基于南海海区2006年至2015年8个航次调查数据,采用导数光谱分析方法研究了浮游植物光谱吸收系数与南海典型色素浓度之间的相关特征,进一步建立了用于色素浓度估算的偏最小二乘回归模型(简称PLS回归模型)。研究结果表明:浮游植物吸收系数的导数光谱变化特征可用于关键色素浓度的定量估算,基于二阶导数光谱估算的结果稍优于四阶导数光谱;模型对总叶绿素a(TChl a)、光合有效类胡萝卜素(PSC)、岩藻黄素(Fuco)、19'-丁酰基氧化岩藻黄素(19But)、19'-乙酰基氧化岩藻黄素(19Hex)、硅甲藻黄素(Diadino)等表现出较高的精度,预测值与实测值之间的线性相关性较强,但对于光保护类胡萝卜素(PPC)和玉米黄素(Zea)的估算精度相对较低。与基于总叶绿素a浓度的经验模型相比,基于导数光谱的PLS回归模型对于PSC,Fuco,19Hex,Diadino等色素的估算效果相当,而对于19But,PPC,Zea等表现出一定的优势。不同种类色素浓度与吸收系数导数光谱之间的内在联系可能是造成不同色素估算精度差异的重要因素。建立的基于浮游植物吸收系数的导数光谱定量提取色素浓度的方法,可为深入细致研究浮游植物种群结构的高光谱水色卫星遥感提供参考。

在我国东北大、 小兴安岭南段, 广泛产出一种外观以红色为主, 常带有黄色调的半透明玛瑙, 被称为“北红玛瑙”。 通过偏光显微镜观察、 X射线粉晶衍射分析、 拉曼光谱、 紫外-可见光吸收光谱、 岩石化学全分析对北红玛瑙及黄色、 白色对比样品的物相组成、 化学组成和光谱学特征进行了测试分析。 结果显示, 北红玛瑙的主要矿物组成为α-石英, 次要矿物组成为斜硅石和针铁矿, 另外还含有极少量的赤铁矿。 北红玛瑙的红色、 黄色与针铁矿和极少量的赤铁矿有关, 与南红玛瑙主要为赤铁矿致色明显不同。 显微观察时, 针铁矿、 赤铁矿以橙红色点状和浸染状两种形式存在, 其中点状分布的针铁矿、 赤铁矿大小约10 μm, 但不具备明显的单晶晶体形状, 推测是由亚微米级大小的针铁矿及极少量的赤铁矿聚集形成的集合体; 浸染状分布的橙红色针铁矿、 赤铁矿不可见矿物颗粒大小, 推测其颗粒大小和点状分布的致色矿物类似, 均为亚微米级大小, 但与点状分布的致色矿物不同的是, 并未聚集形成显微镜下可见的点状集合体。 整体上外观呈红色的北红玛瑙中针铁矿、 赤铁矿的含量多于黄色对比样品中的致色矿物含量, 致色矿物的含量会直接影响北红玛瑙的颜色色调。 紫外-可见光吸收光谱中, 针铁矿中Fe3+的6A1→4E, 6A1→4E4A1, 2(6A1)→2(4T1)(4G), 6A1→4T2(4G)和极少量赤铁矿中Fe3+的6A1→4E4A1, 6A1→4T2吸收带与针铁矿、 赤铁矿中O2-和Fe3+之间的电荷转移共同作用, 形成了北红玛瑙带黄色调的红色外观。 紫外-可见光吸收光谱的一阶导数谱中, 可见光范围内北红玛瑙的一阶导数谱极小值的位置为555和556 nm, 黄色对比样品为530 nm, 淡黄色对比样品为502 nm, 随着玛瑙红色调的逐渐减少, 可见光范围内一阶导数谱的极小值位置也逐渐减小, 可以据此衡量红色～黄色玛瑙的色调深浅, 这也对石英质玉石的品种鉴定及颜色分级具有重要参考意义。

运用红外光谱法对铁皮石斛、 金钗石斛、 鼓槌石斛及其两种提取物所含化学成分的红外谱图整体变化规律进行解析和鉴定。 采用傅里叶变换红外光谱对三种石斛及其提取物进行结构分析及鉴别。 原药材粉末一维红外光谱图反映出铁皮石斛、 金钗石斛和鼓槌石斛均含有2 920, 2 852, 1 737和1 509 cm-1附近的特征峰; 1 000~1 200 cm-1波段内的特征峰, 推测三种石斛均含有脂类、 芳香类和淀粉类成分。 二阶导数谱进一步佐证了以上结果。 根据峰强来判断三种石斛所含化合物含量的差别, 得出铁皮石斛和金钗石斛中的脂类和淀粉类成分含量较鼓槌石斛高, 三者中以金钗石斛的脂类成分、 铁皮石斛的多糖成分含量较高。 三种石斛原药材粉末二阶导数光谱中观察到1 318和782 cm-1处草酸钙的吸收峰。 三种石斛的两种提取物中的成分种类和含量与其原药材均有所不同, 且不同种石斛之间也存在峰形、 峰位、 峰强的差别。 在水提醇沉提取物、 无水乙醇提取物中均发现油脂类、 芳香类和多糖类成分的特征吸收峰。 与标准品比对分析发现, 金钗石斛和鼓槌石斛的多糖成分以淀粉为主, 而铁皮石斛则以黏多糖为主; 三种石斛无水乙醇提取物的红外光谱分析更清楚地发现脂类成分和芳香类成分的存在, 且脂类成分以金钗石斛提取物的含量相对较高。 芳香类成分以鼓槌石斛提取物的含量相对较高, 红外光谱整体结构解析与鉴定方法能够递进式地验证铁皮石斛、 金钗石斛和鼓槌石斛所含物质结构和量的差异, 适合于不同种石斛的快速鉴别及质量评价与控制。

光谱间微弱信息测度是当今高光谱遥感研究难点之一, 传统光谱测度方法难以区分光谱信息的微弱差异。 研究设计了不同浓度的铅(Pb)污染实验, 并测量了不同浓度铅离子（Pb2+）胁迫下玉米叶片的高光谱反射率、 叶绿素含量及Pb2+含量, 但是从所测结果得出, 不同浓度Pb2+胁迫下的光谱相似性相关系数均达到0.999, 难以区分不同浓度Pb2+胁迫引发的光谱间微弱信息差异和污染程度。 针对这一情况, 基于光谱微分处理、 正切函数增强、 光谱角量度与波谱分段检测等, 提出了一种新型的相似光谱测度方法, 即微分光谱角正切(derivative spectral angle tangent, DSAT)法。 为了验证DSAT在区分相关系数达0.99以上相似光谱的可行性和有效性, 将DSAT用于不同浓度Pb2+胁迫玉米叶片的整体波形与光谱区间子波形的信息差异性度量与检测。 实验结果得到, 波形差异信息与玉米叶片中叶绿素相对浓度与Pb2+含量显著相关。 进而也证明DSAT法在甄别较高相似性光谱间差异上具有更好的实用性和优越性。

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、二阶导数谱结合二维相关红外光谱(2D-IR)，对8 种豆样品(黄豆、黑豆、蚕豆、豌豆、白芸豆、红豆、绿豆和红小豆)进行鉴别分析。结果显示，8 种豆的原始光谱吸收峰非常相似，仅在吸收峰强度和峰位上有微小差异。对1700~800 cm^-1范围的光谱进行二阶导数处理，8 种豆的二阶导数谱差异明显。对8 种豆样品进行2D-IR 光谱分析，发现在860~1250 cm^-1和1400~1700 cm^-1波段内，8 种豆在自动峰的位置、数量和强度上均存在明显差异。结果表明，应用红外光谱、二阶导数谱和二维相关红外光谱技术可以快速有效地分析和鉴别不同种类的豆。因此红外光谱分析方法对于豆类的分类鉴别是一种快速、准确、有效的方法。

拉曼光谱的频率、强度及偏振特性表征散射物质的独特性质，是研究物质结构及组成成分的特征光谱，因而得到了广泛应用。但是，基线漂移现象会给拉曼光谱的定量分析带来不利影响。为了校正拉曼光谱基线漂移，提出了一种结合导数谱峰检测与Whittaker 平滑器的基线校正算法。利用拉曼二阶导数光谱检测并标定谱峰区域；Whittaker平滑器结合标定信息计算非谱峰区域的拟合曲线，并同时对谱峰区域进行平滑插值，最终得到整个光谱的基线估计。将该算法应用于模拟和实际拉曼光谱进行基线校正，结果表明，算法可以同时实现光谱去噪与基线估计，而主成分分析结果的改善进一步验证了该算法的有效性。

种子类中药材黑豆和牵牛子都含有大量的油脂和蛋白质, 因此两种药材的一维红外光谱极其相似, 为了区别科属不同的两种药材, 采用红外光谱三级鉴定法对黑豆和牵牛子进行分析鉴定。 经典红外光谱中, 黑豆和牵牛子均有1 745 cm-1表征油脂类的特征吸收峰, 以及1 656和1 547 cm-1表征蛋白质酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的特征吸收峰。 其中油脂特征吸收峰与蛋白质特征吸收峰的相对高度不同, 说明二者的相对含量不同。 同时, 一维红外光谱对两种中药材主体成分的分析结果, 即含有大量的油脂和蛋白质, 与文献所报道的一致。 在二阶导数红外光谱中, 牵牛子中存在1 712 cm-1属于有机酸类的特征吸收峰, 然而黑豆中却没有此吸收峰的存在。 此外导数光谱中两种药材峰形和峰强度的差别更为明显。 二维相关红外光谱中, 黑豆和牵牛子自动峰的峰位置和峰强度等均具有显著差异。 在1 500~1 700 cm-1波数范围内, 黑豆有2个明显自动峰, 牵牛子有3个明显的自动峰。 在2 800~3 000 cm-1波数范围内, 黑豆和牵牛子均有2个强自动峰, 但最强自动峰的位置不同。 运用红外光谱三级鉴定法, 可以更直接快速简便的分辨出主体成分相同的两种种子类中药材, 为今后的研究打下基础。

环草石斛Dendrobium loddigesii Rolfe是中药石斛的源植物之一, 以茎入药, 具有滋阴清热、 益胃生津的功效。 本文采用红外光谱法对不同产地、 不同采收期的环草石斛分别进行分析比较。 结果显示, 不同产地环草石斛红外光谱中, 1 035, 1 051, 1 078, 1 156, 1 500, 1 511, 1 736 cm-1等附近峰的相对峰强皆有显著差异, 表明不同产地环草石斛的多糖、 酮、 酯类等成分的组成和含量有明显差异。 在二维相关红外光谱中, 越南、 云南、 广西、 贵州的环草石斛分别有7, 8, 8, 9个自动峰, 且广西环草石斛的最强峰在1 220 cm-1附近, 不同于其他三个产地样品（980 cm-1）。 不同采收期环草石斛的红外光谱中, 1 034～1 023 cm-1主强峰的波数, (1 617±4)cm-1 次强峰的波数以及1 078（1 076, 1 079）cm-1峰的有无, 皆随季节呈现出明显的阶段性变化, 显示了环草石斛生长过程中所含多糖、 酮类等成分积累的阶段性变化规律。 应用红外光谱法能较好把握环草石斛的生长状况, 帮助全面了解其成分组成与含量变化, 对环草石斛的合理开发与高效利用有重要意义。

氧气是发动机燃烧过程的必需成分，在飞行器进气道进行氧气监测需求迫切。针对飞行器上的工程要求和应用特点，设计了一种波长线性扫描可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)短光程系统结合有限冲击响应(FIR)滤波二阶导数谱算法的方案完成了氧气吸收微弱信号的提取和浓度反演。根据TDLAS工作原理和吸收信号特征，对二阶导数谱用于气体浓度反演的理论依据进行了推导，在此基础上提出一种基于FIR的数字滤波方案来完成吸收信号的噪声滤除和二阶导数谱的提取。实验结果证明，该方案简单易行，提高了检测信噪比，降低了检测限，浓度反演结果准确、线性良好。

采用红外光谱、 二阶导数光谱和二维相关红外光谱对来自黑龙江、 吉林、 辽宁三省的老鹳草中药材进行了分析。 不同产地的老鹳草的红外光谱都具有1 730和1 337 cm-1等表征鞣质类成分的特征吸收峰和1 618和1 318 cm-1波数表征草酸钙的特征峰。 其中还发现在1 370 cm-1的C—H弯曲振动区和1 230 cm-1的C—O伸缩振动区三产地老鹳草具有一定的差异性。 在高分辨的二阶导数谱中, 1 509, 1 204, 764和763 cm-1附近的表征鞣质类成分的吸收峰更明显, 三产地老鹳草在CO羰基伸缩振动区表征了脂肪类化合物的不同; 尤其是在二维相关光谱上, 各自的自动峰具有显著的差异性, 黑龙江的老鹳草出现了7个自动峰, 其中1 621 cm-1处自动峰最强; 而在吉林和辽宁产地的老鹳草中同样出现了4个自动峰, 前者1 580 cm-1处的自动峰最强, 后者在1 649 cm-1处自动峰最强。 该方法直观、 简单、 方便、 快速, 可以作为鉴别和鉴定同种不同产地老鹤草的一种新方法。