山东理工大学农业工程与食品科学学院, 山东 淄博 255000
使用便携式近红外（901～1 650 nm）和可见光（400～900 nm）光谱仪结合多变量分析方法无损检测水稻水分含量, 选用100种不同品种的水稻并采集其光谱信息, 其中粳稻52种, 籼稻34种, 糯稻14种。 采用GB 5009.3—2016中的直接干燥法测定每种水稻样本的水分含量。 利用蒙特卡洛偏最小二乘法（MCPLS）剔除水稻样本中的异常值, 基于近红外和可见光光谱的数据集分别剔除8个和4个异常值。 采用基于联合X-Y距离的样本划分法（SPXY）按照3: 1的比例划分样品, 近红外和可见光数据集分别得到69、 72个校正集和23、 24个预测集。 采用正交信号校正（OSC）、 多元散射校正法（MSC）、 去趋势变换（De-trend）、 标准正态变换（SNV）、 基线校正（Baseline）、 Savitzky-Golay 卷积导数（S-G导数）、 标准化（Normalize）、 移动平均平滑(moving average)、 Savitzky-Golay卷积平滑处理法（S-G平滑）共9种算法对原始光谱数据进行预处理, 基于近红外和可见光光谱的OSC、 SNV和OSC、 Moving average预处理效果较好, 进行后续模型的处理。 选择特征波长以减小光谱信息冗余并提高模型检测效果, 基于近红外和可见光光谱的最佳波长选择方法分别为连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权算法（CARS）, 分别保留15, 39个特征波长。 之后, 建立偏最小二乘回归（PLSR）、 主成分回归（PCR）模型。 结果表明, 基于近红外和可见光光谱的最优模型分别为SPA-PLSR和OSC-CARS-PCR, 其预测集相关系数（R2P）, 预测集均方根误差（root mean square error forprediction, RMSEP）和预测集归一化均方根误差（normalized root mean square error, NRMSEP）分别为0.810 3、 0.802 1, 0.412、 0.388和3.62%、 3.34%。 基于近红外光谱的SPA-PLSR模型预测效果更好, 鲁棒性更高, 预测效果好于可见光光谱。 本研究验证了便携式近红外和可见光光谱仪快速、 无损检测水稻中水分含量的可行性, 为水稻收获、 贮藏等过程水分含量的测定提供技术支持, 为后续便携式光谱仪的开发提供参考。
近红外光谱 可见光光谱 水稻 水分含量 便携式 快速检测 Near-infrared spectra Visible spectra Rice Moisture content Portable Rapid detection 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2059
1 惠州学院 电子信息与电气工程学院，广东 惠州 516007
2 广东省电子功能材料与器件重点实验室，广东 惠州 516007
3 广东省重离子加速器工程技术研究中心，广东 惠州 516007
4 广东工业大学 信息工程学院，广州 510006
波荡器是自由电子激光器的关键技术部件，目前常规的波荡器主要由磁体构成，利用磁场实现电子束偏转振荡，将电子束能量耦合至激光场。本文提出一种基于光栅表面电场的电波荡器机制，以发展自由电子激光器的小型化技术。阐述了该波荡器的基本原理及电子束在波荡器中的运动规律，推导了该方案下的自由电子激光波长及增益，对所采用的光栅表面电场进行二维仿真，并对电子束进行了跟踪仿真，计算了能量10 MeV电子束产生的激光增益为0.43，验证了基于光栅结构的微纳波荡器方案的可行性。
自由电子激光 光栅 波荡器 电子束 微纳技术 Free electron laser Grating Undulator Electron beam Micro-nano technology 光子学报
2022, 51(10): 1014008
1 吉首大学数学与统计学院, 湖南 吉首 416000
2 洪江高新技术产业开发区 (洪江市) 管理委员会, 湖南 怀化 418000
3 吉首大学生物资源与环境科学学院, 湖南 吉首 416000
为解析长株潭地区 PM2.5 演化的多尺度特征, 阐释其演化的主要动力机制, 提出了一种集合经验模态分解 (EEMD) 和多重分形消除趋势波动分析 (MFDFA) 的新模型, 研究了该区域 2015 年 1 月 1 日至 2019 年 12 月 31 日 PM2.5 浓度的动力演化。利用 EEMD 方法获得了各城市 PM2.5 的高频模态以及趋势项, 趋势项结果表明 PM2.5 浓度呈下降趋势, 而 PM2.5 的高频模态反映了 PM2.5 浓度波动的非线性特征。进一步采用 MFDFA 方法对其高频累加模态进行分析, 研究表明 PM2.5 高频分量存在较强的多重分形特征。此外, 还利用相位随机替代法和随机重构法研究了其多重分形的主要来源, 结果表明 PM2.5 浓度波动在不同时间尺度内的长期持续作用是造成高浓度 PM2.5 污染涌现的主要动力因素。最后, 讨论了气象条件对其高频分量多重分形强度的影响, 结果发现, 相对于其他季节, 冬季 PM2.5 高频模态的多重分形强度更强。分析表明, 尽管该区域通过大气污染行动计划已取得积极的污染控制效果, 但在冬季, 污染物演化的长期持续动力机制对 PM2.5 高频模态的演化发挥着更加主导的控制作用, 不同时间尺度上 PM2.5 非线性长期持续动力机制导致冬季仍有高浓度 PM2.5 涌现的风险, 甚至出现更为严重的污染。本研究结果对于区域 PM2.5 多时间尺度演化动力特征的研究以及大气污染预测预警机制的建立具有重要意义。
集合经验模态分解 多重分形消除趋势波动分析 高频模态 多重分形 长期持续性 PM2.5 PM2.5 ensemble empirical mode decomposition multifractal detrended fluctuation analysis high-frequency modes multifractal long-term persistence 大气与环境光学学报
2022, 17(3): 304
1 惠州学院 电子信息与电气工程学院, 广东 惠州 516007
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
为满足星载二氧化碳激光雷达对种子光源频率长期稳定的需求, 基于自由空间体吸收池结合频率调制光谱技术的方法建立了激光稳频理论模型, 通过仿真优化系统设计参数搭建了一套稳频激光器, 研究了体吸收池引入的多光束干涉噪声, 通过调整调制频率为吸收池干涉条纹自由光谱范围整数倍的方法抑制了干涉噪声的影响, 实现了激光器频率抖动峰峰值约为150kHz, 长期频率稳定度在10000s时低于1×10-11, 满足了星载激光雷达的应用需求。
二氧化碳激光雷达 激光稳频 体吸收池 频率调制光谱 CO2 LIDAR laser frequency stabilization bulk absorption cell frequency modulation spectroscopy
河北科技大学 化学与制药工程学院, 石家庄 050018
本研究报道了一种简便的封装热解同步沉积方法, 并可控地制备了直径和壳厚度可调的中空碳球。该方法通过在密闭的二氧化硅壳中热解和同步沉积过程, 将广泛用作牺牲硬模板的聚苯乙烯球转化为碳。实现了聚苯乙烯在致密的二氧化硅壳中通过热解和沉积过程转化为碳, 无需任何交联剂和催化剂, 减少了操作步骤和降低了生产成本。所获得的中空碳球显示出均匀的球形形态, 具有可调节的颗粒尺寸(190~1600 nm)和良好控制的介孔结构。此外, 通过改变二氧化硅前体的用量, 获得具有精确调节的厚度(4.5~13.5 nm)的碳材料。所得的样品具有头孢氨苄吸附作用, 显示出良好的应用前景。此外, 这种合成策略为碳材料生产提供了一种有效的途径, 有助于其商业应用。
空心碳球 封装热解同步沉积 可调结构 头孢氨苄吸附 hollow carbon spheres encapsulation pyrolysis synchronous deposition tunable structure cefalexin adsorption
1 江西农业大学食品科学与工程学院, 江西 南昌 330045
2 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045
3 江西农业大学计算机信息与工程学院, 江西 南昌 330045
茶叶是中国的主要经济作物之一, 而在茶叶种植过程中存在农药不合理使用及滥用等行为, 导致茶叶中存在严重农药残留问题。 茶叶中农药残留检测主要采用经典化学实验室方法, 存在前处理复杂、 耗时长、 成本高等缺陷, 急需研究茶叶中农药残留的快速检测方法, 以监管茶叶市场的质量安全。 本论文采用纳米竹炭（NBC）为净化剂快速去除绿茶的色素等基质影响, 使用表面增强拉曼光谱（SERS）方法分析绿茶中毒死蜱农药残留, 建立绿茶中毒死蜱农药残留的SERS快速检测方法。 采用不同NBC用量（0, 15, 20, 25和30 mg）去除茶叶基质, 比较不同NBC用量去除基质的净化效果和SERS谱图, 得出最优NBC用量, 并对前处理方法进行回收率实验, 验证前处理方法的可靠性。 结果表明, 使用20 mg NBC能较好地净化绿茶中的色素等基质影响, 前处理方法回收率实验表明, 该净化剂用于绿茶中毒死蜱农药残留基质净化是可行的。 采用密度泛函理论模拟毒死蜱分子理论拉曼光谱, 对比毒死蜱分子理论拉曼光谱和实验拉曼光谱, 对其官能团进行谱峰归属, 得到定性定量分析绿茶中毒死蜱农药残留的5个特征峰： 526, 560, 674, 760和1 096 cm-1。 在0.28~11.11 mg·kg-1浓度范围内, 以1 096 cm-1的峰强度建立绿茶中毒死蜱农药残留线性分析方程y=0.017 5x+0.909 2, 决定系数为R2=0.986 3, 表明毒死蜱农药浓度与其特征峰强度之间具有良好的线性关系, 方法的平均回收率在96.71%~105.24%之间, 相对标准偏差（RSD）为2.36%~3.65%。 该方法检测绿茶中毒死蜱农药的最低检出浓度约为0.56 mg·kg-1, 单个样本检测时间在15 min内完成。 研究表明, 表面增强拉曼光谱技术结合净化剂前处理方法能快速检测绿茶中的农药残留。
表面增强拉曼光谱 纳米竹炭： 毒死蜱 农药残留 快速前处理 SERS NBC Chlorpyrifos Pesticide residues Rapid pretreatment
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
研究了光学鉴频器的精密温控方法及其对鉴频光学谱线、鉴频误差的影响。设计了双层温控结构及电路,采用三线制等长接法、双路电流源方向切换等方式来减小引线电阻影响,消除了两路电流源失配。研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的模拟和数字混合温度控制方法,不同温度设置点的控制实验显示温控精度达到了0.0062 ℃,测量误差为0.0036 ℃。用单频紫外激光测试了该温控精度对光学鉴频器的谱线移动、透过率的影响边界,在该控制精度下的透过率谱线平移为0.11 MHz,造成的速度测量误差为0.0195 m/s。
测量 鉴频器 温度 光谱 多普勒频移
