采用从头算的多参考组态相互作用(MRCI)方法并结合基组aug-cc-pCVQZ计算了CO分子基态(X1Σ+)的势能曲线和偶极矩曲线, 得到的势能曲线、 偶极矩曲线分别与RKR势、 文献的偶极矩曲线吻合较好。 利用所得的势能, 求解双原子分子核运动的Schrdinger方程找到了CO分子X1Σ+态转动量子数J=0时的70个振动态, 对于每一振动态, 分别计算了其振动能级G(v)、 转动惯性常数Bv和离心畸变常数Dv, 并把计算结果与已知的42个实验值做了详细比较, 结果表明, 计算的振动能级G(v)、 转动惯性常数Bv、 离心畸变常数Dv与实验值符合较好。 利用G(v), Bv导出的光谱常数［谐振频率ωe(2 160.1 cm-1)、 非谐振频率ωeχe(13.1 cm-1)、 转动常数Be(1.918 cm-1)、 振转耦合常数αe(0.017 3 cm-1)］也与实验值的光谱常数［ωe(2 169.8 cm-1), ωeχe(13.3 cm-1), Be(1.931 cm-1), αe(0.017 5 cm-1)］较为符合, 这在一定程度上证明了方法MRCI/Aug-cc-pCVQZ对CO分子基态性质的计算是合适而可靠的。 利用乘积近似方法计算了CO分子在常温、 中温、 高温时的配分函数, 在此基础上, 计算了CO分子在T=296 K时的1-0跃迁带的谱线强度, 通过比较发现, 计算所得的线强度与HITRAN数据库符合较好。 进一步计算的CO分子X1Σ+态1-0, 2-0, 3-0, 4-0, 2-1, 3-1和4-1跃迁带的带强度也与实验值较为吻合, 同时首次计算了CO分子X1Σ+态3-2跃迁带、 4-2跃迁带的线强度及带强度。

利用流体模型模拟和发射光谱实验诊断相结合的方法, 研究了中等气压、 中等功率下射频容性耦合等离子体的放电特性。 理论上, 采用基于流体模型的COMSOL软件仿真, 建立一维等离子体放电模型, 以Ar气为工作气体, 研究了不同气压以及不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。 实验上, 依据仿真模型设计制作了相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极, 采用13.56 MHz射频放电技术电离腔体内的工作气体Ar气, 测量了不同气压、 不同射频输入功率时放电等离子体的发射光谱。 通过分析和选择适当的Ar Ⅰ和Ar Ⅱ的特征谱线, 分别利用玻尔兹曼斜率法以及沙哈-玻尔兹曼方程计算了等离子体的电子温度与电子密度, 并结合模拟仿真结果对光谱诊断结果进行了修正。 结果表明: 当气体压强为300~400 Pa、 输入功率为600~800 W时, 等离子体近似服从玻尔兹曼分布, 此时利用光谱法得到的等离子体参数与仿真结果相符合。 仿真模拟与光谱实验诊断相结合的方法可初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数, 增加了玻尔兹曼斜率法和沙哈-玻尔兹曼方程在等离子体放电中的使用范围, 扩大了光谱法在低电子密度容性耦合等离子体参数诊断的应用场合, 为中等气压容性耦合等离子体在工业与**上的应用研究提供了重要物理状态的分析手段。

研究了积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达中采用洛伦兹线型代替伏格特线型对机载平台探测CO2柱浓度精度的影响。 建立仿真模型, 讨论两种线型在数据反演中对温度和气压的敏感性, 以及探测相对误差变化随飞行高度的变化。 结果表明: 伏格特和洛伦兹线型得到的吸收截面, 温度和气压敏感性, 相对随机误差分别为0.860%, -0.703%和0.224%, 基本没有差别, 但是洛伦兹线型可以有效地提高光谱参数计算效率。 机载IPDA激光雷达采用洛伦兹线型可以快速高精度反演飞行路径上CO2柱浓度, 降低了对系统计算能力的要求, 有助于实现在飞期间数据实时反演和分析, 以及实施针对突发事件的飞行规划, 同时也有助于进一步实现机载激光雷达系统的小型化和集成化。

在陆地上空气溶胶遥感中, 地表多样性会导致地表反射率计算误差增加, 降低地气解耦精度, 进而影响气溶胶反演精度。 多角度、 多光谱和偏振观测数据的引入有利于解决地气解耦精度和气溶胶参数的提取精度受限的问题。 基于多角度偏振辐射计(AMPR)航空多光谱遥感数据, 结合气溶胶散射和地表偏振反射规律, 提出了在1 640 nm波段对AMPR观测偏振反射率进行连续大气辐射校正, 实现地气解耦的方法。 在此基础上, 构建了陆地上空气溶胶偏振反演算法。 运算过程中使用665和865 nm波段观测数据进行气溶胶参数提取, 使用1 640 nm波段观测数据结合提取的气溶胶参数进行大气偏振辐射校正, 重新获取地表偏振反射率。 在反演过程中引入迭代, 逐步逼近大气与地表真实辐射值, 实现地气解耦, 并利用查找表的方法实现气溶胶光学厚度反演。 通过AMPR在京津唐地区5个架次的航空观测实验数据对反演算法进行了验证, 结果与地基CE318观测数据一致性较好, 在气溶胶光学厚度小于0.5的情况下, 反演平均误差为约0.03。

为了获得大气颗粒物的质量浓度廓线, 提出一种基于多波段激光雷达回波信号的大气气溶胶消光系数与颗粒物质量消光效率相结合的新型算法。 该方法利用覆盖紫外到近红外波段的激光雷达作为遥感探测工具, 获取气溶胶的消光与后向散射系数, 反演得到气溶胶粒子谱分布； 同时, 根据米散射理论算出气溶胶消光效率, 结合粒子谱分布, 提出颗粒物质量消光效率模型, 从而建立基于消光系数与质量消光效率相结合的反演颗粒物质量浓度的新型数学模型与算法。 采用该算法对两组不同天气条件多波段激光雷达实测数据进行反演, 并与地表采用的颗粒物浓度对比, 证明该方法的可行性, 为实现颗粒物质量浓度空间分布的探测提供科学依据和方法论。

压强是工业生产过程中的一个重要参数, 其准确测量是过程控制的关键。 气体分子光谱线型和线宽取决于分子间相互作用和温度、 气压等因素, 利用窄线宽气体吸收光谱的压力展宽效应, 可通过高分辨地测量气体吸收谱线得到压强信息, 实现压力计校准。 提出了一种基于光腔衰荡光谱技术和气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。 采用5.2 μm可调谐量子级联激光器, 基于连续光腔衰荡光谱技术建立了压力计校准实验装置。 室温下, 测量水汽在1 877 cm-1附近的一吸收谱线, 线宽为0.084 21 cm-1, 重复性测量误差小于1.53×10-4 cm-1, 对应的压强大小为98.12 kPa, 检测灵敏度优于0.18 kPa, 与高精度压力计读数98.14 kPa一致。 利用测试谱线线宽与压强的关系得到压力展宽系数(0.087 12±0.000 965) cm-1·atm-1, 与HITARN数据库参考值0.087 1 cm-1·atm-1一致。 实验校准了一小量程压力计。 结果表明基于光腔衰荡光谱的高分辨吸收谱线测量在压强检测和压力计校准领域具有很好的应用前景。

以硬玉岩中名义上无水硬玉矿物为研究对象, 通过常温和变温红外光谱测量, 确定硬玉矿物结构水表征及变温过程热变异行为。 研究结果显示: 由M—OH伸缩振动所致的红外吸收谱带集中于3 700～3 600, 3 570～3 520, 3 500～3 300及3 230～3 140 cm-1波数范围内, 但在不同的硬玉岩中具有不同的红外吸收。 变温过程中, 该吸收谱带基本在500 ℃左右相对吸收强度出现较为明显的减弱, 且结构水含量也逐渐下降, 进一步表征硬玉矿物中的“水”是以结构水的形式进入晶格。 但此M—OH伸缩振动所致的吸收谱带、 结构水含量和指纹谱均在850 ℃附近出现较为明显的变化, 预示该温度硬玉矿物的成分已出现变异。 硬玉矿物中“水”的热变异行为为进一步了解水分子的赋存状态与结合方式及其成岩机制提供一定的佐证。

随着工业化进程的不断推进, 水体重金属污染问题日益严重。 秸秆具有来源广泛、 价格低廉、 易再生等优点, 故成为水体重金属污染处理的理想吸附剂。 为研究太赫兹波技术在水体重金属污染检测的应用前景, 实验选取原始秸秆和碱化秸秆分别对重金属离子进行吸附, 利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)在室温氮气环境下对原始秸秆样品、 碱化秸秆样品、 原始秸秆吸附重金属离子样品、 碱化秸秆吸附重金属离子样品和碱化秸秆吸附重金属离子解吸后的样品进行光谱测量, 秸秆经碱化处理后处于1.75～1.85 THz的杂合吸收峰带吸收系数有明显下降, 并伴有肩峰式吸收带后移的现象, 在吸附重金属离子后, 原始秸秆样品中原有的1.75～1.85 THz杂合吸收带消失, 却在1.8～2.05 THz形成了杂合吸收带。 碱化秸秆在1.7～2.05 THz呈现复杂的多个肩峰式吸收, 而碱化秸秆吸附重金属样品在1.7～2.05 THz呈现平滑的强吸收带, 碱化秸秆吸附重金属离子水解吸后吸收谱线近乎平行。 结合秸秆及碱化吸附重金属的化学反应过程对吸收谱进行分析, 可得到不同组分样品的分子振动及官能团信息, 并得到碱化秸秆吸附重金属应为络合吸附和静电吸附两种吸附方式。 证明了太赫兹时域光谱技术在水体重金属污染检测中的可靠性和良好的应用前景。

变压器的维护至关重要。 变压器油中水含量的检测是变压器维护中很重要的一部分。 水在太赫兹频段独特的分子键振动模式使其对太赫兹波具有强烈的吸收性。 利用太赫兹时域光谱技术对变压器油进行水含量检测, 获得了不同水含量变压器油的吸收系数和折射率, 结合相关理论模型对获得的参数进行了分析验证。 试验结果表明, 变压器油的吸收系数和折射率与水含量呈线性关系。

及时发现并剔除异常光谱对于提高近红外光谱分析的可靠性具有重要意义。 首先介绍了基于正交距离的稳健主成分分析法判断异常光谱的原理, 分析了该方法的局限性, 在此基础上提出了一种基于简化正交距离的异常光谱判断方法, 即以高浓度样品的光谱直接估计第一稳健主成分, 再通过重复测量估计正交距离的统计参数来判断异常光谱。 最后, 采用上述两种方法对葡萄糖水溶液和2% Intralipid仿体溶液透射实验中受温度影响的异常光谱进行了判别。 结果表明, 基于正交距离的稳健主成分分析法, 当崩溃值设定为40%时, 葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度影响的异常光谱均能被正确识别； 当崩溃值设定为25%时, 对葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度影响的异常光谱漏判率分别为54.5%和72.7%。 而简化正交距离法可以准确识别出葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度干扰的异常光谱, 且具有无需预先设定崩溃值和测量持续时间较短等优点。 因此, 简化正交距离法在实际应用中相比基于正交距离的稳健主成分分析法有着显著的优势。

近年来, 市场对高品质绿松石的产地识别需求愈加迫切, 然而, 相应的研究尚少。 湖北秦古、 文峰和安徽笔架山产有结构致密细腻、 光洁坚韧, 蓝色的绿松石。 它们的谱学特征基本一致, 但在峰位或强度上存在可以识别的差异。 红外光谱特征中, 由δ(OH)弯曲振动引起的783 cm-1附近谱带在秦古样品中表现为797和779 cm-1分裂峰, 在文峰样品中表现为787 cm-1峰, 在笔架山样品中表现为783 cm-1峰。 不同产地的R=I783 cm-1/I837 cm-1值不同, 秦古样品R值在0.98以上, 文峰样品R值在0.85左右, 笔架山样品R值集中在0.91～0.94。 属于ν4(PO4)伸缩振动内的609 cm-1附近谱带在文峰样品中较明显且强度大, 在秦古样品中峰形略宽、 强度稍弱, 笔架山样品在该处吸收平缓且强度很小。 拉曼光谱中在3 500 cm-1附近笔架山样品的峰位波数明显较湖北秦古和文峰样品的大(为3 506和3 505 cm-1), 而湖北所有样品的此峰均低于3 500 cm-1(3 495～3 500 cm-1), 可能由水组分的不同造成的, 且其在3 472 cm-1附近的峰强度明显偏大。 同样情况发生在由ν4(PO4)弯曲振动引起的551 cm-1峰, 可能为微量元素Zn的含量差别所致。 以上特征可作为识别湖北和安徽两产地绿松石的重要谱学标志, 结合其外观特征, 可以将二者有效区分。 以上研究结果还具有潜在的考古学价值。

木材和水分关系的研究一直以来都是木材学研究领域的重点课题。 木材中水分含量变化会使木材产生干缩湿胀, 进而影响其尺寸稳定性, 这关系到木材的实际应用。 一般认为, 木材产生变形的根本原因是木材化学组分中多糖类物质所含羟基与水分形成氢键作用的结果, 而近红外光谱对有机材料含氢基团具有高度的敏感性。 利用这一特点, 为了能够实现对木材尺寸变化的在线快速检测, 应用近红外光谱(near infrared, NIR)探讨了不同含水率木材与其尺寸稳定性之间的相互关系并建立了木材尺寸变化预测模型。 通过对不同含水率下木材三个切面进行近红外扫描得到光谱信息, 结合化学计量学方法, 建立基于偏最小二乘法的木材径、 弦向尺寸变化率的近红外光谱模型, 并采用交叉检验的方式对模型进行验证。 结果表明: 不同含水率条件下的木材径、 弦向尺寸变化率与相应的近红外光谱有很高的相关性, 说明可以通过近红外光谱来研究木材的尺寸变化； 研究建立的木材径、 弦向尺寸变化模型的相关系数都大于0.90, 均具有比较好的适用性； 通过比较横切面上建立的径、 弦向尺寸变化率模型, 弦向好于径向。 以上结果表明利用近红外光谱技术对木材的尺寸变化进行快速、 准确的预测具有较好的可行性。

对364份水分含量在2.24%～32.66%之间的“冈优916”稻谷样品, 经均值中心化、 一阶微分、 标准归一化和多元散射校正等预处理后, 采用分段间隔法、 组合分段法、 滑动窗口法和反向分段法等进行特征谱区选择, 分别使用偏最小二乘法(PLS)和主成分回归(PCR)两种定量分析方法, 获得稻谷含水量近红外光谱预测模型最佳的特征谱区。 首次给出了分段间隔法、 组合分段法、 滑动窗口法和反向分段法等传统的特征谱区选择方法的计算复杂度的计算公式, 并对比分析了这几种特征谱区选择方法的程序运行效率。 结果表明: 采用PLS建模对稻谷含水量光谱的预测性能优于PCR建模, 但PLS建模的效率低于PCR建模； 在PLS建模中, 采用反向分段法对稻谷光谱含水量的预测性能最好, 其预测集的相关系数RP为0.995 6, 预测均方根偏差RMSEP为0.78%； 其次是滑动窗口法, 其RP为0.994 3, RMSEP为0.89%； 但这两种特征谱区选择方法的程序运行效率较低, 反向分段法的平均运行时间为4.87 h, 滑动窗口法的平均运行时间为29.82 h。 该研究结果为今后在并行计算或分布式计算上开发近红外光谱预测模型的快速算法提供参考。

土壤侵蚀降低土地生产力, 导致土壤环境恶化, 其中水力侵蚀是土壤侵蚀中最主要的一种形式。 土壤可侵蚀性K值是评价土壤被降雨侵蚀难易程度的一项重要指标。 使用河南、 福建和浙江三省研磨干样可见-近红外(Vis-NIR)漫反射光谱数据, 将其转换为吸收率后进行Savitzky-Golay(SG)平滑去噪； 对土壤有机质(SOM)和机械组成进行精准预测后, 分别采用EPIC和RUSLE2模型估算K值, 并对预测精度进行比较分析, 所得结论如下: (1)建立土壤有机质和机械组成高光谱最佳预测模型, 土壤质地(砂粒、 粉粒和黏粒)预测采用支持向量机(SVM)模型, SOM预测采用局部加权回归(LWR)模型, 模型四分位相对预测误差(RPIQ)为2.27, 3.17, 2.18和3.44； (2)通过土壤质地估算的土壤渗透性等级分类效果较好, Kappa系数为0.62, 同时估测的土壤质地类型与实测土壤质地类型分布特征相近, 质地主要类型均是粉黏土、 砂黏壤土、 壤土、 壤砂土和砂壤土； (3)EPIC和RUSLE2两种模型均具有较为精确的估测能力, EPIC模型预测精度更高, 均方根误差(RMSEP)为0.006 6 (t·ha·h)/(ha·MJ·mm), RPIQ达1.58, 而RUSLE2模型精度相对较低(其中RPIQ为1.43), 因此推荐使用EPIC模型结合Vis-NIR光谱技术估测土壤可侵蚀性K值。 本研究为今后快速准确预测K值提供思路, 并为大面积监测土壤侵蚀提供辅助手段。

模型传递使在特定条件下建立的模型能够应用于新的样品状态、 环境条件或仪器状态。 本研究在中药金银花中试在线水提过程中, 以水提液中的绿原酸含量为研究对象, 建立绿原酸含量的近红外定量模型。 针对由金银花来源不同带来的模型失效问题, 从光谱背景校正的角度出发, 提出以KS算法挑选待传递样本中的代表性样本, 结合正交信号回归(OSR)光谱背景校正方法, 对不同来源样本的近红外光谱进行光谱背景校正, 并深入探讨OSR方法实现近红外定量模型在不同来源中试样本间传递的应用原理。 经模型传递后, 模型对新批次样本预测的RSEP由14.91%下降到7.11%, RPD由2.95上升到5.36, 预测准确度明显提高。 实验证明, 选择代表性样本的KS算法结合OSR光谱背景校正的模型传递方法不仅能减小不同来源原料药之间的偶然误差, 同时消除了中试制剂过程和算法本身的系统误差, 因此能够有效地改善因样本来源差异而造成的模型失效现象。 该研究充分阐释了OSR模型传递方法的应用原理, 以光谱背景校正与挑选代表性样本回归的方法实现了近红外定量模型在不同来源原料药中试样本之间的模型传递, 增强了模型应对原料药批次间变动的能力, 提高了模型的稳健性, 为多来源原料药中试在线制剂过程中有效成分含量的快速实时监测提供了有效方法。

目前, 在单倍体育种技术中, 可先使用低场核磁共振方法定量测得玉米单倍体与二倍体的油分, 再依据二者油分差异鉴别单倍体, 该方法在实际育种工作中已取得初步应用, 但核磁共振鉴别单倍体方法存在速度慢、 价格贵、 维护难等缺点, 难以获得大范围应用。 近红外光谱技术有诸多优点并在各领域取得广泛应用, 相关研究也表明该技术可用于玉米单倍体的定性鉴别, 但是目前该方法用于鉴别单倍体实验研究时涉及的玉米品种相对较少, 对于某些品种识别效果较差, 且内部机理类似于黑盒, 难以指明单倍体、 二倍体两类种子是依据何种物质的差别进行区分, 有时难以获得农业领域专家认可。 根据花粉直感效应的原理, 玉米单倍体与二倍体存在明显的油分区别, 通过油分鉴别单倍体原理直观明白, 易于被业内专家接受。 因此, 提出了一种先定量得到油分, 再依据定量分析所得油分进行分类的方法, 即首先使用玉米单籽粒的近红外光谱定量回归分析得到各籽粒的油分含量, 再利用定量分析所得的油分值, 并使用最小平方误差方法对单倍体、 二倍体混合籽粒进行定性分类。 实验结果表明近红外定量分析方法的识别精度与核磁共振方法相当, 与几种定性分析方法比较, 在训练集规模相同时, 近红外定量分析方法所得识别率优于几种定性分析方法, 进一步表明近红外定量分析方法鉴别单倍体具有一定优势, 可满足育种行业精度要求, 能够为尽快实现单倍体工程化育种提供保障。

转基因技术在过去的几十年里快速发展, 然而此项技术对生态环境、 伦理道德等可能带来的影响尚存争议, 因此针对农作物的转基因成分检测和鉴别的相关技术研究十分重要。 本研究以转双价基因(cry1Ab/cry2Aj-G10evo)玉米籽粒和玉米面粉为研究对象, 采用近红外光谱仪采集900～1 700 nm波段范围的光谱, 结合 Savitzky-Golay(SG)平滑算法对提取出的光谱数据进行去除噪声处理。 基于全波段光谱和PCA主成分分别建立了偏最小二乘判别分析(PLS)和支持向量机判别模型(SVM)。 试验结果表明, 在转基因玉米籽粒全谱的判别分析模型中, SVM判别模型效果要优于PLS判别模型, SVM模型识别正确率达到90%以上, PLS的模型识别率只有85%左右。 以PCA降维后建立的模型中, SVM模型也取得了最优的效果, 建模集和预测集识别正确率达到100%。 虽然转基因玉米在研磨加工后外源蛋白和DNA有所下降, 但是转基因玉米粉末基于全波段光谱建立的SVM模型的建模集正确率仍有90.625%。 结果表明应用近红外光谱技术集合化学计量学方法对转基因玉米的鉴别是可行的, 为转基因玉米乃至其他转基因农产品的鉴别提供了技术支持, 具有重要的理论意义和应用价值。

中药炮制是根据中医学理论, 改变中药的性味和功效, 以达到缓和药性、 减毒增效等作用。 炮制对中药的活性成分、 药效、 毒副作用影响甚大, 建立一个系统鉴别和评价中药不同炮制品的方法, 可为中药质量和临床用药安全提供重要支撑。 采用红外光谱法对9种云南重楼不同炮制品进行对比分析, 结合化学计量学建立主成分-马氏距离(PCA-MD)判别模型进行鉴别分析。 云南重楼不同炮制品的红外光谱经自动基线校正和纵坐标归一化预处理后, 取其平均光谱图。 九种重楼不同炮制品的平均红外光谱和二阶导数光谱显示: (1)其主要特征吸收峰为3 387, 2 923, 1 745, 1 463, 1 338, 1 240, 1 207, 1 158, 1 180, 1 080, 1 048, 1 020, 988, 921, 895, 859, 833, 765, 708, 572和529 cm-1； (2)重楼不同炮制品红外图谱的峰形基本相似, 可显示出重楼所特有的红外光谱特征； (3)重楼不同炮制品红外图谱中少数特征吸收峰数目、 位置和吸收强度存在差异, 表明重楼经不同炮制后化学成分和含量发生了改变。 红外光谱经多元散射校正(MSC), 标准正态变量(SNV), 一阶求导(1st Der), 二阶求导(2nd Der)和平滑(SG)优化处理后, 采用Kennard-Stone算法筛选训练集和预测集(3∶1), 建立PCA-MD判别分析模型。 结果显示, 重楼不同炮制品的最佳预处理方法为1st Der+SG(11∶3)。 提取前5个主成分, 变量特征的解释能力为88.2%, 以PC1, PC2和PC3为坐标轴建立PCA-MD三维得分图可知, 九种炮制品可完全区分； 其中重楼I, H, G和F的聚类效果最好, 且前三种炮制品距离较近, 表明晒干和烘干处理重楼与传统炮制重楼所含化学成分相似； 重楼D和E空间距离较近, 推测其经过微波和蒸汽高温处理后化学成分变化相似。 预测集样本可准确的归属于训练集, PCA-MD判别模型的准确率为100%。 红外光谱结合PCA-MD判别分析可准确区分云南重楼的不同炮制品, 为云南重楼炮制品的临床应用提供参考, 同时为中药炮制品的鉴别提供了借鉴。

应用金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了封闭体系内氢同位素在苯和重水之间的分馏效应。 物相间达到同位素交换平衡是测定稳定同位素分馏系数的前提。 与高温高压条件下水抑制正烷烃、 环烷烃等烷烃的氢同位素分馏不同, 苯的特殊结构可促使其在实验条件下与重水发生氢同位素分馏。 通过逐步升高体系温度、 增大苯和重水的接触面积、 300 ℃下恒温足够长时间等实验手段促使苯和液态重水间达到氢同位素交换平衡, 测得300 ℃条件下苯和重水之间的氢同位素分馏系数为0.909 9。 证明了原位拉曼技术测定不同液相间氢同位素分馏系数的可行性, 同时扩展了金刚石压腔结合拉曼光谱技术测定不同物相间稳定同位素分馏系数的应用范围。

采用质谱、 拉曼光谱及理论计算对［M(H2O)n］+(M=Li, K)水合团簇进行了研究。 质谱分析［M(H2O)n］+(M=Li, K)水合团簇的离子峰, 推测其水溶液中最大水化数为12和13。 采用拉曼光谱对浓度梯度相同的LiCl和KCl水溶液进行了讨论与比较, Li+和K+的水化作用导致~3 208 cm-1水结构拉曼峰发生了明显的变化, 其中LiCl和KCl溶液的浓度分别在0~2.0和0~2.5 mol·L-1范围内, 水化作用呈线性增强, 浓度大于2.0和2.5 mol·L-1时, 偏离线性关系, 出现缔合。 理论计算［M(H2O)n］+水合团簇结构和理论拉曼光谱表明, Li+, K+分别在n>4和n>6开始第二水化层, O—H伸缩振动频率发生了蓝移, 氢键结构遭到了破坏, 与实验结果一致。

一维纳米材料硅纳米线是目前重要的光电材料之一, 采用化学气相沉积法制备了硅纳米线, 实验研究了不同功率532 nm激光激发下的拉曼光谱和荧光光谱, 随着入射激光功率的增加, 一阶拉曼光谱出现红移和非对称加宽, 而且红移同入射激光功率成正比, 光致荧光光谱出现蓝移和双峰结构。 使用声子限域效应、 应变效应和激光非均匀加热效应对实验结果进行了分析, 并采用matlab模拟了入射激光功率同拉曼频移的理论关系曲线, 结果表明激光非均匀加热效应是引起拉曼光谱和光致荧光光谱变化的主要原因。

建立薄层色谱(TLC)与表面增强拉曼光谱(SERS)联用技术对改善睡眠类保健食品中四种非法添加化学成分(三唑仑、 艾司唑仑、 氯硝西泮及奥沙西泮)的快速检测新方法。 以环己烷-乙酸乙酯-乙醇(5∶3.5∶2)为展开剂, 利用 TLC 将添加成分与保健食品基质初步分离, 在UV254 nm下检测定位； 以780 nm激光为激发波长, 水相银溶胶为表面增强剂, 采用SERS法对TLC上的微量添加成分定性检测。 通过模拟阳性样品实验, 考察保健食品基质对添加成分TLC-SERS的影响, 并考察四种化学成分的检测限。 建立了改善睡眠类保健品中非法添加四种化学成分的TLC-SERS检测方法。 四种添加成分的TLC-SERS与相应对照品的拉曼光谱特征峰存在明显相关性； 保健食品的基质对添加成分的检测几乎没有干扰； 四种化学成分的检测限为1～4 μg。 最后, 对市售五种改善睡眠类保健食品进行检测, 均不存在非法添加情况。 该研究利用TLC与SERS相结合的方法应用于改善睡眠类保健食品中掺杂化学成分的快速检测, 并获得了镇静安眠类共四种化药的TLC-SERS谱, 建立了改善睡眠类保健食品中非法添加三唑仑等四种化药的检测方法； 该法专属、 灵敏、 快速、 简单, 并且没有显著的检测时间限制, 为改善睡眠类保健食品中掺杂化学成分的现场检测方法研究提供新的参考依据。

采用激光拉曼光谱分析比较了灵芝孢子油、 橄榄油、 葵花籽油及鱼肝油的光谱特征, 结果显示激光拉曼光谱法可以用于快速检测灵芝孢子油: 灵芝孢子油具有位于1 563 cm-1处峰强较弱线宽较宽的特征拉曼峰, 而且位于1 445和1 660 cm-1两处拉曼峰的相对强度比与其他油不同。 同时运用激光拉曼光谱法分析了变质的灵芝孢子油和廉价的灵芝孢子油, 发现暴露在空气中一段时间后的灵芝孢子油的活性成分基本被氧化了, 市场上廉价的灵芝孢子油可能是由变质的灵芝孢子油、 葵花籽油、 或其他廉价植物油混合掺杂而成的。

使用英国爱丁堡FLS920P荧光光谱仪, 对甲醇、 乙醇的紫外吸收光谱和荧光光谱进行实验检测, 得到二者的光谱特征参数。 分别采用密度泛函理论(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)对二者分子的基态和激发态结构进行优化, 并比较两种分子在不同能态下的差异。 应用含时密度泛函理论(TD-DFT)的不同泛函结合极化连续介质模型(PCM)在6-31++G(d, p)水平上分别计算了二者的紫外吸收光谱和荧光光谱, 与实验结果吻合。 分析了甲醇、 乙醇荧光产生机理, 同时分析了不同泛函对于计算光谱的影响。 结果表明: 甲醇、 乙醇在紫外波段有微弱吸收, 在紫外激发下能产生拉曼峰和微弱的荧光峰。 甲醇、 乙醇的吸收光谱是由里德堡激发产生, 产生荧光的轨道跃迁为σ→π。 泛函OLYP能够较好地重现实验吸收能, 而泛函MPWK能够较好地重现实验发射能, 并且发现不同的纯泛函计算跃迁能也具有差异性。 结果可为醇类分子的分子特性研究提供参考。

为探明不同淹没区填料对生物滞留系统的净水效果的影响, 采用三维荧光光谱研究间隙水溶解性有机物的组成成分和时间分布特征。 三维荧光光谱显示, 海绵铁环境间隙水中主要有机组分为微生物代谢产物(Ⅳ), 火山岩与碎砖块中为类腐殖质(Ⅲ+Ⅴ)； 碎石块类腐殖质(Ⅴ)、 简单芳香类蛋白(Ⅰ+Ⅱ)和微生物代谢产物(Ⅳ)； 48 h后海绵铁和碎砖块相关联的水生环境中DOM的荧光峰削弱, 而火山岩和碎石块相关联水生环境中DOM的荧光峰增强。 出水的类腐殖质组分(Ⅲ+Ⅴ)荧光积分体积均有降低(平均58.04%), 芳香类蛋白组分(Ⅰ+Ⅱ)均有上升(平均65.36%)。 海绵铁去除溶解性有机物效果最好(84.52%), 火山岩(77.25%)和碎砖块(77.90%)较好, 碎石块(29.20%)最差。 间隙水中有机物主要来源于微生物的代谢活动(HIX＜4)。 与类腐殖质相反, 芳香类蛋白易被微生物利用, 对微生物代谢活动和硝态氮反硝化有促进作用。 生物滞留系统在设计时宜采用碎砖块和海绵铁填料, 外加碳源宜选用易被微生物利用的有机物。

为探明水源热泵水处理系统的净水过程, 提高热泵系统能效, 采用三维荧光光谱研究了水处理系统各单元水DOM的荧光。 结果表明, 水源热泵水处理系统对DOM处理效果不佳, 且长期被忽略, 影响其能效。 过滤器清洗周期对蛋白类有机组分、 微生物代谢产物和类腐殖质的去除影响大； 系统内HIX指数均<4, 其DOM主要来源是微生物代谢产物和蛋白类物质。 清洗周期过长会造成系统内部淤泥堵塞, 引发系统内DOM泄露。 水中类富里酸和蛋白类有机组分可能来源于小环藻, 而类腐殖质则可能来源于其他藻类。 系统内DOM的去除效果主要受过滤器运行周期影响, 为防止热泵系统结垢问题, 应该针对水源地的水质加大清洗频次, 并强化水源热泵系统的水处理。Three-Dimensional Fluorescence Analysis

葡萄干因其种类繁杂, 产地来源多, 制作工艺多样, 导致品质各异。 因此需要建立能够科学、 准确的鉴别葡萄干种类、 产地、 品质的分析方法, 以确保葡萄干产品质量、 保护消费者利益、 规范葡萄干商品市场。 该实验基于葡萄干中富含多种荧光物质, 以甲醇为萃取剂, 应用微波提取法, 结合三维荧光光谱技术, 在激发波长300~700 nm, 发射波长360~720 nm范围, 获取三维荧光矩阵数据, 应用多维主成分分析(M-PCA), 多维偏最小二乘辨别分析(N-PLS-DA)和平行因子算法-偏最小二乘辨别分析(PARAFAC-PLS-DA)等多维模式识别方法, 对三种主色为绿色、 两种主色为红色的五个不同种类的葡萄干进了分类研究。 M-PCA研究结果显示不同种类的葡萄干存在聚类趋势, 而N-PLS-DA和PARAFAC-PLS-DA则给出了比较满意的分类结果。 相对而言, 由于PARAFAC-PLS-DA是基于PARAFAC分解得到浓度得分结果基础之上进行的分类, 去除了不相干的冗余信息, 因此取得了100%准确的分类结果。 两种算法的品质因子比较结果也说明基于荧光光谱法和多维模式识别技术相结合的分析技术可以很好的用于葡萄干种类的识别研究, 并有望用于葡萄干质量等级识别及产地追溯。

基于七元瓜环可使中性红的荧光增强从而设计荧光探针, 当在荧光探针中加入百草枯后荧光强度又逐渐降低, 利用此种超分子配合物的荧光“开-关”效应, 从而建立了一种新颖的检测百草枯的荧光方法。 当百草枯浓度在(1~8)×10-6 mol·L-1范围内, 百草枯浓度与探针的荧光强度具有良好的线性关系, 且检出限为1.4×10-8 mol·L-1, 加标回收率为104%~108%, 可在河水样品中检测百草枯的含量。

利用三维同步荧光光谱法获取不同氧化状态下的葵花籽油荧光光谱数据, 同时采集葵花籽油品质指标。 运用平行因子法对三维同步荧光光谱矩阵进行降维处理, 通过iPLS(interval partial least squares), BiPLS(backward interval partial least squares)和SiPLS(synergy interval partial least squares)模式识别方法进行数学建模。 结果表明: 波长差Δλ=50 nm时, 样品同步荧光光谱具有显著差异, 筛选用于数学建模初始数值。 不同模式识别方法建模结果显示, iPLS, BiPLS和SiPLS法所得校正集模型和预测集模型的相关系数分别为0.908 3, 0.961 2, 0.954 5和0.872 3, 0.925 2, 0.852 5, 交互验证均方根误差分别为0.050 3, 0.033 1, 0.035 9和0.073 3, 0.054 1, 0.065 5, 比较发现采用BiPLS法建模效果最好。 该研究将为葵花籽油品质快速辨别提供理论基础和技术支持, 为其他食用油脂的快速检测提供方法指导。

基于三维荧光光谱结合小波压缩与交替惩罚三线性分解(APTLD)对水中多环芳烃(PAHs)进行定性和定量分析, 实验以萘(NAP)、 芴(FLU)、 苊(ANA)为测量样品。 首先用FS920荧光光谱仪测量获得样品的三维荧光光谱数据, 对数据进行激发和发射校正且去散射, 得到真实光谱。 为了解决三维荧光光谱数据的冗余信息, 通过小波变换对实验光谱数据进行压缩, 其压缩分数和数据恢复分数分别大于92%和95%。 用APTLD对压缩后的光谱数据进行分析, 体现了二阶优势, 实验结果表明, 在PAHs的荧光光谱严重重叠和有干扰物共存下, 该方法仍能准确地测定, 其回收率为94%~98%、 预测均方根误差小于0.29 μg·L-1。

随着我国电力技术的迅猛发展, 因电弧/电晕放电造成高压设备损坏、 高压线传输损耗的问题愈加引起重视。 完成了电弧/电晕目标在200～1 000 nm的光谱特性测量, 发现电弧电晕光谱强度分布主要集中在200～400 nm紫外波段。 提出了使用紫外面阵成像技术用于探测研究电弧/电晕的方法, 通过一套自制的紫外面阵成像系统, 成功实现了对高压电弧/电晕目标进行的实验室内紫外成像, 以及氙灯积分球辐射定标与目标反演。 实验结果表明, 该套紫外面阵成像系统可用于对电弧电晕放电进行实时检测。 该研究验证了电弧/电晕的紫外辐射特性, 在距离2 m处得到反演后的6 kV电弧的紫外240～280 nm波段的辐照度为3.39×10-5 W·cm-2, 为深入开展电弧/电晕的紫外特性研究提供强有力的依据。

准确地诊断树木健康状况是城市森林树木管理工作的基础, 也是目前生产中急需的技术。 通过土壤和植物养分分析诊断树木健康可靠性差, 通过形态特征调查诊断树木健康费时、 费力, 如何快速、 准确、 无损地诊断树木健康已经成为城市树木健康管理的重要技术瓶颈。 以北京市银杏为研究对象, 对基于叶片反射光谱特征的树木健康诊断技术进行了研究。 通过13个外貌形态特征聚类将树木健康划分成健康木、 亚健康木、 一般健康木和不健康木4个等级, 不同健康等级树木叶片色素含量差异极其显著(p<0.001) , 因叶绿素含量与光谱反射率之间存在相关关系, 所以采用叶片反射光谱特征判断树木健康状况是可行的。 采用因子分析法, 通过15个叶片反射光谱指标构建了能够综合反映叶片反射光谱特征的绿度指数、 色素指数、 三边指数。 不同健康等级间叶片反射光谱指标以及三个反射光谱指数均有极显著差异(p<0.001)。 所以, 采用三个反射光谱指数构建了银杏健康评价的多元二次模型, 经检验模型预测精度达到79%, 可以作为银杏树木健康快速诊断。 选取的光谱指标较为全面, 方法简洁, 并通过综合分析, 确定了不同健康等级树木核心形态指标以及叶片的绿度指数、 色素指数、 三边指数等综合得分以及得分范围, 为生产中直接使用该方法诊断银杏健康状况提供了标准。

高分四号卫星是我国首颗高空间分辨率地球静止卫星, 在浑浊二类水体的遥感定量监测方面应用潜力很大。 为评价高分四号多光谱数据经大气校正后水体反射率的精度, 以太湖为研究区, 使用同步MODIS数据辅助的Gordon单次散射改进算法, 对2016年7月21日和2016年8月17日两景高分四号多光谱数据进行大气校正, 并通过与地面同步实测光谱数据、 以及地球静止水色卫星GOCI数据大气校正结果的协同比对, 验证高分四号多光谱数据的大气校正效果, 为该卫星产品的水色遥感应用提供借鉴和参考。 结果表明, 红光B4波段校正精度最高, 平均绝对误差(MAPE)为10.71%； 绿光B3波段校正精度次高, MAPE为13.21%； 近红外B5波段校正精度次低, MAPE为33.06%； 蓝光B2波段校正精度最低, MAPE为53.55%。 其中B3, B4和B5波段校正精度高于GOCI, 主要原因在于高分四号的空间分辨率远高于GOCI, 混合像元导致的精度误差相对较小, 充分显示了高分四号作为一颗高空间分辨率地球静止卫星在水色遥感方面的优势； 而B2波段低于GOCI, 表明高分四号的蓝光波段尚有改进空间, 今后有必要对该波段进行重新定标等处理； 在未得到有效处理的情况下, 水色遥感应用应尽量避开该波段。 总体而言, 高分四号多光谱数据校正精度较高, 可以较好的应用于内陆二类浑浊水体的定量遥感监测。

采用单电流阶跃电化学沉积技术, 在商业纯钛(CP-Ti)表面构建硅、 银、 氟离子共修饰羟基磷灰石(Si-Ag-F-HA)纳米复合薄膜。 Ag+的持续释放可以提供有效的抗菌性, Si4+作为生物活性元素可以有效地抵消Ag+的潜在细胞毒性。 采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定涂层中硅和银元素的释放规律。 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)、 能量弥散X射线谱(EDS)、 X-射线衍射(XRD)等技术对得到的材料进行了表征。 结果表明: Si, Ag和F三种元素均匀地掺杂到了HA的晶体结构中。 Si-Ag-F-HA为纳米级的针状晶体结构, 薄膜整体致密且均匀。 Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以在一周内很好地诱导类骨磷灰石的形成, 具有优异的生物活性。 塔菲尔曲线测试结果证实涂层的耐SBF腐蚀性较好。 ICP-MS测试结果表明Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以提供持续的Si和Ag离子释放。 FTIR 和ICP-MS等光谱技术为开发新型抗菌硬组织修复材料提供了高效快速的检测手段。

基于改性膨润土可能存在的优异吸附能力, 利用傅里叶变换红外光谱仪和场发射扫描电镜研究分析了巯基化、 钠化及酸化三种改性膨润土对Cu2+, Pb2+和Zn2+的等温吸附与竞争吸附实验结果。 研究结果表明, 在单一重金属离子的等温吸附环境下, 巯基化膨润土对Cu2+, Pb2+和Zn2+的吸附能力明显优于其他两种材料, 且对Pb2+具有一定的吸附选择性, 吸附率达到近100%； 在竞争吸附环境下, 三种改性膨润土对Cu2+, Pb2+和Zn2+的吸附率都有所下降, 但巯基化膨润土仍旧能够保持较好的吸附能力, 较其他膨润土的吸附率大约高出10%～40%； 三种重金属离子的吸附量均表现为Cu2+＞Pb2+＞Zn2+, 这与三种重金属离子的竞争能力、 化学亲和力等大小有关； 膨润土的巯基改性, 步骤简单且吸附重金属的效果好, 对膨润土改性及其应用具有重要意义。

基于连续辐射理论, 得到连续辐射能量与等离子体电子温度的关系式。 依据青海地区一次强地闪回击过程的光谱, 从中分离出连续辐射强度, 对其吸收特征进行分析以减小吸收带来的计算误差。 通过对连续谱强度的曲线拟合得到闪电放电通道电子温度, 温度峰值为29 800 K, 温度下限为16 200 K, 由同一波段光谱中的O Ⅰ线和N Ⅱ线分别拟合了电子温度。 比较结果发现: 由连续辐射得到的闪电通道电子温度从高温向低温过渡, 高温值与离子线信息获得的闪电核心电流通道处的温度符合较好, 而低温则与原子线计算的结果接近, 反映了外围电晕发光通道的温度。 所以, 依据连续谱得到的结果能更全面地反映温度沿通道径向的分布。 对于闪电热等离子体通道, 连续谱法提供了一种计算闪电放电通道电子温度的新途径, 对地闪回击研究有一定的意义。

随着光谱技术的发展, 打印系统的光谱特征化模型成为研究热点。 基于光谱匹配的特征化模型通过直接预测设备基色的光谱反射比数据, 可以有效的减少同色异谱现象的发生, 为实现高保真印刷提供条件。 主要基于Yule-Nielsen修正的Neugebauer光谱模型, 开展了关于12色打印系统光谱特征化模型如何提高模型精度的研究。 首先通过对颜色测量仪器及测量条件、 喷墨打印机打印系统进行稳定性及精确度验证, 为后续样本设计和测量提供可行性依据。 然后, 建立该研究设备适用的正向YNSN模型。 依据CIELAB颜色空间中明度值L*均匀分布的原则, 设计并输出了1 331个测试样本, 抽取部分样本做训练样本, 对所建立的光谱的特征化正向模型进行验证。 结果表明, 基于光谱的特征化模型预测精度较高, 具有明显的优势。 经验证, 通过引入Yule-Nielsen修正参数n值, 可进一步改善光谱预测精度。

半导体光催化氧化技术在处理能源危机和环境污染问题方面有非常重要的应用。 选取石墨烯对水热法制备的Zn2SnO4进行改性。 通过透射电镜(TEM)观察其形貌特征, 通过X射线衍射(XRD)、 红外光谱(FTIR)、 拉曼光谱(Raman)以及X射线光电子能谱(XPS)分析其结构和组成。 采用紫外-可见光分光光度计检测石墨烯/Zn2SnO4催化降解亚甲基蓝(MB)性能。 通过添加自由基捕获剂的光催化实验、 电子顺磁共振谱和荧光光谱检测分析石墨烯/Zn2SnO4降解MB的光催化机理。 通过光催化重复性实验对石墨烯/Zn2SnO4的稳定性进行评估。 结果表明: 加入石墨烯不会对Zn2SnO4的结构形貌产生较大影响； 当氧化石墨烯(GO)添加量为4 Wt%时, 石墨烯/Zn2SnO4的光催化活性最高的； 光催化过程中·OH是主要的活性物质, 存在·OH间接氧化有机污染物的机制。

利用电喷雾质谱(ESI-MS)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析, 研究了CrCl3·6H2O 浓度为0.1～0.6 mol·L-1的水溶液和［1ChCl∶2EG］/CrCl3·6H2O ILs中, Cr(Ⅲ)配合物的存在形式。 研究结果表明, 在含有CrCl3·6H2O的溶液中, Cr(Ⅲ)与Cl－和H2O形成［Cr(H2O)nCl6-n］n-3配合物, 其配合物的优势物种受CrCl3·6H2O浓度的影响。 水溶液中Cr(Ⅲ) 的优势配合物为［Cr(H2O)6］3+与［Cr(H2O)5Cl］2+, 并随CrCl3·6H2O浓度增加, 水溶液的UV-Vis吸收光谱峰红移, ［Cr(H2O)5Cl］2+的相对含量增加。 而［1ChCl∶2EG］/CrCl3·6H2O ILs中的优势配合物为［Cr(H2O)2Cl4］－和［Cr(H2O)3Cl3］, 且随CrCl3·6H2O 浓度增加, 溶液的颜色从浅橙红色逐渐变为深绿色, 溶液的UV-Vis吸收光谱峰蓝移, ［Cr(H2O)3Cl3］的相对量增加。 说明CrCl3·6H2O的浓度变化, 将影响配体Cl－和H2O与Cr(Ⅲ)配位结合的配位数, 从而影响配合物优势物种的相对量。

最近在新疆哈密发现了可规模开采的宝石级绿松石矿床。 采用X射线粉晶衍射仪、 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪、 扫描电子显微镜、 傅里叶变换红外光谱仪、 拉曼光谱仪、 紫外-可见光谱仪等测试方法, 对该地绿松石的化学成分、 矿物组成、 表面微形貌、 红外吸收光谱、 拉曼散射光谱、 紫外-可见吸收光谱等矿物学和光谱学特征进行了系统对比研究。 新疆哈密绿松石的主要化学成分以富Cr (1 617 ppm), V (435 ppm), Ti (428 ppm), 贫Ba (99.9 ppm)为特征, 随着Fe2O3/CuO比值的递减, 绿松石的色调由绿变蓝。 由磷酸根、 羟基和结晶水引起的特征峰出现在该地绿松石的拉曼光谱和红外吸收光谱, 其中磷酸根的振动峰位于1 000~1 200和420~650 cm-1, 羟基的振动峰出现在3 400~3 600 cm-1, 而结晶水引起的振动峰位于3 000~3 300 cm-1。 此外, 该地绿松石的紫外-可见吸收光谱显示, 在600~700和430 nm处分别有由Cu2+和Fe3+引起的吸收峰, 这两处的峰强与绿松石的蓝绿色调之间的关系, 和新疆哈密绿松石成分中Fe2O3/CuO的比值与颜色之间的关系对应一致。

基于内蒙古典型草原相同生境条件, 以柠条锦鸡儿、 小叶锦鸡儿和狭叶锦鸡儿为灌木类植物的代表, 研究锦鸡儿属植物叶片中11种矿质元素含量特征及离子平衡对植物适应环境尤其是逆境的响应。 应用在线内标加入和碰撞/反应池(ORS)技术消除质谱干扰, 以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)快速、 同时测定植物叶片中K, Ca, Mg, P, Mn, B, Na, Zn, Cu, Ni和Mo等多种矿质元素含量。 以硝酸和双氧水为消解酸, 微波仪消解样品, 选择相应同位素, 以3.5 mL·min-1为He流速； K, Na, Ca, Mg和P元素检出限为0.62～2.90 μg·L-1； Cu, Zn, Mn, Ni, Mo和B元素检出限为0.01～0.12 μg·L-1； 样品加标回收率在82.0%～117.2%, 相对标准偏差在1.12%～3.68%之间, 具有较高的准确度和精密度。 该方法实现对灌木类植物样品中大量元素和微量元素进行同时、 快速及批量分析, 结果显示三种锦鸡儿属植物叶片矿质元素含量大小顺序均为K>Mg>P>Ca, K+作为抗旱性机制中重要的渗透调节物质, 含量最高, 均值达到1.27%； 狭叶锦鸡儿叶片Mn, Cu和Zn元素含量高于柠条锦鸡儿和小叶锦鸡儿, 后两者一致； 叶片11种矿质离子平衡总量以柠条锦鸡儿最大(40 089.32 μg·g-1), 明显高于狭叶锦鸡儿和小叶锦鸡儿。 该研究通过对锦鸡儿属植物叶片多种矿质元素进行快速、 同时测定并分析逆境适应下多种矿质元素含量特征, 初步探讨植物叶片矿质离子平衡对植物抗性的响应。

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对太湖22个采样点过滤水和18个采样点表层沉积物中镉(Cd)、 铬(Cr)、 铜(Cu)、 镍(Ni)、 铅(Pb)和锌(Zn)六种重金属元素含量进行测定。 同时, 采用单因子指数法(Ii)、 内梅罗综合指数法(I)、 地质累积指数法(Igeo)、 潜在生态风险指数法(RI)和平均可能影响浓度商法(mPEC-Q)分别对过滤水和表层沉积物进行了污染评价。 结果表明, 除S3, S4, S20, S22采样点外过滤水中Cu, Ni和Zn元素含量最高。 其重金属平均含量水平大小排序为: Zn>Ni>Cu>Cr>Cd>Pb。 研究区域的Ii和I值均小于1, 表明所有采样点五种重金属元素(Ni无标准限值)均处于清洁状态。 而在表层沉积物中六种元素含量均超过当地背景值, 其平均含量大小排序为: Zn>Cr>Pb>Ni>Cu>Cd, 其中S12采样点(渔民生态园)六种元素含量最高, 且它们具有最大的Igeo, RI(327)和mPEC-Q(0.605), 表明沉积物存在不同程度的污染。 源分析的结果表明, 六种重金属具有较大的相关性, 且Cd, Cu, Pb和Zn受电镀、 冶炼工业生产及农业活动中化肥使用的影响较大。 研究结果对追溯太湖重金属来源、 迁移规律、 生物效应和综合治理提供可信的实验依据。

利用共线双脉冲激光诱导击穿光谱 (LIBS)对溶液中的乐果含量进行定量检测。 采用圆柱形桐木木片对农药乐果进行富集, 然后利用双通道高精度光谱仪获取样本在206.28~481.77 nm波段范围的LIBS光谱。 选用4条磷元素谱线(P Ⅰ 213.618 nm, P Ⅰ 214.91 nm, P Ⅰ 253.56 nm, P Ⅰ 255.325 nm)为分析线, 碳元素谱线(C Ⅰ 247.856 nm)为内标线, 应用单变量线性拟合及最小二乘支持向量机(LSSVM)方法分别建立溶液中乐果含量的单变量定标模型、 LSSVM定标模型及基于内标法的LSSVM定标模型, 并进行比较。 三个定标模型中, 基于内标法的LSSVM定标模型性能最优, LSSVM定标模型性能次之, 而单变量定标模型性能最差。 结果表明, 共线双脉冲LIBS技术结合LSSVM及内标法可以用于溶液中的乐果含量定量检测, 所建立的定标模型的决定系数为0.999 7, 训练集和验证集的平均相对误差分别为11.24%及12.01%。 LSSVM方法及内标法均能在一定程度上改善定标模型的性能, 提高预测精度。

计算光谱成像技术具有高通量、 快照成像等优点, 但快照成像采样数据量不足, 导致利用压缩感知方法重构图谱精度很低。 通过对计算光谱成像技术各个环节进行系统研究, 提出一种新型的连续推扫计算光谱成像技术, 利用正交循环编码孔径代替传统的随机编码孔径, 通过逐行扫描方式及正交变换可完整重构图谱数据。 仿真和实际成像结果表明, 连续推扫计算光谱成像技术可消除图谱混叠影响, 理论上可完全重构图谱信息, 重构图谱精度明显优于传统的计算光谱成像技术。 相比国际上提出的多次曝光计算光谱成像技术, 连续推扫计算光谱成像技术不需要改变编码孔径与探测器间的相对位置, 也不需要凝视成像, 系统中没有活动元件, 稳定性高, 适用于常规航空航天遥感推扫成像。

磁约束等离子体中杂质(特别是高Z杂质)的存在将大大增强等离子体辐射功率损失, 破坏等离子体的约束性能。 杂质行为的定量研究首先要求对杂质测量的光谱诊断系统进行绝对强度标定, 获得灵敏度响应曲线。 介绍了EAST托卡马克上的快速极紫外光谱仪系统绝对强度的原位标定方法。 在波长范围20～150 内, 通过对比极紫外(EUV)波段连续轫致辐射强度的计算值和测量值得到光谱仪的绝对强度标定。 在此过程中, 首先由(523±1) nm范围内可见连续轫致辐射强度的绝对测量值计算出有效电荷数Zeff, 进而结合电子温度和密度分布计算EUV波段连续轫致辐射强度； EUV波段连续轫致辐射强度的测量值即为不同波长处探测器的连续本底计数扣除背景噪声计数值。 对于较长波段范围130～280 , 通过对比等离子体中类锂杂质离子(Fe23+, Cr21+, Ar15+)和类钠杂质离子(Mo31+, Fe15+)发出的共振谱线对(跃迁分别为1s22s 2S1/2—1s22p 2P1/2, 3/2及2p63s 2S1/2—2p63p 2P1/2, 3/2)强度比的理论和实验值进行相对强度标定。 其中共振谱线对强度比的理论值由辐射碰撞模型计算得到, 模型中处在各个能级的离子数主要由电子碰撞激发, 去激发以及辐射衰变三个过程决定。 两种方法相结合, 实现了光谱仪20～280 范围的绝对强度标定。 考虑轫致辐射、 电子温度及电子密度的测量误差, 绝对标定误差约为30%。 在绝对标定的基础上, 我们对杂质特征谱线强度进行绝对测量, 并将测量结果与杂质输运程序结合ADAS(Atomic Data and Analysis Structure)原子数据库计算得到的模拟值进行比较, 进而估算等离子体中的杂质浓度。

为了提高傅里叶光谱仪光谱定标精度, 减小光谱定标误差, 基于风云四号大气垂直探测仪实验室气体池光谱定标数据, 进行傅里叶光谱仪高精度光谱定标算法研究。 首先, 分析了傅里叶光谱仪的分光原理, 并在对参考激光波数漂移、 光线离轴、 以及有限视场引起光谱波数偏移的原理进行分析后, 得出傅里叶光谱仪光谱定标公式及定标参数的计算方法； 接着分析了快速傅里叶变换(FFT)的栅栏效应和干涉图截断产生的sinc函数造成的光谱定标误差较大的原因； 然后通过对比几种不同的光谱细化方法, 选择高效的快速Chirp Z-transform(CZT)进行光谱细化, 解决FFT光谱分辨率较低导致光谱误差较大的问题； 通过对气体池参考气体在HITRAN数据库中的理论谱线, 用Gaussian线型展宽并卷积sinc函数处理后作为光谱定标参考谱线的方式, 减小由sinc函数引起的谱线间串扰造成的光谱定标误差, 从而提高光谱定标精度。 最后, 使用实验测得的数据对该光谱定标算法进行验证, 对比使用CZT细化光谱前后定标误差, 和参考谱线处理前后的定标误差, 证明该算法可以有效提高光谱定标精度, 最高可将光谱定标误差减小10倍以上。

研究了一种含咔唑取代基喹啉铝(Alq3)衍生物的发光性能。 首先, 研究了溶剂对其发光性能的影响。 研究发现, 在不同溶剂体系中, Alq3衍生物在发光过程中均存在不同程度的能量传递； 但是, 溶剂影响Alq3衍生物的空间结构和电子结构, 进而影响能量传递效率, 导致激发光谱、 发射光谱、 荧光效率和荧光寿命均不相同。 其中, 甲苯起到能量传递桥梁的作用； 而DMF在一定程度上阻碍能量传递。 与DMF结构类似的DMA作为电子给体加入到Alq3衍生物溶液中, 也起到了类似作用。 另外, 研究不同金属离子对Alq3衍生物发光性能的影响发现, Fe3+和Cu2+可引起Alq3衍生物的荧光猝灭, 表明该Alq3衍生物可以作为多功能荧光传感材料。

森林土壤富含不同组分和功能的有机碳。 该研究以棕壤和褐土45年林龄的刺槐林下表层及底层土壤为对象, 研究其林下土壤腐殖酸组分在不同土壤类型和不同土层间的差异和变换。 褐土和棕壤表层及底层土壤分别定义为CO和CA, BO和BA。 应用傅里叶变换红外光谱对土壤腐殖质组分的富里酸(FA)、 胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)进行了分析。 结果表明富里酸主要吸收峰为3 400 cm-1处的碳水化合物中—OH形成的氢键伸缩振动, 1 655 cm-1处的芳香环CC伸缩振动, 1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动。 与富里酸相比, 胡敏酸所含官能团与其相似, 差异在于其吸收峰强度较弱。 胡敏素在1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动和1 030 cm-1处多糖或类多糖物质的C—O伸缩振动较胡敏酸此处的峰吸收强度强。 根据分析, 表层土壤腐殖质官能团结构较底层土壤多且吸收强度强。 另外, 富里酸不同物质官能团数量及强度受土壤类型和土壤深度的影响较胡敏酸和胡敏素小。 根据不同吸收峰对比分析发现, 富里酸组分的芳化程度较强, 而胡敏酸和胡敏素的芳化作用仅表层土壤程度较强。 不同土壤类型胡敏酸组分分析表明, 棕壤表层土壤芳族和脂肪族物质吸收强度明显高于褐土。 综上, 土壤类型和土层显著影响45年林龄的刺槐林下土壤腐殖质组分, 尤其是胡敏酸和胡敏素组分。

针对传统稻种发芽率检测效率低、 精度差、 专业化要求高等问题, 通过荧光光谱法结合深度信念网络(DBN)建立稻种发芽率预测模型。 首先, 将连粳7号和武运粳均分别老化0~7 d后, 以5 min为间隔在纯净水中分别浸泡5~30 min。 然后用荧光光谱仪检测浸泡液的荧光光谱, 光谱数据经中心化后用集合经验模态分解(EEMD)去噪, 并通过主成分分析法提取441.5 nm的特征荧光波长。 最后, 利用偏最小二乘回归(PLSR), 反向传播神经网络(BPNN), 径向基函数神经网络(RBFNN)和深度信念网络(DBN)建立水稻种子发芽预测模型。 比较后得出, DBN模型在少数据、 弱信号情况下的预测精度最高, 预测集相关系数Rp和均方根误差RMSEP最大可达0.979 2和0.101。 同时, 通过分析混合稻种荧光数据Rp的变化趋势, 得到最佳浸泡时间为22.1 min, 实际上, 精确度超过0.95(Rp)需要5 min左右。 研究结果表明, 结合荧光光谱法和EEMD-DBN模型, 非破坏性地预测水稻种子发芽率具有可行性和高准确性, 并且适用于不同颜色和污染水平的水稻种子的检测。

采用微波加热和常规电加热两种条件进行液化残渣(DCLR)的热解实验, 考察了热解产物固体焦、 焦油及煤气的组成及结构的变化规律, 采用红外分析(FTIR)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对热解产品进行了分析表征。 研究表明, 在微波场中, DCLR的升温速率很快, 20 min左右物料温度就可达到900 ℃, 最大升温速率可达到329 ℃·min-1, 而常规加热的升温速率基本保持恒定。 与常规热解相比, 微波热解后固体焦的产率降低2.85%, 而焦油和煤气产率分别增加了0.66%和2.19%。 DCLR热解后固体焦的索氏萃取组分重油(HS)、 沥青烯(A)及前沥青烯(PA)含量均大幅降低, 而四氢呋喃不溶物(THFIS)则有所增加, 但是两种热解条件下得到的固体焦的四种索氏组成差异不是很大, 说明DCLR的热解过程是以HS, A与PA的转化为主的。 微波热解后固体焦红外谱上3 437.6, 1 632.0 cm-1以及1 079.99 cm-1处吸收峰的强度与常规热解相比明显降低, 说明微波场中DCLR的热解更为彻底。 热解后焦油和煤气产率均有所增加, 煤气中H2含量均达到60%以上。 GC-MS分析表明, 经由石油醚萃取后的热解焦油中脂肪类、 芳香类与醇类物质组成以及C1~5, C11~20与C20以上组分的含量均没有发生明显变化, 而微波热解焦油中沥青质的含量则下降了7.7%, 说明微波作用可有效促进DCLR中沥青质的热分解, 有利于热解焦油的轻质化。

针对传统硫化氢检测方法灵敏度低的问题, 以1,8-萘酰亚胺为荧光基团, 基于H2S的还原性, 通过在荧光分子结构上引入具有氧化性的硝基, 合成一种可与硫化氢气体发生氧化还原反应生成有荧光响应的小分子荧光探针。 该探针本身荧光十分微弱, 且荧光峰值在λ=467 nm和λ=522 nm处。 与H2S反应之后, 522 nm处的荧光效应消失, 467 nm处的荧光效应显著增强。 测定小分子荧光探针在通入H2S气体前后的荧光光谱, 分析467 nm处的荧光强度与气体浓度关系。 结果表明: 荧光光谱法检测出的H2S气体浓度与荧光强度之间存在很强的线性关系, 相关系数为0.979 3, 最低可检测极限可达0.88×10-6 mol·L-1量级。 表明基于1,8-萘酰亚胺衍生物的荧光光谱检测法可为油气田H2S气体浓度的的快速测定提供参考。

以铈箔为原料, 采用阳极氧化法和热处理法制备多孔的CeO2膜。 将阳极氧化铈膜分别在400, 500和800 ℃下进行热处理, 分别研究阳极氧化铈膜的晶体结构、 组成和表面形貌, 分别研究多孔的CeO2膜红外光谱特征吸收和热膨胀性能。 阳极氧化铈膜是Ce(OH)3, CeF3, Ce2O3, CeO2和Ce的混合膜, 并吸附水和乙二醇, 其中Ce(OH)3, CeF3, Ce2O3分别为六方晶型结构, CeO2和Ce分别为立方晶型结构。 阳极氧化铈膜中的Ce(OH)3, Ce2O3和Ce分别在400和500 ℃进行热处理时可能分别转变为CeO2, 分别在400和500 ℃热处理后的膜为CeF3和CeO2的混合膜。 阳极氧化铈膜中的Ce(OH)3, CeF3, Ce2O3和Ce在800 ℃进行热处理时可能分别转变为CeO2, 在800 ℃热处理后的膜为CeO2膜。 该CeO2膜是多孔的膜, 且孔为直孔, 在1 600～4 000 cm-1范围内具有强吸收。 该CeO2膜在170～900 ℃范围内热膨胀系数变化不大, 该膜的热稳定性较好。

星载成像光谱仪在轨通过漫反射板获取太阳参考谱时, 漫反射板自身光谱结构会引入到太阳参考谱中, 影响气体的反演精度。 基于此, 分析了漫反射板光谱结构产生原理, 并在实验室完成了铝漫反射板光谱特性的测量, 得到了铝漫反射板在观测角度［15°, 40°］内的光谱结构。 由结果可知, 在波段450～600 nm, SFA基本保持不变, 大小为0.2%～0.6%； 在波段600～750 nm, SFA逐渐增大, SFA为0.3%～1.6%。 对光谱结构的降低进行了讨论, 通过对漫反射板的光谱进行平滑校正, 可将光谱结构降低约76%。