为实现混合体系中多组分有机磷农药的定性识别和定量检测, 采用紫外-可见吸收光谱法结合平行因子分析法(PARAFAC), 对水体中多组分有机磷农药混合溶液进行快速分析测定。 在纯净水中配置毒死蜱、 甲基对硫磷、 丙溴磷的单组分、 2组分和3组分农药溶液为实验样本, 采用紫外-可见光谱仪获取各组样本的吸收光谱。 将测得的纯净水-有机磷农药吸收光谱数据构建为不同的三维数据矩阵, 经核一致诊断法确定因子数后采用PARAFAC算法对三维数据进行分解, 结果发现2组分和3组分混合农药经分解后得到的光谱图与实际单组分光谱图相似度很高, 表明算法可以实现水体中多组分有机磷农药的定性分析。 进一步地, 利用算法分解得到的得分矩阵与各组分的真实浓度构建线性回归模型, 再对不同的数据集(包括农田水为稀释背景的光谱数据集)进行预测。 模型的预测结果表明, PARAFAC算法具有显著的二阶校正优势, 即使是光谱重叠严重、 预测集中存在校正集中不存在的干扰信息, 算法依然可以有效地从混合体系中检测出目标物农药。 模型对2组分混合溶液均实现了定性分析与定量检测, 预测集决定系数R2都大于0.9, 预测残差RPD也都大于3; 对3组分混合溶液的毒死蜱、 甲基对硫磷、 丙溴磷实现了定性分析, 其中毒死蜱和甲基对硫磷均达到了定量检测要求, 只有丙溴磷的定量检测结果不理想, 可能是由于丙溴磷溶液的整体光谱强度水平显著低于相同浓度的毒死蜱和甲基对硫磷溶液, 其光谱贡献最小, 以致算法对其混合体系中丙溴磷的分辨效果较差。 PARAFAC算法实现了“数学分离”代替“化学分离”的效果, 不需要复杂的预处理即可对光谱重叠严重的多组分有机磷农药混合物进行定性识别和定量检测, 这一方法为水体中有机磷农药残留的快速检测分析提供了理论依据。
紫外-可见吸收光谱 有机磷农药 多组分 平行因子分析法 定性定量分析 UV-Vis absorption spectroscopy Organophosphorus pesticides Multicomponent Parallel Factor Analysis method Qualitative and quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3452
Bi2Te3基微型热电器件的尺寸越小, 界面结合强度及接触电阻对于器件力学性能、开路电压以及输出功率等的影响就越显著。因此开发成本低、工艺简单的热电单元制备技术, 并使n型Bi2Te3基块体材料与阻挡层间的界面兼具低接触电阻、高结合强度具有重要意义。本工作将n型Bi2Te3基热电材料薄片在混合酸溶液(pH~3)中进行表面处理, 随后进行化学镀Ni(5 μm), 再与Cu电极焊接制备得到热电单元。腐蚀后, n型Bi2Te3基热电材料表面大的沟壑与Ni阻挡层间形成锚固效应, 腐蚀6 min的材料结合强度高达15.88 MPa。大沟壑表面进一步腐蚀后出现的精细分支与Ni阻挡层间形成纳米孔洞, 显著增大了界面接触电阻, 腐蚀2 min的材料达到2.23 Ω?cm2。最终, 腐蚀4 min后镀Ni的n型Bi2Te3基热电片材与p型Bi2Te3基热电片材制备的微型热电器件在20 K温差(高温端306 K, 低温端286 K)下的输出功率高达3.43 mW, 相较于商用电镀镀层制备的同尺寸器件提升了31.92%。本工作将为微型热电器件的性能优化提供支撑。
Bi2Te3 界面结合强度 界面接触电阻 镍阻挡层 微型热电器件 Bi2Te3 interface bonding strength interface contact resistance Ni barrier layer micro thermoelectric device
1 北京化工大学信息科学与技术学院, 北京 100029
2 北京化工大学化学学院, 北京 100029
为了建立快速、 准确的白酒品质鉴别方法, 利用机器学习方法对不同品质的白酒建模。 为了提取不同品质白酒的特征, 使用离子迁移谱对不同品质白酒进行分析, 构建了基于白酒离子迁移谱信号的特征向量, 并对不同品质的白酒进行了识别与分类。 白酒样本的离子迁移谱信号通过利用美国Excellims公司GA2100型电喷雾-离子迁移谱仪(ESI-IMS)采集获得, 每一个离子迁移谱信号是强度随时间变化的时间序列信号; 提取了原始数据离子迁移谱的时域特征谱峰。 为了获得更全面的特征, 对离子迁移谱数据进行了傅里叶变换并提取频域内的特征谱峰。 同时为了表述信号变化的特征, 计算了离子迁移谱的谱熵和过零率, 构建N×9维的特征向量矩阵; 使用主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)分别对上述获得的特征进行了特征降维, 其中使用PCA对特征向量矩阵降维后的前三维特征对整体特征的累计贡献率达到了95%, 而使用LDA对特征向量矩阵降维后的前两维特征对整体特征的累计贡献率就达到了95%。 因此, 选择了LDA作为特征降维方法; 最后, 利用机器学习中的非线性分类器支持向量机(SVM)对白酒离子迁移谱数据进行分类研究。 实验结果表明, 在真酒和添加酒精的白酒二分类中, SVM方法正确分类率达到100%; 而在真酒和分别添加10%, 20%, 30%, 40%和50%酒精浓度的五种假酒的六分类中, SVM方法正确分类率达到99.7%。 比较了逻辑回归(LRM)分类、 模糊C均值分类(FCM)和K近邻分类(KNN)对白酒样本离子迁移谱分类实验结果。 研究表明, 对于离子迁移谱非常接近的真酒和添加酒精的白酒, 基于频谱特征向量的SVM方法能够准确的区分开来, 为白酒的品质鉴别提供了一种新的检测方法。
离子迁移谱 白酒品质 支持向量机 时频谱特征 Ion mobility spectroscopy Chinese liquor quality Support vector machine (SVM) Time and frequency feature 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2962
1 华北电力大学 环境科学与工程学院, 资源环境系统优化教育部重点实验室, 北京 102206
2 华北电力大学 环境科学与工程系, 燃煤电站烟气多污染物协同控制实验室, 保定 071003
纳米零价铁材料(NZVI)被广泛用于环境中放射性核素U(VI)的去除, 但是单纯的NZVI存在稳定性差、去除效果差等不足。本研究结合表面钝化技术与负载技术制备得到Ca-Mg-Al水滑石负载的硫化纳米零价铁材料(CMAL-SNZVI), 并将其用于U(VI)的高效去除。结合宏观试验与光谱分析表征得到的结果表明, CMAL-SNZVI材料具有出色的理化性质与较高的活性, 对水溶液中U(VI)的去除具有优良的效果, 在2 h内可以达到反应平衡, 且最大吸附量可达175.7 mg·g -1。CMAL-SNZVI对U(VI)的去除主要是由吸附过程与氧化还原反应相结合的方式: 吸附过程中U(VI)与材料中的CMAL基底、SNZVI的表层通过内层表面络合作用结合; 还原过程中材料的NZVI内核将U(VI)还原成低毒难溶的U(IV)后去除。CMAL-SNZVI可为NZVI材料的改性方法提供新的研究方向, 同时, CMAL-SNZVI在污染物去除方面表现优异, 可以作为出色的环境修复材料。
硫化纳米零价铁 双金属氢氧化物 吸附 还原 SNZVI layered double hydroxide U(VI) U(VI) adsorption reduction
1 华北电力大学 环境科学与工程系, 燃煤电站烟气多污染物协同控制实验室, 保定 071003
2 华北电力大学 环境科学与工程学院, 资源环境系统优化教育部重点实验室, 北京 102206
3 西南科技大学 核废物与环境安全国防重点学科实验室, 绵阳 621010
随着核电的发展, 放射性污染物流入环境, 污染水土资源。纳米零价铁(nZVI)材料因还原性强、去除效率高等优势, 被广泛应用于水资源污染修复。本研究以海藻酸钠(SA)为碳源, 采用一步碳热还原法制备碳载零价铁(Fe-CB)材料, 并将其用于水溶液中放射性核素U(Ⅵ)的去除。采用微观光谱和宏观实验研究Fe-CB对U(Ⅵ)的吸附性能和作用机理。研究发现Fe-CB具有丰富的官能团(如-OH和-COOH)及较高的比表面积, 弥补了纳米零价铁(nZVI)分散性差和去除效果低的不足。在298 K时, Fe-CB对U(Ⅵ)的吸附去除在3 h内达到平衡, 最大吸附量为77.3 mg·g -1, 是能够自发进行的化学吸附。X射线光电子能谱分析仪(XPS)分析发现Fe-CB对U(Ⅵ)的去除主要是通过吸附和还原的协同作用来实现的, 吸附过程是U(Ⅵ)与Fe-CB发生表面络合, 还原过程是通过零价铁的还原性将U(Ⅵ)还原成U(Ⅳ)。研究结果表明Fe-CB材料可作为优良的吸附剂, 在环境污染治理领域具有良好的应用前景。
零价铁 碳材料 吸附 还原 zero-valent iron carbon material uranium 铀 adsorption reduction
中国科学院 上海光学精密机械研究所 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海 201800
采用连续激光二极管端面抽运的全固态激光器结构,实验研究了新型电光晶体磷酸钛氧铷(RTP)作为Q开关时的电光调Q特性。在重复频率30 kHz,抽运功率24 W时,得到了最大平均输出功率6.7 W,相应脉冲宽度7.8 ns,峰值功率28.6 kW的稳定脉冲序列输出,脉冲能量不稳定度小于5%,斜率效率为34.9%。与同样条件下硅酸镓镧(LGS)电光Q开关的特性进行了比较,发现RTP电光Q开关输出指标优于LGS电光Q开关,并且RTP电光晶体的驱动电压明显低于LGS电光晶体,降低了系统功耗,具备作为三维扫描成像激光雷达发射光源的潜力。
激光器 磷酸钛氧铷晶体 高重复率 电光调Q
1 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
2 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海 201800
报道了一种激光二极管(LD)端面连续抽运的高重复率电光调Q Nd:YVO4激光器。采用新型电光晶体La3Ga5SiO14(LGS)作为调Q元件,并设计高效稳定谐振腔,实现了最高30 kHz的高重复率电光调Q运转。使用透射率为50%的输出镜,在5 kHz重复率运转时,获得了单脉冲能量0.4 mJ,脉宽6.3 ns的脉冲序列输出;当重复率达30 kHz时,得到的单脉冲能量为0.2 mJ,脉宽9.1 ns,最大平均功率6.2 W,斜率效率为32.7%,调Q动静比达83%,光束传输因子M2＜2。实验结果表明,该激光器输出功率并没有出现饱和现象,具有进一步提升的空间。
激光器 LGS晶体 高重复率 电光调Q
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
高重复频率窄脉宽全固态激光器在激光加工领域以及空间激光通信、激光雷达、激光测距等空间应用领域都具有巨大的市场需求和广阔的应用前景。利用电光调Q方式可以获得窄脉宽、大能量激光脉冲输出, 且具有良好的稳定性。近年来, 随着新型电光晶体的出现, 电光调Q开关的工作重复频率得到了显著的提高。主要综述高重复频率电光调Q全固态激光器在高速Q开关性能及激光输出方面的研究进展, 并简要报道了研究小组在该研究领域取得的最新实验结果。
激光器 高重复频率 电光调Q 全固态
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海硅酸盐研究所 上海 200050
实验研究了激光二极管阵列(LDA) 侧向抽运国产Nd:YAG陶瓷棒的准连续及被动调Q激光输出特性。该陶瓷激光器采用LDA侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构, 陶瓷棒抽运区域长度为20 mm,其总尺寸为3 mm×35 mm,掺杂原子数分数为～1% 。在千赫兹准连续运转条件下,当平-平谐振腔的输出耦合镜透过率为47.3%时,获得最大平均功率23 W的1064 nm激光输出,光束发散角为4.5 mrad,斜率效率达12%。在谐振腔内插入Cr4+:YAG晶体作为被动调Q开关,成功地实现了陶瓷激光器千赫兹重复频率调Q激光脉冲输出,当Cr4+:YAG晶体初始透过率为60%时,输出激光脉冲宽度(半峰全宽)可窄至14.5 ns,调Q动静比约为40%。
激光器 Nd:YAG陶瓷 激光二极管阵列 侧面抽运 被动调Q
