Pb的有效性大幅度降低。 黄土形貌从淋洗前的表面致密、 凹凸不平变为淋洗后的轮廓不清、 颗粒分散, EDS数据初步解释了淋洗过程Pb的去除和部分土壤元素的淋洗损失。 淋洗过程导致FTIR图谱中部分波峰位移、 消失或峰强减弱, 体现出黄土体系化学环境的变化, 推测淋洗过程对以物理吸附方式与土壤结合的污染物处理效果更好。 应用EDTA异位柱淋洗修复Pb和氯吡硫磷复合污染黄土是可行的, 具有一定实际应用潜力。

近似生理条件下, 采用共振光散射法研究了CdSe/ZnS量子点/TiO2纳米复合物同人血清白蛋白的相互作用, 通过分析影响二者相互作用的纳米复合物浓度、 pH、 NaCl浓度、 反应温度、 检测时间、 共存离子、 表面活性剂、 加样顺序等外源刺激因素, 结果表明: 新形成的复合体系可能加强蛋白质的疏水腔, 使在水溶液中形成的疏水界面趋于集中, 从而导致其共振光散射强度增强; 体系受pH的影响变化非常灵敏; 适当的NaCl浓度可以提高体系的IRLS值灵敏度; 共存离子改变了体系的离子强度, 从而导致体系的ΔIRLS值的改变; 反应时间为5 min时, 体系IRLS值基本稳定; 同一种表面活性剂对于不同的体系的IRLS值的作用不完全一致, 带相反电荷的表面活性剂与纳米复合物有很强的静电作用; 对于与HSA相互作用的多元复合体系, 加样顺序的不同对体系的IRLS值的影响很明显; 体系的IRLS值随温度的改变呈不完全单调增加的趋势。 这些信息为纳米材料与生物大分子的相互作用机制提供理论支撑, 有助于深入了解纳米材料的生物相容性和安全性。

秸秆是农业生产的重要副产物, 其资源化再利用一直是国内外学者关注的热点。 目前, 秸秆还田已成为秸秆资源化利用的主要途径之一。 还田秸秆能在合适的土壤环境和土壤微生物的作用下腐烂分解, 将腐殖质和矿质元素等组分释放进入土壤体系。 这不仅能改变土壤固有的肥力属性, 对于土壤重金属污染物的环境化学行为也将产生一定影响。 实验土壤采集于西部典型黄土区, 采用SEM-EDS、 元素分析、 FTIR和13C NMR等光谱联用技术, 研究复合污染黄土中还田秸秆腐解残体的表面特性及生成胡敏酸性质差异。 实验结果表明: 在秸秆还田全程, 秸秆腐解残体呈现出“结构致密→表面崩解→骨架破坏”的表面形貌动态变化特性, EDS检测结果揭示了腐解残体元素组成的变化行为。 新生成的胡敏酸脂族性较高、 芳香性较低, 属于较“新鲜”和“年轻”的胡敏酸, 有利于提高黄土有机质活性。 秸秆腐解各阶段FTIR图谱具有很高的相似性, 波峰的变化揭示了胡敏酸生成过程的复杂性。 13C NMR结果说明胡敏酸芳香性逐渐降低、 脂族性不断增加, 证实了胡敏酸分子结构的简单化趋势。 光谱联用技术对于揭示黄土区秸秆还田过程胡敏酸的性质差异是可行的。

胶原是广泛研究和应用的生物材料, 具有独特的三螺旋结构, 此结构与其生物学性能密切相关。 以胶原模拟多肽(collagen mimetic peptide, CMP) 作为胶原的模型分子, 通过圆二色谱研究了CMP的三螺旋结构、 热稳定性等随序列或长度的改变所发生的规律性变化。 根据形成胶原三螺旋结构的重复序列(POG)n及胶原上α2β1整合素识别位点序列GFOGER设计五种不同序列或长度的CMP, 采用圆二色谱表征了CMP的三螺旋结构, 并通过检测CMP的程序升温变性和程序降温复性过程中圆二色谱的变化, 研究了CMP三螺旋结构的热变性过程、 解链温度以及复性过程。 实验结果显示, 五种CMP室温下均以三螺旋结构的形式存在, CMP三螺旋结构的热稳定性随POG的个数增加而增强; 不同于胶原, CMP三螺旋结构的热变性是可逆的, 升温过程中三螺旋解聚(变性), 降温过程又可重新组装(复性), 复性过程有明显的“磁滞”现象。 研究结果可为进一步研究胶原与CMP分子特征性的三螺旋结构形成规律以及基于CMP的人工类胶原生物材料的研究提供依据。

基于线性方程组数学分离模型建立在线过程检测复方缬沙坦氢氯噻嗪片溶出度方法。 分别扫描缬沙坦和氢氯噻嗪的紫外吸收光谱, 两组分在最大吸收波长处完全重叠。 根据朗伯比尔定律吸光度加和性原理, 分别测定两组分在最大吸收波长处的吸光系数, 建立线性方程组数学分离模型, 采用光纤传感过程分析技术(FODT)检测缬沙坦氢氯噻嗪片的溶出度, 并与HPLC法相比较。 在规定的溶出介质中, 两种成分同时实时测定, 并且FODT累积溶出度与HPLC法相比较结果无显著性差异(p>0.05)。 不同批次药物的溶出行为一致, 说明制剂工艺稳定, 均匀度好。 溶出曲线显示缬沙坦溶出快于并高于氢氯噻嗪, 且30 min时两组分的溶出度均大于80%符合美国药典规定。 结果表明, 应用线性方程组数学分离模型结合FODT法可实现复方缬沙坦氢氯噻嗪片中双组分溶出度的同时检测, 并可提供双组分的溶出过程曲线和全部溶出数据, 直观反映各组分在各溶出时段的快慢, 为此药建立标准提供依据。 与HPLC法单点数据相比优势明显, 更有利于药品评价和抽验质量分析。

采用实验与密度泛函理论计算(DFT)相结合, 研究了不同电子取代基修饰的5-邻羟基苯基-10,15,20-三苯基卟啉(TPPOH)和5-邻羟基苯基-10,15,20-三(对甲氧基)苯基卟啉［(p-OCH3)TPPOH］化合物的吸收光谱及其电化学性质。 结果表明, 相对于TPPOH, 由于对位甲氧基(-OCH3)给电子能力强致使(p-OCH3)TPPOH的卟啉环电子云密度增加, 从而引起吸收光谱红移(3 nm)、 氧化还原电位发生明显的负移, 最高占据分子轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级差降低0.06 eV。 DFT理论分析分子前线轨道电子分布结果显示(p-OCH3)TPPOH的HOMO和LUMO轨道能量均增加, 而能级差却比TPPOH能级差小0.05 eV。 理论结果与电化学和光谱实验结论一致, 并进一步阐明了光谱和电化学性质变化机理, 为揭示不同取代基卟啉化合物的设计与应用提供重要依据。

左氧氟沙星(LVFX)是临床上普遍使用的一种抗生素, 对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌引起的各种感染都有一定的作用。 人血清白蛋白(HSA)是血液循环系统中最丰富的运输蛋白, 能与多种内源及外源性物质结合, 起着储存和转运的作用。 因此详细研究LVFX与HSA间的相互作用对了解LVFX的药代动力学行为具有重要意义。 运用光谱法和分子对接模拟技术研究左氧氟沙星和人血清白蛋白的相互作用。 结果表明, LVFX对HSA的荧光淬灭作用为形成复合物导致的静态猝灭, 结合常数为9.44×104 L·mol-1 (294 K)和2.72×104 L·mol-1 (310 K), 结合位点数均为1, 两者间的主要作用力为氢键和范德华力。 取代实验表明, LVFX在HSA的Site Ⅰ, ⅡA 子域上有一个结合位点。 根据Frster理论得到的LVFX和色氨酸(Trp)残基间的结合距离为3.66 nm, 这一结果与分子对接模拟技术得到的结果相一致。 紫外差谱, 三维荧光光谱和红外光谱都进一步表明LVFX能够改变HSA的结构。 采用傅里叶变换红外光谱法对LVFX与HSA作用前后HSA二级结构的变化进行了定量分析, 结果表明, 当加入LVFX后HSA的α-螺旋结构有所降低, β-折叠结构、 β-转角结构和无规则卷曲有所上升, 说明LVFX能使HSA的二级结构变得松散。

以巯基丙酸(MPA)为稳定剂, 合成了锰掺杂硫化锌(ZnS∶Mn)量子点。 由于汞离子对ZnS∶Mn量子点的磷光有很强的猝灭作用, 应用MPA修饰的ZnS∶Mn量子点作磷光探针, 定量检测水相中的微量汞离子。 相对于荧光, 磷光的寿命长、 选择性好, 没有荧光和散射光的干扰。 在优化的实验条件下, 当汞离子的浓度在1.0×10-5～1.0×10-3 mol·L-1范围内时, ZnS∶Mn量子点的ΔP/P与汞离子浓度之间的关系符合Stern-Volmer方程, 其线性相关系数为0.998 8。 回收率为85.2%～106.1%, 相对标准偏差为3.46%, 检出限为9.7×10-6 mol·L-1。 讨论了量子点磷光的猝灭机理, 研究了常见金属离子的干扰作用, 选择合适的掩蔽剂, 可以有效地消除干扰离子的影响。

不透水面遥感信息的反演是近十年来遥感领域的一个热门课题, 但是利用高光谱影像反演不透水面信息的研究较少, 高光谱和多光谱影像反演不透水面的对比研究也少有报道。 重点研究了高光谱EO-1 Hyperion和多光谱Landsat TM/ETM+数据在反演不透水面信息方面的特点, 首先在福州、 广州和杭州选取了三个实验区, 利用线性光谱混合分析模型反演Hyperion和TM/ETM+影像的不透水面信息。 对于多达242个波段的Hyperion影像, 进一步利用判别分析从中选取了11个特征波段构成新的Hyperion’影像, 以考察是否可用缩减波段的方法来取得较好的反演效果。 结果表明, Hyperion高光谱影像反演不透水面的能力优于多光谱影像TM/ETM+, 而利用特征波段构成的Hyperion’的反演精度最高, 这主要得益于Hyperion具有更高的光谱分辨率和辐射分辨率, 使其可以更有效地区别不同地物在光谱特征和辐射特征上的微细变化, 从而可以更好地区分不同地物。 而由特征波段构成的Hyperion’影像由于大幅减少了高光谱影像波段的冗余度, 所以获得了更高的反演精度。

选取陕北典型半干旱区为研究对象, 利用土壤高光谱特征对盐分进行反演研究。 在研究区域选取样点, 采集土壤样品测定土壤光谱特征, 以土壤反射率(R)、 反射率对倒数(Log(1/R))及去包络线的反射率(Rcr)三个光谱特征进行土壤盐分反演研究, 分析其与土壤盐分的相关性, 遴选特征波段, 并通过Matlab编程利用最小偏二乘回归方法(partial least squares regression, PLSR)建立土壤盐分定量反演模型, 然后利用检验样点进行精度检验和比较。 结果表明, 利用经包络线去除后光谱反射率进行定量反演的均方根预测误差最小(1.253<1.367<1.575), 其预测精度最高; 利用土壤高光谱特征进行盐分反演的预测值与实测值相关性良好(r2=0.761), 趋势线接近于y=x。 总之, 研究发现, 土壤反射率经过包络线去除后, 利用偏最小二乘回归方法建立的反演模型具有良好的精度, 这将有利于提高土壤盐渍化的监测效率。

利用超声波法辅助提取蒙药查干-扫日劳(Chagan-sorlo)中香豆素类成分, 确定其最佳提取工艺, 为有效提取香豆素类成分提供参考和生产指导。 在不同提取条件下, 利用超声波法进行提取、 测定和分析蒙药查干-扫日劳的香豆素类主要成分(佛手柑内酯与花椒毒素)。 当溶剂体积分数为70%, 提取时间为20 min, 超声波功率为175 W, 温度为25 ℃, 固液比为1∶20, 用80～100目进行提取时, 上述两种香豆素类成分的提取率最优。

激光诱导击穿光谱(LIBS)是近十几年来快速发展的一种新的表面分析工具, 由于具有分析速度快、 灵敏度高等优点, 故在材料科学领域引起广泛的关注。 文中采用LIBS、 扫描电子显微镜／能谱仪(SEM/EDS)和电子探针显微分析(EPMA)三种分析方法, 对两类不同焊缝的熔合线区域进行线扫描分析, 研究了Ni, Mn, C, Si等元素在熔合线区域含量的变化情况。 结果表明, 对于含量较高且焊缝和母材成分差别较大的Ni和Mn元素, 三种方法获得了一致的分析结果, 两试样焊缝内的Ni和Mn含量均高于母材, 在熔合线区域明显体现出浓度梯度分布。 三种方法根据Ni和Mn的浓度分布测得的熔合线区宽度值比较接近。 对于含量较低且焊缝和母材成分差别较小的C和Si元素, 采用SEM/EDS和EPMA时, 焊缝与母材之间的成分差异没有分析出来; 而采用LIBS时, 两区域的成分差异则可以清晰的展现出来, 在熔合区域能够清楚观察到浓度梯度分布曲线。 LIBS的分析灵敏度明显高于SEM/EDS和EPMA, 在分析低含量元素时更具优势。

为探明油茶授粉受精期的营养元素需求规律, 应用全自动间断化学分析仪与原子吸收光谱法测定了授粉受精期的油茶子房主要矿质元素的含量, 并且对各矿质元素含量在自交和异交情况下的变化进行了研究分析。 结果表明: 在油茶授粉受精过程中, 九种矿质营养元素含量呈“S”或“W”型曲线变化。 N, K, Zn, Cu, Ca, Mn元素含量变化在自交和异交情况下都呈“S”型曲线, N含量在自花授粉20 d达到最高, 为3.445 8 mg·g-1; K含量在异花授粉20 d达到最高, 为6.275 5 mg·g-1; Zn含量在自花授粉10 d达到最高, 为0.070 5 mg·g-1; Cu含量在异花授粉5 d到最高, 为0.061 0 mg·g-1; Ca含量在异花授粉15d达到最高, 为3.714 5 mg·g-1; Mn含量在自花授粉30 d达到最高, 为2.161 5 mg·g-1。 Fe, P, Mg元素含量变化自交时呈“S”, 异交时呈“W”型曲线, Fe含量在自花授粉10 d达到最高, 为0.453 0 mg·g-1; P含量在自花授粉20 d达到最高, 为6.731 8 mg·g-1; Mg含量在自花授粉25 d达到最高, 为2.724 0 mg·g-1。 研究结果可为油茶花期喷施叶面肥, 提高油茶结实率和产量提供了一定的资料参考。

研究建立了加速溶剂萃取-液相色谱-原子荧光(ASE-LC-AFS)测定动物源性食品中阿散酸(ASA)、 硝苯砷酸(NIT)与洛克沙砷(ROX)的残留量的方法。 比较了超声离心提取和加速溶剂萃取技术, 并优化了加速溶剂萃取技术的提取溶剂比例、 提取温度、 提取时间和提取次数。 优化了液相色谱流动相和原子荧光的工作条件。 在0～2.0 mg·L-1范围内内阿散酸、 硝苯砷酸和洛克沙砷的线性关系良好, 线性相关系数大于0.999, 阿散酸、 硝苯砷酸、 洛克沙砷检出限(S/N=3)分别为2.4, 7.4, 4.1 μg·L-1。 2种样品在0.5, 2, 5 mg·kg-13个加标水平下的平均回收率为阿散酸87.1%～93.2%, 硝苯砷酸85.2%～93.9%, 洛克沙砷84.2%～93.7%, 相对标准偏差(RSD)分别为1.3%～4.6%, 1.2%～4.2%, 1.1%～4.5%。 本方法操作简便, 重现性好, 适用于动物源性食品中ASA, NIT和ROX的分析。

传统X射线数字成像方法通常固定X光机参数, 但是受工件结构及材料衰减系数和光电器件物理动态范围的制约, 当同一场景中透射X射线通量的最大值和最小值超出成像器件动态范围时, 会出现通量大的区域高于成像器件的电荷容纳能力而达到饱和状态, 当通量低的区域产生的光电荷低于设备热噪声水平时, 该区域信息将淹没在噪声中而无法正常成像。 为有效解决传统X射线数字成像技术在获取宽动态范围透射X光通量内容时的局限性, 提出一种管电压递变高动态成像方法。 首先分析了光电探测器电荷容量对有效透照厚度范围的影响; 结合标准样块试验及相关数据分析, 得到任意厚度特定材质试块达到最佳灵敏度时对应的透照X光管电压范围的关系函数, 在此基础上提出管电压递变控制策略和有效子图提取方法。 最终对0～20 mm厚度范围工件进行管电压递变高动态成像, 结果表明: 管电压递变高动态成像能够有效地实现透照厚度差异大的工件的高动态范围成像, 最终融合结果能够保留较宽范围厚度上的细节信息。

采用电沉积法在镍合金表面制备钼镍镀层。 研究钼镍镀层的硬度、磨损质量和摩擦系数、热膨胀等性能。 分别用发射光谱法、能谱法、扫描电镜法和X衍射法等对钼镍镀层进行表征。 在镍合金表面镀上一层钼镍镀层, 可使其的硬度和耐磨性大幅度提高并减小磨擦系数, 钼镍镀层的硬度为518 HV, 比镍合金的硬度(300 HV)提高了72.67%; 钼镍镀层的磨损质量是镍合金的磨损质量的1/1.94; 镍合金和钼镍镀层的磨擦系数分别为0.640和0.559。 镍合金的物理热膨胀曲线在100~120 ℃温度范围和570～640 ℃范围形成了2个峰, 镍合金+钼镍镀层的物理热膨胀曲线在570～640℃范围形成了1个峰。 在570～640 ℃范围可明显改善其热膨胀, 镍合金+钼镍镀层的物理热膨胀曲线在570～640 ℃范围形成的峰远比镍合金的物理热膨胀曲线在570～640 ℃范围形成的峰小, 可能是因为钼进入到镍的晶格中, 抑制了镍在570～640 ℃范围发生晶格转变(bcc→fcc)所致。 镍合金+钼镍镀层的物理热膨胀曲线在595～625 ℃范围形成的小峰, 可能是由于MoNi4和MoNi由半晶型结构转变为晶型结构所致。

以大气中可吸入肺纳米颗粒为研究对象, 利用场发射扫描电子显微镜(FSEM)和X射线能谱仪对其形态和常量组分进行了系统研究。 研究结果表明: 大气可吸入物中的纳米颗粒大多为类球与椭球形, 表面较为光滑, 结构紧密, 较小的纳米颗粒聚集成团呈松散絮状, 粒度大小约在30～100 nm之间, 纳米颗粒物中含有的常量元素同大颗粒污染物基本一致, 主要含有C, O, Al, Si, Na, Mg, K, Ca, Fe, S, Cl等元素, 能量色谱仪(EDS)的点分析研究证实一些纳米颗粒物中Cl和S元素的含量明显增大, 而另一些颗粒主要为C和O元素, 分析其原因, 认为主要是气溶胶在形成过程中, 以纳米无机灰尘颗粒为中心表面吸附了大气污染物中的有机排放物所致, 从而形成了具有核壳结构的纳米颗粒污染物。 因此, 减少人为有机污染物的排放, 对于减少可吸入肺有害纳米颗粒的形成具有很大的影响。

建立了一种X射线荧光光谱分析方法分析结果不确定度的评估模式。 以大量有可靠值的硅酸盐类地质样品的偏振能量色散X射线荧光光谱的分析结果为研究对象, 对27个组分分别采用浓度分段, 分别评估不同浓度段内各个组分分析方法精密度引入的相对不确定度(n=6, 一个浓度段内各水平相对标准偏差的平均值)和准确度引入的相对不确定度(一个浓度段内各个水平的相对偏差的相对标准偏差), 依据误差传递理论, 合成精密度和准确度分别引入的相对不确定度得到总的相对不确定度。 这种基本模式可以解决一定浓度范围内常规大量类似基体未知地质样品不确定度评估难的问题, 不必对每个未知样品的分析结果都进行不确定度的评估, 可以从这种模式统计的结果中给出不确定度的值。 这种评估模式是一种基本的具有实际应用价值的统计模式, 可以为后续的不确定度评估的函数模式的建立提供有力的基础。 但是该不确定度评估模式涉及的有可靠值的样品数量较多, 难以简单应用到其他基体样品分析结果的不确定度评估。 争取以本研究为基础尽快建立一种合理的数理统计函数模式以适用于不同类型样品X射线荧光光谱分析结果不确定度的评估。

杂散光是平面光栅的重要性能指标, 光栅杂散光的测量一直是光栅研制领域的难题。 为实现仪器自身杂光低于10-8量级, 以满足对平面光栅杂散光10-7量级的精确测量要求, 基于标量衍射理论和经典Fresnel-Kirchhoff衍射理论, 对光谱仪器中的光栅杂散光进行了理论分析, 设计了平行光照射条件下光栅杂散光测试仪的光机模型。 利用杂散光分析软件ASAP建立紫外单色光入射下光栅杂散光测试仪的散射模型并对其进行仿真计算, 分析仪器杂光的主要来源及散射路径, 据此提出了用于降低仪器散射光和光栅多次衍射光的挡光环、 叶片、 光阑、 光学陷阱等四种杂光抑制结构。 最后, 采用ASAP软件对增加抑制结构前后的仪器杂光相对强度进行了对照分析。 仿真及分析结果表明, 仪器杂光在测试波长±100 nm范围内的最大值由采用杂光抑制结构前的10-6量级以上降低至10-8量级以下, 已满足光栅杂散光测试仪的设计需求, 即可实现刻线密度为300～3 600 gr·mm-1的光栅杂散光10-7量级精确测量。 该研究方法及结果将为平面光栅杂散光测试仪研制提供理论依据。

在实时传输的光谱仪数据采样中, 通常存在采样时间间隔不等的现象, 这使得实时传输光谱仪在一些特殊场合的应用受到较大的限制, 如在预测能力更强, 检测精度更高的动态光谱分析法中。 而恰恰在动态光谱法等时间分辨光谱分析中对光谱信号的采样定时特性要求更高, 时间间隔不等会直接影响光谱分析的结果, 得到失真的结论。 同时与一般采样所不同的是, 光谱仪是一定时间的积分采样, 这无形中增加了对光谱仪定时采样特性研究的难度。 因此, 巧妙地利用锯齿波的幅值与时间存在一线性编码的关系, 对某一型号的光谱仪进行采样时间及采样时间间隔的测试与分析, 测试表明采样时间与积分时间的设置相关, 同时时间间隔与积分时间也息息相关, 进一步探究了该型号光谱仪在不同积分时间下采样时间间隔波动的范围。 研究对注重光谱时间特性的分析法提供积分时间选取的参考依据, 同时也提出了一种评估动态时间特性的方法, 有利于光谱的动态特性的评估与应用。

主要对一种远心成像光谱仪系统, 即Dyson成像光谱仪进行了设计研究。 这种成像光谱仪结构简单紧凑, 仅由一个半球透镜和一个凹面光栅组成。 在Rowland圆与折射理论的基础上, 分析了Dyson成像光谱仪在宽波段下可消除像散的重要条件, 即光栅半径与半球透镜半径之比, 并获得了具备极高光学性能的光学系统参数计算条件。 为了使这种成像光谱仪更适宜于工程化应用, 又在其基础之上设计和分析了探测器表面脱离半球透镜的方法。 设计实例获得了数值孔径0.33, 工作波段0.38~1.7 μm, 狭缝长度15 mm, 像面表面成像斑均方根值半径小于2.5 μm的Dyson成像光谱仪结构和改进后的像斑均方根值半径小于8 μm的改进型Dyson成像光谱仪结构。 该设计方法和设计结果合理可行, 优化结构性能优越, 并可用于工业及遥感等多个领域。

为了提高激光探测的方位分辨率, 实现对来袭激光的准确定位, 选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。 介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理, 在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。 探测器在FPGA时序的控制下, 输出模拟量通过高速AD进行采集, 数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中, 然后通过USB传送至PC机。 上位机Labview采集原始数据, 处理并显示。 利用上述方法, 完成了成像实验, 采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射, 对探测得到的衍射图像进行分析, 判断出零级和一级的位置, 根据光栅衍射理论, 计算出相应波长和二维方向入射角, 结果显示波长误差小于10 nm, 入射角误差小于1°。

为了解决用多尺度top-hat分解法融合双色中波红外图像时经常存在对比度提升有限、 边缘区域失真较重的问题, 提出了基于支持度变换和top-hat分解相结合的融合方法。 先用支持度变换法将双色中波图像分解为低频图像和支持度图像序列; 再从最后一层低频图像中用多尺度top-hat分解法提取各自的亮信息和暗信息; 用灰度值取大法分别融合亮信息和暗信息; 通过灰度值归一化和高斯滤波分别增强亮、 暗信息融合图像; 然后融合两低频图像和亮、 暗信息增强图像; 将融合图像作为新的低频图像和用灰度值取大法融合得到的支持度融合图像序列进行支持度逆变换, 得到最终融合图像。 该方法的实验结果同采用单一的支持度变换法融合和多尺度top-hat分解法融合相比, 融合图像的对比度提升了11.69%, 失真度降低了63.42%, 局部粗糙度提高了38.12%。 说明提出的从低频图像提取亮暗信息, 并经过分别融合、 增强, 再与低频图像进行融合, 能有效破解红外融合图像对比度提升和边缘区域失真度降低之间的矛盾, 为提高图像融合质量提供了新方法。

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。 时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。 结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性, 提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。 通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间, 获得不同延时下的LIBS光谱信号, 对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度, 将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分, 得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。 采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度, 同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。 以等离子体产生后持续时间为横坐标, 计算所得谱线差值强度为纵坐标, 即可获得特征谱线的强度演化曲线。 通过实验验证, 使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统, 该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量, 可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程, 降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。

激光诱导击穿光谱(LIBS)方法的优势之一就是可多元素同时检测。 为获得水体重金属LIBS多元素测量时的综合最佳信号输出, 本文利用BP神经网络拟合Pb, Cu和Ni三种元素特征谱线信背比(S/B)与延时门宽之间的数值关系, 同时采用DM设计实验数据作为校验样本, 保证BP神经网络模型的泛化能力。 基于上述数值模型利用遗传算法优化延时门宽两个测量参数, 定义了适应度函数, 得到延时门宽为(15.5和21.5 μs)时, 取最小值0.102 4, 此时三种元素综合信背比最大, 对比实验进一步验证了优化效果。 神经网络结合遗传算法的优化方法提高了水体重金属LIBS多元素测量时的综合信背比, 研究方法也为更多参数更多响应的实验系统优化提供了参考。

成矿流体研究是矿床学研究中的前沿地带, 单个流体包裹体的成分分析更是其中的热点和难点, 本文对现有的各种测试技术的优缺点进行了总结, 揭示了各自的局限性。 通过对与流体包裹体成分分析相关的激光拉曼分析技术的探索过程进行回顾和总结, 试图对低温和常温下激光拉曼对流体包裹体成分分析的研究工作的方向进行展望: 低温: (１)流体包裹体中常见水盐多元复杂体系的研究工作; (２)对天然流体包裹体成分进行定性、 定量尝试; (３)目前常用的显微热台测包裹体盐度将第一次熔融温度作为低共熔温度的方法存在误差, 应该做进一步研究; (４)低温下氯盐水合物的结构尚无定论。 常温: (１)Fe3+, Zn2+, Cu2+等离子作为主要成矿金属离子在水溶液中与Cl-和H2O是如何结合的; (２)NaCl, CaCl2, MgCl2, CuCl2, ZnCl2, FeCl3含量高低造成水溶液拉曼光谱O—H伸缩振动区域(2 800～3 800 cm-1)的谱峰偏移的原因。

运用密度泛函理论, 在6-31G(d)基组水平上对甘氨酸直链寡肽进行几何优化, 并对其几何结构、 平均结合能、 振动频率进行计算。 结果表明, 平均结合能随着肽链增加单调变化, 并趋于稳定; 寡肽链键长的分析发现, 链向与径向方向上变化趋势相反, 存在各向异性。 红外光谱的分析发现, 位于肽键上同一基团的伸缩振动与弯曲振动分别发生红移和蓝移, 并存在各向异性。 这些现象源于: 准一维的纳米结构导致了键长的各向异性; 相同基团之间的诱导效应、 耦合效应及氢键等因素导致了振动频率的红移和蓝移等现象。 我们得出结论: 甘氨酸直链寡肽链的生长利于结构的稳定性, 在能量上, 推测出寡肽链有自组装生长的趋势; 在寡肽链的生长过程中, 通过构象和光谱的现象, 推断其物理化学属性存在尺寸效应。 肽链端部基团的物理化学属性非常稳定, 基本不受寡肽链长度的影响。 该结果对应用红外光谱测量寡肽链的残基数及长度、 特殊功能寡肽链的制备等工作具有指导意义。

脉冲激光激发NaK 21Σ+←11Σ+跃迁, 单模Ti宝石激光器激发21Σ+至高位态61Σ+, 研究了61Σ+与H2碰撞中的碰撞转移。 3D→4P(1.7 μm)和5S→4P(1.24 μm)荧光发射说明了预解离和碰撞解离的产生。 在不同的H2密度下, 通过以上能级的荧光测量得到了预解离率, 碰撞解离及碰撞转移速率系数ΓP3D=(5.3±2.5)×108 s-1, ΓP5S=(3.1±1.5)×108 s-1, k3D=(3.7±1.7)×10-11 cm3·s-1, k5S=(2.9±1.4)×10-11 cm3·s-1, k4P→4S=(1.1±0.5)×10-11 cm3·s-1, k3D→4P=(6.5±3.1)×10-12 cm3·s-1, k5S→4P=(4.1±1.9)×10-12 cm3·s-1。 在不同H2密度下, 记录时间分辨荧光, 由Stern-Volmer公式得到61Σ+→21Σ+, 21Σ+→11Σ+的自发辐射寿命分别为(28±10) ns和(15±4) ns。 61Σ+→21Σ+, 61Σ+→11Σ+及21Σ+→11Σ+分子态间与H2的碰撞转移速率系数分别为(1.8±0.6)×10-11 cm3·s-1, (1.6±0.5)×10-10 cm3·s-1和(6.3±1.9)×10-11 cm3·s-1。 转移到H2的振动、 转动和平动能各占总转移能的0.58, 0.03和0.39。 主要能量转移至振动和平动能, 支持61Σ+—H2间的共线型碰撞机制。

研究了1.7 MeV的电子辐照对具有Anti-radiation glass/ITO/ZnO/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe∶Cu/Ni结构的碲化镉多晶薄膜太阳电池器件性能的影响。 抗辐照玻璃的使用, 有效防止了普通玻璃受辐照后性能变化对测试结果的影响。 利用光、 暗I-V, C-V, QE, AS等测试手段, 分析了包括开路电压、 短路电流、 转换效率在内的电池性能。 通过对比研究暗电流密度、 分析了辐照对电池电流传输特性的影响。 辐照后短路电流下降很大, 电池效率明显降低。 反向饱和电流密度有所增加, 表明太阳电池的pn结特性受到损伤, 而二极管理想因子几乎不变, 说明太阳电池电流的输运机制未发生了变化。 量子效率曲线证明是由于太阳电池结区损伤影响了光生载流子的收集。 辐照使载流子浓度下降为原来的40.6%。 导纳谱研究最终发生辐照会引入Cd2+缺陷能级, 其位置为Et-Ev=(0.58±0.02)eV, 俘获截面为1.78×10-16 cm2, 表明辐照会影响光生载流子的产生, 增加了载流子复合的概率, 使得反向暗电流增大, 最终导致电池的短路电流衰减。

费米共振现象广泛存在于分子的振动光谱中, 如红外光谱、 拉曼光谱等。 变换浓度方法是光谱分析的一种主要手段。 文章中测量了二硫化碳(CS2)在四氢呋喃(THF)中不同浓度下的拉曼光谱, 引入Bertran理论分析研究ν1-2ν2费米共振现象随浓度的变化规律。 研究表明, 随着二硫化碳体积浓度的降低, 溶液中的费米共振特性参数(如光谱强度比、 频率间隔、 耦合系数、 非谐力常数)将随溶剂效应的影响发生明显的变化。 例如, 光谱强度比逐渐减小, 耦合系数逐渐增加等。 这些变化不仅受到溶液散射系数的影响, 更重要的是弱氢键的形成对振动光谱的影响。 光谱图中还出现了拉曼谱线的非对称移动, 基频ν1基本没有发生频移, 倍频2ν2却逐渐向高波数方向移动, 这与理论上的对称移动不相符。 通过对分子间微观作用的研究, 弱氢键的作用机理可以很好的解释这种现象。 这些分析对于进一步研究溶剂效应对费米共振的影响意义重大, 对于溶液中的分子振动光谱研究更加具有参考价值。

半导体量子点(QDs)具有发光效率高和发光波长可调等特点。 采用胶体CdSe QDs作电致发光器件的有源材料, TPD(N,N′-biphenyl-N,N′-bis-(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine)作空穴传输层, ZnS作电子传输层, 研究了有机/无机复合发光器件ITO/TPD/CdSe QDs/ZnS/Ag的电致发光特性。 TPD和CdSe QDs薄膜采用旋涂方法、 ZnS薄膜采用磁控溅射方法沉积, 器件表面平整。 CdSe QDs的光致发光和电致发光谱峰位波长均位于～580 nm, 属于量子点的带边激子发光。 我们与以前的ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag发光器件结构进行了对比, 发现新的器件结构的电致发光谱没有观察到QDs表面态的发光, 而且新器件的发光强度是ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag结构的～10倍。 发光效率的提高归因于碰撞激发与载流子注入两种发光机制并存的结果: 一方面电子经过ZnS 层加速后, 碰撞激发CdSe QDs发光; 另一方面, 空穴从TPD层注入CdSe QDs 与QDs中激发的电子复合发光。 我们进一步研究了ZnS电子加速层厚度对发光特性的影响, 选择ZnS薄膜的厚度分别是80, 120 和160 nm, 发现随着ZnS层厚度增大, 器件启亮电压升高, EL强度增大, 但是击穿电压降低。 EL峰位随着ZnS厚度的减小发生明显蓝移, 对上述实验现象进行了机理解释。

在一些有机电致发光器件中, Au常被用作阳极, 研究者希望Au在导电的同时兼具半透明可出光的属性, 这要求Au在能导电的同时厚度要尽量薄。 因此制备两种金属共同组成电极成为了选择。 将半透明Au/Al层插入阳极一侧, 制备了结构为ITO/Al(16 nm)/Au(10 nm)/TPD(30 nm)/AlQ(30 nm)/LiF(0.5 nm)/Al的OLED器件, 相对于器件ITO/TPD(30 nm)/AlQ(30 nm)/LiF(0.5 nm)/Al在长波方向出现了光谱窄化现象, 通过分析和实验判断该现象是Au薄膜特有的对光的选择透过性造成, 而并非微腔效应。 阳极一侧加入了Au/Al的器件保持了广视角无角度依赖的优点, 同时可以输出滤掉部分红光的纯度更高的发光, 发光色纯度得到了改善。

在有机电致发光器件中插入金属超薄层常会带来一些意想不到的作用。 在无机材料MoO3与有机材料TPD之间插入5 nm金属层Au, 制备了结构为ITO/MoO3(5 nm)/Au(5 nm)/TPD/AlQ/LiF/Al的OLED器件。 相对于没有金属层Au的器件, 发光效率得到了提高。 通过分析认为Au在TPD和MoO3之间形成一个小的空穴陷阱, 在降低了器件中的电流密度的同时, 由于5nm的Au对AlQ绿光的光透过率大于80%, 发光亮度未受明显影响, 是发光效率提高的原因。 本文为提高OLED器件发光效率提供了新的思路和实验依据。

针对宽波段微型光谱仪缺乏宽波段柔性探测器这一难题, 提出了一种在紫外-可见-近红外波段内具有高吸收效率的掺杂柔性黑硅作为探测器吸光材料。 首先, 基于第一性原理计算了S和F元素掺杂后柔性黑硅的电子结构、 能带结构和紫外-可见-近红外波段的光学吸收特性, 得到了不同元素及浓度掺杂时, 柔性黑硅的光学吸收系数。 其次, 将第一性原理计算结果与时域有限差分算法相结合, 建立了柔性黑硅的吸收光谱模型。 结果表明, 掺入S和F元素后柔性黑硅的能带带隙均减小, 吸收截止波长发生红移, 且掺杂浓度越高, 光学吸收系数越大。 在1 500 nm波长处, 50%浓度的S元素掺杂黑硅的吸光系数是1.5%浓度的S元素掺杂黑硅的吸光系数的8.3倍, 50%浓度的F元素掺杂黑硅的吸光系数是1.5%浓度的F元素掺杂黑硅的吸光系数的3倍。 在相同掺杂条件下, 表面具有小尺寸微结构的柔性黑硅在近红外波段具有最高的吸收效率。 最后, 测试了制作的柔性黑硅样品, 其吸光效率在紫外-可见波段高于95%, 在近红外波段为70%~80%。

采用光谱法, 研究了氩气/空气混合气体介质阻挡放电中蜂窝斑图形成过程中等离子体参量的变化。 实验发现, 随着电压的增加, 放电经历六边形点阵斑图及疏密点同心圆环斑图后, 形成了蜂窝斑图。 利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线、 氩原子763.26 nm(2P6→1S5)与772.13 nm(2P2→1S3)两条谱线强度比法和氩原子696.57 nm(2P2→1S5)谱线的展宽, 分别研究了上述三种斑图的分子振动温度、 电子激发温度和电子密度。 结果发现: 蜂窝斑图的分子振动温度和电子激发温度均高于六边形点阵斑图相应的温度, 但其电子密度却比后者的电子密度低。 实验还通过电容法, 测量了放电斑图的放电功率, 发现蜂窝斑图的放电功率远远高于六边形点阵斑图的放电功率。 工作结果对于研究介质阻挡放电自组织斑图的形成机制具有重要意义。

设计了水电极放电装置, 在空气/氩气混合气体中实现了大面积沿面放电。 采用发射光谱法, 对分子振动温度、 电子平均能量和电子激发温度等随气压的变化进行了研究。 根据氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算出氮分子的振动温度; 使用Ar 763.51 nm(2P6→1S5)和772.42 nm(2P2→1S3)的两条发射谱线的强度比得到电子激发温度; 通过氮分子离子391.4 nm和氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比得出了电子的平均能量的变化。 实验研究了发射光谱随气压的变化, 发现其强度随着气压的增加而增强, 且其整个轮廓和谱线强度之比也发生变化。 随着气压从0.75×105Pa升高到1×105Pa, 分子振动温度、 电子激发温度和电子能量均呈下降趋势。

酵母菌是引起鲜枣发酵的主要微生物。 以室温(20 ℃)贮藏的鲜枣为研究对象, 应用近红外光谱, 建立了检测鲜枣内酵母菌的动力学模型, 从而预测室温贮藏鲜枣的保鲜期, 以确保鲜枣的品质安全。 通过对近红外光谱预处理方法和特征波数的优选, 分别建立了室温贮藏下鲜枣内酵母菌的近红外光谱定量检测模型和反映其变化规律的动力学模型。 结果表明, 在全光谱范围内, 采用多元散射校正光谱预处理方法, 通过多元线性回归, 建立的鲜枣内酵母菌菌落总数的近红外光谱模型预测效果最好, 其中校正集的相关系数为0.950, 均方根误差为2.560, 预测集的相关系数为0.863, 均方根误差为2.477。 结合鲜枣的近红外光谱, 其零级反应动力学模型可以较好地描述酵母菌的变化情况, 鲜枣光谱吸光度值与贮藏时间的动力学模型为Bt=171.395-124.445x1-109.945x2-32.763x3-7.899x4-1.426x5-4.857x6+0.045t, 其相关系数为0.996, 标准偏差为2.561。 酵母菌安全限量为100 000 cfu·g-1, 当酵母菌菌落总数初始值小于等于10 cfu·g-1时, 预测鲜枣在室温下的贮藏时间为8 d, 也可根据鲜枣中的酵母菌菌落总数初始值的不同实现实时监测鲜枣内部酵母菌菌落总数信息及其安全的贮藏时间。

针对高稳定度遥感器在轨相对定标监测系统关键技术进行研究, 阐述了工作原理和关键技术。 研制了基于可见/短波红外双波段陷阱结构的高稳定度定标探测器组件, 通过选择高灵敏度单元可见和短波红外光电探测器, 一方面使探测器组件工作在线性更好、 暗电流更低的零偏置光伏电路模式, 另一方面使探测器组合成为复合型陷阱光机探测模式, 并在模拟前放电路和数据采集环节进行了关键参数设计, 完成了星载定标辐射源输出辐射的高稳定度相对定标监测系统设计。 通过实验室内积分球以及国家计量技术机构提供的标准灯的辐射测试结果表明, 系统获取的码值相对标准方差达到0.030%～0.046%(可见通道)和0.040%～0.059%(短波红外通道), 实现了相对定标系统的高稳定度监测, 为未来遥感器在轨相对定标提供一种优良的解决方案。

面部神经功能障碍导致面瘫患者患侧面部肌肉运动功能失控, 给患者的外貌、 生理和情感带来巨大的打击。 一种客观量化的面瘫病情严重度评估方法对于面瘫的治疗是至关重要的。 提出了一种基于红外热像图和形式概念分析的面瘫严重度评估新方法, 共收录了单侧患病的面瘫患者65例。 应用红外热成像法, 在1月内每隔5天采集一次面瘫患者的面部温度分布图像, 将面部红外热像进行预处理, 划分为左右对称的六个区域, 提取并分析面部左右两侧对称区域的温差, 利用形式概念分析挖掘温差与面瘫严重度的关系。 结果显示: 面瘫患者面部温度分布呈现双侧不对称性, 面部区域的双侧温差大于0.2 ℃, 而正常人体面部区域的两侧温差均小于0.2 ℃。 面部区域的双测温差与面瘫严重度的相关系数平均为0.508。 此外, 如其中一个区域的左右两侧温差大于0.2 ℃, 并且全部小于0.5 ℃, 则可以判定面瘫为轻中度; 面部任一区域的左右两侧温差大于0.5 ℃, 则可以判定面瘫为重度。 这种基于形式概念分析的红外热像计算机分析方法可用于评估面瘫导致的面部热失调, 有助于面瘫的临床诊断与治理。

水产品的新鲜程度是评价其品质优劣的重要指标, 传统的评价方法费时、 费力, 无法满足实际的需求。 本实验采用近红外光谱分析技术(NIRS)对冰鲜大黄鱼(Pseudosciaena crocea)不同贮藏时间下的新鲜度进行评价, 以挥发性盐基氮(TVB-N)作为新鲜度的评价指标, 比较了不同预处理方法单独或联合使用、 不同建模方法以及不同波数范围所建模型定标集与验证集的相关系数与标准偏差, 构建了最优市售冰鲜大黄鱼TVB-N定量模型, 以期快速预测其新鲜度。 研究表明, 使用趋近归一化结合一阶导数(Ncl + Db1)和单位长度归一化结合一阶导数(Nle + Db1)作为光谱预处理方法, 偏最小二乘法(PLS)作为建模方法以及选择波数范围5 000～7 144 cm-1, 7 404～10 000 cm-1时可以达到最佳建模效果, 其定标集相关系数为0.992, 校正标准偏差(SEC)为1.045, 验证集相关系数为0.999, 预测标准偏差(SEP)为0.990。 本试验尝试将多种光谱预处理方法结合起来使用并对波数范围进行了筛选, 得到的模型效果良好, 在大黄鱼新鲜度检测及品质评价方面具有较好的市场应用前景。

人体内各种血液生化成分含量的变化是评价健康状况的重要信息。 人体皮肤中, 血糖、 胆固醇等生化成分主要存在于真皮层的血液中, 本文通过研究最佳的探测距离, 提高真皮层的近红外光谱信号强度, 排除表皮层、 皮下组织产生的干扰。 首先, 通过对人体皮肤的组织结构进行分析, 计算得到了皮肤各层的组织光学特性参数, 以葡萄糖在合频波段吸收峰2 270 nm处的组织光学参数为例建立了皮肤的蒙特卡罗模型; 然后, 利用蒙特卡罗方法模拟了光在皮肤中的传输规律, 得到了平均路径长度、 平均探测深度以及各层吸收光子能量比例随入射角度、 探测距离的变化情况。 结果表明, 光子以小于45°角入射时, 可以忽略入射角度对光子传输路径的影响。 探测距离为1 mm时, 真皮层吸收光子能量所占比例最大, 同时又能保证探测器接收到较多的能量。 本文确定1 mm作为最佳的探测距离, 可以有效降低皮肤中其他组织的干扰, 获取真皮层中血液的光谱信息, 有利于生化成分的近红外无创检测, 为后续实验奠定理论基础。

分析了校正集和验证集样品数随性质分布不均匀性对光谱多元分析校正的不良影响, 揭示了实际光谱多元校正中“均值化”现象, 即性质值小的样本预测值结果偏大, 性质值大的则偏小, 提出了一种优选样品新方法—Rank-KS。 其综合考虑光谱空间和性质空间对样本进行挑选, 将性质空间平均分为若干小区间, 在每个小区间内分别利用Kennard-Stone法和随机法进行校正集和验证集样本的挑选, 这样得到的校正集和验证集可明显改善样本数随性质分布的均匀性。 以红外光谱测定汽油中碳酸二甲酯(DMC)含量和近红外光谱测定二甲亚砜溶液二甲亚砜浓度为研究对象, 分别采用Rank-KS、 随机法、 Kennard-Stone、 浓度梯度法和SPXY等方法选择校正集和验证集样品, 使用多元线性回归和偏最小二乘法建立模型, 比较这些方法对光谱多元校正分析的影响, 结果表明Rank-KS方法可改善校正集和验证集样品数随性质分布的均匀性; 对于样本数分布中间局部样本多和两端局部少、 或者局部没有样本的样本集, 使用Rank-KS算法挑选校正集, 无论使用MLR还是PLS1建立多元分析模型, 均能明显改善其模型预测能力, 使得到的模型的预测均方根最小。

用衰减全反射傅里叶光谱仪(FTIR-ATR)在室温条件下测试了甲醇、 乙醇、 丙醇、 异丙醇、 丁醇及异丁醇六种饱和一元醇在30～300 cm-1波段的远红外透射光谱。 通过分析这六种具有类似化学结构的一元醇的远红外透射光谱, 发现它们在30～150 cm-1波段均有明显的吸收峰, 但在150～300 cm-1波段吸收峰不明显; 羟基在一元醇中的质量百分比越高, 相关一元醇的远红外光谱的平均透过率越低; 直链一元醇的光谱平均透过率高于支链状的同分异构体。 采用密度泛函理论B3LYP/6-311G(d,p)基组对甲醇单体和多聚体进行结构优化和频率计算。 计算显示, 在30～150 cm-1波段甲醇单体分子没有出现吸收峰, 但是甲醇的多聚体则出现明显的吸收峰, 计算得到的多聚体吸收峰位置与实际测量的结果相符合。 结果表明, 甲醇在太赫兹波段吸收的来自于不同形式聚合体的集体振动, 甲醇溶液以甲醇三聚体为主要的存在形式。 本成果不仅为研究有机分子在太赫兹波段的频率响应提供了新的实验方法, 而且对进一步利用FTIR-ATR研究其他有机分子具有借鉴意义。

将经典的卡尔曼滤波器与近红外光谱分析技术相结合, 提出了一种新的特征波长变量选择方法——卡尔曼滤波法。 分析了卡尔曼滤波器用于波长优选的原理, 设计了波长选择算法并将其应用到大豆油脂酸价的近红外光谱检测中。 首先利用偏最小二乘法(PLS)对油脂不同吸收波段建模, 初步筛选出4 472～5 000 cm-1油脂酸价特征波段共132个波长点, 然后进一步利用卡尔曼滤波器进行特征波长选择, 从中优选出22个特征波长变量建立PLS校正模型, 预测集决定系数R2、 预测误差均方根RMSEP分别为0.970 8和0.125 4, 与利用132个波长点建立的校正模型预测结果相当, 而波长变量数减少到原来的16.67%。 该波长变量选择算法是一种确定性的迭代过程, 无复杂的参数设置和变量选择的随机性, 物理意义明确。 优选出少数对模型影响较大的特征波长变量以代替全谱建模, 在简化模型的同时提高了模型的稳健性, 为开发专用油脂近红外光谱分析仪器提供了重要参考依据。

红外光谱是了解生物炭结构性质特征的重要手段。 通过采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)对不同物料和制备方式的生物炭结构性质特征进行表征。 结果表明: 不同的物料制备的生物炭均具有羟基、 芳香基及一些含氧基团的吸收峰, 与活性碳有共同特征; 但其他吸收峰, 有着显著差异。 高温炭化可以使玉米秸秆中—OH, —CH3, —CH2—, CO间发生缔合或消除, 促进了芳香基团的形成。 在不同炭化方式下, 加热和微波炭化, 对生物炭形成有着机理上差别, 加热炭化可致使醇、 酚中的—OH彼此结合或者消除, 形成苯环类基团, 而微波法能使得芳香基团钝化阻止其参与反应, 使得苯环类物质得以更多形成。 综上表明, 红外光谱可较好反映生物炭的结构特征, 揭示了生物炭主要含有—OH、 芳香基团等活性基团。

利用傅里叶红外光谱(FTIR)研究三种烟草品种DNA的差异, 旨在对烟草品种进行亲缘关系分析和品种鉴定。 研究结果显示, 三种烟草品种DNA 红外光谱较为相似, 均有四个明显的特征峰, 1 103 cm-1是DNA磷酸二酯键的对称伸缩振动, 1 236 cm-1是DNA 磷酸二酯键的非对称伸缩振动, 1 400 cm-1 是DNA糖苷键的伸缩振动, 1 622 cm-1是DNA中是胞嘧啶C4—C5=C6的环伸缩振动。 通过平滑、 标准化处理、 二阶求导、 提取主成分和系统聚类分析建立了DNA FTIR光谱数据聚类分析模型。 使用该模型对三个烟草品种进行鉴定, 鉴定正确率为100%。 使用该模型对三个烟草品种进行亲缘关系分析, 云烟87与K326聚为一类, 距离系数为0.003, DNA相似度为99.7%, 红大单独聚为一类。 聚类正确率达100%。 该项研究为烟草品种鉴定及遗传育种提供了参考。

提出了一种基于近红外光谱分析技术和最小二乘支持向量机的鉴别方法, 能够快速、 无损鉴别聚丙烯酰胺的三种类型。 获取非离子, 阴离子和阳离子等三种类型的聚丙烯酰胺样本的近红外漫反射光谱, 用主成分分析方法对样本光谱数据进行降维, 并提取主成分。 基于前三个主成分对三种类型的聚丙烯酰胺样本进行聚类分析, 并将主成分作为最小二乘支持向量机的输入。 通过基于网格搜索的交叉验证方式优化最小二乘支持向量机的参数和作为其输入的主成分个数。 每种类型聚丙烯酰胺各采集60个样本, 共采集180个样本, 每种类型样本随机选取45个样本, 共135样本作为训练样本集, 剩余45个样本作为测试集。 为了验证该方法能否鉴别掺假样本, 制备了掺入不同比例非离子聚丙烯酰胺的5个阴离子和5个阳离子聚丙烯酰胺样本。 采用基于训练样本集交叉验证预测误差的F统计显著性检验方法来确定样本的鉴别结果误差阈值。 结果表明, 预测测试集时, 准确率为100%。 预测10个混和样本时, 所有混合样本都被准确识别出。 说明该方法能快速无损鉴别不同类型的聚丙烯酰胺并且具有掺假鉴别能力, 为聚丙烯酰胺类型的快速鉴别提供了一种新方法。

针对红外气体传感器对光源的要求, 选用了一种宽波长、 高调制频率、 低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system, MEMS)红外光源作为辐射源, 其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。 由于其面光源的朗伯辐射特性, 整形之后的红外光数值孔径仍然很大, 采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。 本文结合双波长单光路的差分检测方法, 设计了一种基于积分球特性的吸收气室, 有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题; 并运用光在传输过程中光通量守恒的原理, 推导了此积分球吸收气室的等效光程, 解决了积分球气室等效光程计算的难题; 同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号, 使得外围电路的设计更加简单、 灵活。 设计中, 使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程, 研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10-6, 极大地提高了红外检测系统的灵敏度。

拉曼光谱是进行碳材料结构与性质研究的有力手段, 为了研究多壁碳纳米管(MWCNT)的管径和长度对其拉曼光学性质的影响, 本研究对一系列不同管径和长度的多壁碳纳米管进行拉曼光谱的测试和分析。 研究发现: 与高取向的石墨相比, 多壁碳纳米管一阶拉曼光谱的G峰中心和D峰中心都会向低波数发生不同程度的红移; MWCNT两个主要特征峰(G峰和D峰)峰强在其他条件相同的情况下, 与MWCNT的管径成正比, 与长度成反比; G峰的频移与MWCNT的管径和长度两个因素密切相关, 与管径成反比关系(这与单壁碳纳米管的径向呼吸模有着一致的结果), 与管长成正比关系, 而D 峰的频移受MWCNT的管径和长度的影响很弱, 并对此现象进行了初步分析。 在此基础上, 我们以MWCNT的长径比为横坐标, G峰频移为纵坐标作图, 进行线性拟合, 得到了G峰频移与长径比成一定的线性递增关系。 采用同样的分析方法, 我们将G峰和D峰强度分别对MWCNT的长径比作图, 进行线性拟合, 得到了G峰和D峰强度分别与MWCNT的长径比成一定的线性递减关系。

将一定浓度的硝酸银与柠檬酸三钠混合后, 利用微波加热法制备纳米银溶胶, 该方法加热速度快、 温度分布均匀、 反应条件易控制。 采用准弹性激光散射技术检测其粒度大小及分布状态的信息, 测得其平均粒度为(53.27±2.65)nm, 粒度大小集中分布在56 nm左右。 然后以之作为表面增强拉曼光谱(SERS)的活性基底, 研究测定羊角痕量降解产物的SERS光谱。 结果发现, 羊角降解产物的表面增强拉曼效应显著, 尤其在659, 830, 850, 929, 999, 1 028, 1 280, 1 439, 1 599 cm-1等多处出现了明显的拉曼振动峰, 这些谱峰反映了羊角降解产物的生化成分信息。 并且通过对所获得的羊角降解产物SERS信号进行的谱峰归属分析表明, 羊角降解产物主要为氨基酸与多肽类物质。 运用表面增强拉曼光谱检测角材料的降解产物, 获得较高的灵敏度, 可测定浓度低至ppm水平的痕量降解产物, 本研究表明, SERS可能为羊角等角材料降解产物的检测提供一种快速、 直观、 准确的新方法。

建立了薄层色谱(TLC)与表面增强拉曼光谱(SERS)联用方法对降压类中药中四种非法添加的化学成分, 即盐酸尼卡地平、 甲磺酸多沙唑嗪、 盐酸普萘洛尔及氢氯噻嗪进行快速检测的新方法。 利用TLC法将掺杂成分与中药基质进行简单分离, 采用SERS法对薄层板上的微量物质进行定性检测。 实验中通过优化银胶浓度和薄层展开体系, 并考察掺杂成分的最低检测限, 初步建立可用于降压类中药非法添加化学成分的TLC-SERS检测方法。结果表明, 该方法用于检测这四种化学成分时专属性较好, 检测限低可至0.005 μg, 最终检测出十种降压类中药中有两种非法添加了化学成分。 本方法简便快速, 能实现降压类中药中非法添加化学成分的快速检测, 有望成为中药掺杂化学成分的现场检测的新方法。

为了研究配体能级与稀土离子最低激发态能级的匹配程度对所形成的稀土配合物荧光性能的影响, 以邻氟苯甲酸(2-FBA)为第一配体, 邻菲咯啉(phen)为第二配体分别制备两种稀土铽配合物Tb(2-FBA)3·2H2O和Tb(2-FBA)3phen。 元素分析和红外光谱表征了两种配合物的分子组成。 相同浓度的紫外吸收光谱表明, Tb(2-FBA)3phen的第二配体phen替代第一配体2-FBA吸收了部分紫外光。 相同浓度的液体荧光光谱表明, Tb(2-FBA)3·2H2O的荧光发射强度高于Tb(2-FBA)3phen的荧光发射强度。 由于Tb(2-FBA)3·2H2O分子结晶水中的O—H振动会大大消耗配体所吸收的能量而使荧光强度大幅度下降; 2-FBA配体在273 nm的吸收峰所对应的三重态能级必然与能级5D4的匹配程度会更差。 在这种情况下Tb(2-FBA)3·2H2O的发射强度依然高于Tb(2-FBA)3phen的发射强度, 充分说明了第一配体2-FBA与Tb3的最低激发态能级5D4的匹配程度要好于phen与Tb3+的最低激发态能级5D4的匹配程度。 通过结合紫外吸收光谱和荧光光谱对稀土配合物的配体能级的定性分析, 可以初步了解不同类型配体对荧光性能的贡献程度。

在B3LYP/6-31G(d,p)水平下优化了四种姜黄素类似物的几何构型, 并通过振动分析验证了其构型稳定性。 在此基础上利用单激发组态相互作用方法(CIS)对激发态进行了几何优化, 最后通过含时密度泛函(TD-DFT)计算了荧光发射光谱。 研究结果表明: 四种化合物结构共平面性较好, 为一较大共轭体系。 随着苯环上羟基和卤素原子的引入, 增大了π电子的共轭程度, 荧光发射波长变长, 荧光光谱均出现不同程度的红移。 其中由于羟基是给电子基团, 荧光光谱红移现象更明显。 四种化合物荧光发射波长大小顺序与其前线区域轨道间隙能量大小顺序吻合, 进一步表明间隙能量与荧光发射光谱的相关性。