应用太赫兹时域光谱技术获取了赤霉素、 氯吡脲和噻苯隆的太赫兹时域谱图和参考信号的时域谱图, 并计算获得了折射率谱和吸收谱。 实验结果显示, 这三种植物生长调节剂在太赫兹波段内有着明显的特征吸收峰。 而后基于最小二乘支持向量机对十九种不同物质的太赫兹时域吸收光谱进行了分类检测, 并采用遗传算法和粒子群寻优算法对其进行了优化, 最后通过添加噪声测试了模型的鲁棒性。 该研究验证了太赫兹时域光谱技术用于药物成分检测的可行性, 为植物生长调节剂的检测和鉴别提供了新的实验方法。

非相干宽带腔增强吸收光谱法定量探测大气痕量气体浓度需要准确定标。 以定量探测大气NO2为目的, 建立了基于蓝色发光二极管光源的非相干宽带腔增强吸收光谱测量系统, 研究了(1)仅使用浓度已知的NO2吸收光谱、 (2)同时使用浓度已知的NO2和纯氧气中氧气二聚体O2—O2吸收光谱、 (3)利用纯氮气和纯氦气的瑞利散射消光差异等三种方法, 分别获取非相干宽带腔增强吸收光谱在430～490 nm波段的镜片反射率定标曲线。 三种方法得到的镜片反射率最大值对应波长均约为460 nm, 但这些最大值存在一定差异, 分别为0.999 25, 0.999 33和0.999 37。 利用NO2样气吸收测量对比了三种定标方法, 发现方法(1)与另外两种方法的测量结果不一致性分别约为14%和19%, 而后两种方法所测结果的不一致性仅为4%。 测量结果表明, NO2标准气体浓度的不准确性以及壁损耗等因素恶化了方法(1)的定标精度, 应尽量避免使用该定标方法。 通过对实际大气中NO2和O2—O2在440～485 nm波段内的同时测量, 进一步验证了非相干宽带腔增强吸收光谱法的高灵敏度以及所用标定方法的有效性。

随着人类社会的飞速发展, 能源紧缺、 环境污染问题日益严重。 当下, 开发新能源、 发展新能源技术已成为全球各国首要能源策略。 作为一种清洁能源, 太阳能蕴藏着巨大能量, 太阳能利用和相关技术在世界范围内也引起了广泛关注。 基于纳米流体的太阳能直接吸收式集热装置能够耦合光伏与光热技术, 有利于提高太阳能综合利用的效率。 由于纳米流体辐射理论对于开发新的光伏热实验平台具有重要的作用, 而纳米流体辐射特性研究仍处于起步阶段, 所以对于纳米流体辐射规律及机理的研究具有重要的意义。 首先综述了纳米流体辐射特性的研究现状, 并对纳米流体的辐射特性进行了理论研究, 进而采用瑞利散射模型和Mie（米氏）模型对纳米流体最重要的辐射特性之一的透射率进行了理论分析; 而后运用实验进行对比验证, 分析不同理论模型与实验数据间的吻合性。 结果表明: Mie模型比瑞利散射模型更加准确, 在光伏热实验平台开发利用中具有更好的适用性。 该研究旨在利用纳米颗粒改变流体对太阳能的辐射特性, 探索一种实际设计时纳米流体辐射特性简易高效的计算准则, 并得到影响纳米流体辐射特性的重要因素之一的体积分数的变化规律, 从而提高太阳能直接吸收式集热装置的太阳能利用率。 纳米流体辐射特性理论的分析与研究, 有利于促进纳米技术在太阳能领域的应用, 提高太阳能的综合利用效率。

基于光学异常透射现象的光纤传感器, 因其具有高度的近场增强效应和介电环境的高度敏感性等优点, 在化学、 生物医学等领域有广泛的应用前景。 但是由于在光纤端面加工周期纳米结构需要复杂的工艺或者昂贵的微加工仪器, 限制了基于光学异常透射现象的光纤传感器的发展。 针对这一问题, 提出了模板转移法在光纤端面加工金属周期纳米结构, 并搭建实验系统对应用该方法制作的光纤传感器的传感特性及其物理机理进行了研究。 实验结果表明, 模板转移法能够很好地完成在光纤端面加工高质量的周期金属纳米结构。 应用该方法制作的光纤传感器具有很好的传感特性, 传感器的最高灵敏度达到594.45 nm·RIU-1, 品质因数值达到33.12。

OH*自由基是火焰中主要的激发态自由基之一, 它所产生的化学发光可用于描述火焰的结构、 拉伸率、 氧燃当量比和热释放速率等特征信息, 因此被广泛应用于火焰燃烧状态的在线诊断。 以甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰作为研究对象, 采用GRI-Mech 3.0机理结合OH*自由基生成和淬灭反应进行数值计算, 对OH*自由基的二维分布特性进行研究, 分析不同区域内OH*自由基的生成路径, 并探讨不同氧燃当量比例和不同喷嘴出口尺寸对OH*自由基强度和分布特性的影响。 模拟结果与实验研究基本吻合, 表明计算模型能够准确描述火焰中OH*自由基的二维分布。 结果表明: 在甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰中, OH*自由基存在两种不同形态的分布区域, 分别由反应CH+O2=OH*+CO和H+O+M=OH*+M生成; 随着氧燃当量比提高, OH*自由基的分布区域逐渐向火焰下游扩张, 根据其分布形态的变化可以对火焰燃烧状况进行判断; 如果OH*自由基仅分布于火焰的上游区域且呈断开形态, 则说明火焰处于贫氧燃烧状态。 如果OH*分布呈环状形态, 则说明火焰处于富氧燃烧状态; 相同氧气流量条件下, 缩小喷嘴出口的环隙尺寸有助于加强燃料和氧气的化学反应程度, 从而使火焰中OH*自由基的摩尔分数显著提高, 增强OH*化学发光的辐射强度, 提高火焰光谱诊断的准确性。

利用Nd∶YAG激光作用于真空腔内的高纯固体钼(Mo)靶产生等离子体, 并测量了不同脉冲激光功率密度下Mo等离子体在2～9 nm范围内的时间积分光谱。 基于碰撞辐射平衡模型(CRM)和Cowan程序计算得到不可分辨跃迁峰（UTA）原子光谱数据, 并假设谱线展宽为高斯线形, 获得了在不同电子温度和电子密度下的理论模拟光谱, 模拟光谱与实验光谱吻合的较好。 实验与理论研究光谱表明: Mo ⅩⅥ-Mo ⅩⅫ离子的3d-4f不可分辨跃迁峰位于水窗波段, 通过控制脉冲激光参数和采用合适的等离子体约束条件, 获得水窗辐射波段Mo离子的高丰度布居, 有望将激光Mo等离子用于单脉冲活体细胞显微成像水窗光源。

海气界面CO2测量对于海洋科学研究具有重要意义, 在目前的海洋CO2测量仪器中, 基于可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）的设备因灵敏度高、 环境适应性强等特点受到关注。 TDLAS系统的体积和灵敏度通常受限于多次反射腔的大小和光程。 针对海洋CO2脱气量小且灵敏度高的测量需求, 自主设计了一套微型多次反射腔, 用于TDLAS系统的CO2测量。 该微型多次反射腔采用两片口径为25.4 mm、 焦距为50 mm的球面反射镜, 以38 mm的腔长实现了253次反射, 获得了约10 m的光程, 封装后的样品池体积仅有90 mL。 基于该微型多次反射腔搭建了一套直接吸收TDLAS的CO2气体浓度测量系统, 通过标准气体对该系统进行了测试, 检测限约为26×10-6, 不同浓度气体线性相关度R2为99.986%。 同时还将该系统与LGR公司生产的便携式温室气体分析仪（UGGA）进行了对比测量, 结果表明二者在白天CO2浓度波动较大和夜晚CO2浓度变化较平稳两种情况下均表现出较好的一致性, R2大于97%。 实验结果证明了系统性能, 下一步将优化试验装置并进行现场应用。

发射率是辐射测温的重要参数, 基于普朗克定律, 针对辐射测温中n个方程, n+1个未知数这一病态方程组问题, 利用发射率的缓变特性提出一种新的计算方法, 以此来减少未知数的个数, 简化计算过程。 对该计算方法进行了理论及实验验证。 结果表明无论是基于理论热辐射谱还是实验数据, 均能反演出与材料发射率线形一致的发射率谱及材料真实温度, 当T=1 173 K时, 反演所得温差最大13 K, 发射率的最大绝对误差0.05; 且缓变程度越大, 波长间隔越小, 计算的准确度越高。 所述方法可应用于基于多光谱数据提取温度和发射率。

重庆是全国唯一的柑橘黄龙病非疫区及首创“柑橘良种无病毒三级繁育体系”的产区。 但是, 由于重庆年均日照时数少且年内分配不均, 使其柑橘育苗周期显著长于其他产区, 严重制约了重庆柑橘苗木产业的发展速度。 利用新型节能光源发光二极管（LED）进行秋冬季补光, 可缩短柑橘育苗周期, 加快优质无毒柑橘新品苗木的繁育。 为了阐明不同LED光质及配比对枳壳幼苗生长发育的影响, 以砂培枳壳幼苗为试验材料, 采用6种LED光处理(红光、 蓝光、 红蓝1∶1、 红蓝4∶1、 红黄蓝4∶1∶1 和白光), 统计、 测定了植株的表型和生物量指标, 为缩短柑橘砧木及新品种苗木繁育周期提供理论和实验依据。 结果表明: 与荧光灯相比较, 不同的LED复合光均显著促进了根伸长、 茎增粗（除红蓝1∶1外）、 叶变窄; LED红蓝1∶1和红蓝4∶1复合光抑制茎伸长、 叶片数形成, 促进叶增厚, 且后者的叶长被促进、 叶面积增大; 而红黄蓝4∶1∶1复合光促进茎伸长、 叶形成、 叶伸长、 叶变薄和叶面积增大。 相对于单色光来说LED白光及高比例红光的复合光更有利于枳壳幼苗物质合成以及其地上、 地下物质分配量; 且LED红黄蓝4∶1∶1复合光下枳壳幼苗地上部分的生物量最大, 而根冠比最小。 因此, LED红黄蓝4∶1∶1复合光最适宜于枳壳幼苗的物质合成与地上部分生长, 可为光照不足季节或地区（特别是重庆地区）柑橘苗木的LED精准补光技术构建提供理论依据。

弱光上转换是基于三线态-三线态湮灭机制将低能量（长波长）的光转换为高能量（短波长）光的一种现象, 是通过光敏剂与发光剂之间能量转移实现的。 针对当前上转换体系中的光敏剂研究备受关注, 而对于同等重要作用的发光剂的研究甚少的现状, 利用Suzuki偶联反应制备了两个新的杂环取代蒽衍生物: 9, 10-二(3-呋喃)蒽（DFA）和9, 10-二(3-噻吩)蒽（DTA）并通过结构表征; 以9, 10-二杂环取代蒽为发光剂、 四苯基卟啉钯衍生物（PdTPPMe和PdTPPCOOH）为三线态光敏剂, 研究所构成的光敏剂/发光剂双组分体系中, 三线态-三线态能量转移效率（kQ）、 发光剂的延迟荧光寿命（τDF）及发光剂荧光量子产率（Φf）等因素对上转换效率（ΦUC）的影响。 结果表明, 高效三线态-三线态能量效率（ΦTTT）、 快速延迟荧光寿命和大荧光量子产率将有利于提高上转换效率。 进一步研究发现, 含氧发光剂（DFA）与含羧基的光敏剂（PdTPPCOOH）之间可借助氢键发生有效耦合, 有利于光敏剂与发光剂之间的三线态能量转移, 导致弱光上转换效率显著提高。 在半导体激光器（532 nm, 70 mW·cm-2）激发下获得强的绿-转-蓝上转换效率最大可达10.11%。 所获得的绿-转-蓝上转换荧光可使Pt/WO3复合半导体受激; 产生氧自由基并可促使香豆素转化为7-羟基香豆素。

由于大气压均匀放电等离子体在工业领域具有广泛的应用前景, 为了获得大尺寸的大气压均匀等离子体, 采用氩气作为工作气体, 在大气压空气环境中利用同轴介质阻挡放电点燃了针-板电极间的大气隙（气隙宽度达到5 cm）直流均匀放电。 研究发现, 同轴介质阻挡放电能够有效降低针-板电极间的击穿电压。 该均匀放电由等离子体柱、 等离子体羽、 阴极暗区和阴极辉区组成。 其中等离子体柱和阴极辉区都是连续放电。 而等离子体羽不同位置的放电是不同时的。 事实上, 等离子体羽放电是由从阴极向着等离子体柱移动的发光光层（即等离子体子弹）叠加而成。 利用电学方法测量了放电的伏安特性曲线, 发现其与低气压正常辉光放电类似, 均具有负斜率。 采集了放电的发射光谱, 发现存在N2第二正带系、 氩原子和氧原子谱线。 通过Boltzmann plot方法对放电等离子体电子激发温度进行了空间分辨测量, 发现等离子体柱的电子激发温度比等离子体羽的电子激发温度低。 通过分析放电机制, 对以上现象进行了定性解释。 这些研究结果对大气压均匀放电等离子体源的研制和工业应用具有重要意义。

循环血量(CBV)作为主要的血流动力学参数, 在心血管疾病的病情评估和手术监护中具有重要的临床应用价值。 将吲哚菁绿色素（ICG）作为示踪剂的脉搏色素谱法, 通过建立ICG稀释排泄的色素谱曲线, 实现CBV的在体无创测量。 在实际临床应用中, 由于受到血氧波动和环境背景光等干扰因素的影响, 脉搏色素谱法测量CBV的准确度低于预期值。 为解决这一问题, 研究了一种基于修正脉搏色素谱的循环血量检测方法。 具体操作是, 在患者的肘静脉处注入吲哚菁绿试剂, 利用光电传感器分别采集特征波长点的透射光谱信号和背景光电信号, 采用差分算法消除血氧波动和环境背景光的干扰影响, 建立准确的ICG色素谱曲线, 从而计算CBV等血流动力学参数。 与131I同位素“金标准法”相比较的试验结果表明, 该研究提出的基于修正脉搏色素谱的循环血量检测方法, 将CBV测量的平均相对误差从6.85%降低为4.53%, 显著提高了其测量准确度。

根据2007年4月南黄海区块（SYS）表层海水中二氧化碳分压（pCO2）的连续走航数据, 结合水温(T)、 盐度(S)、 叶绿素 (Chla)以及pH的同步观测资料, 对该海域pCO2分布特征及其主要影响因素进行了初步探讨。 分析结果表明: 春季南黄海pCO2的范围在365.2~734.9 μatm之间, 平均值为548.0 μatm; 最高值出现在121.5°E, 33.4°N海域, 最低值出现在123°E, 32.3°N海域。 受海水中物理、 化学和生物因素的综合影响, pCO2的分布存在较大的不均匀性, 总体上表现为西部高于东部, 中间高于南北两边; 在苏北浅滩和鲁南海区, pCO2与水温的变化呈正相关关系, 与盐度的大小呈明显的负相关关系, 而在长江入海口变化趋势则相反; 此外, 在整个调查海区pCO2与叶绿素、 pH基本上呈负相关关系。 研究将两台检测器串联进行互校, 同时利用二氧化碳标准气体对其中一台仪器进行全程校准, 可连续不间断观测海水和大气中的pCO2。 该方法操作简单, 获得的数据准确可靠, 可为节能减排能力建设提供技术支持。

便捷可靠的作物营养诊断是作物科学施肥管理的基础, 也是精准农业的核心。 叶绿素含量是作物氮营养含量的重要指标。 以水稻叶片为研究对象, 用改造后的普通单反相机搭载滤波片的方式拍摄叶片的可见光和中心波长为650, 680, 720, 760, 850和950 nm多个波段的近红外图像, 获取不同波段的相对反射率值, 通过可见光与多个近红外波段结合的回归分析与比较, 筛选出精度较高且稳定的模型。 经过对比相机三个成像通道, R通道与叶绿素含量（SPAD值）的相关性要高于B和G通道。 实验结果表明, 植被指数GVI最能反映作物的生长状况, 近红外波段760 nm对SPAD值的预测效果最好, 最小二乘支持向量机法结合多个植被指数建模的预测精度R2为0.831 4, 取得了较为理想的效果。 同时使用高光谱成像仪采集水稻叶片的高光谱影像, 对比消费级近红外相机成像方式下与高光谱成像方式下得到的植被指数多因子预测模型精度, 两者相当。 实验证明消费级近红外相机能够获得与高光谱成像仪相近的叶绿素含量估测结果。

茶叶的品种不同, 其有机化学成分含量往往不同, 其功效也是不尽相同的, 因此, 研究出一种简单、 高效、 识别率高的茶叶品种鉴别技术方法是十分有必要的。 中红外光谱技术是一种快速检测技术, 在用中红外光谱仪采集得到的茶叶中红外光谱中含有噪声信号。 为了对含噪声茶叶中红外光谱的准确分类以实现茶叶品种分类, 将可能模糊C-均值聚类(PFCM)思想应用到K调和均值(KHM)聚类, 设计出一种可能模糊K调和均值（PFKHM）聚类算法, 计算出PFKHM的模糊隶属度、 典型值和聚类中心。 可能模糊K调和均值聚类能有效解决K调和均值聚类的噪声敏感性问题。 用傅里叶红外光谱分析仪（FTIR-7600型）分别对三种茶叶（优质乐山竹叶青、 劣质乐山竹叶青和峨眉山毛峰）进行扫描以获取它们的傅里叶中红外光谱。 光谱波数区间是4 001.569～401.121 1 cm-1。 先采用主成分分析法（PCA）将光谱数据压缩到20维, 再采用线性判别分析（LDA）将光谱数据压缩到两维并提取鉴别特征信息。 最后分别用K调和均值聚类和可能模糊K调和均值聚类实现茶叶品种分类。 实验结果: 当权重指数m=2, q=2和p=2时, KHM具有91.67%的聚类准确率, PFKHM聚类准确率达到94.44%; KHM迭代12次达到收敛, 而PFKHM迭代11次就可以达到收敛。 采用傅里叶红外光谱技术检测茶叶, 用主成分分析和线性判别分析压缩光谱数据, 再用可能模糊K调和均值聚类进行品种分类可快速、 准确地实现茶叶品种的鉴别。

目前国内外对脲甲醛肥料肥效的快速评价方法均采用基于脲甲醛水溶性的活度系数法, 但不同国家和地区具体的操作规程和技术指标不尽相同, 究其原因在于活度系数法的局限性。 脲甲醛肥料的养分释放速率与脲甲醛结构有直接的关系, 与其在不同温度水溶液中的溶解性没有直接关联, 因此从脲甲醛结构入手研究其养分释放更为合理。 通过考察傅里叶变换红外光谱评估不同水分、 尿素量和甲醛存放时间三个因素下尿素与甲醛产物结构的可行性, 以寻求一种新的脲甲醛肥效评价方法。 研究了不同反应条件下产物红外吸收光谱图、 产物生成量和酸性环境下不同尿素加入量反应产物养分释放间的关系。 谱图能够反映出反应过程中不同的水分和尿素加入量及甲醛存放时间对特征基团吸收峰相对强弱产生的细微变化, 通过这些变化可以判断脲甲醛组成变化。 这些判断能够从产物的量得到印证, 同时土培试验的结果也进一步证实通过红外谱图判断的正确性。 以上研究结果表明用红外吸收光谱研究脲甲醛结构的细微变化是可行的, 如果将脲甲醛红外光谱的细微变化与其在土壤中养分释放情况间建立起相应的数学模型, 将为脲甲醛肥料肥效准确、 快速评估提供一个新的手段。

利用蚕豆叶片可见-近红外反射光谱结合导数光谱对健康、 少量、 大量虫害三种等级的实验样本进行光谱特征分析, 并选择虫害检测最优波段。 采用Hadoop, Spark和VMWare虚拟机搭建云计算平台, 使用MLlib机器学习库实现人工神经网络（ANN）和支持向量机（SVM）分类算法, 并对三种等级蚕豆叶片全波段和最优波段光谱进行分类建模与预测。 结果表明ANN虫害光谱分类模型准确率优于SVM虫害光谱分类模型, 并且在云平台上运行效率更高, 同时全光谱波段的预测准确性高于最优波段。 通过扩展光谱数据集, 云计算技术在光谱数据挖掘中的计算效率有显著提升。 云计算分类检测可以为作物生物胁迫光谱识别提供新的技术和方法。

催化重整是生产芳烃原料和高辛烷值清洁汽油调和组分的重要工艺。 以目前应用广泛的铂锡工业重整催化剂金属含量为参比, 用工业剂制备方法合成了Pt含量为0.6%的一系列铂锡重整催化剂, 建立CO探针原位红外的表征方法, 并对其进行系统表征, 首次获得了1%以下低含量助剂Sn的CO探针红外谱图。 研究结果表明, 系列剂的金属Pt的CO吸附特征峰主要以线式吸附状态存在。 0.6%纯Pt剂上1 826 cm-1处CO桥式吸附特征峰, 因添加助剂Sn后, 强度下降, 而CO线式吸附特征峰的强度则增加, 说明Sn的加入使得Pt的分散度增加。 变温CO探针吸附原位红外研究表明, 对负载质量分数0.3%的纯Sn催化剂, 当脱附温度升高至120 ℃时, 吸附在Sn上的CO特征峰会完全消失。 对负载质量分数0.6%的纯Pt催化剂, 当脱附温度升高至300℃时, 吸附在Pt中心上的CO特征峰会完全消失。 当Pt-Sn双金属负载质量分数Pt为0.6%、 Sn为0.3%时, CO的脱附温度明显提高达350 ℃。 与纯Pt剂相比, 随着Sn助剂的加入, 使得CO的脱附温度稍有提升, Pt-Sn催化剂Pt的CO特征峰向高波数方向移动, 说明Sn的加入一定程度上减弱了活性金属Pt中心上的电荷密度。 因而, CO探针原位红外是表征低金属铂锡工业重整催化剂的有效手段, 为阐明多金属重整催化剂的助剂作用和研究反应机理提供重要信息。

铁矿中磁性率是评价铁矿床工业价值和划分矿石工业类型的重要指标。 传统的磁性率测定法存在工作量大、 效率低、 周期长的缺陷, 成为经济、 合理、 高效开采铁矿资源的瓶颈问题。 采用便携式地物光谱测试仪对辽宁省鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司的BIF实验样品进行可见光-近红外光谱测试, 分析了光谱特征, 构建了比值指数（RI）、 差值指数（DI）和归一化指数（NDI）, 并确定光谱指数与样品磁性率相关性最显著的敏感波段及对应的相关系数值; 优选出与样品磁性率相关性最显著的比值指数（RI）, 构建实验样品磁性率的定量反演模型, 并进行了验证。 结果表明, 三种光谱指数与样品磁性率敏感波段均位于935与1 050 nm, 且该波段处的相关系数均达到0.9以上, 其中比值指数与样品磁性率的相关性最高; 基于比值指数构建的实验样品磁性率定量反演模型的预测误差为0.038, 反演磁性率与实测磁性率的判定系数（R2）为0.964 5, 预测结果比较理想。 为确定BIF的磁性率提供了一种新方法, 该方法具有工作强度小、 经济、 高效、 便捷的优点, 且对遥感找矿具有一定指导意义。

测量重金属化合物氯化铬（CrCl3）、 氯化铜（CuCl2）、 氯化锌（ZnCl2）的可见-近红外反射光谱（VNIRS）, 将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来, 观察重金属化合物的反射光谱特征; 结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现的波段位置和原因。 以湖北大冶地区土壤样品为例, 向土样中添加不同浓度梯度的CrCl3, CuCl2和ZnCl2并测定其可见-近红外反射光谱, 研究不同种类不同浓度的重金属对土壤反射光谱的影响。 对样本的反射光谱进行不同光谱预处理, 探究重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系及显著相关（p<0.05）波段出现的位置和潜在机理。 结果表明, 重金属化合物CrCl3, CuCl2和ZnCl2在可见光-短波近红外波段范围内的反射光谱特征与重金属元素3d轨道上的电子填充状态有关。 添加入土壤中的重金属化合物影响了土壤的可见-近红外反射光谱, 其浓度与土壤反射光谱之间整体呈负相关, 最大负相关系数分别为-0.788, -0.880和-0.824。 样品反射光谱经不同预处理后, 重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系有所变化, 显著相关波段信息更加丰富。 研究表明, 重金属的可见-近红外反射光谱与重金属的电子结构紧密相关, 可见-近红外反射光谱技术可以检测到土壤中较高浓度重金属的存在, 该技术在快速高效、 无损低耗地预测土壤重金属元素含量方面拥有巨大潜力。 基于部分重金属化合物的可见-近红外反射光谱特征, 结合晶体场理论为土壤重金属的定性和定量反射光谱分析提供了理论依据和实验参考。

为探索一种能够全面快速的鉴定瘤背石磺质量的方法, 采用红外光谱法(IR)建立六个不同产地瘤背石磺肌肉组织无水乙醇、 氯仿、 乙酸乙酯三种提取物的红外指纹图谱, 使用Nicolet 5700红外光谱仪, 结合OPUS分析软件, 发现三种提取物的红外指纹图谱可以用于不同产区瘤背石磺的质量评价与产地溯源, 其相似度值的大小可作为石磺产地的评价指标, 三种提取物的部分特征峰对比, 乙酸乙酯提取物的红外指纹图谱能体现出更全面的化学成分信息。 三种提取物对瘤背石磺的鉴定体现程度及角度有所不同, 双指标法比较显示, 氯仿提取物能够更好体现出不同产地、 不同样品处理的瘤背石磺间的差异: 对于产地相近的SH和ND, WZ和XM的样品共有峰率≥63.4, 变异峰率小于等于38.5; 产地相距较远的SH和YN, YC和XM的样品共有峰率≤40.9, 变异峰率≥50.0; 产地相近但样品前处理方式不同的XM和YN共有峰率为38.1, 而变异峰率高达125.0, 综合分析得出, 利用氯仿提取物的共有峰率和变异峰率结合双指标序列分析法可以快速、 准确鉴定不同产地、 不同处理方式的瘤背石磺。

研究煤灰中矿物质的性质通常从矿物组成的表征入手。 为了分析两种高硅铝煤灰的矿物成分, 采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、 拉曼光谱和X射线衍射（XRD）技术对煤灰样进行了测试和综合表征, 将FTIR和拉曼光谱的分析结果与XRD进行了比较。 FTIR结果表明, 在1 100~1 000 cm-1范围内高硅铝煤灰出现最强的特征峰, 例如石英峰（1 089 cm-1）和偏高岭石峰（1 042 cm-1）, 它们都归属于Si—O伸缩振动。 对原始红外谱图进行二阶导数处理后, 可获得重叠峰的峰位, 有助于更完整的解析矿物吸收峰, 从而获得更丰富的矿物组成信息。 煤灰中硬石膏的红外和拉曼光谱发现, 在1 157, 1 126和674 cm-1的拉曼光谱峰与在1 151, 1 120和678 cm-1的红外光谱峰振动模式分别相同且峰位接近, 还存在一些完全不同的拉曼光谱与红外光谱峰, 表明这两种光谱存在互补性。 尽管煤灰中锐钛矿含量很低, 但由于Ti—O的极化率很高, 因此拉曼光谱显示锐钛矿的144 cm-1峰远远强于石英的461 cm-1峰。 XRD结果表明, 煤灰中主要存在石英、 云母、 赤铁矿、 硬石膏和未知的无定形相矿物, FTIR和拉曼光谱综合分析的结果表明除了这些矿物, 还存在偏高岭石、 无定形氧化硅、 长石、 方解石和锐钛矿等。 在定性分析方面, 将FTIR和拉曼光谱结合起来比XRD单独获得的矿物组成信息更为详细。

三叶青是我国珍稀中药材, 具有多种疗效, 但不同产地的三叶青有效成分含量差异悬殊, 为防止三叶青以次充好, 其产地鉴别尤为重要。 以浙江、 云南、 安徽、 广西和湖北五个产地的三叶青为研究对象, 利用傅里叶变换近红外光谱分析仪(Fourier transform near infrared spectroscopy, FT-NIR)收集4 000~10 000 cm-1范围内的近红外光谱, 由于三叶青近红外光谱数据还未完善, 因此在其产地鉴别上, 应对鉴别算法提出更高的要求, 即在实现三叶产地鉴别的同时, 还要能够有效地识别出其他或未知新产地的三叶青。 针对这一问题, 本文结合三叶青近红外光谱数据的特点, 对算法共做了三方面改进: ①从距离的角度估计样本的概率密度; ②以训练样本可信度的方式计算带宽参数; ③在未知新产地的识别上, 提出一种基于训练集样本的概率密度函数的识别方法。 结果表明, 该算法对训练集样本的识别精度达到了100%, 且在140组预测集样本中, 只有3组样本识别出错, 并能够100%地识别出未知新产地的三叶青, 说明基于核密度估计的改进算法在三叶青产地鉴别上, 不仅鉴别精度高, 且能够有效识别出其他或未知新产地的三叶青。

中药是复杂的化学体系, 建立快速、有效的分析方法有助于中药水煎液的实时质量控制。 葛根在处方中常用有三种, 分别为粉葛、野葛和煨葛（葛根炮制品）, 且传统应用中多采用水煎煮的方式, 因此, 采用傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）, 二阶导数光谱（SD-IR）, 结合二维相关红外光谱（2D-IR）对三种葛根水煎液进行快速分析。 结果表明, 通过FTIR和SD-IR光谱能够将粉葛水煎液明显区别于野葛和煨葛水煎液。 经过2D-IR分析, 发现野葛经过煨制后水煎液化学成分发生了变化, 二者在主要的自动峰和交叉峰的位置和强度方面存在较大差异, 在1 800~1 300 cm-1范围内, 野葛水煎液中最强的自动峰为1 556 cm-1, 次强峰为1 561 cm-1, 而在煨葛水煎液中最强自动峰为1 563 cm-1, 次强为1 572 cm-1, 再次为1 556 cm-1。 另外, 在野葛水煎液中出现了明显的1 536和1 634 cm-1自动峰, 二者的强度相当。 野葛及煨葛水煎液的2D-IR光谱中, 出现的自动峰1 448和1 518 cm-1的相对强度有较大的差异。 在野葛水煎液的2D-IR光谱中, 交叉峰（1 518, 1 561）和（1 518, 1 563） cm-1强于煨葛水煎液中相应峰。 凭借2D-IR自动峰和交叉峰可以较直观地鉴别野葛和煨葛水煎液, 并揭示二者相应各官能团的变化规律, 能够为葛根在临床处方应用过程中, 水煎液的快速质量控制提供依据。 利用FTIR, SD-IR结合2D-IR的整体性和宏观指纹性, 可以为中药等复杂体系的逐级鉴别提供快速、准确的方法和手段。

高光谱成像技术不仅可以获得样品的图像信息, 每个像素点还包含了光谱信息, 因其信息量丰富的特点已在食品安全检测方面得到了应用。 该研究应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺。 分别采集纯偶氮甲酰胺、 纯面粉和面粉中10种不同浓度偶氮甲酰胺混合样品的高光谱图像。 通过比较纯偶氮甲酰胺和纯面粉的平均漫发射光谱, 找到两者区分度较大的4个吸收波段: 1 574.38, 2 038.55, 2 166.88和2 269.91 nm。 采用二阶导数对样品图像中的像素点光谱进行预处理, 通过光谱角制图、 光谱相关角和光谱相关性度量三种光谱相似性分析方法对混合样品中的偶氮甲酰胺像素和面粉像素进行检测。 结果表明, 预处理后的平均光谱不能有效检测面粉中偶氮甲酰胺; 单像素点光谱结合光谱相似性分析实现了混合样品中偶氮甲酰胺像素和面粉像素的分类; 分类结果的验证显示了偶氮甲酰胺像素和面粉像素的正确分类。 研究结果为利用高光谱技术检测面粉中添加剂提供了方法支持, 为食品中掺杂物的检测提供参考。

为了实现鲜枣常温贮藏期的硬度实时监测并对贮藏时间进行预测, 建立了室温下壶瓶枣贮藏期的近红外光谱硬度动力学模型。 基于二维相关光谱技术, 分析综合浓度影响下的壶瓶枣敏感波段, 优选的敏感波段为904, 980, 1 072, 1 200, 1 630, 1 941和2 215 nm。 分析不同贮藏天数的壶瓶枣果肉平均硬度, 并拟合出零级反应方程, 模型的相关系数为0.991 3, 标准误差为6.116×10-4。 鲜枣的贮藏过程中, 由于复杂的生理化学反应, 主要物质的含量发生变化, 并通过宏观的信息光谱特征和硬度得以体现。 将敏感波段下的光谱信息和贮藏期的硬度指标进行信息耦合, 建立壶瓶枣果肉硬度的偏最小二乘模型（partial least square, PLS）, 模型的预测精度RP为0.942 7, RMSEP为0.021 0。 进而以敏感波段的吸光度为自变量, 壶瓶枣果肉硬度指标为应变量, 进行多元回归定量分析, 建立近红外光谱硬度动力学模型, 模型的拟合优度即相关系数为0.983 9, 标准误差为0.024 9, 并在此基础上建立壶瓶枣贮藏时间与近红外光谱的线性回归关系。 研究表明, 基于二维相关光谱的硬度动力学模型可以实现对壶瓶枣果肉硬度指标的快速、 无损检测并实现其贮藏时间的预测。

微量物质拉曼光谱测量精度的提高是拉曼分析技术的难点之一, 特别是高荧光背景下生物体中微量物质的测量。 根据拉曼谱峰突发、 离散特点, 分别给出荧光背景和噪声拟合函数, 通过监测总体拟合偏差A类不确定度函数实现拉曼谱峰定位和干扰信号滤波; 进一步根据谱峰位置划分光谱区间, 在单调区间内弱化非谱峰信号, 实现谱峰信号增强。 与其他光谱处理方法比较, 可以准确拆分重叠特征峰, 不会降低特征峰高度, 提供更加灵敏的半谱峰面积指标。 实验表明, 该方法在处理皮肤拉曼光谱时, 可以准确得到螺旋构象的酰胺I带、 神经酰胺和CO的归属拉曼谱峰; 另外经过该方法处理后数据建立水溶性糖（水稻叶片）含量测量模型, 其精度优于小波分解、 多项式拟合和非线性最小二乘法。

自行搭建的拉曼光谱点扫描系统, 以柠檬酸钠还原法配制的SC银溶胶为表面增强剂, 建立了桂花酒中山梨酸钾的定量预测模型, 模型校正集决定系数（R2C）和均方根误差（RMSEC）分别为0.978 9和0.070 3 g·kg-1, 验证集决定系数（R2P）和均方根误差（RMSEP）分别为0.934和0.165 7 g·kg-1。 桂花酒中山梨酸钾的定量预测模型为主光谱模型, 结合K/S算法, 探讨了基于DS算法和PDS算法将桂花酒主光谱模型向杨梅酒的修正传递方法。 结果显示, 用K/S算法选取4个杨梅酒样品, 基于DS算法传递桂花酒主光谱模型验证结果RP和RMSEP值分别为0.906 1和0.215 0 g·kg-1。 K/S算法选取3个杨梅酒样品（窗口宽度为5）, 基于PDS算法传递桂花酒主光谱模型验证结果RP和RMSEP值分别为0.905 5和0.225 0 g·kg-1。 DS算法和PDS算法均可以用少量样品将桂花酒中山梨酸钾的主光谱预测模型有效传递给杨梅酒, 实现了一种被测物预测模型在同类物种间的传递, 具有重要实用意义。

建立薄层色谱（TLC）与拉曼光谱联用方法, 并对减肥类保健食品中非法添加的四种化学成分（茶碱、 咖啡因、 苯丙酸诺龙、 螺内酯）进行检测。 采用TLC法将掺杂成分与保健食品基质进行初步分离, 在紫外灯（254 nm）下检视定位, 以780 nm激光为光源, 对TLC上微量掺杂成分的斑点原位, 直接检测浓集点的拉曼光谱。 考察不同配方保健食品基质对掺杂成分拉曼光谱的影响, 并对检测限进行验证, 初步建立了减肥类保健食品中四种掺杂成分的TLC原位拉曼光谱检测方法。 常用保健食品基质对掺杂成分检测结果无干扰, 检测限为2~4 μg, 在九种减肥类保健食品中检测出两种含有咖啡因。 该研究建立了TLC与拉曼光谱联用技术并采用此方法快速鉴别了减肥保健食品中茶碱等四种非法添加化学成分, 本法专属、 灵敏、 快速、 简便, 可为保健食品中非法添加化学成分的快速检测技术研究提供新的参考依据。

紫外光与雾霾粒子发生散射后, 其散射信道特性能够反映雾霾粒子的相关物理信息, 利用无线紫外光单次和多次散射信道模型, 采用Mie散射和T矩阵理论分析了霾粒子在不同形态和浓度下的紫外光散射信道特性, 以及散射角对散射光强的影响, 并完成了紫外光在雾霾环境下的实测。 通过理论及仿真分析, 得到了不同霾粒子形态下的紫外光通信路径损耗以及光强分布。 结果表明: 紫外光直视通信方式下, 路径损耗随着霾粒子浓度的增大而增大, 且通信质量差于晴朗天。 非直视通信方式中, 在短距离通信时, 高霾浓度下的路径损耗小于中低霾浓度, 然而随着通信距离的继续增大, 高雾霾浓度下的通信质量急剧下降, 低霾浓度下通信质量最终达到最优, 且距离为200 m时通信质量能优于晴朗环境。 当通信距离相同时, 三种雾霾浓度下的紫外光散射光强分布均随着散射角的增大而减小, 当散射角继续增大并超过90°时, 低霾浓度下的散射光强最大。 主要原因是虽然散射角继续增大, 但是有效散射体体积逐渐减小, 因此低霾浓度下的散射光强较大。 且当粒子粒径相同时, 球形粒子的衰减较非球形粒子大。 雾霾环境下实测结果与仿真结果相类似, 证明了仿真结果的正确性, 并在一定程度上证明了实际大气中雾霾非球形粒子多于球形粒子。

消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。 直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、 无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。 针对整个光谱探测系统受到光源、 光路和光电转换器件的严重影响, 测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题, 提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法, 并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。 针对化学需氧量为200 mg·L-1的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理, 采用压缩感知去噪算法, 将信号在小波域内分解, 得到含噪高频系数; 采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵, 压缩比设置为2, 对高频系数进行观测; 选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性, 从而达到去噪目的。 同时针对传统的小波阈值去噪, 采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。 为验证去噪算法的可行性, 采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理, 实验结果表明: 基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统, 该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪, 且去噪效果优于小波阈值去噪算法。 与小波阈值去噪算法相比, 信噪比提高了12.201 5 dB, 均方根误差减小了0.009 3, 峰值信噪比增加了5.299 dB。 不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题, 而且在重构过程中有效地抑制了噪声, 为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。

DNA是生物体遗传信息的载体, 研究药物与DNA的相互作用对探讨其作用机理及新药的设计合成具有重要意义。 利用紫外吸收光谱技术, 微量量热法, 等温滴定量热法以及分子模拟技术研究了乌头碱在水溶液中的溶解行为, 探讨了乌头碱与粘虫DNA、 鲑鱼精DNA、 小牛胸腺DNA的相互作用。 实验发现, 乌头碱在水溶液中的溶解过程为准一级反应, 半衰期（t1/2）为0.691 h。 乌头碱分别与三种DNA作用均为体现出沟槽和表面两种结合形式: 沟槽结合时, 结合常数Ka1为105, 结合位点数为0.40~0.60, 且反应为焓驱动的自发过程; 表面结合时, 乌头碱分子仅与DNA表面发生作用而并未嵌到DNA分子的疏水部分, 结合常数Ka2为103, 结合位点较大。 分子模拟显示, 乌头碱均以氢键作用力结合在三种DNA分子的沟槽区, 且乌头碱分子中C8上的酯基对粘虫DNA, 鲑鱼精DNA和小牛胸腺DNA链上的碱基有特异性识别, 依次为T33, T34和G16, C9, C8。 模拟计算获得反应的结合能与实验测定所得ΔG值接近, 同时, 依据实验数据判定的作用力类型在分子模拟中得到印证, 即理论计算与实验基本吻合。

土壤有机物污染源广、 危害程度高、 监测手段有限, 是继水污染、 大气污染又一个引起全球关注的环境问题。 土壤有机污染快速在线检测分析对农业生产、 土壤调查、 土质修复有着重要的意义。 激光诱导荧光（LIF）光谱技术是一种基于光致发光的物质成分和含量分析技术, 具有样品使用量少、 预处理过程简单、 检测速度快等特点, 在环境科学、 生物分析、 生命科学等众多领域有广泛应用。 国内外研究人员展开大量研究工作, 已形成较完善的方法体系及技术设备。 文章介绍了LIF测量系统的组成结构和工作原理, 综述了现阶段LIF技术在土壤有机污染物检测研究进展, 重点包括土壤中油类污染物、 多环芳烃污染物、 有机农药污染物的识别及定量分析方法等, 以及仪器开发过程中涉及的相关问题, 给出了LIF技术在土壤有机污染物检测方面的发展趋势, 为进一步发展基于LIF技术的土壤有机污染物现场快速检测仪器提供参考。

大气散射效应作为CO2反演的主要误差源, 严重影响了大气CO2卫星测量的反演精度。 氧气在大气中含量稳定, 大气CO2反演方法中常利用氧气的这一特性进行散射校正, 其中典型的有光子概率密度函数（PPDF）方法。 然而, O2 A吸收带的光辐射中存在的植物叶绿素荧光会在不同程度上影响PPDF因子的反演, 进而限制了CO2反演精度。 由于植被荧光信号较弱, 在以往CO2反演中没有引起足够重视。 在调研全球植被荧光分布的基础上, 模拟分析了荧光对大气CO2柱含量（XCO2）的影响。 模拟计算无气溶胶条件下, 以及气溶胶和地表反照率两者综合条件下荧光的影响, 结果显示, 当不考虑气溶胶的影响, 荧光强度从0.1增加到1.8（mW·m-2·sr-1·nm-1）, 会给CO2的反演结果造成0.1~2 (10-6)的偏差; 考虑气溶胶与地表反射率的影响时, 会给CO2的反演结果造成(0.1~3)×10-6的偏差。 此研究表明, 对于具有高精度需求的CO2反演, 植物叶绿素荧光是一个不可忽略的影响因素。

为满足机载星载平台对光谱成像系统紧凑型和轻量化的需求, 克服当前光谱成像技术分光系统结构复杂、 成本高的不足, 提出了基于量子点材料的光谱成像技术方案。 将条带状的量子点阵列片放置于前置镜焦面前, 利用量子点材料对光谱的吸收特性对探测目标的入射光谱进行调制, 使用最小二乘法建立探测目标的光谱重建模型, 采用推扫的方式获取数据并进行光谱重建可以获得目标光谱和空间信息。 量子点光谱成像技术具有光谱分辨率高、 能量利用率高、 体积小、 光谱范围宽和成本低等优势。 分析了不同光谱谱段间隔和噪声等因素对重建光谱分辨率的影响, 以及对重建光谱准确性或者失真度的影响。 分析得出谱段间隔越低, 光谱分辨率越高; 重建的准确性和分辨率随着噪声水平的增大而降低; 适当的提高谱段间隔, 可以提高重建的准确性。 将已知数据立方体和它的仿真结果进行对比, 可以看出还原得到的量子点光谱图像质量较好, 验证了该技术的可行性。 量子点材料为光谱成像技术提供了新的途径, 在航空航天等小型化光谱遥感领域具有极大的应用潜力。

嫦娥三号全景相机具有彩色成像模式, 在发射前需先进行彩色定标, 样本真值的获取是彩色定标的前提。 传统方法获取的颜色真值在色差值和视觉感知上都与实际值存在明显的偏差。 若直接采用该颜色值作为真值进行彩色定标, 影响定标后的色差大小和定标校正后颜色的人眼视觉感知效果。 为探索更好的颜色真值获取方法, 利用实验室内测得的D65定标光源的相对光谱功率分布, 重新定义了转换矩阵中的白点坐标, 然后基于CIE颜色计算公式, 根据格拉斯曼颜色混合定律, 对XYZ与sRGB颜色空间之间的转换矩阵进行了修正, 提高了样本真值获取的准确度。 另外利用修正后的转换矩阵对sRGB空间的三刺激值曲线进行了重新计算, 对标准转换值偏离实际值的原因进行了分析。 通过地面试验验证, 相对于传统样本真值获取方法, 利用该真值获取方法定标后A, B两相机的色差值分别降低了0.8和0.73; 定标矩阵校正在轨图像时, 色差分别降低了26.50%和34.47%, 且校正后的颜色与人眼的视觉感知效果更接近。

氧化锌纳米粒子（ZnO NPs）是应用非常广泛的一种多功能无机材料, 主要应用于化妆品、 涂料、 抗菌等领域。 ZnO纳米粒子的大量使用增加了与生物接触的机会, 可能会对生态环境产生一定的影响。 芦荟是百合科常绿多肉质草本植物, 具有重要的观赏和药用价值。 芦荟大黄素（Aloe-emodin, AE）是芦荟中重要的色素分子, 也是芦荟作为药用植物的重要有效成分。 因此, 以芦荟为实验对象, 利用荧光显微镜通过纵向切片的方法观察了AE在叶片中的分布, 较横向切片法更为全面、 清晰地揭示了AE在叶片中的分布情况。 通过荧光光谱结合颜色变化研究了ZnO纳米粒子与AE的相互作用。 结果表明, 在黑暗条件下, ZnO纳米粒子处理后溶液颜色由淡黄色逐渐变成橙色; 紫外光照射使得AE溶液颜色变化加快, 在相同的作用时间内, 溶液颜色变得更深, 由淡黄色逐渐变成橙红色。 光谱研究发现, AE的荧光光谱有四个发光峰, 分别是500, 540, 580与630 nm, 与对照组相比, ZnO纳米粒子引起芦荟大黄素540和580 nm两个荧光峰的相对强度发生变化, 随着ZnO纳米粒子作用时间的增加, I540/I580比值逐渐增大。

高铁提速受多方面因素制约, 其中弓网离线对受流质量影响很大。 在滑动接触模式下, 受电弓与接触网的磨损均很严重。 弓网离线产生的电弧是造成接触网和受电弓磨损的主要原因之一。 电弧温度高, 还具有电离特性, 因此一般的传感器无法置于电弧中测量。 光谱分析法在研究弓网电弧的温度及电子密度方面具有明显优势, 基于此可进一步寻找耐磨损的新材料或者灭弧方法。 因接触网使用铜合金材料, 故选取铜元素特定光谱作为研究对象。 采用Boltzman作图法, 通过实验测得弓网电弧的光谱信息, 进而计算电弧通道的温度。 结果表明, 由于单次电弧持续时间短又受弓网相对运动的影响, 其温度并不很高, 且电弧温度随着电弧持续时间的增加而增加。 采用盲目反卷积的方法求解307.92 nm谱线的Stark展宽, 再根据Stark展宽求得电弧的电子密度, 结果表明弓网电弧通道的电子密度和其他种类电弧电子密度在同一数量级上; 说明电弧引起的粒子电离效应明显。 由此可知光谱法在电弧温度及电弧电离特性的分析中是较为方便和准确的。

基于酸性条件下硅酸盐与钼酸铵反应生成硅钼黄后被还原成硅钼蓝的原理, 借助微流控芯片平台, 建立基于连续流动-分光光度法快速测定海水硅酸盐的分析传感器, 传感器测定周期约为300 s, 采用双光程方式拓展测量范围, 线性测量范围可达0～400 μmol·L-1, 双光程的检出限分别为45.1 nmol·L-1和1.6 μmol·L-1; 当海水盐度大于15时, 传感器测量准确度和稳定性基本不受盐度影响, 且实际海水加标回收率在98.1%～104.0%之间。 2015年11月在胶州湾开展了20个站点海试和同步比对试验, 结果显示, 该系统具有准确度高、 简单、 集成度高、 水样消耗少、 抗干扰能力强等优点, 可用于海水原位硅酸盐的分析。

第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、 光谱连续、 宽频谱范围、 高空间分辨率、 高衬度分辨率等独特优越性, 可实现光谱精准计算及能量可调, 对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。 利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬成像技术, 实现铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究, 并获得了Cu的分布图和处理材的内部结构, 该技术为防腐处理竹材解剖学研究提供了一个重要无损检测手段。

近年来蒙古国雅氏落叶松尺蠖灾害不断加剧, 逐渐逼近大兴安岭地区, 将威胁我国北方森林生态系统安全。 以现代遥感监测方法替代传统检测方法, 及早掌握该虫害发生发展规律对防控有重要意义。 为快速、 大范围遥感监测雅氏落叶松尺蠖灾害, 利用光谱分析技术研究了该害虫危害下落叶松受害程度检测模型。 通过实测健康和轻度、 中度、 重度受害落叶松光谱, 计算与比较不同受害程度落叶松原始光谱和去除包络线光谱的敏感度, 揭示光谱敏感波段及去除包络线光谱敏感性。 然后对去除包络线光谱进行一阶导数变换获得光谱特征参数并分析其随受害程度的变化特征, 构建基于CART（分类与回归树）算法的落叶松受害程度光谱检测模型。 研究表明: 去除包络线光谱敏感性比原始光谱更显著, 尤其在480～520 nm（蓝边）、 640～720 nm（红谷、 红边）、 1 416～1 500 nm（短波红外谷）等波段内光谱敏感度介于0.1～2.0, 而且出现了敏感峰现象。 随受害程度增加, 去除包络线光谱敏感性增强趋势比原始光谱更明显; 在蓝边波段上去除包络线光谱敏感峰位置向短波方向移动, 即502 nm→490 nm, 而在红谷及红边、 短波红外谷等波段上光谱敏感峰位置向长波方向移动, 即664 nm→672 nm和1 436 nm→1 448 nm; 红谷位置和短波红外谷位置归一化反射率以及红谷和短波红外谷面积呈上升趋势。 在蓝边与红边波段内去除包络线光谱一阶导数对受害程度有明显响应, 出现了波峰现象。 随害虫危害程度加剧红边位置蓝移（718 nm→700 nm）, 红边斜率及面积和蓝边斜率及面积呈下降趋势。 基于此, 利用红边斜率、 红谷位置和短波红外谷位置归一化反射率、 红谷和短波红外谷面积、 蓝边斜率及面积等去除包络线光谱特征参数构建的CART模型对落叶松受害程度有很好的检测能力。 与多元线性回归模型相比, CART模型检测精度更高, 其Kappa系数达0.875。 研究结果对雅氏落叶松尺蠖灾害的防治有参考价值。

土壤有机质是湿地生态系统的重要元素, 利用多光谱遥感技术可大尺度、 快速获取其含量信息, 对保护湿地生态系统具有重要意义。 然而, 由于不同地物光谱混合给多光谱数据带来光谱畸变, 影响湿地土壤有机质含量的反演精度。 为了消除不同地物光谱混合, 实现湿地土壤有机质含量的准确、 实时监测, 以闽江鳝鱼滩湿地为研究区, 利用线性波谱分解技术对原始影像的像元进行分解, 重建土壤光谱, 分析原始光谱、 重建光谱与土壤有机质含量的相关性后, 建立土壤有机质含量的反演模型。 结果表明: 利用线性波谱分解技术可有效消除原始影像中的植被端元, 减少大部分道路及建筑物的反射干扰, 重建后的土壤光谱特征曲线更趋近于自然状态下土壤的光谱曲线, 重建效果显著; 通过两种光谱与土壤有机质含量的相关系数对比, 重建光谱更能准确的反映土壤光谱与土壤有机质含量的相关性; 运用重建光谱构建土壤有机质含量的反演模型, 其预测精度优于基于原始光谱的反演模型, R2和F分别提高0.124和2.223, RMSE则降低0.106, 1∶1线检验的预测值与实测值的拟合度更高, 模型可行且有效。 由此得出结论, 利用线性波谱分解技术消除不同地物光谱混合, 重建土壤光谱, 一定程度上可实现在自然条件下湿地土壤有机质含量的大面积、 准确检测, 具有较好的实际应用价值。

卵母细胞及早期胚胎在体外提取时难免受到可见光照明的刺激。 但光照明对其体外发育质量的影响仍不明确。 结合体外培养技术、 无损成像技术（全场光学相干层析系统）及三维重构技术, 在光强与曝光时间一致的条件下, 首次实时原位地, 从形态学角度, 分析了不同可见光谱对小鼠卵母细胞及早期胚胎发育质量的影响。 发现（1）与白光照明相比, 蓝紫光显著降低卵母细胞生发泡破裂及第一极体排出比率, 而在绿光及红光照明下, 生发泡破裂及第一极体排出比率明显提高。 （2）与白光组相比, 蓝紫光组囊胚发生率明显下降, 凋亡程度明显加大, 而绿光及红光组囊胚发生率显著上调, 凋亡程度明显减弱。 这表明蓝紫光对小鼠卵母细胞及早期胚胎发育的损伤最大, 而绿光和红光几乎无损伤。

城市绿化植物由于其滞尘能力能够有效改善城市大气环境, 滞尘能力的主要影响因素是其表面特性和润湿性。 植物叶片表面的润湿性和偏振反射特性都与表面粗糙度相关, 因此以粗糙度为结点, 探究植物表面润湿性与偏振反射光谱的关系, 利用偏振反射特性对植物叶片润湿性进行快速无损监测。 以长春市常见的八种绿色植物叶片为研究对象, 利用Kruss DSA 100液滴形状分析系统测量其表面接触角, 利用多角度光谱测量装置测量其在不同探测天顶角上的偏振反射光谱, 探讨了润湿性能在400～1 000 nm波段对植物叶片不同探测天顶角上偏振度的影响。 通过相关分析确定八种植物叶片的特征波段, 并在特征波段对偏振度随探测天顶角的变化程度与润湿性的关系之间进行定量分析。 结果表明, 在特征波段(700±10) nm处, 偏振度随着探测天顶角的变化程度θ0与接触角距离100°的偏差值θ具有很强的相关性, 可决系数R2为0.82, 说明偏振度随探测天顶角的变化程度θ0可以反映植物叶片的润湿性, 可以利用偏振反射特性对植物叶片润湿性进行分析, 研究成果将对今后城市绿化物种的选择提供可行性建议。

以春季漫天飘飞的杨絮/柳絮为研究对象, 将其与棉花/蚕丝天然纤维的微观结构进行比较研究, 分别用体视显微镜、 扫描电镜观测其形貌; 用溴化钾压片法及全反射（ATR）测定FTIR光谱。 分析研究其形貌及微观结构, 实验结果表明: 杨絮/柳絮与棉花/蚕丝天然纤维形貌有显著差异—棉花纤维较粗、 且具有优良的拉伸性能, 而杨絮、 柳絮纤维则较短, 拉伸性能比较差; FTIR光谱比较分析, 发现棉花与杨絮、 柳絮的主要化学结构都是纤维素, 但是棉花纤维中氢键结合的羟基（—OH）伸缩振动吸收峰吸收强度明显大于杨絮, 这也是导致棉花纤维长、 纤维拉伸性能优于杨絮、 柳絮的因素之一; 蚕丝纤维与棉花、 杨絮柳絮这些植物纤维不同, 它的主要结构为酰胺结构。 它们微观结构的差异决定了这些纤维不同的性能和用途。

牙齿龋损是人类一种广泛存在的口腔疾病, 如何能够尽早的发现早期龋齿, 对患者牙齿龋损的预防与治疗具有重要意义。 介绍了基于光热效应的光热锁相热成像技术, 光热锁相热成像技术具有无损伤、 高效率及探测面积大等优势被广泛应用于各类材料的无损检测。 基于光热锁相热成像技术原理对人为模拟龋损的人类离体牙齿组织进行成像检测试验研究。 首先开展了对不同模拟龋损位置离体牙齿的光热锁相成像试验, 采用防酸指甲油对牙齿组织测试面进行开窗受控龋损（开窗大小为5 mm×5 mm）, 其中模拟龋损部位分别选择在牙齿组织的邻接面及牙颌面。 试验结果显示, 牙齿组织模拟龋损位置热波幅值增大, 相位滞后增大且光热锁相成像的幅值图与相位图与X射线成像相比对模拟龋损部位表现出高敏感及高特异性; 光热锁相成像技术对邻接面龋损比牙颌面龋损具有较高特异性。 其次开展了对平滑面牙齿组织样本的多天(0, 1, 2, 4及6 d)模拟龋损光热锁相成像跟踪试验研究, 牙齿组织龋损程度采用X射线方法进行量化。 试验结果表明, 当龋损时间小于6 d时, X射线方法无法对龋损位置进行有效识别, 而采用光热锁相热成像技术检测模拟龋损1 d的牙齿组织时, 幅值差为3.82, 相位差为10.57°, 证明光热锁相热成像方法对牙齿组织龋损具有较高敏感性。 提取的光热锁相成像幅值与相位与龋损时间具有良好的相关性。

土壤有机碳（SOC）对土壤肥力至关重要, 可见-近红外光谱能对其实现快速反演, 为区域监测和定量遥感提供基础。 针对包络去除（CR）仅提供反射光谱的单向吸收特征, 多元回归中预测信息缺失、 拟合结果未充分反映波段特征, 利用世界土壤数据库245份中国土样的可见-近红外光谱, 首次提出双包络去除（BCR）与正交偏最小二乘（OPLS）结合的反演方法BCR-OPLS, 同时纳入光谱反射率及上、 下边包络去除量, 讨论组分参考值偏态分布时幂函数或对数缩放在回归时的优化作用, 建立多种土壤的综合与分类估计模型, 并导出适用特定类型土壤的SOC指数。 结果表明, 对多种土壤有机碳含量反演, 相较PLSR模型（决定系数R2和估计根均方误差RMSEE分别为0.69和0.45%）, BCR-OPLS模型的预测能力明显改善（R2和RMSEE分别为0.9和0.26%）; 而对单一类型土壤的反演精度则进一步提升, 根据载荷趋势和变量重要性建立的SOC指数, 预测如黄色铁铝土的有机碳含量时（以400, 590和920 nm）, 其反演结果R2达到0.94、 RMSEE达到0.21%。 双包络去除与OPLS相结合, 增强了光谱特征诊断的鲁棒性, 提高了不同类型土壤的综合与分类SOC全谱反演精度, 基于直观的图谱表达可构建简单的波段预测关系, 深化了物理经验吸收与统计多元回归之间的联系。

碱金属气室是基于原子无自旋交换碰撞弛豫的超高灵敏惯性和磁场测量装置的核心敏感器件。 碱金属气室内气体的含量会对原子的弛豫以及系统其他参数的选取产生很大的影响, 因此精密测量气室内混合气体各自的压强具有重要的意义。 当气室内存在气体时谱线会出现压力展宽和频移, 且压力展宽远大于自然展宽和多普勒展宽, 因此仅考虑压力展宽。 利用压力展宽、 频移的大小与气体压强存在的函数关系, 提出一种基于原子吸收光谱的碱金属气室内多种混合气体压强测量方法。 通过扫描碱金属原子的吸收光谱, 得到光学深度曲线, 并用洛伦兹函数对其拟合, 测得多种混合气体引起的单种碱金属原子的混叠压力展宽和频移, 再根据已知的单种、 单位压强气体引起的单种碱金属原子的压力展宽和频移, 联立计算得到多种气体各自的压强。 当存在n种碱金属时, 最多可以测量4n种混合气体的压强。 仿真结果表明, 该方法适用于入射激光未被原子完全吸收的情况; 激光功率和频率的波动在1%～10%的数量级时, 测量精度影响低于0.4%的数量级, 而温度波动在1%～10%的数量级时, 测量精度影响高达30%的数量级。

应用原位X射线衍射法对盐湖卤水体系的两个子体系——NaCl-H2O和NaCl-KCl-H2O溶液在低温条件下进行扫描, 获得了实验条件下体系的衍射图谱, 得到了溶液低温相变过程的信息。 图谱解析结果表明: 含NaCl 26.25%的溶液在-20~-25℃范围内析出了冰、 NaCl、 低水合氯化钠和二水氯化钠, 含NaCl 25.70%的溶液没有发生相变; 对于NaCl-KCl-H2O体系, 含NaCl 20.03%和KCl 10.19%的溶液在0~-25 ℃范围内析出了氯化钾和氯化钠, 含NaCl 22.40%和KCl 7.28%的溶液在-10~-25 ℃范围内只有氯化钾析出, 含NaCl 21.90%和KCl 6.46%的溶液没有发生相变。 实验结果显示: 这两个水盐体系低温相变过程析出盐的种类与相图结果有差异, 原因在于两者的状态不同; 体系中二水氯化钠的析出需要经过氯化钠与水的化合过程, 该过程是分步进行的; 实验体系在低温条件下发生相变受结晶因素控制, 温度只是其中一个因素, 体系相变发生与否是结晶因素综合影响的结果。

当前, 磷肥不合理施用引发的资源危机和环境问题日益凸显, 创制新型磷肥、 提高磷肥利用率是保障农业生产、 环境安全及可持续发展的关键。 鉴于有机结合态磷肥不易被土壤组分固定, 在土壤中移动性强, 作物有效性高, 研发新型有机结合态磷肥有望从根本上突破并解决无机磷肥利用率低的问题。 新近, 新型有机结合态磷肥的研发方兴未艾, 而有机结合态磷肥的赋存形态及其高效机理尚不清楚。 基于多种有机结合态磷肥研制及肥效方面的研究成果, 选取价格低廉、 肥效稳定的淀粉基磷肥, 采用液相磷-31核磁共振（P-NMR）技术、 同步辐射X射线吸收近边结构谱（XANES）技术在分子层面上对其磷形态进行表征。 将供试淀粉基磷肥酶解制成α-极限淀粉糊精, 溶解于45%的二甲亚砜, 通过液相P-NMR分析发现该磷肥中总磷含量约为5 218 mg·kg-1, 与灼烧-比色法测得的结果一致; 其中磷主要以有机形态赋存, 正磷酸单酯占总磷比例达75.8%。 正磷酸二酯含量为17.3%, 而无机磷仅占总磷含量的6.9%。 另外, 通过指纹图谱比对, 供试样品磷的K-边XANES谱与植酸磷的谱图极为相似。 以上研究结果表明该淀粉基磷肥中磷以正磷酸单酯为主, 为深入揭示有机结合态磷肥的高效机制提供了重要依据。Spectroscopy

恒星的连续谱是由于黑体辐射导致的光辐射强度随波长（频率）连续光滑变化的光谱。 每条观测到的光谱数据中都会包含连续谱、 谱线和噪声。 恒星的分类主要是依据光谱的谱线、 连续谱的相对强度以及光谱的其他特征。 恒星连续谱的分布以及谱线的轮廓是由恒星大气内的物理因素决定的, 也可以根据连续谱及谱线对恒星大气的物理参数进行估计。 因而处理光谱的主要问题就是提取连续谱, 并且通过归一化进行谱线的提取。 恒星连续谱提取的算法主要有多项式逼近、 中值滤波、 形态滤波以及小波滤波等, 但是这些方法对于低质量光谱处理的鲁棒性不是很好, 因此有必要研究一种新的算法对低质量光谱的连续谱进行提取。 在仔细分析恒星低质量连续谱的基础上, 提出一种基于蒙特卡罗方法的低质量恒星连续谱拟合方法。 该方法对恒星光谱筛选过程中不在范围内的点利用蒙特卡罗均匀分布进行自动插值, 让每一个波长都对应一个流量点, 然后对这些流量点进行低阶多项式迭代拟合, 从而得到连续谱。 为了验证算法对不同信噪比的低质量光谱连续谱提取的鲁棒性, 利用不同的信噪比在原始光谱中加入不同的高斯白噪声对低质量光谱进行模拟。 结果表明蒙特卡罗算法对不同信噪比的低质量光谱的拟合具有较高的精度与较强的鲁棒性。

多谱CT成像是通过不同谱段的CT图像表征检测对象中的不同组分。 为了便于在同一视图中显示所有组分的信息, 需要研究多谱CT序列的融合方法; 但是常用融合方法如加权平均法、 小波变换融合法等都是针对图像细节信息的优化, 不能表达组分的物理特性, 从而导致融合图像的灰度不具有物理表征性, 影响CT的定量检测。 为此, 结合具有物理表征特征的数据约束模型(DCM), 开展了基于先验组分的多谱CT序列DCM融合算法研究。 首先通过能谱滤波分离的成像方法获得多个能谱范围内的多能投影数据, 采用TV-OSEM算法重建不同能谱段的CT序列; 其次, 利用传统DCM模型和改进DCM模型分别对多谱CT序列进行融合, 传统DCM模型是严格单能的, 由于滤波后能谱的非严格单能特性, 其融合结果不能表征出对象序列中的全部组分。 针对此问题提出了改进DCM模型。 改进DCM模型选择了新的体元定义, 并且在多谱CT序列融合中引入先验组分作为参照, 通过先验物质对融合结果中其他物质进行校准, 实现检测对象中各组分位置的准确分布。 仿真实验表明, 该方法可从物理表征正确性的角度, 实现多谱CT序列融合, 在满足CT序列中不同组分区分的同时, 其融合图像的灰度具有物理可参照性, 有利于后续的CT定量检测。

无论是近红外还是红外光谱, 多元校正模型的传递问题都尚未解决。 为了实现模型和光谱的传递, 提出了一种改进的PDS算法——SA-PDS算法, 论方法通过PDS算法进行模型传递, 使用光谱间的夹角大小作为判定准则来选择传递参数, 使得模型传递过程不受到样品性质参考值的影响, 也不再依赖于模型, 并且可以双向传递。 该方法分别通过在近红外数据和中红外数据中应用来证明模型传递的可行性, 实验收集烟叶样本测得其近红外光谱, 沥青样本测得其中红外光谱, 将烟叶总糖会计师和沥青蜡含量作为模型预测对象。 使用光谱夹角作为PDS参数选择标准与使用预测标准偏差作为判定准则相比, 实验表明: 对于近红外光谱的从机向主机的传递, 其验证集预测精密度RMSEP从5.257 4降低至1.337 1, 优于RMSEP（1.350 3）方法, 预测偏差也同样被改善。 对于中红外光谱从机向主机的传递, 新方法验证集预测精密度RMSEP从0.525 1降低至0.186 9, 优于RMSEP（0.219）方法。 主机向从机的传递也取得了满意的传递结果。

诱导击穿光谱技术（LIBS）具有实时快速、 多元素同时探测的优势, 并且无需样品预处理, 检测成本低, 是土壤重金属定量分析检测的一种重要分析手段。 将LIBS技术应用于冶炼厂区周围土壤中重金属的含量分布分析研究, 利用Cu, Pb和Cr三种元素的特征谱线强度分析了冶炼厂区周围土壤中Cu, Pb和Cr三种元素的含量分布。 实验结果表明冶炼厂区土壤LIBS光谱中Cu和Pb两种元素的特征谱线强度分布与实际含量分布呈较好的线性关系, 而Cr元素的特征谱线强度分布与实际含量分布相关性较差。 为了提高Cr元素含量分布分析的准确性, 利用CF-LIBS结合Saha方程应用于土壤Cr元素的含量分布分析中。 实验结果表明基于CF-LIBS计算的Cr和Si两种元素含量比值分布与土壤Cr元素的实际含量分布之间具有良好的一致性。 相比于其他的化学分析方法, LIBS技术结合CF-LIBS可以快速的对区域土壤重金属元素的含量分布进行检测, 因此将LIBS技术与CF-LIBS相结合用于土壤重金属的含量分布检测中, 为污染区域的重金属防治提供方向。

在模拟人体生理条件下, 应用多光谱法和分子对接技术对罗利环素(RTC)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用进行了研究。 实验通过消除内滤光来提高荧光数据的准确性。 此外, 荧光光谱和紫外光谱的结果表明RTC与HSA的猝灭方式是静态猝灭, 且在298和310 K温度下的结合位点数分别为1.09和0.95。 在两个不同温度下的结合常数分别为K298 K=3.13×105 L·mol-1和K310 K=0.70×105 L·mol-1。 根据热力学参数的计算结果可知, RTC与HSA的结合作用力主要是氢键和范德华力。 取代实验表明, RTC在HSA的Site Ⅰ, ⅡA子域上有一个结合位点。 根据非辐射能量转移理论得到的RTC和HSA氨基酸残基间的结合距离为2.59 nm。 三维荧光光谱表明RTC和HSA的相互作用改变了蛋白质的构象。 此外, 采用傅里叶变换红外光谱法对RTC与HSA作用前后HSA二级结构的变化进行了定量分析, 结果表明, α-螺旋结构含量降低了8.4%, β-折叠含量从30.3%增加到31.4%, β-转角也从15.6%增加到了16.1%。 分子对接进一步显示RTC通过氢键、 疏水作用力、 极性键等多种作用力与HSA的ⅡA子域上氨基酸残基相互作用。 实验结果有助于从分子水平研究RTC和HSA的相互作用。