华东交通大学 智能机电装备创新研究院 水果智能光电检测技术与设备国家与地方联合工程研究中心, 南昌330013
本文旨在探索涌泉蜜桔糖度的最优检测位置和最佳预测模型，以便为蜜桔糖度检测分级提供理论依据。本文利用波长为390.2～981.3 nm的高光谱成像系统对涌泉蜜桔糖度最佳检测位置进行研究，将涌泉蜜桔的花萼、果茎、赤道和全局的光谱信息与其对应部位的糖度结合，建立其预测模型。使用标准正态变量变换（SNV）、多元散射校正（MSC）、基线校准（Baseline）和SG平滑（Savitzkv-Golay）4种预处理方法对不同部位的原始光谱进行预处理，用预处理后的光谱数据建立偏最小二乘回归（PLSR）和最小二乘支持向量机（LSSVM）模型。找出蜜桔不同部位的最佳预处理方式，对经过最佳预处理后的光谱数据采用竞争性自适应重加权算法（CARS）和无信息变量消除法（UVE）进行特征波长筛选。最后，用筛选后的光谱数据建立PLSR和LSSVM模型并进行分析比较。研究结果表明，全局的MSC-CARS-LSSVM模型预测效果最佳，其预测集相关系数Rp=0.955，均方根误差RMSEP=0.395，其次是蜜桔赤道部位的SNV-PLSR模型，其预测集相关系数Rp=0.936，均方根误差RMSEP=0.37。两者预测集相关系数相近，因此可将赤道位置作为蜜桔糖度的最优检测位置。本研究表明根据蜜桔不同部位建立的糖度预测模型的预测效果有所差异，研究最优检测位置和最佳预测模型可以为蜜桔进行糖度检测分级提供理论依据。
涌泉蜜桔 高光谱 糖度 偏最小二乘回归 最小二乘支持向量机 Yongquan honey orange hyperspectral sugar content partial least-squares regression least-squares support vector machine
伊犁师范大学 物理科学与技术学院 新疆凝聚态相变与微结构实验室， 新疆 伊宁 835000
采用溶胶-凝胶法合成了一系列橙红色发光的Y2-2xMgTiO6∶2xSm3+(YMT∶2xSm3+，0≤x≤0.11)荧光粉。通过粉末X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、光致发光激发和发射光谱对样品进行了表征分析。结果表明，所制备的YMT∶Sm3+样品为纯相，无任何杂质; 荧光粉颗粒尺寸为2~3μm，分散性较好且无明显团聚。在407nm的近紫外光激发下，样品的发射光谱在500~700nm波长范围内存在三个显著的发射峰，分别是603nm(4G5/2→6H7/2)和650nm(4G5/2→6H9/2)处较强的红光，以及566nm(4G5/2→6H5/2)处较弱的绿光。Sm3+离子的最佳掺杂浓度为5mol%，理论计算出Sm3+离子的临界转移距离为1.619nm。当Sm3+浓度超过5mol%时，出现明显的浓度猝灭效应，该效应归因于Sm3+离子之间电四极子-电四极子(q-q)相互作用。YMT∶Sm3+荧光粉的CIE色度坐标位于橙红光区域，是一种具有潜在应用价值的白光LED用红色荧光粉。
溶胶-凝胶法 近紫外激发 橙红色荧光粉 sol-gel method near-ultraviolet excitation Sm3+ Sm3+ orange-red phosphor
中国矿业大学 环境与测绘学院, 徐州 221116
通过水热法合成了钛羟基磷灰石(TiHAP)与g-C3N4复合光催化剂(TiHAP@g-C3N4), 并对其结构和光学特性进行表征, 通过甲基橙(MO)降解实验评价其光催化活性。结果表明：样品中短棒状TiHAP生长在g-C3N4表面, 均保持原有晶型和化学结构; 制备的TiHAP@g-C3N4纯度高, 比表面积达107.92 m2/g, 较TiHAP、g-C3N4分别增大约135%、44%; 在TiHAP@g-C3N4添加量为1.0 g/L、pH 7条件下, 120 min内MO降解率达96.35%; 3次循环实验降解率保持在80.02%以上, TiHAP@g-C3N4光催化性能良好且结构稳定。空穴(h+)在MO降解过程中作用最大, ·O2-与·OH的作用递减。TiHAP@g-C3N4异质结的构建, 增强了对光的吸收, 提高了光生电子-h+的分离效率, 保留了氧化还原性更强的TiHAP价带h+和g-C3N4导带电子, 从而提升了光催化性能。
紫外光催化 TiHAP@g-C3N4 甲基橙 异质结 光生电子-空穴 ultraviolet photocatalysis TiHAP@g-C3N4 methyl orange heterojunction photoelectron-hole
本文通过在水热法过程中添加不同含量的FeCl2合成了一系列Bi2Fe4O9纯相纳米晶，成功地在Bi2Fe4O9中引入了更多低价态的铁离子。紫外可见吸收谱数据证明FeCl2的加入使得Bi2Fe4O9的光学带隙从2.06 eV降低到1.96 eV。扫描电子显微镜照片和X射线衍射图谱均证明本文合成的样品为纯相正方形片状Bi2Fe4O9纳米晶。在500 W汞灯照射下，对合成的三个Bi2Fe4O9纳米晶样品(S1、S2、S3,分别对应不同FeCl2含量x=0,0.2 mmol,0.4 mmol)进行甲基橙染料降解实验，结果表明在添加20 μL双氧水时，三个样品的光催化降解速率均最快，其中S3样品的光催化降解速率比S1、S2更快。因此在适当加入双氧水的情况下，FeCl2的加入可有效提升Bi2Fe4O9光催化降解染料分子的性能。
水热法 光催化 甲基橙 FeCl2 FeCl2 Bi2Fe4O9 Bi2Fe4O9 hydrothermal method photocatalysis methyl orange H2O2 H2O2
1 广东省晶体与激光技术工程研究中心，广东 广州 510632
2 暨南大学理工学院 光电工程系，广东 广州 510632
采用提拉法成功地生长了Sm3+掺杂CaDyAlO4晶体，并对其可见光光学性能进行研究，利用Judd?Ofelt理论，得到强度参数、自发辐射概率及荧光分支比等重要的光谱性能参数。该晶体在353 nm处吸收峰最强，半高宽（FWHM）为13 nm，吸收截面为1.11×10-20 cm2；在353 nm激发下，获得了500～650 nm的超宽带橙黄光发射，Dy3+离子和Sm3+离子的主要发射峰分别位于570 nm和620 nm处，发射截面分别为4.15×10-20 cm2和4.03×10-20 cm2。上述结果表明，Sm3+∶CaDyAlO4晶体可能是500～650 nm橙黄色调谐激光器的一种有前景的增益材料。
激光晶体 Sm3+掺杂 Judd-Ofelt理论 橙黄光发射 laser crystal Sm3+-doped Judd-Ofelt theory orange-yellow emission
华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
水果货架期是影响水果品质的重要因素之一, 快速无损检测货架期是消费者、 食品加工企业日益关心的问题, 为了探讨水果不同货架期的预测判别方法的可行性, 以不同货架期脐橙为实验样品, 运用高光谱成像技术并结合化学计量学方法对不同货架期脐橙进行了预测判别。 分别采集脐橙货架期第0天、 第7天、 14天后的脐橙样本高光谱图像, 并进行高光谱图像校正。 从光谱角度, 提取脐橙样本的平均光谱, 每条光谱有176个波长点; 从图像角度, 先提取脐橙样本的RGB和HSI颜色空间中R, G, B, H, S和I特征值, 得到6个分量的均值, 然后提取灰度共生矩阵的能量、 熵、 对比度、 逆差矩、 相关性的5个图像纹理信息, 一共11个图像特征值, 并将图像特征进行归一化处理; 结合光谱和图像信息, 即176个原始光谱和11个图像信息一共187个特征值。 利用光谱信息、 图像信息、 光谱和图像融合信息进行建模, 分别建立偏最小二乘支持向量机(LS-SVM)和偏最小二乘判别(PLS-DA)模型。 当原始176个光谱变量作为输入变量, 核函数为LIN-Kernel时, LS-SVM模型预测效果最佳, 预测集误判率为5.33%。 当11个图像特征变量作为输入变量, 核函数为LIN-Kernel时, LS-SVM模型预测效果最佳, 预测集误判率较高为20%。 当原始176个光谱变量和11个图像特征变量的融合特征作为输入变量, 核函数为LIN-Kernel时, LS-SVM模型预测效果最佳, 预测集误判率为1.33%。 实验结果表明, 以光谱和图像融合信息建立LS-SVM模型效果最优, 提高了对不同货架期脐橙识别的正确率, 可实现对不同货架期的脐橙准确有效分类识别, 误判率为1.33%。 利用高光谱成像技术对不同货架期脐橙进行快速判别, 对消费者购买新鲜水果和水果深加工企业具有一定程度的理论指导, 也为后期相关仪器研发奠定了基础。
高光谱 无损检测 脐橙 货架期 Hyperspectral Non-destructive testing Navel orange Shelf life 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1792
华东交通大学智能机电装备创新研究院, 江西 南昌 330013
脐橙粒化影响消费者食用口感, 降低品质, 受到广大果农和消费者的关注。 脐橙粒化的检测是一项具有挑战性的任务, 对品质分级具有重大意义。 以不同粒化程度的赣南脐橙为研究对象, 探究利用高光谱检测实现对赣南脐橙粒化程度定性判别的可行性。 肉眼是无法判断脐橙粒化程度的, 因此对脐橙样本做好序号标记后先测光谱再切开判断粒化程度, 按照粒化程度分为无粒化(粒化面积为0%)、 轻度粒化(粒化面积小于25%)、 中度粒化(粒化面积25%~50%), 每类各58个脐橙样品。 在这三类脐橙底部均匀取3个点, 每类174个样本, 共计522个样本数据用作构建原始光谱矩阵。 利用近红外高光谱成像系统采集样本397.5~1 014 nm波段内的高光谱图像信息, 再利用ENVI4.5软件通过选择感兴趣区域(ROI)提取样本的平均光谱信息。 采用主成分分析(PCA)、 连续投影算法(SPA)、 无信息变量消除(UVE)三种降维方法对光谱数据进行降维处理, 消除无关变量, 提取有用信息。 原始光谱176个波长, PCA挑选出6个主成分因子, SPA挑选17个特征波长, UVE挑选54个特征波长。 以全谱数据和三种降维方法挑选出来的变量作为输入分别建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型。 建立的PLS-DA建模方法, PCA-PLS-DA误判率最高为25.58%, UVE-PLS-DA误判率最低为5.38%。 基于RBF-Kernel和LIN-Kernel两种核函数下的LS-SVM建模方法, 整体上RBF-Kernel建模效果优于LIN-Kernel, UVE波长筛选后建立的模型效果优于其他降维方法且降低了模型的误判率。 基于RBF-Kernel的UVE-LS-SVM模型效果最佳, 检测精度最高, 分类总误判率为0.78%, 达到最佳效果。 该研究结果表明建立的模型能很好地对不同粒化程度的脐橙进行判别, 该模型仅采用30.68%的数据, 在降低光谱空间维度的同时还降低了误判率, 对促进脐橙产业的品质分级发展具有一定的现实意义。
高光谱 赣南脐橙 粒化程度 无信息变量消除 Hyperspectral Gannan navel orange Granulation degree Uninformative Variable Elimination 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1366
1 上饶师范学院化学与环境科学学院，上饶 334001
2 鄱阳泽浩建材有限公司，上饶 333100
以柠檬酸三钠为结合剂，采用水热法结合高温烧结两步法制备了一系列NaY1-x(WO4)2∶xSm3+(x=0、0.005、0.010、0.015、0.020、0.025、0.030)粉末。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和荧光性能(PL)对粉末的相结构、形貌、成分以及发光性能进行了表征。研究结果表明，所合成粉末为NaY(WO4)2的纯相，属四方晶系白钨矿结构，其形貌为3D花形。在405 nm的光激发下，NaY(WO4)2∶Sm3+粉末在600 nm处具有最高的荧光强度，对应于Sm3+的4G5/2→6H7/2磁偶极跃迁，观察到橙红光发射，且Sm3+最佳掺杂摩尔分数为0.015时，粉末显示出最强的荧光发射强度。
Sm3+掺杂 柠檬酸三钠 水热法 高温烧结 3D花形 橙红色 荧光粉 荧光性能 NaY(WO4)2 NaY(WO4)2 Sm3+doping trisodium citrate hydrothermal method high temperature sintering 3D flower shape orange-red phosphor powder luminescent property
贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州省电子功能复合材料特色重点实验室, 贵阳 550025
为了研究Na+掺杂对Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+荧光粉发光性能的影响, 本文采用高温固相反应法成功制备了一系列Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+,xNa+(x=0.01、0.03、0.05、0.07、0.10;x为摩尔分数)荧光粉。XRD图谱和精修结果表明, Na+成功掺入Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+晶格。发光性能测试结果表明, Na+的掺入提高了Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+荧光粉的发光强度, 其最佳掺杂浓度为5%。在406 nm波长激发下, 荧光粉在602 nm (4G5/2→6H7/2)处发射峰最强且发射出橙红光。浓度猝灭结果及热稳定性研究表明, Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+,0.05Na+基质中能量传递主要发生在最近邻离子之间, 荧光粉的热猝灭激活能为0.119 eV。该荧光粉的色坐标位于橙红色区域(0.593 5,0.404 7), 与国际照明委员会规定的标准色坐标(0.666,0.333)接近, 表明Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+,xNa+荧光粉在白光LED领域具有潜在的应用前景。
橙红色荧光粉 高温固相反应 发光性能 热稳定性 白光LED orange-red phosphor Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+, xNa+ Ca2GdNbO6∶0.03Sm3+,xNa+ high temperature solid-state reaction luminescent property thermal stability white LED
1 唐山学院环境与化学工程系, 唐山 063000
2 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室(燕山大学), 秦皇岛 066004
3 唐山市化工环保与新型薄膜涂层材料重点实验室, 唐山 063000
通常采用以氢氧化物作为造孔剂, 过渡金属硝酸盐或氯化物作为石墨化催化剂的传统两步法策略制备多孔石墨化碳材料。然而制备过程中多涉及有毒和腐蚀性试剂, 且多步骤的过程耗时较长。本文以双氰胺为原料通过热缩聚反应得到g-C3N4, 采用高铁酸钾为催化剂一步法实现g-C3N4的同步碳化-石墨化, 并研究其光催化性能。与传统的两步法相比, 该方法耗时少、效率高、无污染。与初始的g-C3N4材料相比, 石墨化g-C3N4衍生碳质材料不仅显著改善了可见光的吸收, 而且大大增强了光催化活性。研究了不同石墨化温度对g-C3N4衍生碳质材料在可见光下降解甲基橙溶液的影响。700 ℃下制备的衍生碳质材料的降解率为12.4 mg/g。光电化学测试结果表明, 多孔g-C3N4衍生碳质材料的光生载流子密度、电荷分离和光电流(提高了5.4倍)均得到显著提高。因此, 该简便、灵活方法为提高g-C3N4衍生碳质材料的吸附和光催化性能提供了一种有前景的、高效的途径。
石墨氮化碳 碳质材料 光催化 高铁酸钾 碳化-石墨化 可见光 甲基橙 graphitic carbon nitride carbon material photocatalytic potassium ferrate carbonization-graphitization visible-light methyl orange
