空间振幅调制光谱偏振测量技术通过由光楔、 偏振片组成的调制模块, 将目标的偏振信息调制到与光谱维垂直的空间维, 单次测量即可同时获取目标的偏振信息和光谱信息。 首先阐述空间振幅调制光谱偏振测量技术的基本原理, 然后利用空间调制光谱偏振仿真软件进行理论仿真, 并且给出了具体的实验研究方案, 通过对比理论模拟图像和实验图像, 验证实验的可靠性。 以Q=0, U=1, V=0和Q=1, U=0, V=0作为入射偏振光进行实验, 在波长范围500～600 nm采样10组数据, 利用最小二乘法对实验输出的偏振光进行偏振解调。 结果表明: 解调后入射光的线偏振度与参考入射光的误差值分别小于2.5%和4%, 偏振角误差值小于1.8%和2%, 验证了实验和算法的可行性, 并对两组复合光楔中心误差对偏振测量的影响作了简要分析, 结果表明中心误差对偏振分量Q和V的测量影响较大。

熔石英玻璃是高能激光系统中不可缺少的光学材料, 其损伤问题一直是限制系统能量提升的瓶颈之一。 通过纳秒激光脉冲诱导熔石英玻璃样品产生断裂, 并使用多光谱手段对断裂前后样品进行检测, 从而在实验和理论上了解了样品断裂形貌及内部相变结构成因, 并从宏观到微观上统一解释了断裂形貌和相变结构的关系。 在激光等离子冲击波作用下, 熔石英发生断裂, 且冲击波作用过程中在玻璃内部产生了推动裂纹扩展的尖端环向应力。 在尖端环向应力作用下, 不同损伤区域形成了不同扩展速度和长度的裂纹, 按照裂纹形貌特性差异可以将断裂区分为雾化区、 羽毛区、 镜面区三个部分。 使用透射光谱、 能量散射光谱检测损伤前后样品, 发现裂纹的产生引起了玻璃透过率和带隙的下降, 且断裂区出现氧原子游离或缺失; 使用Raman光谱检测样品损伤前后不同形貌区, 发现等离子冲击波使熔石英中Si—O—Si键断裂并发生重组, 导致镜面区、 羽毛区、 雾化区三元拓扑环和四元拓扑环宏观上对应的斯石英相和柯石英相的相对含量依次升高, 破坏了材料的固有原子结构特性, 使材料断裂区向高密度相转变。 氧游离的发生会在玻璃内部产生的大量缺陷, 从而使得玻璃透过率及带隙下降, 严重影响了玻璃的性能。

在汽车工业、 飞机、 船舶等领域中, 油漆的涂层厚度管理对产品防水、 防锈功能和颜色效果有着重要影响, 但是目前采用的商业化涂层测厚仪都是接触式, 并且很难直接获得多层涂层中的各层厚度。 利用反射式太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统探测样品的太赫兹脉冲光谱, 基于脉冲回波的飞行时间建立简易的单点漆膜厚度提取模型。 并通过最小二乘法拟合油漆样品的光学厚度与几何厚度之间的线性关系计算出12种涂覆在铝板上的油漆样品的测量折射率, 发现金属油漆与非金属油漆在太赫兹波段的折射率存在较大的差异, 闪光银色油漆样品的测量折射率为5.15, 而白色油漆样品的测量折射率仅为2.64。 在单层白色油漆样品厚度分布均匀的区域内测量50个点的膜厚, 以磁/涡流感应涂层测厚仪的测量数据为参考标准, 得到的厚度平均值为71.7 μm, 测量误差为3.5 μm。 对双层油漆样品进行二维扫描, 测得白色油漆和底漆的厚度分布分别是(233±13)和(130±11) μm。 同样, 通过黑色三层油漆样品和银色三层油漆样品的二维分布图, 分析了各层的漆膜厚度及其分布的均匀性。 结果表明, 太赫兹脉冲光谱法实现了1～3层漆膜的厚度测量及其分布均匀性评估, 该方法对金属油漆的厚度分辨力较高, 并且可通过非接触探测样品的太赫兹脉冲光谱, 获得多层油漆的各层厚度及厚度的二维分布信息, 易于实现喷涂质量的评估。

为进一步提高不同品质小麦分类模型的检测精度, 提出采用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS), 融合小麦样品的吸收光谱和折射率光谱信息, 对其品质进行检测识别。 以正常小麦、 发芽小麦、 霉变小麦和虫蚀小麦样品为研究对象, 获取样品THz波段光学参数, 在特征层选用AdaBoost(AdaBoost)分类器和支持向量机(SVM)方法, 建立了小麦品质多项光学指标的分类融合模型。 并将融合模型的识别结果进行比较, 结果表明融合模型对小麦样品的识别率达到95%。 最后, 为了验证融合模型的有效性, 将其与单光谱分析回归模型进行了对比, 表明融合模型比单光谱模型在小麦样品的识别率上有了较大的提高, 且SVM融合模型的识别率最高, 是一种最优的多源信息融合方法。

太赫兹波成像具有电离辐射小, 对有机物鉴别力高等多种技术优势, 因而非常适合应用于非接触式、 非破坏性成像检测。 然而这种成像手段易受到成像时电磁环境干扰和设备功率变化等问题的影响, 因而存在一些特定的干扰模式, 导致大部分的太赫兹脉冲扫描图像很难获得高清晰度的图像。 利用搭建的太赫兹连续波源透射光路成像系统实现了逐点扫描式太赫兹成像。 通过阈值灰度变换算法的改进优化, 对卡片、 树叶、 一元硬币和钥匙四种样品的太赫兹波图像进行了去噪, 然后基于拉普拉斯算子对图像进行锐化增强, 并用均方误差和峰值信噪比估计等对去噪效果进行评价。 去噪后太赫兹波扫描的部分样品峰值信噪比估计值提高可达4～5 dB, 图像质量得到明显改善。 研究证明所搭建的太赫兹成像系统具有一定的应用前景。

在高温、 长时的水热氛围中, 通过Sc3+的共掺杂, 制得了一类特殊的稀土掺杂氟化物微晶。 采用X射线衍射（XRD）、 扫描电子显微镜（SEM）、 能量色散X射线探测器（EDX）和元素分布像（element mapping）对其晶相和形貌进行表征。 结果表明, 无Sc3+共掺时, 样品为六方相NaGdF4基六角微米盘; 有Sc3+共掺时, 六方相NaGdF4基微晶与单斜相Na3ScF6基微晶共存于样品之中, 并且随着Sc3+掺杂浓度的升高, NaGdF4基微晶发生了显著的形貌演变。 值得一提的是, 实际进入基质晶格的Sc3+浓度远小于前驱物中Sc3+的浓度。 采用激光共聚焦显微技术测试了980nm激光激发下的单颗粒上转换光谱。 结果表明, 晶格内少量Sc3+的有效介入, 可诱导单个NaGdF4∶Yb3+,Er3+微晶内绿色荧光（2H11/2/4S3/2→4I15/2）对红色荧光（4F9/2→4I15/2）相对强度的显著调控, 且随着Sc3+掺杂浓度的增加逐渐升高。 结合建议的上转换机制, 对红色和绿色上转换荧光衰减曲线和对应发射带的积分强度对激发功率的依赖关系展开了详细分析。 上转换荧光衰减曲线的上升时间随着Sc3+掺杂浓度的升高逐渐缩短, 红绿发射带积分强度对激发功率的依赖也随着Sc3+掺杂浓度的升高变得更为明显, 暗示了半径最小的稀土离子Sc3+进入基质晶格后, 从Yb3+到Er3+能量转移速率显著提升, 使得绿光的2H11/2/4S3/2激发态较红光的4F9/2激发态更容易布居, 从而产生可观的上转换荧光调控。 此类微晶有望在荧光防伪、 光学波导等领域获得重要应用。

超声法制备碳量子点过程简单, 成本低廉, 不易产生二次污染, 应用前景广泛。 为优化超声法制备碳量子点的各工艺参数, 制备了关键工艺参数不同的碳量子点样品, 测试其发射与激发光谱, 分析了量子点浓度, 溶剂种类, 辅助剂种类、 浓度, 超声功率、 时间等参数对碳量子点发光性能影响。 结果表明超声法制备的碳量子点具有激发光波长依赖性, 发射峰位置随激发波长的变化而发生明显改变; 碳量子点浓度增加, 发光强度由于非辐射能量传递和团聚作用, 先增大后减小; 由于溶剂效应, 碳量子点在乙醇中比在水中发光强度更强, 波长更短, 且浓度越大时波峰移动越明显; 相比盐酸, 以NaOH为辅助剂制备的碳量子点表面钝化程度高, 发光强度强; 增加辅助剂NaOH浓度可提高量子点表面钝化程度, 增大发光强度; 同等时间下增加超声功率或同等功率下适量增加超声时间, 可制备更多的碳量子点样品, 但超声时间过长, 碳量子点容易发生团聚猝灭现象。 以上影响因素分析为超声法制备碳量子点的工艺参数优化提供了理论基础, 有利于碳量子点大规模低成本的生产应用。

采用高温固相反应法制备了xCe3+(x=0.01%, 0.05%, 0.10%和0.30%) 激活的Sr1-xAl2Si2O8近紫外荧光粉, 利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)检测出荧光粉的物相结构, 通过光致发光谱(PL)和激发光谱(PLE)表征了荧光粉的发光性质。 结果显示, 在中波紫外光激发下, 发射峰位于长波紫外区, 归属于Ce3+的5d→2F5/2和5d→2F7/2跃迁。 激发波长308 nm时, 观察到近紫外SrAl2Si2O8荧光粉的发光强度随Ce3+ 掺杂量增加而先增大后减小, 同时发射峰位置红移。 280和325 nm波长选择性激发条件下的差异性发射行为表明SrAl2Si2O8∶Ce3+具有两种性质不同的发光中心, 该结论由监测320和390 nm发射时获得的形状具有明显区别的激发光谱亦可得以验证。 离子半径的匹配性支持Ce3+优先取代Sr2+, 同时Van Uitert的经验公式估算结果推断出低浓度的Ce3+生成九配位的Ce(Ⅰ)发光中心, 高浓度掺杂情况下部分相互近邻的Ce3+有效配位数减小, 形成八配位的Ce(Ⅱ)发光中心。 紫外280 nm激发下峰位348 nm的发射谱带源于Ce(Ⅰ)和Ce(Ⅱ)发光中心共同贡献, 紫外325 nm激发下发射峰位于378 nm的发射带则主要对应于Ce(Ⅱ)发光中心。 紫外光激发下Ce3+发射出较强的近紫外光, 表明SrAl2Si2O8∶Ce3+是一种适用于研发紫外荧光光源的荧光粉体材料。

大气碳同位素在环境污染源汇示踪和地球化学发展等方面的应用越来越广泛, 在其探测技术方面, 激光吸收光谱技术具有体积小、 可在线、 灵敏度高等优点, 在气体同位素探测中越来越受到重视。 工作中研究了2.7 μm波段的分布式反馈激光器(distributed feedback laser, DFB)可调谐半导体激光器的性能, 在遵循12CO2和13CO2同位素分子吸收谱线特征和同位素分子谱线选择原则的基础上, 确定了合适的激光器输出波长。 结合光程390.3 m的新型多次反射池, 实现了大气中CO2分子的δ13C同位素丰度探测。

为了探究一种新型高效的树种鉴别方法, 以桉木、 杉木、 落叶松、 马尾松和樟子松近红外光谱数据为研究对象, 分别建立了基于主成分分析和支持向量机的木材树种定性识别模型。 在主成分识别模型中, 样本光谱数据经过预处理后绘制了其二维和三维主成分得分图, 可以看出: 主成分分析得分图能有效区分五种木材树种, 且三维得分图比二维得分图更能直观、 清晰展示树种之间的差异, 表明主成分分析在可视化层面上可对小样本树种进行有效判别。 在支持向量机识别模型中, 分别建立了以遗传算法和粒子群算法为代表的智能算法优化支持向量机树种识别模型, 结果显示, 遗传算法-支持向量机模型的交叉验证最佳判别准确率为95.71%, 测试集预测准确率为94.29%, 算法用时134.08 s; 粒子群算法-支持向量机模型的交叉验证最佳判别准确率为94.29%, 测试集预测准确率为100.00%, 算法用时19.98 s, 表明基于智能算法支持向量机树种识别模型能够实现对木材树种的有效鉴别。 该研究对近红外光谱分析技术在木材科学领域的应用进行了有益探索, 为木材树种的快速识别提供了新方法。

探讨了采用浸入式可见/近红外光谱技术对雨生红球藻叶绿素含量快速检测的可行性。 通过选择最优的预处理方法, 比较全波段偏最小二乘回归（PLS）建模和连续投影算法（SPA）提取特征波长后PLS建模的结果, 选出最优模型。 SPA-PLS模型对叶绿素a与叶绿素b含量预测效果均优于全波段PLS模型, 叶绿素a, b的RPD值分别达到2.946 1和1.902 3。 表明, 光谱在预处理后结合建模算法能够实现叶绿素a, b含量较好的预测, 叶绿素a的预测效果要好于叶绿素b。

PAiRFP1是一种以根癌农杆菌中细菌光敏色素Agp2为基础, 经过蛋白工程手段改造后获得的近红外荧光蛋白。 与其他近红外荧光蛋白不同, PAiRFP1具有光活化行为。 这一特性可以有效改善近红外荧光蛋白在体内的成像信噪比。 然而, 关于光活化行为的影响因素却研究甚少。 主要采用荧光光谱学手段研究了PAiRFP1蛋白浓度、 pH、 金属离子、 氧化还原环境对于PAiRFP1光活化行为的影响, 结果发现: (1) PAiRFP1的最大光活化效率与该近红外荧光蛋白的浓度不呈线性关系; (2) 随着pH从6.5升高至7.8和9.0, PAiRFP1的最大光活化效率从36.8%提高至52.0%和60.8%; (3) 金属离子K+, Na+, Ca2+的加入对于PAiRFP1的最大光活化效率没有显著影响; 类似现象在H2O2和DTT的处理的情况下也被观察到。 除了上述影响因素外, 还发现当PAiRFP1中276位的缬氨酸被突变为甘氨酸产生V276G突变体后, 蛋白的最大光活化效率从~50.0%下降至19.4%。 DTT处理后导致V276G突变体最大光活化效率从19.4%提高到了27.1%。 此外, 比较研究了各种影响因素对于光活化速率的影响。 以上结果为今后更好地将此类光激活的近红外蛋白应用于活体成像中提供了更好地理论指导和优化解决方案。

近红外光谱技术在遥感监测领域中应用广泛, 针对典型地面目标物遥感监测识别需要, 提出了光谱主成分分析（PCA）与模糊聚类结合的分类识别方法, 提高了识别算法效率及准确性。 以四类典型地面目标物作为研究对象, 分别测量其在1 100～2 500 nm范围内漫反射光谱, 首先对漫反射光谱进行主成分分析, 得到代表光谱特征的主成分分量, 然后将其作为模糊聚类分析模型输入参数, 计算样品主成分集合之间贴合度, 最后利用择近原则对样品进行匹配分类。 结果表明, 主成分分析可以有效提取光谱特征并且降低数据维度, 结合基于择近原则的模糊分类方法, 可有效提高算法准确性与效率, 为遥感光谱在地面目标物识别应用提供了有益的参考。

水的近红外吸收光谱受温度影响较大, 采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时, 温度的影响不能忽视。 特别对于葡萄糖这种弱吸收成分, 温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。 实验发现葡萄糖水溶液在30 ℃附近时, 温度每变化1摄氏度, 在1 160 nm处溶液的吸光度变异系数约0.344 7%, 这个变化约相当于500～600 mg·dL-1葡萄糖浓度引起的溶液吸光度变化量。 将近年来发展的几种化学计量学方法用于温度扰动下葡萄糖水溶液的光谱修正, 以提高葡萄糖测量精度, 具体包括广义最小二乘加权法(GLSW)和外部参数正交化方法(EPO)。 对不同温度的葡萄糖水溶液样品在900～1 350 nm的光谱进行采集, 测试了两种方法对温度变化后光谱的修正效果, 考察了修正后光谱的葡萄糖预测误差, 并与传统的考虑温度变量的多变量回归方法—偏最小二乘(PLS)回归法进行了比较。 结果表明, GLSW和EPO方法对不同温度下的溶液光谱有好的校正效果, 不同温度下溶液光谱的变异系数得到显著改善, 同时两种方法在模型复杂性、 温度修正效果等方面都优于传统方法。 研究可推广到其他水份含量较大的样品测试场合, 也对人体组织中的葡萄糖测量有借鉴价值。

水产品富含水分、 蛋白质、 不饱和脂肪酸与游离氨基酸等, 是消费者喜爱的食品之一。 然而, 其在贮藏过程中由于温度波动或操作不当等因素会引起品质下降, 引发一系列的食品安全问题。 近红外光谱技术是一种利用物质对光的吸收、 散射、 反射和透射等特性来确定其成分含量的检测技术。 该技术作为食品分析方法之一, 在食品领域中应用广泛, 可进行从气体到液体, 从匀浆到粉末, 从固体材料到生物组织等样品的快速精准与定性定量分析, 具有快速无损, 安全高效, 多组分同时测定等特点。 主要对常用无损检测技术的特点进行比较分析, 对近红外光谱技术的主要工作原理予以说明, 综述了该技术在水产品鲜度评价、 掺伪分析、 质量评估与货架期预测等方面的应用实例与最新研究进展, 目前存在的主要问题, 提出该技术应在进一步提升水产品检测精度的前提下, 通过与各类理化指标的相关性分析、 多种检测技术相融合等法来实现全面评价水产品品质的最终目标, 以使其在水产品快速检测过程中得到更加广泛的应用。Spectroscopy (NIRS) for Detection of Aquatic Products

通过木质素基因工程能够有效降低杨木细胞壁木质素含量, 从而改善人工林杨树作为木质纤维材料的利用现状。 选取C3H基因活性抑制表达的转基因杨树和其对照组杨树为实验材料, 利用傅里叶红外光谱（FTIR）技术快速表征C3H基因表达活性降低后幼龄杨木细胞壁木质素的含量, 并结合激光共聚焦显微镜（CLSM）和组织化学染色技术原位表征木质素含量微区分布变化规律。 结果表明转基因杨树与对照组杨树红外谱图的形状和特征峰数目、 位置基本一致, 表明C3H基因活性降低并未改变杨木细胞壁主要化学成分及结构, 但I1 508/I1 379, I1 508/I1 425和I1 508/I1 740木质素特征峰高度比值结果表明转基因杨木木质素含量下降了8.2%～9.5%, 峰强度的区别说明C3H基因活性抑制表达能够改变杨木细胞壁上木质素等化学组分含量; CLSM观察发现转基因杨木木质素微区分布含量均为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁, 与对照组木质素呈现相同的沉积规律, 且转基因杨木细胞壁木质素浓度低于对照组杨木; 组织化学染色的结果同样表明杨木S单体木质素均匀分布于纤维细胞壁上, 而G单体木质素微区沉积规律为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁, 进一步揭示了C3H基因活性的降低并没有改变转基因杨木G和S木质素单体的沉积规律, 但对其纤维和导管壁上木质素单体含量分布有一定影响。

有用信息提取是复杂体系近红外检测的重点和难点之一。 由于复杂体系光谱中存在各种噪声、 基线漂移、 谱带重叠及复杂背景的干扰, 常规方法不能准确地从光谱中获得有用信息。 为此, 将小波包变换（DWPT）和信息熵理论相结合——小波包熵（EWPIE）提取复杂体系光谱中的有用信息。 思路是采用小波包变换对光谱信号进行多频带分解, 根据有用信号与噪声的频带分布特点, 基于信息熵理论滤除干扰的频率分量, 采用正交校正法（OSC）剔除与被测组分无关的信息, 然后对处理后的频率分量进行重构, 从而实现复杂体系有用信息的准确提取。 通过对复杂体系光谱数据建立多元校正模型来验证该方法的效果。 采用牛奶的近红外光谱数据, 以牛奶中脂肪和蛋白质浓度为研究对象, 建立了偏最小二乘法（PLS）模型。 结果显示, 牛奶中脂肪和蛋白质的预测均方根误差（RMSEP）分别为0.132%和0.121%, 与单纯的DWPT和OSC相比, EWPIE能够有效地提取有用信息, 避免了无用信息的干扰, 明显提高了模型的预测精度, 对复杂体系的准确检测具有一定的理论意义和实际应用价值。

近红外光谱是一种快速、 无损的定量分析工具。 为了提高黄酒关键参数的检测水平, 采用近红外光谱法进行定量分析。 检测过程中, 由于受环境波动、 仪器老化、 原料变化等因素的影响, 基于旧样品所建的模型的精确度逐渐下降。 为保持模型的预测精度, 引入递归偏最小二乘(recursive partial least square, RPLS)对模型进行更新。 以往此方法多使用全谱信息扩充建模集并进行递归计算, 光谱的变量多, 且包含环境影响等干扰信息, 更新计算量大, 且精度的提升效果不明显。 考虑到黄酒生产过程中特征波段变化小的特性, 提出了一种基于特征波段的黄酒近红外光谱检测模型递归更新方法。 先采用相关系数法提取特征波段建立低维模型, 在采集到新样品理化值后, 再利用其特征波段光谱信息, 使用递归偏最小二乘对低维模型进行更新。 此方法被应用于黄酒总酸的近红外检测模型更新。 模型评价使用相关系数r, 预测标准偏差RMSEP和预测相对分析误差RPD三个指标。 结果表明: 采用本方法后, 模型稳定性显著优化, 计算效率有所提升, 模型预测效果良好, 三个评价指标分别达到0.965 7, 0.184 3和3.736 2, 较全谱PRLS时分别提高3%, 24%和31%, 在实际应用中有一定的参考价值。

胡杨叶片水分含量是评价胡杨健康状况的重要指标。 光谱检测法是一种常用的手段, 但在近红外光谱的测量过程中, 在一定程度上必然受到仪器噪声、 摆放形态差异和环境的干扰, 为避免噪声、 散射对近红外光谱的影响, 减少数据维数, 采用多元散射校正（MSC）算法对原始光谱数据进行预处理, 去除散射和基线漂移的影响, 增加了光谱数据的信噪比, 使有效光谱信息较为明显, 谱带特征得到加强, 有利于特征波长的选择。 为降低模型的复杂度, 防止过拟合现象, 减小共线性影响, 利用连续投影算法（SPA）进行特征变量选择, 并通过多元线性回归模型, 分析各个波长模拟的残差平方, 评价各个波长的贡献, 剔除贡献较小的波长, 最终获得用于建模的特征波长, 改善建模条件。 最后使用偏最小二乘回归算法建立胡杨叶片水分含量检测模型。 实验表明, 直接使用原始光谱, 利用SPA算法筛选变量个数为6个, 模型预测精度为90.144%, 相关系数r=0.674 24, RMSE=0.021 434, MSC处理后, 利用SPA算法选定最终变量数为5个, 预测精度为97.734%, 相关系数r=0.781 63, RMSE=0.016 776。 MSC和SPA算法有效的消除了散射噪声、 减小了共线性干扰, 模型的预测精度和相关性增加, 误差减小, 可用于胡杨叶片水分的快速无损检测, 而且对其他作物叶片水分检测也具有一定的借鉴意义。

随着畜禽肉和肉制品食用量的迅速增长, 人们对肉品质量提出了更高的要求; 对于肉制品, 消费者最为关心是肉品质量, 当前中国对肉品品质在线检测方面的研究和应用则相对较少, 尚无针对肉品品质在线无损检测开发的设备。 也没能真正投入到肉品的生产加工过程。 研究不同肉品脂肪的近红外快速检测模型。 并采用标准化学方法进行差异分析。 通过近红外技术对猪肉、 牛肉、 羊肉进行扫描, 采用国标法（索氏提取法）对鲜肉脂肪含量进行化学值的测定, 以PLS（偏最小二乘法）作为建模方法, 并通过不同的光谱预处理手段分别建立了猪牛羊肉的近红外光谱参数与样品的脂肪含量之间的对应关系模型。 结果表明, 对于猪肉来说, 选择4 260～6 014 cm-1波段+一阶导+Norris所建的模型效果最好, 其校正相关系数和预测相关系数分别为0.955 6和0.961 6; 对于牛肉来说, 选择5 226～7 343 cm-1波段+一阶导+S-G所建的模型效果最好, 其校正相关系数和预测相关系数分别为0.923 5和0.942 7; 对于羊肉来说, 选择5 207～7 362 cm-1波段+一阶导+Norris所建的模型效果最好, 其校正相关系数和预测相关系数分别为0.915 7和0.939 6; 对于鲜肉来说, 选选用波段为5 156～6 065 cm-1+二阶导+S-G所建模型效果最好, 其校正相关系数和预测相关系数分别为0.916 3和0.919 4。 以上所有模型的校正相关系数均大于0.91, 模型都具有较高的精密度, 符合不同肉制品在实际生产的需求, 具有分析速度快、 检测成本低、 分辨率高、 无损的优点。

对制备的三种消光材料真菌An0429孢子, 真菌Bb0919孢子以及真菌Cx0507孢子的红外波段消光性能进行了测试分析。 静态测试采用压片法得到三种生物材料的镜面反射光谱, 然后根据Krames-Kronig(K-K)关系对三种生物材料红外波段的复折射率进行了计算。 由Mie理论计算得到三种生物材料红外波段的静态质量消光系数, 并与几种无机非金属材料进行了对比。 搭建烟幕箱实验平台, 对三种生物材料3~5 μm波段动态质量消光系数进行了测试分析, 得到三种消光材料的动态质量消光系数分别为1.257, 1.065以及1.009 m2·g-1。 测试分析结果表明, 三种生物材料的红外波段消光性能优于常见的无机材料, 其生产周期短, 生产成本低, 生产过程无毒, 对环境友好等优点, 使得生物消光材料具有较好的应用前景。

表面增强拉曼散射（SERS）技术克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点, 可以获得常规拉曼光谱不易得到的分子结构信息, 成为分子甚至单一分子痕量检测的一个重要手段, 在生命科学、 分析化学等领域得到了广泛的应用。 SERS基底是SERS检测中的核心部件, 只有少量特殊处理的贵金属才具有较强SERS效应, 同时这些传统SERS基底一般都是一次性使用, 这给实际使用造成资源的浪费。 在简要介绍SERS光谱发展的基础上, 重点介绍了近期在可循环SERS基底的制备和应用作一述评, 并对可循环SERS基底的研究和发展做了展望。

基于氧化物半导体的光催化特性, 能够降解有机物分子, 使表面增强拉曼散射基底得以重复使用。 提出了银纳米颗粒有效修饰覆盖有石墨烯的二氧化钛纳米棒阵列(TiO2/石墨烯/Ag)复合结构作为表面增强拉曼散射基底, 并对其进行了实验研究。 利用水热法制备了二氧化钛纳米棒阵列; 采用湿法转移石墨烯和光照还原方法制备了TiO2/石墨烯/Ag复合结构。 用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子, 结果表明: 随着紫外光照沉积时间增加, 探针分子的拉曼信号先增强后减弱; 计算得到最大增强因子值约为2.6×106。 此外, 还对TiO2/石墨烯/Ag复合结构的紫外自清洁特性进行了初步实验, 结果表明, 紫外光照射20 min后, 其拉曼强度下降到42.3%, 具有一定的紫外清洁效果。

加入增敏剂AgNO3和NaCl, 在银纳米棒（AgNRs）表面吸附了较牢固的AgCl并形成高SERS活性的AgNR/AgCl溶胶基底, 维多利亚蓝B（VBB）分子探针在1 611 cm-1处有一较强的SERS峰。 用VBB做大肠杆菌(EC)的染色剂, 使染色的大肠杆菌具备VBB分子探针的SERS特性, 即VBB染色大肠杆菌也在1 611 cm-1处有一较强的SERS峰。 在最优条件下, 该SERS峰强与大肠杆菌浓度在5×106～3×109 cfu·mL-1 范围内成正比, 检出限为2×106 cfu·mL-1, 用于水样和饮料中大肠杆菌的分析, 具有简便、 快速、 灵敏等优点。

了解不同类型烃类的拉曼光谱特征有助于更好地利用拉曼光谱技术分析烃类包裹体。 主要统计和分析了环烷烃和不饱和烃的典型拉曼位移特征。 结果显示, 环戊烷和环己烷C—C键最强拉曼峰主要集中在1 440~1 460 cm-1之间, 而通过环戊烷和环己烷分别在890和785 cm-1的稳定特征峰可以进行区分。 环戊烷随着支链数的增加, 其C—C键最强拉曼峰的波数增大至1 460 cm-1。 含一个支链的五元环烷烃C—C键最强拉曼峰位于1 445 cm-1, 含两个支链的五元环烷烃C—C键最强拉曼峰为1 450 cm-1, 含三个及以上支链的五元环烷烃C—C键最强拉曼峰为1 460 cm-1。 环己烷随着支链数增加C—H键最强拉曼峰发生红移, C—C键最强拉曼峰主要分布在1 440~1 460 cm-1范围内。 含一个支链的环己烷最强拉曼峰组合特征明显, 分布在1 445 cm-1±, 1 034 cm-1±, 2 853 cm-1±和2 934 cm-1±, 含两个支链的环己烷C—C键分布在1 440~1 460 cm-1, C—H键的最强拉曼峰为2 926 cm-1±, 含三个支链的环己烷具有1 459 cm-1±和2 924 cm-1±的最强拉曼峰组合。 烯烃碳碳双键的特征峰为1 641 cm-1±。 炔烃特征峰在2 200 cm-1±, 而1 445 cm-1±, 2 908 cm-1±和2 933 cm-1±三个强峰可作为辅助识别标志。 这些特征可以用于识别烃类包裹体中的环烷烃和不饱和烃。

基于实验室自行搭建的拉曼光谱点扫描系统, 利用表面增强拉曼技术对橙味饮料中山梨酸钾的含量进行了定量快速检测研究。 通过与山梨酸钾标准品拉曼光谱及其水溶液表面增强拉曼光谱等比较分析, 确定了山梨酸钾1 648.4, 1 389.3和1 161.8 cm-1处的表面增强特征拉曼位移。 通过山梨酸钾橙味饮料平行样品的拉曼位移峰强重现性实验并计算其峰强的相对标准偏差证实了该表面增强拉曼方法具有较好的重复性。 采集了山梨酸钾浓度范围为1.706～0.180 7 g·kg-1的33个橙味饮料样品的表面增强拉曼光谱, 所有原始光谱经S-G 5点平滑及Baseline基线去除荧光背景预处理后分别用一元线性回归分析、 多元线性回归分析和偏最小二乘回归分析方法, 建立了山梨酸钾的定量预测模型。 经比较, 选取三个山梨酸钾拉曼特征位移1 161.8, 1 389.3和1 648.4 cm-1所建立的多元线性回归模型校正集的相关系数(R2C)和均方根误差(RMSEC)分别为0.983 7和0.051 7 g·kg-1, 验证集的相关系数(R2P)和均方根误差(RMSEP)分别为和0.969 9和0.052 8 g·kg-1, 比一元线性回归模型和偏最小二乘回归模型误差小、 精度高。 基于表面增强拉曼完全可以实现橙味饮料中山梨酸钾的定量快速预测, 为各类食品中山梨酸钾含量的快速监测奠定了技术基础。

叶片中类胡萝卜素是植被环境胁迫、 光合能力和植被发育阶段的指示器。 基于叶片的原位拉曼光谱响应特性对龙井43叶片的类胡萝卜素含量进行了研究, 建立了两者之间的定量模型。 本文共对315个龙井43叶片样本进行了拉曼光谱采集和分光光度检测。 为排除检测过程中受噪声、 基线漂移等因素的干扰, 运用和比较了五种光谱数据预处理方法提取原始拉曼光谱中与茶叶中类胡萝卜素含量有关的有效信息。 基于预处理后的数据建立了偏最小二乘（PLS）回归模型, 拉曼光谱与类胡萝卜素含量的建模集和预测集的相关系数（r）分别为0.817和0.786。 为进一步研究类胡萝卜素的拉曼光谱响应机理, 本文采用连续投影算法（SPA）优选了17个拉曼特征波数建立相应的特征波数模型, 模型的建模集和预测集的相关系数（r）分别为0.808和0.777。 根据已建立的模型, 探究了茶树四个不同叶位的叶片类胡萝卜素含量的变化。 发现茶树叶片随着叶龄的增加, 类胡萝卜素浓度呈先增后减的趋势。 以第2位叶的类胡萝卜素含量最高。 进一步验证了模型的可行性以及探索了将该模型应用于茶树叶片树龄和叶位探测的可能性。 采用拉曼光谱技术可以实现茶树叶片中类胡萝卜素含量的原位、 无损、 定量检测。

基于光学成像与光谱技术的无损检测是生物医学光学交叉领域研究的重要发展方向。 其中拉曼光谱技术可获得检测对象的生化成分的“指纹信息”, 被广泛应用于面向生物分子, 细胞以及生物组织的检测诊断研究。 甲状腺疾病尤其肿瘤的临床检测往往涉及多方法和技术手段的结合, 且存在一定的诊断难度, 因此发展新的检测技术方法具有重要的意义。 首先综述了拉曼光谱技术在甲状腺细胞系的单细胞拉曼光谱检测与分析, 然后介绍甲状腺病理组织和甲状腺正常组织的拉曼光谱鉴别诊断（特别介绍了本研究小组开展以银纳米粒子为增强基底的甲状腺离体组织SERS光谱研究情况）, 以及拉曼光谱技术在甲状腺激素等方面的研究概况。 最后简要探讨了拉曼光谱技术在该领域的研究应用前景和发展方向。

建立FOS-μSIA-LOV光谱在线过程分析, 实现自动化含量测定头孢拉定(RAD)。 通过程序编写, 元件智能控制, 优化实验条件, 考察了RAD中的辅料, 载液, 进样体积等因素。 优选条件为: 载液吸入体积为500 μL; RAD吸入体积为100 μL; 打出体积的流速为150 μL·s-1, RAD质量浓度c与ΔF的线性关系为ΔF=812.6c+284（0.05～0.5mg·mL-1, r=0.999 5）, RSD为4.4%, 回收率为101%～103%。 通过FOS-μSIA-LOV系统和设定特定检测程序, 实现自动化在线过程分析, 具有重现性好、 节约试剂、 省时省力的优点。

采用恒波长同步荧光光谱法检测分析8种燃料油、 7种中东原油、 14种非中东原油的荧光特征, 结合离散小波变换以及Fisher判别法建立海上溢油油种鉴别的模型。 29种油样风化前后均在波长(280±2), (302±2), (332±2)和(380±2) nm处有典型的荧光峰, 但在(380±2) nm处风化油样的荧光强度的离散度过大, 该波长不适于油种鉴别。 在db7小波基函数下对29种原始油样荧光谱图进行6层分解, 提取d3细节系数特征, 确定波长(255±2), (280±2), (302±2), (332±2)和(354±2) nm处的小波系数并用于Fisher判别模型建立。 29种油样在(280±2) nm处均有极值点, 燃料油小波系数位于44.06±5.62之间, 原油位于22.47±5.12之间, 此波长处的小波系数可区分燃料油与原油。 建立的Fisher判别模型不仅能区分燃料油和原油还能进一步区分中东原油, Wilks’s lambda分布所对应的P值分别为0和0.02, 表明模型是可行的。 模型验证结果显示, 对风化后的建模油样的鉴别正确率达到96.6%, 对非建模23种油样鉴别正确率达到95.7%。 由于建模油样风化前后的修正余弦相似度为0.91~0.98, 因而以未风化油样建立的油种鉴别模型同样适用于风化后油样的辨别。

研究药物和血液中载体蛋白的相互作用对阐明药物在体内的转运、 分布、 代谢和药效等具有重要意义。 运用稳态荧光、 紫外-可见吸收光谱、 动力学瞬态发射光谱和循环伏安法研究了抗艾滋病(HIV)药物司他夫定(stavudine, D4T)对人血清白蛋白(HSA)、 牛血清白蛋白(BSA)和血红蛋白(Hb)三种血液蛋白的荧光猝灭机制, 均为静态猝灭; 得出不同温度(300 K, 310 K, 320 K)下D4T和载体的结合常数Ka(Ka的大小顺序为Hb＞HSA＞BSA)和结合位点数n(n均为1); 分析二者结合过程的热力参数ΔH, ΔS和ΔG, 三种血液蛋白均为ΔG＞0, ΔH＞0, 说明D4T和载体的结合是一种自发的放热过程, 同时由ΔH＜0, ΔS＜0, 推测出D4T与HSA, BSA和Hb之间的结合力都为氢键和范德华力; 根据Frster非辐射能量转移理论(FRET)分析了供体(蛋白)和受体(D4T)之间发生能量转移的可能性并计算了结合距离R0和r, 其中r＜7 nm且0.5Ｒ０＜ｒ＜1.5Ｒ０, 表明从HSA, BSA和Hb到D4T之间发生能量转移的可能性很大。 同时利用同步荧光, 三维荧光和圆二色谱法得出, D4T与载体结合时对载体(HSA, BSA和Hb)的二级结构无影响, 且三级构象变化不大。 通过本文实验可知, HSA, BSA和Hb三种血液蛋白均可作为运输D4T到靶位置的良好载体蛋白, 这些结果为更深入研究D4T药物分子设计和抗HIV作用的应用提供有利的实验依据。

大气校正已广泛应用于区域生态植被的动态监测, 但是不同校正方法和模型对遥感影像光谱和森林碳储量估算结果的影响不得而知, 同时这种差异在多时相遥感监测与应用时经常被忽略。 以多期Landsat影像为数据源, 借助植被指数MNDVI和野外实地调查的马尾松林样方数据, 进行马尾松林碳储量反演。 然后采用几种常用的大气校正算法: 6S, FLAASH(fast line-sight atmospheric), IACM(illumination and atmospheric)和QUAC(quick atmospheric correction), 并结合地面同步实测的光谱数据, 以评估其对马尾松冠层光谱曲线、 植被指数以及林分碳储量估算的影响; 同时从遥感动态监测角度出发, 分析了相对大气校正（pseudo-invariant feature, PIF）对多时相影像植被指数与碳储量反演结果的校正效果。 结果表明, 经大气校正后的影像波段反射率与实测光谱结果较为接近, 其中近红外和短波红外波段光谱反射率明显上升, 同时可见光波段减弱, NDVI(normalized difference vegetation index)增加明显。 不同大气校正模型对研究区马尾松林碳储量的遥感反演结果影响较大, 其中IACM与6S模型分别具有较高的精度和较低的误差。 此外, 经过PIF校正后不同时相影像的NDVI相对偏差降低了85.16%, 同时马尾松林碳储量反演模型精度得到明显提升, 表明辐射归一化处理对于多时相遥感影像的应用十分必要。 研究发现ICAM与PIF的大气校正模型组合可较好纠正大气效应, 适用于多时相遥感数据的森林碳储量反演与监测研究。

吸附法处理含铅废水因其经济性备受关注。 开发可回收的专一性Pb(Ⅱ)吸附材料是高效处理含铅废水和实现铅回收的关键。 结合氧化石墨烯(GO)的强吸附性、 Fe3O4的磁性和表面印迹技术, 以氧化石墨烯负载四氧化三铁(Fe3O4/GO)为载体, 硝酸铅为模板离子, 甲基丙烯酸(MAA)及水杨醛肟(SALO)为功能单体, 乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂制备了磁性Pb(Ⅱ)表面印迹材料（Fe3O4/GO-IIP）, 并探讨其重复利用性和对Pb(Ⅱ)的专一性吸附性。 结合XRD, SEM, FTIR等谱学方法, 对Fe3O4/GO-IIP进行表征, 并分析其对Pb(Ⅱ)的吸附机理。 以Fe3O4/GO-IIP作为吸附剂选择性去除水溶液中的Pb(Ⅱ), 结果表明, Fe3O4/GO-IIP对Pb(Ⅱ)具有很好的亲和性, 反应在5 min内, 对初始浓度10 mg·L-1 的Pb(NO3)2的去除率达到70%, 反应在20 min左右达到吸附平衡。 准二级吸附动力学和Langmuir吸附等温线能较好的表达其吸附过程。 TEM和SEM图谱证明了Fe3O4均匀地分散在GO表面, 粒径为10~20 nm, Fe3O4/GO-IIP表面存在Pb(Ⅱ)印迹孔穴, 增强其对Pb(Ⅱ)的选择吸附性; 在竞争离子［Cd(Ⅱ), Zn(Ⅱ), Cu(Ⅱ)］存在条件下, Fe3O4/GO-IIP对目标污染物Pb(Ⅱ)的选择性系数比非印迹吸附材料(NIP)提高2～5倍; XRD和FTIR谱图分别从晶相结构和官能团证明了Fe3O4/GO-IIP的成功合成。 对制备材料进行磁分离后洗脱再利用, 结果表明Fe3O4/GO-IIP具有良好的重复利用性。 该结果对于含铅废水处理和铅回收具有重要的意义。

硬水铝石（α-AlOOH）是铝土矿的主要组成矿物之一, 常用于工业提炼铝以及制作耐火材料。 近年来, 一种具有变色效应的硬水铝石晶体开始在市场中出现。 采用X射线荧光能谱仪、 红外光谱仪、 拉曼光谱仪、 紫外可见近红外分光光度计以及测量颜色参数等方法获得了变色硬水铝石和无变色效应硬水铝石的光谱学特征, 并探讨了其变色效应的成因。 变色硬水铝石在日光下常呈黄绿色而在白炽灯下呈褐红色, 其红外光谱与拉曼光谱与普通硬水铝石的特征峰较为一致, 其中红外光谱中的特征峰主要集中在400~1 200, 1 800~2 110和2 900~3 000 cm-1三个范围内, 拉曼特征峰则主要位于154, 331, 448, 665和1 189 cm-1附近。 对比化学成分分析和紫外可见吸收光谱的测试结果, 认为Fe3+和Cr3+的d—d电子跃迁导致变色硬水铝石在可见光绿-黄绿色光区（500~560 nm）和橙黄-红色光区（600~780 nm）的透射程度较为接近, 环境光源中红光和绿光相对功率分布的差异使硬水铝石产生变色效应。 对变色硬水铝石在模拟日光和白炽灯光条件下的颜色参数进行了测定, 结果显示不同光源下样品颜色参数a*和h0的变化, 可定量地描述变色硬水铝石的变色效应。 为硬水铝石的应用拓展、 性能改善以及氢氧化物材料光学性质的深入探讨提供了科学依据和数据支持。

血液及血液制品是一种特殊的商品, 在流通过程中需要严加管控。 传统的方法通常为应用特征抗体检测人血红蛋白, 或应用液相色谱(HPLC)、 质谱(MS)等方法对血液物种进行鉴别, 鉴别过程中外界环境和血液样本会发生接触。 为了防止血液样本和外界环境相互污染, 因此需要发展非接触式的血液物种鉴别技术。 设计了一种基于吸收光谱的血液物种鉴别方法。 实验测试了人与牛全血样本共24份, 每种样本各10份, 另有4份标记为未知样本。 装有血液样本的PET管置于积分球内, 使用超连续谱光源对积分球进行照射, 测量420～740 nm范围内匀光后的吸收光谱, 每个样品测试5次取平均。 实验测试了使用主成分分析法对测得的原始光谱数据进行降维。 并对降维后的数据应用二维正态分布进行拟合。 通过样本在置信空间内的概率分布或到已知分类中心的距离对未知样本的物种进行鉴别。 可以得出结论, 应用PCA和二维正态分布拟合的方法, 能够较为精确地实现对全血的可见吸收光谱物种鉴别。

通过水热法合成了两个新型的钨氧簇化合物, {(H2Biim)2}［SiW12O40］·8H2O (1)和{Ni2(Biim)5}［SiW12O40］·4H2O (2)。 两个化合物均以经典Keggin结构簇阴离子为构筑模块形成, 化合物1属于四方晶系, 抗衡阳离子是双质子化的(H2Biim)2+, 化合物2属于单斜晶系, 以双核的［Ni2(Biim)5］4+配合物作为抗衡阳离子, 且其中心金属离子为五配位模式。 利用X射线粉末衍射、 红外光谱、 热微扰下的二维红外相关光谱和固体紫外可见漫反射光谱等方法对化合物进行研究, 探讨化合物结构与性能的关系。 红外光谱表明, 在1 050～700 cm-1, 化合物出现了典型的Keggin簇阴离子骨架吸收峰, 二维红外相关光谱进一步显示该簇阴离子骨架对热响应很敏感; 固体紫外可见漫反射光谱表明, 两个化合物分别在254和251 nm处出现了Oμ→W的LMCT跃迁。

应用光谱方法测量生物组织成分时, 信号的拾取一般有两种方法: 透射法和反射法。 其中, 根据光纤测头与生物组织接触与否, 反射法分为接触和非接触两种形式。 接触测量时, 只有携带了组织信息的深层反射光进入测头, 但接触测量中压力、 温度等变化会导致测量条件的变化, 进而影响光谱数据的稳定性; 非接触测量时, 虽然克服了接触压力、 测头温度等对测量的干扰, 却会导致不携带光与组织相互作用信息的表面反射光进入测头, 由于表面反射光强度高且集中, 将会影响检测器的动态范围。 因此非接触测量的最大问题是如何有效地消除生物组织表面反射光的影响。 针对非接触测量中生物组织表面反射光的消除方法进行了系统研究, 对课题组之前提出的正交偏振法进行了理论和实验分析。 首先, 以不同被测物为对象, 研究了表面反射光的偏振态, 结果表明表面反射光的偏振度与表面粗糙度密切相关, 表面粗糙程度越小, 偏振度越高, 由此推断出, 经表面光滑的Intralipid溶液反射后的表面反射光具有保偏特性; 然后, 以Intralipid-20%溶液为被测对象, 对正交偏振法消除表面反射光的效果进行了研究, 实验结果显示正交偏振法可以消除97%以上的表面反射光; 最后, 比较分析单波长下不同源探距离处的接触和非接触式光谱测量曲线, 二者高度重合, 这一现象进一步说明了正交偏振法消除表面反射光的有效性。 该研究通过评价正交偏振法消除组织表面反射光的能力, 旨在消除接触式漫反射光谱检测中测量条件变化对测量的影响, 以期推动近红外无创光谱检测技术的进一步发展。

水分含量影响干贝的口感、 质地等品质特征, 而且与其贮存期密切相关。 应用高光谱成像与检测技术结合化学计量学方法, 实现干贝水分含量的快速检测。 实验采用高光谱成像系统采集380～1　030 nm波段范围内的高光谱图像, 采集得到6个不同干燥时期共90个干贝样本高光谱图像。 提取所有样本感兴趣区域的平均光谱数据, 采用连续投影算法(SPA)和权重回归系数法(Bw)分别提取了7个和4个特征波长。 基于所提取的特征波长和全波长分别建立光谱数据与水分含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型, 三种模型分别是SPA-PLSR, Bw-PLSR和PLSR。 建模集和预测集相关系数都高于0.95, 预测均方根误差都低于10%, 三种模型均获得了较好的预测效果, 都能很好地预测干贝的水分含量。 在所有模型中, SPA-PLSR模型具有较少的波长变量和较高的预测能力(97.28%), 因此本文基于SPA-PLSR模型, 采用伪彩色图像编程技术实现了干贝图像上每个像素点的水分含量的可视化预测。 结果表明, 高光谱成像技术结合特征波长提取算法可用于干贝水分含量分布的可视化检测。

采用荧光光谱法和紫外-可见吸收光谱法研究了不同温度下富勒醇与血清白蛋白的相互作用机理, 研究结果表明, 富勒醇对人和牛血清白蛋白的内源荧光有明显的猝灭作用, 猝灭过程均为静态猝灭, 并测定和计算得到不同温度下富勒醇与血清白蛋白反应的结合常数（KHSA273 K1.546×104, KHSA293 K1.513×104; KBSA273 K13.920×104, KBSA293 K939.500×104）、 结合位点数（nHSA293 K0.952 2; nBSA293 K1.376 2）。 通过结合反应的热力学数据分析, 推测出富勒醇与血清白蛋白之间主要靠疏水作用结合; 富勒醇与BSA结合强度明显大于富勒醇与HSA的结合强度, BSA的结合常数受温度影响更大; 人和牛血清白蛋白在273和293 K的结合位点数在0.901→1.376之间, BSA与富勒醇结合位点数略大于HAS。 同时采用分子模拟对接方法, 预测富勒醇对牛血清白蛋白的结合部位和作用方式; 通过AlignX序列分析法得到BSA与HSA的氨基酸序列相似度较高, 在序列160和185附近氨基酸序列差异性较大, 推测这是影响两种蛋白质之间与富勒醇作用方式的关键位点。

随着近地高光谱遥感技术的发展, 为快速、 有效、 非破坏性地获取土壤有机质（SOM）信息提供了可能。 土壤高光谱波段数据众多, 光谱数据变量之间存在较为严重的多重共线性, 影响模型复杂结构, 而构建归一化光谱指数（NDSI）可以有效去除冗余信息变量, 放大光谱特征信息。 以江汉平原公安县为研究区, 采集56份耕层土样, 在室内获取土壤光谱数据, 采用“重铬酸钾-外加热法”测定SOM含量, 对实测土壤光谱数据（Raw）进行倒数之对数（LR）、 一阶微分（FDR）和连续统去除（CR）三种变换, 计算四种变换的NDSI数值, 分析SOM与NDSI的二维相关性, 并对一维、 二维相关系数进行全波段范围内的p=0.001水平上显著性检验, 提取敏感波段和敏感光谱指数, 结合偏最小二乘回归（PLSR）建立SOM的估算模型, 探讨二维光谱指数用于建模的可行性。 研究表明, 二维相关系数相比一维相关系数有不同程度的提升, 以LR最为显著, 相关系数数值提升约0.26; 基于二维相关性分析提取的敏感光谱指数的PLSR建模效果整体优于一维相关性分析提取的敏感波段, 其中, NDSILR-PLSR模型的稳健性最优, 验证集R2为0.82, 模型验证RPD值为2.46, 模型稳定可靠, 可以满足SOM的精确监测需要, 适合推广到区域范围内低分辨率的航空航天遥感（如ASTER, Landsat TM等）, 应用潜力较大。

山区大规模的铁路建设产生了大量的岩石边坡, 前期研究表明边坡创面人工土壤受Pb污染, 且有中等程度的富集。 土壤类型、 植被搭配类型是影响Pb迁移特性的重要因素, 而目前却未见人工土壤及植被搭配类型对Pb迁移特性影响的相关报道。 该研究以铁路岩石边坡创面人工土壤为对象, 利用原子吸收分光光度法、 红外光谱法分析了人工土壤对Pb的吸附-解吸特性及机制; 运用野外人工模拟降雨实验, 进一步考察在暴雨径流作用下, Pb在不同植被搭配类型的边坡人工土壤中的迁移过程。 结果表明人工土壤对Pb的吸附量随着溶液平衡浓度的增加而急速增加, 等温曲线呈“S”型, Freundlich方程能较好地描述人工土壤对Pb的吸附行为, R2为0.91。 二次幂函数方程能较好描述NH4AC对铅的解吸过程, R2为0.96。 人工土壤有高岭石红外光谱特征吸收峰, 属于高岭石型图谱。 高岭石表面—OH、 腐殖质表面—OH和—COOH参与吸附作用, 置换出H+。 人工土壤易将交通运输产生的Pb固定, 但又容易再次释放。 不同植被搭配类型边坡Pb流失量表现为草本＞草本+灌木＞草本+灌木+乔木。 暴雨径流作用下Pb随沉积物相流失是边坡创面人工土壤Pb流失的主体, 边坡土壤的侵蚀是导致Pb迁移扩散的主要原因, 因此促进边坡植被的恢复, 减小边坡人工土壤的侵蚀作用是防止Pb迁移扩散的关键。

高光谱遥感被越来越多的应用于确定混合像元的地物组分和比例。 将不同面积比例的植被-土壤混合像元作为研究对象, 使用偏振装置和 ASD FieldSpec3 光谱仪得到植被—土壤组成的混合像元的偏振反射光谱曲线, 计算得到八种植被指数值, 讨论不同面积比例, 不同偏振角度下植被-土壤混合像元的高光谱偏振特性。 研究发现, 随着叶片占混合像元面积比例的增大, 植被-土壤光谱曲线越来越明显地表现出植被光谱“五谷四峰”的特性, 且峰值与谷底的位置与植被光谱基本相同。 偏振角越大, 混合像元的光谱偏振反射比越大; 混合像元条件下, 植被所占混合像元的面积比例越大, 光谱受偏振角的影响越大。 各植被指数与混合像元中植被面积大小呈线性关系, 其中植被衰减指数和改进红边归一化植被指数的相关系数最大, 可以达到98%左右, 适合用于建立植被指数与植被占混合像元面积比例之间的相关模型。 在植被面积发生变化时, 改进红边比值植被指数的灵敏性更好。 在利用光谱吸收特征参数进行植被指数估算时, 发现吸收谷深度与光化学植被指数的二次函数模型拟合度最强, 决定系数R2为0.963 3; 光谱吸收指数与光化学植被指数的二次函数模型拟合度最强, 决定系数R2为0.960 5。

光谱学分析技术因具有快速、 实时、 无损等优势, 被广泛用于土壤养分检测等各个领域, 也是现代农业检测控制中广泛应用的一种有效方法。 实验采集不同养分含量的土壤样本, 分别获取中红外衰减全反射（ATR）和漫反射（DRIFT）光谱数据。 通过不同的光谱预处理算法结合偏最小二乘法（PLS）建立土壤中全碳、 全氮、 碱解氮的定量分析模型, 对土壤养分的ATR和DRIFT光谱分别进行独立模型和叠加模型的分析。 并以土壤养分中的全碳和全氮为例, 发现经过标准正态变量变换处理的两种光谱建立的PLS模型相关系数均有所提高。 全碳的两种光谱模型校正集的R2分别提高至0.826和0.919, 而全氮两种模型校正集R2分别提高至0.841和0.928。 我们进一步对全碳、 全氮各自叠加后的光谱进行分析, 模型的R2分别提高至0.942和0.951。 用同样的方法分析土壤中的碱解氮, 联用两光谱后的R2提高至0.919。 研究结果表明, 两种光谱的联合使用, 为提高模型的相关系数和预测能力提供了一种合理有效的方法。

在测定土壤养分中, 可见-近红外光谱技术具有很大的应用空间。 该研究探讨了基于可见-近红外光谱（250～950 nm）离线、 快速测定土壤总氮（TN）、 总磷（TP）、 总钾（TK）、 总碳（TC）等土壤养分的方法及应用。 采集青岛三个不同地区土壤样品（异质性较高的山地土壤与河畔土壤）各60份, 总计180份, 并测定其TN, TP, TK, TC含量及其可见-近红外反射光谱, 利用Kennard-Stone法按2∶1比例划分校正集和检验集, 采用遗传算法分别提取TN, TP, TK, TC特征波长, 以偏最小二乘法建立定量分析模型。 TN, TP, TK, TC含量所建光谱模型的相关系数分别为0.970, 0.964, 0.680和0.967, 检验集的相关系数分别为0.980, 0.937, 0.717和0.972, 检验集的RPD值分别为4.570, 2.424, 1.411和4.135。 结果表明, 该方法能够对土壤TN, TP, TC含量进行精确预测, 对土壤TK含量进行粗略预测。 该研究主要依靠可见光波段, 较好的预测了异质性较高的土壤的氮磷钾等养分含量, 有望降低未来土壤养分速测的成本。 此外, 该研究还提供了青岛土壤养分的光谱库, 为我国土壤大数据库的建立提供技术支撑。

利用高光谱成像技术结合化学计量学方法对油菜中的杂草进行分类识别。 采用近红外高光谱技术, 通过正态变量变换（SNV）、 去趋势化（De-trending）、 多元散射校正（MSC）、 移动平均平滑法（MA）、 多项式卷积平滑法（SG）、 基线校正（baseline）及归一化（normalize）算法对光谱数据进行预处理, 采用主成分载荷（PCA loadings）、 载荷系数法（x-LW）、 回归系数法（RC）、 连续投影算法(SPA)分别进行特征波长提取, 采用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、 极限学习机（ELM）和支持向量机（SVM）建立分类模型。 结果表明, 基于De-trending 预处理, 通过PCA loadings, x-loading weights及SPA特征波长提取方法, 基于极限学习机ELM算法建立的模型取得了最优的分类效果, 建模集和预测集的分类精度均达到100%, 另引入平均分类精度的指标, 发现不同试验时间下, 模型分类精度变化不大, 表明应用近红外高光谱成像技术对油菜和杂草进行分类是可行的。

从分析对植被覆盖度（FVC）敏感的光谱特性入手, 使用Avafield-3光谱仪（测量范围300～2 500 nm）, 利用人工草坪控制植被覆盖度的方式研究混合光谱与植被覆盖度的关系, 通过实验发现红边区间（680～760 nm）对植被覆盖度最为敏感, 而红边区间光谱的一阶导数与植被覆盖度的相关性最高(>0.98), 且有较强的稳定性, 因此选择红边斜率k作为估算植被盖度的参数。 参考混合光谱分解法反演植被覆盖度的经典模型——即以NDVI(normalized difference vegetation index)为参数的植被覆盖度反演模型, 以红边斜率代替NDVI构建了2个反演植被覆盖度FVC的新的红边斜率模型, 该模型是对经典模型的进一步改进。 为验证模型精度, 以研究区内无人机(UVA)的高光谱数据和研究区实际测量的植被覆盖度数据进行验证: 对高光谱数据计算每个像元680～760 nm之间的斜率, 利用PPI(pixel purity index)提取纯像元, 计算纯植被像元光谱斜率的最大值和纯土壤像元光谱斜率最小值, 利用新的红边斜率FVC模型求取植被覆盖度; 实测数据采用照相方法, 经过几何校正、 监督分类后统计植被覆盖度, 结果表明: 通过实测数据与无人机高光谱数据获取的植被覆盖数据进行验证, 新构建的基于红边斜率的两个植被覆盖度模型的精度（R2分别达0.893 3和0.892 7）都略高于以NDVI为参数的模型（R2分别达0.839 9和0.829 9）。 提出使用红边斜率计算植被覆盖度的模型, 具有较明确的生物物理意义, 具有较高的应用潜力和推广价值。

在小体积（< 50 μL）液体取样时, 容易产生较大的取样误差, 为了降低分析结果的不确定度, 常常用质量定量法代替体积定量法。 传统标准加入法以样品体积定量, 不能用于以样品质量定量的场合。 为此, 我们提出了一种变形标准加入法, 以便用于以样品质量定量的场合。 以ICP-OES法测定复杂溶液体系中低含量及微量元素Hg, Mo和Rh为例, 对变形标准加入法进行了介绍。 标准加入法的目的是为了校正溶液基体效应, 而溶液基体效应包括两种不同类型的干扰: “恒定干扰”和“比例干扰”。 变形标准加入法只能校正溶液基体效应中的“比例干扰”, “比例干扰”的大小可以用一个定量指标k表示: 当k=1时, 表示不存在“比例干扰”的影响; k偏离1越远, 则“比例干扰”的影响越大。 至于“恒定干扰”的影响, 则可以利用仪器自身的背景校正方法予以降低或消除。 变形标准加入法测定结果不确定度主要来自于背景校正, 与所选分析线的信背比密切相关。 信背比越低, 背景校正的不确定度越高, 因此实际分析中应尽可能选择具有较高信背比的分析线, 否则, 即使事先经过了背景校正, 最终的分析结果也可能包含很大的误差。

光谱学传感技术测量水体COD是现代环境监测发展的趋势, 相比于传统的化学分析方法具有在线连续检测的突出优势, 适合对环境水体COD的实时监测。 采集实际水样, 利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)获取水样的光谱数据。 通过不同的光谱预处理方法结合偏最小二乘法建立水样的COD定量预测模型, 对水体COD的LIBS光谱测量方法的定量预测及相关模型参数进行分析。 发现用基线校正叠加S-G求导预处理后的光谱建立的PLS模型得到最佳预测效果, 校正集集R2为0.9958, 预测集R2为0.975 3, RMSEC为4.438 7, RMSEP为9.733 9。 通过实验结果分析表明光谱传感技术可用于环境实际水体COD的定量预测分析, 为开发便携式水体检测设备奠定了理论基础。

为验证激光诱导击穿光谱（LIBS）对江西省环鄱阳湖水田污染区稻谷中铬元素的分析可行性, 本试验以在该区收集的稻壳、 糙米和白米作为研究对象, 分别对所有样品进行LIBS测试, 并利用火焰原子吸收法（AAS）对铬元素进行真实浓度检测。 LIBS图谱显示稻壳中明显地检测到了铬元素的特征谱线, 而糙米和白米则检测不到。 AAS结果显示稻壳中Cr浓度远高于糙米, 而白米中Cr未超标, 同时, 稻壳与糙米Cr浓度比率具有一定的梯度关系。 结果说明, Cr在稻壳中的富集量高于糙米和白米, 利用LIBS技术对稻壳中Cr进行检测具有一定的可行性, 最终有望实现通过采集稻壳LIBS光谱信号, 预测出糙米中重金属元素的分布规律, 进而采用类似的方法获取大米中重金属元素含量。

随着科学技术日新月异的发展, 红外测量技术在遥感、 辐射测温、 红外隐身、 农业、 医疗等领域都展现出了重要的应用前景。 在花样众多的辐射测量中, 材料的发射率是重要的参数之一。 为满足材料发射率数据的需求, 根据一套自主研制的光谱发射率测量装置对A3铁、 304钢以及201钢在不同温度下的光谱发射率进行了精确的测量, 并对影响发射率的几个因素做了深入的探究。 结果显示: 这三种钢材的发射率随温度升高而变大, 同等温度下A3铁的发射率要高于304钢和201钢, 且材料中的铬含量会降低材料的发射率值。 采用XRD分析了三种材料表面氧化后的成分, 并探讨了表面成分变化对发射率的影响。 结果表明: A3铁氧化后生成不稳定的四氧化三铁Fe3O4和氧化亚铁FeO, 各种成分的相互转变会导致光谱发射率发生较大的变化, 而304钢和201钢表面氧化后主要生成氧化铬, 因而光谱发射率也相对比较稳定。 另外使用辐射光叠加原理和Christiansen效应成功解释了三种材料的发射率在大约10 μm处出现极大值的现象。 该研究极大地丰富了三种材料的光谱发射率数据, 为辐射测量技术在三种材料中的应用提供了强有力的数据支撑。

传统的废旧塑料处理主要采用焚烧掩埋的方式, 不仅污染环境, 还造成了资源浪费, 废旧塑料回收对于推行循环经济、 促进可持续发展具有重要意义。 传统的塑料分类装置存在精度较低, 成本较高, 分类结果易受样品颜色影响及对操作人员身体健康造成威胁的缺点。 激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有多元素同时分析、 无需样品预处理, 检测速度快, 对样品损害小, 不受塑料颜色影响等优点。 将其与基于化学计量学的样品分类方法相结合, 应用到塑料样品检测领域, 有利于提升塑料分类精度。 但是, 现有分类方法需要更改参数多、 所构建模型普适性差。 通过自主搭建的LIBS实验平台, 研究激光器能量、 延时时间、 积分时间和光谱信号接收角度对光谱信号强度的影响, 获取最佳的实验条件。 并通过该平台分析11种塑料的2200个样品点, 选用偏最小二乘算法（PLS）对谱图数据进行建模分析, 研究最优的训练集和验证集比例及最佳的主成分数的选取方法, 实现样品类别与样品数据的最大相关性, 达到克服背景干扰、 提高分类精度的目的。 实验结果表明, 不替换干扰谱图时, 验证集样品的分类精度为99.80%, 测试集样品的分类精度为99.09%; 替换掉干扰谱图后, 验证集和测试集的样品分类精度均达到100%, 且分类时间减少。 由此可见, 激光诱导击穿光谱与偏最小二乘方法结合可以成功的用于塑料样品分类。

硝酸-高氯酸(4∶1, V/V)混合酸消解样品。 双硫腙为络合剂, 乙醇为分散剂, 四氯化碳为萃取剂, 建立了分散液液微萃取-原子荧光光度法测定大米中的汞的方法。 优化了原子荧光光度计工作参数和分散液液微萃取的最佳络合酸度、 络合剂用量、 萃取剂种类及用量等条件。 实验表明, 在最佳条件下, 方法的线性范围为0.005～25 μg·L-1, 相关系数为0.996 6, 检出限为0.003 μg·L-1, 相对标准偏差为3.84%, 加标回收率为90%～120%。 该方法灵敏度高, 分析速度快, 准确性高, 能有效检测大米中的痕量汞。

采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS), 对枞阳境内出土西周至战国时期青铜器和汤家墩遗址出土炼渣中的铜颗粒进行微量元素原位无损分析, 以探讨枞阳县境内出土青铜器的铜矿来源。 结果表明, 枞阳汤家墩遗址冶炼铜金属颗粒中的Co, As, Sb, Ag和Bi等元素含量较高, 其微量元素特征不同于铜陵和铜绿山的冶炼金属铜; 从西周至战国时期, 枞阳青铜器所用铜矿来源比较稳定, 主要来自汤家墩遗址周边的枞阳县境内, 有少量器物的铜矿可能来自长江以南的铜陵地区; LA-ICP-MS可用于青铜器和古铜矿冶遗址炼渣中所夹杂铜颗粒的微量元素原位无损分析, 从而为利用炼渣探讨古矿冶遗址冶炼金属产品的微量元素特征奠定了基础, 对探讨三代青铜器的矿料来源研究具有重要的应用价值。

为了降低紫外高分辨率罗兰光栅的像散对光谱像高展宽的影响, 提出了在罗兰圆上使用球面波非对称曝光设计思路。 推导完全校正离焦和子午彗差的表达式, 讨论了多种罗兰光栅记录结构的局限性, 优选适合校正紫外高分辨率罗兰光栅的优化方法。 通过全息光栅像面展宽表达式, 指出像散和弧矢彗差是影响光谱像高的主要因素, 并分配了两者的优化权重。 利用这种优化思路, 设计了工作波段110～200 nm紫外高分辨率罗兰光栅, 同时对比分析了传统光栅的像差系数和像高变化规律、 像面结构和光谱分辨率。 结果表明, 和传统罗兰光栅分辨率处于同一数量级的情况下, 所设计光栅光谱像高由25 mm降低到1.5 mm, 谱面能量集中度有显著的提高。

提出了单层石墨烯包裹双锥形微纳光纤复合波导结构, 构建了730～1 700 nm超宽带微纳光纤波导全光调制器。 通过火焰拉锥法将一根标准的通信单模光纤拉成具有双锥形的微纳光纤, 在保证通光率的前提下可以极大的提升微纳光纤处的倏逝波与物质的相互作用。 利用石墨烯的“超级特征”, 即单原子层厚度、 线性色散的能带结构、 超强的载流子带间跃迁及极短的弛豫时间和超宽带光与物质相互作用等, 将单层石墨烯作为可饱和吸收体, 包裹在双锥形微纳光纤波导的锥体上, 以增强该复合波导表面倏逝波与石墨烯的相互作用。 静态和动态全光调制实验中采用传统808 nm低功率LD作为泵浦光, 对谱宽为480～1 700 nm的超连续谱探测光实现了光光调制, 其泵浦光功率低于50 mW, 调制深度大于5.7 dB, 调制速率达到~4 kHz。 该微纳光纤波导全光调制器, 在保证调制深度的情况下, 用更低的泵浦功率实现了超宽带的全光调制, 以简单、 有效、 廉价的方式兼容了当前高速光纤通信网络, 打开了一扇未来对微纳超快光信号处理的大门。

报道了一套适用于激光外差辐射计的高精度太阳跟踪仪, 为激光外差辐射计提供用以反演大气成分的柱浓度和垂直廓线的太阳光。 太阳跟踪系统采用太阳运行轨迹跟踪与光电跟踪相结合的跟踪方式, 具有精度高、 全时空特点。 测量了该太阳跟踪仪的跟踪精度, X和Y轴方向跟踪精度分别达到0.068°和0.06°, 能够满足激光外差辐射计在大气和天文领域中对太阳光收集的要求。 进而把太阳跟踪仪与实验室研制的激光外差辐射计集合起来, 测量了3.5 μm附近的太阳光谱, 得到了CH4在整层大气中的吸收情况, 为下一步反演整层大气中CH4的柱浓度和垂直廓线奠定了基础。

新鲜度是即食海参加工品质调控和贮藏品质监控的关键指标。 针对感官评定和现有理化检测无法满足即食海参产品大批量、 标准化、 工业化生产问题, 提出了一种基于高光谱图像的即食海参新鲜度快速无损检测方法, 通过图像主成分分析和波段比运算相结合, 优选特征波长和图像; 依据海参腐败机理, 建立图像纹理特征与即食海参新鲜度等级间的关联模型, 实现即食海参新鲜度无损、 快速评价。 首先针对高光谱图像巨大的数据量展开降维研究。 根据即食海参体壁光谱吸收特性, 以具有明显化学吸收特征的波长(474和985 nm)为分界点, 获得包括全检测波段(400～1 000 nm)在内的六个待处理波段, 通过分段图像主成分分析实现待测波段的优选, 利用权重系数和波段比图像运算, 最终将686和985 nm波段比图像确定为特征图像。 面向特征图像的感兴趣区域(ROI), 构建灰度共生矩阵(gray-level co-occurrence matrix, GLCM)、 灰度梯度共生矩阵(gray-gradient co-occurrence matrix, GGCM)、 改进的局部二元模式纹理描述子(local binary pattern, LBP), 分别提取纹理参数作为输入, 以挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen, TVB-N)检测为标准, 建立经粒子群优化的BP 神经网络(back propagation, BP)即食海参新鲜度判别模型, 新鲜度等级判别准确率分别为90%, 95%和80%。 结果表明, 即食海参高光谱图像灰度梯度共生矩阵的纹理特征用于新鲜度判别效果较好。 为即食海参新鲜度快速无损检测方法研究和仪器开发提供了理论基础和数据支持。

在核燃料后处理流程中, 需对工艺中的铀浓度进行准确测量。 利用X射线管照射铀溶液, 通过测量铀的L边界X射线透射谱确定铀浓度。 文章设计了铀的L边界X射线透射谱测量系统。 通过配制1~200 g·L-1铀标准溶液, 建立铀浓度测量工作曲线, 并对系统的精密度、 准确度和稳定性进行测试。 结果表明, 铀浓度测量工作曲线线性拟合参数R2=0.999 9; 系统对57.004 g·L-1铀溶液测量精密度为0.21%, 对38.255 g·L-1铀溶液测量相对误差为0.32%; 对2.236 g·L-1铀溶液进行连续测量, 99.67%数据落在μ±3 s。

石油的开采、 运输、 泄漏及石油产品使用量的不断增加, 导致了严重的土壤石油污染, 改变了土壤的理化性质, 引起土壤中的微生物大量死亡, 影响植物的正常生长, 并能通过皮肤、 呼吸、 饮食等方式进入人体, 危害健康。 因此, 土壤石油污染的修复刻不容缓, 但修复效果的评价离不开土壤中残留石油的提取和检测, 建立快速高效的石油提取和分析测定方法是非常重要的。 该研究讨论了检测波长、 提取剂种类、 提取剂用量以及超声萃取次数、 萃取时间、 超声萃取功率等影响污染土壤中总石油烃提取的参数和变量, 最终建立了一种超声萃取-酶标仪-微量法提取检测污染土壤中总石油烃的方法。 确定优化的提取和检测条件为: 紫外检测波长为304 nm, 用石油醚作提取剂, 土液比为1∶4, 超声萃取2次, 每次萃取时间为20 min, 超声萃取功率为100 W。 该优化条件下, 土壤石油添加回收率是88.4%～101.6%, 相对标准偏差均小于4.7%, 提取测定结果符合环境分析化学检测要求。 利用酶标仪代替紫外分光光度计进行检测, 能更方便快速的得出结果, 且测定溶液用量少, 可以更好地推广应用于微量石油污染环境样品的定量检测。 此外, 该方法用石油醚和乙醇作为提取和定容试剂, 克服了采用二氯甲烷、 四氯化碳等有机试剂提取而造成溶剂消耗量大、 易产生二次污染、 不利于环境友好发展等缺点, 是一种快速、 高效、 绿色的提取和测定污染土壤中总石油烃的方法。