针对呼出气一氧化氮（FeNO）体积分数的检测，使用了具有高灵敏度、高精度等特性的可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术。利用直接吸收光谱（DAS）技术和波长调制光谱（WMS）技术对呼出二氧化碳（CO₂）体积分数进行标定，并通过模拟两种气体信号来确定相关系数并完成FeNO体积分数反演。连续测量15 min气体体积分数，根据其变化实验和Allan方差曲线分析确定两种气体的参数，该系统中的CO₂气体测量精度和探测极限分别为0.045%和5.4×10^-3，一氧化氮（NO）气体测量精度和探测极限分别为1.1×10^-9和3.4×10^-9；通过反复置换CO₂和NO的混合气体与氮气（N₂）测量气体体积分数随时间变化情况来确定该系统响应时间为12 s；最后根据单次呼气周期曲线确定志愿者呼出气体中CO₂和NO的体积分数。该研究为FeNO的在线检测提供实验依据。

树枝状介孔氧化硅纳米颗粒是硅基介孔材料中新兴的一个分支，其特殊的中心径向介孔孔道结构使之被广泛应用于多个领域。本工作结合近年来树枝状介孔氧化硅纳米颗粒的发展现状，从树枝状介孔氧化硅纳米颗粒的化学组成及形貌结构2个角度对其进行了分类，综述了树枝状介孔氧化硅纳米颗粒的现有合成方法，并重点从影响树枝状介孔氧化硅纳米颗粒结构的因素方面进行了总结，最后展望了树枝状介孔氧化硅纳米颗粒未来的发展趋势。

QuanTi-FRET是一种通过对多种荧光共振能量转移(FRET)标准质粒样本进行多次FRET成像来测量FRET成像系统敏化淬灭转化因子(G)和供受体通道激发效率校正因子(β)的方法。本课题组发展了一种基于一次成像测量系统校正因子G和β的智能型QuanTi-FRET方法——AutoQT-FRET方法。AutoQT-FRET方法包括如下4个步骤：1)将分别转染了不同FRET标准串联质粒(C5V、C17V、C32V和CTV)的细胞合并到一个细胞培养皿中培养，对该皿细胞样本进行三通道FRET成像；2)对三通道图像进行区域划分，并根据不同种类的FRET标准质粒对各区域进行归类；3)对归类成功的区域逐像素绘制三维空间散点图，以确定各个FRET标准质粒的标准线；4)使用确定好的各质粒标准线对整个视野内的细胞区域进行质粒分类与系统校正因子G和β的测量。该方法大幅简化了系统校正因子的测量过程，缩短了测量时间。本文比较了AutoQT-FRET方法与其他方法测量系统校正因子的优劣，实验结果表明：AutoQT-FRET方法操作简单，而且测量稳定性与准确度都有所提高。

在种子呼吸 CO2检测系统中, 为了解决传统方法无法对种子呼吸 CO2浓度实时测量的难题, 本文根据种子呼吸 CO2的特点, 基于可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS)技术设计了基于虚拟仪器 LabVIEW的种子呼吸检测系统。该系统主要包括激光光源及其控制器、基于多次反射池结构的种子呼吸容器、数据采集模块。上位机软件中主要设置了数据采集、信号处理、浓度反演等功能模块, 其中浓度反演采用正交矢量的锁相放大算法, 避免了参考信号与待测信号相位差产生的误差。实验结果表明, 采用虚拟仪器软件实现的种子呼吸 CO2检测系统, 能够有效检测种子呼吸变化, 抗干扰性和稳定性都较优, 为后续的实验开展研发奠定了基础。

为了实现对早期、小规模溢油检测及预警, 采用对外界介质折射率微小变化敏感的表面等离子体共振传感技术, 设计搭建了一套小型溢油检测实验装置, 创建了一个基于表面等离子体共振设计的GUI界面用于选取传感参量, 并通过C++编译了一套具有数据采集、存储、处理以及显示功能的软件用于数据处理以及提前预警, 进行了理论分析和实验验证, 取得了折射率为1.4451, 1.4774, 1.5299的原油样品的表面等离子体共振响应数据。结果表明, 实验数据与仿真结果相符, 该装置可用于海上溢油检测实验研究, 其软件设计满足预警需求。这一结果对海上溢油检测是有帮助的。

如何快速、无损地检测种子活力是目前种子研究领域的热点和难点。基于种子呼吸与种子活力的关系搭建了基于可调谐半导体激光吸收高光谱(TDLAS)技术的种子活力快速无损检测系统,该系统主要由分布反馈式激光器及其控制电路、光电转换及放大电路、数据采集电路、上位机软件以及基于多次反射池结构的种子呼吸CO2浓度检测池构成。检测池的容积为1.5 L,光程为16 m,激光光源波段为2004 nm。基于朗伯比尔定律,采用波长调制吸收光谱技术利用二次谐波反演出种子呼吸过程中产生的CO2浓度。根据种子呼吸CO2浓度的大小确定种子活力的强弱,并将其与发芽出苗实验获得的活力指数进行对比。实验结果表明:CO2呼吸强度的变化量与种子活力等级指数的相关性在0.9以上,即基于TDLAS技术的种子活力快速无损检测系统能够精准、无损、高效地反映种子活力的强弱。这一研究为采用TDLAS技术进行种子活力无损检测分级提供了有益探索。

为有效地预防、控制海上溢油事件对经济和海洋生态环境造成的严重影响, 针对不易被早期发现的小面积溢油, 结合表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)传感技术的实时性、灵敏度高、样品消耗少等特点, 提出了一种新颖的小型海上溢油监测系统。具体而言, 根据所采用的非扫描角度调制模式下的四层Kretschmann型棱镜耦合传感结构和原油样品折射率变化范围, 通过MATLAB仿真确定传感装置中各元件最优参数和相对固定位置, 得到理论检测灵敏度为6.094×10-5 RIU。依仿真结果搭建实验装置, 对蔗糖溶液和原油样品进行了实验分析。实验表明: 蔗糖溶液检测灵敏度与理论仿真灵敏度同数量级, 达到9.017×10-5 RIU, 证实实验装置有效, 原油检测结果符合SPR响应趋势, 验证了该系统方案的可行性。

基于扫频激光器和马赫-增德尔干涉结构的光纤传感系统, 针对扫频激光器的频率步进不够精细导致干涉臂长差解调结果不精确的问题, 提出了一种相似性解调方法.该方法通过在频率步进范围内进一步细分, 构造相应细分值的模拟函数, 与采集到的干涉信号进行相似性对比, 相似性最大时所对应的模拟干涉臂长差即为精确结果, 并通过仿真与实验验证了该方法的可行性.实验表明该系统中干涉臂长差的解调范围为2~17 mm, 该范围内解调结果最小分辨率为1 μm, 可以达到测试量程万分之一的分辨率, 且抗干扰能力强、精度高, 可实现信噪比大于6.87 dB时信号的解调.根据解调原理, 在不强调实时性的应用中, 可以通过提高细分的精细度, 进一步提高系统分辨率.

研究了用表面修饰的CdTe量子点作荧光探针检测水相中的微量铅离子。 以巯基丙酸为稳定剂,在水相中合成了CdTe量子点。 基于Pb2+对CdTe量子点有显著的荧光猝灭作用, 用CdTe量子点作荧光探针, 建立了水相中微量Pb2+的定量检测方法。 研究结果表明: 在优化的实验条件下, 当Pb2+浓度在1.0×10-8～1.0×10-6mol·L-1范围内时, 量子点的荧光猝灭强度(ΔF)与Pb2+的浓度之间有良好的线性关系, 线性相关系数为0.997 2, 计算此方法的检出限为9.3×10-10mol·L-1, 相对标准偏差为5.9%, 回收率为86%～110%。 同时研究了常见金属离子的干扰作用, 结果表明所建立的方法具有很好的选择性。

提出了一种用于动态序列图像目标跟踪的自适应Kalman滤波方法.该方法用函数估计的思想估计目标的当前运动模型,同时实时修改滤波器的统计模型,并将最小二乘支持向量机应用于对当前目标运动模型的估计.实验表明,此种改进的Kalman滤波器的算法在跟踪机动目标时具有良好的性能.