徐士专 1,2陈健 1,3邹金钊 1,2王鹏 1,**[ ... ]林俊 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
3 广西师范大学桂林 541004
在氟化物熔盐相直接将UF6中转化为UF4是熔盐堆燃料盐的合成及重构的候选工艺之一。其中,UF3是该工艺过程的重要中间产物,其含量是开展工艺研究的关键参数之一。本文采用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)内标法测量氟化物体系中的UF3含量,分析了不同组分的固态熔盐样品,建立了UF3含量的测量分析方法。首先以刚玉(α-Al2O3)为内标,获得了UF3在1.00~10.00 wt%含量范围时,LiF-BeF2-UF3熔盐的XRD峰高度内标曲线(R=0.986)和峰面积内标曲线(R=0.995)。然后应用这两条内标曲线测量已知含量的LiUF5和UF3固体混合样品,结果表明峰面积内标曲线具有更好的准确度,测量相对误差不大于8.7%。最后分别对快速冷却的LiF-BeF2-UF3固态熔盐样品和自然冷却的LiF-BeF2-UF3-LiUF5固态熔盐样品进行测量,测量结果的相对误差不大于5.4%。以上结果表明:本文建立的XRD内标法可以用于混合氟盐样品的UF3分析,并具有较好的测量精度和重复性。
三氟化铀 X射线衍射 内标法 定量分析 液态燃料 UF3 X-ray diffraction Internal standard method Quantitative determination Liquid fuel 
核技术
2024, 47(1): 010605
作者单位
摘要
1 合成与天然功能分子教育部重点实验室,西北大学化学与材料科学学院,陕西 西安 710127
2 西安石油大学化学化工学院,陕西 西安 710065
钪(Sc)被广泛用于固体氧化燃料电池、陶瓷材料、催化剂与轻质高温合金等的制造,是不可或缺的重要战略资源,稀土矿石中Sc元素的定量分析对于稀土矿的勘探、开采具有重要意义。笔者提出了一种基于激光诱导击穿光谱(LIBS)结合随机森林(RF)算法的稀土矿石样品中Sc元素定量分析的方法。首先,考察了不同光谱预处理方法对RF校正模型预测性能的影响;然后,利用变量重要性测量(VIM)进行RF校正模型输入变量的选择与优化。为了进一步验证VIM-RF模型的预测性能,将其与标准曲线法、偏最小二乘(PLS)以及基于波段选择的RF模型进行了比较。最后,在最优化的光谱预处理(WT)和VIM阈值(阈值为0.016)等条件下,建立了基于小波变换结合VIM的RF校正模型。结果表明,VIM-RF校正模型表现出了良好的预测性能:RCV2为0.9981,RMSECV为0.0430 mg/kg,MRECV为0.0047,RP2为0.9993,RMSEP为0.4964 mg/kg,MREP为0.0481。因此,LIBS技术结合RF算法可以有效实现稀土矿石中稀土元素Sc的定量分析,可为稀土矿石的品位分析与精准开采提供借鉴。
光谱学 激光诱导击穿光谱 稀土矿石 定量分析 随机森林 变量选择 
中国激光
2024, 51(2): 0211001
李欣 1,2吕正一 3崔博伦 1,2张家铭 1[ ... ]赵天卓 4,5,*
作者单位
摘要
1 北京空间机电研究所,北京 100094
2 北京市航空智能遥感装备工程技术研究中心,北京 100094
3 航天东方红卫星有限公司,北京 100094
4 中国科学院大学,北京 100049
5 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
在诸如火星探测等极端环境原位检测应用中,共轴变焦距激光诱导击穿光谱技术发挥了重要作用。为了充分发挥变焦系统的应用效能,距离校正必不可少。现有距离校正方法多为针对单一场景的经验算法,适用范围有限。因此,提出一种基于等离子体物理的参考脉冲诊断法,无需标定设备响应即可诊断等离子体温度,进而实现变焦距定量分析。对比了所提出算法与Saha-Boltzmann法的诊断结果,最大相对误差小于8%。采用13块铝基标准样品进行了变焦距定量实验,9块于2 m处建立定量模型,4块分别于1.5、2、2.4、2.7、3 m处进行检测。反演结果中含量超过1%的元素,11号样品中Si的相对误差最大,为16%,其余大部分小于8%;含量低于1%的元素,大部分相对误差在10%~30%之间,验证了所提出的方法能够实现变焦距激光诱导击穿光谱定量分析。
激光诱导击穿光谱 变焦距检测 定量分析 参考脉冲诊断法 laser-induced breakdown spectroscopy zoom-LIBS analysis quantitative analysis reference pulse diagnostic method 
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230310
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
海上溢油事故不仅造成极大的石油资源浪费, 而且严重威胁生态环境。 因此, 利用荧光光谱对油膜厚度进行快速无损检测对于有效评估溢油量有重要意义。 基于激光诱导荧光(LIF)技术对海水表面0#柴油、 5#白油油膜的荧光光谱进行检测, 进而实现对油膜厚度的量化分析。 首先使用SG平滑滤波对原始光谱数据进行预处理以减少原始光谱中的背景噪声。 然后采用间隔随机蛙跳算法(IRF)结合变量子集迭代优化法(IVSO)对获取的全光谱数据进行波长选择以剔除冗余变量, 将经过二次筛选出的光谱特征波长作为偏最小二乘回归(PLS)的自变量输入数据建立油膜厚度反演模型。 该方法第一步利用IRF从全光谱数据中筛选出特征波段, 再利用IVSO对特征光谱波段组合进一步筛选出特征波长变量, 从而有效提高优选出的特征波长建立油膜厚度反演模型的预测能力和稳定性。 将IRF-IVSO与全光谱及移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)、 间隔随机蛙跳算法(IRF)、 变量组合集群分析法(VCPA)、 变量子集迭代优化法(IVSO)四种波长优选方法进行对比, 发现IRF-IVSO筛选出0#柴油数据和5#白油数据的特征波长数量分别占全光谱数据的4.48%和19.40%。 将全光谱及上述波长优选方法筛选出的特征波长作为输入建立PLS模型进行分析讨论。 结果表明, 特征波长选择方法结合PLS所建立的不同模型预测能力和效率较全光谱有明显提高。 其中, IRF-IVSO结合PLS所建立的油膜厚度反演模型预测效果最优, 该模型可以实现对厚度分别为0.141 5~2.291 8和0.052~0.980 mm的0#柴油及5#白油油膜的有效反演, 柴油油膜测试集相关系数RP可达到0.961 1, 测试集均方根误差RMSEP为0.137 5, 白油油膜测试集相关系数RP可达到0.971 2, 测试集均方根误差RMSEP为0.079 0。 该研究表明, IRF-IVSO通过结合区间波段筛选和单一变量选择能够有效而稳定地筛选出特征波长变量, 结合PLS建立的油膜厚度反演模型能够实现可靠预测。
激光诱导荧光 油膜厚度 特征波长选择 定量分析 Laser-induced fluorescence Oil film thickness Characteristic wavelength selection Quantitative analysis 
光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2811
刘曙 1金悦 2苏飘 2闵红 1[ ... ]吴晓红 1
作者单位
摘要
1 上海海关工业品与原材料检测技术中心, 上海 200135
2 上海海关工业品与原材料检测技术中心, 上海 200135上海理工大学材料与化学学院, 上海 200093
3 上海理工大学材料与化学学院, 上海 200093
快速准确测定铁矿石中的硅、 铝、 钙、 镁含量对铁矿石质量评价具有重要作用。 受制于多变量分析方法过拟合现象以及不同种类样品基体效应, 使用激光诱导击穿光谱(LIBS)准确测定铁矿石中硅、 铝、 钙、 镁含量仍然是当前存在的挑战。 采用变量重要性-反向传播人工神经网络(VI-BP-ANN)辅助LIBS定量分析铁矿石中硅(以SiO2计)、 铝(以Al2O3计)、 钙(以CaO计)和镁(以MgO计)的含量。 在这项研究中, 收集了12种244批铁矿石代表性样品的LIBS光谱, 优化了光谱预处理方法, 使用随机森林(RF)对LIBS光谱特征的重要性进行了测量, 使用袋外(OOB)误差优化RF模型参数, 变量重要性阈值用于优化BP-ANN校准模型的输入变量。 变量重要性阈值和神经元数量通过五折交叉验证(5-CV)的测定系数(R2)和均方根误差(RMSE)进行优化。 结果显示测试样本SiO2、 Al2O3、 CaO和MgO含量预测均方根误差(RMSEP)分别为0.377 2 wt%、 0.133 9 wt%、 0.059 2 wt%和0.141 1 wt%, R2分别为0.970 1、 0.955 4、 0.987 1、 0.997 5。 相比于使用相同的预处理方法作为PLS、 SVM、 RF和BP-ANN四种模型的输入, VI-BP-ANN在校准集和预测集都显示出出色的预测能力。 结果表明LIBS与VI-BP-ANN的结合有潜力在实际应用中实现铁矿石硅、 铝、 钙、 镁含量的快速准确预测。
铁矿石 反向传播人工神经网络 变量重要性 定量分析 激光诱导击穿光谱 Iron ore Back propagation artificial neural network Variable importance Quantitative analysis Laser-induced breakdown spectroscopy 
光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3132
作者单位
摘要
1 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学), 四川 成都 610500西南石油大学电气信息学院, 四川 成都 610500
2 西南石油大学电气信息学院, 四川 成都 610500
3 西南石油大学机电工程学院, 四川 成都 610500
由于分子结构的高相似性, 烃类气体混合物中各组分红外光谱谱峰重叠严重, 导致浓度的精确监测一直是化学计量学的难题。 为了应对这一挑战, 提出一种粗精选策略二进制灰狼优化(RSBGWO)算法, 用于优选红外光谱特征, 建立高精度定量分析模型。 该方法以交叉验证下光谱定量分析模型的均方根误差(RMSECV)平均值作为适应度函数值。 在粗选阶段, 进行第一次全局迭代, 更新α狼、 β狼和δ狼所选特征变量的位置信息; 在精选阶段, 结合α狼所选的特征变量以及剔除α狼未选中特征变量位置后的β狼和δ狼特征变量, 更新狼群位置信息, 逐步降低RMSECV值, 提取为全局最优特征波长, 并引入非线性收敛因子加快收敛速度。 该算法在采集的359个混合烷烃气体样本的红外光谱数据集上进行了实验测试并验证了所提算法的效果。 与bGWO和bPSO特征提取算法比较, 基于本文提出的RSBGWO算法建立的MLR模型在分析甲烷、 乙烷、 丙烷和二氧化碳气体浓度时, 特征选择数量均降低了96%以上, 预测均方根误差(RMSEP)均低于数据采集过程中所使用的配气系统的仪器误差, 相对预测偏差(RPD)均提高了15以上。 相对于全谱建模的MLR模型和PLS模型, 基于RSBGWO算法建立的MLR模型和PLS模型的预测精度有显著增高, 预测效果对定量分析模型的依赖性降低了。 实验结果表明, 提出的方法具有优秀的红外光谱特征提取能力, 能够明显提高定量分析模型的预测效果。 该方法能够促进光谱检测技术在生物制药、 食品化工、 油气勘探等领域的应用, 尤其是在含同系有机物混合物的应用场合。
粗精选策略 二进制灰狼优化算法 交叉验证 特征选择 红外光谱 定量分析 Rough and fine selection strategy Binary gray wolf optimization algorithm Cross validation Feature selection Infrared spectroscopy Quantitative analysis 
光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3067
作者单位
摘要
1 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101 齐鲁工业大学(山东省科学院)激光研究所, 山东 济南 250104
2 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101
3 齐鲁工业大学(山东省科学院)激光研究所, 山东 济南 250104
拉曼光谱具有分辨率高、 分析速度快、 检测样品制备简单、 无损以及可在线测量等优点, 被广泛用于分析物质的成分与分子结构信息, 可以对多种有机物和无机物进行定性和定量的分析。 目前主要应用多以相对比较成熟的定性分析为主, 用于定量分析时, 一方面由于拉曼光谱的重现性较差, 会受到很多内部因素干扰; 另一方面, 拉曼光谱的分析理论相比于传统技术还不够完善, 分析结果的误差较大, 限制了其在定量分析中的应用。 在基于强度比值的定量分析中, 拉曼强度归一化理论的出现为拉曼光谱的应用提供了理论依据, 参考峰/内标峰及拟合方法的选择对测量准确性和稳定性有较大的影响。 采用激光拉曼系统研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰(C-C-O对称伸缩, 874 cm-1)与其他参考峰/内标峰的相对强度关系, 分别提出了基于乙醇本征峰位比值法和基于CCl4特征峰位的内标法, 建立了线性回归分析模型, 经归一化处理后两种方法均可有效消除系统中的突变噪声及强荧光背景的影响。 通过联合假设检验等统计学方法对比了不同组内与组间的数据差异, 确定了两种方法中准确性和稳定性最好的参考峰/内标峰。 F检验与t检验表明, 用乙醇自身峰位比值法进行标定时, 以1 446 cm-1(CH3-不对称变形)处特征峰为参考峰建立的标准曲线能更为准确地反演乙醇的浓度; 用CCl4作为内标物时, 以446 cm-1处拉曼特征峰为内标峰时的标准曲线具有更高的稳定性和准确度。 30 d内进行二次复测量时无需进行标准曲线的再次测量与绘制, 避免了重复的定量分析实验以及后期数据处理过程对时间的消耗。 根据不同标定方法建立的线性回归模型能够为乙醇溶液浓度的定量分析提供实验依据, 通过该模型在乙醇溶液浓度检测系统中的应用, 可以较为精确地实时反演乙醇浓度, 从而实现对具有强荧光背景干扰的高浓度范围的乙醇溶液准确、 快速、 实时的定量分析。
拉曼光谱 定量分析 峰位比值法 内标法 Raman spectroscopy Quantitative analysis Peak ratio method Internal standard method 
光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3820
作者单位
摘要
1 北京科技大学科技史与文化遗产研究院, 北京 100083
2 中国国家博物馆文保院, 北京 100079
铁质文物是我国文化遗产的重要组成部分。 由于化学性质较为活泼, 铁质文物易发生腐蚀劣化。 锈蚀产物对铁质文物的稳定性有较大影响, 因此判断铁质文物锈蚀产物的组成特征, 对于铁质文物稳定性评估具有重要意义。 以赤铁矿(α-Fe2O3), 磁铁矿(Fe3O4), 四方纤铁矿(β-FeOOH)三种铁质文物的锈蚀产物为研究对象, 采用拉曼光谱成像结合主成分回归法(PCR)和偏最小二乘法(PLS), 同时结合多种预处理方法, 构建了两组二元混合锈蚀(α-Fe2O3+Fe3O4, α-Fe2O3+β-FeOOH)的定量模型。 结果表明, 对于α-Fe2O3+Fe3O4二元体系, PCR和PLS算法构建模型的定量效果基本一致, α-Fe2O3和Fe3O4的PLS定量模型结果均表明, 一阶导数+Savitsky-Golay(S-G)平滑(9)条件下建模效果最好。 对于α-Fe2O3+β-FeOOH二元体系, PLS方法所构建模型优于PCR方法, α-Fe2O3和β-FeOOH的PLS定量模型结果均表明, MSC+S-G平滑(5)条件下建模效果最好。 研究结果为定量评估铁质文物锈蚀产物的化学稳定性提供了有效方法。
Raman imaging 拉曼成像 Iron artefacts 铁质文物 Corrosion products 锈蚀产物 Quantitative analysis 定量分析 Partial least square 偏最小二乘法 
光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2166
作者单位
摘要
1 天津中医药大学中药制药工程学院, 天津 301617
2 天津中医药大学中药制药工程学院, 天津 301617 省部共建组分中药国家重点实验室, 天津 301617
3 扬子江药业集团江苏龙凤堂中药有限公司, 江苏 泰州 225321
水、 空气、 食品、 灰尘和排泄物中广泛存在食源性病原菌, 由此引发的感染性疾病严重危害人类健康。 因此, 开发病原菌的快速检测方法尤为必要。 由于实际样品中的病原菌往往共生存在, 所以多元病原菌的同步灵敏检测是微生物检测领域的重点与难点。 分子生物学和免疫组化分析技术都在此领域进行过一些尝试, 但由于引物设计与抗体的局限性, 这两种技术在实际应用中的效果并不十分理想。 表面增强拉曼光谱(SERS)技术由于具有快速、 无损、 高分辨率、 不受水分干扰、 可原位检测等显著优势, 在多元病原菌同步检测领域获得了重要应用。 从应用原理、 特点和效果等方面出发, 系统阐述了SERS技术在多元病原菌同时检测中的应用策略。 首先对SERS基底材料与病原菌的结合方式进行简要概述, 再以检测策略为主线, 从直接法和间接法两种策略出发进行介绍。 直接法通过基底材料的信号放大作用直接获得病原菌本身的光谱信息, 步骤简便, 操作快捷, 在多元病原菌判别分析、 定量分析与即时检测(POCT)中被广泛应用。 但由于光谱信息量大, 往往需要与多元统计分析方法、 成像技术和微流控器件等联用。 间接法一般需要借助拉曼信号分子和适配体、 抗体等识别元件, 将对病原菌的检测转换为对信号分子的分析, 极大提高了检测方法的灵敏度与特异性, 可在基因、 蛋白、 细胞等水平实现对多元病原菌的同步分析。 且与其他识别元件及功能分子的联用能构建得到集细菌的分离、 识别与灭活于一体的综合检测体系, 在临床血液等实际样本的分析中具有重要前景。 最后, 总结并指出SERS技术的现有问题及下一步努力方向, 为SERS技术在多元病原菌的快速、 灵敏检测策略设计及具体应用方面提供参考。
表面增强拉曼光谱(SERS) 多元病原菌 鉴别分析 定量分析 Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) Multiple pathogenic bacteria Identification analysis Quantitative analysis 
光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2012
作者单位
摘要
1 烟台大学建筑学院,山东烟台 264005
2 中铁建工集团第二建设有限公司,山东青岛 266112
将红外热成像技术与图像处理技术结合,用压差法进行建筑外窗空气渗透检测。通过红外热成像仪对建筑外窗进行红外图片采集,利用图像处理技术对采集的外窗图像进行红外图像处理,针对红外图像中的异常区域对外窗缺陷进行检测,并进行缺陷的面积计算,建立外窗缺陷红外检测模型。根据实验测得的室内外温差、外窗缺陷面积、空气渗透量建立建筑外窗空气渗透量计算模型,将模型与建筑外窗缺陷红外检测模型结合,对外窗缺陷引发的能耗进行定量分析。结果表明:对外窗缺陷进行维护,能够减少外窗耗能,提高外窗节能。外窗每减少 1 cm2的空气渗透面积,每年能够节能 66146 kJ;外窗气密性能等级每提高 1级,单位面积外窗每年能够节能 110012 kJ。
红外图像处理 外窗缺陷 建筑能耗 碳排放 定量分析 infrared image processing, exterior window defects 
红外技术
2023, 45(9): 996

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