通过分析细菌细胞的结构特征, 将细菌菌体的多波长散射分为外部结构散射和内部结构散射两个部分, 建立了细菌菌体前向散射光谱解释模型。 利用该模型对大肠杆菌400～900 nm波段的前向散射光进行了快速解析, 得到了大肠杆菌外部结构、 内部结构的平均粒径大小及两结构占细菌体前向散射的比例; 基于单细胞的散射光密度与整体细菌悬浮液光密度之间的关系可以快速检测出细菌的浓度。 多次细菌浓度测量结果之间的最大差异为183%, 且与平板法相比较, 测量结果在同一量级, 相对误差为344%。 对不同生长时期的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌进行了光谱解析, 得到了两种细菌浓度及菌体大小随时间的变化曲线。 研究结果不仅为细菌微生物生长过程的科学研究提供了一种快捷方法, 而且为水体细菌微生物的快速检测与预警提供了技术手段。

紫外可见多波长透射光谱包含了细菌微生物对光的吸收和前向散射等信息, 能反映细菌细胞的组分、 大小以及形态等特征, 具有细菌种属的特异性, 可应用于细菌微生物的快速种类鉴别。 以水体中常见细菌微生物为研究对象, 实验测量了大肠埃希氏菌、 金黄色葡萄球菌、 鼠伤寒沙门氏菌以及肺炎克雷伯菌的紫外可见多波长透射光谱, 简要分析了不同种类细菌微生物的多波长透射光谱特征; 研究了透射光谱与支持向量机多向量分析方法相结合的水体细菌微生物快速识别方法, 利用基于网格搜索法的训练集内部交叉验证获取建模所需最佳惩罚因子C和核函数参数g, 根据最优参数和LibSVM一对一多分类法建立细菌快速分类鉴别模型。 利用不同株实验细菌的透射光谱作为测试集对所建模型进行识别正确率的验证, 结果表明, 所建立的快速分类鉴别模型可以对选取的大肠埃希氏菌、 金黄色葡萄球菌、 鼠伤寒沙门氏菌以及肺炎克雷伯菌进行快速种类识别, 识别正确率为100%; 分类鉴别模型对不同大肠杆菌亚种的测试集识别正确率为100%, 证明该模型对细菌属间鉴别具有较好的稳定性。 不仅可为饮用水源细菌微生物的快速识别预警提供方法, 而且可在生物医学方面作为细菌微生物鉴别的一种简便、 快速、 准确的手段。

针对激光诱导击穿光谱技术用于水体重金属连续、自动、快速、高灵敏监测中的需求,以石墨为富集基体,采用 电磁感应加热技术实现了样品的快速加热与富集,并研究了基于降温斜率的烘干判断方法。实验中以 设定140℃判定定时2 s为例,测得从室温上升到140℃用时30 s,温度的误差范围为-5～+3℃,基于降温斜 率准确判断了富集完成状态。研究结果表明,采用电磁感应加热技术结合基于降温斜率的富集完成判断 方法可以有效实现被测样品的快速加热和准确烘干判断。

实现土壤中钾元素含量的快速、现场测量对农田施肥与农业生产管理具有重要意义。利用波长为1064 nm的NdYAG脉冲激光器作为激发光源，以宽光谱范围、高分辨率的中阶梯光栅光谱仪和高灵敏度的增强型电荷耦合器件(ICCD)作为光谱分光和检测器件，研究土壤中钾元素的激光诱导击穿光谱特性。实验中以钾元素的769.90 nm谱线作为分析线，确定探测最佳延时为1 μs，最佳检测门宽为5.2 μs，钾元素质量分数的检测限为0.006858%，得到土壤样品定标曲线，且预测值与真实值相对误差小于5%。通过对12种不同基体类型的标准土样进行检测分析，结果表明，在实际的定量检测中需针对不同基体类型土壤样品进行分别标定。该研究结果为土壤钾元素的快速、现场定量检测提供了参考。