在研究中, 制备了3.8和5.8 nm两种尺寸的PbSe胶质纳米晶, 并对PbSe胶质纳米晶温度依赖的光学特性进行了研究。 实验数据表明: 在室温情况下, 随着温度和尺寸的变化, PbSe胶质纳米晶的禁带宽度、 发光峰值波长、 发光强度及全波半宽度等都会发生改变。 在纳米晶尺寸是3.8 nm时, PbSe胶质纳米晶的禁带宽度随温度升高产生红移; 但是当尺寸是5.8 nm时, 禁带宽度随温度升高产生蓝移。 随温度的升高, PbSe胶质纳米晶的发光强度将下降、 全波半宽度会增加。

地表微波发射率是含水量、 表面粗糙度、 地物结构等的函数, 这些因素具有明显的季节性。 用晴空条件下高级微波扫描辐射计(AMSR-E)的瞬时发射率, 辅助2003年IGBP(international geosphere-biosphere project labels)地表分类数据, 获得了北半球各种植被覆盖地区2003年夏冬两季每半月平均的地表微波发射率。 分析不同植被发射率随频率、 极化、 时间等变化的特性。 结果表明, 植被发射率在H和V极化均随频率的增加而增加, 在有降雪的地区发射率随频率增加而迅速减小。 植被区夏季发射率较高, 89 GHz的V极化发射率值大于0.944, 且发射率时间序列上很稳定, 极化差较低(<0.081), 同一地区发射率时间序列RSME小于0.007 2。 植被区冬季在积雪出现的地方发射率值降低, 尤其表现在高频部分。 随着植被密度的增加, 植被地区发射率值增加而极化差降低。

提出一种珐珀解调, 适用于开放环境的全光式石英增强光声光谱气体探测系统。 基于石英增强光声光谱系统, 采用法珀干涉解调代替传统的电解调方式, 通过拾取石英音叉的叉指侧面与光纤端面之间形成的法珀腔的腔长变化解调得到被测气体的光声光谱信号。 构建了实验系统, 在开放环境中完成了对空气中水蒸气的探测实验, 得到其归一化噪声等效吸收系数为2.80×10-7 cm-1·W·Hz-1/2。 结果表明, 该探测系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱探测系统的2.6倍。 该系统具有极强的抗电磁干扰能力、 能够用于易燃易爆气体检测、 适用于高温、 高湿度等恶劣环境并实现远距离多点、 组网探测。

同轴介质阻挡放电具有广泛的应用前景。 采用光学方法, 利用水电极介质阻挡放电装置, 对空气同轴介质阻挡放电特性及活性粒子光谱强度进行了研究。 光谱测量结果发现放电发射谱中存在777.5和844.6 nm的氧原子谱线, 表明等离子体中产生了高化学活性的氧原子。 测量了放电中氧原子谱线强度随物理参数(外加电压、 流量和含量)的变化关系。 结果发现氧原子谱线强度随着外加电压的增加而增强; 随着流量或氩气含量(空气中混入少量氩气)的增加, 谱线强度先增大后减小, 当流量为30 L·min-1或者氩气含量为16.7%时氧原子谱线强度达到最大值。

为研究直流电弧等离子体点火器的化学效应, 测量了点火器喷出的等离子体射流的发射光谱, 分析得到等离子体射流与常压环境空气相互作用产生的粒子种类, 通过烟气分析仪定量测量了距离点火器出口8 cm处的NO和CO含量, 并研究了点火器弧电流、 工作介质流量对NO和CO体积分数的影响。 实验结果表明: 等离子体点火器喷出的等离子体射流与环境空气相互作用可产生活性粒子H, O和N, 带电粒子O2+, N2+和激发态粒子N2(A3), N2(B3), N2(C3)和O2(b1)等; 增大弧电流、 工作介质流量, 等离子体射流头部附近NO和CO体积分数增大。

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前躯体, 通过高温煅烧2～4 h得到纯相MgAl2O4粉体, 再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合, 利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。 利用XRD, SEM, EDS和荧光光谱仪对样品进行物相和光学性能分析。 实验表明样品由MgAl2O4和YAG两相组成, YAG晶粒均匀地分散在MgAl2O4基质中。 样品在340和475 nm有两个激发峰。 发射光谱在533 nm处有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射, 其荧光寿命为59.74 ns。 结果表明, MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。

为研究延迟时间对激光诱导击穿光谱信号强弱的影响, 从理论上讨论了光谱信号与延迟时间之间的关系, 利用RT100-HP激光诱导击穿光谱仪对标准样品合成灰岩GBW07716进行了测试, 分析了MnⅠ357.788 nm, WⅡ364.141 nm, WⅠ407.436 nm, WⅠ426.938 nm, CoⅠ387.312 nm等谱线随延迟时间的变化特征。 得到随延迟时间的延长, 光谱信号按指数规律变弱, 不同谱线信号随延迟时间变化的快慢不相同。 离子谱线在延迟时间短时其强度较强, 但随着延迟时间的延长, 离子谱线强度较原子谱线下降得更快些。 对实验数据按指数规律进行了拟合, 其曲线的拟合系数R约0.99。

在YAG∶Ce3+荧光粉中加入黄色PbO, 得到YAG∶Ce3+, Pb2+荧光粉。 比较了PbO掺入前后荧光粉的发射光谱, 结果表明: PbO的加入可以使Ce3+的黄光发射发生红移, 增加了光谱的红光成分; 同时, Ce3+的发射强度也有所增加, 形貌表明PbO可能起助熔作用, 在PbO的含量为5%时, 强度增加10%。 比较YAG∶Ce3+, Pb2+和YAG∶Ce3+的温度特性曲线, 证明YAG∶Ce3+, Pb2+ 荧光粉的温度特性好于YAG∶Ce3+荧光粉。

在沙尘气溶胶辐射强迫的影响下, 卫星传感器在分裂窗通道观测到的地表比辐射率信息会发生变化。 首先从微观角度阐述了沙尘气溶胶在11和12 μm通道处的消光特性以及它们对比辐射率的影响; 其次, 以2011年4月29日内蒙古北部地区一次强沙尘天气为例, 分析了研究区域内的比辐射率变化特征, 并在此基础上提出了一种利用分裂窗通道比辐射率遥感判识沙尘气溶胶的方法; 最后, 利用国家气象卫星中心对外提供的沙尘日监测产品对沙尘气溶胶识别结果进行了验证和分析。 结果表明: 在假设12 μm比辐射率为1的条件下, 利用11 μm相对比辐射率不但能够有效的把沙尘覆盖区域识别出来, 而且11 μm相对比辐射率在一定程度上也反映了沙尘的强度信息。

从北京通州地区3个河流沉积物和天津渤海湾地区4个土壤样品中提取胡敏酸(HA)和非水解碳(NHC), 并进行了元素分析、 X射线光电子能谱分析(XPS)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固态13C核磁共振(13C NMR)等一系列定性定量的研究。 结果显示: 同一来源的NHC中H/C和O/C比值低于HA的H/C和O/C比值; NHC和HA表面含氧官能团的含量分别为7.6%～10.7%, 40.9%～46.7%; 13C NMR和FTIR显示NHC主要由脂肪碳和芳香碳组成; 从土壤中比从沉积物中提取的NHC的芳香度高。 研究结果表明, 与HA相比, NHC的热成熟度高, 疏水性强。

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了聚氨酯包膜控释尿素 (PCU)养分溶出过程膜层的结构变化。 对比发现, 随着溶出时间的延长, 膜层的结构产生明显的改变, 当养分累积释放量达到50%, 膜层的红外谱图在3 435, 3 342, 1 671, 1 621, 1 448, 1 159 cm-1出现了新的吸收峰, 与尿素的特征吸收峰3 440, 3 347, 1 667, 1 624, 1 460, 1 154 cm-1吻合, 当养分累积释放量达到70%, 新出现吸收峰的强度继续增加, 此时膜层的红外谱图新增的吸收峰与尿素的红外谱图有较高的相似度。 结果表明, 新吸收峰的出现及增强是由于尿素在膜层连续相中含量增加引起的, 含量越高表明膜层溶胀度越大, 此时膜层微孔尺寸发生变化, 导致养分释放速率的改变, 养分释放曲线呈“S”形状。

杂草的自动识别是实现作物草害精准施药的基础。 利用ASD光谱仪采集两个品种的圆白菜及稗草、 狗尾草、 马唐、 牛筋草和小藜等五种杂草在350～2 500 nm波段内的冠层光谱反射率。 根据光谱曲线特征, 在不同波段内对数据进行不同程度的压缩, 以提高运算效率; 利用不同参数设置的Savitzky-Golay(SG)卷积平滑求导和多元散射校正方法(MSC)的不同顺序组合对光谱去噪, 然后结合主成分分析法(PCA)提取主成分, 建立模型, 最后利用簇类的独立软模式(SIMCA)分类法对各种植物进行分类, 并比较分类结果。 试验结果显示利用MSC与3阶5次21点SG相结合的方法对光谱数据预处理后, 运用PCA提取前10个主成分作为分类模型的输入变量, 取得了100%的分类正确率, 能够快速无损地识别圆白菜与几种常见杂草。

测定了原始灵芝及其水提物、 95%乙醇提取物和石油醚提取物的红外光谱, 发现红外光谱能承载系统的化学信息和反映被测物中各组分分布情况。 依3 416～3 279, 1 541和723 cm-1各吸收峰面积与2 935～2 852 cm-1吸收峰面积之比可将四者区分开来。 提出了用欧氏距离计算样本集信息熵的方法, 并探讨了信息熵与样本集所承载的化学信息量之间的关系, 得出原始灵芝样本集承载化学信息量最丰富的结论。 对4个样本集分别做谱系聚类分析, 发现只有原始灵芝红外光谱集对黒芝、 青芝、 黄芝和赤芝有较好的聚类作用。 研究结果表明: 红外光谱承载着物质结构的化学信息, 与系统的化学成分密切相关; 红外光谱样本集的信息熵越大, 化学信息量越丰富, 越有利于模式识别。 本研究对模式识别样本集的构建具有指导作用。

采用便携式近红外光谱仪采集枸杞子表面不同部位的近红外漫反射光谱, 结合多类支持向量机算法对枸杞子产地进行快速无损辨识。 以识别率为评价指标进行光谱预处理方法的选择, 为了消除样本划分偏性对结果的影响, 本研究通过重复划分样本集多次建模与预测, 利用识别率的统计结果考察各个光谱采集部位的建模结果。 实验结果表明, 原始数据经二阶导数加SG平滑处理后, 所建模型具有良好的产地预测性能。 除了枸杞子顶端部位外, 其他部位模型的稳定性及准确性均较好, 其外部验证识别率的中位数与平均值均大于97%。 这表明利用枸杞子样品表面近红外光谱可实现产地的准确鉴别, 便携式近红外光谱技术可作为中药材流通环节中的有效监控手段。

二硫双琥珀酰亚胺基丙酸酯 (dithiobis-succinimidyl propionate, DTSP)是一种重要的同源双功能偶联分子, 广泛地应用于蛋白质在载体表面的共价固定。 研究利用表面增强红外光谱分析了DTSP分子在真空蒸镀金岛膜表面的吸附特性。 首先通过密度泛函理论对吸附于金表面的DTSP分子进行了结构优化, 计算了该分子的振动模式和红外强度。 表面增强红外吸收和变角偏振反射吸收测量结果表明TSP分子在金表面有序排列, 其五元杂环平面与金表面法线成65°左右的二面角。 此外, 表面增强红外光谱还成功地监测到了TSP分子和Nα′, Nα″二(羧甲基)-L-赖氨酸在金表面的实时组装过程。

应用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术结合化学计量学方法对多组分药物混合物中药物活性成分(API)和药用辅料的含量进行了定量分析研究。 用THz-TDS系统测量了无水茶碱、 乳糖一水合物和硬脂酸镁三元药物混合物及对乙酰氨基酚、 乳糖一水合物、 微晶纤维素和可溶性淀粉四元药物混合物的太赫兹吸收光谱, 并采用主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLS)两种多元校正方法分别建立了太赫兹吸收谱与多元混合物各组分含量的定量回归模型, 同时获得了混合物中药物活性成分和药用辅料的含量。 PLS回归取得更好结果, 其中三元混合物两组分含量的PLS定量模型校正及预测相关系数R均高于0.98, 四元混合物中对乙酰氨基酚、 乳糖一水合物、 微晶纤维素和可溶性淀粉含量的PLS定量模型校正及预测相关系数R均分别高于0.93, 0.98, 0.63和0.86。 结果表明, THz-TDS技术结合化学计量学方法建立定量分析模型能够实现对多元混合物成分含量的无损非破坏定量分析, 在药物分析等领域将有广阔的应用价值。

近红外漫反射光谱快速、 无损且适用于实际复杂样品分析等特点被广泛应用于在位和在线分析。 基于近红外光谱漫反射技术和多元统计过程分析方法建立了一种适用于生产过程分析与在线实时监测新方法。 该方法实时采集生产过程中物料的近红外光谱, 并利用已建立的模型计算统计量Hotelling T2对生产过程进行实时评价。 模型的建立采用了主成分分析, 统计量根据实时光谱在主成分模型上投影进行计算。 实际应用表明, 利用该方法可以根据统计量实时监测生产过程中物料的变动情况, 并根据不同批次统计量的进一步统计实现批次间的相对稳定性分析。 因此, 该方法可作为生产过程质量控制的良好手段。

研究了太赫兹波段纳米颗粒的表面增强拉曼散射, 证明在太赫兹波段同样存在拉曼增强现象。 通过研究表面增强拉曼散射的电磁增强原理, 提出利用时域有限差分法仿真模拟纳米颗粒在太赫兹波照射下的表面增强拉曼散射, 分析了太赫兹波的增强效果。 仿真实验表明, 时域有限差分法可以有效精确仿真太赫兹波段纳米颗粒的散射效果, 结果使表面增强拉曼散射从可见光和红外波段扩展到太赫兹波段, 为太赫兹波与表面增强拉曼散射的结合应用提供了依据。

静脉采血, 分离并制备血红蛋白溶液, 用拉曼光谱方法观察不同pH时H+对血红蛋白-氧结合状态与能力的影响。 结果显示: 在514.5 nm激光的激发下, 当pH为7.4时, 随着氧分压降低, 血红蛋白在1 375, 1 562, 1 585和1 638 cm-1峰强均逐渐减弱, 其中以1 375和1 638 cm-1峰渐变最明显且相关性显著。 以氧分压为横坐标, 拉曼峰强为纵坐标, 对pH为5.7, 7.4和8.0时的血红蛋白在1 375和1 638 cm-1峰的强度及其氧分压进行线性拟合, 结果显示2处的拟合效果均良好, 拉曼峰强度/氧分压的斜率关系表现为K8.0＞K7.4＞K5.7, 表明pH越低血红蛋白的氧亲和力越低, 越有利于向组织释放氧气。 研究表明, 应用拉曼光谱技术可检测血红蛋白与氧的亲和力, 通过对血红蛋白-氧亲和力的量化检测, 可以观察pH对血氧结合状态的影响, 为血氧分压的监测以及氢离子和二氧化碳等血氧亲和力调节因子调节能力的研究提供新的研究方法与理论基础。

在能源紧缺和环境恶化的双重压力下, 农林生物质替代化石资源生产生物燃料、 化学品及生物基材料的研究和开发, 已成为国内外众多学者关注的热点。 全面了解农林生物质原料的化学组成及其结构特性是高效利用农林生物质的基础。 作为一种无损的检测技术, 现代拉曼光谱能够在原位状态下提供植物细胞壁区域化学和主要组分结构特性信息。 本文简述了拉曼光谱成像技术原理, 概括了拉曼光谱在植物细胞壁主要组分的结构分析、 纤维素和木质素的微区分布及其分子排列等方面的研究进展, 以促进该技术在植物细胞壁研究中的应用。

面向微尺度平面变形的精细测量对碳纳米管应变传感测量方法进行了理论与实验研究。 利用碳纳米管的拉曼应变敏感性及其偏振选择性, 针对各种典型的拉曼光谱系统偏振构型, 推导建立了适于各种偏振拉曼构型的碳纳米管平面应变传感解析关系式。 从测量学角度出发, 对不同偏振构型下的应变传感进行了对比分析, 得出入射与散射光偏振方向皆能够连续控制且始终保持平行的双偏协同构型最适合于平面应变传感, 并进一步提出易于实现的双偏协同构型光路配置方式与控制方法。 通过实验应用证明, 所提出的方法能够有效的实现基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感测量。

腐殖酸(简称HA)广泛存在于海洋、 河流和土壤中, 腐殖酸的研究对于土壤和水系的环境监测具有重要意义。 采用银溶胶作为活性基底对腐殖酸的表面增强拉曼光谱(SERS)开展了实验研究, 研究了激光照射时间、 腐殖酸溶液浓度及pH值变化对腐殖酸溶液表面增强拉曼光谱的影响。 结果表明, 当激光照射20～30 min时腐殖酸SERS信号比较理想; 利用不同浓度腐殖酸溶液1 379 cm-1拉曼谱峰的强度进行定标分析, 腐殖酸SERS信号强度与浓度呈很好的线性关系, 线性相关系数Ｒ２＝0.993; pH值变化对腐殖酸溶液SERS光谱有较大影响, 在pH 7的时候信号最弱, 而在酸性和碱性环境中信号较强。 最后本文还利用表面增强拉曼光谱对自来水中的腐殖酸进行了探测, 初步证明了表面增强拉曼光谱应用于自然水体中腐殖酸检测的可行性。

以日常体检用血清样品为分析对象, 采集了其拉曼光谱, 波数范围为250～2 400 cm-1, 并对信号进行归属, 与临床传统生化法测定得到的胆固醇含量对比, 结合偏最小二乘法建立了血清胆固醇拉曼光谱定量模型(n=73)。 结果表明, 拉曼光谱能够表征血清中主要化学基团的信息。 所建立的血清胆固醇定量校正模型的相关系数R为0.909 6, 交叉验证校正标准差(RMSECV)为0.24; 检验集(n=17)预测标准差(RMSEP)为0.69, 相关系数r为0.926 2。 证明了应用拉曼光谱技术结合偏最小二乘法建立血清胆固醇定量模型, 用于未知血清样品胆固醇含量无损快速检测是可行的。

利用自主研发的便携式拉曼光谱仪对13种常见的易制毒化学品做了现场分析。 通过改变分析方法, 如仪器的聚焦位置、 分析时间、 外部光源、 样品装载容器、 分析物的浓度,以得到高质量的易制毒化学品拉曼散射谱图。 结果表明: 优化的分析方法能改善检测效率, 另外1-苯基-2-丙酮、 甲苯、 三氯甲烷有较低的极限检测浓度, 混合物的组分含量对检测结果有很大影响。 选择合适的仪器工作条件, 能更有效地、 快捷地现场筛选易制毒化学品, 有助于禁毒工作者的实战检测。

采用三维荧光光谱和Δλ=20 nm同步扫描荧光光谱技术研究Hg2+, Cd2+, Cu2+, Zn2+胁迫作用下蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)荧光光谱的变化情况, 两种光谱技术得到了较为一致的结论: 即胁迫作用96 h后, 蛋白核小球藻荧光中心处的荧光值显著降低, 四种重金属离子对藻细胞光合系统的叶绿素a和叶绿素b造成了严重的破坏。 进一步分析四种重金属离子浓度与由同步扫描荧光光谱得到的藻荧光猝灭效率I0/I的相关性可知: 重金属离子的毒性与荧光猝灭效率I0/I呈正相关关系, 均随重金属离子浓度和胁迫时间的增加而增强。 对某一种重金属而言, 同步扫描荧光光谱可实现藻细胞对该重金属毒性的评价。 与三维荧光光谱相比, 同步扫描荧光光谱具有耗时少、 对特定荧光中心选择性高等优点, 是研究水体有毒污染物毒性的有利工具。

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。

3-羟基黄酮(3-HF)是二代新型荧光分子探针的典型代表, 用高精度的量子化学计算方法—密度泛函理论对3-羟基黄酮的光物理机制进行研究。 计算了3-羟基黄酮分子在理想状态下的最优构型, 电荷布居和激发光谱。 得到3-羟基黄酮荧光的发射光谱, 从而分析出3-羟基黄酮分子内质子转移的光物理循环图, 解释其光物理机制。 通过与实验值的对比, 计算所得分子构型合理有效, 激发光谱谱峰位置切合实际。 该工作只是用量子化学计算方法在分子荧光探针领域进行光物理响应机制分析的初步探索, 可以为该领域提供有价值的理论参考。

大气CO2是重要的温室气体, 对大气CO2的全球监测有助于增进人类对气候变化的理解。 相比于天基平台, 地基观测数据通常具有更高的光谱分辨率、 信噪比及其他已知参数, 更容易实现较高的反演精度。 地基反演方法可以作为天基算法的基础, 并为天基观测结果提供必要的验证。 本文针对地基观测的特点, 建立了使用地基FTS数据反演大气CO2柱浓度的方法。 模拟计算显示该方法在一定的系统误差条件下, 具有获得较高反演精度的能力。 对地基FTS实测数据进行的反演实验表明, 该方法能够获得较精确的大气CO2浓度信息。

提出了一种新的基于三维光谱角统计的光谱图像信息提取方法。 通过对影像上横向、 竖向和对角方向相邻像元间采用光谱角计算相似度, 构成一个三维的信息统计模型。 该模型反映了相邻像元间所代表物质的相似度, 通过在统计模型中设置不同的阈值和提取不同轴向的切片, 可以从影像中提取代表同种物质的均匀区域和边缘信息, 用于监督分类中训练样本的采集。 该统计方法与直方图、 散点图等传统统计工具相比, 鲁棒性和可靠性更高, 提取的信息更丰富。

以梧桐树叶粉末为吸附剂, 通过静态吸附实验, 利用FTIR, SEM, XRD, XRF等手段, 研究了梧桐树叶对铀的吸附行为及其可能存在的机制。 结果表明: 梧桐树叶对铀有较强的吸附能力, 吸附率和吸附容量分别可达96%和19.68 mg·g-1。 吸附行为符合准二级动力学方程和Freundlich等温线方程。 吸附过程中, 铀通过静电作用被快速吸引到梧桐树叶表面, 干粉中的羟基、 羧基和酰胺Ⅱ带等官能团可能与铀发生络合或配位反应; 吸附后, 梧桐树叶干粉表面由疏散多孔的不规则分布状态变成致密平整的结构, 以SiO2为主的纤维素特征峰减少, Ca和Na的元素含量增加, Mg的元素含量相对减少, 并在吸附后的干粉中检测到铀的存在。 推测在梧桐树叶对铀的吸附行为中既有物理吸附又有化学吸附, 表现为静电吸引, 络合配位及离子交换共同作用的机制。

采用Cu对共蒸发法制备的Cd1-xZnxTe薄膜进行p型掺杂。 用X射线荧光、 X射线衍射、 扫描电镜、 紫外-可见分光光度计、 热探针、 四探针和台阶仪研究了不同Cu掺杂浓度下Cd1-xZnxTe薄膜退火前后的组分、 结构、 形貌、 光学性质及电学性质的变化。 结果表明掺Cu 10%的薄膜在退火后导电类型由P型转变为N型、 电阻率增大了几个数量级; 掺铜20%的样品退火后导电类型和电阻率未发生明显改变, 退火后薄膜表面较为均匀完整; 掺铜30%的薄膜透过率显著下降到10%以下, 退火前后均为P型薄膜。

叶酸受体在正常组织上表达很少, 而在上皮源性的恶性肿瘤细胞膜表面高度表达。 文中以叶酸为稳定剂和包裹剂, 以硼氢化钠为还原剂, 简单快捷地制备出叶酸包裹的纳米金粒子(folic acid protected gold nanoparticles, FA-GNPs)作为靶向肿瘤探针。 紫外-可见吸收光谱测量, 透射电镜成像、 X射线光电子能谱分析以及细胞结合试验都表明, 这种纳米探针粒径分布在3～5 nm之间, 体系均一、 稳定, 而且在高盐环境(3.5% NaCl溶液)和高速离心(25 000 r·min-1)下均不会发生聚沉, 在肿瘤细胞检测等领域具有应用潜力。

以硝酸铋、 钨酸钠等为原料, 利用水热法在150 ℃下反应24 h得到Bi2WO6纳米晶。 X射线粉末衍射结果表明, 所制备的Bi2WO6属于正交晶系, 晶胞参数为a=5.457, b=16.435及c=5.438 。 XPS结果表明所制造的Bi2WO6纯度较高。 研究了分别以水、 N,N-二甲基甲酰胺、 乙二醇为溶剂时所制备Bi2WO6样品在可见光激发下对罗丹明B的降解活性, 结果表明, 以乙二醇为溶剂时, Bi2WO6光催化活性最佳, 主要是由于在乙二醇中制备的Bi2WO6分散性好, 粒径小, 对紫外-可见光具有较大波长范围的吸收所致。 另外, 研究了以水为溶剂时溶液pH及添加表面活性剂等对所制备Bi2WO6光催化活性的影响, 结果表明, 反应温度为140～150 ℃, pH在1.0附近及添加SDS后所制备Bi2WO6光催化活性较佳。 荧光光谱分析发现, 添加表面活性剂的样品发射荧光的强度较弱, 表明载流子复合程度低, 因而光催化效率高。

依据耦合模和传输矩阵理论, 设计了一个新型单微环三耦合点的可调谐微环滤波器模型, 并模拟仿真了输出端口的光谱特性。 模型结构中, 采用热光性质稳定的绝缘硅材料, 通过改变反馈波导的长度和温度实现对输出光谱的分析与调制。 仿真结果表明, 当耦合系数k=0.018时, 模型结构的自由光谱范围可近似认为达到43.8 nm, 品质因子可达1.25×105, 作为滤波器保持了很窄的带宽, 很高的品质因子和较大的自由光谱范围, 得出通过改变反馈波导的温度或长度可实现特定谐振波长处滤波效果显著改善的结论, 最后给出了相应的光谱曲线。

当作物生物量较大时, 现有植被指数由于受饱和问题限制, 不能较好的估算作物生物量。 针对此问题, 尝试将波段深度分析与偏最小二乘回归(partial least square regression, PLSR)结合, 提高对大田冬小麦生物量的估算精度, 并将两者结合建立的模型与应用代表性植被指数建立的模型进行生物量估算精度比较。 波段深度分析主要对冬小麦冠层光谱550～750 nm范围进行, 采用波段深度、波段深度比(band depth ratio, BDR)、 归一化波段深度指数和归一化面积波段深度对波段深度信息进行表征。 在建立的模型中, 波段深度分析和PLSR结合的估算精度比应用植被指数模型的精度高, 其中BDR与PLSR结合的估算精度最高(R2=0.792, RMSE=0.164 kg·m-2)。 研究结果表明波段深度分析与PLSR结合能较好的克服生物量较大时存在的饱和问题, 提高冬小麦生物量的估算精度。

HJ-1A/1B卫星CCD传感器具有较高的空间、 时间分辨率, 在内陆湖泊水质遥感定量监测方面有很大潜力, 大气校正是制约其应用的关键问题之一。 以我国第一大淡水湖——鄱阳湖为研究区域, 结合2009年、 2011年两次现场实测数据对FLAASH, 6S, COST和QUAC四种大气校正结果进行对比分析, 并探讨各种大气校正算法对悬浮泥沙浓度反演精度的影响。 结果表明: (1)HJ-1A/1B卫星CCD的第1波段在水环境遥感应用时, 建议进行重新定标; 第2和3波段四种大气校正结果精度相对较高, 其中, FLAASH, 6S和COST三种大气校正算法精度都较高, QUAC精度偏低, 建议在可能的情况下对该算法进行有针对性的改进; (2)FLAASH, 6S, COST和QUAC四种大气校正算法第2和3波段比值结果与实测数据吻合度最好, 平均相对误差分别为8.2%, 9.5%, 7.6%和11.6%, 因此建议在鄱阳湖水域尽量采用第2和3波段比值作为反演因子; (3)以四种大气校正结果为基础, 与悬浮泥沙浓度直接建模, 结果发现, 四种模型反演精度均比用实测遥感反射率与实测悬浮泥沙浓度建立的模型反演结果要高, FLAASH, 6S和COST三种算法反演所得悬浮泥沙浓度精度都较高, 平均相对误差分别为: 10.0%, 10.2%和8.0%; QUAC略差, 平均相对误差为18.6%。 建议在泥沙浓度反演时采用大气校正结果与悬浮泥沙浓度直接建模, 可以有效降低利用实测光谱数据建模引起的大气校正误差的累积效应; (4)在精度要求不是特别高的前提下, 四种大气校正算法都可以采用, 但综合算法复杂程度、 精度、 稳定性等多种因素, 在辅助信息不全的情况下, COST大气校正算法更值得推荐。

建立用分光光度法测定重组水蛭素(rH)在大鼠尿中含量的方法, 并用该法研究静脉给药后, rH在大鼠尿中的排泄。 以甲苯磺酰基-氨基乙酰基-脯氨酰基-精氨酰-对-硝基苯胺(Chromozym TH)为底物, 凝血酶能水解Chromozym TH释放出对-硝基苯胺(pNA), pNA在405 nm波长处有特异性吸收, 通过测定反应体系中未被rH抑制的凝血酶的量, 间接测定rH的含量。 结果表明, 分光光度法能有效的测定大鼠尿中rH的含量, rH的浓度在6.25~75 ng·mL-1范围内呈线性关系(R2=0.999 6); 日间和日内精密度RSD均<10%, 方法回收率>95%, 稀释回收率>93%。 应用上述方法测定大鼠iv 0.5, 1.0及2.0 mg·kg-1 rH后尿药浓度及排泄动力学, 0～12 h累计排量分别为(116.850±57.160), (235.544±39.375)和(474.986±85.426) μg·kg-1, 与给药剂量成正比; 三种剂量的累计排泄率均为给药量的23%左右, 与剂量无关, 说明rH在大鼠体内的消除方式为一级线性动力学。 本方法操作简便、 灵敏度高、 重现性好, 可用于尿中rH的测定。

为了增大电感耦合等离子体辐射强度, 降低分析检出限, 实验研究了水样品经过超声波空化处理以后样品表面张力和粘度的变化, 并探索了空化效应对光谱强度和信背比的影响。 实验结果证明, 样品溶液的表面张力和黏度随着超声波功率和空化时间的增加均呈现出先减小后增大的变化规律, 在功率为50 W、 时间为15 min时水样品的表面张力和粘度最低。 经此条件处理的水样品引入ICP以后, 元素Al, Cd, Mn, Ni, Pb和Zn的谱线强度比无空化处理时分别提高了56.73％, 57.23％, 44.57％, 43.20%, 39.04％和40.19％, 光谱信背比分别提高了61.54％, 64.86％, 44.95％, 52.27%, 40.84％和40.85％。 可见, 空化处理水溶液能够改善ICP发射光谱质量。

建立了飞秒激光剥蚀-多接收电感耦合等离子质谱(fLA-MC-ICPMS)铅同位素原位微区分析方法, 分别利用溶液法(SN-MC-ICPMS)和激光剥蚀法(fLA-MC-ICPMS)对15个铜(黄铜, 青铜)国家标准物质进行了实验分析, 测试的结果表明CuPb12(GBW02137)中Pb同位素组成非常均一, 可作为以铜为基体的青铜、 黄铜及铜矿中Pb同位素原位微区分析的外部参考物质。 对CuPb12 进行了112次fLA-MC-ICPMS Pb同位素分析测试, 其加权平均值与溶液法测定的Pb同位素比值在2σ误差范围内完全一致, 208Pb/204Pb和207Pb/206Pb比值的内部精度RSE分别小于90和40 ppm, 外部精度RSD分别小于60和30 ppm。 利用本实验室建立的fLA-MC-ICPMS分析方法对13个古铜钱币中Pb同位素进行了原位微区无损伤分析, 测试结果表明, 不同朝代古钱币中Pb同位素组成差异较大, 即使同一朝代的古钱币其Pb同位素组成也不尽相同。

采用硝酸+盐酸混合酸消解体系对锰酸锂样品进行微波消解处理制样, 用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS) 法同时测定锰酸锂中Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Fe, Cu, Zn, As, Ag, Cd, Pb共14种杂质元素的含量。 详细研究了质谱干扰影响及校正, 选用Sc, Rh, Tl作内标元素校正基体效应和信号漂移, 对14种待测元素的检出限为0.007～0.209 μg·L-1, 通过添加标准进行加标回收, 所有待测元素的回收率在92.66%～108.34%之间, 相对标准偏差(RSD)均小于4.80%, 结果准确可靠。 该法可为锰酸锂中杂质元素的快速检测提供科学依据。

建立了电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定用HNO3+H2O2混合酸经微波消解处理苦杏仁样品中B, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Ba, Pb等24种微量元素的分析方法, 优化了仪器的最佳工作条件。 通过添加标准进行加标回收, 结果表明, 24种待测微量元素的相对标准偏差(RSD)均小于4.79%, 回收率在90.00%～109.30%之间。 该法具有准确度高、 精密性好、 并能同时进行多种元素测定等优点, 该法可为苦杏仁中无机元素的快速检测提供科学依据。

研究了用4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚(PAR)为沉淀剂, 以Fe(Ⅲ)为载体离子的共沉淀体系快速共沉淀分离富集水样和奶茶粉中的铅, 并用火焰原子吸收光谱(FAAS)方法测定。 共沉淀过程受体系酸度、 载体铁、 沉淀剂PAR的用量及陈化时间的影响。 结果显示, 在pH为6.0的条件下, 能够定量共沉淀试样中的铅。 方法检出限为18.7 μg·L-1, 用于水样及奶茶粉的加标回收率为94.2%～98.3%, 相对标准偏差为1.03%～2.24%, 排除了基体干扰, 结果较为满意。 本法与传统的共沉淀方法比较, 具有快速、 简便、 重现性好的优点。

粒子激发X射线谱仪(APXS)是我国嫦娥三号卫星月球巡视器的有效载荷之一, 其主要目的是对月面土壤和岩石完成就位探测和离线分析, 距离感知功能是保障APXS有效探测的一项重要功能。 本文首先简要介绍了APXS系统, 分析了距离感知功能的特殊要求和约束, 然后提出了一种利用响应曲线拐点的新型红外距离感知方法。 通过理论推导证明了本方法的算法可行性, 并且设计试验验证了本方法。 理论分析表明, 尽管该方法对工作温度和月面反射率不敏感, 但是强烈的太阳红外辐射环境可能引起光敏器件饱和。 解决措施是适当降低器件增益并避免太阳光直射。

为了对铝合金板轧制技术发展提供依据, 采用X射线衍射仪测试极图并使用专用软件计算织构的ODF, 研究了热轧后经过454 ℃×4 h预先再结晶退火处理的5052双履带连续冷却铸造铝合金板, 进行不同变形量冷轧后自表层至心部层的织构分布状况。 冷轧制后变形量小于40%的试样, 存在织构强度由表层向中心层提高的变化梯度。 变形量大于56.1%的试样, β织构的增加主要是来自剩余位向转变量随变形量的增加; 主要织构β较强、 Goss和剩余位向较弱, 各层之间的织构状态接近。

通过对西淋岗岩体出露的红层及其下部的含红层碎屑花岗岩和正常花岗岩进行X荧光光谱、 等离子质谱及拉曼光谱测试, 结果显示: (1)由红层、 含红层碎屑花岗岩至正常花岗岩, 硅、 碱含量逐渐增加, 灼失量、 铁镁含量、 氧化指数依次降低; (2)三者的微量元素蜘蛛网图及稀土元素标准化曲线一致性良好, 花岗岩富集和亏损特征类似于南岭改造型花岗岩; (3)西淋岗花岗岩中石英晶体从里到外拉曼光谱特征峰强度依次减弱, 半高宽变化不大。 据此我们认为, 西淋岗花岗岩的形成与红层及其下伏岩石原地熔融固结有关, 在熔融过程中, 原岩中挥发份不断逸出, 氧化指数逐渐降低; 在成岩过程中, 硅碱组分向岩体上部富集, 铁镁组分向下运移, 结晶环境对封闭和稳定。

钦杭成矿带南段和寮铅锌多金属矿地区矿化、 近矿体和远离矿体等三类岩石样品中石英的粉晶X射线衍射、 红外光谱及拉曼光谱研究结果表明, 远离矿体和矿化岩石样品中的石英较为纯净, 而近矿岩石样品中的石英含有少量杂质, 但这种少量的杂质并没有引起石英晶胞参数的明显变化; 远离矿体的岩石→近矿岩石→矿化岩石中石英的结晶度和有序度越来越高的, 且矿化岩石样品中的α-石英有向对称性较低的石英转变趋势; 石英的1 050 cm-1红外吸收峰分裂为一对强双峰为含矿岩石样品所独有, 可以有效地作为是否成矿的标志; 造成石英微观结构变化的原因可能与后期成矿热液的活动密切相关。 远离矿体的岩石中石英形成后受后期热液的影响很弱, 含矿样品中的石英受多期次热液的作用易产生重结晶、 结构调整作用等而纯化, 而近矿岩石样品中的石英受到热液的影响但不足以达到纯化的效果。 谱学研究是一种深入探讨研究区成矿过程、 成矿规律的有效技术。

以玉米直链淀粉为研究对象, 采用扫描电子显微镜(SEM)、 原子力显微镜(AFM)、 X射线衍射及红外光谱研究了动态高压微射流(DHPM)不同压力处理(80～200 MPa)对直链淀粉结构的影响。 结果表明, 扫描电镜显示玉米直链淀粉经DHPM处理后, 其表面形貌发生改变, 颗粒结构被破坏, 有团聚现象; 原子力图像显示处理后的淀粉分子相互交联缔合, 排列成紧密的网状结构; X射线衍射和红外光谱分析得出处理后的直链淀粉晶型未改变, 结晶度随压力增大而减小, 这为DHPM对淀粉改性提供了理论基础。

常规固定能量的X射线成像方法, 对于厚薄差异大的工业复杂异形工件, 因成像系统动态范围受限, 易出现过曝光和欠曝光共存现象, 信息缺失, 成像质量差。 为此提出研究变能量X射线多谱成像方法, 在常规的射线成像系统上, 依据有效厚度与电压的匹配性改变X射线管电压, 获取递变电压下的多谱图像序列, 同时研究多谱序列信息提取与融合技术, 实现射线图像动态范围的扩展, 完整地再现复杂结构件的内部结构信息。 实验表明, 相对于12 bit的成像系统, 变能量X射线多谱成像方法有效地将系统动态范围扩展了3倍, 实现了复杂结构件的X射线高动态成像。

采用X射线粉晶衍射(XRD)、 X射线荧光光谱(XRF)、 激光拉曼光谱和紫外可见吸收光谱等方法, 对产自缅甸翡翠矿区的一种类似于绿辉石质翡翠的墨绿色玉石品种进行了化学成分、 矿物成分及谱学特征研究。 XRD表明该玉石主要成分为钠长石与钙长石, XRF测试表明该玉石属于富铁的斜长石亚族, 端元组分在Ab0.731An0.264Or0.004～Ab0.693An0.303Or0.004之间。 利用拉曼光谱对比分析了该玉石与钠长石、 钙长石的谱学特征, 并对各特征谱峰作出指认。 紫外-可见吸收光谱测试表明其墨绿色与所含较高的Fe3+以及Cr3+的d—d电子跃迁有关。

为实现地质样品中元素含量的准确预测, 提出了基于主成分分析(PCA)的改进型BP神经网络模型。 采用X荧光光谱法, 对新疆西天山地质样品中Fe, Ti, V, Pb和Zn等元素进行测量, 将得到的X荧光计数作为输入变量, 应用该模型对未知地质样品中Fe和Ti元素进行定量预测。 结果表明: 主成分分析与改进型BP神经网络模型取得了较好的预测效果, 预测结果与化学分析值的相对误差小于3%, 为地质样品元素含量预测提供了一种新型有效的方法。

利用Lick线指数, 根据光谱的海量特点, 从统计回归的角度出发, 通过线性回归的方法来设计大气物理参数测量的高效算法。 线性回归通过选择最佳的线指数组合及回归类型的选择来使其达到最佳的回归效果。 因为得到的是公式性的回归模型, 所以使得其应用于新的数据时计算速度可以很快, 且清晰明了, 便于分析处理, 这是其他方法所达不到的。 实验结果证明, 通过线指数回归的方法来进行大气物理参数的测量是可行的。

为了获得较高的压缩比, 针对干涉超光谱图像数据的空间维相关性和干涉光谱维相关性, 提出了一种将光谱分类与局部DPCM相结合的联合压缩算法。 先对整个光谱数据进行光谱分类, 得到一个与二维空间对应的分类号矩阵和一个与干涉光谱对应的光谱类别库, 然后利用局部DPCM对光谱类别库进行进一步压缩。 分类作为第一步压缩对整个压缩算法的压缩效果至关重要, 本文分析了不同分类标准和分类精度下的压缩效果, 相对欧氏距离标准优于夹角标准和干涉RQE标准。 文中最后选取了合适的分类标准编程实现联合压缩算法并与JPEG2000进行比较, 联合压缩算法的压缩效果优于JPEG2000。

近红外无创生化分析中, 要获得准确的血液生化成分信息, 需要非常高的系统信噪比。 为提高分析系统的信噪比, 开展了以增大系统光能利用率为目标的高效双复合抛物面聚光(DCPC)系统研究。 首先, 针对近红外无创生化分析中光学系统集光要求, 研究了复合抛物面聚光器(CPC)出射光特点, 确定出一级CPC最大聚光角范围。 然后, 通过比较标准型和截短型DCPC光能利用率变化, 优化出最佳结构参数。 最后, 结合皮肤组织光学参数, 计算了入射光波长为1 000 nm时, DCPC系统、 CPC-聚焦反射镜系统以及无光学收集系统的光能利用率。 结果显示, 三种系统的光能利用率分别为1.46%, 0.84%, 0.26%。 设计的DCPC系统增强了对人体漫反射光的收集能力, 可有效提高无创生化分析系统的信噪比及整体分析精度。

利用紫外光照射制作两组光纤布拉格光栅, 使用高温炉对第一组光栅进行850 ℃退火处理, 在擦除初始光栅后制备出高温再生光栅, 该组再生光栅的布拉格波长的变化范围为0.22 nm; 平均透射率为2.57 dB, 折射率变化范围为0.52 dB。 对第二组光栅在850 ℃退火处理后进行1 100 ℃后退火, 该组的布拉格波长变化范围为0.41 nm; 平均透射率为0.69 dB, 折射率变化范围为0.16 dB。 后退火处理会放大再生光栅的波长差异, 其原因是退火过程中各光栅固定拉力之间的微小差别。 光纤布拉格光栅从擦除到再生是一个可控的过程, 具有很好的重复性, 通过高温退火法制备再生光栅的大规模生产是可行的。

为了在基本不改变光学干涉器件尺寸的条件下提高静态光谱分析设备的光谱分辨率, 在分析了各种提高静态干涉系统光程扫描范围方法的基础上, 设计了基于电光调制沃拉斯顿棱镜组的光学干涉系统。 系统采用沃拉斯顿棱镜组的光学结构, 计算了其相应的光程差函数, 同时, 又利用电光调制技术对晶体折射率进行调制, 并推导了一个调制周期内的光程差变化范围, 最后给出了系统的综合光程差函数及光谱分辨率。 实验采用三块尺寸、 结构角都一致的沃拉斯顿棱镜构成沃拉斯顿棱镜组, 通过SGT-3型声光调制器调制信号。 结果显示, 经消冗余处理后干涉条纹图像可有效融合, 调制后的干涉图像虽略有畸变, 但经线性校正后满足光谱分布函数还原的要求。 相比同尺寸的静态干涉系统而言, 光谱分辨率提高了近一个数量级。

介绍了一种基于DMD的Hadamard变换成像光谱仪的物理模型。 以7阶S矩阵为例进行论述, 通过改进编码模板的设计方案, 使所有色散光谱都能被严格编码为7段。 提出了一种针对复原后光谱图像的修正方法, 以7阶的S矩阵编码, 最终可以获得6幅质量较高的光谱图像。 如以n阶的S矩阵编码, 最终可以获得n-1幅质量较高的光谱图像。 实验结果证明了该方案的可行性和有效性。

空间外差光谱仪在应用的过程中由于各种测量原因使采集的干涉图存在相位误差。 对此提出了一种改进的相位校正方法, 该方法在提取单边变换光谱进行傅里叶逆变换求取干涉图相位曲线的基础上, 通过拟合相位斜率求出相位误差, 然后计算相位校正函数, 将变换光谱与相位校正函数进行卷积来实现光谱相位校正。 把该方法应用于实测单色谱与仿真水汽光谱的相位校正, 实验结果显示该方法能有效的去除单色光谱边缘的低频假信号, 提高干涉图的周期性和对称性; 对于叠加了相位误差的连续光谱, 使其校正前后的光谱与原光谱的标准偏差由0.47降为0.20, 提高了光谱的准确性。

针对大光程差弹光调制干涉仪工作中的温漂问题, 提出了一种包含电压和相位补偿的温度补偿控制策略。 首先, 根据相似与模化理论, 建立了弹光调制干涉仪机械特性的等效电路模型, 分析了温度对弹光调制干涉仪谐振频率的影响, 建立了驱动电压、 频率和谐振频率之间的数理模型, 确定了大光程差条件下达到稳定状态的控制方法; 然后, 将数字锁相环技术与电压和相位补偿程序相结合, 给出了包含电压和相位补偿的光程差偏移数字式控制设计方法; 最后, 将包含电压和相位补偿的数字式驱动控制系统与传统的模拟驱动控制系统进行对比测试, 采用激光多普勒测振仪记录3小时内光程差偏移量。 结果表明, 该方法将长时间工作中温漂造成的光程差偏移率降低了约50%。

根据凹面光栅的几何像差理论, 提出了一种基于超环面均匀线距光栅的成像光谱仪优化设计方法, 该方法利用遗传算法和光学设计软件ZEMAX两次优化来获得最优的光学结构参数。 以设计一个远紫外成像光谱仪为实例, 工作波段110～180 nm, 狭缝尺寸50 μm×5 mm, 数值孔径0.1, 利用ZEMAX软件对设计结果进行了分析和评价, 结果表明, 不同波长的光学传递函数在奈奎斯特频率101 P/mm处均大于0.7, 点列图半径的均方根值小于14 μm, 在工作波段内获得了良好的成像质量, 满足空间分辨率0.5 mrad, 光谱分辨率0.6 nm的设计要求, 也证明了该优化设计方法是可行的, 可在其他波段推广应用, 对光栅色散型成像光谱仪的设计具有指导意义。