固体表面反射光与其折射指数之间存在余弦函数关系, 而折射指数的均方起伏又和固体表面的密度和浓度起伏有关。因此从反射光的变化可以反映材料内部结构的一些变化。基于此理论指导, 本文利用同步扫描光谱(SSS)方法, 即荧光光谱仪的同步扫描模式进行反射光的检测, 成功地监测了聚己内酯(PCL)薄膜在铜片上的熔融和非等温结晶过程。PCL薄膜的SSS谱图出现了两个明显的荧光光谱仪的光源峰(467和473 nm), 利用这两个峰的信息可以表征聚合物的熔融和结晶过程中分子链结构的变化。采用SSS方法表征分析得到了PCL的热动力学和结晶动力学参数, 其结晶Avrami exponent n为2.8～3.2, 平均值为3.1, 表明PCL的非等温结晶遵循异相成核、三维球晶生长机理。这些与差示扫描量热仪(DSC)得到的参数一致。研究结果表明SSS方法是一种简单、有效的原位测试聚合物熔融和结晶动态过程的方法。此外, SSS方法是一种基于荧光光谱仪的具有普适性的光谱方法, 对发光和不发光固态聚合物均可以检测研究。

为满足加速度传感器微型化、 低成本的需求, 提出了一种带有单微环谐振腔的悬臂梁式光学加速度传感器结构, 采用耦合模和传输矩阵理论求取了微环谐振器的传递函数, 利用检测同一波长处光强度变化的新测量方法实现了对加速度的探测, 从而得到了加速度传感器的灵敏度和探测极限, 深入研究了不同结构参数对系统灵敏度的影响, 数值仿真并分析了输出端口的光谱特性。 结果表明: 加速度传感器在外界加速度作用时, 悬臂梁在应力的作用下会发生弯曲, 使得固定在悬臂梁上的微环谐振器发生形变, 即微环谐振器的长度和折射率都发生了变化, 从而光在微环谐振器中的传输特性发生变化, 因此可以通过探测微环输出端光场强度的变化来测定加速度值; 悬臂梁的长度、 厚度以及微环谐振腔的固定位置都是影响加速度传感器性能的直接因素, 并且选择最佳的结构参数可以有效地提高系统灵敏度和精度。 经过数值仿真, 对于信噪比为30 dB系统, 波长在1.515 μm处, 悬臂梁的长度、 厚度分别为180和3 μm时, 系统的灵敏度可达到2.112 g-1, 探测极限为1.421 10－3 g, 因此在悬臂梁可承受的范围内, 选取长度较长的悬臂梁结构能够有效地改善系统的灵敏度和探测极限。 该结构为制备高灵敏度、 低成本、 易于加工的加速度传感器及可嵌入式微型光学器件提供理论基础。

采用密度泛函理论对以偶氮二异丁腈为引发剂形成的丙烯腈单体自由基(CH3)2(CN)C—CH2—(CN)CH的终止方式反应机理进行研究。 先用B3LYP/6-31G(d)基组对反应物、 偶合中间体、 过渡态、 歧化产物的几何构型进行优化, 并计算了各物种经过零点能校正后的总能量, 红外频率和电子结构, 同时对过渡态结构进行了验证。 研究结果表明, 反应物先通过自由基的偶合终止方式形成偶合中间体a, 再由此经过氢迁移、 裂解等机理得到歧化终止产物P［p1(CH3)2(CN)C〖: ＪＹ〗CH〖: ＪＬＸ, Ｙ〗CHCN+p2(CH3)2(CN)C—CH2—CH2CN］。 双自由基发生偶合和歧化终止反应分别形成偶合中间体a和歧化终止产物P均为放热反应, 且偶合产物有着更低的能量。 反应过程的速控步骤a→TS→P在常温下的速率常数表示为k(298.15 K)=2.71 10－59。 歧化终止反应随着反应温度的升高易于进行, 歧化产物所占的比例也增加。 通过对反应过程各物种红外谱图的分析, 说明自由基在整个终止反应的化学变化, 同时分析了HOMO-LUMO电子密度分布的信息, 验证丙烯腈双自由基偶合终止方式和各物种结构的准确性。

为了减小激光诱导等离子体中光谱线自吸收对分析结果的影响, 提高发射光谱的谱线质量, 实验利用组合式多功能光栅光谱仪和CCD探测器等组成的光谱分析系统记录光谱信息, 采用平面反射镜装置对激光等离子体进行约束, 比较了不同实验条件下光谱线的线型演化过程, 并且通过测量等离子体的温度、 电子密度以及样品蒸发量给出了合理解释。 实验结果表明, 当采用合适的平面反射镜装置约束激光等离子体时, 等离子体的轴向温度有所升高, 径向温度分布趋于均匀; 等离子体的电子密度有较大幅度的提高; 然而, 样品蒸发量却有比较明显的减小。 这几个方面的原因能够有效地降低光谱线的自吸收程度。 由此可见, 利用平面反射镜装置优化实验条件以后, 可以有效减小激光诱导等离子体发射光谱的自吸收效应, 在常量元素的定量分析中, 允许选择灵敏谱线作为分析线, 这为提高激光诱导击穿光谱技术的精确测量奠定了基础。

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)在煤质在线监测方面展现了突出的应用前景和研究价值。 针对该技术在实际应用中会由于脉冲激光功率起伏导致的长期测量稳定性差的问题, 建立了闭环负反馈式脉冲激光功率锁定装置, 采用激光功率负反馈信号控制和锁定Nd∶YAG激光器输出功率。 实验研究了不同分光比例脉冲激光器锁定在设定输出功率, 同一分光比例激光器锁定在不同输出功率以及长时间运行时的功率锁定。 结果表明, 不同的分光比例对激光输出功率的锁定效果影响不大, 分光比例越小, 稳定速度越快; 同一分光比例实现激光脉冲功率不同预设值的锁定以及在长时间运行时, 采用此装置进行功率锁定后, 激光输出功率处于预设区间内, RSD值由自由运行时的2.4%降低至1.1%。

能源是经济与社会发展的基本动力, 随着全球经济发展以及世界人口的增长, 能源与环境的危机也日渐凸显。 所以开发可再生能源成为减碳和实现社会可持续发展的必然选择。 目前, 生物质因具有CO2零排放不会造成温室效应的特点, 被公认是一种优质的燃料。 但是生物质同时具有含氧量高和含碳量少的特点, 而碳含量对于生物质燃烧在释放能量方面具有积极的作用, 氧含量则起到负面作用。 所以生物质也存在不抗烧, 热值低等缺点。 本实验的目的是找到一种可以提高生物质碳含量和降低氧含量的方法。 糖类物质是生物质的重要组成部分, 本工作采用了不同浓度的盐酸、 硫酸和高氯酸分别与糖类物质在常温常压条件下进行碳化反应。 并通过X射线光电子能谱(XPS)、 元素分析和显微红外分析等方法对碳化残余物质进行表征, 结果发现样品的碳含量都有了明显的增加并且伴随着氧含量的下降。 同时, 通过滴定的方法发现各种酸都有少量的消耗, 可以用于循环利用, 减少酸污染。 值得提出的是, 本实验所有的反应都是在常温常压零能耗的条件下进行的, 这大大减少了其他能源的消耗, 减少环境危机。 所以本研究为可能改善生物质燃料燃烧的特性, 降低能源利用带来的环境污染和产生更高能量密度能源物质提供了新的机会。

提出一种基于双光源方法和曲线演化理论的夜间能见度反演算法。 首先从双光源夜间能见度观测的特点出发, 分析了目标物亮度变化情况与特征演化曲线之间的相互关系。 接着引入水平集方法同时定义多个目标物亮度特征, 建立了水平集函数与能见度反演的关系模型, 并给出了算法的具体表达式。 实验结果表明, 反演算法具有很强鲁棒性, 在2 000～12 000 m观测范围内能见度反演值与标准能见度值的相关性均大于0.98, 可以用于对夜间能见度远距离、 高精度的观测。

采用操作简单的溶胶-凝胶法和射频磁控溅射法在石英衬底上分别制备了MgxZn1-xO薄膜和MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层结构的透明导电薄膜并对样品进行退火处理。 利用紫外-可见分光光度计、 X射线衍射仪、 光致发光、 霍尔效应测试对在不同退火温度下薄膜的晶体结构、 光学和电学性质进行表征分析, 并研究退火温度对其影响。 测试结果表明: 所制备的薄膜样品均具有良好的c轴(c-axis)取向并呈现出六角纤锌矿结构。 Mg组分的增加使得ZnO基薄膜的光学带隙逐渐增大, PL发光谱和吸收光谱的谱线出现了明显的蓝移现象, 但薄膜的电学特性有所降低。 而在MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层结构的薄膜样品中, Au夹层的存在使薄膜的光学性质变差, 在紫外区域透光率约为60%。 但薄膜的电学性质得到明显改善, 相比MgxZn1-xO薄膜, 其电阻率和迁移率显著提高。 此外通过高温退火处理可以有效提高所制备薄膜的晶体质量, 进一步提高样品电学特性, 其中经过500 ℃退火后的薄膜迁移率达到了40.9 cm2·Vs-1, 电阻率为0.005 7 Ω·cm。 但随着退火温度的进一步升高, 薄膜晶体尺寸从25.1 nm增大到32.4 nm, 从而降低了该薄膜的迁移率。 因此该夹层结构的MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO薄膜对于促进ZnO基透明导电薄膜在深紫外光学器件中的应用有重要作用。

顶发射白光有机发光二极管(white organic light-emitting diodes, WOLEDs)因可与有源驱动电路结合实现大开口率和高分辨率, 因而在白光照明和全彩显示中有着良好的应用前景．本文制备了红/蓝双磷光发光层的顶发射WOLEDs, 通过在红光层与蓝光层间插入电子阻挡层tris(phenypyrazole)iridium(Ir(ppz)3), 降低了对红光掺杂浓度的要求, 红光掺杂浓度的提高不仅降低了对制备工艺的要求, 提高了工艺可重复性, 而且改善了WOLEDs的效率与色度稳定性。 分析了色度稳定的原因, 优化了红光和蓝光磷光客体的掺杂浓度, 制备出发光效率达到7.9 cd·A-1的顶发射WOLED, 其色坐标位于暖白光区, 在87～2 402 cd·m-2亮度范围内色度很稳定, 仅变化(0.006, 0.01)。

超材料对电磁场的局域增强以及对周围环境的介电性质敏感等特性, 可用于无标记生物检测, 因而越来越受到国内外的学术关注, 特别是太赫兹波段的超材料生物传感器。 总结了近年来太赫兹波段超材料在生物传感器方面取得的进展。 首先介绍了超材料生物传感器的基本原理, 接着分析和讨论了衬底材料和厚度的选择、 超材料结构对传感器灵敏度的影响。 分析表明, 通过优化结构、 采用低介电常数和损耗低的薄衬底, 能进一步提高生物传感器的灵敏度, 并且多种物质在太赫兹波段都有直接的电磁响应特征, 因此利用太赫兹波段超材料实现无标记生物检测具有很大的应用潜力。 最后初步探讨了该生物传感器的发展趋势与前景。

提出一种采用近红外光谱测定天然纤维素(棉、 木)浆粕聚合度的方法。 实验收集了195个天然纤维素浆粕样品, 采用GB/T 9107-1999方法测定了其聚合度, 对样品进行粉碎预处理后, 放入旋转杯中采集相应的近红外漫反射光谱。 通过化学计量学偏最小二乘方法(PLS)将聚合度数据与近红外光谱关联, 分别建立了棉木浆粕混合样品、 棉浆粕样品和木浆粕样品的聚合度定量模型。 最优模型相关系数分别为0.980, 0.993, 和0.886, 预测均方根误差(RMSEP)分别为147, 143和53。 研究了近红外方法精密度和准确性。 结果表明棉浆粕和木浆粕分类模型预测准确性优于混合模型, 且其预测精密度符合国标(GB)方法要求。 另外, 采用主成分分析方法建立了棉浆粕和木浆粕的识别模型, 结果表明该模型可以有效识别棉浆粕和木浆粕。 该方法操作简单、 分析速度快, 能够满足天然纤维素浆粕聚合度在线检测要求, 为实现清洁制浆新工艺聚合度在线监控目标提供了理论和技术依据。

综述了近红外分析技术在农作物生长及食品加工处理过程中氨基酸检测的应用情况, 及其研究进展。 对近红外分析食品氨基酸应用中涉及的化学值HPLC检测以及化学计量学方法进行总结, 对相关原始文献中的数据、 资料和主要观点进行整理和归纳。 对氨基酸的HPLC、 化学计量学分析方法及其在农作物品质监测、 茶叶中氨基酸和茶多酚含量的同时测定、 饲料品质鉴定、 奶酪火腿肉制品中氨基酸及其他化学成分含量的测定情况进行了综述, 分析了方法的优缺点并对近红外分析技术在食品氨基酸检测中应用进行了展望。 近红外光谱在氨基酸检测中应用的发展需基于氨基酸高效液相色谱检测的化学值来建立相应的模型, 模型传递的问题是目前制约其大范围推广的主要原因。 在线分析可以监测从原料到产品的整个反应变化过程, 满足食品从生产到销售等领域中品质实时监控的需求, 将是今后重要的发展方向。

采用可见/近红外光谱对丙酯草醚胁迫下大麦叶片过氧化氢酶(catalase, CAT)与过氧化物酶(peroxidase, POD)含量预测进行研究。 对500～900 nm光谱采用移动平均法(moving average, MA)11点平滑方法进行预处理。 采用蒙特卡罗-偏最小二乘法(monte carlo-partial least squares, MCPLS)方法分别对于CAT与POD的含量预测剔除7个与8个异常样本。 基于全部光谱建立了CAT与POD含量预测的PLS, 最小二乘支持向量机(least-squares support vector machine, LS-SVM)与极限学习机(extreme learning machine, ELM)模型, ELM模型对CAT含量预测效果最好,建模集相关系数(correlation coefficient of calibration, Rc)为0.916, 预测集相关系数Rp为0.786; PLS模型对POD含量预测效果最佳, Rc为0.984, Rp为0.876。 采用连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)算法分别为CAT与POD预测选择了8个与19个特征波长, 基于特征波长建立的PLS, LS-SVM与ELM模型中, ELM模型对CAT与POD含量预测效果均最佳, CAT含量预测的相关系数为Rc=0.928, Rp=0.790; POD含量预测的相关系数Rc=0.965, Rp=0.941。 基于全谱与基于特征波长的回归分析模型预测效果相当, 且对POD含量的预测效果优于对CAT含量的预测效果, 而这需要进一步研究以得到精度和稳定性更高的预测模型。 研究结果表明, 采用可见/近红外光谱结合化学计量学方法可以实现对除草剂胁迫下大麦叶片CAT与POD含量的预测。

利用近红外光谱对非均匀样品进行分析时, 所得样品光谱中包含由光散射导致的干扰信息, 通常需要借助多元散射校正算法(multiple scattering correction, MSC)对光谱进行预处理。 由于不同波段光谱中所包含的散射信息、 噪声水平、 基线漂移程度等存在差异, 利用MSC方法对光谱进行预处理时, 基于不同波段的光谱数据会得到不同的校正结果, 进而影响所得定标模型的可靠性。 以60个全麦粉样品为研究对象, 确定定标区间后, 对包含定标区间的不同波段的原始光谱分别进行MSC处理, 并利用固定区间内的光谱数据结合偏最小二乘回归(partial least square regression, PLSR)方法建立分析样品中蛋白质含量的定标模型, 研究了MSC光谱预处理波段对定标模型的影响, 并对MSC光谱预处理波段进行了优化, 使定标模型的相关系数由0.96提高到0.98, 交互验证均方根误差(root mean squares error of cross validation, RMSECV)由0.37%降低到0.32%。 结果表明: 利用MSC方法对样品光谱预处理时, 光谱预处理波段会影响多元散射校正对光谱中非化学吸收信息的校正能力, 确定合适的预处理波段是获得可靠分析结果的一个前提条件。

近红外光谱(near infrared spectroscopy, NIR)作为目前中药关键质量属性快速评价热门技术, 广泛应用于提取、 浓缩、 醇沉、 纯化等中药生产过程质量控制领域。 由于谱带严重重叠, 谱峰较宽, 吸收信号弱等特征, NIR需采用化学计量学建立模型。当前, 光谱解析是NIR分析的研究热点, 结合作者的研究成果, 率先综述国内外NIR光谱解析的研究进展及主要方法。 其中包括: 物质吸收的光谱差异对特征信号提取的主成分分析法; 光谱波段筛选, 寻找物质特征吸收波段, 解析物质结构与特征波段关系的偏最小二乘法; 针对扰动(温度、 浓度、 压力等)引起的光谱变化, 通过同步、 异步光谱相关峰对光谱进行分析, 解析引起光谱变化的特征基团的二维相关光谱法; 用量子力学方法对物质结构的能量变化进行计算, 解析分子能量变化与光谱变化关系的密度泛函理论法。 最后, 结合实例, 考虑中药组分复杂性特点, 从单一药效指标成分出发, 采用氘代DMSO技术指认不同浓度的绿原酸NIR吸收特征, 验证金银花提取过程中在线NIR模型绿原酸成分变量筛选的可靠性, 阐明间隔偏最小二乘法筛选的特征波段与绿原酸光谱特征吸收的一致性, 建立了一种中药NIR关键质量属性的光谱解析策略, 为中药NIR关键质量属性快速准确评价提供支撑。

水岩反应是天然低质量硬玉岩(翡翠)在风化搬运和埋藏过程中获得品质改善的重要机理, 这种反应一般被认为是在低温还原条件下完成的, 目前, 科学界对这种低温变质水岩反应机理的了解知之甚少。 利用显微红外光谱对水岩反应前后翡翠矿物集合体及晶体进行了精细原位(in-situ)测试。 结果显示, 水岩反应后硬玉集合体矿物组成及单晶矿物主量元素的成分均没有明显的改变, 但含水量明显增大, 和水岩反应前相比, 硬玉单晶体结构水峰3 550 cm-1向高频漂移, 水岩反应前后矿物晶体边缘-晶核-边缘测点含水量也呈现规律性变化, 部分样本的含水量甚至有数倍的增加。 其中晶粒边缘的含水量明显大于晶粒内部含水量, 和高温高压变质过程中硬玉中水含量的变化呈现相反的趋势, 暗示了硬玉中的H+/OH-在高压变质反应和常压低温水岩反应过程中在硬玉内部的迁移方向及机制明显不同。 这一现象的发现为了解变质反应过程中水在硬玉中的行为及翡翠质量改善机理提供了新的线索。

以四种品牌152组食用醋样品为研究对象, 采用漫反射与透射两种近红外光谱采集模式分别进行光谱数据采集, 并以此建立了食用醋品牌溯源模型, 重点考察光谱采集模式、 光谱预处理方法等对溯源模型精度的影响。 结果表明, 选取114组样品为训练集, 原始光谱数据经过多元散射校正、 二阶求导预处理后, 采用偏最小二乘判别分析法(PLS1-DA)建立的食用醋NIRS品牌溯源模型, 对38组测试集样品进行预测, 透射光谱模型的决定系数(R2)、 校准均方根误差(root-mean-square error of calibration, RMSEC)、 预测均方根误差(root-mean-square error of prediction, RMSEP)分别为0.92, 0.113, 0.127, 正确识别率为76.32%; 漫反射光谱模型R2, RMSEC, RMSEP分别为0.97, 0.102, 0.119, 正确识别率为86.84%。 由此说明, 近红外光谱结合PLS1-DA可以用来建立食用醋品牌溯源模型, 且漫反射光谱模型预测效果更好。

对海洋营养盐进行快速检测是海洋污染监控中的一项重要任务。 测量了硝酸钠溶液蒸发过程中的红外光谱, 发现表面增强红外光谱法在营养盐的快速检测中有重要的应用价值。 采用Stober方法制备了二氧化硅纳米颗粒, 然后采用银氨溶液与二氧化硅溶液混合的方法制备银/二氧化硅(Ag/SiO2)复合材料, 并利用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)以及紫外-可见(UV-Visible)吸收光谱对其进行表征。 研究了硝酸钠水溶液干燥过程中Ag/SiO2复合材料对硝酸钠红外吸收光谱的影响, 结果表明硝酸根反对称伸缩振动吸收峰的吸收强度得到增强, 这可能来自Ag/SiO2薄膜材料的界面效应。

以猪粪和玉米秸秆为原料高温堆肥, 试验设置三个不同处理: C/N 15, C/N 25, C/N 35。 堆肥周期为120天, 其中通风周期为30天, 采用强制连续式通风。 在第0, 22, 30, 60, 90, 120天取样, 利用元素分析和红外光谱法研究不同木质素添加量对堆肥胡敏酸(HA)的组分及分子结构的影响。 研究表明堆肥胡敏酸C的变化主要集中在堆肥前30 d, 堆肥结束后, 堆肥HA中O/C增大, H/C减小, N含量增加。 不同处理之间低碳氮比(15)和高碳氮比(35)堆肥HA氧化程度要高于中碳氮比(25)。 红外光谱吸收峰分析表明, 不同木质素添加量处理堆肥过程中胡敏酸的红外光谱基本相似, 但各峰吸收强度不同。 研究表明堆肥腐熟化阶段更有利于堆肥HA中芳香性的增强。 堆肥结束后, 碳氮比15堆肥HA中多糖、 脂肪类成分减少, 芳香结构成分增加, 相比较碳氮比25和35, 碳氮比15堆肥HA腐殖化程度更高, 结构更稳定。

利用共有峰率和变异峰率双指标, 以胡椒属七种药用植物的红外指纹图谱为依据, 计算出所测样品的共有峰率和变异峰率。 建立了胡椒属七种药用植物共有峰率和变异峰率双指标序列, 结果揭示了胡椒属七种药用植物的亲缘关系。 中药海风藤与石南藤、 大叶蒟根茎的共有峰率均在77%以上, 变异峰率均在30%以下, 此三种胡椒属药用植物亲缘关系较近; 海风藤与胡椒根茎、 十八症根的共有峰率在61%左右, 亲缘关系稍远; 海风藤与蒌叶根茎的共有峰率仅为44%。 亲缘关系较远。 利用红外二阶导数谱图, 可以鉴别中药海风藤及其伪品石南藤、 十八症根、 大叶蒟根茎、 胡椒根茎等品种。 傅里叶红外光谱法可以对样品进行无损处理, 不需要对药材进行复杂的提取分离过程即可提供化合物的官能团、 类别、 氢键等信息。 该法能从整体水平分析谱图特征峰, 具有分析速度快, 重现性好, 非破坏性和样品量小, 制样简单, 专属性强, 节约成本, 保护环境等优点。 可以解决中药海风藤因资源短缺, 伪品较多, 鉴别困难等问题, 也可为临床用药的安全、 有效提供保障。 傅里叶红外光谱法为胡椒属药用植物亲缘关系的探讨和真伪鉴别提供了一种新方法。 符合中药向综合分析和整体分析发展的趋势。

珍珠是名贵的装饰品和中药材, 在我国对其已有2000多年的应用历史。 研究发现, 贝壳内层的化学组成与珍珠相似, 主要含有碳酸钙和各种氨基酸。 贝壳粉也可在临床上做药用, 但其药用价值远低于珍珠粉。 然而, 珍珠粉和贝壳粉外观特性极为相似, 元素组成和形貌检测无法对其进行有效地鉴别。 由于贝壳粉的成本低, 常常冒充珍珠粉流入市场, 侵害了消费者的利益。 本研究通过珍珠粉和贝壳粉在不同温度下煅烧一定时间后显微红外反射光谱的差异实现珍珠粉真伪鉴别。 实验结果表明, 在一个大气压下经过400 ℃煅烧30 min后, 珍珠粉中文石型碳酸钙部分转化为方解石型, 而贝壳粉中文石型碳酸钙完全转化为方解石型。 这种不同的相转变过程可以被显微红外反射光谱很好的区别。 因此, 可在此条件下利用红外反射光谱鉴别珍珠粉和贝壳粉相变差异。 和传统的透射式红外光谱法相比, 这种显微反射红外光谱法无需压片制样、 快速灵敏。 本研究也讨论了该方法针对其他常见伪品的适用性, 如牡蛎粉和石决明粉, 结果表明该方法能够简单、 高效和准确地鉴别珍珠粉真伪。

种子类中药材黑豆和牵牛子都含有大量的油脂和蛋白质, 因此两种药材的一维红外光谱极其相似, 为了区别科属不同的两种药材, 采用红外光谱三级鉴定法对黑豆和牵牛子进行分析鉴定。 经典红外光谱中, 黑豆和牵牛子均有1 745 cm-1表征油脂类的特征吸收峰, 以及1 656和1 547 cm-1表征蛋白质酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的特征吸收峰。 其中油脂特征吸收峰与蛋白质特征吸收峰的相对高度不同, 说明二者的相对含量不同。 同时, 一维红外光谱对两种中药材主体成分的分析结果, 即含有大量的油脂和蛋白质, 与文献所报道的一致。 在二阶导数红外光谱中, 牵牛子中存在1 712 cm-1属于有机酸类的特征吸收峰, 然而黑豆中却没有此吸收峰的存在。 此外导数光谱中两种药材峰形和峰强度的差别更为明显。 二维相关红外光谱中, 黑豆和牵牛子自动峰的峰位置和峰强度等均具有显著差异。 在1 500~1 700 cm-1波数范围内, 黑豆有2个明显自动峰, 牵牛子有3个明显的自动峰。 在2 800~3 000 cm-1波数范围内, 黑豆和牵牛子均有2个强自动峰, 但最强自动峰的位置不同。 运用红外光谱三级鉴定法, 可以更直接快速简便的分辨出主体成分相同的两种种子类中药材, 为今后的研究打下基础。

采用傅里叶变换红外光谱对杜鹃花科植物闹羊花与菊科植物野菊花两种花类中药材的主成分进行表征, 其中闹羊花出现在1 648和1 543 cm-1出现明显的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带吸收峰, 证明其中含有蛋白质, 可能与其具有的免疫作用相关; 野菊花出现在1 734和1 515 cm-1等CO伸缩振动吸收峰, 证明其中含有挥发油等酯类成分。 由于二者的红外光谱具有较高的相似性且难以区分, 通过二级鉴别比较闹羊花与野菊花的二阶导数红外光谱可看出, 在1 656和1 515 cm-1附近的吸收峰, 表明二者均含有黄酮类成分; 野菊花的二阶导数谱图中出现在1 163, 1 077, 1 026, 986和869 cm-1的吸收峰与菊糖的特征吸收峰一致, 因此可以看出野菊花中含有菊糖。 选取不同波数范围的闹羊花与野菊花的二维相关红外光谱进行对比, 发现在1 700~1 400 cm-1黄酮类成分区域闹羊花有3个明显的自动峰, 野菊花有10个明显的自动峰; 在1 250~900 cm-1糖苷类成分区域闹羊花有10个明显的自动峰, 野菊花有9个明显的自动峰。 红外光谱的“三级鉴定法”为中药材的鉴别提供更快速、 准确、 方便的手段。

选取粤西官山嶂岩体眼球状花岗岩 研究其内不同形态和期次FeS2的拉曼光谱特征。 结果显示各组样品拉曼位移(Δν)、 散射强度(Ι)及其半高宽(FHWM)明显不同。 分析表明 条带状样品拉曼位移Δν1, Δν2, Δν3分别位于318, 381和440 cm-1附近; 而骸晶样品对应值分布于344, 379和430 cm-1附近; 且与后者相比 变形、 自形样品对应Δν分别较向低频偏移。 条带状样品ΙEgΙAgΙTg 而其余样品ΙEg≈ΙAgΙTg; 且自骸晶样品向自形、 变形样品Ι及FHWM值均依次增大。 上述光谱证据指示 条带状样品Δν及Ι与白铁矿相似 而其余样品均展现出黄铁矿的特征。 与骸晶样品相比变形、 自形样品Δν向低频偏移 表明后二者形成温度依次增高; 骸晶、 自形、 变形样品Ι及FHWM递增表明三者形成压力依次明显增大。 据此 研究认为官山嶂岩体内黄铁矿形成先后经历了: 白铁矿期→高压黄铁矿期→高温黄铁矿期→常温常压蚀变期。

为了使表面增强拉曼散射(SERS)基底的三维聚焦体积内包含更多的“热点”, 能吸附更多探针分子和金属纳米颗粒, 以便获得更强的拉曼光谱信号, 提出了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构作为SERS基底, 并对其进行了实验研究。 利用化学气相沉积(CVD)方法制备了垂直排列的碳纳米管阵列; 采用磁控溅射镀膜方法先在碳纳米管阵列上形成一层银膜, 再通过设置不同的高温退火温度, 使不同粒径的银纳米粒子沉积在垂直有序排列碳纳米管阵列的表面和外壁。 SEM结果表明: 在有序碳纳米管阵列的表面和外壁都均匀地负载了大量银纳米粒子, 并且银纳米颗粒的粒径、 形貌及颗粒间的间距随退火温度的不同而不同。 采用罗丹明6G(R6G)分子作为探针分子, 拉曼实验结果表明: R6G浓度越高, 拉曼强度越强, 但是R6G浓度的增加与拉曼强度增强并不呈线性变化; 退火温度为450 ℃, 银纳米颗粒平均粒径在100～120 nm左右, 退火温度为400 ℃, 银纳米颗粒平均粒径在70 nm左右, 退火温度为450 ℃的拉曼信号强度优于退火温度400和350 ℃。

为了在常温下鉴定新鲜植物样品的挥发性物质, 且避免繁杂前期样品的制备过程, 将新鲜样品切细后置入顶空瓶中, 用注射器抽取顶空瓶上方的挥发性物质注入用微波法制备的纳米银溶胶中, 用R-3000便携式拉曼光谱仪进行SERS的测量。 获得了葱属植物大蒜、 韭菜、 葱的挥发性物质的表面增强拉曼光谱(SERS)。 大蒜的SERS谱中较强的峰出现在307, 399, 569, 711, 1 182, 1 287, 1 397, 1 622 cm-1处。 韭菜的SERS谱中最强的峰出现在672 cm-1, 较弱的峰出现在274, 412, 575, 1 185, 1 289, 1 396, 1 618 cm-1处。 葱的SERS谱中最强的峰出现在693 cm-1, 次强峰出现在372, 888, 1 023 cm-1处, 较弱的峰出现在1 088, 1 211, 1 322 cm-1。 获得二烯丙基二硫(diallyl disulfide)、 烯丙基甲基硫醚(allylmethyl sulfide)、 1-丙硫醇(1-Propanethiol)的液态、 气态的SERS谱。 经对比研究得出: 吸附在银表面的大蒜、 韭菜、 葱的主要挥发性物质分别是二烯丙基二硫(diallyl disulfide)、 烯丙基甲基硫醚(allyl methyl sulfide)、 1-丙硫醇(1-Propanethiol)。 同是葱属植物但不同种大蒜、 韭菜、 葱其吸附在银表面的主要的挥发性物质不一样, 吸附在银表面的各种葱的主要挥发性物质都是1-丙硫醇。 该实验结果表明顶空与SERS结合, 不需要复杂的提取过程, 可直接用于新鲜植物的挥发性物质快速检测。

采用密度泛函的B3LYP和B3PW91方法在6-311++G**基组水平上全优化了D-荧光素分子的平衡构型和振动光谱。 采用标度量子力学力场(SQM)方法研究了D-荧光素分子的振动光谱。 为了详细分析振动模式的贡献, 定义了分子的局域内坐标, 用改编的分子振动计算程序组将计算的笛卡尔坐标力常数转换成了局域内坐标力常数。 用GF矩阵方法进行了简正坐标分析, 获得了振动频率和势能分布(PEDs)。 根据PEDs对所有的振动模式进行了指认。 结果表明, 在红外光谱中, 所有振动模式均有红外活性, 其中吸收强度最强的峰的振动频率为1 780 cm-1, 吸收强度为507 KM·mol-1, 根据计算所得的PEDs矩阵, 可以清楚的看出该振动吸收峰主要由羧基C21O22双键伸缩振动所贡献, 其PEDs为93%。 在拉曼光谱中, D-荧光素分子的所有振动模式也表现出了拉曼活性, 振动频率在1 200～1 700 cm-1范围的吸收峰具有较强的拉曼活性。 其中吸收强度最强的吸收峰的频率为1 573 cm-1, 吸收强度为297 KM·mol-1, 是五元环CN键的伸缩振动所贡献。 结果可为进一步研究荧光素衍生物的结构、 发光活性提供一定的理论依据。

通过在重烷基苯磺酸盐类表面活性剂(HABS)的水溶液中加入摩尔比为1∶1的β-环糊精, 利用的紫外吸收光谱检测存在强干扰影响时的HABS含量。 结果表明, β-环糊精具有明显降低三采复配驱油剂中十六烷基磺酸钠(SAS)、 烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)及聚丙烯酰胺(HPAM)等常用组分对HABS定量产生的干扰影响, 能显著降低HABS的检测误差至2.0%以内, 该方法的检出限(S/N=3)为8.3～9.1 10－4 mg·L－1。 通过1H-NMR, TG-DSC及FT-IR表征研究了HABS分子与β-环糊精分子之间的相互作用。 1H-NMR结果表明了HABS分子已进入了β-环糊精分子的内部空腔; TG-DSC结果表明没有自由态的HABS存在, HABS分子与β-环糊精分子已形成了包结物; FT-IR的表征结果显示了HABS分子与β-环糊精分子之间的官能团作用。 结合这些表征结果推测出HABS分子可以沿着β-环糊精的内腔径向大、 小口径端2个方向进入β-环糊精的内腔并形成了稳定的包结物。 包结物中HABS与β-环糊精之间的相互作用是β-环糊精降低强干扰体系中HABS紫外光谱干扰的主要原因。

石油类物质对水体吸收系数的影响主要通过黄色物质(CDOM)体现出来, CDOM和石油类物质皆具有荧光基团, 如果两者的荧光图谱各自特征明显的话, 那么有望利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献, 从而提高水体石油类物质含量的遥感反演精度。 以大连周边海水和山区水库水为自然水体本底, 分别与取自采油污水厂和炼油污水厂的污水进行混合配比, 利用试验数据分析了仅含CDOM、 含油与CDOM混合、 仅含石油三种水样的荧光图谱特征, 旨在为利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献提供依据。 分析结果表明: (1)自然水体中, 海水的CDOM具有三个典型荧光峰, 分别位于Ex:225-230 nm/Em:320～330 nm, Ex:280 nm/Em:340 nm和Ex:225-240 nm/Em:430～470 nm, 为海水叶绿素碎屑物所致; 淡水具有两典型荧光峰, 分别位于: Ex: 240～260 nm/Em: 420～450 nm和Ex: 310～350 nm/Em: 420～440 nm, 为陆源物质所致; (2)用正己烷萃取后的仅含油水样, 具有1～3个荧光峰, 分别位于Ex: 220～240 nm/Em: 320-340 nm, Ex:270～290 nm/Em: 310～340 nm和Ex: 220～235 nm/Em: 280～310 nm, 为各自烃类成分所致; (3)在自然水体中混入油污水后, 含油和CDOM的水样荧光图谱呈现出一个非常强的荧光峰, 位于Ex: 230～250 nm/Em: 320～370 nm, 为CDOM和石油类物质荧光成分共同作用所致。

基于等离子体荧光法研究了Nd∶YAG纳秒1 064 nm激光脉冲诱导击穿空气等离子体的膨胀动力学过程, 用ICCD相机捕获了不同激光脉冲能量诱导的空气等离子体随时间演化图像, 给出激光能量100, 150, 200, 300 mJ时击穿空气产生的空气等离子体波阵面前沿的膨胀距离, 推演出空气等离子体的扩展速度。 实验结果表明等离子体发光区域主要分布在等离子体膨胀区域, 等离子体荧光强度随时间增加变强然后渐渐变弱, 膨胀区域逐渐增大, 在300 mJ, 22 ns膨胀距离最大达到3.76 mm, 等离子体扩展速度在膨胀初期达到105 m·s-1量级, 在膨胀16 ns内迅速衰减, 随后趋于平缓。 激光脉冲能量越大, 引起空气击穿的时刻靠近高斯激光脉冲上升阶段。

基于敦煌辐射校正场, 利用高、 中两类定标场地, 采用反射率基法对资源三号卫星多光谱传感器进行在轨场地绝对辐射定标, 获取多光谱传感器的2013年绝对辐射定标系数, 并与2012年定标结果进行对比分析。 同时, 利用2013年7月1日Landsat 8的operational land imager(OLI)影像对资源三号卫星多光谱传感器进行交叉定标, 验证定标系数的可靠性。 结果表明, 一年来资源三号卫星多光谱传感器各波段性能存在1%～8.5%的变化; 交叉定标和场地定标的结果有较好的一致性, 说明定标结果具有较高的可信度。

用硼氢化钠还原氯金酸制备了金纳米粒子(GN), 用妥布霉素适配体(Apt)修饰GN可获得较稳定的Apt-GN探针。 在pH 6.8 Na2HPO4-NaH2PO4(PBS)缓冲液及NaCl存在下, Apt-GN探针稳定而不聚集; 当有妥布霉素(Tbc)存在时, 它与Apt-GN探针中的Apt特异性结合并释放出纳米金, 纳米金在NaCl作用下聚集, 导致体系在368 nm处的共振瑞利散射光增强。 在选定实验条件下, 368 nm处的共振散射峰强度的增大值ΔI与抗生素妥布霉素(Tbc)浓度在1.9～58.3 ng·mL-1范围内呈良好线性关系, 其线性回归方程为ΔI=35.3c-23, 检出限为0.8 ng·mL-1 妥布霉素。 分别对10.0, 20.0和30.0 ng·mL-1 Tbc平行测定5次, 求得其相对标准偏差分别为6.8%, 5.0%和4.4%。 考察了共存离子对测定38.9 ng·mL-1 妥布霉素的干扰情况。 结果表明, 当相对误差在±10%以内, 80倍Zn2+; 40倍L-谷氨酸, Cu2+, Mg2+, Ca2+; 20倍葡萄糖、 盐酸土霉素; 10倍L-苯丙氨酸、 甘氨酸; 2倍L-天冬氨酸; 6倍HSA和BSA不干扰测定。 这说明本方法具有较好的选择性。 该法用于分析测定妥布霉素滴眼液中的妥布霉素含量, 结果令人满意, 相对标准偏差在6.5%～7.6%之间, 回收率在95.0%～107%之间。

建立基于光谱分析的轮台白杏叶片铁(Fe)、 锰(Mn)元素浓度估算模型, 为快速建立轮台白杏树体微量营养元素诊断体系提供技术途经。 采用Unispec-SC光谱仪测定土壤肥力存在显著差异条件下轮台白杏果实不同生育时期叶片的光谱反射率, 通过分析叶片中Fe和Mn元素浓度与Rλ和ｆ′(Rλ)的相关性, 筛选出光谱指示波段, 并采用线性回归模型建立光谱估算模型以估算叶片Fe和Mn营养元素浓度。 结果表明: 轮台白杏果实不同生育时期叶片Fe元素的光谱敏感波段各不相同, 果实坐果期和硬核期敏感波段分别为873和874 nm, 375和437 nm。 果实成熟期敏感波段为836和 837nm而果实收后期敏感波段为325和1 054 nm; 轮台白杏果实四个生育时期Mn元素的光谱敏感波段分别为913和1 129 nm, 425和970 nm, 390和466 nm, 423和424 nm; 轮台白杏叶片Fe和Mn元素浓度均与光谱反射率一阶微分ｆ′(Rλ)相关性最强, 与之建立的线性光谱估算模型拟合度最高, 且达到了显著或极显著水平。 表明果实不同生育时期, 轮台白杏叶片Fe和Mn元素的光谱指示波段不同, 可根据双波段ｆ′(Rλ)采用线性模型估算白杏叶片Fe和Mn元素浓度。

在全球范围内, 低温冻害已经成为了冬小麦减产的主要灾害之一, 而高光谱遥感技术已成为一种有效的监测与预防手段。 为了探究拔节期冬小麦冠层高光谱对低温胁迫的响应规律, 通过低温胁迫试验, 对同一品种拔节期冬小麦在-2, -4和-6 ℃等3个温度梯度下处理12 h, 并测定其冠层光谱反射率, 提取红边参数, 从而研究低温胁迫对冬小麦冠层光谱特征的影响。 结果表明, 冬小麦在遭受低温胁迫后, 在近红外波段冠层光谱反射率随着低温胁迫程度的加大而升高, 而在可见光波段则降低, 并出现“绿峰”减弱, “红谷”抬升的现象。 另外, 对原始光谱进行一阶微分处理后, 其一阶微分光谱随低温胁迫程度的加剧, 出现向短波方向移动, 红边位置也出现“蓝移”现象, 红边面积与红边幅值也出现逐渐增大的趋势。 研究表明冬小麦在拔节期遭受低温胁迫以后, 其冠层光谱对其响应敏感, 利用高光谱技术可以实现冬小麦冻害的有效监测。

在坡地植物遥感监测过程中, 很多相关因素的变化会对监测结果产生不容忽视的影响。 本文对坡地植物的坡度、 坡向、 探测天顶角以及不同植物类型等因素进行了分析。 为了加强理论探讨, 研究在实验室条件下进行, 并对均匀坡坡地植物进行了模拟。 通过试验发现这些因素对植物高光谱遥感都有影响。 当仅坡度变化时, 在0°～36°坡度范围内, 坡地植物反射比随坡度增大而先增大后减小; 当仅探测天顶角变化时, 随着探测天顶角的增大, 坡地植物在可见光波段光谱特征变化并不明显, 在近红外波段反射比逐渐减小; 当仅坡向变化时, 坡面越转向迎光方向, 坡地植物反射比越大, 且以入射面与坡面的垂直交线为轴, 轴两侧坡向植物叶片反射比基本成对称分布; 另外, 不同植物类型其光谱曲线有较大差异, 即植物类型的差异同样会对坡地植物高光谱遥感产生影响。 本研究突破了传统遥感垂直收集数据的局限, 利用多角度、 高光谱信息进行坡地植物光谱特性分析。 坡地植物的高光谱遥感研究对定量遥感的发展有一定的理论意义, 同时对植物遥感监测有一定的应用价值。

以Venlo型温室中无土栽培模式下自行培育的25%, 50%, 75%, 100%, 150%五个梯度水平的氮、 磷、 钾营养胁迫样本为研究对象, 利用高光谱成像系统以及课题组自行研发的偏振反射光谱测量分析系统分别采集不同氮磷钾营养水平番茄叶片的偏振光谱和高光谱数据。 通过扫描电镜分析阐明营养胁迫叶片非光滑表面的凹凸和质地发生的一系列变化与偏振反射辐射之间具有一定的联系。 由斯托克斯公式将偏振光谱换算成偏振度后, 提取偏振度与氮磷钾实测值之间的各4个偏振度特征; 同时将高光谱数据经过主成分分析降维并确定氮磷钾各4个特征波长, 再通过相关分析法提取这4个特征波长下的各8个高光谱图像纹理特征。 偏振度特征与高光谱纹理特征相加累计氮磷钾各12个特征作为支持向量回归(SVR)的输入变量。 对这12个特征变量进行最大—最小值归一化后, 采用SVR建立番茄氮磷钾营养水平的定量诊断模型, 求得氮的相关系数r=0.961 8, 均方根误差RMSE=0.451; 磷的相关系数r=0.916 3, 均方根误差RMSE=0.620; 钾的相关系数r=0.940 6, 均方根误差RMSE=0.494。 研究结果表明采用偏振反射光谱结合高光谱的多维光信息融合技术能够建立精度较高的番茄营养水平预测模型, 具有较好的诊断作用, 对于提高模型的精度和专用仪器的开发具有一定的指导意义, 为番茄养分含量的快速检测提供了新的思路。

暗箱环境下采集柑橘叶片高光谱图像, 采用阈值法提取整叶有效光谱信息区域的平均光谱, 比对分析了柑橘叶片光谱信息不同预处理方法和光谱PLS、 BPNN和LS-SVM预测模型对叶绿素a、 叶绿素b和类胡萝卜素等光合色素含量的预测精度。 结果显示, 采用MSC对原始光谱进行预处理和LS-SVM建模对叶绿素a含量的预测效果较好, Rp达0.898 3, RMSEP为0.140 4; 采用SNV光谱预处理和LS-SVM模型对叶绿素b含量的预测其Rp为0.912 3, RMSEP为0.042 6; 采用MAS预处理和PLS模型对于类胡萝卜素含量预测的Rp和RMSEP分别为0.712 8和0.062 4。 结果表明: 采用高光谱图像信息可较好地进行柑橘叶片叶绿素a, 叶绿素b和类胡萝卜素等光合色素含量的预测, 为进一步研究柑橘叶片光合色素含量与组分构成的非损伤实时检测提供了依据。

应用高光谱成像技术实现了油菜苗-花-角果整个生命期叶片氮含量的快速检测和氮素水平分布的可视化。 采集三个生长时期共计420个叶片样本的高光谱图像信息(380～1 030 nm), 提取图像中感兴趣区域的平均光谱数据, 经过不同光谱预处理后, 利用连续投影算法(SPA)选择特征波长, 将提取的12个特征波长(467, 557, 665, 686, 706, 752, 874, 879, 886, 900, 978和995 nm)作为自变量, 叶片氮含量作为因变量, 分别建立偏最小二乘法(PLS)和最小二乘-支持向量机(LS-SVM)模型。 SPA-PLS和SPA-LS-SVM模型对叶片氮含量的预测相关系数RP分别为0.807和0.836, 预测均方根误差RMSEP分别为0.387和0.358。 高光谱图像中的每一个像素点都有对应的光谱反射值, 利用结构简单、 更易提取回归系数的SPA-PLS模型, 快速计算出12个特征波长下高光谱图像中每个像素点对应的氮含量预测值, 结合像素点的空间位置生成氮素浓度的叶面分布图。 可视化分布图详细且直观的反应出同一叶片内部或不同叶片之间氮含量的差异。 结果表明, 应用高光谱成像技术分析整个油菜生长期的叶片氮含量及其可视化分布是可行的。

提出了基于高光谱信息的大白菜种子品种分类识别方法。 利用近红外高光谱图像采集系统采集了八种共239个大白菜种子样本; 提取15 pixel 15 pixel感兴趣区域平均光谱反射率信息作为样本信息; 采用多元散射校正预处理方法对光谱进行消噪; 验证了Ada-Boost 算法、 极限学习机(extreme learning machine, ELM)、 随机森林(random forest, RF)和支持向量机(support vector machine, SVM)四种分类算法的分类判别效果。 为了简化输入变量, 通过载荷系数分析选取了10个大白菜种子品种分类判别的特征波长。 实验结果表明, 四种分类算法基于全波段的分类识别对81个预测样本的正确区分率均超过90%, 最优的分类判别模型为ELM和RF, 识别正确率达到了100%; 以10个特征波长的分类判别精度略有下降, 但输入变量大幅减少, 提高了信息处理效率, 其中最优分类判别模型为EW-ELM模型, 判别正确率为100%, 因此以载荷系数选取的特征波长是有效的。 利用高光谱结合机器学习对大白菜种子品种进行快速、 无损分类识别是可行的, 为大白菜种子批量化在线检测提供了一种新的方法。

为克服自吸收效应对炉渣样品定量分析结果的影响, 基于快速模拟退火算法的优化过程, 结合等离子体发射光谱的基本理论, 发展了一种基于多种粒子发射谱线的自吸收校正算法, 给出了该算法的流程图。 利用前述自吸收校正算法分别对精炼渣和高炉渣样品的激光诱导等离子体发射光谱强度进行校正, 并结合无标分析法, 对比分析了自吸收校正算法对样品成分定量分析结果的影响。 对比自吸收校正前后的Boltzmann图可以看出, 经自吸收校正后, 等离子体中各粒子的温度均稳定在11600K左右, 结果明显趋于一致。 利用自吸收校正后同种粒子的等离子体光谱构建的Boltzmann图中, 除一组数据外, 其他数据在Boltzmann图中的截距基本一致。 利用经自吸收校正后的谱线, 对两种炉渣样品成分进行定量分析的结果表明: 对于精炼渣, MgO的定量分析结果精度不高, 若不分析MgO的含量, 则CaO, Al2O3和SiO2等成分定量分析结果的相对误差会明显降低; 对于MgO含量为8.49%的高炉渣样品, Al2O3定量分析结果的精度最高, 相对误差为2.38%, MgO最低, 相对误差为28.27%, 但基本可以反映出该成分在样品中的含量。

纯铁的光谱发射率受温度的影响很大, 尤其是在大气环境中, 由于温度升高加剧了表面的氧化, 导致其光谱发射率发生了“无规律”变化。 基于基尔霍夫定理, 利用研制的反射法光谱发射率测量装置对纯铁1.55μm波长的光谱发射率进行了系统的研究, 探讨了温度、 加热时间等因素对纯铁光谱发射率的影响。 研究结果表明: 纯铁的光谱发射率随着温度的升高而增大, 并且在一定的温度下出现了峰值和谷值, 通过分析有氧化层时金属的发射率模型, 解释了这种现象的发生。 恒温长时间测量结果表明, 在不同的温度下, 加热时间对光谱发射率的影响不同。 研究结果将进一步丰富纯铁的光谱发射率数据, 并为其光谱发射率在大气环境中的应用提供了实验依据。

银的应用在当代生物医学领域得到极大地推广, 其生物安全性也受到密切关注, 明确银离子在生物体内分布以及其安全阈值显得格外重要。 因此, 需要一种高灵敏度的分析方法来确定医学生物样品中银的含量。 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对于金属离子检测具有很高的灵敏度, 非常适用于医学生物样品中所含痕量银元素的检测, 但具体方法的开发, 包括样品前处理和检测过程, 尚处于起步阶段。 本研究建立了一套简便易行的微波消解处理机体血清和组织器官样品, 通过ICP-MS法测定样品内微量银元素的检测方法。 血清和肌肉、 骨髓、 骨骼组织, 以及心脏、 肝脏、 脾脏、 肾脏器官样品经5 mL硝酸-2 mL过氧化氢体系微波消解。 消解程序采用2 000 W功率3步式温度梯度, 样品最终消解完全, 获得的数据重复性好, 且耗费时间短, 为大批量样品处理节省了时间。 消解溶液经稀释定容, 在优化仪器工作参数后, 用ICP-MS对溶液中的107Ag进行测定, 以钇(Y)为内标元素补偿基体效应和准确度漂移。 测定结果显示, 107Ag元素检出限为0.98 μg·kg-1, 标准曲线相关系数为0.999 9, 回收率为98%～107%, 相对标准偏差(RSD)为2.0%～4.3%。 用该法测定了动物血清和组织器官中的银元素含量, 发现机体摄入银离子后, 主要蓄积在肝脏。 检测结果表明ICP-MS方法可以准确地测定机体的微量银元素, 所建立的方法适用性强, 可满足不同类型医学生物样品中微量银元素的测定, 操作简便快捷, 结果准确且灵敏度高, 尤其适合于大批量生物样品的检测, 为其他生物样品微量元素的检测提供了指导。

亚麻籽是一种具有食用与药用价值的生物质, 富含多种营养物质与矿物质元素。 我国是亚麻籽的主要产地之一, 为探讨不同产地亚麻籽中矿物质元素与脂肪酸组成的主要特征成分, 采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析了10个产地亚麻籽中的17种矿物质元素, 利用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)分析了于相同条件下提取的10个产地亚麻籽油脂中的脂肪酸组成。 采用主成分分析法对10个产地亚麻籽中的矿物质元素及脂肪酸组成进行了分析, 探讨了不同产地亚麻籽矿物质元素及脂肪酸组成的差异, 分析了矿物质元素及脂肪酸的主要特征成分。 结果表明, K, Sr, Mg, Ni, Co, Cr, Cd, Se, Zn和Cu是亚麻籽的主要特征矿物质元素, C16∶0, C18∶0, C18∶2, C18∶3, C20∶0, C20∶1是亚麻籽油脂的主要特征脂肪酸。 ICP-MS和GC-MS结合主成分分析, 可有效揭示不同产地亚麻籽中矿物质元素与脂肪酸组成的特征与差异, 进而为亚麻籽的合理、 有效利用提供重要的理论依据。

珍珠中的微量元素有其特征规律及作用。 前人很早就关注到淡水珍珠和海水珍珠微量元素特征的差异, 但限于测试技术及分析方法, 测出的微量元素种类相当有限, 并且对测试结果也缺乏深入分析。 电感耦合等离子体质谱议(ICP-MS)具有检测能力高, 速度快, 可同时测试多种痕量及超痕量元素。 采用ICP-MS对淡水和海水养殖珍珠的微量元素进行测定, 并通过数据处理方法分析, 对比。 结果表明: (1) 珍珠中含量较高的微量元素种类(Sr, Zn, Ni, Ba, Mn, Cr, Cu, Pb, Ti, Co, Ce, Zr, La, Rb)大致相同, 但淡水养殖珍珠的微量元素总量明显少于海水养殖珍珠; (2) 淡水养殖珍珠的微量元素含量较为规律, 具有较为固定的含量序列, 即Sr>Mn>Ba>Ni>Cr>Pb; 而海水养殖珍珠的微量元素含量差异较大, 除了各样品都最富集Sr元素外, 没有明显的含量顺序; (3) 珍珠中某些微量元素之间存在显著相关性。 结论对养殖珍珠的环境指示, 养殖技术, 鉴定, 以及综合开发利用具有一定的指导意义。

比较紫色, 红色和黄色三种新疆野生樱桃李及栽培品种果肉中无机元素的含量, 样品采用微波消解方法进行前处理, ICP-MS法检测其中K, Ca, Mg, Na, Fe, Mn, Cu, Zn, Be, Li, Se, Sr, Cr, Pb, Cd, As, Hg等17种元素。 该检测方法快速简便, 精密度高且具有较高的灵敏度, 17种元素的加标回收率在93.5%～110.4%。 分析结果表明紫色, 红色和黄色三种新疆野生樱桃李及栽培品种果肉中的17种元素含量均较为接近, 均含有极为丰富的K元素, 含量高达1‰左右, Ca, Mg, Na, Fe, Mn均为含量较高的金属元素且含量依次降低, Cu, Zn, Li, Se, Sr, Cr也有一定含量, Pb, Cd, As, Hg等有害元素含量极低或未检出。 实验结果为研究新疆野生樱桃李与栽培品种果肉中微量元素含量提供参考数据。

为解决微含量石油类污染物识别问题, 采用三维荧光光谱(EEMs)与平行因子(PARAFAC)相结合的技术, 研究了石油类样品荧光组分特征及平行因子组分识别方法。 依据水体中石油类含量的标准规定, 配制出与Ⅰ—Ⅴ类水体对应的CCL4含油样品, 用来模拟油类污染物成分。 首先对97#汽油、 0#柴油、 普通煤油及CCL4溶剂进行三维荧光光谱扫描, 得到纯组分样品的三维荧光光谱图, 其次对97#汽油、 0#柴油及普通煤油的标准样品进行三维荧光光谱图测定, 最后对97#汽油、 0#柴油、 普通煤油在CCL4溶剂中的混合样品进行三维荧光光谱图测定。 在掌握上述不同组分样品的三维荧光光谱特性的基础上, 重点分析微含量下97#汽油、 0#柴油及煤油混合液的三维荧光光谱, 应用平行因子方法解析出样品中三种组分的激发与发射特征光谱以及组分间的浓度比。 解决了混合样品荧光光谱出现叠加, 用化学分离或单纯荧光分析方法较难识别荧光组分的问题, 实现了对微含量含油混合样品的主要组分的识别, 并得到混合样品溶液中不同组分间浓度比。

采用HPLC结合紫外光谱法, 同时测定四种竹叶黄酮碳苷(荭草苷、 异荭草苷、 牡荆苷和异牡荆苷)。 采用Waters XTerra MS C18色谱柱(250 mm 4.6 mm, 5 μm), 流动相为乙腈和0.5%甲酸水溶液, 等梯度洗脱, 流速1 mL·min-1, 柱温30 ℃, 检测波长360 nm。 建立各个组分在0.1～10.0 mg·L-1范围内系列浓度的混合标准工作曲线, 其相关系数R2均优于0.999, 且在22 min内得到较好分离。 方法检出限介于0.03～0.07 mg·L-1, 定量限介于0.04～0.08 mg·L-1。 分别将标准品与样品中四种黄酮碳苷的紫外光谱(240～400 nm)进行比对, 荭草苷、 异荭草苷、 牡荆苷和异牡荆苷相应的光谱曲线形状以及特征吸收波长都表现出高吻合度。 取竹叶样品经热回流提取, 石油醚萃取及AB-8大孔树脂纯化后, 再采用HPLC结合紫外光谱法检测得荭草苷、 异荭草苷、 牡荆苷和异牡荆苷四种黄酮碳苷相对于竹叶黄酮粉的百分含量分别为13.73, 49.68, 7.85和30.70 mg·g-1, 平均回收率为34.90%～87.64%, 相对标准偏差为0.41%～10.83%。 本方法实现了在较短时间内快速分析竹叶中四种黄酮碳苷, 样品稳定, 重现性好, 为市售竹叶黄酮碳苷的质量控制提供参考。

月球是人类深空探测的前哨站。 月球卫星光谱测量是月表岩矿成分分析的主要技术方法。 鉴于月表比地球地形起伏还要显著, 有必要开展月球卫星高光谱数据的地形校正。 通过顾及宏观地形起伏和周围地形反射辐射的影响, 建立适合月表的Sandmeier辐照度模型, 并由此推到了月表反射率地形校正模型。 以月球虹湾地区KAGUYA卫星Spectral Profiler(SP)高光谱数据为例, 借助美国Lunar Orbiter Laser Altimeter(LOLA)高程数据, 计算了试验区坡度、 坡向, 以及入射角、 反射角、 地形可见因子等地形校正参数, 结合平坦月表接收的太阳直接辐照度, 实现了月球虹湾地区经向SP数据的反射率校正。 通过比较发现, 校正后反射率像元数量统计直方图近似高斯分布, 而且光照区的月表反射率得到了抑制,阴影区的月表反射率有所增强, 有效地消除了月表起伏地形的影响。

为研究温度对星载空间外差干涉型光谱仪性能的影响, 分析了温度变化对光谱仪中准直镜头、 成像镜头以及干涉仪组件各光学系统组成部分性能参数的变化关系, 建立了温度对光谱仪谱线漂移影响的模型, 通过软件仿真和热光学实验对理论模型进行了验证。 结果表明, 良好的镜头光学设计方案可有效避免星载环境下温度对镜头组件光学性能的影响, 干涉仪组件温度变化会使系统基频变化直接导致光谱谱线的漂移, 同时温差过大会对光谱仪光谱分辨率产生影响, 使光谱谱线发生变形。 针对星载空间外差干涉型光谱仪中干涉仪组件的温控条件, 应依据基频、 结合光谱分辨率和带宽等性能指标提出严格的温控范围。

被动测距技术结构简单、 隐身无源, 尤其适用于现代**目标的探测。 发展了基于目标辐射和氧分子光谱吸收衰减特性的近距离单波段被动测距方法。 根据Lambert-Beer定律, 确定氧气A带透过率与被测目标距离的关系; 分析吸收系数随环境参数变化的分布规律, 得到被测目标辐射强度分布。 根据带平均透过率和高温气体辐射窄带模型计算方法, 建立了基于洛伦兹线型的Elsasser模型近距离被动测距数学模型。 用实测数据计算透过率与理论模型进行拟合, 最终获得被测目标的距离信息, 考虑周围环境对氧分子吸收系数的影响, 校正测距精度。 搭建了测距实验平台, 10w黑体做光源, 采用分辨率为17 cm-1的光栅光谱仪, 光谱输入端采用23 mm口径的望远镜以提高光接收效率, 水平方向分别对200 m以内不同距离进行测试。 实验结果表明, 将测得数据经平滑处理后计算出透过率与相同条件下预测模型的预测值进行比较, 精度小于2.18%。

药物溶出度试验是药品检验的重要项目, 在药物质量评价方面起着非常重要的作用。 利用光纤传感技术可以实现药物溶出度的自动化、 过程化监测。 以氙灯、 氘灯或卤钨灯作为荧光、 紫外光及可见光的光源, 以Y型分支光纤作为光路传输介质, 紫外-可见吸收探头或荧光分子探头作为光响应器件, CCD作为检测器, 通过自编软件实现紫外-可见吸收及荧光猝灭两种模式的检测。 光纤传感药物溶出度监测仪不但解决了目前离线取样分析方法耗时、 耗力的缺点, 而且提供了药物溶出过程的实时信息, 为药物质量控制提供了更好的评价手段。