实验对辽宁省兴城地区的97块岩石样本测量了350～2 500 nm间光谱反射率, 岩石化学成分及部分样本的复介电常数值, 并用包络线去除法计算了光谱吸收深度。 研究基于岩石化学成分光谱特征理论、 介电常数相关理论, 利用相关性分析的方法求得岩石各化学成分与光谱吸收深度间的相关系数曲线、 岩石复介电常数与光谱反射率间的相关系数曲线。 通过归纳总结曲线形态特征, 获得以下信息: (1)岩石中SiO2, Al2O3, CaO, K2O, MgO, 灼失含量与光谱吸收深度在波段(1 900～2 500 nm)间相关性明显, 在1 900, 2 200和2 300 nm等化学元素识别特征波段处, 出现局部极大/极小值; 火成岩中Fe2O3含量与光谱吸收深度在铁元素的特征波段(400～550 nm)有着良好的相关性, 相关系数达-0.406。 探讨岩石光谱吸收特征与其化学成分含量间的关系在通过遥感影像进行成矿预测、 识别岩性等方面都有着积极的作用。 (2)岩石复介电常数总体与岩石反射率呈负相关, 实部相关性优于虚部, 实部相关系数在1 900 nm附近达到极小值-0.753。 观查曲线可知, 介电常数实部与光谱反射率相关系数在1 900和2 200 nm附近都有着良好的相关性, 因此实验运用不同的模型拟合了在该处的响应关系函数曲线。 介电常数是介质的基本物理性质之一, 现有研究中多在微波波段中分析电磁波特征与介电常数间的关系, 该研究在可见光和近红外波段范围内探究了二者间的关系, 为进一步探讨岩石介电特性和光谱特征奠定了基础。

制备了周期为10 μm、 孔径7.8 μm左右的二维金属镍(Ni)光子晶体(正方形晶格), 并通过电镀方法增加Ni膜的厚度至约3 μm, 考察了光子晶体的红外特性及其对水溶液中硝酸根(NO-3)红外吸收特性的影响。 实验结果表明, 当光垂直入射光子晶体时, 在1 450 cm-1附近出现透射峰, 该透射峰正好处于水溶液中NO-3的反对称伸缩振动频率范围(1 300~1 500 cm-1); 经过光子晶体对红外光的调制, 1 300~1 500 cm-1处的红外光透射率与NO-3的反对称伸缩振动的红外吸收强度变化趋势基本一致, 表明光子晶体对红外光强度的调制可以改变水溶液中NO-3的红外吸收强度。

利用脉冲宽度为10 ns, 输出波长为1 064 nm的Nd∶YAG激光器作用金属Gd以及纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃等两种形式靶所产生等离子体光源的离带辐射进行了研究, 发现等离子体所发出的连续辐射是离带辐射的主要成分, 光谱分布与温度为5 eV的普朗克曲线相匹配。 此外, 相对于金属Gd靶而言, 采用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶可大幅度降低等离子体光源的离带辐射。 利用光谱法, 对激光作用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶所形成光源的等离子体羽的电子温度和电子密度进行了时空分辨研究。 实验结果表明, 在打靶结束125 ns时, 距靶面6 mm位置处等离子体的电子温度约为4 eV, 电子密度约为1.2×1018 cm-3。 同时发现在激光打靶结束后等离子体羽的电子温度和电子密度随延时的变化而呈指数下降, 在120～250 ns时间范围内, 两者下降较快, 之后其幅度下降缓慢。 另一方面, 当打靶脉冲结束约200 ns时, 在距离靶面1～10 mm的空间内等离子体的电子温度及密度均经历先上升后下降的变化过程。 在距靶材表面6 mm位置处, 电子温度和电子密度均达到最大值, 电子温度约为2.6 eV, 电子密度为8.5×1017cm-3。

随着对高亮度、 低功耗绿色显示技术的不断追求, RGBW显示技术成为了国内外的热门研究方向, 已有多种RGBW显示器在市场上开始推广。 由于将传统显示器rgb信号转换到RGBW显示器RGBW信号的映射算法不仅需要保留初始颜色, 且需要兼容具有不同子像素布局方式的RGBW显示器, 因此, 信号映射算法成为RGBW显示的关键。 在介绍现有的五种信号映射算法的基础上, 分析了RGBW显示器中新增的白色子像素对显示颜色的作用方式以及现有四种RGBW子像素布局方式对映射算法显示效果的影响; 提出了优秀映射算法应满足的三点要求, 并据此推导出优秀映射算法的普适性等式及衡量映射算法亮度提升能力的亮度因子; 针对五种映射算法的模拟实验表明: 满足普适性等式的映射算法能更好地保留初始颜色的色调和饱和度, 亮度因子可有效表征算法对亮度的提升能力。 该模型不仅可用于评价现有映射算法, 而且可为新型映射算法的研究提供理论指导, 使之兼容于具有不同硬件参数和子像素布局的显示器, 有助于RGBW显示技术的普及推广。

火焰的辐射光谱可为燃烧诊断提供诸多信息, 因此目前对简单的气态火焰自由基辐射特性已进行了大量研究, 而关于非均相火焰的辐射光谱特性研究则相对较少。 采用改进的热氧喷嘴技术在敞开空间下直接点燃水煤浆, 并利用光纤光谱仪和紫外成像系统, 着重对甲烷和水煤浆火焰的辐射光谱及OH*的二维分布特性进行研究。 结果表明: 与甲烷火焰的光谱辐射相比, 水煤浆火焰不仅存在OH*, CH*和C2*特征辐射, 还产生了Na*, Li*, K*和H*的发射谱线, 并出现了连续的黑体辐射, 这些光谱辐射特征可作为水煤浆气化或燃烧的标志, 也可作为水煤浆是否点燃的判据; 通入水煤浆后, OH*强度明显下降, 而CH*和C2*强度增大。 对比甲烷火焰OH*二维分布, 水煤浆火焰OH*峰值强度明显下降, 化学反应区域面积显著减小; 沿着火焰传播方向, 甲烷和水煤浆火焰轴向的OH*强度均呈先增大后减小的趋势; 甲烷火焰径向的OH*在反应核心区出现了双峰形态分布, 而水煤浆火焰OH*径向始终呈单峰分布。 随着氧碳当量比增大, 水煤浆火焰OH*的存在范围扩大, 说明氧气的增加促进了OH*的产生; 随水煤浆流量提高, OH*的反应核心区域缩小, 峰值强度明显下降, CH*, C2*, Na*, Li*, K*和H*的强度显著增强, 连续的黑体辐射强度也明显增大, 这些辐射光谱的变化可用于表征操作负荷的变化。

利用自主搭建的瞬态电致发光测量系统, 连续施加两个电压相同的矩形脉冲作为器件驱动电压并且两个矩形脉冲之间存在一定的时间间隔, 通过测量器件的瞬态EL和瞬态电流, 从而分析研究器件内部电荷存储行为和发光过程。 之前的研究发现了m-MTDATA∶3TPYMB混合发光层是激基复合物的发光, 并且发现了其较长延迟发光是因为空穴传输层和电子传输层内储存的电荷再复合造成的。 制备了以m-MTDATA∶3TPYMB(1∶1)混合层作为发光层、 m-MTDATA作为空穴传输层、 3TPYMB作为电子传输层的一组器件, 通过对器件瞬态EL的分析, 发现在第二个脉冲驱动下器件的EL强度稳定值比第一驱动驱动下的EL强度稳定值大, 且第二脉冲的EL强度稳定值与第一脉冲EL强度稳定值的比值随通过器件的电流增大而减小, 实验还发现第二脉冲撤销时的延迟发光衰减速度要比第一脉冲撤销时的快, 这是由于第二脉冲撤销时发光层内极化子(电荷)对激子的猝灭(TPQ)比较严重。

LED智能光源具有色光可调的特点, 其内置微处理系统可以通过无线数据传输等技术调整发光方式, 控制光色及发光强度, 进而实现照明光源的动态调节, 因此特别适合于博物馆展陈、 家居照明等智能化照明设计环节。 现阶段, 鉴于LED光源智能混光技术尚未普及, 目前绝大多数商用LED智能光源在混光控制方面仅局限于设备制造商所设定的几类固定模式, 无法充分发挥智能LED光源色光可调的技术优势。 针对此问题, 提出了一种基于BP神经网络以及有效集算法的LED智能光源混光呈色模型构建方法, 实现了LED智能光源控制信号与对应发光光谱辐亮度分布之间的双向高精度映射。 研究中首先提出了一种基于BP神经网络的LED混光呈色预测方法, 实现了由LED智能光源驱动控制值向光源实际发光光谱辐亮度分布的准确预测; 在此基础上运用有效集算法实现了由光源实际发光光谱辐亮度分布向LED智能光源驱动控制值的反向高精度预测。 实验结果显示, 所提出的方法整体建模误差显著小于人眼视觉可分辨阈值(CIEUCS Duv值可低至0.002 7), 达到了较为理想的建模效果。 该方法的提出, 将为当前LED智能光源制造以及现有商用LED智能光源的二次开发与优化提供有效的理论与方法支撑。

内蒙古卡休他他铁矿是一个矽卡岩型磁铁矿床, 矿区内有多组成矿后期发育的断层。 本研究采用近红外光谱(NIR)分析技术对矿区内地下, 地表断层泥以及地表土壤进行分析, 通过矿物特征峰鉴定发现地下断层泥主要成分为镁铁质矿物, 地表断层泥成分为硅铝质矿物, 而地表土壤成分则两者兼有之。 三组样品的成分分析结果都与采样地的地质背景一致。 研究表明, 鉴于矿化区内断层泥的主要成分为断层活动形成的粘土及其他早期成矿期的蚀变矿物, 近红外光谱分析技术十分适用于此类样品, 利用近红外光谱分析, 一方面可鉴定断层泥中粘土矿物, 进一步推测粘土的蚀变原岩成分。 另一方面有也可鉴别成矿期蚀变矿物的种类, 从而对热液矿床的研究提供有用的信息。

针对近红外光谱定性分析中, 增加新的品种进行建模时, 原有模型识别效果不够稳定的问题, 提出一种在建模样本的基础上添加同类物质的历史光谱数据的特征提取方法, 首先采集建模样本的近红外光谱数据, 然后添加同种物质样本的历史近红外光谱数据, 再对所有近红外光谱数据进行预处理, 其次对所有样本数据进行偏最小二乘(PLS)特征提取得到偏最小二乘空间, 并只将建模样本数据向构建的偏最小二乘空间进行投影, 最后将投影后的建模数据进行正交线性判别分析(OLDA)特征提取。 以玉米种子近红外光谱为研究对象, 分别对建模数据添加历史近红外光谱以及不添加历史近红外光谱两种情况进行特征提取, 并通过仿生模式识别(BPR)方法构建模型进行验证, 实验结果表明, 添加历史近红外光谱构建偏最小二乘空间的特征提取方法相对于不添加历史近红外光谱的方法, 首先在增加建模集品种数量时, 原有的品种识别率基本不变; 其次在相同PLS维数时, 所建模型对不同时间采集的测试集识别效果基本一致, 证明了该方法可以提高模型稳健性。 在实际应用中就可以在品种鉴别软件中将特征提取维数设置为固定值, 免除了品种鉴别软件的用户在增加建模集品种时为了保证最优识别效果重新选定最优PLS参数的麻烦。

针对鲜食葡萄物流过程中的实际模式及通常会使用SO2保鲜剂的情况, 研究了4种温度及定量SO2胁迫条件下, 基于近红外光谱和质构变化的鲜食葡萄货架期预测方法, 结合信息技术设计了基于货架期预测的物流过程安全系统, 以期减少鲜食葡萄物流过程中的损失。 质构变化是鲜食葡萄采后到达货架期终点的重要原因, 研究使用SO2浓度传感器控制电磁阀, 通过SO2自动补偿获得设定SO2浓度, 研究了不同浓度SO2胁迫条件下鲜食葡萄的质构变化规律及温度的影响。 对比了多元散射校正和一阶S-G求导预处理方法对原始光谱的预处理效果, 采用偏最小二乘回归方法建立了基于近红外光谱的鲜食葡萄质构无损检测模型, 模型决定系数为0.93, 均方根误差为1.70, 通过交叉验证, 模型预测准确度为0.81, 均方根误差为2.91。 研究表明, 近红外快速无损检测可结合品质变化建模和信息技术用于提高果蔬采后物流过程安全管理效率。

可降解树脂包膜控释肥是目前肥料领域的研究热点之一。 研究从可降解包膜材料实际施用环境着手, 采用傅里叶衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR), 表征包膜肥料膜材自然光和紫外光照条件的降解差异, 通过对聚乙烯/疏水纳米二氧化钛、 聚乙烯/亲水纳米二氧化钛和纯聚乙烯包膜的谱图来研究膜材在光照前后的结构变化特征, 进而对膜材的降解行为做出判断。 结果表明, 在紫外光和自然光分别照射下, 包膜降解过程中的官能团种类没有因光催化剂的加入而受到影响, 而光催化剂的加入对官能团的变化程度有显著影响, 依次为: 聚乙烯/疏水纳米二氧化钛复合包膜>聚乙烯/亲水纳米二氧化钛复合包膜>纯聚乙烯包膜。 另外, 不同照射光源对包膜的分子结构的影响有所区别。 自然光条件照射的降解过程中, 包膜的聚乙烯碳链上在形成氢过氧化物的同时发生了交联反应生成含醚键的物质, 接着继续氧化生成含羰基的化合物, 最终羰基的存在促进包膜的进一步分解; 紫外光条件照射下, 光照产生的活性氧物种局部浓度大, 攻击聚合物碳链的能力强, 聚乙烯长链烷基断裂很快氧化生成含有羰基基团的中间产物。 紫外光条件的照射实验未能全面反映包膜在自然光条件下的降解行为。

用熔融淬冷技术制备了两组Ge-Sb-S三元体系的硫系玻璃, 获得了在不同Ge和Sb元素含量下制备所得玻璃的一系列物化及光谱学特性, 并结合拉曼光谱从玻璃微观结构层面对光学特性的变化进行了系统的分析。 利用基于平均配位数(Z)的玻璃网络限制理论直观地描述了网络结构的变化趋势, 发现当玻璃的Z值超过2.6时, 其相应的拉曼谱上会有明显的新峰出现, 说明玻璃的网络结构产生了阈值行为且结构组成发生了明显变化, 具体表现为非金属化合键的减少和金属化合键的增加。 玻璃网络中新功能团的形成改变了玻璃整体键能的大小, 进而影响了玻璃的能带结构, 从而玻璃的光学带隙(Eopg)值也随着Z值的变化表征出相应的阈值行为。

提出一种基于流行降维的近红外光谱技术快速判别大米贮藏期的新方法。 采用近红外光谱仪获取陈年米和新米的反射光谱特征曲线, 利用直接正交信号矫正法(direct orthogonal signal correction, DOSC)对原始光谱进行预处理, 滤除光谱数据中与因变量Y矩阵无关的信号, 以消除无关信息对后续特征变量建模精度的影响。 采用Durbin-Watson和Run测试法定性分析光谱数据结构的非线性性, 并利用增强偏残差图(augmented partial residual plot)定量分析大米光谱曲线的非线性程度。 分别采用线性流行降维法包括主成分分析法(PCA)和多维尺度分析法(MDS)以及非线性流行降维法包括等距映射法(ISOMAP)、 局部线性嵌入法(LLE)和拉普拉斯特征映射法(LE)提取预处理后光谱数据的本征变量, 并结合核偏最小二乘方法(KPLS)建立本征变量与贮藏时间属性之间的耦合模型。 实验用陈年米和新米的样本数均为200个, 随机将训练集和测试集样本划分为300个和100个。 通过比较各个模型的预测结果得出, 基于ISOMAP非线性降维法提取的40个本征变量建立的回归模型预测效果最好, 预测相关系数(R2P)、 预测均方根误差(RMSEP)和预测相对分析误差值(RPD)分别为0.917, 0.187和2.698。 实验结果说明提出的方法对于大米贮藏期具有很好的鉴别能力, 该研究为今后大米贮藏期的快速无损检测提供了科学的手段。

为了对痕量甲烷(CH4)进行非接触式检测, 采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)的检测技术, 利用CH4位于中红外波段1 332.8 cm-1吸收谱线, 设计并研制出痕量CH4检测仪。 该仪器使用中心波长为 7.5 μm的中红外量子级联激光器(QCL), 通过调谐系数-0.2 cm-1·A-1, 采用固定工作温度调节其注入电流(0.6～1.6 A)的方式使其发光光谱扫描CH4气体吸收谱线(1 332.8 cm-1)。 在光学结构方面, 该仪器采用光程为76 m的herriott长光程密闭气体吸收气室, 配合差分检测光路, 降低了由激光光源波动引起的噪声, 确保对痕量CH4进行检测。 实验中, 实现了40×10-9最低检测下限, 检测结果的相对误差为0.09%, 稳定度优于2.8%, 验证了该仪器的可行性。

采用近红外透射光谱研究了汽车制动液品牌及新旧的鉴别。 采集宝马(BMW), 丰田(Toyota), 沃尔沃(Volvo)以及嘉实多(Castrol)四种品牌的汽车制动液全新样本以及用过的样本的透射光谱。 分别对每一种品牌下全新与用过汽车制动液样本的光谱数据进行主成分分析(PCA), 主成分得分图表明不同品牌制动液以及该品牌下全新样本以及用过的样本能够被较好的区分, 其光谱特性存在差异。 基于主成分载荷(Loadings)进行特征波数选择, 偏最小二乘判别分析(PLS-DA), 线性判别分析(LDA), 簇类独立软模式法(SIMCA), k最邻近分类算法(KNN), 随机森林(RF), 误差反向传播人工神经网络(BPNN), 径向基神经网络(RBFNN), 极限学习机(ELM), 支持向量机(SVM), 最小二乘支持向量机(LS-SVM)等判别分析方法用于建立基于特征波数的判别分析模型, 判别模型的建模集和预测集判别正确率均略低于或达到了100%。 与其他三种品牌汽车制动液相比, 嘉实多全新样本与用过样本的差异较小, KNN与LS-SVM模型的建模集正确率均低于100%。 结果表明, 近红外透射光谱结合特征波长选择以及判别分析模型对不同品牌制动液以及同一品牌下全新样本以及用过的样本进行识别是可行的, 为开发在线或便携式仪器提供理论支持。

为了满足果蔬品质快速安全无损检测, 基于可见-近红外漫透射原理, 设计了番茄专用环形光源, 自行搭建了番茄可见-近红外漫透射多品质检测系统, 并以可溶性固形物含量(SSC)和总糖(TS)作为内部品质指标, 对58个番茄样品进行了快速无损检测研究。 基于自主搭建的系统对每个番茄进行四点的光谱采集, 对平均后的光谱分别用15点SG卷积平滑(SG-Smooth)、 标准正态变量变换(SNV)、 多元散射校正(MSC)、 一阶导数(FD)等方法进行了预处理, 分别建立了SSC及TS的偏最小二乘预测模型, 并对该模型进行了验证。 结果表明: 采用15点SG平滑预处理后的SSC预测模型校正集和预测集相关系数分别为0.995 6和0.976 0, 均方根误差分别为0.052 4°Brix和0.082 3°Brix。 采用SG平滑后一阶导数预处理的TS预测模型校正集和预测集相关系数分别为0.969 1和0.972 9, 均方根误差分别为0.423 8%和0.454 9%。 模型验证结果显示, 番茄SSC和TS模型预测结果与标准理化值相关系数分别为0.985 5和0.944 9, 均方根误差分别为0.066 3°Brix和0.571 5%。 利用自行搭建的可见-近红外漫透射光谱检测系统完全可以实现番茄可溶性固形物及总糖含量的快速无损预测, 为番茄内部品质的评价提供了实时、 无损、 快速的检测方法, 为其在线分级提供理论基础。

在高铝钢连铸过程中, 钢水中的Al与CaO-SiO2基连铸保护渣中的SiO2反应导致保护渣中SiO2含量降低而Al2O3含量大幅增加, CaO-SiO2基转变为CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣而影响高铝钢连铸, 所以研究CaO-SiO2基向CaO-SiO2-Al2O3基保护渣转变过程中结构上发生的变化有助于开发出满足高铝钢连铸需求的保护渣。 本文利用拉曼光谱研究了CaO-SiO2基和CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣的结构特点。 研究结果表明, CaO-SiO2基保护渣主要由Q0, Q1, Q2和Q3等微结构单元构成的硅酸盐网络结构; 当转变为CaO-SiO2-Al2O3基保护渣后, 渣样中的网络破坏体优先用于破坏硅酸盐网络结构, 当渣中SiO2含量较低时, 部分网络破坏体会促进Al3+形成［AlO4］四面体结构。 渣中生成的［AlO4］四面体会进入硅酸盐网络结构形成铝硅酸盐网络结构, 以Al-O-Al或Al-O-Si等方式连接, 导致渣样结构变得复杂多变。 使用Li2O对Na2O和CaO对MgO等摩尔替代研究表明相同价态离子之间的替换能够改变［AlO4］四面体在硅酸盐网络结构上的连接方式, 导致CaO-SiO2-Al2O3基保护渣渣样结构易受成分变化而改变; CaF2对CaO等摩尔替代研究发现, 当渣中CaF2小于13mol%, CaF2促进渣样网络结构解体, 当高于13 mol%时, CaF2又会导致渣样聚合度增加。 由此可见, 在设计CaO-SiO2-Al2O3基保护渣时, 既要考虑不同种类离子对渣样结构产生的影响, 又要考虑离子含量的影响。

采用恒电位电沉积法在ITO上制备了铜铟镓硒(CIGS)前驱体薄膜, 该前驱体薄膜在充氩气管式炉中经过高温硒化可得到结晶良好的CIGS薄膜。 采用X-射线衍射(XRD)、 拉曼光谱(Raman)、 扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光-近红外光谱仪分别表征了CIGS薄膜的结构、 形貌、 成分以及可见-近红外光谱(Vis-NIR)吸收特性。 XRD结果表明前驱体薄膜高温硒化后所得的CIGS薄膜具有(112)择优取向, 薄膜中CIGS晶粒的平均尺寸为24.7 nm, Raman光谱表明薄膜中的CIGS是具有黄铜矿结构的四元纯相, 没有其他二元三元杂相存在。 Vis-NIR测量结果表明CIGS的禁带宽度随薄膜中镓含量的增加而增加, 当Ga含量达5.41%时, 通过吸收光谱测得CIGS的禁带宽度为1.11 eV, 通过理论计算得到镓铟比为Ga/(In+Ga)=16.3%, 小于SEM测量所得的镓铟比Ga/(In+Ga)=21.4%, 这表明还需进一步提高CIGS薄膜的结晶度。 所有测量表明优化后的ITO/CIGS非常适合用来制作高质量的双面太阳能电池。 该研究提出了制备低成本CIGS前驱体薄膜及高温硒化的新方法, 通过这些方法在ITO上制备了均匀、 致密、 附着力好的CIGS薄膜。 通过上述表征可知, 在新工艺下制备的CIGS薄膜结晶度高, 成分合理, 无杂相, 光吸收性质好。 与磁控溅射法类似, 电沉积法非常适合大面积工业化生产, 该工作对CIGS的规模化生产具有重要的借鉴意义。

组建了一套基于液芯光纤的激光诱导荧光食用油鉴别装置。 研究了不同液芯光纤长度对食用油激光诱导荧光光谱的影响, 分析了不同种类食用油激光诱导荧光光谱之间的差异。 八种食用油共320份样本荧光数据在1 m长液芯光纤内采集, 采用主成分分析方法对食用油荧光数据进行降维处理, 利用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)方法建立食用油种类的鉴别模型。 结果表明, 使用液芯光纤后, 食用油荧光强度得到较大的增强。 随着液芯光纤长度增加, 食用油荧光特征峰逐渐增加并且食用油的激光诱导荧光光谱会产生红移现象, 当液芯光纤长度超过80 cm后, 红移趋于饱和。 不同食用油的荧光光谱形状差异较大, 可用于区分不同种类食用油。 利用主成分1和主成分2绘制的主成分得分图显示, 不同种类食用油呈现很好的聚集。 当选用主成分数为10时, 建立的PLS-DA食用油种类鉴别模型对训练集和预测集样本识别率均达到100%。 说明本装置用于食用油种类的快速鉴别具有较高的准确性。

糖尿病是严重威胁人类健康的慢性疾病之一, 对其进行早期诊断尤为重要。 由于糖尿病病程的发展会对血液中红细胞的结构和功能产生影响, 因此利用红细胞荧光光谱在特征峰位和峰高等方面的差异性, 可以对糖尿病状态进行诊断。 在选取光谱信号的差异性作为特征向量方面, 可以采用荧光光谱信号的非线性程度作为特征向量。 为更好地描述荧光光谱信号的非线性, 采用延迟向量方差(DVV)法描述信号的非线性程度。 采用迭代幅度匹配傅里叶变换(IAAFT)法产生原始数据的替代数据, 通过比较原始数据与替代数据的延迟向量方差确定原始数据的非线性特征。 以原始数据目标方差为横坐标, 以其替代数据目标方差为纵坐标, 画出延迟向量方差散布图。 健康大鼠红细胞荧光光谱的延迟向量方差散布图与其对角线几乎重合, 说明健康大鼠红细胞荧光光谱非线性程度较低; 而糖尿病大鼠红细胞荧光光谱的延迟向量方差散布图偏离其对角线, 说明糖尿病大鼠红细胞荧光光谱非线性程度较高, 并且氨基酸对应的光谱段非线性程度更深。 据此, 提出健康和糖尿病荧光光谱之间的非线性差异程度可以作为糖尿病早期诊断的特征之一。

以脲素为燃烧剂, 采用燃烧法在较低引发温度下快速合成了CaAl12O19∶xMn4+发光粉体。 采用正交分析法考查了煅烧温度、 Mn4+掺杂量、 燃烧剂用量和煅烧时间等合成条件对荧光粉发光强度的影响。 实验结果表明: 煅烧温度1 200 ℃, Mn4+掺杂量2%, 燃烧剂/CaAl12O19摩尔比为50∶1, 煅烧时间5 h为最佳合成工艺, 制得的荧光粉的发射强度为95.8。 该荧光粉由于Mn4+的2E—4A2跃迁, 在643和656 nm呈现强红色发光, 其中656 nm为最大发射峰; 在470 nm处的最大激发峰是属于Mn4+配位场的4A2—4T2跃迁, 470 nm激发峰可以与LED芯片的465 nm发射相匹配。

针对皮肤胆固醇无创检测的迫切需求, 设计了一种基于微型光谱仪的便携式和智能化的皮肤漫反射光谱实时测量系统。 配制毛地黄皂苷—辣根过氧化物酶共聚物溶液, 利用毛地黄皂苷可与皮肤胆固醇分子中的羟基特异性结合和辣根过氧化物酶能与TMB试剂(主要成分为3,3’,5,5’-四甲基联苯胺)反应显色的特性, 实现皮肤胆固醇的高灵敏和高特异的识别与指示, 并通过测量反应后颜色的变化程度来定量皮肤胆固醇的浓度。 以与人体皮肤结构相近的猪皮肤为实验对象, 采用萃取法获得梯度浓度的胆固醇样本, 利用上述光谱测量系统检测样本内的胆固醇浓度来验证该方法的可行性。 实验结果显示, 相对漫反射率能够区分不同浓度的胆固醇样本, 在特征单波长(442, 450和463 nm)处和特征波段442~500 nm内, 漫反射率强度因子均可以定量反映样本内的胆固醇浓度, 经线性拟合, 判定系数R2分别为0.960, 0.959, 0.958和0.958。 研究结果表明, 使用漫反射光谱技术可以实现皮肤胆固醇的快速无创检测, 将其应用于动脉粥样硬化性疾病风险评估, 对于该类疾病的防控具有重要意义。

反射光谱技术具有快速、 便捷等特点, 过去几十年中将其应用于土壤科学的研究呈指数增长, 且广泛用于土壤属性估算。 土壤全氮含量是一项非常重要的肥力指标, 光谱估算全氮含量可以为实现精准农业提供重要支持。 但反射光谱估算土壤全氮含量是基于全氮与有机碳的相关性还是基于氮本身的吸收特征仍然存在争议。 本文以江苏滨海土壤为研究对象, 利用偏最小二乘法分别构建全氮和有机碳在相同建模样本量、 不同全氮含量及变异程度情况下的估算模型, 通过分析模型精度变化规律及全氮与有机碳估算模型系数的相关性, 探讨土壤全氮反射光谱估算机理。 结果表明, 该地区土壤为1 000年来滨海滩涂经人为耕作发育形成, 全氮含量不高, 有机碳含量偏低。 全氮与有机碳之间存在较强的相关性, 相关系数高达0.98。 土壤全氮含量估算精度随样本集全氮含量的平均值、 标准差增大出现先增加后略有减小的变化规律, 与变异系数的变化规律相一致。 当全氮含量较低时(样本平均值小于0.27 g·kg-1), 土壤全氮与有机碳相关系数也较小, 实现反射光谱估算全氮是基于氮的吸收特征; 当全氮含量较高时(样本平均值大于0.29 g·kg-1), 全氮与有机碳相关性较强且有机碳模型精度高于全氮, 说明有机碳对光谱曲线的影响随其含量增加而增大, 并掩盖了氮的吸收特征, 实现反射光谱估算全氮是基于其与有机碳的相关性。 该研究揭示了土壤反射光谱估算全氮含量的机理, 从而为反射光谱快速估算土壤全氮含量提供理论依据。

在星载推扫式高光谱成像仪成像过程中, 卫星平台以振动为典型形式的姿态运动会导致探测器上不同的地物信息相互混叠, 引起高光谱图像质量的退化。 为了更有效地抑制、 校正与补偿卫星振动引入的成像误差, 针对典型色散型推扫成像光谱仪受平台振动而产生的空间维、 光谱维质量退化的机理进行仿真分析和实验研究。 通过分析其曝光时间内的光谱混合过程, 得到了地物光谱和卫星姿态之间的关系, 建立了推扫光谱成像退化模型。 该模型综合考虑了不同姿态振动模式的影响, 只要给出每个时刻的卫星平台姿态参数, 即可通过普适的系数矩阵计算得出每个混合像元的平均混合比, 进而获得仿真的退化高光谱数据立方体。 详细推导了平均混合比的一般表达形式, 对振幅、 频率等振动参数对光谱混合的影响分别进行了定量分析。 以实际运动状态下拍摄获得的高光谱数据立方体为例, 进行了退化仿真和地面模拟运动退化实验, 并对退化前后的高光谱数据进行了评价。 结果表明, 退化仿真和实际退化效果吻合, 平均混合比能够直接反映高光谱图像退化的程度; 卫星振动造成高光谱图像空间维质量恶化, 使不同地物目标的光谱发生了混叠; 高光谱数据的退化程度主要由振幅决定, 振动频率对退化的影响较小。

随着南水北调东线工程的开通, 东平湖作为山东段的两大调蓄湖泊之一, 其水质的有效监测和污染预警显得尤为重要。 根据东平湖夏季有色可溶性有机物(CDOM)吸收系数的空间分布特征和CDOM光学参数, 探讨了CDOM吸收系数与溶解性有机碳(DOC)、 叶绿素(Chla)等水质指标之间的关系, 以期为今后建立水源水质突变的实时监控和污染事件预警系统提供依据。 结果表明, 东平湖属于中-富营养型湖泊, CDOM吸收系数(a(280), a(350), a(440))均值分别为(12.90±1.17), (3.11±0.40)和(0.65±0.09) m-1, 在一定程度上反映了湖泊的营养状况。 东平湖内CDOM浓度整体呈现出从东岸河口区向湖心区、 西南岸递减的趋势, 体现了河流陆源输入对东平湖CDOM的重要贡献。 东平湖水体的CDOM浓度(如a(440))可以用来估算反演常规水质参数, 但仍需要进一步对不同季节不同水域CDOM的物质构成进行深入分析和研究。 由吸收特征值S值、 E3/E4、 M值得出, 东平湖河口区输入的陆源CDOM进入湖泊后, 随着陆源输入的比例下降CDOM腐殖化程度降低, 富里酸的相对含量升高, 且相对分子质量也逐渐减小。

通过波段比和阈值相结合的方法, 分别提取了玉米籽粒全表面结构和胚结构区域的1 000～2 500 nm近红外高光谱信息, 研究了玉米籽粒水分含量与胚结构区域光谱关系, 同时采用竞争性自适应重加权变量选择算法(CARS)、 遗传算法(GA) 、 连续投影算法(SPA)筛选特征波段, 建立并比较偏最小二乘回归(PLS)模型对水分含量的预测效果。 结果显示, 玉米籽粒水分含量与胚结构区域光谱关系显著, 随着水分含量的增加, 光谱反射值逐渐降低。 预测模型结果表明, 基于玉米籽粒胚结构区域光谱信息所建立的CARS-PLS, GA-PLS和SPA-PLS回归模型预测相关系数Rp分别为0.931 2, 0.917 6和0.922 7, 预测均方根误差(RMSEP)分别为0.315 3, 0.336 9和0.336 6, 所选取的特征波段数量分别为9, 14和6, 较基于全表面光谱信息所建模型的特征波段数量分别少了49, 12和24个, 且预测效果与采用全表面光谱信息无显著差别, SPA-PLS算法为基于玉米籽粒胚结构光谱信息的水分含量预测最高效模型。 提取胚结构区域所用光谱波段为1 197, 1 322和1 495 nm, 建立SPA-PLS回归模型所用特征波段为1 322, 1 342, 1 367, 1 949, 2 070和2 496 nm。 研究结果表明, 采用近红外高光谱技术进行玉米籽粒水分含量无损检测时, 提取玉米籽粒胚结构的图谱信息较全表面光谱信息更高效。

以玉米秸秆粉末为原料, 浓磷酸为反应催化剂, 选取多种有机溶剂为液化剂, 170 ℃的条件下, 在高压反应釜中制备秸秆生物质油。 考察了三乙酸甘油酯复配碳酸乙烯酯、 甘油复配碳酸乙烯酯以及聚乙二醇复配碳酸乙烯酯(均为6∶1ω/ω)三种不同的混合液化剂对液化得率和生物质油产品性能的影响。 采用气质联用仪(GC-MS)分析秸秆生物质油的化学组成; 傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析原料和液化残渣的主要官能团。 实验结果表明聚乙二醇与碳酸乙烯酯混合溶剂液化时, 秸秆生物质油得率为97.84%, 三乙酸甘油酯与碳酸乙烯酯混合液化时得率为80.20%, 甘油与碳酸乙烯酯混合液化时得率为36.97%。 FTIR分析结果表明, 以聚乙二醇与碳酸乙烯酯混合溶剂为液化剂, 秸秆中纤维素、 半纤维素和木素的特征官能团几乎全部消失, 液化效果最好。 GC-MS分析结果表明, 生物质油的成分复杂, 主要包括有机酸和酮类、 醇和醚类、 芳香类、 糖类和酯类等化合物。

土壤水分对光谱表现出很强的吸收性, 且土壤水分与土壤有机质的吸收波段有重叠, 因此土壤水分对土壤有机质的检测造成一定的干扰。 为此做了以下工作: (1)采用可见近红外光谱仪在室内获取相同含水率下不同土壤动态光谱图; (2)通过对相同含水率下不同有机质含量的二维同步相关光谱图分析得出: 当土壤为烘干土样时, 600和1 660 nm左右表征土壤有机质的波段出现强的自相关峰, 但随着含水率的增加, 这两个波段逐渐消失, 由于受水分的影响, 1 931, 2 200和1 480 nm均形成了强的自相关峰。 说明水分会掩盖表征土壤有机质信息的波段, 对土壤有机质检测造成干扰。 (3)为了消除水分影响, 提高模型对不同含水率下土壤有机质的预测精度, 将田间近似最大含水率样本参与建模, 采用偏最小二乘定量分析方法在550～650和1 610～1 710 nm波段内建立了抗水分干扰土壤有机质预测模型, 并对不同含水率的土壤有机质进行预测, 结果表明: 预测样本的相关系数为0.954, 标准偏差为0.744%, 标准差为0.844%, 预测效果明显提高, 说明此方法可减少水分对土壤有机质检测的影响。Spectral Technology

氮循环是土壤生态系统元素循环的重要过程, 其中硝化作用对于土壤氮循环有重要影响。 硝化作用的主要完成者是硝化微生物群落, 土壤微生物是湿地生态系统的重要组成部分, 其可以指示湿地生态环境变化, 对正确认识湿地生态系统氮循环和湿地污染净化功能具有重要意义。 尝试从高光谱遥感技术角度, 基于土壤氮素光谱监测机理, 探索湿地土壤硝化微生物群落高光谱估算技术, 进而为估测其时空分布状况提供新技术途径。 研究对硝化作用中两个独立阶段的主要完成者氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌, 采用最大可能数法分别计数, 并以两者计数测量结果的合计, 作为各采样区域土壤硝化微生物的数量值。 采用光谱倒数的对数(LR)、 光谱一阶微分(FD)、 光谱二阶微分(SD)、 包络线去除(CR)和光谱波段深度(BD)光谱变换技术, 以及基于再抽样(bootstrap)技术的多元逐步回归(SMLR)和偏最小二乘回归(PLSR)建模方法, 构建湿地土壤硝化微生物数量和全氮含量估算模型。 研究结果表明: 在采用bootstrap SMLR建模方法时, 湿地土壤硝化微生物数量和全氮含量的估算波段位置存在一定的相似性(尤其对于原光谱实测数据R和SD光谱); 对于湿地土壤硝化微生物数量和全氮含量的估算, bootstrap PLSR相比于bootstrap SMLR建模方法, 具有较高的估算精度; 对湿地土壤硝化微生物数量的估算, 最高估算精度产生于SD光谱变换技术结合bootstrap PLSR建模; 对湿地土壤全氮含量的估算, 最高估算精度产生于CR光谱变换技术结合bootstrap PLSR建模。

恒星的分类对了解恒星和星系形成与演化历史具有重要的研究价值。 面对大型巡天计划及由此产生的海量数据, 如何迅速准确地将天体自动分类显得尤为重要。 通过对SDSS DR9的恒星光谱数据进行深度置信神经网络(DBN)、 神经网络和支持向量机(SVM)等算法分类的对比, 分析三种自动光谱分类方法在恒星分类上的适用性。 首先利用上述三种方法对K, F恒星进行识别分类, 然后再分别对K1, K3和K5次型和F2, F5, F9次型识别, 最后基于SVM支持向量机的二次分类模型, 利用Ｋ次型的数据, 构建剔除不属于Ｋ次型的模型。 结果表明: 深度置信网络对K, F型恒星分类效果较好, 但是对K, F次型的分类效果不佳; SVM支持向量机在K, F型恒星分类以及相应的次型分类都具有较好的识别率, 对K, F型分类效果要好于K, F次型的分类效果; BP神经网络对K, F型恒星以及其次型的识别一般; 在剔除不属于Ｋ次型实验中, 剔除率高达100%, 可知SVM能够对未知的光谱数据进行筛选与分类。

为了快速、 准确得到纳米薄膜厚度, 采用Kiessig厚度干涉条纹计算薄膜厚度的线性拟合公式, 计算了不同系列厚度(10~120 nm)的二氧化硅薄膜。 薄膜样品采用热原子层沉积法(T-ALD)制备, 薄膜厚度使用掠入射X射线反射(GIXRR)技术表征, 基于GIXRR得到的反射率曲线系统讨论了线性拟合公式计算薄膜厚度的步骤及影响因素, 同时使用XRR专业处理软件GlobalFit2.0比较了两种方法得到的膜厚, 最后提出一种计算薄膜厚度的新方法-经验曲线法。 结果表明: 峰位级数对线性拟合厚度产生主要影响, 峰位级数增加, 厚度增大; 峰位对应反射角同样对线性拟合厚度有较大影响, 表现为干涉条纹周期增大, 厚度减小。 但峰位级数及其对应反射角在拟合薄膜厚度过程中引入的误差可进一步通过试差法, 临界角与干涉条纹周期的校准来减小。 对任意厚度的同一样品, 线性拟合和软件拟合两种方法得到的薄膜厚度具有一致性, 厚度偏差均小于0.1 nm, 表明线性拟合方法的准确性。 在厚度准确定值的基础上提出薄膜厚度与干涉条纹周期的经验关系曲线, 通过该曲线, 可直接使用干涉条纹周期计算薄膜厚度, 此方法不仅省略了线性拟合过程中确定峰位级数及其对应反射角的繁琐步骤, 而且避免了软件拟合过程中复杂模型的建立, 对快速、 准确获得薄膜厚度信息具有重要的意义。

偏振被定义为光的振动方向对于传播方向的不对称性。 偏振信息是遥感数据空间、 辐射、 光谱信息之外的又一重要信息。 对于光学遥感数据来说, 偏振信息是对光谱信息的又一种补充。 偏振遥感在水体应用中具有巨大潜力, 其中一个非常重要的应用就是校正天空光水面镜面反射, 从而得到包含水中物质信息的离水辐射信号。 太阳入射光会在水面发生反射或者与水体中颗粒物发生散射作用, 使得离开水面被遥感器接收的信号具有很强的偏振特性。 目前开展的水体偏振遥感实验要么面向室外自然光条件下的清洁海洋水体, 要么面向室内人造光源条件下的模拟水体, 鲜有面向自然光条件下的浑浊内陆水体。 本文通过组合地物光谱仪和汤姆森偏振棱镜, 实现了自然光条件下内陆水体水面原位偏振反射率光谱测量。 利用获取的典型内陆水体水面多角度偏振反射率光谱, 定量分析了多角度观测条件下水体偏振光谱特性, 以及从水面偏振信号中消除天空光水面镜面反射从而得到离水辐射信号的效果。 当观测方位角为135°、 观测天顶角为53°时, 采用偏振测量剥离水表天空反射光的剥离效率较好, 推荐采用该观测几何进行水面偏振光谱观测。 相比于传统的非偏振水面光谱测量方法, 水面偏振光谱测量方法受气象条件变化影响小, 能够更精确的提取离水辐射。

针对直接在光谱反射率空间, 对原稿颜色样本光谱的主成分分析会导致特征向量的数目超过真实物理维度(原稿所用基色色料)的数量, 以及特征向量和对应系数存在负值, 不能直接表示原稿基色色料的光谱特性和对应浓度等情况。 创新性的提出需根据原稿色料的光学特性建立一个完全线性的光谱空间, 并在该空间中使用带约束条件的非负矩阵分解实现对原稿基色数量和光谱形状进行预测的方法。 对此, 首先设计了一个实现对原稿基色色料光谱预测方法的总体研究方案和实现步骤, 再以透明色料原稿为例, 研究如何选择和构建一个符合其光学特性的光谱线性空间, 然后再在基本非负矩阵分解(BNMF)基础上提出针对基色色料光谱预测的有约束非负矩阵分解算法(SCNMF)。 针对BNMF算法会出现多重最优解, 为了提高预测精度, 使矩阵分解结果有明确的物理意义, 所提出的SCNMF算法需要满足4个约束条件: 非负性约束; 全加性约束; 平滑性约束; 稀疏性约束。 建立了满足约束条件的目标函数和迭代算法。 预测结果表明本文提出的新方法能有效的实现对原稿基色物理维度和基色色料光谱的准确预测。

针对目前CASA (carnegie-ames-stanford approach)模型等植被生产力模型植被最大光能利用率的取值未对草原进行区分的问题, 以内蒙古草甸草原、 典型草原和荒漠草原为研究对象, 结合野外实测NPP(net primary productivity)数据和CASA模型的建模思路优化了三大草原类型植被最大光能利用率, 并以此为基础模拟分析了其植被光能利用率和NPP时空格局。 结果表明, 基于99个地面采样点所建立的一元二次方程模拟的草甸草原、 典型草原和荒漠草原最大光能利用率分别为0.654, 0.553和0.511 gC·MJ-1, 平均为0.573 gC·MJ-1。 与未对草原类型进行区分而统一取值为0.541 gC·MJ-1的结果相比, 实测NPP与模拟NPP之间的决定系数和和均方根误差分别提高了0.024和2.62 gC·(m2·month-1)-1。 受水热组合和草原类型的空间格局的影响, 内蒙古草原植被光能利用率和NPP总体上由东北向西南逐渐下降趋势, 呈明显的单峰季节变化特征。 但光能利用率和NPP的最大值出现的月份有所不同, 分别出现在8月份和7月份, 这可能与植被吸收的光合有效辐射和光能利用率的最高值出现的月份不同有关。 光能利用率和NPP平均值按草甸草原>典型草原>荒漠草原的顺序依次降低。

分子聚集体表现出单分子所不具备的特有功能, 利用吸收光谱对聚集体分子结构特性的研究是理解其电子和能量转移功能的基础。 实验中利用紫外-可见分光光度计, 检测了叶黄素在乙醇溶液中的单体吸收谱和在1∶1乙醇水溶液中的聚集体吸收谱。 并通过对叶黄素单体吸收谱的高斯分解, 获得了激发态的振动能级结构参数。 理论上采用时间相关函数描述的吸收谱线和Frenkel激子模型, 通过模拟单分子吸收光谱, 获得了叶黄素分子的激发能、 特征模振动频率、 Huang-Phys因子等参数。 再利用这些参数进行了聚集体分子光谱的模拟, 分析了叶黄素聚集体的分子结构影响光谱变化的原因。 结果表明, (1) 分子间的相互作用是决定吸收光谱峰位移动的主要原因, 实验中叶黄素H-聚集体的吸收光谱较单体蓝移了77 nm, 模拟显示相互作用在2 000 cm-1附近; (2) 聚集体分子个数越多, 聚集协作效应越大, 吸收光谱半高宽变小, 同时吸收峰进一步蓝移; (3) 环境的无序度对吸收光谱的半高宽也存在较大的影响, 无序度越大, 吸收光谱半高宽越大。 实验结果为进一步研究聚集体在生物系统和材料系统中的功能提供了理论依据。

生物质炭表面灰分的存在会严重影响生物质炭的表面结构特性及吸附能力。 采用HCl-HF对400和600 ℃两种温度制备的玉米秸秆生物质炭进行酸洗处理, 去除生物质炭表面的灰分。 通过对比酸洗前后玉米秸秆生物质炭的元素含量、 比表面积、 孔径分布、 红外光谱分析图和吸附平衡试验结果探究酸洗处理对生物质炭表面吸附特性和光谱特性的影响。 结果表明: 酸洗处理能有效去除生物质炭表面存在的无机盐、 焦油等一系列副产物, 显著改变生物质炭的表面结构特性, 提高生物质炭的吸附性能。 (1)酸洗后生物质炭的碳含量相对增加, 疏水性及芳香官能团含量增加, 极性降低; (2)酸洗处理显著增加了生物质炭的比表面积, 处理后炭比表面积分别增加了3.46倍和6.75倍; 酸洗还显著提高了生物质炭的孔容及介孔含量, 从而大大增加了生物质炭的吸附能力; (3)两种生物质炭酸洗前后的红外光谱上关键官能团峰强差异显著, 尤其在3 398～3 447, 2 924～3 056, 1 378～1 439 cm-1范围内, 酸洗后生物质炭的振动峰强度显著减小, 表明生物质炭在酸洗后其表面脂肪结构和羟基减少。 (4)酸洗前后的吸附试验表明, 酸洗处理能够去除炭表面的灰分, 增加生物质炭的吸附位点, 进而提高其对2,4-D的吸附量。

油料池火焰内部分为不同燃烧区域, 目前对油池火内部传热特性研究较少。 针对油池火内部传热特性研究不足的现状, 构建了红外火焰光谱测试系统, 研究分析了92#汽油、 95#汽油及润滑油池火焰红外光谱特性, 对油池火焰不同燃烧区域的光谱信息进行了提取分析, 结果表明: 三种油料池火焰光谱特征相似, 存在多个CO2, H2O及炭黑颗粒等燃烧产物的特征发射波段, 3.4 μm处C—H伸缩振动峰明显; 火焰烟气区主要光谱特征为4～4.5 μm波段范围内高温CO2发射峰, 该区域火焰与空气换热剧烈, 温度变化不稳定, 火焰脉动频率较高; 火焰间歇区的光谱特征是4～4.5 μm波段范围内高温CO2发射峰, 与烟气区相比, 火焰间歇区脉动频率相对较低; 与烟气区及间歇区相比, 火焰连续区燃烧较为稳定, 该区域的光谱特征明显, 在2.5～3 μm波段范围内炭黑粒子发射光谱强度较高, 且在3.4 μm处存在C—H伸缩振动峰, 表明油料池火焰光谱3.4 μm处的特征峰由高温油蒸汽产生。 油池火焰不同燃烧区域光谱特征分析表明, 油池火焰液态油表面的“富燃料层”吸收火焰传热, 引起3.4 μm附近油蒸汽分子能级的改变。 油池火焰不同燃烧区域发射光谱强度计算表明, 火焰连续区的强度最大, 其次为间歇区, 火焰烟气区与空气对流强烈, 测得的发射光谱强度最低。 研究结果为火焰—油料传热模型的修正提供了参考。

汽油中含硅化合物的存在会在燃烧时形成二氧化硅沉积于汽车燃烧系统的不同部位, 进而导致车辆故障的发生。 汽油中的含硅化合物可能以不同的形态存在。 采用有机直接进样模式的电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定油品中的微量杂质因其方便、 快速正得到越来越多的应用。 本文研究了不同的ICP-OES雾化系统对不同形态含硅化合物测量的影响。 对于微量旋流雾化系统, 硅的发射强度与硅化学形态有明显关系, 硅化合物挥发性越大, 硅元素的发射强度就越强。 微量可控温旋流雾化系统可改善易挥发性硅元素的发射强度增强效应, 但仍无法完全消除此增强效应。 直接注入高效雾化器(DIHEN)雾化系统的应用, 可有效消除易挥发性硅的发射强度增强效应, 比较适合汽油中硅含量的测定。 DIHEN-ICP-OES方法的加标回收率为92.8%～108.7%, 相对标准偏差(RSD, n=10)为1.05%～4.63%, 方法检出限为0.05 mg·kg-1。 与传统微波消解法相比, DIHEN-ICP-OES具有简便, 快速, 灵敏, 准确度较高的优点, 可用于汽油中硅含量的直接检测。

光谱分析技术应用于地球化学元素分析研究, 为湖泊沉积物反演环境变化提供了更多的环境信息。 以罗布泊“大耳朵”区域L07-10剖面沉积物为研究对象, 利用ICP-OES对常量地球化学元素进行了测定分析, 结合AMS进行14C年代学测定, 初步探讨了该地区16.34 ka BP以来的气候环境变化。 结果表明: 常量元素地球化学特征可以灵敏的指示环境变化, 元素环境代用指标很好的反映了该地区的气候变化过程。 总体来看, 常量元素分布特征指示16.34 ka BP以来, 罗布泊区域气候经历了暖湿-暖干-凉湿-暖干的变化, 在8.09～6.34 ka BP期间发生了一次较明显的短期升温阶段, 这一时期气候温暖干燥, 降水减少, 与全球及区域气候变化相关记录相吻合。 近2 000 a以来气候总体温暖, 降水量减少, 源区水热条件变差, 水运的搬运能力降低。

目前宝玉石文物无损, 微损分析检测技术发展较快, 激光剥蚀电感耦合等离子体光谱法(LA-ICP-AES)作为几乎无损的分析方法具有多重优点。 尝试采用该方法检测包括辣子崖采矿遗址绿松石在内的东秦岭五处不同产地的绿松石样品, 获得样品的主, 微量元素数据。 运用主成分模型(PCA)分析数据结果, 得到3个主成分, 其累计方差贡献率达84.96%。 前两个主成分的方差贡献率为72.29%, 确定其所对应的V2O5, NiO, B2O3, SrO, BaO, CaO, ZrO, MnO2为不同产地绿松石的特征化学成分。 经相关化学成分的对比分析发现, 不同矿点所产绿松石样品在某些化学成分含量方面存在差异, 且相关化学成分的比值散点图也呈现一定程度的产地聚集性, 两种分析方式相结合可基本实现不同产地绿松石的鉴别。 还发现某些化学成分含量存在某种程度的正, 负相关关系, 此现象既可以成为研究绿松石矿的成因的线索, 亦可以作为样品的产地特征。 研究结果初步表明LA-ICP-AES结合PCA和化学成分含量对比分析, 在一定程度上具有区分不同产地绿松石的功能。

地衣是应用广泛的大气污染生物监测器。 电感耦合等离子体发射光谱法/质谱法(ICP-MS/AES)是植物元素定性定量分析的重要和高效的方法。 但受严重大气污染影响, 我国部分地区的地衣元素水平远高于其他植物, 且在空间、 时间、 物种和元素类别方面存在巨大差异。 虽然地衣在大气污染监测方面具有良好的应用前景, 但我国地衣元素分析测试方面尚缺乏专门的方法学研究, 这限制了大气质量的地衣生物监测在我国的开展。 因此, 有必要对地衣样品元素含量的ICP-MS/AES法进行优化。 以国家一级标准物质GBW10014(圆白菜)、 GBW10015(菠菜)、 GBW10052(绿茶)和地衣标准物质(IAEA-336)为材料, 探讨了地衣样品的不同消解方法、 取样量、 分析谱线、 同位素、 内标元素及仪器参数对ICP-MS和ICP-AES结果的影响。 确定了适用于大批量地衣元素测试的干法灰化-碱熔ICP-AES和微波消解ICP-MS的优化条件, 该优化条件具有线性关系好(r>0.999 0)、 检出限低、 准确度高和精密度好的特点。 以优化后的测试方法测定采自我国太行山区和南极阿德利岛的地衣样品, 结果表明太行山地衣体内元素含量远高于南极阿德利岛, 大气沉降对太行山地衣元素组成的相对贡献也较大。 验证了优化方法的适用性, 为京津冀环境治理提供科学数据和技术支持。

中华白海豚是我国一级保护动物, 处于海洋食物链顶端, 而重金属、 持久性有机污染物等污染物易在其体内富集。 额隆是鲸豚回声定位的重要部位, 具有传导信号的作用。 为探究中华白海豚额隆中微量元素的基线水平以及其组成的主要特征成分, 研究采用微波消解电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定了中华白海豚额隆中V, Ni, Cr, Mn, Cu, As, Zn, Hg, Se, Cd和Pb 11种微量元素并对其含量进行特征分析。 结果表明该方法具有良好的准确度和精密度, 适合于中华白海豚额隆微量元素的测定分析。 样品分析显示, 额隆中11种微量元素整体含量水平不高, 由于个体生理状况不同, 同种元素含量在不同个体中存在差异; 其平均含量从高到低排序依次为: Zn＞As＞Cu＞Mn＞Se＞Hg＞Cr＞Ni＞Pb＞V＞Cd, 其中As作为非必需有毒微量元素, 含量水平较高(1.158 μg·g-1 ww), 可能会对海豚产生生理毒害作用。 Spearman相关性分析显示, As(r=0.733), Cd(r=0.615)和Hg(r=0.645)含量与海豚体长呈显著正相关性(p<0.05), 表明As, Cd和Hg三种元素可随海豚年龄增加而在额隆中富集; Cs与Ni呈正相关(p<0.05), Mn与As呈负相关(p<0.01), 表明元素间也存在着一定的关联性。 此外, 主成分分析结果表明, V, Mn, Ni, Se, Cu和Hg为中华白海豚额隆主要特征微量元素。 研究在国内首次使用微波消解ICP-MS法对中华白海豚额隆中微量元素进行研究, 结合相关性分析和主成分分析, 有效探究了中华白海豚额隆中微量元素的生物富集模式与含量特征, 实验结果为研究中华白海豚额隆中微量元素基线水平提供了参考。

利用激光诱导纳秒时间分辨荧光(laser-induced nanosecond time-resolved fluorescence, LITRF)猝灭法原位研究腐植酸(humic acid, HA)分别与母环多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)菲(phenanthrene, Phe)及烷基PAHs 9-乙基菲(9-Ethylphenanthrene, 9-EP)和惹稀(retene, Ret)相互作用, 考察HA对母环及烷基PAHs结合特性差异与机制, 对了解PAHs环境行为及生物有效性有重要意义。 结果表明, 通过改变延迟时间(50 ns)可有效消除HA荧光干扰, 实现游离Phe, 9-EP及Ret浓度直接测定。 利用Freundlich非线性等温吸附模型描述Phe, 9-EP和Ret与HA结合特性, LITRF猝灭法与传统荧光法获得的模型拟合参数及单点结合系数结果一致。 其中, 参数n小于1, 表明Phe, 9-EP及Ret与HA均以非线性形式结合, 且9-EP和Ret非线性程度高于Phe; 相同给定平衡浓度下, HA与9-EP和Ret单点结合系数KOC大于Phe, 而9-EP和Ret结合能力相近, 且PAHs与HA结合系数均随给定浓度增加而降低。 疏水性、 取代基及与HA疏水空腔适应能力决定特定PAHs与HA结合特性。 通过荧光寿命分析, HA存在下Phe, 9-EP和Ret寿命分别为36.90, 35.34和35.13 ns, 与未加入HA时的36.36, 35.34和35.84 ns无明显差异, 表明Phe, 9-EP和Ret与HA间的荧光猝灭以静态过程为主。 LITRF猝灭法可快速有效原位研究PAHs与HA相互作用, 有助于实现PAHs生态风险原位评估。

基于对样品进行的激光诱导击穿光谱和X射线荧光光谱分析测试建立了天然玉石中主要元素Mg, Ca和微量元素Fe的定标曲线。 实验采用纳秒级的Nd∶YAG激光器(波长: 1 064 nm)为光源, 在延迟时间为3 μs, 激光脉冲累积数量为110, 单个脉冲能量为100 mJ, 脉冲重复频率为10 Hz的实验条件下, 采用激光诱导击穿光谱技术装置对天然南阳独山玉石样品中的元素进行等离子体激发测试, 得到波长在300～1 000 nm的等离子光谱图。 通过将得到的光谱图中特征峰与美国国家标准与技术研究院数据库进行对比, 发现测试样品中含有Mg, Fe和Ca等元素, 以X射线荧光光谱分析技术对四种南阳独山玉标准样品中测量出的Mg, Fe和Ca元素氧化物含量作为标准数据, 选取含量比较高的Al元素作为内标元素, 采用内标法对玉石光谱图中Mg, Fe和Ca元素特征峰值进行线性拟合, 从而得出Mg, Fe和Ca三种元素的定标曲线, 求出待测样品中这3种元素氧化物的含量, 结果表明这三种元素氧化物的含量与中国珠宝宝石收藏鉴赏全集资料中所给出的元素氧化物含量的百分比范围MgO(0.28%～1.73%), Fe2O3(0～0.8%), CaO(18%～20%)相符合, 相比于常用的方法, 激光诱导击穿光谱技术可以快速地对待测样品进行检测, 样品预处理简单且对样品损害较小。 进一步验证了激光诱导击穿光谱技术对于玉石应用的可行性。

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对大豆油中的重金属Cr进行检测研究。 以松木木片对重金属Cr进行富集, 采用AvaSpec双通道高精度光谱仪在206.28~481.77 nm波段范围内采集松木木片样本的LIBS光谱, 利用无信息变量消除(UVE)方法筛选与重金属Cr相关的波长变量, 应用偏最小二乘(PLS)回归建立大豆油中重金属Cr的定标模型, 并与单变量及全波段PLS定标模型进行比较。 结果表明, 相比单变量及全波段PLS定标模型, UVE-PLS定标模型的性能更优, 其相关系数、 校正均方根误差、 交互验证均方根误差及预测均方根误差分别为0.990, 0.045, 0.050及0.054 mg·g-1。 经UVE变量筛选后, UVE-PLS定标模型所用的波长变量数仅为全波段PLS的2%。 由此可见, UVE是一种有效的波长变量筛选方法, 能有效筛选出与重金属Cr相关的波长变量。

云南地区因其得天独厚的自然条件, 具有丰富的蜜源植物和矿产资源, 产出了多种特色蜂蜜。 对该地区的三种特色春蜂蜜(苕子蜜、 橡胶蜜和石榴蜜)进行了理化性质的研究, 结果表明三种蜂蜜在水分含量、 电导率和粘度上均存在显著性差异。 利用高效液相色谱仪-示差折光检测器(HPLC-RI)测定三种蜂蜜中的主要糖类, 结果显示石榴蜜中的葡萄糖含量最高［35.62 g·(100 g)-1］, 橡胶蜜中的果糖含量最高［41.03 g·(100 g)-1］。 利用原子吸收光谱仪(FAAS)对三种蜂蜜中的13种矿质元素进行测定, 结果显示橡胶蜜中的矿质元素总含量最高(437.34 mg·kg-1), 石榴蜜中的最少(167.24 mg·kg-1)。 将矿质元素作为变量进行主成分分析, 可将三种蜂蜜相互分开。 Cu, Zn和Na可作为苕子蜜的分辨标记, Mg, K, Ca, As和Cd可作为橡胶蜜的分辨标记, Fe, Mn, Ni和Cr可作为石榴蜜的分辨标记。 本研究的开展可补充云南特色蜂蜜的研究, 为其开发利用提供理论依据。

提出了一种测量痕量重金属镉的新方法。 该方法创新性地以Mn(Ⅱ)作为载体离子, 以2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基苯酚(5-Br-PADAP)作为共沉淀剂, 共沉淀分离富集虾、 贝样品中的镉, 同时采用火焰原子吸收法进行测定。 重点探讨了共沉淀剂加入量、 载体离子加入量、 pH值、 共沉淀时间、 共存离子的干扰等因素对共沉淀分离富集效果的影响, 从而确定了Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP共沉淀分离富集测定镉的最佳共沉淀条件。 实验结果表明, 当pH 7且大量干扰离子存在的条件下, Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP体系对镉有良好的共沉淀分离富集效果, 很好地克服了基体干扰。 共沉淀体系中镉含量在0.1～1.0 mg·L-1范围内时镉含量与吸光度呈线性关系。 该方法的灵敏度为0.147(mg·L-1)-1, 精密度为0.73%, 对镉的检出限(3σ)为4.27 μg ·L-1。 食品样品比较复杂, 对其中痕量重金属含量的测定必须经过消化、 分离富集等一系列预处理过程才能得到最准确地答案。 所以通过对比直接用火焰原子吸收法与应用本方法测定样品中镉含量的区别, 进一步说明了Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP体系对样品中重金属镉有很好的分离富集效果。 根据该方法, 采用标准加入法测得干贝样品中镉的含量为1.85 mg·kg-1, 干虾样品中镉的含量为1.74 mg·kg-1, 基本符合国际食品法典委员会的标准。 为了证明该方法的可靠性与真实性, 做了加标回收实验, 结果显示干虾干贝样品中镉的加标回收率范围为99.9%～100.3%, 相对标准偏差为0.15%～0.83%。 用Mn(Ⅱ)-5-Br-PADAP共沉淀分离富集样品中的痕量镉具有重现性好、 准确度高、 简单快速等的优点, 分析结果令人满意。

XRD光谱分析是研究物质内部结晶结构物质的重要手段。 利用X射线技术分析了不同物料来源和制备方式对生物炭结晶结构特征及其炭化机理。 结果表明: 生物炭均含有d101和d002晶面衍射峰类石墨微晶纤维素炭, 但炭化后析出的盐分随不同物料, 差异较大, 如牛粪、 蓖麻粕以及糠醛渣的CaCO3含量要高于其他生物炭, 而仅牛粪与蓖麻粕含有CaMg(CO3)2。 随温度升高, 玉米秸秆炭中半纤维素优先分解, 然后为纤维素石墨微晶化, 结晶度提高, 向更稳定的碳化合物转化。 其中的矿物盐分随着炭化裂解温度升高, 由稀土类氧化物→醋酸盐类物质→碳酸盐类物质逐步析出, CaCO3的含量也随之增多。 不同炭化方法的炭化机理不同, 先干燥后炭化可促进半纤维素的分解, 高温微波处理则是强烈震荡, 主要促进物质多键断裂分解, 碳酸盐类物质析出相对较少。 通过X射线衍射分析可以很好研究生物炭内部结构结晶特征, 可有效反映其炭化过程裂解机理。

白矮主序双星的光谱特征是决定其类型的关键因素, 如何有效提取恒星光谱的特征是亟待解决的问题。 提出一种新的方法, 通过构建模型捕获恒星光谱数据的特征, 对SDSS-DR10海量光谱进行自动分类。 径向基神经网络作为一种有效的计算模型, 在数值逼近和目标分类上均有较好的表现效果, 但由于目前神经网络超参数的确定大多数依赖于实验经验, 很大程度上制约了算法能力的发挥。 在分析白矮主序双星光谱数据的高维分布特征的基础上, 提出一种基于径向基神经网络的白矮主序双星自动分类模型, 并以白矮主序双星的光谱特征为导向, 针对恒星光谱提出了中心准则和宽度准则以确定神经网络的超参数, 大幅度提高了模型的准确度。 实验对分类模型进行数值训练并使用训练的模型对SDSS-DR10光谱数据进行白矮主序双星的自动分类, 共发现4 631个白矮主序双星, 通过Simbad, NED和Google交叉验证后发现其中有25个是未予以收录的新候选体。 实验结果验证了该模型在大规模白矮主序双星自动分类任务中的有效性, 新发现的白矮主序双星也为特殊天体的进一步研究补充了有效数据。

大规模光谱巡天将产生海量的光谱数据, 为搜寻一些奇异甚至于未知类型的光谱提供了机会, 对这些特殊天体的研究有助于揭示宇宙的演变规律和生命起源, 巡天数据的离群数据挖掘有助于这些特殊的光谱的发现。 利用线指数对光谱数据进行降维能够在尽可能多的保留光谱物理特征的同时, 有效解决高维光谱数据聚类分析中运算复杂度较高的问题。 提出了基于线指数特征的海量恒星光谱离群数据挖掘及分析的方法, 以恒星光谱的Lick线指数作为光谱数据的特征, 利用聚类搜寻离群数据的方法在海量光谱巡天数据搜寻离群数据, 以此为基础并给出线指数特征空间内离群光谱数据的分析方法。 实验结果证明: (1)以线指数作为光谱的特征值能快速的完成对高维光谱数据的离群数据挖掘, 可以解决高维光谱数据运算复杂度高的问题; (2)该方法是在聚类结果上进行的离群数据挖掘, 能够有效的挖掘出数量较少的发射线恒星、 晚M型恒星、 极贫金属星、 缺失数据光谱等数据; (3)线指数特征空间的离群数据挖掘可以得到线指数特征空间内特殊恒星的发现规则。 本文所提出的基于线指数特征的离群数据挖掘及分析方法可以应用到巡天数据的相关研究中。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术用于气体浓度检测时, 会受到谐波检测中基线漂移及噪声的影响, 因此如何去除系统噪声一直是研究的热点。 分析了连续截断信号和构造hankel矩阵两种不同方法下, 奇异值分解(SVD)对TDLAS系统检测的理论意义。 将二次谐波信号分别用该方法进行矩阵化排列和奇异值分解, 选取适当阈值将部分奇异值置零并重构矩阵, 得到了这两种方法对基线纠漂和去噪的不同效果。 实验证明, 奇异值分解方法不需加入额外系统部件、 不需通零气扣除背景, 就能够快速有效地去除TDLAS系统噪声, 而构造hankel矩阵的方法适用于去除高频噪声, 连续截断信号的方法适用于进行基线纠漂。 将该方法应用于实际TDLAS系统氨气检测时的二次谐波, 系统噪声去除率达80%。

为了解决传统光纤光栅测温系统中单根光纤上带光纤光栅探头数量少、 回波光强弱以及复用能力差的问题, 设计研究了基于啁啾光纤光栅的测温系统。 通过啁啾调制技术提高了回波光的带宽, 从而增强了信号的可处理性并大大提高了带探测点位的数量。 推导了啁啾调制的光栅周期表达式, 给出了调制方法及波长范围。 实验采用LPT-102型宽带光源与F-P光纤解调仪等, 调制带宽为1 535.0～1 555.0 nm, 并结合WR-201型温度传感器作标定。 对20～60 ℃范围内每1 ℃改变进行测试, 实验结果显示, 传统光纤光栅探头与啁啾光纤光栅探头的测试温度误差相近, 都符合设计要求。 相比而言, 啁啾FBG的测试数据对应的波长偏移具有较为明显的单调线性的特征, 即数据稳定性更高, 同时, 采用啁啾FBG的系统带光纤光栅探头数量明显优于传统光纤光栅测温系统。 由此可知, 本系统在不增加光纤个数及不降低温度测试精度的基础上, 实现了大幅提高带探测点位数量的设计要求。

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中, 由于DLA存在子单元光束发散角、 “smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素的综合作用, 将导致合成光束的光束质量降低。 综合考虑DLA子单元光束发散角、 “smile”效应等因素对谱合成系统中光束传输特性的影响, 建立了DLA光栅-外腔谱合成系统的光传输模型, 进而对谱合成系统中DLA子单元光束发散角、 “smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素对合成光束的光束质量影响进行了定量分析。 结果表明, DLA光源质量会明显影响合成光束的光束质量: DLA子单元光束发散角和“smile”效应引入的指向性偏差越大, 合成光束的光束质量就越差; “smile”效应引入的位置偏差在合束方向上对合成光束的光束质量没有影响, 而在非合束方向上引入的位置偏差将会明显降低合成光束的光束质量。 在实际工作应用中, 需要采取措施提高DLA光源质量, 以减小对合成光束的光束质量影响。

采用阳极层线性离子源解离氮气对玻璃表面进行刻蚀处理, 研究表面改性后玻璃表面的变化, 并分析离化电压对表面粗糙度、 折射率以及光学厚度的影响。 在此基础上, 基于椭圆偏振光谱仪, 通过对比不同表面状态下的Δ光谱, 讨论固定波长变化入射角的Δ光谱曲线特征与表面折射率、 布儒斯特角、 粗糙度以及光学厚度之间的关系。 结果表明, 刻蚀后玻璃的布儒斯特角附近的Δ光谱曲线形状发生变化, 突变向高角度偏移, 曲线下降斜率增大。 通过建模并拟合分析发现, 氮离子束轰击使玻璃表面产生光密介质层, 表面折射率增大, 布儒斯特角增大, 粗糙度降低, 且随离化电压升高, 折射率不变, 而光密介质层厚度增加。 由原子力显微镜分析表面形貌, 验证了离子束对玻璃表面的平整化作用。 X射线光电子能谱结果表明离子束使玻璃表面发生选择性溅射, 推断光密介质层的产生来自于离子束对玻璃表面的夯实作用。 此外, 推导并验证了Δ光谱曲线的特征与材料表面状态之间的普适关系, 提出了基于椭圆偏振光谱仪的材料表面评估方法, 即Δ曲线的突变发生角度增大说明折射率与布儒斯特角的增大; 下降斜率增大说明表面粗糙度减小; 曲线两端尖角增大说明光学厚度增大。 反之亦然。

复杂的氧化锌复合材料在光电设备方面有着很大的潜在应用。 报道一种特殊 “果球”的模拟生长——由Al2O3, Au和ZnO制成的天然 “法国梧桐悬铃坚果”。 这种“法国梧桐悬铃坚果”表面有许多小的、 溅射在Al2O3表面上的金纳米粒子层。 通过电沉积技术合成的ZnO针型在金纳米粒子层上可以很好的生长。 单色散针(或者六角形纳米柱)的获得有着有不同的分布密度。 所制备的样品在扫描电子显微镜(SEM)下观看, 像组合起来的“法国梧桐悬铃坚果”。 还研究了6 000 ℃下样品的光致发光(PL)和其他特征。 尖锐的束缚激子(BE)的和纵光学声子LO-phonon 的光谱线意味着ZnO微纳结构有着高品质的光学特性。

为实现高效短程生物脱氮及氨氮和亚硝酸盐氮的快速检测, 采用主成分分析结合BP神经网络的方法建立短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮的近红外光谱定量分析模型(BP神经网络模型)。 工艺运行结果表明: 原水经过好氧阶段氨氮从45.3 mg·L-1下降到2.7 mg·L-1, 亚硝酸盐氮从0.01 mg·L-1上升到19.6 mg·L-1, 硝酸盐氮受到抑制; 在缺氧段亚硝酸盐氮从19.6 mg·L-1下降至1.2 mg·L-1, 系统实现了良好的短程生物脱氮效果。 水样原始光谱主成分分析表明: 前13个主成分代表了原始光谱数据的信息, 其累计贡献率达到95.04%, 排除了冗余信息且大大降低了模型的维数, 光谱数据矩阵从192×2 203减少到192×13, 大大降低了运算量并提高了模型的精度。 BP神经网络模型校正结果显示: BP神经网络模型对氨氮、 亚硝酸盐氮校正时的决定系数(R2)分别达到0.950 4和0.976 2, 校正均方根误差(RMSECV)分别为0.016 6和0.010 9。 BP神经网络模型预测结果显示: BP神经网络模型对氨氮、 亚硝酸盐氮预测输出与期望输出之间的决定系数(R2)分别为0.974 0和0.981 4, 预测均方根误差(RMSEP)分别为0.033 7和0.028 7, 模型预测效果良好。 研究表明, BP神经网络模型可以通过快速测定水样的近红外光谱数据预测短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮浓度, 并根据氨氮和亚硝酸盐氮浓度变化及时、 灵活地控制工艺的运行, 为生物脱氮提供快速有效的检测技术和科学依据。

利用活塞圆筒装置在1.2 GPa, 1 473 K的条件下合成了白硅钙石。 采用外加热装置和金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术, 采集了白硅钙石298, 353, 463, 543, 663, 773以及873 K温度区间的常压及1 atm～14.36 GPa(常温)压力区间的拉曼谱图。 扫描电镜下, 该研究合成的样品为结构一致的单一相, 颗粒大小为10～20 μm。 电子探针分析结果表明, 样品的组成为Ca7.03(2)Mg0.98(2)Si3.94(2)O16, 该组分完全吻合白硅钙石理论组分。 Raman分析结果表明, 高温时白硅钙石的拉曼谱图中具有29个振动峰。 随着温度的升高, 部分振动峰出现了合并或者弱化消失的现象。 该现象尤其以800～1 200 cm-1范围内的909, 927和950 cm-1振动峰峰位最为明显, 这些振动峰分别在873, 773以及873 K时弱化消失。 据此, 白硅钙石的结构在实验温压范围内稳定, 且随着温度和压力的升高, 其拉曼振动峰峰位分别呈现往低频和高频方向线性飘移的趋势。 除此之外, 根据高温和高压拉曼实验的结果, 分别计算了白硅钙石拉曼振动峰峰位的等压mode-Grüneisen参数和等温mode-Grüneisen参数, 其算术平均值分别为1.47(2)和0.45(3)。 最后结合高温和高压拉曼实验的结果, 计算了白硅钙石的非谐系数, 结果表明, Si-O振动模式对于非谐效应的贡献要小于其他振动模式。

为了加强对水稻生长状况的监测, 指导水稻的田间施肥, 提高施肥利用效率, 以增加农作物产量、 提高粮食品质, 实验室搭建了基于激光诱导荧光技术的荧光探测系统, 以研究水稻叶片的叶绿素含量与荧光峰值比之间的相关性。 文中测量样本为水稻分蘖期和拔节期的倒二叶, 栽培地区位于中国江汉平原。 文中先采用凯氏定氮法和相应公式结合测得水稻叶片的叶绿素含量(mg·g-1), 再用搭建的荧光探测系统采集了水稻叶片不同叶绿素含量的荧光光谱(激发波长为355 nm)。 获得了水稻叶片在不同叶绿素含量下的荧光光谱数据库, 定量分析了荧光峰值比F740/F685(荧光谱峰740 nm、 685 nm处的荧光强度比)与叶绿素含量的相关性, 发现叶绿素含量的变化对荧光光谱特性影响明显。 由实验数据分析可知荧光参数中的峰值比(F740/F685)与叶绿素含量呈现很好的线性正相关, 相关系数(R2)在水稻的分蘖期和拔节期分别达到了0.901 3和0.912 5。 实验分析结果表明诱导荧光光谱技术具有方便、 快捷、 无损等优点, 在农作物生长状况的遥感定量监测等方面也具有一定发展潜力。

托拉塞米(TOR)属于吡啶磺酰脲类袢利尿剂, 被广泛有效地用于高血压, 心脏衰竭, 慢性肾功能衰竭和肝脏疾病的治疗。 TOR在治疗过程中易引起的不良反应之一为轻微肠胃不适。 然而, TOR与消化蛋白酶(胰蛋白酶和胃蛋白酶)分子间的相互作用鲜有报道。 在模拟生理条件下, 采用荧光光谱、 紫外-可见吸收光谱、 圆二色谱和分子对接技术研究了不同温度下托拉塞米(Torasemide, TOR)与胃蛋白酶(Pepsin)和胰蛋白酶(Trypsin)间的相互作用。 所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。 结果表明, TOR-Pepsin和TOR-Trypsin体系的猝灭常数(KSV)均与温度呈负相关, 说明TOR与Pepsin及Trypsin之间的作用机制均为静态荧光猝灭。 利用紫外-可见吸收光谱、 同步荧光光谱、 3D荧光光谱和圆二色光谱法考查了TOR对Trypsin和Pepsin构象的影响。 结果发现胃蛋白酶或胰蛋白酶中酪氨酸残基的极性改变较色氨基更明显, TOR可改变色氨酸残基的微环境并降低Trypsin和Pepsin中β-折叠结构, 进而可能影响其生理功能。 分子对接结果表明, TOR与Pepsin的结合位点位于由Asp-32和Asp-215组成的活性中心周围, 从而抑制Pepsin活性。 而TOR通过疏水作用力结合在Trypsin的口袋型底物结合位点(S1口袋), 促进底物进入酶活性中心, 最终表现为Trypsin活性升高。 该研究探讨了TOR与胃蛋白酶和胰蛋白酶的结合作用和毒性机制, 为TOR的安全使用提供重要依据。

使用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和原子荧光光谱法(AFS)分别对内蒙古自治区兴和县180名农村育龄妇女头发中21种矿物元素(铝, 硼, 钡, 钙, 镉, 钴, 铬, 铜, 铁, 镁, 锰, 钼, 镍, 铅, 硒, 硅, 锡, 锶, 钛, 钒和锌)的含量及年龄、 生育史及饮食习惯等对其产生的影响进行了研究。 结果表明, 大多数矿物元素(硼, 镉, 铬, 钴, 铜, 铁, 镁, 锰, 钼, 镍, 铅, 硒, 硅, 锡, 锶, 钛, 钒和锌)含量从青年组(18～29岁)到老年组(40～45岁)依次减少, 而中年组(30～39岁)的钙, 镁, 锰、 铅的含量最低。 生育二胎的妇女钙, 镁, 锰, 钼, 镍, 铅, 锡, 锶和锌含量最低, 这可能与生育次数的增加有关, 相关性分析证实钙, 铅和锡与生育史有显著性相关。 此外, 饮食习惯也会影响头发中矿物质元素的含量。 经常食用酸菜会导致锌, 铁, 铜, 锰, 锶含量水平较低, 但钼, 铅和硒含量水平较高。 而且, 锌和硒含量随肉类摄入频率增加而增加。 规律性摄入蔬菜会增加硅的含量。 同时, 经常食用水果会增加锰, 镍和钛的含量水平。 因此, 该研究为解决不均衡饮食习惯盛行的农村地区生育和妇女健康提供基础数据和有用的信息。

针对传统能量色散X荧光仪(energy dispersive X-ray fluorescence, EDXRF)分析土壤中微量重金属测量精确度低的问题, 提出了一种X荧光仪改进方法。 为了减少反射X射线的影响, 入射X射线垂直照射样品, 探测器平行放置与样品一侧且垂直于X射线。 样品与探测器之间由准直器连接。 对国家标样测量结果表明, 仪器对Mo, Zn, Cu, Pb, Zr, Nb的检出限为0.4, 6.68, 1.97, 6.84, 1.60, 7.59 mg·kg-1。 各元素对数偏差在0～0.05之间。 元素含量在三倍检出限以上RSD%(GBW)小于7, 元素含量在三倍检出限内RSD%(GBW)小于15。 为了验证改进后X荧光仪测量效果, 在大兴安岭地区采集土壤样品与传统荧光仪进行比较分析。 改进X荧光仪提高了土壤中微量重金属测量精度, 满足野外地质普查要求。

由于人体组织结构的复杂性和个体差异性, 采用光谱分析技术实现组织内部信息的检测方法中, 仍存在着检测位置不明确的问题。 采用多位置空间分辨漫反射光谱法对脂肪肌肉组织中内部信息的最佳探测位置进行了研究。 由于目标组织为肌肉组织, 为了消除由于不同人体皮下脂肪层厚度的差异以及目标层中多次后向散射光对测量结果引起的较大误差, 并根据光在复杂生物组织中的传输模型, 通过增加约束条件——两条理想的“香蕉型”路径—来定义有效光子比SNR, 并以SNR作为评价最佳探测位置SDSbest的标准, 对优化后的Monte Carlo仿真结果进行统计分析, 分别研究了脂肪层厚度hf、 脂肪层吸收系数μaf和肌肉层吸收系数μam与光源探测器间距SDS之间的关系, 并以hf为自变量与SDSbest建立线性回归模型。 研究表明, (1)当0脂肪肌肉组织 内部组织信息 最佳检测位置 空间漫反射光谱 Monte Carlo模拟 Fat-muscle tissue Inner information of tissue Best Source-detector Distance Spatially diffuse reflectance spectra Monte Carlo simulation 

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光谱学与光谱分析

2016, 36(10): 3434