高光谱遥感技术能够更细致地检测出岩矿的光谱特征, 为高光谱岩矿识别提供了强有力手段。 基于特定吸收特征波段的高光谱岩矿识别模型依赖很高的先验知识且难以满足区分不同类型岩石的要求, 因此探索建立准确、 高效的高光谱岩石自动识别模型具有重要意义。 在禄丰恐龙谷地区采集三类典型的沉积岩(泥岩、 砂岩和灰岩各21个)作为目标样本, 采用ASD FieldSpec3地物光谱仪获取沉积岩样本在350~2 500 nm范围内的高光谱数据, 对原始光谱进行一阶微分、 连续统去除变换并分析其光谱特征, 采用连续投影(SPA)、 竞争性自适应重加权采样(CARS)和迭代保留信息变量法(IRIV)三种特征变量选择算法选取原始光谱及其变换光谱中的特征波长, 基于全波段和特征波长数据分别建立支持向量机(SVM)和随机森林(RF)识别模型。 结果表明: 三种特征变量选择算法对高光谱数据都具有较好的降维效果, 从原始光谱及两种变换光谱选取出的特征波长数量在7~59个之间。 综合光谱变换处理与特征变量选择算法进行模型测试对比试验, 发现组合连续统去除-SPA-SVM模型方法在识别三类目标沉积岩上的表现最好, 其识别精度为0.952 4, 此时选取出用于输入模型的特征波长数量为10个, 只占全波段的0.5%, 大大降低了模型的运算量, 其中2个特征波长位于550 nm附近的Fe2+和Fe3+吸收带, 2个位于900 nm附近Fe3+吸收带, 5个位于1 900和2 200 nm附近的水分子、 羟基吸收带, 其分布可以较好地反映沉积岩化学成分差异导致的光谱吸收特征规律。 实验结果表明采用光谱变换与特征变量选择算法进行高光谱沉积岩自动识别是可行的, 能为高光谱岩矿识别方法提供参考。

土壤磷素是植物最重要养分之一。 磷素在土壤中动态性强, 检测困难, 在可见-近红外光谱范围没有明显吸收波段, 因此研究基于其他光谱手段的磷素快速检测方法对于发展精细农业和智慧农业具有重要意义。 拉曼光谱具有受水分干扰小, 样本预处理小、 与红外光谱信息互补等特点, 国内外很多学者尝试了应用拉曼光谱对土壤磷素的检测。 但是, 拉曼信号弱, 稳定性差, 制约了拉曼光谱在土壤检测方面的应用。 为进一步弄清拉曼光谱与磷素的定量关系, 采用水溶性磷（KH2PO4）为研究对象, 研究了不同磷浓度的KH2PO4溶液对拉曼光谱产生的影响。 采用移动平均（MA）、 MA+基线校正（BL）、 MA+标准正态变量（SNV）、 MA+多元散射校正（MSC）对原始光谱（RS）进行预处理, 分析了低浓度（0.02~5 g·L-1）与高浓度（5.21~93.87 g·L-1）区间KH2PO4拉曼光谱的变异特性及其与磷浓度之间的关系, 建立了磷浓度含量的预测模型。 结果表明: （1）低浓度区间与高浓度区间光谱的变异系数具有显著差异, 高浓度区间光谱的离散程度较大; （2）低浓度区间的拉曼光谱未检测到明显的拉曼波峰, 浓度变化展现了明显的基线变化。 偏最小二乘（PLSR）模型决定系数R2=0.28~0.36; （3）高浓度区间的拉曼光谱在863与1 070 cm-1处检测到明显的拉曼波峰, PLSR建模结果为R2=0.65~0.7。 MA+SNV、 MA+MSC处理比MA单独处理模型预测精度高, 说明磷酸根的拉曼特征峰为模型主要贡献因子; （4）使用全浓度区间PLSR建模可增加PLSR模型精度（R2=0.73~0.89）。 使用RS建模的精度最高, 说明基线漂移对PLSR结果具有积极作用; （5）通过PLSR回归系数, 选取645、 863、 1 070和1 412 cm-1四点波段建立多元线性回归（MLR）模型, 决定系数R2接近1。 说明特征峰选取可以滤除背景光干扰, 抽取有效磷酸根浓度信号。 （6）由以上结果可知, 利用拉曼光谱定量检测水溶性磷的含量是可行的, 降低背景光干扰、 提高拉曼信号的稳定性的同时, 开发特征波段选择方法、 提高模型可重复性及抗干扰能力是高分辨率拉曼光谱检测技术的关键。

光谱是颜色信息的指纹, 也是表征物质物化属性的重要特征, 对于颜色的高保真复制和物质的精准识别分析具有重要应用价值。 基于光谱重建的多光谱成像技术利用成像系统拍摄物体表面数字图像, 并通过光谱重建计算得到物体表面的多光谱图像, 能够克服传统RGB图像对成像条件的依赖性, 更加精细化地表征识别物体。 该技术相对于价格昂贵的高光谱相机而言, 能够有效提升多光谱图像的空间分辨率和获取效率, 降低设备成本。 然而, 无论是基于机器学习还是基于深度学习的光谱重建方法, 在光谱重建应用时均对图像的曝光变化敏感, 即光谱重建方法在一种曝光水平下建立的光谱重建模型, 无法直接在另一曝光水平下进行光谱重建应用, 否则将导致重建光谱曲线的形状特征偏离真实光谱, 制约着光谱重建面向光照强度易变和光照不均性场景的应用。 针对现有光谱重建方法对图像曝光水平变化敏感的问题, 论文提出了一种基于根多项扩展的自适应加权光谱重建方法, 首先利用根多项式对样本rawRGB图像数据进行扩展, 并利用伪逆法建立光谱重建模型, 以解决模型对曝光水平变化的敏感性, 然后在光谱不变特征空间构建自适应加权矩阵, 以进一步提升光谱重建精度。 研究以理论实验和具体实验样本为基础, 首先对现有光谱重建方法对曝光变化的敏感性进行分析, 然后将该方法与现有同类型光谱重建方法进行对比, 最后探讨了加权策略对该方法的影响。 实验结果表明, 现有先进光谱重建方法均对曝光水平变化敏感, 而该方法能有效对抗曝光水平变化, 且光谱重建的光谱均方根误差(RMSE)和色差(ΔE*ab)显著低于现有同类方法。 此外, 在光谱不变特征空间构建自适应加权矩阵, 对于该方法提升光谱重建精度至关重要。 研究成果对开放场景下的高精度光谱重建具有重要应用价值。

光谱学是利用光与物质的相互作用, 展示物质微观结构, 提供不同化学分析方式, 从而实现对物质的定量和定性分析。 壁画制作工艺分析中运用了大量的光谱分析技术, 该研究以北京延庆花盆关帝庙为例, 通过光谱及其他技术分析壁画的制作材料和工艺。 花盆关帝庙位于北京延庆区花盆村, 始建于清雍正四年(1726年), 是当时祭祀的重要场所, 也是延庆地区关帝庙的典型代表之一。 运用X射线衍射、 拉曼光谱和激光粒度分析仪等一系列光谱技术发现关帝庙壁画的地仗层成分为石英、 方解石和钠长石, 白粉层成分为石膏, 颜料层中红色颜料为铁红、 铅丹和朱砂, 蓝色颜色为蓝铜矿, 黄色颜色为铬黄, 黑色颜色为炭黑, 白色颜料为石膏, 绿色颜色为巴黎绿、 绿土和铬绿。 沥粉贴金工艺的胶结物为熟桐油和松香树脂, 金箔采用含金量86.1%的赤金。 拉曼光谱不仅可以辨析壁画颜料, 还能通过颜料历史研究佐证和丰富壁画修复历史信息。 结合文物光谱分析数据与文献资料, 充分挖掘文物背后的信息, 对研究和保护古代壁画有着重要意义。 通过花盆关帝庙壁画同面墙不同位置的壁画地仗层制作工艺的差异, 说明壁画制作材料和工艺受位置影响。 期待日后研究者通过研究壁画制作材料和工艺差异, 发现符合规制的典型壁画案例, 通过梳理壁画不同位置制作材料与工艺, 总结历代壁画制作规制。

目前, 核酸检测已成为了我国新型冠状病毒感染确诊的“金标准”, 然而核酸检测在检测过程中受到病程、 标本采集、 检测过程、 检测试剂等因素的影响, 容易出现检测结果“假阴性”而漏诊的情况。 检测血清中的新型冠状病毒特异性IgM和IgG抗体已作为新冠病毒检测的辅助手段, 可以用来弥补核酸检测的“假阴性”短板, 提高检测阳性率。 论文介绍了一种成本低的便携式新冠IgM和IgG抗体定量检测仪。 检测仪由CPU信号处理模块、 光源驱动模块、 多光谱探测模块、 电源模块、 显示存储和通信模块等组成。 采用荧光免疫层析技术使待测样本中的IgM和IgG抗体与量子点相结合, 并将其截留在试纸条的T线。 方波调制后的光源驱动模块驱动紫外LED, 其出射紫外光通过一种屋脊形的光学系统垂直照射在免疫荧光层析试纸条的T线和C线上, 量子点标记物被光源激发辐射出红色荧光, 红色荧光透过窄带滤光片后被多光谱探测模块所捕获； 多光谱信号在CPU中进行FFT变换得到其频谱特征量, 利用信号波段和参考波段的特征量的比值进行归一化处理消除背景和环境干扰信号计算得到荧光强度, 根据标定系数, 从而确定IgM和IgG抗体的含量。 最终检测结果显示到UI界面上同时上传到服务器数据库中, 可通过计算机端进行远程查询实现数据共享和信息化管理。 采用正常人血清样本作为测量试剂, 进行了重复性实验, 实验表明, CV值在0～8.30%之间, 其中T线的CV值仅为3.45%。 将含有IgG与IgM抗体的溶液, 利用梯度稀释法得到一系列不同质量浓度的样品溶液进行线性度实验, 采用线性度最小二乘法对检测结果进行曲线拟合, 拟合系数为0.997 5。 最后, 通过新冠疫苗血清抗体检测的实验表明, 检测仪的阳性检出率为75%。 该检测仪结构精巧、 功耗低、 操作简便、 性能良好, 可作为辅助手段有效提高新型冠状病毒感染的阳性检出率。

基于传统热处理方式的蛋白质糖基化反应存在反应时间长、 易产生有害糖基化反应末期产物等缺点。 以卵类粘蛋白（OVM）-还原糖（1∶0.03, W/W）体系为对象, 研究新型高温热处理技术-过热蒸汽对OVM糖基化反应及蛋白质结构的影响。 结果表明: 短时间（1～3 min）的过热蒸汽（110和120 ℃）处理即可促使OVM发生糖基化反应, 其中不同糖的糖基化反应活性顺序为核糖（五碳糖）＞葡萄糖（六碳糖）＞乳糖（二糖）, 糖基化反应后蛋白质的自由氨基含量由19.97 mg·mL-1分别最低降为2.93, 5.04和6.69 mg·mL-1。 不同条件处理下OVM糖基化产物的紫外光谱未见显著的波峰位移, 但最大吸收峰峰值发生一定的变化, 其中大部分为降低的, 说明OVM的球蛋白分子结构发生变化, 还原糖的修饰掩盖了OVM上的发色基团（苯丙氨酸和酪氨酸）, 其中核糖糖基化反应下效果最为显著。 糖基化反应后, 荧光光谱峰强度显著降低, 其中核糖糖基化反应降低率最大, 其次为葡萄糖和乳糖, 表明蛋白质内部暴露的荧光基团去折叠导致荧光猝灭。 此外, 还原糖作为猝灭剂渗透入蛋白质框架中, 与荧光基团反应, 抑制其荧光发射。 红外光谱分析发现经过热蒸汽处理后OVM糖基化产物3 300 cm-1处的峰变窄, 表明N-H的含量减少或者发生反应, 从而使N-H伸缩振动频率降低。 2 000～2 500和500 cm-1附近出现了较多杂峰, 表明蛋白质发生降解或者有糖基化反应中间产物生成。 MALDI TOF MS分析表明热蒸汽处理下, OVM-核糖体系、 OVM-葡萄糖体系各有约6个糖基化反应位点, OVM-乳糖体系有约2个糖基化反应位点。 糖基化反应后有OVM二聚体、 三聚体和多聚体形成, 其中核糖和葡萄糖与OVM反应产生的聚合物最为显著, 乳糖与OVM反应产生的聚合物较少。 该研究可为短时微糖糖基化反应及过热蒸汽在食品加工中的应用提供一定的技术和理论指导。

一次性致裂管是国内近几年出现的一种新型二氧化碳膨胀爆破器材，具有安全可控、施工便捷等特点。采用理论与试验相结合的方式对一次性二氧化碳膨胀爆破致裂管的性能进行系统研究，通过理论计算和水压试验方式得到ZWD89系列一次性致裂管的平均压力峰值为53.19 MPa，与理论计算值47.29 MPa误差为12.48%。采用压缩气体与水蒸气容器爆破能量公式计算得到单只ZWD89—1500型致裂管爆破能量相当于264.24 g TNT炸药爆炸产生的能量。现场振动测试得到两组工况在5 m处的爆破振动速度峰值为2.5032 cm/s，且爆破振动峰值基本呈现线性衰减趋势，证明二氧化碳膨胀爆破技术适用于苛刻环境下的爆破工程施工。通过频谱分析得到二氧化碳膨胀爆破主频主要分布在50 Hz以内，随着爆破孔数的增加，主频逐渐向低频区域靠拢，需要引起重视。