亲脂性偶氮染料苏丹红Ⅲ(Sudan Red Ⅲ)分子因染色后可使食品鲜艳、 不褪色, 常被放入食品添加剂中, 食用后对人体的肝肾器官有明显的毒性作用, 严重影响人类身体健康。 苏丹红分子的毒性与其分子几何和电子结构密切相关, 对其结构、 电子激发等研究具有重要的指导意义。 采用密度泛函理论(DFT)方法结合def2-TZVP基组对苏丹红Ⅲ分子结构、 红外与拉曼光谱和紫外光谱进行系统研究, 结果表明PBE0和B3LYP杂化泛函方法计算的红外和拉曼光谱与实验值吻合; 采用含时的B3LYP杂化泛函计算得到的苏丹红Ⅲ分子的紫外-可见吸收峰为228、 353和490 nm, 与实验符合较好, 它们是基态电子向第2激发态、 第6激发态、 第30激发态跃迁所致。 采用空穴—电子分析法考察电子激发可知, S0→S2激发类型是氧、 氮原子到萘环和苯环上的n—π*电荷转移激发, 同时伴随着萘环、 苯环环内间的π—π*局域激发。 S0→S6激发类型是氮、 氧原子到萘环, 氮原子到苯环上的n—π*和萘环环内间π—π*电荷转移激发的叠加。 S0→S2和S0→S6激发类型属于电荷转移激发为主的混合激发。 S0→S30激发类型属于萘环环内的π—π*局域激发, 同时也伴随着氧、 氮原子到萘环上的n—π*和苯环到萘环上的π—π*电荷转移激发, S0→S30激发类型是以局域激发为主。 通过分子片段对空穴、 电子的贡献热图分析, 进一步证实了上述电子激发转移过程。 系统研究苏丹红Ⅲ分子的光谱及电子激发, 为实验检测食品苏丹红Ⅲ分子提供理论参考。

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。

CO2还原始终是能源和环境领域的重要挑战。 二亚胺羰基Mn配合物价格低廉， 稳定性好， 可调变性强， 成为近年来光催化还原CO2的热门催化剂。 紫外-可见光谱和红外光谱研究有助于调控CO2光还原催化剂性能。 基于密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)， 对系列二亚胺羰基锰配合物［Mn(bpy)(CO)3Br］， (简写为1)， ［Mn(phen)(CO)3Br］， (简写为2)， ［Mn(phen-dione)(CO)3Br］， (简写为3)， ［Mn(phen-dione)(CO)3CH3CN］+， (简写为4) (bpy=2,2′-bipyridine, phen=1,10-phenan-throline, phen-dione=phenanthroline-5, 6-dione)的紫外-可见光谱和红外光谱进行研究。 基于TD-DFT方法， 采用多种泛函， 对紫外-可见光谱进行模拟。 结果显示1和2主要有两个最大吸收峰， 分别位于371 nm (1)， 408 nm (1)和361 nm (2)， 414 nm (2)， 其电子跃迁类型均为由金属Mn中心基团向二亚胺配体的电荷转移(MLCT)跃迁。 而3和4均具有三个吸收峰， 分别位于290 nm (3)， 337 nm (3)， 431 nm (3)和294 nm (4)， 319 nm (4)， 371 nm (4)。 其中， 除了4的294 nm吸收峰对应了二亚胺配体内部的π—π*跃迁， 3和4的其余吸收峰均为MLCT跃迁。 伴随着二亚胺配体电负性的增强， 吸收峰向可见光区移动(红移)， 而因Mn中心配体电负性的增强， 导致吸收峰向紫外光区移动(蓝移)。 一旦电子从Mn中心基团转移至二亚胺配体， Mn中心基团成为缺电子中心， 有利于外界电子进入。 因Mn中心基团的轨道主要由金属Mn和配体的σ*反键轨道组成， 有利于Mn中心基团配体Br-/CH3CN解离， 形成活性中间体。 红外光谱计算结果显示1， 2， 3和4的特征振动峰主要分为两类: 金属Mn中心的CO键伸缩振动(1， 2， 3和4的1 920～2 020 cm-1)和二亚胺羰基的CO键伸缩振动(3的1 690 cm-1和4的1 694 cm-1)。 伴随着二亚胺羰基配体和Mn中心配体电负性的增强， 1到4的特征峰波数略微增加。 计算的分子结构， 紫外-可见光谱和红外光谱与实验结果符合很好， 能够为二亚胺羰基锰配合物的合成和光还原CO2性能调变提供可靠的理论参考。

卵母细胞质量是影响哺乳动物体外受精能力、 胚胎体外发育潜能以及妊娠成功与否的关键因素， 显著影响着人类的辅助生殖、 动物的育种、 品种改良及保存濒危物种等工作， 对其质量的研究具有重要的应用价值。 目前常规的质量评估手段主要从形态学角度、 从生化分析角度展开。 但传统的基于卵母细胞形态甄选评估其发育质量的方法， 其结果的可靠性较强地依赖于技术人员的经验， 具有主观性较强的特点; 新型的基于生物学技术检测生化指标的方法虽能弥补基于形态检测方法的不足但仍存在侵入式研究、 生物操作步骤繁琐复杂、 实验耗时长， 影响卵母细胞后续发育的缺点。 众所周知， 生物组织异变往往伴随着内部生化组分的改变， 而生化组分的改变往往表现出光谱的差异。 鉴于此， 利用紫外-可见分光光度计和自改建多光谱成像系统研究卵母细胞的光谱， 并分析了未成熟与成熟卵母细胞、 新鲜成熟与排卵后老化卵母细胞的光谱差别。 研究发现， (1)与新鲜成熟卵母细胞的紫外-可见光谱(190~1 100 nm)相比， 未成熟与排卵后老化卵母细胞的光谱均出现数个峰位的增减变化。 未成熟卵母细胞与新鲜成熟卵母细胞的紫外-可见光谱相比， 缺失了205和579 nm两个峰位以及894~941 nm的波段， 增加了593 nm处的峰位; 排卵后老化卵母细胞与新鲜成熟卵母细胞的紫外-可见光谱相比， 缺失了205、 445和579 nm的三个峰位以及846~941 nm的波段， 也增加了593 nm处的峰位。 (2)可见光波段的多光谱成像数据显示， 与新鲜成熟卵母细胞相比， 未成熟卵母细胞各生物结构在451和467 nm处的透射光谱强度下降， 排卵后老化卵母细胞各生物结构在425、 431、 571和669 nm处的透射光谱强度降低。 综上可见(特别是新鲜成熟与老化卵母细胞之间在多光谱成像中展现的光谱差别)， 光谱检测在甄别卵母细胞质量方面展现出了巨大的可行性。

对二甲苯(PX)是化工领域一种非常重要的原料, 被广泛地用于香料、 医药、 油墨和农药等的生产, 因此研究PX分子的电子光谱和外场效应, 对于它的检测和降解具有十分重要的意义。 为研究外电场作用下, PX分子的紫外-可见(UV-Vis)光谱的变化, 采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上, 优化了不同外电场(0～0.025 a.u., 0～1.285 6×1010 V·m-1)作用下PX分子的基态几何构型, 在此基础上利用含时密度泛函理论(TDDFT)计算了PX分子的UV-Vis吸收光谱, 最后对PX分子紫外吸收峰和摩尔吸收系数受外电场作用的的影响规律进行了研究。 结果表明: 有波长为189 nm、 摩尔吸收系数为35 580 L·mol-1·cm-1的强吸收峰, 处于E1带, 它是环状共轭的三个乙烯键的苯型体系中的π→π*电子跃迁产生的; 与苯分子相比, 吸收峰出现11 nm的红移: 由于两个甲基和苯环形成p-π共轭, 苯环的大π键变弱, 故PX分子的紫外吸收峰出现红移; 当增加了外电场后, 最低未占据轨道(LUMO)向外电场的反方向偏移, 导致苯环上的电子密度减小, 大π键变弱, π→π*跃迁需要的能量降低, 电子跃迁产生的波长增大, 吸收峰出现显著红移, 当外电场增大到0.020 a.u.时, 红移已经非常明显; 外电场的引入, 导致苯环上的电子密度减小, 大π键变弱, π→π*跃迁的电子数减少, 摩尔吸收系数降低, 随着外电场的增强, 摩尔吸收系数降低明显, 尤其在外电场增强到0.020a.u.后, 摩尔吸收系数降低非常显著。 这些工作为PX的检测和降解方法研究提供了一定的理论依据, 也对其他有机污染物的检测方法和降解机理的研究有启示作用。

利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术, 结合平行因子分析法, 对环滇池地区土壤中溶解性有机质(dissolved organic matters, DOM)的结构特征和来源进行了研究。 结果显示, 所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征, 吸收系数随着波长的增加而降低, 并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。 柴河水库和滇池东部地区土壤DOM的芳香性(A250/A365)、 分子量(SR)、 腐殖化程度(SUVA254)和所含疏水组分(SUVA260)均高于其他三个区域。 三维荧光光谱显示, 环滇池土壤DOM中含有紫外可见光区类富里酸峰、 可见光区类富里酸峰和两种类腐殖酸峰。 荧光指数(fluorescence index, FI)和自生源指标(autochthonous index, BIX)均表明该地区土壤DOM有着典型的陆源特征, 且类蛋白成分生成量较少, 生物可利用性较低。 平行因子分析法(PARAFAC)将土壤DOM分成四个荧光组分, 四个组分之间有着非常显著的相关性(p＜0.01), 表示具有同源性。 此外, 类富里酸荧光组分对DOM的贡献率最大, 说明土壤DOM中富里酸物质的含量相对较多。

单一的光谱技术不能对溶解性有机质(dissolved organic matters, DOM)的结构特征和来源进行全面的分析, 因此, 本研究选择紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术相结合的方法, 对昆明松华坝库区表层土壤中DOM的组成结构和来源进行了研究。 结果表明, 所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征, 吸光度随着波长的增加而降低, 并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。 A250/A365(波长在250和365 nm处紫外吸光度的比值)的范围在2.59～5.21之间, 说明DOM中主要物质为富里酸或者胡敏酸且分子量较高; SUVA254(单位DOC浓度在波长254 nm处的吸收系数)和SUVA260(单位DOC浓度在波长260 nm处的吸收系数)分别为1.19～3.00和1.15～2.89, 两者之间存在十分显著的相关性, 表明该地区土壤DOM的腐殖化程度相对较高并含有较多的疏水组分。 三维荧光光谱显示, 所有DOM样品中主要存在3个特征峰: 紫外光区类富里酸峰、 可见光区类富里酸峰和类腐殖酸峰, 而类蛋白峰不显著。 荧光指数(fluorescence index, FI)总体上接近于1.4, 表明该地区土壤DOM以外源输入为主; 自生源指标(autochthonous index, BIX)均小于1, 自生源特征不明显并且生物利用性较低, 这可能与当地较强的人类活动有关。 以上研究结果可以为进一步探讨DOM对有机或重金属污染物迁移转化的影响提供理论依据。

LDL氧化修饰是致动脉粥样硬化的关键性因素。 其中, 在氧化修饰过程中LDL所含脂类、 蛋白及其光谱学性质均会受到影响。 前期研究结果发现丁香对LDL氧化修饰具有很强的抑制作用。 但是, 丁香是否是通过抑制脂类及蛋白氧化来实现, 以及丁香是否能抑制LDL氧化修饰后光谱学性质的改变, 这些问题目前均不清楚。 据此, 运用紫外吸收光谱、 荧光光谱等方法研究了丁香有效部位（effective fraction from clove, EFC）对LDL氧化修饰的抑制效果。 研究结果表明, EFC能有效延缓脂质氧化过程中共轭二烯（CD）增殖及推后其达到最大值, 并抑制胆固醇降解; 也可抑制蛋白组分apoB100中Trp荧光猝灭及Lys氧化修饰和荧光光谱变化; 同时也能抑制LDL中脂质与蛋白过氧化产物-脂褐素的生成; 此外, 该部位对LDL 氧化修饰过程中紫外-可见光谱学特征的改变也有影响。 论文将为丁香抗AS功能食品研发提供参考。

直接紫外-可见光谱法检测水质参数具有检测速度快、成本低、无二次污染、可实现在线和原位测量等优点，但受限于光谱检测精度和检测设备成本。基于该方法的检测系统一直较难推广。为此，利用海洋光学的工业级光谱仪USB2000+及脉冲氙灯光源搭建了一套低成本、快速的水质光谱检测系统。进而，在对系统噪声源进行全面分析的基础上，利用小波包软阈值去噪方法对原始光谱数据进行去噪处理。为了有效地评价去噪效果，同时采用海洋光学科研级光谱仪QE65000 配合稳定的氘钨灯光源搭建标准光谱检测系统，对同一样本溶液进行了紫外-可见吸收光谱采集。实验结果表明，搭建的系统能稳定、有效地采集原始光谱数据，进一步对原始数据采用基于软阈值的小波包去噪，能在保留水样紫外-可见吸收光谱特征的前提下，有效地去除原始光谱的各种噪声，提高光谱的信噪比，为采用低成本光谱检测设备进行水质参数分析奠定了基础。