通过测定南方地区常用的花生油、玉米油、菜籽油、大豆油、葵花油、茶籽油、橄榄油等植物油以及地沟油和过期植物油的A3005(代表不饱和度)、A985(代表共轭脂肪酸含量)、A960+A985(代表反式脂肪酸含量)三个指标值,得到了合格植物油三个指标值设定范围.在此基础上,建立快速筛查不合格植物油(过期、添加低价油、添加地沟油)的方法,有效地提高了植物油的监控效率.利用该法筛查出的若干疑不合格油,通过脂肪酸构成法和11,12,13,17脂肪酸含量判定法等,均证实它们是掺杂油或过期油,几种检测方法的结合应用,可进一步推断植物油不合格的原因。

采用耐辐射奇球菌活体为生物吸附剂,进行了对水溶液中放射性核素铀的批量吸附实验.主要研究了溶液pH、初始铀浓度对吸附放射性核素铀效果的影响,并通过红外光谱(FTIR)和扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)等手段分析了其吸附机理.结果表明:在pH　5,c0=100 mg·L-1时其吸附效果最佳,而最大饱和吸附量qmax为240 mgU·g-1.结合扫描电镜与能谱分析结果认为,耐辐射奇球菌表面附着了大量的含铀片状结晶物,并且其吸附过程主要以离子交换或表面络合的方式吸附铀.比较吸附铀前后菌体红外光谱图和红外分峰图发现,耐辐射奇球菌吸附铀后的整体谱形有了一定的变化,特别是蛋白质中酰胺基团、羟基、羧基以及磷酸基团等活性基团可能参与了吸附过程,并且在906 cm-1处出现了一个新的峰,此峰为UO2+2的伸缩振动峰.可见,利用具有抗辐射特性的耐辐射奇球菌为生物吸附剂,以期在放射性环境中对放射性核素铀的吸附具有一定的潜在途径。

有色可溶解性有机物(简称CDOM,又称为黄色物质),存在于所有自然水体中,可以用于指示水体有机物污染的状况.相比于常规采样监测方法,基于遥感数据反演CDOM具有重要优势.但是遥感数据反演CDOM的方法通常具有区域局限性,因此需要对不同区域水体进行反演方法的检验和完善.我国北方水体CDOM遥感反演的相关研究较少,选择位于河北省张家口市和北京市延庆区交界的官厅水库为研究区,利用2013年10月26日获取的水面遥感反射率光谱(Rrs(λ))和实验室测得的CDOM吸收系数(aCDOM(λ))数据,首次进行了CDOM浓度(以440 nm处CDOM的吸收系数(aCDOM(440))表示)反演.对半解析方法即QAA-CDOM方法进行了检验和改进,并建立了CDOM反演的经验模型.QAA-CDOM方法反演结果的均方根误差RMSE为0.10,平均相对误差σ为10.8%.通过实测数据计算了每个波段的水面以下上行辐照度与辐亮度的比值Q,代替了QAA-CDOM方法中的固定Q值,对QAA-CDOM方法进行改进,反演结果精度仅略有提升,RMSE=0.09,σ=10.2%.同时,用四个遥感反射率的比值与aCDOM(440)进行回归分析,建立了CDOM反演的经验模型.结果显示Rrs(531)/Rrs(551)与CDOM浓度的相关性最大,决定系数为0.63;基于该波段比值建立的CDOM反演经验模型的反演结果的均方根误差RMSE为0.08,平均相对误差σ为8.8%.经验方法反演结果的精度更高,但需要同步实测数据进行所选波长和模型系数的标定;半解析方法不需要标定,更易于推广.

采用高光谱成像技术结合不同的特征提取方法,实现了对草莓可溶性固形物含量的检测.通过提取154颗成熟无损伤草莓的高光谱图像的874～1 734 nm范围光谱信息,对941～1 612 nm光谱采用移动平均法(moving average,MA)进行预处理.基于残差法剔除19个异常样本后将剩余135个样本分为建模集(n=90)和预测集(n=45).采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA),遗传偏最小二乘算法(genetic algorithm-partial least squares,GAPLS)结合连续投影算法(GAPLS-SPA),加权回归系数(weighted regression coefficient,Bw)以及CARS法(competitive adaptive reweighted sampling)选择特征波长分别提取14,17,24与25个特征波长,并采用主成分分析(principal component analysis,PCA)与小波变换(wavelet transform,WT)分别提取20与58个特征信息.分别基于全波段光谱、特征波长与特征信息建立PLS模型.所有模型都取得了较好的效果,基于全波段光谱的PLS模型与基于WT提取的特征信息的PLS模型的效果最优,建模集相关系数(rc)与预测集相关系数(rp)均高于0.9.结果表明高光谱成像技术结合特征提取方法可用于草莓可溶性固形物含量的检测.

可见光-近红外(visible near infrared,VNIR)高光谱以其光谱分辨率高、波段连续性强,能够反映烃类物质诊断性吸收特征,在烃类能源的识别和调查研究中得到广泛应用.对研究区的油砂光谱进行特征分析,研究显示油砂样品在1 740～1 780,2 300～2 340和2 340～2 360 nm波段均具有由烃类基团弯曲和伸缩振动引起的吸收光谱特征,同时当油砂含油率较低时,引起1 700～1 730 nm波段振动的烃类基团较少,使得在此波段区间产生较微弱甚至不产生烃类吸收特征,随着含油率的增加,1 700～1 730 nm附近开始出现明显的烃类吸收谱带.鉴于含油率是油砂资源储量分析过程中的关键参数,基于油砂中烃类基团在VNIR波段由于弯曲和伸缩振动等引起的一级倍频和合频形成的特征吸收,采用光谱的吸收深度量化特征吸收谱带的响应强度,根据含油率与油砂光谱中1 740～1 780,2 300～2 340和2 340～2 360 nm等烃类特征谱带吸收深度的Pearson和偏相关关系,确立含油率光谱响应强度的关联模式,进而应用单变量一元线性回归方法(unary linear regression,ULR)和多变量偏最小二乘方法(partial least squares regression,PLSR)进行油砂含油率光谱估算研究.结果表明,利用2 350 nm附近吸收深度作为变量的含油率URL估算模型和1 758,2 310和2 350 nm附近吸收深度作为变量的PLSR估算模型精度较高,可为含油率的快速估算提供科学的参考依据.

大气颗粒物已经成为当前大气环境首要污染物,而其中重金属由于具有非降解性和滞后性,严重威胁人类生命和自然环境,已成为当前研究热点.对分析大气颗粒物中重金属元素所用原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、荧光光谱法、中子活化法、辉光放电原子发射光谱法、微波等离子体原子发射光谱法和激光诱导击穿光谱法进行了综述,并尝试对这些技术的不足之处提出一些改进建议:连续光源原子吸收光谱法同时测定多种元素,原子发射光谱法直接测定颗粒物,高分辨率激光剥蚀电感耦合等离子质谱法测定固体样品,低散射同步加速荧光法测定大气颗粒物和k0中子活化法测定对流层发射性元素.大气颗粒物重金属元素的时空分布差异和人类对环境空气质量要求的提高以及现代仪器科学技术的高速发展促使大气颗粒物重金属元素分析技术朝着实时、快速、检出限低、直接测定和操作简便的方向发展。

在煤和生物质燃烧过程中,燃料中的碱金属元素会发生气态释放,并在随烟气降温的过程中凝结,产生热力设备结渣、腐蚀、积灰等问题,影响设备的安全运行.激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是测量煤/生物质火焰中碱金属元素分布的有效手段.建立了一套火焰场内K元素的LIBS测量系统,分别测量了不同ICCD门宽时间条件下火焰场内K元素的火焰发射光谱(FES)信号和LIBS信号,并计算、比较了二者的信号强度随测量系统ICCD门宽时间变化的规律.实验结果表明,相同ICCD门宽时间条件下,火焰场内K元素LIBS信号强度显著高于FES信号强度.随着ICCD门宽时间的增加,二者的信号强度均逐步增加,但是二者的增速变化规律并不相同:K元素LIBS信号强度的增加速度呈现出先快后慢的变化规律;K元素FES信号强度则呈现出线性增加的规律.同时,相同ICCD门宽时间条件下,K元素LIBS信号强度与FES信号强度的比值在ICCD门宽时间为0～8 μs的范围内迅速升高至约4;之后,随着ICCD门宽时间的增加,该比值缓慢下降并逐步趋近于1.通过分析火焰场内K元素FES对LIBS测量影响的原理,提出了合理选取LIBS测量系统ICCD门宽时间,使得K元素LIBS信号强度与FES信号强度的比值最大化,从而降低K元素FES对LIBS测量影响,优化了提高火焰场内K元素LIBS信号测量准确度的方法。

选择藏族地区常用的四种藏药成方制剂安置精华散、当佐、仁青常觉和七十味珍珠丸作为研究对象,通过优化消化条件和测定条件,探索建立其铅、砷含量测定的湿法消化与流动注射氢化物发生-原子吸收光谱(FI-HAAS)联用分析方法,并对其铅砷含量进行精确测定.在优化的工作条件下,铅和砷的检出限分别为:0.067和0.012 μg·mL-1;定量限分别为:0.22和0.041 μg·mL-1;线性范围分别为:25～1 600 ng·mL-1(r=0.999 5),12.5～800 ng·mL-1(r=0.999 4);精密度(RSD)分别为:2.0%和3.2%;加标回收率范围分别为:98.00%～99.98%和96.67%～99.87%.四种藏药成方制剂的铅、砷含量测定结果如下,安置精华散中铅砷含量分别为:0.63～0.67和0.32～0.33 μg·g-1;当佐为:42.92～43.36和24.67～25.87 μg·g-1;仁青常觉为:1 611.39～1 631.36和926.76～956.52 μg·g-1;七十味珍珠丸为:1 102.28～1 119.27和509.96～516.87 μg·g-1.本研究建立了藏药成方制剂中铅、砷检测方法,并测定了四种藏药成方制剂中铅、砷含量,为其在临床安全有效使用提供了参考依据.

原子光谱法直接测定纯铝材中的砷,受到铝基体的干扰.实验表明,当被测试液中Al的质量浓度大于等于As的5 000倍时,测量误差大于5%.为了降低被测试液中铝的浓度以消除干扰,利用对Al3+吸附作用强的强酸型阳离子交换纤维作为固相萃取剂,通过对萃取剂用量、萃取温度、pH值等条件的研究,得到以下方法:0.900 0 g强酸型阳离子交换纤维在55 ℃,pH 2.0的试液中,对Al3+进行超声辅助萃取5 min,此时以砷酸形式存在的砷不被萃取而留在试液中供测定.结果表明,10.00 mL含砷1.00 μg,铝20.0 mg的试液经过分离后,其中砷未见损失,而残留铝质量浓度约为砷的2 000倍,已不干扰ICP-AES测定As.方法检出限(3 s)为0.027 μg·mL-1,方法定量下限(10 s)为0.091 μg·mL-1.本方法已用于合成样、铝制饮料易拉罐和烘烤食品用铝箔等样品中As的测定,标准加入的回收率98.3%~105%;RSD(n=3) 0.1％~4.3％;结果显示,在本实验所测的铝易拉罐和烘烤用铝箔样品中,砷的含量均低于国家标准(GB/T 3190—2008)的限定值.

锗是对人体有益的重要稀有元素,但锗在植物样中含量很低.目前锗的前处理方法主要采用湿法消解和微波消解两种,以上的前处理方法试剂用量大,称样量小,检出限难以满足植物样中锗的分析要求.氢化物发生-原子荧光光谱法测定锗等易形成共价氢化物的元素相对其他的方法具有明显的优势.为降低测定植物样中锗的检出限,准确测定植物中的锗.实验采用干法灰化法对植物样中锗进行富集,建立了植物样中痕量锗的氢化物发生-原子荧光光谱测定方法.实验了温度对植物样灰化的影响,结果表明,即使温度高达900　℃也不会造成锗的挥发损失,进一步试验表明在600　℃灼烧4　h,即可将植物样灰化完全.实验了灰化后样品的消解方法,确定了灰化后样品采用硝酸、氢氟酸和硫酸进行分解.采用大称样量高温灰化减少了试剂用量,有效降低了方法检出限,改善了方法精密度.方法检出限达到0.27　ng·g－1,方法精密度(RSD)在3.99%～6.81%,经生物国家一级标准物质验证方法准确可靠。

南酸枣作为一种分布广泛的药食同源植物,其营养活性成分的研究日益受到关注,然而关于其矿质元素的分布与体外释放情况的研究未见报道.采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了南酸枣皮、枣肉及其水提物、胃消化物中九种矿质元素含量.结果发现:枣肉中Fe,Ca,Zn,Mn,Al,Mg,Cu,K和P的含量分别为27.37,269.88,1.51,2.45,1.95,195.30,2.45,2970.11,133.94 μg·g-1,低于枣皮中的含量,分别为枣皮含量的40.31%,11.70%,21.68%,4.27%,10.58%,15.76%,68.72%,42.04%,22.59%.南酸枣肉微波辅助水提物中Mn的释放率最高(81.68%),Fe最低(4.42%);而枣皮中Zn的释放率最高(79.00%),Al最低(4.94%),除Fe,Zn和Cu外,南酸枣肉中其他各元素的释放率均显著高于枣皮.在模拟胃部消化后,南酸枣肉中矿质元素的释放率在3.25%～87.51%之间;枣皮中释放率在7.11%～50.69%之间,除Fe和Cu外,南酸枣肉各元素的释放率均显著高于枣皮.微波辅助提取更有助于南酸枣肉中Fe,Ca,Mn,Mg,K的释放,其释放率高于胃液消化.而胃液消化过程对枣皮的影响更显著,除Zn外,其他元素释放率均高于微波辅助水提.该实验结果明确了南酸枣肉及枣皮中矿质元素分布与释放的差异,为进一步研究南酸枣中矿质元素的人体吸收利用提供积极的指导作用。

采用HPLC-ESI-MS和傅里叶红外光谱法对五种不同产地中药肉苁蓉进行了分析,采用HPLC-ESI-MS检测了中药肉苁蓉中荒漠肉苁蓉苷A、松果菊苷、毛蕊花糖苷、异毛蕊花糖苷、2’-乙酰基毛蕊花糖苷、荒漠肉苁蓉苷C、管花苷B七种有效成分的含量.采用傅里叶红外光谱法,以五种药用植物样品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.建立了五种药用植物的共有峰率和变异峰率双指标序列.结果显示两种方法对药材评价结果基本一致.采用傅里叶变换红外光谱法亦可区分肉苁蓉的常见伪品锁阳.HPLC-ESI-MS具有高通量、高灵敏度、分析快速等优点,可以通过主要化学成分含量的测定对肉苁蓉进行质量评价.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获得肉苁蓉红外光谱特征,其光谱的吸收峰强度与峰形是各种官能团互相作用的结果,是肉苁蓉多组分红外光谱的叠加.我们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,符合中药向综合分析和整体分析的发展趋势.HPLC-ESI-MS和傅里叶红外光谱法联合应用,两种方法互为补充,为鉴别中药的真伪,探讨中药质量评价提供了一种新方法。

为连续、系统地研究不同年份丰水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属的含量、污染状况和潜在生态风险,在前期工作的基础上,采用三级四步提取法(BCR)和高分辨电感耦合等离子体质谱(HR-ICP-MS)对2012年丰水期黄河甘宁蒙段包头浮桥(S2)、石嘴山陶乐镇(S6)和乌金峡(S9)等10个采样点水体表层沉积物中Cd,Pb,Cr,Ni,Cu,V,Co,Zn和Mn九种重金属元素进行含量测定和形态分析,并对重金属元素的污染作出评价.结果表明:各重金属元素在每个采样点分布趋势相同,平均含量顺序依次为:Mn＞V＞Zn＞Cr＞Cu＞Ni＞Pb＞Co＞Cd;表层沉积物中重金属主要以残渣态形式存在,表明重金属的生物有效性低,对环境影响较小;地积累指数法 (Igeo) 的评价结果显示Cd元素的Igeo值最高,对环境污染程度较高,其余元素对环境影响较小,其中Mn元素影响最小;富集因子法(EF)评价结果表明,Cd和Cu元素在某些采样点表现为显著富集,尤其是Cd在S5点处EF值高达4.69,表明该点处Cd受人类活动影响较为明显,其余元素均为非富集元素,这与Igeo评价结果吻合;潜在生态风险指数法(RI)表明,黄河甘宁蒙段S1,S2和S5点的RI值在150~300之间,为中等危害范畴,其余各采样点RI值均小于150,为轻微危害.研究结果为相关部门提供可信的实验数据和理论依据,也为建立该河段泥沙-污染物输移数学模型和系统研究持久性有毒污染物迁移转化规律及环境评价提供技术支撑.

能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)法作为化学元素分析的一种检测手段,被广泛应用于地质勘测、工矿石油、生化医疗及刑侦考古等各行各业,它是户外现场检测与分析的首选方法之一.利用EDXRF法检测茶叶中金属元素含量,对环境条件要求低,且无需对茶叶样品进行化学处理.实验检测发现,用该方法分析茶叶中金属元素时,有效X射线荧光光子能量段在3～16 keV之间,故校正光谱元素选择位于能量中心位置(8 keV)附近的铜元素,并用铜元素定标做标准曲线,在茶叶有效X射线荧光光子能量段中,通过样品加标方法分析铜、铁、锌、铅四种元素,求得平均检出限为1.25　mg·kg-1.在检测茶叶中金属元素的化学方法中,选用火焰原子吸收法测得茶叶中金属元素含量作为标准值,比较得出,EDXRF法测得数值实际相对误差小于6%,相对标准偏差小于5%,经过t检验,p＞0.05,说明EDXRF法与火焰原子吸收法在统计学上没有显著差异,两种方法所测结果吻合.结果表明,EDXRF法检测茶叶中金属含量的方法是可行的,结果满足现场检测分析需求。

佐太是一种古老的传统藏药,由水银、硫磺、八金、八矿等原辅料炮制而成,主要用来配制多种珍宝类藏药制剂.佐太作为含重金属藏药的典型代表,安全性与有效性一直备受质疑,而探明佐太的精确理化表征,则是科学阐释该疑问的重要切入点.该研究采用X射线能谱(EDX)、X射线荧光谱(XRF)、同步辐射X射线吸收精细结构(XAFS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),对佐太的元素组成、汞的化学价态与配位结构、物相成分与空间结构、微观形貌进行系统分析.EDX和XRF结果发现,佐太中主要元素为Hg和S,另外还有少量的O,Fe,Al,Cu,K,Ag,Ca,Mg等元素.XAFS分析发现,佐太中Hg是以正二价形式存在,配位数为4,配位原子为S.XRD结果发现,佐太中存在立方晶系β-HgS(空间群为F-43m 216)、斜方晶系单质硫S8(空间群为Fddd 70),以及少量的六方晶系C(空间群为P63/mmc 194)、六方晶系Fe1.05S0.95(空间群为P63/mmc1 94)、六方晶系Cu6S6(空间群为P63/mmc 194)、立方晶系Cu1.8S(空间群为F-43m 216)等;另还发现,佐太的结晶度约为59%,无定型态物质约占41%.SEM和AFM分析发现,佐太应为古代微纳米药物,其微粒多在100～600 nm,并有不少低于100 nm,这些微粒常堆聚成1～20 μm松散的无定型态颗粒.本研究探明了佐太的元素组成、汞的配位信息、物相成分和微观尺寸特征等,对科学解读神秘藏药——佐太的生物效应具有重要的启发。

以石英基片为衬底,采用真空热蒸发法,通过调控衬底温度制备出了具有微柱结构、柱径在μm量级、厚度约17　μm的γ-CuI超快闪烁转换屏.在X射线激发下,所制备的γ-CuI超快转换屏具有峰位在430 nm的快成分发射峰和峰位在700 nm的慢成分发射带,其中快成分发射峰占总发光的主要部分;随着衬底温度由170　℃升高至210　℃,转换屏430 nm发射峰的强度会逐渐减弱,而700 nm发射带的强度则逐渐增强,这可能是由于较高的衬底温度会造成碘流失从而引起转换屏中碘空位增加、铜空位减少所致(Cu/I增大),碘流失的假设得到了卢瑟福背散射实验的验证.γ-CuI超快转换屏的晶体结构呈(111)晶面择优取向,且不随衬底温度而变化,当衬底温度升高至210　℃时,由于CuI分子获得的动能增加,转换屏还会出现微弱的(220)和(420)晶面的取向.当衬底温度由170℃增至190　℃时,转换屏的微柱结构会随之优化,微柱结构明显,但当衬底温度进一步增至210　℃时,由于表面扩散和体扩散效应加剧,微柱结构会随之退化.最后,采用刃边法测量了所制备γ-CuI转换屏的空间分辨率,结果显示170,190和210　℃衬底温度条件下所制备的转换屏,其空间分辨率分别为:4.5,7.2和5.6 lp·mm-1,微柱结构有助于提高转换屏的空间分辨率。

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了富硅氧化硅薄膜,利用XRD衍射仪,傅里叶变换红外透射光谱仪以及紫外-可见光分光光度计分析了氧掺入对薄膜微观结构以及能带特性的影响.结果表明,随着氧掺入比(CO2/SiH4)的增加,薄膜晶粒尺寸减小,晶化度降低,纳米硅(nc-Si)表面的张应力先增加后减小.红外吸收谱分析表明,氧掺入比增加导致薄膜内氧含量增高,富氧Si—O键合密度增加,富硅Si—O键合密度降低.同时,薄膜结构因子减小,有序度增大,薄膜微观结构得到改善.当氧掺入比大于0.08时,薄膜结构因子增大,有序度降低.此外,氧掺入增加导致薄膜带隙不断增加,带尾宽度呈现先减小后增大的趋势.因此,通过氧掺入可以调节纳米硅薄膜微观结构及能带特性,氧掺入比为0.08时,薄膜具有高晶化度和较宽的带隙,微观结构得到有效改善,可用作薄膜太阳能电池的本征层.

采用电弧离子镀技术(AIP)在YW2合金基体表面制备了TiAlN涂层,通过化学方法退除基体上的涂层,分析了硬质合金表面退除涂层后和镀覆涂层前成分和元素存在形态的变化.发现当样品在30%H2O2、草酸钾COOK(1.5mol·L-1)、缓蚀剂葡萄糖酸钠GA和NaOH,VNaOH溶液:V30%H2O2:VCOOK溶液=1:1:1,45　℃时,45 min可以退除涂层,肉眼未观察到基体表面受腐蚀.涂层退除后样品表面光亮,呈现合金未镀覆涂层前颜色.通过对退镀后YW2基体和基体镀覆涂层前的表面XPS定性及定量分析发现,退除涂层后,基体表面W元素结合能和N元素主峰结合能与XPS结合能与参照表上对应结合能变化很小,元素的价态没有发生变化;镀覆TiAlN涂层时扩散到合金浅表层的Al,Ti,N元素,造成表面Al,Ti,N元素含量较镀覆涂层前增加,结合能位置偏移,形成AlN和TiN,有利于重新镀覆的涂层与合金基体的结合。

采用电沉积法在镍表面制备铜镍镀层,并将该铜镍镀层在不同温度下进行热处理.分别用扫描电镜法(SEM)、能谱法(EDAX) 和X衍射法(XRD)等对热处理后的铜镍镀层进行表征,研究热处理温度对铜镍镀层的光谱性能的影响.用电镀的方法获得的铜镍镀层表面是由节瘤组成,热处理温度在25~600 ℃范围,随着热处理温度的升高,铜镍镀层表面的节瘤变小;热处理温度在600~900 ℃范围,随着热处理温度的升高,铜镍镀层表面的节瘤变小,铜镍镀层表面的节瘤间的分界线越不明显.热处理温度在25～900 ℃范围,随着热处理温度的升高,铜镍镀层中铜的含量减小,从82.52 at%减小到78.30 at%;镍的含量增加,从17.48 at%增加到21.70 at%.铜镍镀层为Cu0.81Ni0.19立方晶型结构,热处理温度在25～300 ℃范围,随着热处理温度的升高,Cu0.81Ni0.19的晶型结构更完整;热处理温度在600～900 ℃范围,铜镍镀层中可能有部分的Cu0.81Ni0.19立方晶型结构转变为Cu3.8Ni立方晶型结构;随着热处理温度的升高,有利于Cu3.8Ni(311)和Cu0.81Ni0.19(311) 晶面的生长.

光纤的焦比退化(focal ratio degradation)是光纤光谱效率损失的重要原因之一.光纤在安装和每次定位过程中,光纤的转动和扭曲会引起光纤焦比退化发生变化,从而改变光纤的传输效率,每根光纤由此造成的传输效率变化都会存在差异.而这样的效率差异无法用通常天文观测中使用的晨昏天光平场或者圆顶平场改正.减天光是光纤光谱数据处理中决定光谱质量的重要环节.减天光处理要求对不同光纤的传输效率进行归一化处理,以扣除不同光纤之间传输效率差异导致的天光背景测量的误差.对于与天光背景亮度接近乃至更暗的观测目标而言,光纤传输效率的改正精度决定了减天光的精度.测试了LAMOST望远镜光纤转动对光纤传输效率的影响情况.在检查了光谱中天光发射线强度与光纤传输效率的关系,和验证了光纤效率变化与波长变化相对独立的基础上,提出并且证实了通过测量各光纤中天光发射线强度作为光纤相对效率变化量来改正光纤效率差异的方法是可行的.这种方法已经被应用到LAMOST二维光谱处理当中。

天体光谱包含着许多重要的关于天体的物理和化学信息,如天体表面的有效温度、重力加速度以及化学丰度等,天体光谱的处理和分析对天文研究具有重要的科学意义.一些大型巡天计划的实施(如SDSS,LAMOST等)使我们获得了海量的天文光谱数据,因此天文光谱数据的自动分类成为重要的科学研究课题,然而面对如此海量的光谱数据,一些传统的光谱自动分类方法已经不适用,迫切需要寻找高效率的光谱自动分类技术.研究了基于局部均值的K-近质心近邻(local mean-based K-nearest centroid neighbor,LMKNCN)算法在恒星(Star)、星系(Galaxy)和类星体(Quasar,QSO)的光谱分类中的应用.LMKNCN算法的基本思想是根据近质心近邻原则,从每一类训练样本集中为待测样本点选取k个近质心近邻点,然后根据每一类中所选取的k个近质心近邻点的均值点到待测样本点x的距离来判别x的所属类别.针对美国SDSS-DR8的天体光谱数据,对比了K-近邻、K-近质心近邻、LMKNCN三种算法在恒星、星系和类星体的光谱分类中所表现的性能,结果表明三种方法中,LMKNCN算法对这三种光谱的识别率高于其他两种算法或者与其相当,而且其平均分类正确率高于另外两种算法,特别是在类星体的识别率上表现的更好.表明了该算法对天文光谱大数据的快速处理和有效利用具有重要的意义.

便携式拉曼光谱仪在现场快速分析中往往由于现场样品比较复杂,需要处理后才能采用光谱仪进行测定,因此一定程度上限制它的使用.常规实验室前处理虽然行之有效,但是过程繁琐费时,不适合现场使用.本课题组开发了一种便携式快速PERS前处理仪器,具有便携、功耗低、操作简便,提取时间短以及重复性好等特点,能满足现场快速检测的前处理需求.该仪器由超声波提取单元、加热抽气挥发单元、尾气净化与吸收单元以及控制系统四个功能模块组成,并且设有LED控制面板和报警装置.整个工作流程主要包括超声提取、液液萃取和溶剂加热抽气挥发三个环节.以三种实际样品(辣椒粉、辣椒油、豆瓣酱)中的违禁添加剂罗丹明B检测为例,结果表明:与常规实验室前处理方法相比,两种前处理方法对于PERS谱图影响不大,但是检测时间缩短一半.另外,重复性实验检测结果的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)小于±5%。

应用便携式X射线荧光光谱仪对土壤中Cr,Cu,Zn,As,Pb等重金属含量进行检测,每个样品扫描检测3次,利用小波阈值滤噪的方法对所测谱线进行光滑去噪处理后,根据土壤重金属的标准值和相应的计数率(取三次处理后检测谱线的平均值)建立各重金属的标准曲线.运用小波阈值滤噪方法时,为确定最佳的小波基和小波分解层数,以信噪比(SNR),均方根误差(MSE)和信息熵(H)作为评估指标评价降噪效果.为验证仪器的稳定性,根据土壤样品中重金属浓度的不同挑选部分样品并同时选用H3BO3(空白对照)进行重测.结果表明:运用小波变换方法时,选取coif3小波基对谱线进行三层分解,取得了最佳的去噪效果;建立好模型后,仪器的决定系数R2范围是0.990~0.996,表明在0~1 500 mg·kg-1范围内,土壤样品中各重金属元素含量与X射线荧光光谱特征峰强度之间的线性关系良好;经过重复检测和计算得知仪器的检出限均低于国家一级土壤标准.将小波变换的方法实际运用到X射线荧光光谱仪检测模型的建立与改进中,有效的提高了模型的准确性,同时经验证,仪器具有良好的精密度,可运用于实际土壤重金属污染的现场快速筛查.

高光谱空间外差干涉光谱仪的光谱响应由窄带滤光片的光谱特性决定,由于窄带滤光片的制备水平与理论值存在差距,使得发生光谱展宽或波长漂移等现象,在空间外差光谱仪中形成高频和低频光谱混叠从而导致复原光谱失真.在分析滤光片对仪器光谱响应性能影响的基础上,通过在空间外差光谱仪核心干涉组件光栅的胶合过程中,根据窄带滤光片实测波长透过率曲线,利用可调谐激光器动态监测调整光谱仪基频波长的方法改善对其造成的光谱混叠.结果表明,通过实测滤光片特性调整光栅偏转角度来改变基频波长,可最大程度地有效利用仪器所能覆盖的光谱范围,根据干涉图的复原光谱信号可知试验装置的有效光谱范围从758~770.9 nm增加至756~770.9 nm.

近年来,对物体的颜色显现力、光源光谱功率分布和自身表面反射光谱三者的定量关系方面的研究备受大家关注.在三维扫描测量领域,由于颜色特征具有反映物体材料和纹理等丰富信息的优势,提出了一种主要由彩色相机、投点光源和PC机组成的色度自适应投点仪结构,其中数字微镜(DMD)作为投点光源的核心元件用于调制R,G,B 三个LED光源的光谱功率分布.然而主动式标记点的颜色显现力因受未知反射光谱投影接受面的影响,其颜色特征往往难以识别和区分.为了提高投影标记点与不同反射光谱的投影接收面作为背景的分辨力,描述了一种色度自适应投影标记点的选取方法.在高维线性反射光谱建模的基础上,用光谱响应的方法对彩色投点仪设备特征化,以解决三通道彩色相机设备特征化精度低的问题.并通过样本训练为高维线性反射光谱的求解提供条件约束.继而,在CIE1931色度坐标空间下,选取与投影接收面背景色度坐标欧氏矩最大的色度坐标点.根据投点仪设备特征化结果,推导其LED最优设定值.最后,采用24孟塞尔色卡作为被投影对象,主动标记点与色块的色差作为其颜色显现力的评价参数,通过与激光二极管投点仪做对比性实验.实验结果表明对各不同色度的投点接受面,提出的色度自适应投影标记点的选取方法均有较好表现.

表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)谱因共振强度、共振位置等不同而呈现不同的幅度和峰宽,需要发展自适应的分析方法才能保证SPR共振峰的精确定位.提出了一种基于Savitzky-Golay滤波器最优参数的SPR谱滤波方法,可根据实时SPR谱的特点优化滤波器参数(拟合阶数和窗宽),使滤波后光谱的均方误差(mean squared error,MSE)的Stein’s无偏风险估计(Stein’s unbiased risk estimate,SURE)最小,采用Monte-Carlo算法实现了SURE的快速求解.经验证,在不同的噪声水平下,SURE都可以准确反映实际MSE趋势及结果.采用搭建的SPR系统,实验测量了不同浓度、不同积分时间下蔗糖溶液的SPR信号,用提出的最优参数对SPR信号进行滤波,结果表明,与固定参数相比,该方法确定的SPR共振峰位置重复性误差较小,且不随噪声的增大而增大.

针对传统光谱偏振成像系统普遍存在的系统结构复杂、需要动态调制、光通量低等问题,提出一种基于静态调制的光谱偏振成像系统,将静态调制偏振探测方法与Savart偏光镜干涉成像原理相结合,可在成像过程中实时获取目标的光谱信息和全部四个Stokes偏振信息.与传统系统相比较,该系统具有无运动部件、无需动态电控调制、没狭缝限制、光通量大等优点.介绍了系统组成和基本原理,搭建了实验装置,实验装置包括二次成像光学系统、偏振调制模块、干涉成像模块、CCD图像采集及数据处理模块等,成像谱段范围为可见光近红外(480~950 nm).利用实验装置对白板、飞机玩具模型进行了成像实验,验证了该系统的光谱偏振成像数据获取能力.对静态调制的偏振测量精度进行了验证,偏振测量统计误差小于5%.实验结果验证了系统原理的正确性和可行性,获取的光谱偏振成像数据在目标识别、目标分类、遥感探测等方面具有较高的应用价值.

为了同时获得同色异谱目标的光谱信息和空间分布信息,设计了基于声光可调谐滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)的成像光谱仪,主要包括前置成像透镜组、AOTF滤光成像模块、AOTF驱动器、CCD图像检测器、图像采集卡和计算机.在计算机的控制下,实现波长的快速扫描,获取每个设定波段下的灰度图像,构建一个光谱图像立方体,因此可以获得图像中任意一点的光谱信息.所设计的成像光谱仪,光谱范围为550 ～1　000 nm,光谱分辨率2.6 nm(@632 nm),光谱扫描速度快,任意两个波长之间的切换时间小于80　μs,整个仪器无机械运动部件,功耗低,抗振能力强.利用该仪器对真假玫瑰花进行了鉴别试验,对涂改物证进行了信息复原实验,并成功地辨别出真假玫瑰花和复原出涂改物证,证实了该成像光谱仪具有优异的同色异谱目标鉴别本领,在同色异谱物质的鉴别上具有广阔的应用前景。

首次采用光纤Bragg光栅实时测量浇注炸药在固化成型过程中固化剂与粘结剂的反应放热量.为了实时、准确的测量出浇注炸药在固化过程中的温度值,设计了基于光纤布拉格光栅的组网式温度监测系统.鉴于炸药成分的危险性、以及浇注炸药固化过程时间长、对条件要求恒温的特殊性,直接的实时监测一直未找到合适的测量方法.近年来,光纤布拉格光栅由于其优越的特点,在通信和传感领域得到广泛应用.利用光纤光栅与温度之间的线性关系,将采集的光栅反射波长值换算为温度实时显示.通过波分复用技术在两根光纤上写入7个光栅点同时测量,多点分布式测量可以将炸药内部温度的分布趋势显示出来.封装的光栅传感器采用90°弯曲设计,不仅改进了传感器与跳线的连接,同时有利于装入烘箱内.Origin软件将txt数据绘制成曲线图形式,将固化过程温度的变化直观明了的显示出来.结果表明,该方法操作简单,精确度高,满足炸药固化过程中对温度的测试需求.

线性渐变滤光片(LVF)被广泛应用于各种小型快速分光测试设备中.分光特性进行研究,给出了其分光特性的高斯函数表达式,分析了各个参数与线性渐变滤光片中心透过率、谱线宽度和线性渐变系数等特性的关系.将光谱成像仪标定的单色仪法引入线性渐变滤光片的分光特性检测中,讨论了检测系统的敏感性,并给出了相应的误差容限公式.分析表明单色仪出射狭缝相对光轴平移量,以及滤光片倾斜角度对检测精度影响最大,实际测量中可通过光路和系统机构的调整达到精度要求.构建检测系统完成了对成品线性渐变滤光片分光特性的检测,结果表明对中心透过率的测量均方根误差小于0.05%,验证了方法的精确性,普适性,检测结果可为线性渐变滤光片相关系统的设计和标定提供参数指导.

针对近红外透射和吸收双光谱提出一种自适应的去噪方法.同步采集样品的近红外透射谱和吸收谱,在相同分解原则下总体经验模态法分解两组光谱,得到单组分特征模态分量.计算特征模态分量与原透射谱、吸收谱之间相关性,以及两组特征模态分量之间相关性,相关性最小模态分量初判为噪声分量.分析该分量在光谱中点处自相关性,若中点处很大,其他点几乎为零或很小,可以判断该分量为噪声.这种基于模态分量相关性的噪声判别方法称为“3R”法则.剔除噪声分量,重构光谱信号,循环上述分解过程,直到不满足“3R”法则,降噪过程结束.构造理想光谱,叠加噪声,“3R”法降噪效果优于EMD和EEMD低通滤波器,略逊于小波分解.真实光谱实验中,经过上述方法降噪处理过的玉米叶片光谱采用3层BP神经网络建立与叶绿素之间预测模型,“3R”法处理模型具有最大校正相关系数和预测相关系数,最小校正标准差和预测标准差.在四种降噪方法中,“3R”法对光谱谱峰位置和峰高的影响最小.实验表明,“3R”双谱去噪方法无需预设迭代次数,不用考虑分解层数,没有基函数,是自适应的,该方法适合近红外光谱去噪。

采用傅里叶远红外光谱仪(FTIR),在室温条件下测量了多种饱和直链有机小分子的太赫兹光谱.测试结果显示,有机官能团的差异导致有机物的太赫兹光谱特征显著不同.其中,有机物的晶格振动吸收峰和分子间氢键的振动吸收峰分别位于太赫兹高频和低频波段.而且,饱和直链一元醇的—OH官能团产生的分子间氢键的特征峰位于57 cm-1,而三十烷酸的—COOH官能团产生的分子间氢键的特征峰则位于74 cm-1.分子间氢键使三十烷醇和三十烷酸对太赫兹辐射的吸收能力明显地强于三十烷烃.相比于三十烷醇,三十烷酸的太赫兹特征峰还发生有规律的红移和蓝移现象.此外,还采用密度泛函理论B3LYP/6-311G(d,p)基组对饱和直链烷烃、烷醇和烷酸的太赫兹光谱进行了仿真计算,发现分子间氢键作用越强的有机物的单体分子的仿真结果与实测光谱的吻合程度越低.二聚体结构的仿真结果与实测光谱的吻合程度明显地高于单分子结构.研究结果对利用FTIR研究其他有机官能团的太赫兹光谱特征、探索有机分子内部的振动模式、探究有机物太赫兹响应的物理原理及器件应用等具有重要意义.

构建B800缺失LH2对于阐明光合作用中光能传递的分子机制与捕光复合体组装机制具有重要意义.采用吸收光谱、荧光光谱、分子筛层析、超滤和SDS-PAGE等方法研究了紫细菌两个典型种外周捕光复合体 (LH2) 约800 nm特征光谱 (B800) 细菌叶绿素 (BChl) 缺失能量传递模型的构建方法及性质.结果表明:在pH 8.0 Tris-HCl(10 mmol·L-1) 缓冲液中,0.08% SDS能够使来自Rhodobacter azotoformans的LH2 B800 BChl特异性解离,解离体系中加入10%(φ) 甲醇,通过超滤脱除游离BChl,构建了B800缺失LH2,但该缺失模型不够稳定.在pH 1.9缓冲液中,来自Rhodopseudomonas palustris的LH2 B800 BChl能够特异性解离,通过层析得到两个组分.一个组分的B800 BChl不能通过层析脱除,能够重新自组装成LH2.另一个组分为B800缺失LH2,该缺失模型稳定.两种LH2均存在2类以上B800 BChl结合位点,并得到了两类Rhodopseudomonas palustris B800 BChl解离的LH2,但未发现类似紫色硫细菌中的B800吸收光谱劈裂现象.B800缺失LH2均未呈现约800 nm特征荧光光谱.采用两种方法构建了两个物种B800缺失LH2能量传递模型.利用BChl与缺失B800 LH2结合能力不同的特性,将Rhodopseudomonas palustris中的LH2分成两个类型,实现了异质性亚基LH2的分离。

快速、精确地测量微量气体浓度的技术在大气质量分析、环境污染检测等领域具有广泛的用途.在红外光谱检测技术中,气体吸收光谱的谱线线型函数是定量测量气体浓度的一个重要参量,而如何准确和快速地得到气体谱线线型函数值是气体浓度测量中的一个关键问题.首先从理论上分析了谱线线型函数,得出计算谱线线型函数的一般方法及探讨了气体浓度与谱线线型函数峰值之间的关系.然后,利用可调激光器及光谱仪检测系统测量了乙炔在1 515～1 545 nm波长范围内的吸收光谱,再通过Lambert-Beer定律计算得到在不同频率下的谱线线型函数峰值,最后利用程序拟合出该波段内气体的谱线线型函数峰值分布曲线,并与Voigt线型函数理论计算值进行了比较,发现理论计算的谱线线型函数峰值仍存在一定的偏差.相比理论计算结果,所提出的检测方法得到的乙炔浓度与真实的乙炔浓度值更加吻合,表明了通过实验确定的谱线线型函数的经验公式可以更好地用于气体浓度的检测.由于利用实验测量值获得了谱线线型函数峰值分布的拟合曲线,因此可以快速准确地计算出所对应的谱线线型函数峰值,从而大大地简化了线型函数的计算过程.实验所获得的数据可应用于光学遥测乙炔气体浓度,且提供的方法也可以应用到其他气体的谱线线型函数峰值的测量中.

纯度为9.75%的有机半导体材料苝四甲酸二酐(PTCDA),在其升华点进行了真空升华提纯,其纯度可达99.9%.利用质谱、红外光谱及X光电子能谱对这种高纯材料进行了测试并详细分析了其分子结构、化学键的形成、原子在晶格平衡位置的振动模式、电子的组态和原子的结合能的变化.由红外光谱分析得出,苝四甲酸二酐的分子结构是中央5个C构所组成的苝核基团及位于苝核两端的两个酸酐组成,它们主要以共价键结合.晶格上的C原子在其平衡位置主要以伸缩振动为主.其分子中有大量可以自由移动的π电子;分子间离域大π键的交叠决定了苝四甲酸二酐的导电性能.由XPS谱分析得出,高纯度的苝四甲酸二酐中有结合能不同的两种C原子,结合能分别为:285.3和288.7　eV.它们对应于苝环及酸酐上的C原子.另外,有两种类型的O原子,即CO和C—O—C,其结合能分别为531.3和533.1　eV。

新型单一基质型白色荧光粉是当前白光LED荧光粉研究的热点.宽带隙半导体BiOCl物化性质稳定,声子能量低,晶体结构对称性低、极化性强,具有作为稀土掺杂荧光粉基质材料的潜质.采用固相法制备了BiOCl:Dy3+及BiOCl:Li+,Dy3+荧光粉,并采用XRD、激发和发射光谱研究了其结构和发光特性.XRD结果显示在500 ℃低温下即可成功合成出纯四方相的稀土掺杂BiOCl晶体,而Li+掺入可进一步提高样品结晶度.在389 nm近紫外光激发下,荧光粉具有位于478 nm(蓝)和574 nm(黄)波段的Dy3+特征发射峰,并呈现较低的蓝黄光发射比例和优异的白光发射特性.相比单掺体系,Li+掺杂不仅使荧光粉发射增强,还实现了发光颜色的调节.研究结果表明,BiOCl:Dy3+荧光粉制备温度低,具有良好的近紫外光激发和白光发射特性,其较低黄蓝光发射比例性质可能与BiOCl独特的晶体结构有关;上述特性使其可能成为一种新型的潜在近紫外激发白光LED荧光粉。

水在中红外波段的强吸收有时会遮蔽水溶液中溶质的特征峰,从而干扰溶质的红外谱带归属和分析.提出了一种新方法,控制水峰的吸收强度逐渐变化(强→弱→消失),从而得到高质量的红外光谱.利用单次ATR附件,通过先扫描空ATR晶体N次,经短暂暂停后,再继续扫描载有纯水(或参比溶液)的ATR晶体M次,这样累加得到的背景单光束谱(N+M次扫描)中水的吸收强度就直接与扫描次数N和M相关.选择足够大的扫描次数N和合适的扫描次数M,就可以彻底扣除水峰的干扰.利用该方法,成功获得了K2CO3溶液和牛血清白蛋白(BSA)溶液的消除了水吸收峰的高质量红外光谱.实验结果证实新方法具有快速、高效等优点.文中也讨论了该方法的局限性。

为研究高煤级煤岩在不同流变条件下大分子结构的变化特征,对沁水盆地南部高煤级原生结构煤岩及其变温变压流变实验后的煤岩进行了FTIR和激光拉曼光谱测试和分析.结果表明:不同温压条件形成的不同类型流变煤岩的大分子结构和组成具有明显的差别。　煤岩变温变压流变实验(温度300～400　℃、围压50～100 MPa、应变小于10%和应变速率10-4～10-7·s-1)会使其大分子结构产生改变,并实现化学结构重组:当温度为300或350　℃,高煤级煤岩易形成脆性流变或脆韧性流变,机械能转化为热能,一些键能较弱的支链和官能团断裂并且结构脱落,产生裂解小分子,其过程以应力降解作用为主,而芳香结构增多,同时出现应力缩聚;而温度上升至400　℃以上,高煤级煤岩即可发生韧性流变,次生缺陷发育,机械能转化为应变能,脱落的小分子优先嵌入或吸附在大分子结构的缺陷或表面,脂肪和芳香结构的变化,其过程既有应力降解作用又有应力缩聚作用,而且以应力缩聚作用为主;围压和样品注水状态对大分子结构影响不明显。

近红外分析技术已经广泛应用于岩石分析中,方法简单、快速、有效,可以在短期内分析较多样品,适合应用于区域地质物质成分的分析.近红外光谱中不同矿物分子会表现出不同的峰值特征,故对层土壤进行近红外分析,可以较精确的获得土壤中矿物成分、含水量、矿物结晶程度等信息.通过分析河套平原土壤样品,推测出其矿物成分、含水量、晶体结晶程度等,结合当地气候特征和地质环境,推测其物质来源和矿物形成环境,不仅完善了当地的地质特征,还对河套地区土壤的成因机制的研究有重要意义.实验结果表明,河套平原表层土壤的矿物主要由高岭石、蒙脱石、伊利石、白云母等蚀变矿物组成,从而推测其来源为阴山山脉中酸性岩体,同时提出阴山山脉在气候方面对河套平原土壤形成也有重要影响,内蒙古地区虽然为大陆性干旱气候,但降水量充足,且阴山山脉南北两侧的年平均降水量差异巨大,阴山山脉南部的年平均降水量较北部大,保证了河套平原湿润的环境,有利于沉积物充分蚀变,这些均为土壤成因机制的完善提出了新的研究方向.

矿物药是中国传统药学中不可缺少的重要组成部分.禹余粮作为常用矿物药之一,在临床上有着广泛的使用和确切的疗效,长期用于治疗久泻,便血和崩漏带下.由于禹余粮原矿物成因复杂,通常由多种矿物组成,且组成比例不一,导致目前市场矿物药禹余粮品种来源较混乱,质量参差不齐,真假难以分辨.2010版《中国药典》所收载矿物药禹余粮的质量控制标准仅有简单的性状和铁盐的化学鉴别项目,不能很好的控制禹余粮的质量.通过FTIR方法建立矿物药禹余粮FTIR指纹图谱,并对禹余粮炮制前后及伪品FTIR图谱进行了比较分析.对不同产地和批次18份禹余粮样品进行分析,FTIR指纹图谱相似度评价以计算共有峰透光率的夹角余弦值获得.结果显示,禹余粮样品的FTIR指纹图谱相似度、相关系数均大于0.90;禹余粮生品、炮制品、伪品红外图谱存在较大差异.阐述了利用FTIR指纹图谱研究禹余粮的成分特征,能够快速、简便地区分真伪及炮制前后的禹余粮样品.禹余粮FTIR指纹图谱的建立为矿物药禹余粮质量评价提供了新方法,为《中国药典》禹余粮药材质量标准的完善提供了依据.

人体血清临床指标是衡量人体健康和亚健康水平的重要因素之一,采用傅里叶红外(FTIR)光谱技术实现人体血清临床指标的多成分快速同时检测.提出利用多维标度法(MDS)对光谱变量进行降维,结合多元线性回归(MLR)技术,建立多维标度线性回归(MDS-MLR)模型,为血清四种临床生化指标(葡萄糖、低密度脂蛋白胆固醇、甘油三酯、尿素)的定量分析优选光谱信息波长点,优化定标预测模型,结合移动平均法(MA)进行光谱预处理,得到良好的建模效果.通过检验集样品进行验证,检验相关系数均在0.9以上.结果表明,MDS-MLR方法具有人体血清临床指标FTIR光谱分析的应用潜力.FTIR技术结合MDS-MLR定量分析方法可以实现对人体健康和亚健康水平的快速评定.

三聚氰胺对人体有害,鸡蛋内三聚氰胺定量检测非常有必要.以鸡蛋蛋清为研究对象,应用表面增强拉曼光谱技术结合化学计量学方法对蛋清内三聚氰胺进行了定量检测.首先采用人工饲养蛋鸡的方法获取含有三聚氰胺的样品鸡蛋.然后使用便携式拉曼光谱检测仪(Opto Trace RamTracer-200)和拉曼增强试剂测定蛋清的表面增强拉曼光谱,同时利用气相色谱质谱技术测定相应蛋清中三聚氰胺的含量.利用Raman Analyzer对拉曼光谱基线进行校正.应用相关系数法从表面增强拉曼光谱中选取320个光谱变量作为输入变量,建立偏最小二乘定量校正模型;并应用谱峰分解法建立谱峰分解定量校正模型.两种模型建立过程中均选定90个样本做为模型校正集,44个样本做为模型验证集,两种模型都有较好的预测效果.偏最小二乘定量校正模型预测值与气相色谱质谱联用法(GC-MS)测定值的决定系数R2为0.856,预测均方根误差RMSEP为1.547;谱峰分解定量校正模型R2为0.947,RMSEP为0.893.实验结果表明,该方法能有效定量检测鸡蛋内三聚氰胺,检测一个样本仅需15 min,为蛋品的三聚氰胺检测提供了一种新途径.

当前,拉曼光谱通常被应用于定性研究,拉曼光谱的定量研究明显不足.通过理论分析,拉曼光谱的定量研究应当基于其相对强度来进行.据此,通过对三种不同浓度的Na2SO4溶液进行拉曼光谱分析,得到了常温常压下水溶液中SO2-4离子浓度的定量方程为:ｃ(SO2-4)=4.779 6R(r2=0.999 4).此外,对高温高压下硫酸根水溶液的拉曼光谱也进行了研究.光谱分析表明,温度和压力将影响拉曼谱峰强度比值与SO2-4浓度的关系.高温高压下水溶液中SO2-4浓度的定量方程为:c(SO2-4)=4.779 6(R+1.469×10-4ΔT+1.340×10-4ΔP),式中c(SO2-4)为待测溶液中SO2-4的浓度,R为拉曼谱峰强度的比值R(SO2-4/H2O),ΔT为相对于常温(23 ℃)时的温度差,ΔP为相对于常压(0.1 MPa)时的压力差.该方程适用的温度范围为23 ℃≤T≤360 ℃,浓度范围为0.5～1.5 mol·L-1,测量的相对误差为6.5%.对于具有拉曼活性的物质,拉曼光谱实验技术可以用来进行水溶液中物质浓度的定量研究.

利用拉曼光谱技术分别研究了植物油和动物脂肪油的光谱特性.通过自适应迭代惩罚最小二乘法的基线校正方法,对所测得的拉曼光谱进行了数据处理,获得了它们的微观信息.进而通过选取其中部分油的拉曼光谱,进行了植物油的光谱、动物脂肪油的光谱以及动物脂肪油和植物油之间的光谱比较和分析,从而发现了多种植物油光谱(包括多个频移范围内的频移大小以及强度大小)的差异,也发现了动物脂肪油与植物油的拉曼光谱间的差异.不但提供了辨识不同食用油的光谱依据,也证明了拉曼光谱是一种识别不同油品的有效方法。

应用三维荧光技术结合自组织神经网络方法,研究典型城市河流沉积物孔隙水中水溶性有机物(DOM)与颗粒性有机物(POM)组成结构及空间分布特征.自组织神经网络是一种非监督神经网络算法,能够从有机物三维光谱中提取不同的荧光组分,表征各组分的含量.沉积物是重要的有机碳库,而沉积物孔隙水中有机物的多寡可直接反映其环境特征.人们对水体中沉积物孔隙水中的DOM与营养盐特征的研究较多,而对POM的研究较少,尤其对重污染城市支流河的研究更少.因此,选取沈阳市白塔堡河为研究对象,沿河源、农村、城市区域河段采集沉积物孔隙水样品,提取DOM与POM,检测样品的三维荧光光谱.DOM的f450/500值为1.82～1.91,表明DOM主要是微生物源;POM的f450/500值为1.42～1.68,表明POM主要以陆地输入为主.自组织神经网络解析DOM与POM含有类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸与类胡敏酸等物质,类酪氨酸主要源于新鲜的具有高氧化的类蛋白物质,而类色氨酸主要为微生物代谢产物。　DOM的各组分丰度之和为POM的2倍,类酪氨酸平均相对丰度在50%以上,类色氨酸的平均相对丰度为18.8%～23.1%,类富里酸相对丰度比类胡敏酸的高,但两者在有机物组分所占比重小。　通过主成分分析,DOM与POM特征呈现沿河源、农村、城市区域河段变化,表明白塔堡河深受人类活动的影响。

采用三维荧光光谱表征了污水厂各处理单元及受纳水体上下游的样品,应用平行因子分析方法获得了样品中各主成分的激发发射光谱图及荧光强度得分矩阵.结果表明,类蛋白质和类富里酸物质是污水厂和受纳水体样品的主要荧光组分.污水厂进水样品的类蛋白质荧光较强,后续各处理单元样品的荧光强度显著下降.受纳水体上游样品的类蛋白质荧光较弱,经过城区各取样点的类蛋白质荧光显著增加,而污水厂排放口上游荧光强度则显著高于下游.类蛋白质荧光强度得分可与样品COD值建立相关曲线,污水厂与受纳水体样品的相关系数分别为0.930和0.913,类蛋白质荧光可以反映样品点的有机污染程度.该研究为污水处理厂的运行及其对受纳水体影响提供了新的思路和方法。

三维特征荧光参数可以反映污水处理过程中污染物的种类、性质和含量变化等丰富信息.通过对水样进行三维荧光特性分析和常规有机污染物指标COD,TN,TP的对比分析,确定表征污水中溶解性有机污染物种类、组成和含量的三维特征荧光.对进水、间隙水和出水中DOM的四种不同组分的荧光光谱图、荧光峰值(R.U.)、荧光指数FI、腐殖化指数HIX以及与COD,TN,TP的相关性进行研究可知:污水处理前后特征荧光峰中心位置和强度均发生明显的改变,表明污水中有机物的相对组成和含量随处理过程而变化;类腐殖质组分的降解情况不显著,而类蛋白组分的降解情况显著,类蛋白组分与COD,TN,TP呈现显著正相关.采用三维荧光光谱法分析了污水处理过程中溶解性有机物的荧光特性变化规律,探讨三维荧光技术用于描述污水处理过程中溶解性有机污染物降解规律的可行性。

以罗丹明6G和牛血清白蛋白的复合物为荧光探针,银纳米三角片为猝灭剂,研究了银纳米三角片与荧光复合物的荧光共振能量转移现象,建立了测定钴离子的荧光分析法.研究发现,一定浓度的荧光复合物与银纳米三角片混合后,由于荧光复合物在银纳米三角片上吸附而发生荧光共振能量转移,荧光猝灭达到80%左右.当钴离子存在时,银纳米三角片与罗丹明6G荧光共振能量转移被破坏,荧光逐渐恢复.随着钴离子浓度的增加,体系荧光值的恢复率(I/I0)与钴离子的浓度(cCo2+)有良好的线性关系,线性回归方程为I/I0=1.054+21.72 cCo2+,相关系数r2为0.996　2.通过对自然水样进行加标回收检测,实现了钴离子的定量检测,回收率在90.4%～115.1%之间.建立了一种可靠的选择性检测钴离子的荧光分析方法。

采用黄嘌呤及氧嗪酸钾联合腹腔注射的方法建立符合人体高尿酸血症发病机制的稳定动物模型,比较二妙丸水提物苍术和黄柏比例分别为1:1,1:2和2:1的水提物(含生药360 mg·mL-1)及二妙丸 (360 mg·mL-1) 分别连续灌胃给予大鼠两周后,评价药物对高尿酸血症的治疗和保护作用.利用紫外可见分光光度法检测了血清及肝脏中黄嘌呤氧化酶(XOD)的活性变化.在570 nm处进行测定,结果显示,模型组与各组相比,血清中XOD活性显著升高(p<0.01),肝脏中XOD活性无显著差异(p>0.05),但各给药组与模型组相比血清和肝脏中XOD活性均显著降低(p<0.01),其中苍术和黄柏比例为1:2的组方疗效最为显著.对肾脏石蜡切片应用苏木精-伊红染色法(HE染色)及马松三色染色法(Masson染色)进行染色,光镜下观察模型组及各给药组肾小球的形态变化及肾小管间质的纤维化程度.结果表明,模型组肾小球萎缩、血管袢分辨不清、出现一定程度的炎细胞浸润、肾间质纤维化等现象.各给药组与模型组比较,肾小球萎缩、炎细胞浸润、纤维组织生成等均有所改善.纤维化面积结果显示,模型组与各组相比纤维化程度显著升高(p<0.01或p<0.05),但与二妙丸组的差异性低于其类方给药组(p<0.05),其中苍术和黄柏比例为1:2的组方疗效最显著.本实验以肾损伤和黄嘌呤氧化酶活性两个方面为考察指标,对高尿酸血症的治疗和保护作用进行评价,为后续二妙丸类方药物的开发提供科学依据。

水溶性有机物(DOM)紫外-可见吸收光谱特性是评价堆肥腐熟度重要方法之一,但由于紫外-可见吸收光谱指标众多,单指标评价具有较大局限性.因此,本研究开展了影响堆肥腐熟度的关键紫外-可见光谱特性指标识别,并采用化学剂量学方法评价了不同来源堆肥腐熟程度.与传统单一物料评价相比,优选的评价指标及评价方法更具普适性.不同物料堆肥过程中DOM紫外-可见光谱特性分析结果表明,SUVA254和SUVA280值呈明显的增加趋势,E250/E365和E4/E6值呈相反的趋势,而A226～400,S275～295,S350～400值则在堆肥末期变化显著.相关分析表明不同紫外-可见光谱参数(E2/E4和E235/E203除外)彼此之间相关性显著;主成分分析显示,DOM紫外-可见光谱指标A226～400,SUVA254,S350～400,SUVA280,S275～295可作为堆肥腐熟程度关键影响评价指标.在此基础上,采用筛选的特性指标对堆肥末期进行聚类分析,可将九种不同来源堆肥分为两大类,第一类为猪粪、鸡粪、污泥、秸秆、园林垃圾、果蔬及生活垃圾等腐熟程度较低的堆肥;第二类为杂草和厨余腐熟程度较高的堆肥。

随着设施化农业的迅速发展,大量农药的不规范使用使高浓度赤霉素和草甘膦集中进入环境的风险增大(特别是地下水环境),因而关于二者在地下水中残留量测定方法的研究尤为重要.分光光度法、气相色谱-质谱法、液相色谱法和液相色谱-质谱法是普遍使用的赤霉素和草甘膦测试方法,分光光度法由于操作简便而在快速检测中被广泛应用.然而,关于分光光度计快速同时测定地下水中赤霉素和草甘膦的方法,尚未有研究关注其相互影响.故建立和优化了快速分光光度法同步测定地下水中赤霉素和草甘膦的分析方法,并研究二者同步测定时的相互影响.结果表明,赤霉素校准曲线在0～20和0～100 μg范围内,具有良好线性相关关系(R2>0.99),方法检出限为0.48 μg.水样测定时,含15～150 μg赤霉素的平均回收率为71.3%±1.9%,方法精密度的RSD<10%;草甘膦校准曲线在0～8和5～15 μg范围内,具有良好线性相关关系(R2>0.99),方法检出限为0.82 μg.水样测定时,含3～10 μg草甘膦的平均回收率为98.4%±8.1%,方法精密度的平均RSD<10%.同时,根据浓度效应研究赤霉素和草甘膦快速分光光度法测定的相互影响表明,草甘膦0～100 mg·L-1对赤霉素的回收率没有显著影响,但是会降低其测试精密度;赤霉素2 mg·L-1会导致草甘膦测试中回收率由108.72%±4.33%增加到117.06%±3.2%。

基于通讯波段的分布式反馈半导体激光器(DFB),搭建了一套光腔衰荡光谱仪(CRDS).衰荡光腔由一对反射率高于99.997%的高反镜组成,衰荡腔长约为130 cm,空腔衰荡时间约为150 μs.当光谱平均次数达到1 000次时,光谱仪灵敏度(最小可探测吸收系数)达到5×10-12 cm-1.利用热隔绝的方式稳定衰荡腔长,并使用衰荡光腔自身作为光学标准具,来标定光谱的频率:利用反馈式光谱扫描程序步进改变激光器频率,使之与衰荡腔的纵模频率逐一匹配,从而实现所测得光谱的自动标定.通过测量一氧化碳分子在1.565 μm附近的吸收光谱,测定气体中一氧化碳的含量.将光谱测量结果和标准样品中的一氧化碳含量进行对比,对装置的定量精度进行了检验,表明其对一氧化碳的探测极限达4 ppbv.利用该装置对实际大气中一氧化碳的含量进行了实时监测.

农业遥感中,利用光谱指数方法反演作物叶绿素含量一直得到广泛地应用.利用PSR-3500光谱仪及SPAD-502叶绿素仪同步获取了冬小麦冠层光谱数据及对应叶片的叶绿素相对含量(SPAD值),并利用高斯光谱响应模型将PSR获取的地面连续光谱数据重采样为多光谱Landsat-TM7及高光谱Hyperion光谱数据,然后分别计算基于两种传感器的归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、综合叶绿素光谱指数(MCARI/OSAVI,the ratio of the modified transformed chlorophyll absorption ratio index (MCARI) to optimized soil adjusted vegetation index(OSAVI))、三角形植被指数(triangle vegetation index,TVI)及通用植被指数(vegetation index based on universal pattern decomposition method,VIUPD),再将四种光谱指数与叶绿素含量进行回归分析.结果表明,针对重采样后的TM和Hyperion两种传感器数据,VIUPD反演叶绿素含量精度(决定系数R2)最高,反演能力最稳定,这与其“不受传感器影响”的特性密不可分;MCARI/OSAVI反演精度和稳定性次之,是因为引入的OSAVI削弱了土壤背景的影响;宽波段指数NDVI和TVI对模拟TM数据有较好的反演精度,对Hyperion数据反演精度却很低,可能是因为两种指数的构成形式简单,考虑的影响因素较少.以冬小麦为例,对利用光谱指数反演植被叶绿素含量的精度和稳定性进行了研究并分析了其影响因素,经比较发现利用植被指数VIUPD进行植被叶绿素含量反演时,其精度和稳定性最好.

基于MODIS光谱反射信息的干旱指数在农业生产实践中有广泛的应用.利用PROSAIL模型和山东2010年的观测数据,研究了植被叶面积指数和生理生长周期等结构特征对MODIS光谱干旱指数的影响.结果表明,MODIS近红外与短波红外三个波段的反射率随植被叶片含水量变化明显,由他们构建的五种MODIS光谱干旱指数能够监测植被叶片水分含量.然而,各干旱指数均受叶面积指数(LAI)的影响,在LAI较低时影响较为严重,随着LAI的增大,这一影响逐渐减弱;植被生理生长周期也会影响干旱指数的大小.因此,在使用MODIS光谱干旱指数进行区域干旱监测时,必须考虑植被结构特征,谨慎分析监测结果.研究结论将为干旱遥感监测提供理论基础.

润滑油光谱分析是变速箱磨损状态监测的重要手段.以某重载车辆变速箱台架试验中润滑油原子发射光谱分析得到的元素成分含量检测数据为基础,通过相关性分析和磨损机理分析确定了能够反映整机磨损状态和失效特点的金属元素,并对补油、换油后的光谱检测数据进行了修正,将变速箱试验过程中特征金属元素的含量随试验时间的变化规律表示为线性函数的形式.然后,综合考虑检测数据的时序规律与离散性,利用不同时刻光谱检测数据的正态分布均值和标准差进行变速箱可靠性评估,进一步讨论了失效阈值对可靠性评估结果的影响.研究表明,重载车辆变速箱润滑油中的Cu元素浓度与其他金属元素浓度的相关性较高、绝对值较大,既能够反映变速箱整体磨损状态,又便于检测,利用多个试验样本的润滑油Cu元素浓度光谱检测时序数据,可以对重载车辆变速箱进行可靠性评估;若失效阈值取定值,则失效阈值越大,同一时刻变速箱的可靠度越高;若失效阈值取随机分布,则失效阈值的离散度越大,可靠度随时间延长而降低的趋势越缓慢.当可靠度R大于0.9时,失效阈值的均值对可靠性评估结果的影响十分显著,同一时刻变速箱的可靠度随失效阈值标准差的增大而降低.将光谱分析与概率统计学结合进行变速箱可靠性评估方法研究,扩展了光谱分析技术的应用范围,具有创新性.

针对马铃薯内外部缺陷多项指标难以同时识别的问题,提出了一种半透射高光谱成像技术采用流形学习降维算法与最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合的方法,该方法可同时识别马铃薯内外部缺陷的多项指标.试验以315个马铃薯样本为研究对象,分别采集合格、外部缺陷(发芽和绿皮)和内部缺陷(空心)马铃薯样本的半透射高光谱图像,同时为了符合生产实际,将外部缺陷马铃薯的缺陷部位以正对、侧对和背对采集探头的随机放置方式进行高光谱图像采集.提取马铃薯样本高光谱图像的平均光谱(390~1 040 nm)进行光谱预处理,然后分别采用有监督局部线性嵌入(SLLE)、局部线性嵌入(LLE)和等距映射(Isomap)三种流形学习算法对预处理光谱进行降维,并分别建立基于纠错输出编码的最小二乘支持向量机(ECOC-LSSVM)多分类模型.通过分析和比较建模结果,确定SLLE为最优降维算法,SLLE-LSSVM为最优马铃薯内外部缺陷识别模型,该方法对测试集合格、发芽、绿皮和空心马铃薯样本的识别率分别达到96.83%,86.96%,86.96%和95%,混合识别率达到93.02%.试验结果表明:基于半透射高光谱成像技术结合SLLE-LSSVM的定性分析方法能够同时识别马铃薯内外部缺陷的多项指标,为马铃薯内外部缺陷的快速在线无损检测提供了技术参考.

为了探索土壤剖面CO2浓度以及不同土壤层(腐殖质H层、A层、B层、C层)土壤呼吸的变化规律,应用非分散红外(NDIR)技术的新方法,持续不间断的测量土壤剖面二氧化碳浓度.实验所用的主要仪器为硅基非分散红外测量仪,能在高湿、高粉尘、污垢及其他恶劣环境中进行光谱数据采集.通过2013年全年光谱测定值的采集,并应用梯度法模型计算不同深度土壤碳通量,同时利用LI-8100碳通量自动监测系统持续监测的土壤碳通量值进行回归分析.结果显示:土壤剖面CO2浓度呈现明显的梯度变化,即随着土壤深度的增加,土壤CO2浓度增大;梯度法模型得出的不同土壤层的土壤呼吸模拟值与实测土壤呼吸值之间具有较好的线性相关,H,A,B,C层的模型预测的决定系数(R2)分别为0.906　9,0.718　5,0.838　2,0.903　0,均方根误差(RMSE)分别为0.206　7,0.104　1,0.015　6,0.009　6.均达到了较好的预测结果,表明该方法对定量分析不同土壤层碳通量是可行的.该方法具有清晰揭示土壤CO2在不同土壤层之间的传输规律,以及有助于分析不同土壤层土壤呼吸特性的优点,能为全球土壤剖面碳通量计算提供基础数据,是一种具有发展前途的传感器。