植被日光诱导叶绿素荧光是一种可以表征植被光合生产力的重要衡量指标。为了实现对植被日光诱导叶绿素荧光的广域精准探测，设计并研制了一种叶绿素荧光高光谱成像探测仪。该成像探测仪使用了基于棱镜-体相位全息透射光栅的全透射式光学系统，在高数值孔径（0.25）的基础上实现了高光学性能：可在20°视场和670~780 nm（可扩展至650~800 nm）工作波段实现1 mrad的空间角分辨率、0.3 nm的光谱分辨率和优于100的信噪比。由系统设计结果、样机测试结果和应用数据分析结果可知，样机完全满足设计要求。本仪器可为农林监测和碳循环观测提供重要的科学数据，并可作为陆地植被光合作用中有效的新型观测手段。

目前星载高光谱传感器较少, 基于高光谱影像的土壤盐分含量估算研究仍处于探索之中。 高分五号（GF-5）是目前国内光谱分辨率最高的卫星。 目的是研究高分五号高光谱影像大面积估算干旱区盐渍化土壤盐分含量的可行性。 选择新疆焉耆为研究区域, 采集了198个土壤样本。 首先, 检测土壤样本中的全盐量、 Na+、 Ca2+、 SO2-4、 Cl-的含量, 利用ASD FieldSpec3地物光谱仪在实验室测定土壤样本的光谱反射率。 然后, 对实验室土壤光谱进行SG（Savitzky-Golay）平滑预处理, 采用竞争自适应重加权采样法选择土壤盐分的特征波段, 再利用偏最小二乘、 岭回归和支持向量机建立土壤盐分含量的回归模型, 发现实验室光谱反演土壤盐分的模型精度较高, 五种土壤盐分反演模型的校正集决定系数均大于0.97, 预测集决定系数均大于0.90。 接着, 获取土壤采样同期的高分五号高光谱影像数据并进行预处理, 根据采样点位置在影像上提取了198个土壤样本的光谱曲线, 使用与实验室光谱相同的反演方法, 建立了高分五号影像光谱与土壤盐分的反演模型, 五种土壤盐分（全盐量、 Na+、 Ca2+、 SO2-4、 Cl-）反演效果最好的模型预测集决定系数分别是0.76、 0.66、 0.76、 0.63、 0.77。 最后, 根据高分五号影像光谱对土壤盐分的反演结果, 选择精度最高的特征波段组合和建模方法, 用于整个研究区域的土壤盐分含量估算。 估算结果按盐渍化等级划分, 研究区盐土占比76%, 土地已无法耕作, 非盐渍土占比16%, 可种植农作物, 弱盐渍土、 中盐渍土和强盐渍土分布面积较小, 共占8%。 五种土壤盐分的估算图与全盐量插值图的空间分布趋势一致。 结果表明, 高分五号高光谱影像估算本研究区域的土壤盐分含量结果可信度较高。

建立了王水水浴消解-原子荧光光谱法测定土壤和沉积物中砷、 汞、 硒、 锑和铋。 将试样置于50 mL具塞玻璃比色管中, 加入10 mL王水(1+1), 于沸水浴中消解2 h, 取出冷却后, 超纯水定容, 摇匀后取上清液待测。 相比于微波消解的昂贵设备和低安全(高温高压)性, 水浴消解法具有设备简单、 易操作、 重复性高等优点; 同时由于实际样品中汞、 硒和铋的含量都比较低, 水浴消解后的试样能直接上机测定, 可以大大地简化操作过程。 重点研究了硼氢化钾浓度对检测灵敏度的影响, 结果表明, 相同仪器条件下, 对于砷、 硒、 锑和铋元素, 高的硼氢化钾浓度能在一定程度上提高其荧光强度; 而对于汞而言, 低的硼氢化钾浓度反而能增加其荧光强度, 当采用0.1%硼氢化钾作为还原剂时, 汞可以获得较好的检测灵敏度。 通过比较不同预还原剂对测定结果的影响, 验证了该方法测定样品中硒的可靠性, 数据表明, 该方法消解所用的盐酸量足够将Se(Ⅵ)还原成Se(Ⅳ), 不仅不需要额外添加盐酸或硫脲, 向样品中添加硫脲反而会使测定结果偏低很多。 仪器最佳条件下, 采用王水水浴消解-原子荧光光谱法测定土壤或沉积物中砷、 汞、 硒、 锑和铋的方法检出限分别为0.008, 0.002, 0.002, 0.005和0.003 mg·kg-1(取样量为0.500 0 g, 定容体积为50 mL), 测定下限分别为0.032, 0.008, 0.008, 0.020和0.012 mg·kg-1。 该方法用于测定土壤/沉积物标准样品中砷、 汞、 硒、 锑和铋的相对误差范围分别为-3.3%~4.5%, -3.9%~15%, -20%~-7.8%, -13%~3.4%和2.2%~7.0%; 该方法用于测定实际样品, 相对标准偏差范围为1.3%~11%。 采用水浴消解原子荧光光谱法测定土壤和沉积物中砷、 汞、 硒、 锑和铋, 具有操作简便、 无需转移容器、 普及性强、 检出限低、 精密度和准确度好等优点, 分析结果满足环境监测要求。

研究了一种在近红外波段具备良好成像能力的双凹面光栅成像光谱仪系统。对这种串联光栅系统中存在的主要像差像散和彗差进行了分析, 并计算获得了该系统的最优成像条件: 两个光栅和柱面透镜的最优摆放位置。这种改进型的Wadsworth系统可以在全波段近似消除彗差和像散, 具备良好的光学成像质量, 并仅通过刻线密度较低的光栅即可实现高光谱分辨率。设计了一个工作于780~1 100 nm波段的成像光谱仪系统, 其光谱采样达到0.92 nm/pixel, 全视场调制传递函数在17 lp/mm的奈奎斯特频率下高于0.45, 系统像差得到充分校正, 且加工和装调公差比较宽松。研究结果分析证明了设计理论的正确性。