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王鹏 1,2门倩妮 1,2甘黎明 1,2白金峰 3[ ... ]刘玖芬 5,6
作者单位
摘要
1 中国地质调查局西安矿产资源调查中心,陕西 西安 710100
2 中国地质调查局金矿勘查技术创新中心,陕西 西安 710100
3 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北 廊坊 065000
4 中国矿业报社,北京 100037
5 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心,北京 100055
6 中国地质大学(北京),北京 100083
矿石中Au通常以颗粒金或者晶格金的形式存在,在不同类型的金矿石中赋存状态不同,其特殊的延展性引起的颗粒效应对于Au样品的分析技术带来挑战,并且其制备流程要素繁多且不易控制,直接影响Au分析的准确性和稳定性。以矿石中金元素为研究对象,建立泡塑吸附-原子吸收光谱法测定矿石中Au的分析方法,针对样品测试流程中的关键要素进行定性判断和定量计算,提出基于灰色关联度-响应曲面法的最优化模型。讨论样品分析技术中焙烧、消解、富集和解脱等重要环节,确定焙烧方式、消解酸度、富集时间和硫脲浓度为优化要素,设计正交试验并进行相关性分析,计算灰色关联系数并进行极差确定,定性判断各优化要素的显著性。中心组合设计结合响应曲面法原理制作显著水平表,建立二次多项式回归方程的预测模型并进行显著性分析,绘制三维响应曲面图和二维等高线图对实验数据进行拟合分析,确定最优化模型参数焙烧方式、消解酸度、富集时间和硫脲浓度分别为阶梯式分段焙烧、10.58%、40.00 min、11.65 g·L-1。实验结果表明,在最优化模型条件下对金矿石国家一级标准物质进行制备测试,其方法检出限为0.021,测定下限为0.077,加标回收率为91.6%~104.5%,其正确度和精密度均符合GB/T 20899.2—2019质量控制要求;同时对陕西西秦岭地区和甘肃梅川地区外检样品进行方法验证比对,其相对偏差不超过10%且评价结果均为优秀,表明该检测优化模型方法在实际样品中的应用依然准确可靠,具备正确性和科学性。该研究对于地质矿产实验室快速、准确、简便分析Au元素提出新方法,为检验检测领域中优化多目标参数组合的课题提供了新的思路,同时为新一轮战略找矿行动的准确测试贡献力量。
 原子吸收光谱法 灰色关联度 响应曲面法 中心组合设计 质量控制 Gold Atomic absorption spectroscopy Grey correlation degree Response surface methodology Center combination design Quality control 
光谱学与光谱分析
2025, 45(2): 426
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饶晓峰 1,2,3何涛 1,2,3,*李程峰 1,2,3冯超 1,2,3[ ... ]程鑫彬 1,2,3,***
作者单位
摘要
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地,上海 200092

连续域中的束缚态(BICs)因在亚波长尺度内显著限制光场并增强光与物质相互作用的能力,在生物和化学传感领域受到广泛关注。目前,已有多款基于BICs的超构光子器件问世,有望突破传统生物传感在小型化、特异性和灵敏度等方面的局限。本文从不同平台的BICs超构光子器件入手,系统梳理金属BICs、全介质BICs、金属-介质混合BICs以及微流体BICs在折射率传感、表面增强红外吸收光谱和手性传感等生物传感领域的应用。最后,探讨基于BICs的生物传感器件当前存在的局限性,并讨论克服这些挑战的潜在方案。

连续域中的束缚态 超构表面 生物传感 折射率传感 表面增强红外吸收光谱 手性传感 
光学学报(网络版)
2025, 2(6): 0616001
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作者单位
摘要
1 中国地质调查局西安矿产资源调查中心,陕西 西安710100
2 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北 廊坊065000
3 广东省环境科学研究院,广东 广州510045
4 安徽省农业科学院,安徽 合肥230031
国内新一轮战略找矿行动全面启动,金矿产资源以其独特的稀有性和战略性具有特殊意义,其分析检测技术直接影响金元素的准确测试。以矿石中金元素为研究对象,采用正交试验设计方案对实验要素中的王水浓度、 振荡时间和硫脲浓度进行方法测试,测定结果相对误差为量化指标;按照层次分析法(AHP)中确定要素指标、 建立矩阵、 一致性判断步骤计算要素权重为(0.252, 0.159, 0.589),通过客观赋权(CRITIC)法计算正交试验数据的对比强度和冲突性,计算要素权重为(0.452, 0.172, 0.377),提出基于AHP-CRITIC混合加权算法对要素权重综合分析,其结果为(0.314, 0.075, 0.611);利用粒子群算法构建粒子多维空间,通过粒子的速度和方向属性迭代位置设计算法流程图,在迭代过程中结合混合加权算法结果通过线性递减的方式校正惯性权重,优化粒子在迭代初期和末期的学习因子,结合正交试验结果利用粒子群算法建立目标适应度函数,改进算法流程,应用MATLAB软件仿真模拟粒子群迭代过程,从全局各位置和方向逐渐向最优组合收敛,得到优化后的粒子群算法寻找原子吸收光谱法分析金元素的最佳条件参数为王水浓度10.62%、 振荡时间32.8 min、 硫脲浓度9.5 g·L-1。粒子群优化算法验证结果表明,在分析条件最优化参数下对金标准分析物质GAu-15a、 GAu-16b、 GAu-17b、 GAu-18b、 GAu-19b、 GAu-22a进行11次平行性试验测试,计算其平均值、 相对误差和相对标准偏差指标,均满足《地质矿产实验室测试质量管理规范》,表明基于正交试验的粒子群优化算法对于原子吸收光谱法分析金元素参数的优化问题科学可行,验证了该优化算法的正确性和稳定性,对国内新一轮战略找矿事业提供新的研究思路。该方法提出混合加权算法结合进化计算技术对多目标参数寻求最优解,有望拓展于分析实验室其他领域的测试环境,更展望应用于寻求参数优化方向的科学研究中。
 层次分析法 混合加权 粒子群算法 原子吸收光谱法 Gold Analytic hierarchy process CRITIC CRITIC Mixed weighting method Particle swarm optimization AAS 
光谱学与光谱分析
2024, 44(4): 1045
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施宇智 1,2,3,4,*赖成兴 1,2,3,4夷伟成 1,2,3,4黄海洋 1,2,3,4[ ... ]程鑫彬 1,2,3,4,**
作者单位
摘要
1 同济大学物理科学与工程学院,同济大学精密光学工程技术研究所,上海 200092
2 先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地,上海 200092
4 上海市全光谱高性能光学薄膜器件及应用专业技术服务平台,上海 200092
5 香港理工大学电机与电子工程学系,香港 999077
6 新加坡国立大学电气与计算机工程系,新加坡 117583
光镊技术利用光和物质之间动量交换产生的光力对细小颗粒进行操控,具有无接触、操控尺寸小、精度高等特点,在基础物理、量子计算、生物医学等领域得到了广泛的应用。其中,横向光力(也称光横向力,OLF)是一种垂直于光的传播方向且与场强度梯度无关的特殊光力。近十年来,OLF的理论研究和实验探索成为了热点课题,在手性颗粒等超精密分选、光动量探测等方面有重要应用。从OLF的原理和产生条件、不同物理机制,以及在生物医学和物理化学等领域的应用等方面出发,对OLF的发展进行回顾和讨论,并对新的产生机制和更多的潜在应用与挑战进行展望。
横向光力 角动量 光学操控 光学自旋 手性颗粒 
光学学报
2024, 44(7): 0700001
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李程峰 1,2,3何涛 1,2,3,*施宇智 1,2,3魏泽勇 1,2,3[ ... ]程鑫彬 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地,上海 200092

光束偏折是光场操控的一项重要能力,也是众多光学应用的基础。随着光学技术的蓬勃发展,越来越多的应用场景迫切需要能够兼顾小型化和高效率的光束偏折光学器件。超构表面是人工原子按特定宏观排列方式构建而成的平面器件,具有强大的电磁场调控能力,能够在亚波长尺度下将光束偏折到任意非镜面方向,有望在实际应用中发挥巨大作用。从超构表面实现高效率异常偏折的物理机制出发,对超构表面异常偏折的应用研究进行回顾和讨论,同时也对潜在的挑战进行总结,对异常偏折超构表面及其应用的未来发展进行展望。

超构表面 亚波长结构 异常偏折 应用研究 
激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1000001
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冯超 1,2,3何涛 1,2,3,*施宇智 1,2,3王占山 1,2,3程鑫彬 1,2,3
作者单位
摘要
1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所,上海 200092
2 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地,上海 200092
偏振作为光场的基本自由度,在众多光学技术领域中有着十分广泛的应用。光学器件的偏振操控性能常用琼斯矩阵来表示,琼斯矩阵中可控通道数目的多少表征了对应光学器件的偏振调控能力强弱。随着光学技术的蓬勃发展,诸如偏振成像、通信编码、光学加密等前沿应用迫切需要光学器件能够独立调控多个琼斯矩阵通道,同时兼顾小型化。超表面作为由人工亚波长微结构按照特定序列排列而成的平面光学器件,天然具备集成化的优势,且对电磁波具有强大的调控能力,有望在偏振光学器件领域发挥巨大作用。从超表面的相位、振幅调控机理出发,按照可调控的通道数目从少到多对超表面调控琼斯矩阵的发展进行了系统梳理,并对超表面琼斯矩阵调控技术的未来发展进行了展望。
超表面 琼斯矩阵 偏振调控 多功能集成 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0123001
作者单位
摘要
1 中国地质调查局西安矿产资源调查中心, 陕西 西安 710100
2 西北大学地质学系, 陕西 西安 710127
以金矿石中的金元素为研究对象, 基于灰色关联度和RSM模型提出原子吸收光谱法分析Au测定条件参数的多目标优化模型。 选取泡塑预处理方式、 振荡时间、 王水浓度和硫脲浓度为优化目标, 确定测量结果相对误差的绝对值为质量指标; 建立基于信噪比的正交设计试验, 分析试验结果的质量指标及对应的信噪比并进行量纲化处理, 计算灰色关联系数和关联度; 确定优化目标的极差分别为0.026、 0.116、 0.176、 0.375, 定性判断泡塑处理方式目标最不显著。 根据RSM模型确定王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度为单因素的Box-Behnken方法试验, 采用三因素三水平曲面设计对测定结果相对误差的绝对值进行分析, 制作显著水平表并完成响应曲面试验; 建立二次多项式回归方程的预测模型并进行显著性分析, 其F=217.24, p<0.000 1表明该模型具有高度的显著性, 模型的相关系数为0.996 9, 校正决定系数为0.992 4, 表明该模型可以解释超过99%的响应值变化; 绘制响应曲面图和等高线图对试验数据进行回归拟合, 通过响应曲面的形状和等高线的陡峭程度进行判定分析, 最终寻找最优化目标参数为王水浓度、 振荡时间、 硫脲浓度分别为11.33%、 27.39 min和0.97%时, 样品测量结果的相对误差最小。 模型验证结果表明, 在最优化目标参数条件组合下选择不同质量浓度的金矿石国家标准物质进行样品制备, 测定结果的正确度和精密度均符合DZ/T 0130.3—2006(地质矿产实验室测试质量管理规范), 表明基于灰色关联度-RSM模型对原子吸收光谱法分析金矿石中金元素的多目标优化参数准确可靠, 验证了该方法的科学性和正确性, 能够被应用于实际的生产中去。 该方法对于定性判断各条件参数间的主次关系, 定量计算各条件参数的最佳组合水平具有独特优势, 有望在寻找多目标优化设计参数领域的平台上发挥作用, 更加有效地确定最佳目标组合。
金矿石 聚氨酯泡塑 灰色关联度 RSM模型 原子吸收光谱法 Gold ore Polyurethane foam Gray correlation degree RSM Model AAS 
光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3117
余震 1,2孙江涛 1,3吴定略 1,3卢自立 3[ ... ]沈卫国 1,2
作者单位
摘要
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉 430070
3 保利长大工程有限公司,广州 545000
为研究机制砂中泥粉对砂浆和混凝土性能的影响,使用蒙脱土、高岭土、伊利土三种泥粉以不同质量比取代机制砂制备砂浆和混凝土,测试不同种类和含量泥粉下砂浆和混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能,并通过X射线衍射(XRD)和压汞法(MIP)分析泥粉种类和含量对砂浆水化产物和孔结构的影响。结果表明,不同种类和含量泥粉的掺入会不同程度地降低砂浆和混凝土的工作性能。伊利土和高岭土在较低掺量下可以提高砂浆和混凝土的力学性能和耐久性能,在较高掺量下会产生负面影响;而蒙脱土在较低掺量下就会降低砂浆和混凝土的力学性能和耐久性能。泥粉的掺入没有明显改变砂浆的主要水化产物种类,砂浆的孔隙率、平均孔径和累计孔体积会随着泥粉掺量的增加而增大。
机制砂 泥粉 砂浆 混凝土 水化产物 孔结构 manufactured sand clay powder mortar concrete hydration product pore structure 
硅酸盐通报
2023, 42(7): 2372
 
陶也 1钟伟 1吴欣怡 1何涛 1,2,3,4[ ... ]程鑫彬 1,2,3,4,**
作者单位
摘要
1 同济大学物理科学与工程学院,同济大学精密光学工程技术研究所,上海 200092
2 先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
3 上海市数字光学前沿科学研究基地,上海 200092
4 上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092
光镊技术通过在细小物体上施加光力对物体进行操控,而伴随光力产生的光力矩同样广泛存在于光学操控中。光力矩与光力一样,具有无接触、操控尺寸小、精度高等特点,在生物医学、物理学和量子科学等领域被广泛应用。光力矩根据其与施加光场偏振旋向的关系可分为正光力矩和负光力矩。从正负光力矩产生的原理和条件、光力矩的增强、光力矩的物理和生物应用出发,对光力矩光镊操控进行回顾和讨论,最后对光力矩光镊操控潜在的挑战进行了总结,对其未来的发展方向如微型扭矩测量、光驱动生物机器人等进行了展望。
光力矩 光镊 光流控 多功能操控 生物颗粒 
光学学报
2023, 43(16): 1623012
赵立 1,2孙江涛 3吴定略 3李志堂 3[ ... ]沈卫国 1,2,*
作者单位
摘要
1 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
3 保利长大工程有限公司, 广州 545000
针对石屑利用率低的问题, 制备了石屑湿喷混凝土, 研究了石屑取代量(石屑对机制砂的取代量)、砂率及粉煤灰掺量对湿喷混凝土工作性能、抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能及孔结构的影响。结果表明, 适当的石屑取代量可以改善混凝土力学性能和耐久性能, 但石屑的取代量越大混凝土的工作性能下降越明显。与机制砂喷射混凝土相比, 石屑湿喷混凝土具有良好的力学性能。在此基础上, 适当的砂率和粉煤灰掺入量可以进一步提高石屑湿喷混凝土的工作性能和耐久性能, 当喷射混凝土砂率为55%、粉煤灰掺量为20%(质量分数)时, 石屑湿喷混凝土的综合性能达到最佳, 对石屑应用于湿喷混凝土具有参考意义。
湿喷混凝土 石屑 工作性能 抗氯离子渗透性能 抗硫酸盐侵蚀性能 孔结构 wet shotcrete stone chip workability chloride penetration resistance sulfate corrosion resistance pore structure 
硅酸盐通报
2023, 42(3): 1016

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