静电纺丝是一种简单并有效制备连续纳米纤维的手段。 作者利用平行电极法成功制备了有序排列的MEH-PPV/PVP静电纺丝纳米纤维, 并用超快光谱的方法进行研究。 激发光和荧光的方向分别沿着纤维轴的轴向和径向。 径向发射的荧光稳态荧光光谱比轴向发射的荧光蓝移, 说明径向的聚合度比轴向较低。 有序纤维荧光在所有荧光波长范围内, 径向发射荧光的激子迁移速度快于轴向发射荧光的激子迁移速度。

稀土红外量子剪裁为目前国内外的研究热点, 它对于提高太阳能电池的效率从而减低太阳能发电的造价很有意义。 论文综述了稀土红外量子剪裁的研究意义, 在总结了太阳能电池发电和损耗的原理的基础上, 分析了稀土红外量子剪裁提高太阳能电池效率的具体途径。 同时综述了单掺Er3+材料的稀土红外量子剪裁发光现象: 光激发2H11/2能级有很强的4I13/2→4I15/2红外量子剪裁发光, 速率很大的{2H11/2→4I9/2, 4I15/2→4I13/2}交叉能量传递为导致光激发2H11/2能级有高量子剪裁效率的主要原因。

焊接电弧三维电子密度的测量对于焊接质量控制具有重要意义, 通过光谱仪采集电弧弦方向特征谱线轮廓, 利用多项式拟合对径向采集数据进行降噪及平滑处理, 通过Abel逆变换法重新构建径向光谱发射系数谱线轮廓, 采用傅里叶变换从重建光谱轮廓中分离出Lorentz线形, 获得Stark展宽, 最终计算了TIG焊电弧等离子体电子密度的三维空间分布。

采用燃烧法制备了ZnMoO4∶Tb3+绿色荧光粉。 XRD实验结果表明, 样品在700 ℃基本形成单一的ZnMoO4相, 属三斜晶系, 而Tb3+的掺入基本不影响ZnMoO4的结构； TG-DTA研究结果表明, 样品在680 ℃基本形成ZnMoO4相； IR结果表明, 在700 ℃燃烧后, 没有出现其他有机物的峰, 说明柠檬酸已完全分解, 掺杂的少量Tb3+已完全溶入了ZnMoO4的晶格中, 形成ZnMoO4∶Tb3+固溶体； SEM结果表明, 700, 750, 800 ℃制备的样品随温度的提高颗粒的分散度逐渐提高； 激发光谱的主要变化是随着ZnMoO4∶Tb3+的生成而产生出主峰为488 nm处的强峰； 发射光谱结果表明, 随着ZnMoO4∶Tb3+的形成, 最佳激发波长488 nm下, 出现了很强的544 nm处的发射峰, 对应于Tb3+的5D4→7F5跃迁。 通过ZnMoO4中掺杂Tb3+, 获得了一种有潜在应用价值的绿色荧光粉。

将GaN基蓝光芯片涂敷YAG荧光粉和透明硅胶制成额定功率为1 W的白光发光二极管(LED), 对其施加900mA的电流应力, 在老化过程中测量白光LED的主要光学参数, 考察其光学特性的退化情况。 经过4 200 h的老化, 样品光通量退化为初始值的15%~18% 。 样品的漏电流明显增大, 表明芯片有源区缺陷密度提高, 但光谱分布图中蓝光部分的辐射量未减少, 仅观察到黄光部分辐射量的减少, 推断出YAG荧光粉的转换效率降低。 同时, 从原理上分析了样品色温逐渐增大, 显色指数基本不变的原因, 对大功率白光LED在照明领域的应用有一定的借鉴意义。

提出一种精确测量石英晶体旋光率的光谱分析法。 利用光学矩阵方法对测量原理进行了分析, 指出通过测量由两个平行放置的偏光镜和石英晶体所组成系统的透射曲线就可以精确计算出石英晶体的旋光率； 并利用分光光度计设计实验, 验证了该方法的正确性。 对实验数据进行了处理, 拟合出了旋光色散方程, 对比Lowry的公式, 所得出的公式在可见光范围内的更为精准。 对实验数据进行了误差分析, 结果表明: 选取厚的石英晶体, 长的测量波段、 低的扫描速度、 小的狭缝宽度都有利于提高测量精度。

在空气和氩气的混合气体介质阻挡放电中, 得到了白眼斑图, 其晶胞是由一个封闭六边形包围一个亮点所组成。 观察发现, 该斑图单个晶胞上中心点、 六边形顶点及六边形边上呈现出三种不同的亮暗状态。 该工作利用光谱方法, 分别对白眼斑图单个晶胞以上三处的振动温度进行了测量, 并研究了它们随氩气含量的变化。 振动温度是根据氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算的。 结果表明: 白眼斑图中的中心点、 六边形的顶点以及六边形边上中点的振动温度依次升高, 且均随氩气含量的增加而减小。

通过实验探讨了植物的激光诱导叶绿素荧光光谱与土壤水分间的关系。 实验利用Y-形光纤探头获取了植物在450 nm LED光源照射下所发出的叶绿素荧光光谱, 同时利用TDR传感器测量土壤湿度。 实验以水稻为研究对象, 研究了在持续水分胁迫和间歇水分胁迫下, 叶绿素荧光光谱743 nm附近波峰的变化, 结果发现, 波峰强度与土壤水分含量具有相关性。 最后, 利用Lorentzian方程, 将持续水分胁迫下的土壤含水量与叶绿素荧光强度进行建模, 发现所建的模型具有较高的决定系数, 说明该方法可以应用于农业生产中对土壤水分的测量。

基于MOVE模型和对多种光源发射光谱的测量, 计算得到不同环境亮度条件下人眼光谱效率函数的明视觉函数权重x和中间视觉等效亮度。 结果表明, 在中间视觉范围内, 随着亮度水平的降低, 人眼视觉函数曲线峰值强度逐渐加强, 且向短波方向发生移动, 变化幅度与光源s/p指标成反比, 在环境亮度为0.5 cd·m-2的情况下, 峰值强度较明视觉函数均提高30%以上。 与传统的测试结果相比, 荧光灯、 不同色温的白光LED中间视觉等效亮度呈正增益, 增益幅度达40%, 而高压钠灯则呈现负增益效果； 随着环境亮度的提高, 增益幅度均呈减小的趋势； 当达到完全由视锥细胞作用的亮度水平, 等效亮度将等于明视觉亮度。 该方法及结论有利于更为科学、 准确的评价光源及发光材料的光谱和视亮度特性。

采用高温固相法制备了Eu3+掺杂的层状钙钛矿M2TiO4∶Eu3+(M=Ca,Sr,Ba)红色荧光粉, 借助X射线衍射、 紫外可见漫反射光谱和荧光光谱研究了不同煅烧温度下粉体的晶相组成及其光致发光性能。 结果表明: 在煅烧温度1 000 ℃保温2 h时即可得到纯相Sr2TiO4和Ba2TiO4粉体, 但即使进一步的升高温度并延长保温时间均无法得到Ca2TiO4粉体。 Ba2TiO4∶Eu3+粉体在395 nm激发下发射594 nm(5D0→7F1)和615 nm(5D0→7F2)橙红光。 Sr2TiO4∶Eu3+粉体区别于通常Eu3+的特征发射, 在近紫外和蓝光激发下主要发射578 nm(5D0→7F0)和626 nm(5D0→7F2)的强烈橙/红光, 具有更好的红光色纯度和发光强度, 其中363 nm电荷迁移激发下具有最高的发光效率, 是一种适用于近紫外和蓝光LED芯片的红光材料。

BaGd2ZnO5∶Yb3+,Er3+是目前报道的上转换效率最高的发光材料, 有广泛的应用前景, 但到目前为止还没有关于该基质材料中Er3+发光动力学过程研究的报道。 采用溶胶凝胶法制备BaGd2ZnO5∶Yb3+,Er3+上转换发光材料, 测量不同激发密度下上转换光发射功率及上转换效率。 数据表明: 当激发密度较低时, 绿色光发射强度与激发光功率的二次方成正比； 激发密度较高时, 与激发光功率的一次方成正比; 上转换能量效率先增大后减小, 具有一个极大值。 通过建立不同激发密度下, Er3+离子4S3/2能级上转换光发射速率方程模型, 阐述了产生这一现象的动力学过程和绿色光发射产生的机理。 在弱激发条件下, 用方波调制的971 nm LD激光激发BaGd2ZnO5∶Yb3+,Er3+样品, 测量上转换绿光的上升和衰减过程, 用Er3+离子4S3/2能级的速率方程拟合绿光的上升和衰减过程确定相关参数, 证实Er3+离子4S3/2能级粒子布居主要来自于Yb3+→Er3+的能量传递。

水热法合成了均匀管状Tm3+, Ho3+和Yb3+三掺的YPO4微纳米管, 在波长为980 nm的近红外光激发下能够发射出红绿蓝三条可见光谱带以及中心波长位于795 nm的近红外发射带, 从而实现上转换白光发射。 通过TEM, XRD和荧光光谱等表征手段对合成的Tm3+, Ho3+和Yb3+三掺YPO4微纳米管进行了结构和性能分析, 结果表明, 合成的YPO4微纳米管为纯净六方相, 水热反应温度对荧光材料的发射光谱有较明显的影响, 然而对材料物相的影响却不大。 在相同反应温度下, 随着掺杂稀土离子浓度的升高, 相应发射峰的强度并不是单调的增强, 而是由于浓度猝灭和交叉弛豫等因素呈现非单调性的变化。 探讨了可能的上转换发射机制。 这种上转换发射强度可调控荧光材料在三维固体显示、 上转换荧光照明以及荧光探测等领域有潜在的应用。

以聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)和1-溴正十六烷为原料, 利用N-烷基化方法合成了N-十六烷基聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTAC16), 并采用DSC和FTIR方法进行了详细研究。 DSC结果表明PPTAC16存在侧链结晶行为, 但侧链结晶的完善程度低于正十六烷烃的结晶。 红外光谱结果表明, 烷基侧链结晶中亚甲基堆积的有序度低于正十六烷烃晶体, 亚甲基的构象中存在相当数量的旁式构象。 变温红外光谱结果表明随着温度的升高, 亚甲基的伸缩振动谱带和变角振动谱带的峰位发生突变, 说明侧链结晶的熔融； 该结果与DSC测试结果一致。 另外, 伴随着十六烷基侧链结晶的熔融, PPTAC16的主链发生了一种不可逆的变化, 且熔融后的烷基侧链所处的状态与液态十六烷烃存在差别。

应用显微傅里叶变换红外光谱技术原位分析雌性Hartley豚鼠胫骨关节软骨的化学组成。 红外光谱测定包含三种月龄(1月、 2月和3月)和3个软骨层次(表层、 中层和深层)。 结果表明, 随着月龄的增加, 表层和中层FTIR光谱的主要吸收峰峰位红移, 深层吸收峰先红移后蓝移。 软骨中胶原蛋白、 核酸和蛋白多糖的红外光谱具有如下特征: 峰强比I1 657/I1 548, I1 074/I1 548和I1 074/I1 237在软骨表层和中层随月龄递降, 而在软骨深层2月龄的比值最低。 结果符合关节软骨在不同退变阶段化学成分的变化规律, 且显微光谱成像技术转化的各月龄胫骨平台二维图像高度符合相应的病理描述。 初步研究显示, 显微FTIR技术可原位分析不同层次软骨组织的分子组成, 能为研究软骨疾病的发病机理提供可靠信息。

以聚己内酰胺(PA6)和1-溴正十六烷为原料, 利用N-烷基化方法制备了具有不同烷基取代度的N-十六烷基聚己内酰胺(PA6C16)。 采用DSC和FTIR方法研究了具有不同烷基取代度的PA6C16的热转变行为。 DSC结果表明N-十六烷基聚己内酰胺的十六烷基侧链可以结晶, 且低取代度的N-十六烷基聚己内酰胺(PA6C16-L)侧链结晶的熔点高于高取代度的N-十六烷基聚己内酰胺(PA6C16-H)。 红外光谱结果表明, PA6C16-L侧链的亚甲基呈正交晶堆积, 而PA6C16-H的侧链亚甲基则呈六方晶堆积。 变温红外光谱结果显示, 伴随着侧链结晶的熔融, PA6C16-H的主链构象发生明显改变, 而PA6C16-L主链的构象则未显示出明显改变。

以聚氨酯(PU)为粘合剂, 某片状金属粉为颜料, 采用刮涂法制备了PU/片状金属复合涂层。 对不同颜料含量条件下涂层的红外发射率进行了测试, 并采用扫描电镜对涂层的微结构进行了观察。 发射率测试结果表明, 涂层发射率随金属粉含量增加呈“∪”型变化。 微结构观察结果表明, PU/片状金属复合涂层由PU和片状金属粉交错堆叠而成, 具有类似一维光子结构特征。 基于涂层的微结构特征, 对具有转折变化特征的4个金属粉含量点状态下涂层中一维光子结构的反射光谱进行了模拟计算, 结果表明: PU/片状金属复合涂层的发射率随金属粉含量变化呈“∪”型变化关系特征主要是由涂层中一维光子结构的主反射峰中心波长随颜料含量增加所产生的蓝移现象引起的。

检测了地塞米松磷酸钠和倍他米松磷酸钠两种差向异构体的红外光谱(FTIR), 固体和饱和溶液的常规拉曼光谱(NRS)及以银胶为基底的表面增强拉曼光谱(SERS)。 通过红外和拉曼光谱的结合, 对其各基团的振动模式进行解析, 并对峰进行归属和比较。 结果表明: 两种物质的主要区别是地塞米松磷酸钠的CH3非对称伸缩振动和对称面内变形振动的拉曼位移较大； 依据SERS作用机理和规律, 推测两种物质在银胶上主要是通过P—O键、 羧基和五元环与银胶垂直吸附。 建立了两种差向异构体基于银纳米粒子的吸附模式, 实现了对两种物质进行快速鉴别与区分的方法, 为进一步研究肾上腺皮质激素类药物提供了十分重要的信息和可靠的参考。

中药的采收季节与药物质量有着密切的关联, 研究不同季节采收药材的差异并对其进行准确识别, 对中药药理研究与质量控制意义重大。 采用红外光谱三级鉴别法, 对春季和秋季采收的黄芩进行研究。 结果表明, 春季与秋季采收的黄芩红外光谱吸收峰位置较相似, 但是酯类化合物中羰基CO的1 740 cm-1特征吸收峰, 黄酮类成分1 614 cm-1附近特征吸收峰及糖类成分1 071 cm-1附近吸收峰的相对峰强度差别显著。 通过二者相对峰强度的不同发现春季采收的黄芩药材中黄酮类和酯类成分高于秋季采收的药材。 比较二者在1 300～400 cm-1波数范围内的二阶导数红外光谱, 得出其所含糖类物质有所不同。 二者的差异在二维相关红外光谱上更加直观显著。 对16个批次的春季与秋季采收黄芩药材红外光谱进行了主成分分析, 结果表明二者可以得到准确区分。 综上, 红外光谱三级鉴别法与主成分分析相结合, 可以准确鉴别春季和秋季采收的黄芩, 并分析其化学成分的差异。

研究了我国黑土腐殖酸碳含量及其光化学性质, 并探索了利用近红外光谱分析法(near infrared spectroscopy, NIRS)对其进行预测的潜力。 针对东北典型黑土带土壤样品, 利用偏最小二乘法(PLSr)建立定量模型, 并用独立样本对模型进行检验。 结果表明, 模型对腐殖酸碳、 胡敏酸碳和富里酸碳含量的预测效果很好, NIRS对富里酸碳和胡敏酸碳的465 nm(E4)和预测结果也较好, 665 nm光密度(E6)的预测达到可接受水平。 胡敏酸碳和富里酸碳含量与SOC的相关性, 高于其与NIRS模型预测值的相关性, 二者光化学性质与SOC的相关性则低于其与模型预测值的相关性。 NIRS在简化黑土腐殖酸碳、 胡敏酸碳和富里酸碳含量和光密度测定领域具有很好的应用前景, 且能够反映SOC性质方面的信息。

为了提高苹果可溶性固形物含量近红外光谱校正模型的预测能力和稳健性, 分别采用反向区间偏最小二乘法、 遗传算法和连续投影算法, 筛选苹果可溶性固形物的近红外光谱变量, 并建立了偏最小二乘回归模型。 利用遗传算法筛选的141个变量建立的校正模型, 预测效果最好, 与全谱建立的校正模型比较, 预测相关系数, 从0.93提高到0.96, 预测均方根误差, 从0.30°Brix降低到0.23°Brix。 实验结果表明遗传算法结合偏最小二乘回归方法, 有效地提高了苹果可溶性固形物近红外光谱检测模型的预测精度。

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法获得16种金花茶组植物的FTIR光谱图, 结合系统聚类和相关性系数法对所得光谱数据进行分析比较。 结果表明: 16种金花茶组植物可分为3个类群, 第一类是: 龙州金花茶等11种； 第二类是中东金花茶、 柠檬金花茶、 平果金花茶及崇左金花茶； 第三类仅小果金花茶一种。 结合相关形态解剖学等方面的差异, 该研究支持将弄岗金花茶与毛籽金花茶归并为一个种； 直脉金花茶、 弄岗金花茶、 小瓣金花茶、 东兴金花茶、 柠檬金花茶、 中东金花茶、 小果金花茶、 金花茶、 顶生金花茶与平果金花茶各自划分为独立种。 FTIR-聚类分析法可以作为金花茶组植物物种鉴定的一种可行性手段。

采用直接缩聚的方法, 通过调节磺化单体与非磺化单体的比例合成出一系列含有1, 3, 4-口恶二唑的聚芳醚砜聚合物。 并且通过红外光谱, 核磁共振谱, 热失重分析仪对其结构进行验证。 红外光谱在1 603 cm-1出现了CN的特征吸收峰, 验证了口恶二唑环的结构, 又经1H NMR进一步验证了其聚合物的结构, 说明已经成功在聚合物中引入了1, 3, 4-口恶二唑环。 热失重有两个明显的失重平台, 在300和450 ℃分别为磺酸基团和聚合物骨架的断裂, 展现了良好的热性能, 满足作为质子交换膜的基本要求。

以红塔集团2010年玉溪、 楚雄、 昭通产区内经工业分级后不同部位及色组的中上等烟叶样品为试验对象, 其烤烟品种为K326, 共计3个产区、 六种中上等工业分级17类样品的近红外光谱6 064条； 应用光谱特征投影及相关分析等方法对17类烟叶样品近红外光谱的分析结果表明: 第1维光谱特征投影均值区分不同分级类型的概率为84%, 第2维光谱特征投影均值区分不同产区类型的概率为71%。 因此, 通过光谱特征投影能够重现性较好地量化解释分级和产区造成烟叶品质的差异, 其量化数据可以作为烟叶跨区模块组合的参考。

采用量子化学B3LYP(含电子相关效应的杂化密度泛函)方法和HF(Hartree-Fock, 哈特利-福克)方法, 在6-31+G**(C, H, N, O)/LANL2DZ(Ag)水平上, 对TH(Thymine, 胸腺嘧啶)分子进行了几何结构优化, 计算了TH分子的NRS(normal Raman scattering, 常规拉曼散射)光谱和TH与Ag原子以及Ag2团簇吸附的SERS(surface-enhanced Raman scattering, 表面增强拉曼散射)光谱, 并将两种理论方法计算的结果和实验值进行比较。 结果表明: 对于NRS光谱, 采用DFT方法的计算结果比HF方法的计算结果更符合已有实验值； 而对于SERS光谱, 采用HF方法的计算结果更好。 最后, 通过GaussView可视化软件, 对TH分子的振动频率进行了更为全面地归属。

以铁观音为例, 测试其表面增强拉曼(SERS)光谱, 并从增强能力、 背景噪声、 光谱重复性和信噪比等方面, 研究探讨铁观音茶叶SERS光谱测试时活性基底选择； 不同吸附时间对光谱测试的影响。 结果表明: 以柠檬酸三钠还原硝酸银制得的银溶胶为活性基底的增强效果更好, 吸附时间对于铁观音茶叶SERS光谱的测试没有直观的影响。 SERS光谱的茶叶研究方法有可能为茶叶的判别和质量鉴定提供一种新的方法。

分别在3 500～50和3 500～600 cm-1范围内实验测量了乙酰苯胺(ACN)分子的拉曼和红外光谱。 运用密度泛函理论(DFT)采用B3LYP 混合泛函和6-311G(d, p)基函数组, 计算了该分子的平衡构型和振动频率。 结果表明: 理论计算的分子最优化构型参数与以往文献报道的实验数据吻合, 优于以往由6-31G(d)基函数组计算得到的参数； 理论计算的振动频率值和本实验的观测值吻合得较好。 运用简正振动分析方法得到了ACN 分子各振动频率的势能分布(PED), 对ACN 分子的振动频率归属做出了全面、 准确指认。

近年来合成水溶性的荧光碳点受到越来越多研究者的关注。 相对于传统的镉基、 硅基量子点和有机染料,碳点毒性低, 性质稳定, 可以进行化学修饰, 并且可以和多种有机, 无机, 生物分子相容, 在众多领域中得到广泛应用。 以抗坏血酸为原料经过一步微波反应制备了荧光碳点。 并通过X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM), 紫外-可见吸收光谱, 荧光光谱, 傅里叶红外光谱(FTIR)进行表征。 结果显示以抗坏血酸为原料制备的碳点近似球形, 大小均匀, 分散性良好, 无团聚现象, 荧光强度大； 表面富含羧基和羟基, 发射波长依赖于激发波长, 并且具有很强的亲水性。 在pH 3～11的范围内具有良好的荧光性能。

稳态光谱技术正被越来越多地用于组织结构和功能互补信息提取。 通过仿体实验论证稳态光谱技术在光学参数和固有荧光提取方面的优越性。 仿体实验中, 血红蛋白被用作吸收子, 聚苯乙烯小球被用作散射子, Stilbene被用来产生荧光。 实验总共制备两组仿体, 它们具有相同的散射系数和不同的吸收系数, 在每组仿体中进行4次荧光素滴定。 实验结果表明, 组织光学参数和固有荧光均能够被精确提取, 从而证明了稳态光谱技术在提取具有互补特性的组织结构和功能信息方面的优越性。

荧光发射强度在荧光显微术科学观测中至关重要。 理论分析了三大影响荧光发射强度的重要因素: 分子吸收激发光光子的能力、 荧光量子产量及其荧光饱和与荧光猝灭, 指出选择具有大光吸收截面和高量子产量的荧光分子, 能有效保证荧光发射强度； 确定合理的激发光强度范围, 可避免不必要的荧光饱和现象。 进一步实验研究了超高真空和大气环境下的荧光猝灭现象, 得出超高真空时荧光分子的荧光猝灭现象极不明显, 而大气环境可造成荧光光强指数递减的结论。

合成了含有丹磺酰胺荧光团的新型Zn2＋荧光探针DH1(5-(二甲基氨基)-N-(4-(2-(2-羟基亚苄基)甲酰肼基)苯基)萘-1-磺酰胺), 利用光谱法研究它对锌离子的识别作用。 光谱滴定和ESI-MS谱分析表明DH1与Zn2+以1∶1的化学计量数配位。 在CH3CN/H2O(φ, 9∶1)体系中, DH1与Zn2+结合后荧光显著增强, 量子产率高达0.53, 荧光检测限达到1.0×10-7 mol·L-1, 而其他常见金属离子, 如K+, Li+, Na+, Mg2+, Ca2+, Cr3+, Mn2+, Ni2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Co2+, Fe2+及Hg2+不引起荧光光谱变化。 结果表明, DH1对锌离子识别具有较高的选择性和灵敏度。

为快速鉴别潲水油, 采用三维同步荧光光谱结合平行因子法解析潲水油的特征波长差(Δλ), 并利用支持向量机建立潲水油鉴别模型。 结果表明, 潲水油的特征Δλ为60 nm； 特征Δλ下的样品原始同步荧光光谱经过主成分分析提取5个主成分, 以径向基函数(RBF)为核函数, 利用网格搜索和6-fold交叉验证优化建模参数, 得到惩罚因子C=512、 核参数g=0.5, 该条件下建立的模型对训练集和预测集的判别率均达到100%。 采用同步荧光光谱可以快速、 准确地鉴别潲水油。

针对FTIR光谱分析数据计算量大, 具有相同基团的多组分混合气体交叉灵敏度过高, 以及在线分析过程中基线漂移等问题, 提出了一种改进的TR2-1(Tikhonov 2norm-1norm)正则化特征变量提取法。 该方法借鉴TR1和TR2模型的基本思想, 引入谱线距离和谱线系数绝对值最小化两个约束项来保证所提取特征量的准确度, 消除基线漂移所带来的影响, 并结合上述两种模型建立了不适定问题的最优化求解通式。 该通式有效地克服了经验法和实验法确定正则矩阵和参数所带来的误差。 实验以浓度为0.01%~20%的甲烷、 乙烷、 丙烷、 正丁烷、 异丁烷、 正戊烷和异戊烷气体为例进行了特征光谱选取。 结果表明, 对于浓度为0.2%的甲烷气体, 其预测误差平方和仅为2.6×10-4, 可决系数达到0.959 2, 分析准确度高, 有效增强了TR正则法的实用性。

辐射测温是通过测量物体发出的辐射来反演温度, 辐射测量方程中含有与空间位置相关的非光谱参数, 通常需通过辐射标定予以确认。 而该研究将非光谱参数归入有限项级数形式的光谱发射率中, 这既不会影响多通道测温方程组的封闭性, 又不会影响真温求解, 从而在无需测量数据归一化的条件下, 实现了无需空间位置标定的辐射测温, 该方法仅需要标定仪器的绝对光谱响应或相对光谱响应, 但不能解得发射率。 以两个特例分别对多波长测温方法和多谱段测温方法的求解特性进行了研究。 结果表明: 对于任意的测量矢量, 有效波长不相同的多波长测温唯一解是存在的； 而多谱段测温时, 存在无解区域, 双解直线, 甚至可能存在三解直线。

研究紫外-可见吸收光谱用于工业污水色度表征的替代方法, 并用以比较消毒剂对污水的脱色效果。 结果表明, 对于色度组成变化较大的工业污水, 应使用可见吸收光谱(350～600 nm)而非紫外吸收光谱表征色度。 可见吸收光谱的特征值与污水的真色值相关性良好。 三种消毒剂中臭氧和二氧化氯的脱色性能好于氯, 但二氧化氯自身色度对脱色有负面影响。 可见吸收光谱特征值能有效反映消毒处理后污水色度的变化。

基于随机激光的时域理论, 利用时域有限差分法(FDTD)数值求解麦克斯韦方程组和速率方程组, 利用分区域计算法, 分别计算了整体和局部泵浦二维随机介质时, 不同泵浦强度下, 不同区域的辐射谱, 得出了随机介质中模式的空间局域化分布。 计算结果显示, 同样条件下不同区域的辐射谱是不同的, 且随着激励源泵浦强度的变化, 随机激光辐射始终集中在介质中某几个固定区域, 但各个区域的随机激射效率不同, 在区域之间存在模式的空间范围重叠。 利用该方法, 可以分析介质的随机分布对随机激射的影响, 理论上可以为高激射效率的伪随机介质制备提供一定指导。

组织血流信息在临床诊断和治疗中具有重要的作用, 无创血流检测是医患双方的期望。 研究采用了近红外扩散相关光谱方法对生物组织血流进行无创检测, 理论分析了散射光斑强度的变化和被测组织中血细胞运动状态的函数关系, 建立了检测组织血流的理论模型及检测系统。 该系统通过求解组织表面散射光斑电场强度的时间自相关函数来推断组织中血细胞的运动状态, 进行组织血流的定量分析。 采用健康人体前臂袖带加压实验模型对该系统进行了验证, 实验结果验证了该系统进行组织无创血流检测的可行性, 同时也表明该系统可以提供从浅层到深层的组织血流变化信息。

积雪混合像元分解方法研究及积雪比例产品的发展是积雪遥感的重要研究方向。 在我国北疆地区利用SVC HR-1024野外便携式光谱仪观测了已知积雪比例的混合像元光谱特征并进行系统分析, 同时, 采用四种混合像元分解模型对实测光谱进行解混及精度评价。 结果表明反射率随积雪比例均匀下降并不呈均匀的线性变化, 在不同波段呈非线性变化特征, 积雪像元解混精度与观测尺度的不同有一定的联系, 尺度越小, 解混精度越低； 进一步对实测光谱的解混结果表明, 线性回归法精度较低, 特别是对于积雪比例小于50%的解混结果不准确, 稀疏回归解混法和非负矩阵解混法略高于线性混合像元分解法, 但线性混合像元分解法运算效率最高, 稀疏回归解混法运算效率最低, 当对遥感图像进行解混时, 要综合考虑四种方法的计算效率。 通过将推动积雪混合像元分解定量遥感研究, 并为遥感影像准确提取积雪比例提供理论依据。

为研究长江中下游网纹红土中粘土矿物过渡相的矿物学特征及成因, 采用X射线衍射(XRD)、 傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、 以及高分辨透射电子显微分析(HRTEM)等现代测试技术方法, 对江西九江红土剖面网纹红土中粘土矿物过渡相开展系统、 深入的研究。 X射线衍射及红外吸收光谱分析结果表明, 九江剖面网纹红土中粘土矿物组成主要有伊利石和高岭石, 少量蒙脱石和伊利石/蒙脱石及微量高岭石/蒙脱石混层矿物过渡相。 在高分辨透射电子显微镜下, 可观察到蒙脱石晶层向高岭石晶层转化的现象。 伊利石/蒙脱石过渡相是伊利石向蒙脱石转化的过渡产物, 而高岭石/蒙脱石过渡相则为蒙脱石向高岭石转化的过渡产物, 网纹红土中这两种过渡相的出现说明了粘土矿物风化演化的过程, 即: 伊利石→伊利石/蒙脱石混层矿物→蒙脱石→高岭石/蒙脱石混层矿物→高岭石的演化, 同时表明网纹红土形成于风化作用增强的温暖潮湿气候环境。

目前油页岩关键的评价参数——含油率的检测方法均无法实现原位测量, 无法满足油页岩资源的勘查和开采中样品检测的要求。 便携式近红外光谱分析技术, 为实现油页岩含油率的原位检测提供了可能性。 由于光谱数据的不同形式与样品的成分含量值之间有不同的相关关系, 样品不同成分的吸收特性表现在不同的近红外波段上, 因此利用合成样品, 针对反射率、 吸光度、 K-M函数等三种不同的光谱数据表示形式和四种不同的建模区间, 研究它们对油页岩含油率PLS模型精度的影响情况。 结果表明: 对于合成样品, 进行PLS建模的最佳光谱数据形式是反射率, 最佳建模区间是组合特征区间, 即适当的光谱数据形式及建模区间可提高模型的精度。

在英国诺丁汉大学Sutton Bonington校区(52.8°N, 1.2°W)实测感染锈病与普通花叶病大豆的单叶光谱数据, 利用连续统去除法对原始光谱数据进行处理, 筛选对病害及锈病严重度敏感的波段, 构建植被指数对感染锈病与普通花叶病及不同严重度锈病的大豆进行识别研究。 研究发现普通花叶病胁迫下的大豆光谱反射率在可见光区域均大于健康大豆的, 而锈病胁迫的大豆光谱反射率在绿光区随病情严重度增加而减小, 在红光区随病情严重增强而增大。 根据大豆光谱变化特征设计了一个植被指数R500×R550/R680对大豆病害进行识别, 通过计算不同病害及不同严重度之间的J-M距离对指数识别病害能力进行检验, 结果表明指数R500×R550/R680能够较好的识别出大豆锈病与普通花叶病, 且该指数在识别大豆锈病严重度方面也有较强的能力。 研究结果对农作物病害遥感监测与防治具有重要的理论价值与实际应用意义。

高寒草地牧草营养状况的遥感监测是草地合理利用的基础, 是草地动态监测的难点。 通过对高寒草地牧草营养成分和对应时间高光谱数据的分析, 探讨草地营养状况与植被高光谱数据间的关系。 结果表明, 两波段比高光谱指数模型与草地营养biomass, air-DM, P, CF, CP指标间显著相关； MAXR多元回归模型, 当选取波段数达到五个, 模型与各营养指标均显著相关。 总体上, MAXR回归模型要优于两波段比模型, MAXR模型对air-DM, P, CF进行反演, 可获得较高的精度。

以13个玉米品种鉴别为研究对象, 提出了一种解决光谱仪参数漂移问题的有效方法。 使用同一台光谱仪分不同时间重复采集数据, 用一天数据建模, 其余测试, 发现不同时间采集的数据有较大偏移, 严重时正确识别率仅为7.69%。 为此, 提出一种有监督学习特征提取的多天联合建模方法, 首先挑选具有代表性的多个时间段样本数据共同组成建模集, 其次采用PLS+LDA特征提取算法, 提取出与仪器参数漂移无关的品种特征信息, 然后采用BPR方法建立品种鉴别模型。 实验结果表明, 该方法对于不同时间数据的偏移均能有较好的校正效果, 得到较高的识别率和稳定性。

多谱辐射测温是一种非接触温度测量方法, 目前常用的多谱辐射测温只能反演出一个近似温度值, 而无法给出实际的温度分布。 针对此问题, 基于普朗克定律, 采用主成分回归算法, 以强激光毁伤靶材温度测量为例, 在脉冲能量为34.2 J的激光入射条件下, 从热辐射谱中反演出近似温度值为2 700 K, 拟合相对偏差为0.5%, 当温度分布范围为2 600～2 800 K时, 拟合相对偏差减小为0.13%, 减小了温度反演偏差。 首次给出了基于主成分回归方法的温度分布反演, 提高了非接触式温度测量的表征精度。

为实现生鲜肉水分含量的快速无损检测, 在波长350～1 700 nm范围内采集生鲜猪肉98个样本的可见近红外反射光谱。 经中值平滑滤波、 多元散射校正和一阶微分复合预处理方法对原始光谱进行降噪处理。 将样本数据随机分为训练集和测试集, 以训练集交叉验证网格搜索法确定最佳惩罚参数, 利用径向基核函数的支持向量机算法建立了支持向量机预测模型, 并与偏最小二乘回归建模法进行比较。 用径向基核函数的支持向量机算法所建模型对生鲜肉水分含量进行预测的结果为: 训练集的预测相关系数Rc为0.96、 标准差SEC为0.32, 测试集的预测相关系数Rv为0.87、 标准差SEV为0.67。 实验结果证实用支持向量机所建模型适合于生鲜猪肉水分含量的无损快速检测。

针对天然气燃烧过程的近红外光谱数据, 采用了一种融合波长选择和异常光谱检测的定量分析方法。 该方法根据偏最小二乘(PLS)模型的系数及预测误差的统计分布, 在实现波长选择的同时, 完成异常光谱样本的检测。 与PLS、 先用留一法将异常样本删除后PLS建模(LOO-PLS)、 基于PLS的无信息变量消除法(UVE-PLS)以及先用留一法将异常样本删除后使用UVE-PLS建模(LOO-UVE-PLS)相比较, 该方法将甲烷预测模型的预测均方根误差(RMSEP)分别降低了14.33%, 14.33%, 10.96%和12.21%； 将一氧化碳预测模型的RMSEP分别降低了67.26%, 72.58%, 11.32%和4.52%； 将二氧化碳预测模型的RMSEP分别降低了5.95%, 19.7%, 36.71%和4.04%。 实验表明, 该方法建立的分析物预测模型具有较高的预测能力和较好的稳健性, 在大大减少所选波长数量, 降低模型复杂度的同时, 还能有效地检测出异常光谱样本, 减小两者之间的相互影响。

快速检测生物质原料特性对生产高品质压缩成型燃料具有重要意义。 利用光谱技术建立松木、 杉木和棉杆三类农林生物质组分(水分、 灰分、 挥发分和固定碳)和热值预测模型。 相比原始光谱, 基于一阶导数光谱的偏最小二乘回归(PLS)模型预测精度较高。 灰分、 挥发分和水分PLS模型交叉校验决定系数(R2)分别为0.97, 0.94和0.90, 预测偏差比率(RPD)分别为6.57, 4.00和3.01。 固定碳和热值PLS模型精度一般, R2分别为0.85和0.87, RPD分别为2.55和2.73。 实验结果表明, 利用可见-近红外光谱技术完全可以替代传统工业分析方法, 从而实现农林生物质原料组分和热值的快速测定。

以西藏当雄河谷阳坡海拔梯度上植被冠层光谱为研究对象, 分析不同海拔位置上植被光谱特征差异及物理含义, 通过植被光谱特征的分层聚类分析, 评估当雄阳坡植被垂直分布的遥感识别可行性。 结果表明: 水分指数(WI)、 光谱红边位置(REP)、 归一化植被指数(NDVI)分别与叶片水分含量、 干重生物量、 植被盖度存在较强的相关性, 且不同植被类型间的WI, REP和NDVI存在显著差异； 基于光谱特征集的分层聚类分析实现了阳坡12个样点逐级分类, 其结果与地面调查基本匹配, 表明所选择的植被光谱特征能够表征实验区垂直分布的植被类型差异, 分析结果可为青藏高原植被垂直分布信息的遥感提取提供光谱特征的先验知识支持。

将经验模态分解(EMD)和连续投影算法(SPA)结合用于面粉过氧化苯甲酰(BPO)添加量的近红外光谱检测分析中。 在波长898～1 725 nm范围内采集添加了BPO的面粉样本光谱, 先通过EMD分解法对其进行噪声预处理, 然后利用SPA算法提取光谱特征波长。 EMD处理后的光谱建模精度比原始光谱建模精度大大提高, 通过SPA算法从512个波长中提取了7个特征波长, 基于特征波长建立的模型, 与EMD处理后全波长建模结果相比, 建模波长个数大幅缩减, 但是模型精度与全谱建模相当, 结果表明: EMD和SPA结合可有效用于面粉BPO检测的光谱去噪和特征波长提取, 该结果为开发便携式面粉BPO检测仪提供了参考和依据。

采用普通打印纸作为基底置于含有痕量重金属离子的水溶液中, 用于富集溶液中的重金属Cu元素, 烘干后用激光诱导击穿光谱进行定量分析。 该方法克服了用激光诱导击穿光谱方法直接分析液相样品中重金属含量时存在水的溅射和灵敏度低等不足。 实验中选用324.7 nm的光谱线作为分析线, 研究了光谱强度与富集时间的关系, 建立了用于溶液中Cu元素定量测量的校正曲线, 检测限达到0.023 mg·L-1。 为水体中重金属检测提供了一个可行的具有良好灵敏度分析技术。

应用ICP-AES法测定不同产地管花肉苁蓉及其土壤中的矿质元素含量。 结果表明: (1)不同产地的管花肉苁蓉均含有丰富的K, P, Ca, Mg, Na, Fe, Mn, Zn, B等多种矿质元素, 且具有明显差异。 (2)不同产地的管花肉苁蓉中常量矿质元素含量均较高, 其中以K元素含量为最高； 微量矿质元素中Fe元素含量高于其他元素含量, 其中产自新疆于田的Fe元素含量高达433.56 μg·g-1。 (3)各产地的管花肉苁蓉对矿质元素的吸收比例差异较大, 其中对K, P, Na三种元素的吸收能力较强。 (4)管花肉苁蓉矿质元素含量和吸收比例新疆于田高于其他产地。 研究结果将为管花肉苁蓉的质量评价和引种栽培提供科学依据。

应用ICP-AES技术, 测定并分析了野菊花不同器官矿质元素含量、 累积量和比例。 结果显示: (1)野菊花常量矿质元素中K含量最高, 根、 茎、 叶、 花K含量分别达到15.84, 17.74, 31.52, 37.55 mg·g-1, 微量元素中Fe含量最高, 根、 茎、 叶、 花Fe含量分别为3 219.90, 433.36, 1 519.46, 1 426.63 μg·g-1。 (2)野菊花茎K, P, Ca, Mg, Mn, Zn, Mo累积量最大, 分别达240.61, 19.67, 74.87, 18.31 mg·株-1, 893.00, 1 039.08, 2.85 μg·株-1, 野菊花根Na, Fe, Cu累积量最高, 分别为11.51 mg·株-1, 11 725.27, 235.24 μg·株-1。 (3)野菊花各器官K∶P, Ca∶Mg, Fe∶ Mn, Zn∶Cu差异较大。 结果明确了野菊花不同器官矿质元素差异并为野菊花的合理施肥提供了新的科学依据。

建立了电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定食品级磷酸盐中Mg, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb等12种杂质元素的分析方法。 样品经硝酸消解后直接进行分析, 应用碰撞/反应池(ORS)技术有效地消除了多原子离子对待测元素的干扰, 选用Sc, Y, In, Bi等元素为内标混合液校正基体干扰和漂移。 研究结果表明, 该方法对12种待测元素的检出限在0.004～0.362 μg·L-1之间。 本法简便, 快速, 能满足食品级磷酸盐中多种杂质元素同时测定的分析需求。

采用微波消解-八极杆碰撞/反应池(ORS)-电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定甜味剂中Cr, Co, Ni, Cu, As, Cd, Sn, Sb, Hg, Pb等十种重金属元素的含量。 样品用硝酸+双氧水消解后, 试液直接用ICP-MS法进行测定。 应用ORS技术, 有效地消除了多原子离子对待测元素的干扰, 选用45Sc, 89Y, 115In和209Bi等元素为内标混合液校正基体效应和信号漂移, 确定了实验的最佳测定条件。 结果表明, 该方法对十种待测元素的检出限在0.003～0.038 μg·L-1之间, 加标回收率在93.0%～106.6%之间, 相对标准偏差(RSD)≤3.4%。 方法简便、 快速、 准确, 可以用于食品甜味剂质量控制和安全评价。

通过简单的水热法控制性合成了两种不同形貌的锰氧化物(层状OL和隧道状OMS), 并考察了这两种材料对几种重金属离子Pb2+, Cu2+, Ni2+, Hg2+的吸附。 通过原子吸收光谱(AAS)和原子荧光光谱(AFS)测定吸附前后离子浓度, 比较两种材料的吸附性能, 以及对不同离子的选择性吸附。 实验表明OMS形貌的锰氧化物是一种良好吸附剂, 对铅离子具有很好的选择性吸附, 两分钟内吸附率达98%。 由此可建立一种简单、 绿色、 高效地去除污水中重金属离子的方法。

比较了三种不同的分离富集方法——共沉淀法、 离子交换法和浊点萃取法对水样中痕量铅的富集效果, 其中, 浊点萃取法水样用量少、 富集因子大、 操作简便, 故选取浊点萃取法对环境水样中的铅进行富集。 采用浊点萃取-高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定了采自北京市通惠河水样中的痕量铅。 结果表明, 该测定方法的检出限为0.08 μg·L-1, 相对标准偏差为1.3%~4.5%(n=6), 加标回收率为93%~108%, 样品溶液的富集因子为29。 通惠河13个采样点水样中铅含量均符合国家规定的地表水水质Ⅰ类水标准, 且从通州区至朝阳区呈现铅含量逐渐减少的趋势。

以定位20年的黑土肥料试验为平台, 利用同步辐射软X射线近边吸收谱(C-1s NEXAFS)方法, 研究了长期施用化肥以及化肥配施玉米秸秆对土壤有机碳官能团的影响。 结果表明: 与不施肥的空白处理(CK)相比, 单施化肥(N, NPK)后土壤的芳香C和羧基C含量增加, 脂族C和羰基C含量下降, 脂族C/芳香C比值降低； 与单施化肥处理相比, 化肥配施玉米秸秆后芳香C含量下降而脂族C含量增加, 脂族C/芳香C比值增加, 并随玉米秸秆用量增加表现的更为明显； 无论配施玉米秸秆与否, NPK肥混施处理的芳香C、 脂族C以及脂族C/芳香C比值均高于单施N肥处理。 上述结果说明, 单施化肥比不施肥使土壤有机碳官能团中芳香类化合物的相对比例增加, 而脂肪烃类化合物的相对比例下降； 化肥配施玉米秸秆则比单施化肥增加了脂肪烃类化合物的相对比例, 配施高量比低量玉米秸秆的增加趋势更为明显, 同时NPK肥混施比单施N肥有利于提高脂肪烃类化合物的相对比例。 C-1s NEXAFS方法能够原位表征长期定位施肥条件下土壤有机碳官能团组成的变化。

星系红移的自动测量对进行大样本天文学研究如宇宙学大尺度结构研究具有重要意义。 星系一般分为正常星系和活动星系两种, 活动星系光谱一般具有较明显的发射线特征。 文章提出了一种不用精确提取谱线而快速测量活动星系光谱红移的方法。 该方法包括步骤: (1)对待测光谱进行去噪； (2)利用小波变换提取低频成分光谱, 并用去噪后光谱减去低频谱得到残差谱； (3)计算残差谱的均方差, 并保留大于阈值的波长集合(4)根据标准谱线表计算所有候选红移； (5)利用Parzen窗估计方法计算红移密度最大点, 并在邻域内求均值确定最终红移。 对模拟数据和SDSS DR7部分实测数据的测试表明, 该方法是鲁棒的并且具有较高的红移测量正确率。

复杂结构件在X射线成像时, 由于射线透照方向上有效厚度差异大、 成像器件动态范围受限等原因, 单一电压下的射线图像易出现过曝光和欠曝光共存现象, 投影信息缺失严重, 无法进行CT重建, 为此提出了变电压多谱CT成像理论与方法。 通过改变电压改变X光谱分布, 实现X光谱与检测对象有效厚度的匹配, 扩展图像动态范围, 确保检测对象投影信息的完整性； 同时基于虚拟设计思想, 建立了基于单能和多能的变电压虚拟CT模型, 实现了变电压X射线CT成像的虚拟仿真。 虚拟实验表明: 变电压多谱CT成像原理是可行的, 能够实现复杂结构件CT成像。

通常利用单色仪输出的单色光对空间遥感光谱仪进行波长定标。 提出以空间遥感光谱仪的置信度为标准, 来评价宽波段单色仪高精度波长定标精度的方法。 通过对仪器精度的分析, 分别求出单色仪的波长的重复性误差和偏差。 应用高压汞灯的本征谱和光栅衍射多级谱作为定标谱线, 避免更换灯源带来的误差。 通过粗细定标相结合的方法, 缩短扫描时间, 并且运用高斯拟合对波峰进行精确定位, 缩小误差。 最后利用高次拟合得到的关系式, 测出单色仪波长精度, 计算出空间遥感光谱仪定标的置信度。 以1.5 M单色仪为例, 单色仪在200～840 nm波段内波长精度±0.016 nm, 则空间遥感光谱仪的波长精度达到±0.050 nm的置信度为99.82%。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)利用激光器的窄线宽和波长调谐特性, 使其扫描被测气体的单个吸收峰, 实现痕量气体的高分辨率、 高灵敏度快速检测。 通过分析近红外波段的乙烯吸收谱线特性, 选取1 626.8 nm附近的吸收峰作为检测谱线, 研制了基于white池结构的TDLAS检测系统, 结合波长调制和二次谐波检测, 对体积分数为20～1 200 ppmv的乙烯气体进行了测量, 推算该系统的检测下限约为10 ppmv。

应用ICP-AES等技术, 研究了苦豆子常量、 微量矿质元素含量、 各部位吸收比例和不同时期的矿质元素需求量。 结果显示: (1)成熟期苦豆子常量矿质元素比约为N∶K∶Ca∶ Mg∶P∶Na=11.91∶8.27∶7.54∶1.02∶1.00 , 微量矿质元素比值约为Fe∶Zn∶B∶Cu∶Mn=28.91∶2.12∶1.40∶1.18∶1.00 ； (2)各器官矿质元素含量因生育时期存在差异, 微量元素在营养期茎中总量最高占全株总量的45.6%, 而在成熟期种子中最高占全株总量的36.7%。 (3)苦豆子在营养期需肥最多, 盛花期次之, 盛荚期最少。