生物过程是一个复杂的系统, 在反应过程中, 会产生固态、 液态、 气态的过程反应物, 且具有生物活性, 想要准确的掌握过程反应物的种类与含量, 必须对生物过程进行实时在线的监测, 才能够获得准确的数据。 生物过程的原位在线分析依赖于高性能的衰减全反射探头, 衰减全反射技术是在线分析系统中实现原位在线测量的有力手段。 通过分析衰减全反射技术的基本原理与特点, 设计了一种成本低、 光通量高、 具有标准生物过程传感器接口的中红外衰减全反射探头, 能够直接插入到生物反应器中, 对生物过程反应物进行无损、 零延迟的监测。 实验结果表明, 在线式ATR探头具有较宽的光谱范围, 所采集光谱具有较高的信噪比, 能够应用在生物过程的在线定量分析之中。

为提升傅里叶变换红外光谱仪的整体性能, 基于立体角镜与平面镜组合的光学结构, 设计了一种柔性支撑机构的摆动型动镜机构.建立和分析该机构控制模型, 设计了相适应的反馈控制算法.结果表明: 该结构具有无摩擦、抗震性好等优点;光学结构能够很好地补偿动镜摆动造成的倾斜与横移误差, 保证仪器的重复性与稳定性; 通过对控制算法参量的调整, 动镜机构的扫描准确度优于98.4%.在4 cm－1的光谱分辨率条件下, 使用该动镜机构所测得的红外光谱信噪比优于80000: 1, 能够满足高准确度定量分析的要求.

拉曼光谱检测技术由于其快速、 无损等优点可以满足工业现场测量的要求, 因此已经广泛地应用于各种定量定性的分析领域。 酒精度即乙醇含量的体积比是酒类产品品质检测中的关键参数, 开发乙醇含量实时、 便捷的检测系统对酒类产品生产具有重要的意义。 将净信号分析方法应用于乙醇水溶液拉曼光谱的定量分析中, 将乙醇的净信号与其浓度建立一元线性回归模型。 结果表明, 基于净信号回归的乙醇拉曼光谱定量分析方法, 相比较于特征峰强一元线性回归模型和偏最小二乘回归模型, 不仅提高了模型的预测精度, 增强了模型的稳健性, 便于模型传递, 而且模型算法简洁、 稳定, 便于实现便携式仪器的开发。

利用可见/近红外光谱分析技术定量分析叶片生化参数含量时, 由光散射效应和叶片厚度等引起的样本间光程长差异会影响校正模型的预测精度。 文章提出了一种改进的扩展多元散射校正(EMSC)光程长方法, 利用差谱矩阵的主成分代替物质纯谱, 对实测光谱精确建模, 根据实际需要, 减去相应干扰因子, 得到校正光谱。 选择叶绿素含量基本相同, 厚度不同的16个叶片样本以及叶绿素含量和厚度均不同的32个样本分别使用改进的EMSC方法校正, 对处理前后光谱变异系数和主成分贡献率进行比较和分析, 并比较了预处理前后的模型预测精度。 结果表明, 采用改进的EMSC预处理方法能够有效地校正光散射效应和叶片厚度差异导致的光程长差异引起的光谱误差, 增强光谱数据对浓度的灵敏度, 可提高预测模型的精度。

叶绿素含量是植物营养胁迫、光合作用能力和生长状况的良好指示剂。实时、可靠的作物营养诊断是进行科学施肥管理的基础,也是实施精细农业的关键技术之一。文章提出了一种应用可见灢近红外光谱技术检测植物叶绿素含量的方法。采用透反射测样方式获取了植物叶片的可见灢近红外光谱,并对获得的500～900nm 光谱数据进行平滑、一阶微分以及小波变换等预处理,然后采用偏最小二乘法(PLS)建立了植物叶片叶绿素含量与叶片吸收光谱的定量分析模型,最后利用该模型对预测集样本进行预测。预测集中样本的预测值与标准值之间的相关系数为0.93,预测均方根误差为1.1SPAD。实验结果表明,利用可见灢近红外光谱检测叶片叶绿素含量是可行的,这对今后实现快速无损检测植物叶绿素含量具有重要的指导意义。