温度测量是工业生产或科学实验中保证产品质量、 降低生产成本和确保实验安全的重要因素之一。 目前非接触的测温方法以辐射测温法为主, 二次测量法是多光谱辐射测温中一种常用的方法。 但是, 二次测量法不适用于实时数据处理。 针对此问题, 基于多光谱亮度温度数学模型引入了发射率模型约束条件, 提出了一种多光谱辐射真温快速反演法。 对于非黑体, 根据不同波长下的亮度温度的关系, 得出当亮度温度在一个区间内是增函数或者常数函数时, 发射率在该区间内是增函数; 当亮度温度在一个区间内是减函数时, 则发射率在该区间内满足一个关于发射率和波长的不等式。 该发射率模型约束条件根据亮度温度的信息, 将发射率假设值的构建由多类减少到一类, 避免了不必要的发射率的构建。 实验分别采用实际发射率随波长单调下降、 单调上升、 先下降再上升、 先上升再下降和随机变化的具有代表性的五个被测目标, 针对两个被测温度点进行了仿真对比分析。 结果表明, 与二次测量法相比, 对于同一个被测目标, 在相同的温度初值和相同的发射率搜索范围下, 新算法在保证精度的情况下, 不仅所得结果相同, 而且处理速度提升了19.16%～43.45%。

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理, 采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性, 主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明, 脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中, 并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布, 并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1 cm; 相对湿度的增大有利于OH自由基的生成, 促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大, 当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值; 当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成, 并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值, 当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时, 相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重, 从而降低了OH自由基的荧光产率, 其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。

中间视觉条件下人眼光谱效率函数表现为一系列的曲线, 其峰值波长和强度受光源光谱、 背景亮度等多方面的影响, 光源对照明视认性的影响无法通过单一的光学参量进行表征。 试验以视认反应时间作为评价指标, 应用视觉功效法测试了不同速度条件下, 人眼在不同照明环境中的视认性能, 所选择光源包括高压钠灯、 无极荧光灯和三种色温的白光LED, 光源色温范围1 958~5 537 K, 背景亮度取值针对公路隧道基本段照明和一般室外道路照明, 范围为1~5 cd·m-2, 均在人眼中间视觉亮度范围内。 统计试验结果显示: 在相同速度、 亮度条件下, 高色温光源对应的视认反应时间小于低色温光源; 相同亮度条件下高速视标对应的反应时间小于低速视标, 但测试截止时刻, 低速视标在观察者视场内的张角较高速视标更大。 应用MOVE模型计算得到测试光源所形成不同发射光谱、 不同背景亮度条件下的人眼中间视觉等效亮度, 与明视觉亮度测试结果比较, 中间视觉等效亮度对应的反应时间曲线标准差系数CV更小, 显示中间视觉条件下不同光源等效亮度与明视觉亮度的差异是造成视认性差异的原因之一, 由于白光LED光源的GaN芯片发射光谱峰值与中间视觉光谱效率函数的峰值波长较为接近, 高色温白光LED的照明视认效果优于低色温白光LED和无极荧光灯, 峰值位于Na+特征谱线附近的高压钠灯照明视认效果较差。

水体中悬浮颗粒物的光散射特性是影响基于直接光谱法水质检测结果准确性的一个重要参数。 依据T矩阵模型, 研究了紫外-可见光照射下水体中非球形悬浮颗粒物的光散射强度特性。 以藻类和泥沙类颗粒物为例, 构造了椭球、 圆柱和广义Chebyshev三种非球形粒子光散射模型, 分析了入射光波长、 悬浮颗粒物形状、 复折射率与相对散射光强之间的关系, 计算了不同悬浮颗粒物相对散射光强随波长、 颗粒物尺寸以及旋转角变化的情况。 数值仿真结果表明, 不同种类非球形悬浮颗粒物的散射光强度均呈现出显著的变化。 在200～800 nm波长范围内, 随入射波长的增大, 粒子几何尺寸所带来影响逐渐减小, 散射特性主要由复折射率决定。 当粒子尺寸小于0.2 μm或接近1 μm时, 在入射光波长位于紫外或红外的条件下, 散射光强度较大且呈现强烈振荡; 而当粒子尺寸r=0.3~0.9 μm, 散射强度较稳定, 接近于0且受到入射光波长的干扰较小。 这可为提高紫外-可见吸收光谱法的检测精度、 抑制散射干扰提供一定依据。

基于TDLAS(tunable diode laser absorption spectroscopy)技术, 以水汽作为目标气体, 采用直接吸收的测量方式, 探测了甲烷空气预混平焰炉燃烧区域水汽的吸收光谱信号, 通过ART(algebraic reconstruction technique)代数迭代算法对燃烧场温度和水汽浓度分布进行了模拟重建和实验研究, 模拟重建采取5×5共25个网格的正方形重建区域, 假定25个网格的一个温度浓度二维分布, 模拟28条激光束从不同的角度方位穿越重建区域, 得到模拟射线下的投影值, 经ART算法重建, 结果显示温度场和水汽浓度场的重建偏差均在1%以内。 实验采用分布反馈式激光器作为光源, 选取H2O的7 153.722, 7 153.748和7 154.354 cm-1三条吸收线作为测温谱线, 其中前两条线不区分作为一条吸收线来处理。 使用平移台多方位平行扫描, 共获取30路光谱吸收信号, 经数据处理、 算法重建和双线比值法测温原理得到了圆形平焰炉16个不同区域的温度浓度值, 且炉面偏向中心区域温度浓度值较高, 边缘较小, 结果表明代数迭代算法能够很好地实现燃烧区域温度场和水汽浓度场的反演。

大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广阔的应用前景, 为研究其产生条件及机理, 利用微间隙介质阻挡放电装置, 在大气压空气中实现了均匀放电。 电学实验结果表明, 低电压时电流波形在电压每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲, 肉眼观察到大量的微放电丝, 随着外加电压增加, 放电功率逐渐增加, 放电空间内微放细丝增多。 当电压增大到9.2 kV时, 电流波形在电压每半个周期只存在一个宽度较大(约5.5 μs)强度较强的脉冲, 观察不到微放电丝, 微放电最终扩展叠加形成均匀放电。 采集了光谱范围为330～420 nm的发射光谱, 氮分子第二正带系337.1 nm的谱线强度明显比氮分子离子第一负带系391.4 nm的强。 将337.1 nm谱线的强度归一, 391.4 nm谱线的强度即反应了电子平均能量的大小, 同时拟合计算了反映分子内部能量的氮分子振动温度。 结果表明电子平均能量和分子内部能量都随外加电压的增加而降低。 表明放电空间电场能量较低时不容易形成丝状放电, 均匀放电模式中电子平均能量比微放电丝放电模式中的低。 这些结果对于空气中介质阻挡均匀放电在工业应用方面具有一定的指导意义。

采用发射光谱法, 研究了具有三层介质的介质阻挡放电中不同厚度气隙内微放电通道的等离子体参量的变化规律。 与在传统的具有双层介质的介质阻挡放电系统中所产生的微放电通道不同, 三层介质系统内微放电通道在光谱特性方面展现了完全不同的性质以及变化规律。 实验发现, 微放电通道在不同的放电气隙中具有不同的发光强度。 利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线以及对氮分子离子391.4 nm谱线强度与氮分子394.1 nm谱线强度之比的考察, 实验进一步测量了氮分子(C3Πu)的振动温度以及电子平均能量分别随氩气含量以及在不同电压下的变化规律。 结果表明, 当外加电压一定时, 厚气隙内形成的微放电丝在分子振动温度以及电子平均能量上均低于薄气隙微放电丝。 并且它们都随着氩气含量的增加而降低。 随着电压的逐步升高, 厚气隙内的微放电丝在以上两种参量上均基本保持不变, 而薄气隙内微放电丝则出现较为明显的升高。 这表明具有三层介质的介质阻挡放电中薄气隙较厚气隙对电压更为敏感且在相同电压浮动内电场变化范围更大。

采用微乳液-水热法合成一系列NaLa(MoO4)2∶Eu3+/Tb3+/Tm3+单/共掺的荧光粉(NLM)。 采用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 荧光光谱对荧光粉的晶体结构、 形貌特征和发光性质进行了测试和研究。 结果表明: 所制备的样品均为四方晶系单晶, Eu3+, Tb3+, Tm3+均以取代的方式进入La3+的格位; 样品的形貌为四方片状结构, 颗粒尺寸1～1.5 μm; 当Eu3+掺杂浓度为是9%时, NLM∶9%Eu3+荧光粉在616 nm发射峰是最强的, 此时在NLM基质中Eu3+之间的临界传递距离(Rc)约为15.20 。 在NLM∶9%Eu3+的发射光谱中, 591 nm处的发射峰为Eu3+的5D0→7F1的磁偶极跃迁; 616 nm处的发射峰为Eu3+的5D0→7F2的电偶极跃迁, 电偶极跃迁发射强度约是磁偶极跃迁强度的10倍, 表明Eu3+位于无反演对称中心格位。 采用固定Eu3+(Tb3+)的浓度, 改变Tb3+ (Eu3+)浓度的方法, 研究了Eu3+与Tb3+之间的能量传递机理。 通过调节Eu3+, Tb3+和Tm3+的掺杂浓度, 实现在单一基质条件下可见光区域的光色调节, 在360 nm激发下NLM∶x%Eu3+, y%Tb3+, z%Tm3+荧光粉的发光由蓝光(0.205, 0.135)调到伪白光(0.305, 0.266)。

膜片钳测量过程中实时监测离体细胞生存环境温度, 控制生理溶液温度值对提高测量的准确性, 消除温度不确定性具有重要的意义。 采用近红外光谱结合化学计量学法来研究生理溶液中不同离子不同浓度对温度模型精度的影响。 通过配制CaCl2, KCl和NaCl各四种浓度的12份溶液样本, 分别采集不同溶液样本在20~40 ℃温度范围内的光谱, 波数范围为9 615~5 714 cm-1, 并将每种溶液不同温度光谱数据按照三种方式划分训练集和预测集, 采用间隔偏最小二乘方法选择有效波段, 并建立与温度数值之间的定量校正模型。 实验结果显示, 浓度为0.25 g·mL-1的CaCl2溶液模型的RMSEP最大, 三次实验结果为0.386 3, 0.303 7和0.337 2 ℃, 浓度为0.005 g·mL-1的NaCl溶液模型的RMSEP最小, 实验结果分别为0.220 8, 0.155 3和0.145 2 ℃。 总体实验结果表明细胞生理溶液中Ca2+对建立温度模型的精度影响最大, K+其次, Na+最小, 当三种离子浓度均增大时, 各离子对模型精度影响均为增大。 因此在建立细胞生理溶液的温度模型时, 有必要在合理范围内改变细胞生理溶液中三种主要离子的配比, 来校正不同离子浓度对测量生理溶液温度的影响, 从而提高近红外光谱温度测量的精度。

通过紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR) 吸收光谱、 傅里叶变换红外(FTIR)光谱及钻石观测仪( DiamondViewTM)对天然钻石、 经辐照或热处理的天然钻石、 高温高压(HTHP)合成钻石及化学气相沉积(CVD)合成钻石进行了较系统的谱图及微区生长结构的对比研究。 结果表明: 天然钻石、 经辐照或高温退火处理后的天然钻石、 高温高压(HTHP)合成钻石的UV-Vis-NIR吸收谱图在200～1 100 nm区间谱图的反射率变化明显。 相比之下, CVD合成钻石的反射率的变化相对较小。 基于钻石样品的红外光谱分析, 在其图谱中的800～1 600 cm-1区间, 合成钻石样品、 特别是CVD合成钻石在上述区间无明显的特征吸收峰位。 此外, DiamondViewTM检测表明: 一般而言, 经HTHP处理后的CVD合成钻石出现平行的位错线, 并呈现淡蓝色荧光。 部分天然钻石可见典型的八面体生长线或称为树的年轮状图像, 且因样品经辐照与高温高压处理后其荧光图像的颜色发生改变。 高温高压合成钻石呈现出块状几何生长图像。 限于钻石样品类别的多样性及合成钻石工艺的复杂且不断更新特征, 天然钻石与合成钻石 的UV-Vis-NIR或FTIR光谱特征存在一定的相似性, 因此不具有典型天然钻石图谱特征的样品需进一步辅以DiamondViewTM、 光致发光光谱等其他检测仪器予以综合分析。

将净分析信号概念引入多元复杂的银杏叶提取物分析中, 利用净分析信号算法对近红外光谱图进行处理, 并用净分析算法结合二维相关光谱算法对模型进行了优化, 最终建立槲皮素、 山柰素和异鼠李素三种组分同时测定的近红外定量模型。 利用两种净分析信号算法(Lorber的NAS算法和Goicoechea 与 Olivieri的HLA/GO算法)作为光谱预处理方法, 用一系列主因子重构后的光谱图建立校正模型, 并通过净分析信号-二维相关光谱算法对图谱中主对角线处的波段进行选择, 优化模型建立所采用的波段。 所采用的两种基于净分析信号的预处理方法成功的应用于银杏叶中三种黄酮: 槲皮素, 山奈素和异鼠李素含量的同时测定。 净分析信号预处理方法显著降低了建模所需主因子数, 提高模型的稳健性。 净分析信号-二维相关光谱算法能够优化建模波段, 提高模型的预测能力。 结论: 净分析信号算法能够应用于近红外光谱模型预处理和优化过程, 在复杂多组分且干扰未知植物药含量分析的研究中具有实际应用价值。

为了快速、 准确鉴别预包装纯菠萝汁是否掺有外源性糖, 采用傅里叶变换衰减全反射中红外光谱技术采集900～1 500 cm-1范围内不同批次的预包装纯菠萝汁样品和掺入甜菜糖浆、 大米糖浆、 木薯糖浆的菠萝汁掺假样品的中红外光谱共计234例, 以线性判别分析和支持向量机分析为掺假鉴别模型的建模方法, 比较了全波段谱图与通过主成分载荷系数分析选取特征波长图谱的两种掺假鉴别模型。 研究表明, 全波段图谱的线性判别分析和支持向量机分类模型对验证集的判断正确率均高于88%; 选取8个特征波长之后, 线性判别分析模型验证集判断正确率提高至96.15%, 支持向量机模型验证集判断正确率提高至94.87%, 且模型输入变量由312个减少到8个。 利用傅里叶变换衰减全反射中红外光谱技术结合化学计量学方法选取特征波长后建立的模型可以较好的应用于预包装纯菠萝汁外源糖的鉴别。

微量水分对绝缘油的介质损耗因数、 电阻率等电气性能指标有明显的影响, 探讨绝缘油受微量水分的影响规律, 对于采取有效措施监控绝缘油的运行状态具有重要意义。 首先对配制不同微水含量的绝缘油经过超声波振荡8h后再进行显微图像观察, 得到该油水分散系中游离水和乳化水相对均匀程度在25 min内其分散状态较为稳定; 在此基础上对油水分散系的介质损耗因数、 电阻率指标进行了实验测试, 得到了微水对绝缘油的电气性能指标的影响规律; 然后对不同微水含量的绝缘油进行中红外光谱分析, 得到不同微水含量的绝缘油在1 640, 3 400, 3 450, 3 615 cm-1波数处的吸光度值。 结合绝缘油中红外光谱分析的吸光度值变化以及实验测试结果表明油样在1 640, 3 400, 3 450, 3 615 cm-1水分的特征波数处吸光度值数据随水分含量不同而产生明显变化, 且吸光度值与水分含量的皮尔逊相关系数分别为0.964 1, 0.984 8, 0.984 5, 0.944 0, 油样中水分在相应特征波数处的吸光度值能够较好的反映出油样中水分含量的变化趋势; 微水对绝缘油介质损耗因数的影响和水分子在3 400和3 450 cm-1特征波数处的吸光度值变化趋势之间的相关系数较大, 分别为0.860 6和0.863 6; 微水对绝缘油介质损耗因数的影响和水分子在1 640和3 615 cm-1特征波数处的吸光度值变化趋势之间的相关系数分别为-0.931 5和-0.9680, 从而为绝缘油中微水的监测奠定了前期研究基础。

近年来, 功能性近红外光谱技术(fNIRS)广泛应用于神经影像学领域。 为解决fNIRS特征信号提取中的信噪频谱混叠问题, 依据近红外光谱脑功能成像信号非线性与非平稳特点, 提出一种结合集合经验模态分解法和独立成分分析的多分辨率联合信号提取方法EEMD-ICA。 在脑功能成像仪器平台上采集多通道多波长脑功能成像近红外光密度信号, 先对该信号进行集合经验模态分解将其按频率成分分解为多层本征模态函数, 之后将独立成分分析应用于目标频率分量函数进行自适应去噪, 最后将处理后的分量累加、 重构获得近红外光谱脑功能成像的特征信号。 将Valsalva氏实验测试数据作为研究对象进行滤噪处理, 与经验模态分解法和集合经验模态分解法对fNIRS特征信号的提取效果对比。 对实测数据的处理结果进行信噪比和误差参数分析, 结果表明, 该方法能够有效解决去噪过程中丢失原始信号有用信息及由于信噪频谱混叠不能完整去除噪声的问题, 信号处理效果理想, 对比另外两种信号提取方法更为优化。

通过提取采后不同时期的莲子、 莲仁的近红外漫反射光谱特征, 以莲子的可溶性固形物(SSC)和干物质含量(DM)为指标进行定量和定性分析。 利用偏最小二乘回归(PLSR)分析和距离判别分析(DA)计算所得的结果表明: SSC和DM含量与莲子、 莲仁的吸收光谱特征具有明显相关。 莲子SSC、 DM的PLSR模型在5 941～12 480 cm－1谱区综合性能较好, 预测相关系数(r1)分别为0.74和82, 校正相关系数(r2)分别为0.82和0.84, 留一交互相关系数(r3)分别为0.72和0.71。 莲仁SSC的PLSR模型在7 891～9 310 cm-1谱区综合性能较好, r1为0.79, r2为0.84, r3为0.77。 DM的PLSR模型在全光谱的综合性能较好, r1为0.92, r2为0.89, r3为0.82。 莲子在5 400～7 885 cm-1谱区的判别性能较好, 正确率达84.2%, 而莲仁在9 226～12 480 cm-1谱区的判别性能较好, 正确率达90.8%。 对不同年份和有膜有芯的干莲仁进行DA判别的精度可达98.9%。 研究表明近红外检测技术可用于莲子和莲仁的SSC和DM含量的定量分析及储存期的定性判别, 还可对不同年份和有膜有芯的干莲仁进行判别。

为解决汽油中添加过量含氧化合物和未列入国家产品标准的添加剂化合物快速检测技术问题, 提出了一种近红外光谱结合斜投影算法实现汽油中添加剂含量的快速分析方法。 实验选用了四种不同种类的无氧汽油, 包括调和汽油、 FCC精制汽油、 重整汽油和脱硫汽油, 配制不同浓度、 不同种类的添加剂化合物的系列汽油样品, 使用傅里叶变换近红外光谱仪测定其近红外光谱, 采用斜投影算法将被测添加化合物光谱信号从汽油光谱信号中分离出来, 建立一元回归的标准工作曲线。 预测分析中, 根据分离的被测化合物光谱和标准工作曲线计算被测样本的添加化合物含量。 此方法测定结果与真实含量之间绝对偏差小于0.8, 相对偏差小于8%, 用于实际汽油样本, 此方法与气相色谱标准方法测定结果之间的绝对偏差小于0.85, 相对偏差小于6.85%。 本方法有效地解决了一般化学计量学多元校正方法建模维护工作量大, 模型稳健性差的问题。 对开发适合现场油品快速检测和有效加强我国汽油质量监管力度具有重要意义。

为探究一种快速、 可靠的化橘红检测方法, 本实验分别采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱法和荧光光谱成像技术结合多层感知器(MLP)神经网络所构建的模式识别方法, 对化橘红进行鉴别, 并对两种方法进行了比较。 实验以81个正毛化橘红, 37个其他品种橘红共118个样品为研究对象, 采集所有样品的红外光谱和荧光光谱图像。 根据光谱曲线中不同样品间的差异, 取红外光谱中550-1800 cm-1区段范围内的光谱数据和荧光光谱曲线中的400～720 nm区段的光谱数据进行分析, 应用主成分分析法(PCA)对化橘红的光谱数据进行降维处理, 再结合MLP神经网络对化橘红样品进行判别分析。 实验中分别使用多元散射校正(MSC)、 标准正态变量校正(SNV)、 一阶导(FD)、 二阶导(SD)以及Savitzky-Golay(SG)平滑数据预处理方法, 并比较他们对鉴别模型的影响。 分析结果表明: 利用红外光谱法(FTIR/ATR), 经由Savitzky-Golay(SG)平滑预处理得到的数据, 通过隐层函数为sigmoid的三层MLP模型, 能够得到最优正毛化橘红识别率, 其结果训练集和测试集的识别率都为100%; 利用荧光光谱成像技术, 由多元散射(MSC)预处理的结果是最理想的。 经过预处理的数据, 通过隐层函数为sigmoid函数的三层MLP模型, 训练集识别率达到100%, 测试集识别率达到96.7%。 由此可见, 衰减全反射红外光谱法(FTIR/ATR)和荧光光谱成像技术分别与MLP神经网络构建的识别模式, 均可对化橘红的判别达到快速、 可靠的效果。

湖北十堰是世界著名优质绿松石产地, 所产松石颜色鲜艳、 质地细腻。 距十堰绿松石矿区直线距离300 km的河南偃师二里头遗址于2002年以来出土了大量绿松石器。 有学者推测二者存在供与用玉的关系, 即存在古老的“绿松石之路”。 然而, 为了考证该推测, 并试图给出二里头松石的矿源地, 本次研究以十堰地区三个矿区(秦古、 文峰和云盖寺)的三组样品、 及一组二里头出土样品为研究对象, 通过对获得的红外光谱特征进行比对与分析。 谱学特征显示, 秦古、 文峰和云盖寺样品红外光谱于1 200～950和700～400 cm-1峰位存在细微的, 但可以识别的差异。 在1 174 cm-1处, 文峰样品中出现吸收峰, 而秦古和云盖寺样品均没有出现。 在700～400 cm-1范围内, 文峰样品出现5个吸收峰, 而秦古和云盖寺样品出现7个相似的吸收峰。 二里头样品的红外光谱特征在以上峰位上与文峰绿松石差异较大, 而与秦古、 云盖寺松石的谱学特征相似。 在1 159 cm-1附近, 其吸收峰特征与云盖寺样品更加吻合。 利用公式A=lg(1/T), 将透射光谱值转换为吸光度光谱值, 计算出二峰值相对吸收强度比值(R=A783 cm-1/A837 cm-1)。 文峰、 秦古、 云盖寺及二里头绿松石的比值范围依次为0.819～0.920, 0.870～1.010, 0.806～0.860和0.827～0.878。 显然, 二里头与云盖寺样品重合率最高。 综上, 我们认为所测二里头绿松石来自于云盖寺的可能性最大, 并认为用红外光谱示踪出土文物来源有一定的参考或诊断意义。

朱砂有凉性、 解热、 收敛作用, 一般以粉末状入药于中药或蒙药中。 然而朱砂具有一定的毒性, 因此有必要对药品中朱砂的含量进行检测分析。 利用便携式拉曼光谱仪对朱砂进行了鉴别分析, 获得了朱砂较为全面的分子结构振动信息。 实验结果显示朱砂的拉曼光谱在253, 290和343 cm-1等处出现了较强的拉曼特征峰, 文中确定以此三处特征峰作为研究对象。 同时, 检测了蒙药八味止血红花散、 朝伦-雄胡-5、 外用溃疡散以及中药口腔溃疡散的拉曼光谱。 结果在含有朱砂的几种蒙药八味止血红花散、 朝伦-雄胡-5和外用溃疡散均检测到了朱砂的特征峰, 而在不含有朱砂的中药口腔溃疡散中未检测到拉曼特征峰。 此外, 对口腔溃疡散中的朱砂进行半定量分析, 检测极限可达到质量分数的10%左右。 拟合得到了中药口腔溃疡散的拉曼光谱特征峰强度与其中朱砂的掺杂量之间的关系, 获得曲线的相关系数r=0.995 9, 验证了拟合结果的准确性。 该拉曼光谱检测方法具有快速、 简便、 准确等优点, 值得在中蒙药成分鉴定方面得到广泛的应用。

使用激光共聚焦拉曼光谱仪测量正常大鼠红细胞、 正常人红细胞、 糖尿病STZ造模大鼠红细胞、 糖尿病四氧嘧啶造模大鼠红细胞和人Ⅱ型糖尿病红细胞的拉曼光谱, 应用主成分分析(principal component analysis, PCA)结合支持向量机(support vector machines, SVM)分类器对数据进行判别分析, 然后采用类间距离判断两种造模方法与人Ⅱ型糖尿病的接近程度。 结果发现糖尿病红细胞与正常红细胞的拉曼光谱存在明显差异, 糖尿病在酰胺 ⅥCO变形振动谱带处峰高显著, 并在酰胺ⅤN—H变形振动谱带处谱线出现偏移, 属于磷脂的脂酰基C—C骨架1 130 cm-1谱线增强, 1 088 cm-1谱线强度减弱, 说明糖尿病红细胞膜的通透性增强。 PCA结合SVM可以很好地区分以上5类红细胞的拉曼光谱, 分类器测试结果表明分类准确度达100%。 通过分别计算两种造模方法与人Ⅱ型糖尿病的类间距离, 发现STZ造模法更接近人Ⅱ型糖尿病。 由此得出结论: 拉曼光谱法可以用于糖尿病诊断, 大鼠糖尿病STZ造模法更接近人类Ⅱ型糖尿病。

温室气体(CO2)过量排放可以导致全球气候变暖, 而碳捕捉与储存(carbon capture and storage, CCS)技术是一种减少CO2气体排放的有效措施。 但存储在地下的CO2有泄漏的风险, 如何快速监测CO2轻微泄漏点是一个值得研究的问题。 该文通过野外模拟实验, 研究草地和大豆在CO2轻微泄漏胁迫下的冠层光谱特征, 构建CO2轻微泄漏点高光谱遥感探测模型。 在2008年5月—9月于英国诺丁汉大学Sutton Bonington校区(52.8N, 1.2W)进行了野外模拟实验。 实验共设置16个小区, 8个草地及8个大豆地, 其中各有4个小区进行CO2泄漏胁迫。 冠层光谱采用美国ASD光谱仪进行测量, 草地测量了6次数据, 大豆地测量了3次数据。 实验结果表明, 草地与大豆地的冠层光谱反射率在580～680 nm波段范围内随CO2泄漏胁迫程度的增大而增大, 且在整个试验期内都保持同样的规律, 因此构建面积指数AREA(580～680 nm)(光谱曲线在580～680 nm波段范围内包围的面积)识别遭受CO2泄漏胁迫下的植被。 通过J-M距离检验, 发现该指数能够较好地识别出CO2轻微泄漏胁迫下center区与core区的草地, 但对edge区草地的识别能力不足(J-M距离小于1.8); 该指数可以可靠且稳健地识别出遭受CO2轻微泄漏胁迫的大豆。 该研究结果可为未来应用高光谱遥感探测CO2轻微泄漏点提供理论依据与方法支持。

大气中CO2主要的源和汇都集中在对流层, 精确地获取对流层CO2浓度廓线分布, 对研究CO2的垂直输送和全球气候演变具有重要意义。 基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)高分辨、 高灵敏度和快速响应等特点, 研制了采用直接吸收技术的小型化CO2探测系统, 选取位于2 004.02 nm处的R(16), ν1+ν3吸收谱线, 避免了附近H2O分子的吸收干扰, 对CO2浓度廓线进行了球载测量, 获取了10 km以下对流层中CO2的分子数密度分布。 受限于球载测量环境, 系统采用紧凑型设计, 在单块电路板上实现激光器驱动、 弱信号调理, 光谱数据采集及浓度计算等功能, 受嵌入式微处理器的运算能力和硬件资源限制, 对浓度反演算法进行了优化, 避免冗余计算, 降低了算法耗时。 和采用波长调制技术的TDLAS传统仪器相比, 借助光程20 m的开放式Herriott多次反射池, 采用直接吸收技术, 避免了浓度标定步骤, 提高了对测量环境的适应性, 通用性的硬件和软件结构可适用于测量不同气体, 只需更换激光器和调整算法关键参数。 小型化的设计思想降低功耗, 减小体积, 兼顾了响应速度和测量精度, 室温条件下功耗小于1.5 W, 单板体积120 mm×100 mm×25 mm, 1.5 s时间响应下的测量精度为±0.6×10-6, 经验证, 该系统可在对流层内实现CO2 15 m垂直空间分辨的高精度检测, 是一种可行的气体廓线球载探测手段。

乙烷是电力变压器油中溶解的主要故障特征气体之一, 其高精度、 高灵敏度检测是进行油中溶解气体分析的关键。 基于光反馈原理及腔增强吸收光谱技术, 结合量子级联激光器, 建立了一套变压器油中溶解乙烷气体检测系统。 基于腔内单腔模对称理论, 通过LabVIEW编程来实现反馈光与腔谐振的相位匹配。 研究并实现了光学反馈效应(激光将在延迟一定的时间后, 返回激光腔并锁定腔模式共振频率)、 偶数和奇数模式效应(交替出现强度较大和较小的腔模式)、 激光器阈值电流降低效应(约1.2 mA)。 利用腔衰荡光谱检测技术测得的系统有效反射率、 腔品质因素分别为99.978%和7138.4, 系统光谱分辨率达到0.005 2 cm-1。 标准大气压、 温度20 ℃下, 1 s的积分时间内, 对乙烷PQ3吸收线进行检测, 系统检测准确率及检测极限分别达到95.72%±0.17%和(1.97±0.06)×10-3 μL·L-1, 满足了变压器油中溶解乙烷气体检测的需要。

细胞内蛋白质的氧化还原状态直接影响细胞的增殖、 分化及凋亡, 而氧化还原状态的改变对调控细胞的生存或死亡尤为重要。 硫氧还蛋白(Thioredoxin, TRX)是一种广泛存在于生物体内的氧化还原调节蛋白, 其在细胞内氧化还原状态的变化是发挥其氧化还原调控作用的重要过程。 以TRX为对象并以其中的色氨酸残基(Trp)作为内禀荧光探针, 利用蛋白质定点突变、 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、 荧光光谱和圆二色谱等技术和方法, 研究TRX与谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX3)相互作用过程中氧化还原态的变化。 通过观测TRX以及突变体中色氨酸荧光光谱的变化, 研究蛋白相互作用的电子转移模式以及TRX氧化态-还原态之间的相互转化。 结果表明氧化态的TRX与还原态的GPX3之间存在相互作用并发生电子交换, 解释了二者之间电子传递模式为GPX3将电子传递给TRX, 为揭示TRX在细胞信号传递过程中的物理化学机制提供了实验依据。

为了研究不同年龄色觉正常观察者在不同观察条件下的锥细胞光谱响应差异, 在CIELAB颜色空间选择了均匀分布的9个不同色调的颜色, 组织27～35名观察者开展了两种不同光源照度和两种不同观察视场的四种观察条件下, 基于显示色-打印色的颜色匹配实验。 通过配色实验采集到不同观察者匹配颜色的光谱数据, 与9个目标色的光谱数据计算、 比较, 以匹配的9个颜色最小平均CIEDE2000色差值出现的概率大小作为评价标准, 检验CIE1931, CIE1964, CIE2006, Sarkar(S1～S8)共11种颜色匹配函数的表现, 研究不同观察者锥细胞响应的同色异谱性。 结果表明在四种不同实验条件下, 表现最好的配色函数依次是CIE2006, S6, 表现最差的是S1和S2。 不同观察者的锥细胞响应同色异谱性差异较大, 年龄因素对观察者的锥细胞响应的影响也较为明显。 (λ)通道的光谱响应差异是造成不同观察者存在同色异谱现象的主要原因, 大多数观察者的差异性主要集中在(λ)通道的峰值波长响应, 峰值波长的位移对颜色匹配的结果影响不大。 实验结果可为进一步划分不同观察者的颜色匹配函数, 研究不同观察者的同色异谱性提供数据支持和理论依据。

采用溶胶-凝胶法制备了CuO/ZnO/ Al2O3, 以1,5-戊二醇气相催化脱氢制备δ-环戊内酯为探针反应, 评价其催化活性。 通过XRD分别检测了新鲜的CuO/ZnO/Al2O3 和长周期反应后的CuO/ZnO/Al2O3, 揭示了CuO/ZnO/ Al2O3微观结构和内在规律, 发现金属离子之间存在协同效应。 催化剂失活后, 晶体粒径明显增大, 出现了ZnO 的特征衍射峰。 通过1,5-戊二醇、 δ-环戊内酯的FTIR光谱分析, 揭示其内部化学键和分子结构, 产物δ-环戊内酯的纯度很高。 通过对δ-环戊内酯及其聚合物的DSC分析检测, 发现δ-环戊内酯的稳定性很差, 非常容易发生自聚反应, 提高单体的稳定性, 值得重点关注。 本研究为1,5-戊二醇气相催化脱氢制备δ-环戊内酯的中试和工业放大性研究, 提供了基础数据和实验依据。

道路是城市中典型的人造地物。 利用高分辨率影像进行城市道路提取, 对城市规划、 交通发展具有重要意义。 由于地物光谱的混淆性和异质性, 利用传统基于光谱的分类方法很难将道路与其他城市地物区分开。 针对这一问题, 提出了一种利用道路边缘结构信息进行分类的方法, 边缘作为光谱衍生信息对线性地物(如, 道路等)识别具有明显的意义。 首先, 根据全色光谱波段纹理信息, 利用改进的自适应Mean Shift算法进行边缘检测, 最大限度减少噪声与伪边缘; 然后, 对边缘图像中的线段进行编组, 利用统计模型依次对边缘线段求取统计特征, 并将该统计特征与多光谱特征结合作为总分类特征; 最后, 利用监督学习方法对城市道路样本进行学习并对整个实验区域进行分类。 结果表明将光谱信息与边缘统计特征融合对道路的识别精度为93%, 相比传统方法78%的精度有显著的提高, 因此, 该方法是一种有效、 可行的高分辨率遥感图像城市道路提取方法。

为建立测定甜叶菊废渣中总黄酮含量的方法, 通过比较直接法、 AlCl3法和NaNO2-Al(NO3)3-NaOH法三种显色方法的紫外可见光谱, 确定甜叶菊废渣中总黄酮含量测定的最佳方法为NaNO2-Al(NO3)3-NaOH法。 分析了测定波长, 显色剂用量和反应时间、 温度、 pH等因素对测定的影响, 并从浓度与吸光度的线性关系, 稳定性及加标回收率等方面对该法进行了系统研究, 结果表明: 在波长500 nm处, 以芦丁为标准品, 在2～24 μg·mL-1范围内呈良好的线性关系, 线性相关系数R2=0.999 5。 样品加标回收率在96％～104.3％之间, 相对标准偏差(RSD)为3.75%。 NaNO2和Al(NO3)3的用量都为1.0 mL, 反应时间都为6 min, NaOH的用量为15.0 mL, 反应时间为15 min。 整个显色过程温度为40 ℃, pH为5, 进一步优化了NaNO2-Al(NO3)3-NaOH法测定甜叶菊废渣中总黄酮含量的工艺条件。 该方法简便快速, 重现性好, 准确度高, 可用于实际检测工作。

甲基橙和乙基橙结构高度相似, 双组分体系中甲基橙和乙基橙浓度的分析比较困难。 本文研究了双组分染料体系中甲基橙(MO)和乙基橙(EO)浓度的分光光度测定方法, 研究结果表明, 在λ=429.00和469.50 nm, pH 12的条件下, 采用双波长分光光度法可以快速、 准确测定体系中MO和EO的浓度, 并考察了溶液中共存Na+和Cl－对测定的影响。 线性相关方程为: A429=0.003 47+0.061 cM+0.056 46 cE; A469.50=0.002 8+0.074 37 cM+0.083 94 cE, 加标回收率基本大于95%, 相对标准偏差小于2%。 NaCl的加入对该方法的加标回收率和相对标准偏差影响较小。

植被指数是表征植被覆盖, 生长状况简单有效的度量参数。 本文以城市绿化主要植被大叶黄杨为例, 研究叶片滞尘对植被指数的影响, 并构建植被指数修正模型对植被指数进行修正优化, 提高植被指数的测量精度。 研究选取北京城区为研究区, 采集20个采样点的200个叶片样本, 利用电子分析天平、 ASD高光谱辐射仪及Win FOLIA叶面积仪, 分别获取叶片尘埃量、 光谱信息、 叶面积等数据。 通过对比分析样本叶片除尘前、 后光谱特征及NDVI、 NDWI、 NDNI、 NDII、 CAI、 PRI植被指数分布特征差异, 结合单位滞尘量与光谱数据, 构建植被指数修正模型, 并对修正模型进行精度检验。 结果表明: 大叶黄杨叶片在除尘前与除尘后的光谱曲线均表现出典型的植被光谱特征, 且蓝边、 红边均出现在520和705 nm处, 然而在350～700, 750～1 350, 1 500～1 850, 1 900～2 100 nm波段范围内, 滞尘对叶片光谱反射率影响显著, 同时对植被指数也有较大影响; 通过对滞尘量定量的研究分析发现, 当尘埃质量增加时, NDVI和PRI植被指数与尘埃量的线性关系变弱, 而NDWI, NDII, CAI植被指数与尘埃量依然保持明显的线性关系。 修正模型NDVI, NDII, CAI, PRI精度验证决定系数(R2)分别为0.547, 0.430, 0.653, 0.960, RMSE分别为0.035, 0.020, 0.112, 0.009。 研究结果表明对以后利用植被指数进行大面积植被反演、 评估时, 根据滞尘量影响进行修正优化, 提高反演精度有一定参考意义。

光谱分析对于植物识别特征与机理研究具有重要意义, 长期以来在植被光谱的叶绿素吸收特征、 水分吸收特征、 红边效应、 光谱波形参数提取、 波形转换、 以及植被叶面结构和化学组份对光谱的影响方面进行了大量研究, 而在植物因季节变化引起的叶面结构、 叶绿素、 叶面积指数变化而产生的光谱变化研究较少。 通过开展对不同生活型、 叶面结构与大小、 物候特征的11类植物季节生长过程的地物光谱观测, 提取植物的归一化植被指数NDVI、 包络线去除后的绿波段最大光谱吸收深度、 红波段最大光谱吸收深度参数, 对该参数时间过程曲线的均值、 变幅、 斜率进行分析, 研究植物生长期和成熟期特征参数的植物光谱可分性研究。 提出了植被光谱区分度的参数运算方法, 利用该参数进行植被识别能力分析。 结果表明: 植物生长过程的光谱特征比成熟期的光谱特征更容易区分。 在相同参数对比中, 生长期植物区分度比成熟期区分度高出三个点。 在植物生长过程中, 总体上植被的季节变幅区分度>斜率区分度>均值区分度, 而对于NDVI参数季节变化, 植物季节斜率区分度最大。 所以利用植物的季节NDVI斜率、 绿波段最大光谱吸收深度的季节变幅、 红波段最大光谱吸收深度的季节变幅进行植物的识别效果最佳。

地物光谱不确定往往使同种地物光谱之间存在一定程度的差异, 影响了地物的识别精度, 对光谱角制图算法的地物识别效果也会产生一定的影响。 光谱角制图算法(spectral angle mapper, SAM) 是基于光谱曲线整体相似性的一种算法, 在高光谱遥感信息分类中应用广泛, 但在计算两条地物光谱曲线的相似性时并没有考虑地物光谱不确定性的影响, 因此往往会不能正确识别出目标地物。 针对地物光谱的不确定性, 研究了光谱角制图算法的适用性, 并对光谱角制图算法进行了改进。 改进的基本思路为: 设置测试光谱与参考光谱各波段的光谱差异量为一相同值, 并根据同种地物光谱向量之间夹角最小的原则, 利用求导的方法求出光谱差异量, 以克服地物光谱不确定性的影响。 为了验证改进效果, 利用USGS的五种高岭石标准光谱, 在考虑地物光谱不确定性的情况下, 分别选择局部波段和全局波段计算高岭石标准光谱之间的光谱角, 并对光谱角计算结果和光谱角制图算法的适用性进行了分析。 通过USGS标准矿物光谱数据的实验证明: 改进的光谱角度制图算法利用光谱差异量可以有效表征同种地物光谱的差异, 能够克服地物光谱不确定性的影响并提高地物识别的精度, 对地物光谱不确定性具有更好的适用性, 并对基本符合光谱差异向量各维值相等的局部波段组合具有更好的效果。

随着光谱成像技术的发展, 高光谱异常检测在遥感图像处理中的应用越来越广泛。 传统RX异常检测算法忽略影像空间相关性, 而且由于没有经过有效数据降维, 运算耗费大, 对于高光谱数据有效性不高。 高光谱影像在空间和光谱上符合高斯-马尔科夫模型。 通过建立马尔科夫参数能够直接计算协方差矩阵的逆矩阵, 避免了高光谱海量数据的庞大计算。 提出一种基于三维高斯-马尔科夫随机场模型的改进RX异常检测算法。 该方法用高斯-马尔科夫随机场模型模拟高光谱影像数据, 用最大似然近似法估计高斯-马尔科夫随机场参数, 由高斯-马尔科夫随机场参数直接构造检测算子, 并以待检测像元为中心设置局部优化窗口, 称为马尔科夫检测窗。 取窗口内数据计算均值向量和协方差逆矩阵, 得到中心像元的异常度, 通过移动窗口进行逐像元检测。 应用AVIRIS高光谱数据对传统RX算法、 高斯-马尔科夫模型背景假设异常检测算法和该算法进行了仿真实验对比。 结果表明, 该算法能够有效提高高光谱异常检测效率, 降低虚警率。 运行时间较传统RX算法提高了45.2%, 体现出更好的计算效率。

粗蛋白、 粗纤维、 粗脂肪是评价牧草品质和饲用价值的重要指标。 针对目前已有的牧草品质检测方法存在费时费力、 容易产生化学废物等问题, 提出了一种利用牧草冠层高光谱数据来实现牧草品质实时、 无损监测的方法。 通过ASD FieldSpec 3地物光谱仪采集了青海湖环湖地区19种天然牧草的冠层光谱反射率, 并采样分析了牧草品质参数——粗蛋白、 粗脂肪和粗纤维的相对含量(%)。 光谱经去噪处理后, 分别选择原始光谱、 一阶导数、 波段比值以及小波系数与牧草品质参数进行相关性分析。 结果表明: 在所有高光谱参量中, 牧草品质参数含量与424, 1 668, 918 nm波段处的光谱一阶反射率以及低尺度(scale=2,4)的Morlet, Coiflets和Gassian小波系数之间的相关性较强。 在此基础上, 运用单变量线性、 指数和多项函数分别建立牧草品质的高光谱遥感估算模型, 分析结果显示, 以Coiflets小波系数(scale=4, wavelength=1 209 nm)为自变量的二次多项式模型、 以1 668 nm波段光谱一阶导数为自变量的二次多项式模型、 以918 nm波段光谱一阶导数为自变量的指数模型分别为估算牧草粗蛋白、 粗脂肪、 粗纤维含量的最佳回归模型, 模型检验均达到了极显著水平(0.762≥R2≥0.646), 说明在冠层尺度利用高光谱技术结合光谱一阶导数或小波分析的方法来估测牧草品质参数是可行的, 它将为牧草品质遥感监测提供依据。

正确评价土壤盐渍化对地区农业生产与生态环境具有重要意义。 土壤线对土壤盐渍化程度具有一定的指示作用, 但在不同角度下观察获得的土壤光谱特征会发生变化, 土壤线的参数值也会随之变化。 依据以实验室测定的盐渍化土壤多角度偏振高光谱反射率, 分析并确定土壤盐渍化程度与土壤线参数之间的关系, 初步探求在偏振反射条件下土壤线最佳的获取方式。 结果表明: (1)土壤光谱反射率随波段的增加逐步缓慢上升, 趋于平缓。 随着盐渍化程度的增强, 土壤的光谱反射率先逐步降低至某一临界值后又逐步升高; (2)土壤的盐渍化程度与土壤线的斜率和截距均呈线性相关, 随着盐渍化程度的增强, 土壤线的斜率变小, 截距变大; (3)探测天顶角影响偏振状态与土壤线参数的关系, 当探测天顶角一定时, 偏振状态与土壤线参数之间具有规律性。 探测天顶角在0°-50°之间, 随角度的变大, 土壤线斜率变大, 截距变小; (4)偏振状态影响土壤线参数与土壤盐渍化程度的相关性程度, 初步确立偏振角度为90°, 探测天顶角为25°状态下, 建立的土壤盐渍化程度与土壤线参数关系模型较优。 为定量反演土壤盐渍化程度提供新的途径。 可以用于土壤的盐渍化程度评价。

传统的与光谱反射率匹配的矿物填图方法受图像质量、 大气及环境背景等因素影响较为明显, 矿物识别效果较差。 针对上述问题提出一种基于多类型光谱特征参数匹配的矿物信息识别方法, 综合利用多种光谱特征参数在大气及环境背景变化中的相对稳定性特点, 实现矿物信息的高精度识别。 选取美国内华达州Cuprite矿区AVIRIS机载可见-红外光谱成像仪高光谱数据, 以USGS美国地质调查局波谱库中的矿物波数为参照光谱, 分别计算AVIRIS影像和USGS波谱库中典型矿物的光谱特征参数, 在对多种光谱特征参数综合分析的基础上, 构建Cuprite矿区矿物识别模型, 进行矿物填图实验。 最后使用Clark等在该地区的矿物填图结果数据, 对实验结果进行了验证, 结果表明: 该方法矿物识别结果与Clark等的填图结果吻合度高, 整体矿物识别精度达到78.96%。

为探明板栗授粉后子房的微量元素需求分配规律, 应用电感耦合等离子体质谱测定与分析板栗自交与异交子房主要微量元素的含量。 结果表明: 板栗自交与异交5～50 d, 六种微量元素均呈波动的变化趋势。 授粉后20 d, 异交Ca含量达到最高为6.50 mg·g-1, 而自交后10 d, 子房的Ca含量达到最高为7.77 mg·g-1。 授粉后30 d, 异交和自交子房Mg含量都达到最高, 分别为4.19和4.69 mg·g-1。 授粉后5 d, 异交子房Zn含量达到最高, 为0.038 7 mg·g-1, 而自交后10 d达到最高为0.039 9 mg·g-1。 授粉后35 d, 自交和异交子房Fe含量达到最高, 分别为0.022和0.019 mg·g-1。 授粉后20 d, 异交和自交子房Cu含量达到最高, 分别为0.056和0.045 mg·g-1。 授粉后40 d, 自交子房Mn含量达到最高, 为1.204 mg·g-1, 而异交30 d, 其子房Mn含量达到最高为0.845 mg·g-1。 研究结果可为在生产上喷施微肥来调控板栗子房发育提供参考依据, 从而来提高板栗产量。

为研究黄河甘宁蒙段丰水期过滤水和悬浮物中重金属的含量特征及污染状况, 采用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)对黄河甘宁蒙段昭君浮桥 (S1)、 包头浮桥(S2)等10个采样点过滤水中六种重金属(Cd, Pb, Cr, As, Cu和Zn)及悬浮物中九种重金属(Cd, Pb, Cr, Ni, Cu, V, Co, Zn和Mn)的含量特征、 污染评价和源分析进行研究。 结果表明: (1)过滤水中只有Cr元素含量在所有采样点超出《地表水环境质量标准》(GB3838—2002) 的标准限值, 且在10个采样点中均为最高(74.8～94.7 μg·L-1); 单因子指数(Ii)评价结果表明除包头浮桥(S2)未受总氮(TN)污染外, 其余采样点水质均受Cr元素和TN污染; 内梅罗综合指数法(I)得出所有采样点的I值均在1～2之间(轻污染程度), 表明黄河甘宁蒙段水质, 尤其是下游段(S1～S6)已不是生活饮用水、 水产养殖等的理想水源。 (2)悬浮物中Ni含量(34.7 μg·L-1) 只在玛曲点(S10)低于中国土壤元素背景值(35.2 μg·L-1), 在其余点均高于背景值, 而其余八种元素在10个采样点的含量均高于背景值; 地累积指数法(Igeo)结果表明九种元素中Cd元素的Igeo值(0.452～2.89)在10个采样点中均为最高值, 且在昭君浮桥(S1)、 包头浮桥(S2)、 乌海(S5)和东大沟入黄河口(S8)这四个采样点处达到中污染-重污染程度, 其余八种元素在各采样点的Igeo值均小于1, 为无污染或无污染-中污染程度。 研究结果为全面研究该流域重金属分布、 迁移及有效保护提供可信的实验数据。

建立了蜂胶中多个重金属元素的快速测定方法。 选择正丙醇+二甲苯(体积比70∶30)稀释蜂胶后, 采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法直接分析稀释液中的Cr, Ni, As, Cd, Sb, Sn, Hg, Pb等重金属元素。 为防止稀释样品中高碳有机物的不完全燃烧在质谱锥口产生积碳, 通过在等离子工作气体中通入低浓度氧气使高碳有机物充分燃烧。 应用八极杆碰撞反应池(ORS)技术消除了多原子离子对待测元素产生的质谱干扰, 通过研究He碰撞气流速的变化对Cr, Ni, As预估检测限(EDL)的影响情况确定了最佳碰撞气流速, 采用单内标元素Rh消除了质谱基体效应, 维持了分析信号的稳定。 分析结果表明, 8个重金属元素的检出限在20.8～102.7 ng·L-1之间, 回收率为92.0%～109.0%, 相对标准偏差(RSD)≤3.5%。 方法可快速、 灵敏、 准确地测定蜂胶中8种重金属元素含量。

建立了乙醇稀释-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定蓖麻油中多个无机微量元素的分析方法。 蓖麻油样品用乙醇稀释, 使用ICP-MS法直接测定。 在等离子体氩气流中加入少量氧气, 使高浓度有机溶液进入等离子体中完全燃烧, 防止了高碳在质谱锥口和离子透镜上的冷凝沉积, 采用八极杆碰撞/反应池(ORS)消除了质谱干扰, 多元素(Sc, Ge, Rh, Ir)内标溶液的使用消除了基体效应, 维持了各元素分析信号的稳定, 通过向待测溶液中加入Au标准溶液, 使元素Hg形成金汞齐消除了记忆效应。 20个待测元素的线性相关系数≥0.999 5, 检出限在0.06～20.1 ng·L-1之间, 回收率为90.4%～110.2%, 相对标准偏差(RSD)≤4.8%。 通过对不同来源蓖麻油样品进行分析, 结果显示, 三个样品中元素的含量存在较大差异。 方法能快速、 简便、 准确测定蓖麻油中的多个无机元素。

针对铝锂合金样品检测其Ag和Li, 采用等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)同时测定Ag和Li, 火焰原子吸收光谱法(FAAS)分别测定Ag和Li, 单宁酸分光光度法(VS)测Ag, 对不同的光谱测定方法进行了比较, 证明了ICP-OES检测铝锂合金中的Ag和Li具有较高的抗干扰性。 对比了三种不同的样品消解方法, 确定了FAAS测Li采用王水溶样最佳, ICP-OES, FAAS和VS测Ag采用HCl+H2O2体系溶样准确度更高。 详细讨论了样品中共存元素Al, Mg, Zr, Ti, Cu的干扰及消除方法。 用氨水沉淀消除共存元素Al, Ti, Zr, 8-羟基喹啉沉淀分离Mg和Cu的方法消除原子吸收光度法测Ag的干扰; 采用磷酸盐沉淀分离Ti而消除原子吸收光度法测Li的干扰; 采用与原子吸收光度法测银相同的消除干扰方法, 消除上述离子干扰, 滤去干扰沉淀后, 用硝酸赶盐酸解蔽Ag+离子, 同时分解消除8-羟基喹啉的颜色, 以消除分光光度法测银的干扰。 对比消除干扰前后的结果发现准确度显著提高, 证明消除干扰的方法切实有效。 将选择的最佳消解体系和干扰消除方法应用于铝锂合金样品的测定, ICP-OES测Li和Ag回收率分别在100.39%～103.01%和100.42%～103.73%之间, FAAS测Li和Ag 回收率分别在95.91% ～99.98%和98.04%～103.67%之间, 分光光度法测Ag回收率在98.00%～101.00%之间, 测定结果满足分析要求。

微型透射式X射线管广泛应用于能量色散X射线荧光分析领域, 具有体积小、 功耗低、 X射线发射效率高等特点, 可作为手持式X射线荧光分析仪器的激发源。 目前常用铍(Be)作为出射窗材料, 成本高, 而且有毒性。 同时为减少低能散射射线, 在射线管前端放置铝(Al)作为过滤窗。 本文拟采用Al为微型透射式X射线管出射窗材料, 透射高能射线, 屏蔽低能散射射线, 降低制作成本和难度。 文中采用蒙特卡洛模拟软件MCNP5模拟计算不同银(Ag)靶厚度和Al窗厚度的X射线管输出谱。 结果表明, Al窗对低能射线的屏蔽作用强于对高能射线的屏蔽作用, 在Al窗厚度超过1.5 mm时, 低能射线完全被屏蔽, 高能射线有部分透射。 通过和已有研究成果［1, 5］对比分析, 在Ag靶厚度为2 μm, Al窗厚度为0.8 mm时, 低能射线所占的比例仅为0.087 8%, 高能射线产生率为0.002 73%, 既能有效屏蔽低能射线, 又能保证高能射线较高的出射率, 能够满足野外现场能量色散 X射线荧光分析的需要。

结合X射线荧光光谱、 拉曼光谱和X射线衍射分析, 对甘肃马家塬战国墓地M4出土的11件装饰性硅酸盐珠饰进行了无损分析研究。 依据分析结果将这些样品划分为钠钙硅酸盐玻璃、 铅钡硅酸盐玻璃和釉砂三种类型。 化学成分分析结果表明: 钠钙硅酸盐蜻蜓眼玻璃珠的蓝色眼珠部分采用Co2+着色。 拉曼光谱分析在铅钡体系硅酸盐样品中检测到了人工合成的硅酸钡铜系中国蓝和中国紫颜料, 在钠钙蜻蜓眼玻璃的白色区域检测到了锑酸钙(CaSb2O6)乳浊剂/着色剂。 结合已有的研究结果, 探讨了所分析样品的可能来源及其反映的早期文化和技术交流状况。 含有中国蓝、 中国紫的装饰性珠子的制作材料和工艺应当是受到当时秦人的影响。 而钠钙蜻蜓眼珠的成分特点, 又与新疆等西北地区出土的同类珠子有相似之处。 可见西戎人在玻璃制作技术方面同时受到北方草原民族文化和秦文化的共同影响。 这批样品中以泥芯和玻璃化材料共同组成的装饰珠子, 可能是从釉砂珠向玻璃珠的过渡类型, 这对于研究我国玻璃的起源问题提供了新的参考资料。

利用X射线衍射(XRD)和傅里叶红外吸收光谱(FTIR)深入研究了青海羊曲剖面砂岩中膨胀性粘土矿物的具体种属和光谱学特征。 XRD结果表明, 砂岩中粘土矿物以膨胀性粘土矿物为主, 含量在97 %以上。 样品006面网在1.534  和1.498 均存在明显的衍射峰, 表明可能同时含有二八面体和三八面体结构膨胀性粘土矿物。 进一步的Li+-300 ℃加热后甘油饱和实验结果显示, 大部分样品膨胀性粘土矿物001衍射峰塌陷至9.3～9.9, 少数样品膨胀至 ～18 , 表明膨胀性粘土矿物以蒙皂石为主, 部分样品含少量皂石。 蒙皂石由于部分Li+进入八面体层间, 平衡了由于Mg替代Al造成的电价不平衡, 从而使得蒙皂石不膨胀。 FTIR结果表明, 膨胀性粘土矿物同时含有吸附水和结构水, 与X射线衍射结果一致。 样品在913和842 cm-1出现吸收峰, 表明膨胀性粘土矿物八面体层间以Al—Al和Al—Mg为主; 部分样品含有Al—Fe(吸收谱峰880 cm-1), 指示其为二八面体结构。 膨胀性粘土矿物中同时含有Si—O以及Al—O—Si振动峰, 表明四面体只有部分Al取代Si。 XRD和FTIR均指示研究样品与贝得石和绿脱石有不一样的光谱学特征, 而与蒙皂石极为吻合。 本研究能有效对膨胀性粘土矿物具体种属进行厘定, 对粘土矿物学揭示沉积物物源和气候环境信息具有重要的作用。

光谱调制偏振测量技术是一种新型的偏振调制技术, 通过由消色差/4波片、 多级相位延迟器和偏振器组成的调制模块, 能够把入射光的偏振信息调制到光波的光谱维上, 得到线偏振度和线偏振角呈规律变化的正弦曲线。 设计解调算法对偏振调制后的光谱进行解调, 可以得到目标不同波长处的线偏振度、 线偏振角、 光谱及辐射信息。 文中阐述了光谱调制偏振测量技术的基本原理, 给出具体实现方案。 设计解调算法, 搭建实验平台并进行实验验证。 实验结果表明该技术的正确性及实际应用的可行性。 相对于传统的偏振调制方案, 该方案无运动、 电控部件, 具有体积小、 重量轻的优点, 一次测量即可得到目标的偏振信息, 而不是测得Stokes矢量后再经进一步计算。 本研究为新型空间偏振探测遥感器的开发提供一种新的技术途径。

近年来对水中高压脉冲放电等离子体特性的诊断研究越来越受到重视。 测量单个放电脉冲放电等离子体的时间-空间分辨发射光谱, 有助于研究水中脉冲放电等离子体的时空演化动力学特性和规律。 在本研究中将四分幅超高速相机和单色仪结合, 构建了一种跟踪单个放电脉冲的高速时空分辨光谱仪, 开发了相应的光谱分析软件。 用波长632.8 nm的He-Ne激光器, 在1 200 g·mm-1刻线光栅条件下对光谱仪的性能进行了测试。 结果表明: 对应He-Ne氦氖激光632.8 nm谱线的像素分辨率为0.013 nm。 在曝光时间20 ns时, 单色仪狭缝宽度0.2 mm时632.8 nm谱线的仪器展宽为(0.150±0.009)nm, 仪器展宽随着狭缝宽度的增加呈现增大趋势。 曝光时间的变化不会引起仪器展宽的变化, 能够确保在调节相机曝光时间的过程中不影响光谱仪性能。 利用该高速分辨光谱仪对水中纳秒火花放电发射光谱进行了测量, 单次曝光获得了单一脉冲放电等离子体时空演化光谱。 今后进一步完善实验室的电路条件消除放电干扰, 可以对单个放电脉冲进行更细致的测量, 为研究单个放电脉冲等离子体参数的时空演化特性提供良好的技术手段。

针对布里渊光时域反射光纤传感系统散射谱的高精度特征提取的要求, 提出了一种基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取算法。 不仅利用了广义回归神经网络在逼近能力、 学习速度、 模型的泛化等方面具有的优势, 而且采用搜索能力较强的自适应变异果蝇优化算法进一步增强了神经网络的学习能力, 从而提高了布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。 在布里渊散射谱中心频率为11.213 GHz, 线宽为40～50, 30～60和20～70 MHz的散射谱白噪声实验模型中, 将新算法分别与基于有限元分析的Levenberg-Marquardt拟合法、 粒子群优化和拉凡格式混合拟合法、 最小二乘法进行预测比较, 新算法获得的最大拟合频移误差为0.4 MHz, 平均拟合度为0.991 2, 均方根误差为0.024 1。 仿真结果表明所提出的算法拟合度较好, 绝对误差小。 因此, 将此算法用于基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感系统, 可有效提高布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。

建立近红外光谱定性分析模型, 用于酒石酸美托洛尔片厂家的快速鉴别。 采用Antaris Ⅱ傅里叶变换近红外光谱仪和Micro NIR1700型微型近红外光谱仪两种仪器对来自四个生产厂家的66个批次的酒石酸美托洛尔片进行近红外光谱的采集, 选用随机(random sampling, RS)法进行样品集的划分, 得到校正集样品44个、 验证集样品22个, 选择一阶导数Savitzky-Golay15(SG15)点平滑、 标准正态变量变换(SNV)作为预处理方法, 根据不同类样本间光谱的差异结合谱带特征吸收的方法分别选择6 468～7 104和6 468～7 156 cm-1作为建模光谱区间, 建立两种采样仪器的偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型。 模型的混淆矩阵结果显示两种仪器采集的近红外光谱建立的定性分析模型能够快速、 有效的鉴别不同厂家的酒石酸美托洛尔片, 模型的准确率和否定率均达到100%。 该研究有效证实了近红外光谱分析技术用于酒石酸美托洛尔片厂家定性鉴别的可行性, 另外, 该研究中采用了目前商业化最小、 便于携带的Micro NIR1700型微型光谱仪, 为药品的快速现场筛查提供了很好的启示。

利用ATR-MIR光谱分析技术对掺杂了不同水平带鱼糜的鲢鱼糜进行了分类。 文中采用了五种化学计量学方法(SIMCA, KNN, SVR, PLS-DA和 ID3决策树)分别结合ATR-MIR光谱数据建立判别模型, 并对各个分类模型性能和分类效果进行了分析和比较。 结果表明: 无论是对生鱼糜样品进行鉴别还是对其熟制品进行鉴别, 基于SIMCA方法建立的分类模型都获得了较好的分类效果。 对鱼糜制品和生鱼糜正确分类率分别达到了96.59%和96.43%, 相应的交互验证均方根误差(RMSECV)值分别为: 0.185 7和0.189 8, 相关系数r值达到了0.988 0和0.994 1。 这表明ATR-MIR结合化学计量学方法可以对掺假的鲢鱼糜进行鉴别, 也表明ATR-MIR在鱼糜品质监测方面具有很广阔的应用前景。

水溶性有机物荧光特性是评价有机废弃物堆肥腐殖化程度的重要手段之一。 针对现有方法大都局限于腐殖化程度的定性表征等问题, 基于投影寻踪方法, 该研究开展了堆肥腐熟程度分级评价的定量表征。 通过对不同来源有机废弃物堆肥过程中样品水溶性有机物(DOM)荧光特性参数获取, 采用统计分析表明, 荧光参数I436/I383, FLR, PHA/Pro, A4/A1, r(A,C)两两之间显著相关(p<0.01), 可作为综合评价指标。 在此基础上, 确定完全腐熟(Ⅰ级)、 较腐熟(Ⅱ级)、 基本腐熟(Ⅲ级)、 未腐熟堆肥(Ⅳ级)4个腐熟等级荧光参数取值区间。 模型运算得到各等投影值分别为2.01～2.22(Ⅰ级)、 1.21～2.0(Ⅱ级)、 0.57～1.2(Ⅲ级)、 0.10～0.56(Ⅳ级)。 模型验证证实, 各样品的实际腐熟度等级与模型所得到腐熟与未腐熟样品的评价结果准确率为100%, 因此, 该评价方法对有机废弃物的实际堆肥具有重要的指导意义。

采用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)和密度泛函理论(DFT)研究了常温环境下生物素和吡哆素两种维生素的太赫兹光谱特性, 测量和理论分析的结果显示在太赫兹范围内, 维生素分子内存在较强的分子内和分子间相互作用力。 实验中样品与聚乙烯粉末按照不同的比例进行混合, 结果表明样品所含比例越大, 其在高频段的吸收谱重复性越差, 这证实了维生素样品的吸收率随着频率升高逐渐增加。 采用密度泛函理论(DFT)分析了生物素和吡哆素的单分子、 二分子、 三分子、 以及晶胞分子的太赫兹光谱, 指证了对应的吸收峰, 阐明了分子内和分子间相互作用力的振动和转动机制。

为使表面增量拉曼散射(SERS)衬底的制备方法简单快速且提高的基底增强效果, 采用置换反应的制备方法, 用锌片和硝酸银反应制备出微米银结构SERS活性基底, 其具有稳定性好, 易保存, 制备方法简单, 过程快速等特点。 用扫描电子显微镜观察得银微米材料表面形貌呈均匀对称的树枝状结构。 实验中控制置换反应的时间分别为40, 50, 60 s时, 得到的树枝状银微米材料的长度分别为3, 5, 10 μm左右, 分支分别为700 nm, 2 μm, 3 μm, 发现随着置换反应的时间的增长, 微米银树枝及分枝的长度越长, 且树枝分枝上逐渐长出纳米级“树叶”结构, 使得微米级银树枝表面具有纳米结构。 并且将微米银材料置于硅片上作为SERS衬底, 并以罗丹明6G为探针分子, 用激发波长为1 064 nm的傅里叶变换拉曼光谱仪检测, 研究其在表面增强拉曼光谱中的应用, 结果表明树枝状银微米材料有很好的SERS特性, 其中置换反应时间为40 s时制备的微米银树枝的增强效果最佳, 其增强因子可达到103左右, 并且采用用表面活性剂PVP处理硅片的方法后, 保持其他条件不变, 微米银衬底的SERS增强效果得到进一步加强, 增强因子达到104左右。 此外, 将树枝状银微米材料用水可封存数月, 且实验结果的重复性较好。

到目前为止, 关于水环境中重金属浓度和形态分布的研究有许多报道。 但是关于黄河上游, 特别是对黄河甘宁蒙段区域重金属的研究报道仍需进一步深入。 在相关研究工作的基础上, 使用HR-ICP-MS和BCR连续提取法主要对2011年丰水期黄河甘宁蒙段12个采样点表层沉积物Cd, Pb, Cr, V, Co, Ni, Cu和Zn重金属元素的含量, 形态和潜在风险进行测定与分析。 结果表明: 所有采样点各重金属元素含量顺序相同: Cr>V>Zn>Cu>Ni>Pb>Co>Cd, 与各采样点所在区域土壤中背景值相比, S5采样点Cd元素的含量水平最高(1.30 μg·g-1) 约为背景值(0.103 μg·g-1)的13倍。 通过Igeo对重金属进行污染评价, 结果显示S5采样点Cd元素为强污染水平(Igeo=3.08), 内蒙古段四个采样点(S1—S4)Cd表现为中强度污染水平, Igeo位于2.02~2.90之间; 此外, 富集因子(EF)评价结果发现, 研究区域表层沉积物中八种重金属均受到人为活动的污染。 根据潜在生态风险指数(RI)结果, S5和S3采样点为高生态风险, 其他采样点为中等生态风险。 BCR连续提取法结果显示Cd的有效性最高, 其次为Co和Ni, V和Cr有效性最低。 根据形态分析风险评估准则 (RAC), Cd在S1—S4采样点有高风险, 在S5采样点有很高风险; 而对于Ni和Co来说, 12个采样点中均表现为中等风险。 研究结果和结论可为相关政府部门提供重要的研究信息。

水生植被是湿地生态系统的核心, 也是影响湿地生态系统功能的最主要因素。 近年来, 卫星遥感技术在湿地植被资源调查、 分类和保护等领域中已得到广泛的应用。 由于水生植被独特的生长环境, 其冠层光谱会受到水体背景要素包括大气—水界面、 水中浮游生物以及泥沙含量、 透明度、 水体深度、 底质和其他光学活性成分的影响, 因此遥感技术应用于湿地水生植被冠层光谱研究时, 需考虑到水生植被不同于陆生植被的生长环境, 这一点在以往的相关研究中并没有得到应有的重视。 以典型的挺水植物鸢尾(Iris tectorum Maxim)为研究对象, 模拟湿地水生植被的生长环境, 使用地物光谱仪测定了鸢尾植被冠层在不同水深梯度背景下的光谱反射率(400~2 400 nm)。 实验结果表明, 背景水深与鸢尾冠层反射率之间存在着显著的负相关性, 其中可见光波段绝对相关系数在0.9以上, 近红外波段的绝对相关系数在0.8以上。 在可见光和近红外波段, 随着背景水深的增加, 鸢尾冠层反射率下降均比较明显。 最后分别依据可见光和近红外区域相关性最高的波段(505, 717, 1 075和2 383 nm)建立了背景水深与冠层反射率之间的线性方程, 并得出了相关参数。