为了减小长腔长高功率单管半导体激光器在封装过程中引入的热应力, 根据应力改变禁带宽度的原理, 理论上推导了应力与波长漂移的关系, 提出了一种通过测量激光器脉冲条件下的光谱来定量计算激光器应力的方法。 利用这种方法得到的研究结果表明, 焊接质量直接决定着应力的大小, 由焊接质量的不同引起的应力差值超过了300 MPa, 提出了优化焊接回流曲线的方法, 使激光器的应力由原来129.7 MPa降低到53.4 MPa, 该方法还有效的解决了封装应力随储存时间变化的问题。 实验表明, 激光器光谱图的测量分析是研究高功率单管半导体激光器封装应力的有效方法, 也是检测分析烧结工艺的有效手段。

强流电子束二极管是强脉冲辐射环境模拟装置和高功率微波技术中的重要研究方向, 通过时间分辨光谱诊断研究阴极等离子体的特性是分析强流脉冲电子束二极管工作性能的可靠方法之一。 介绍了具有纳秒级时间分辨能力的光谱诊断系统及其工作原理、 系统组成和性能参数, 并阐述了低抖动同步触发系统的实现方法和时序关系。 同时, 针对强脉冲辐射模拟装置产生的强脉冲电磁辐射和强X、 γ射线辐射对光谱诊断系统造成严重干扰的情况, 设计了电磁屏蔽室和铅屏蔽室对诊断系统进行保护。 对黄铜阴极的等离子体进行时间分辨光谱测量, 实验结果表明, 随着二极管脉冲电压和电流的上升, 参与形成阴极等离子体的元素和物质成分明显增多。 该光谱诊断系统的时间分辨能力为10 ns, 最小可达2 ns, 同步触发系统的抖动小于4.0 ns, 为深入研究二极管的阴极发射机理开辟了新的技术途径。

高精度、 快速非接触的平板玻璃零件的几何参数测量, 已成为相关生产领域的主要问题, 也是激光光谱学的一个重要应用方向。 平板玻璃零件几何参数的准确检测不仅有助于加工工艺的改进和产品装配精度的提高, 还可以实现按参数分档管理。 为实现微型石英敏感平板玻璃零件参数的精密测量, 提出了一种基于激光与视觉图像处理技术的多参数测量方法, 设计了由自适应同轴视觉检测单元和激光视觉厚度测量单元构成的测试系统。 为了保证其中的半导体激光器LD（laser diode）能提供稳定的光源, 设计了一种恒功率驱动控制系统。 在亚像素图像处理中给出了改进的亚像素边缘定位算法, 实现了二次曲线特征边缘亚像素精确定位。 利用检测出的曲线边缘点数据, 通过定义一个新的误差函数并最小化, 可以计算出微型石英敏感平板玻璃零件参数, 从而实现图像特征参数的精确提取。 在实验室条件下进行微型石英敏感平板玻璃零件几何参数的检测试验, 测量结果的平均偏差优于2 μm。 该方法稳定性好, 测量精度高, 满足微型石英敏感平板玻璃零件参数检测的精度要求。

频率调制光谱(FMS)技术不仅可以用来同时测量原子和分子的吸收和色散, 还是噪声免疫腔增强光外差分子光谱（NICE-OHMS）的关键技术, 由于光纤器件的引入或光源输出光的偏振态不稳定等因素会诱发残余幅度调制(RAM), RAM的产生使得FMS技术在痕量气体检测中的应用受到极大的限制, 因此研究光纤FMS中RAM的特性具有非常重要的意义。 研究首先通过理论分析了无吸收时的FMS信号的线型及RAM的影响因素, 实验测量无吸收时输入偏振方向和输出偏振方向及电光调制器(EOM)温度对光纤FMS中RAM的影响, 均与RAM存在线型关系, 验证了理论分析结果, 并为RAM的抑制工作以及基于RAM的其他应用提供了依据。

与传统光纤不同, 光子晶体光纤可以具有多个零色散波长, 在四波混频光谱中, 具有更丰富的相位匹配特性。 目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果, 但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。 为此对光纤中四波混频原理进行了分析, 给出了高增益的相位匹配条件。 利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。 对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析, 得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。 给出了相位匹配曲线, 分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点, 两个零色散波长光子晶体光纤, 在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。 实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱, 与理论分析一致, 验证了相位匹配理论的可靠性。 多个零色散波长光纤, 能产生丰富的相位匹配曲线, 会出现更多的四波混频波长, 可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。 为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。

选取粤西坡仔营钼矿的花岗质岩石, 研究其XRD, FT-NIR和Raman光谱特征。 与花岗斑岩及远带样品相比, 近带花岗岩样品XRD衍射信号弱, FT-NIR吸收信号强, 石英Raman光谱信号弱。 分析表明, 其石英(101)晶面的XRD衍射峰、 绢云母铝羟基(Al—OH)的FT-NIR特征峰(4 529 cm-1)及石英本征位移峰(464 cm-1)的半高宽均大于前二者。 与其他样品不同, 近带样品造岩矿物含量低, 低温蚀变矿物含量高; 且该带内矿物结晶度、 有序度及结晶温度均较低。 研究认为, 坡仔营钼矿发育着一个以花岗斑岩为中心的面型低温蚀变带, 而控制钼成矿的石英斑岩实为该蚀变带靠近官山嶂岩体的一部分。

利用同轴介质阻挡放电喷枪, 通过氩气的流动在大气压空气中产生了均匀的等离子体羽。 等离子体羽沿气流方向较为均匀, 但在喷嘴处为白色且亮度较高, 远离喷嘴处为蓝色, 亮度较低。 研究了等离子体羽长度与外加电压幅值、 驱动频率和气体流速的关系, 气流小于4 L·min-1时等离子羽的长度随气流的增大而增大, 而当气流大于4 L·min-1时长度随气流的增大而减小。 当气流保持恒定时, 等离子体羽的长度随外加电压幅值或驱动频率的增大而增大。 结合气体放电理论以及分析湍流和平流对放电的影响, 对等离子体羽长度随实验参数的变化进行了定性解释。 光学方法研究发现在外加电压正半周期等离子羽有一个发光脉冲, 而负半周期没有发光信号。 同轴介质阻挡放电正半周期有两个发光脉冲, 负半周期有一个发光脉冲。 通过对该N2现象的分析, 为等离子体羽的产生机制提供了一种可能的解释。 采集了同轴介质阻挡放电和等离子体羽的发射光谱, 研究发现除等离子体羽存在明显的OH和N2的发射谱线外, 其发射光谱没有明显差别。 利用光学发射谱N+2第一负带系, 对等离子体羽转动温度进行了测量, 发现转动温度沿远离喷嘴的方向逐渐降低, 且转动温度随电压幅值的增大而增大。

利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）提取物质在太赫兹波段的吸收谱是太赫兹应用的一个重要方面。 THz-TDS实验系统中的被测样片一般是多种成份的微粒与稀释剂（PE）按一定摩尔浓度混合研磨后压制而成的薄圆片。 一般认为, 吸收谱中出现的随频率缓慢上升的基线是源于样品颗粒对THz波的散射。 该基线对准确获取吸收谱中的特征吸收峰的峰高和峰形信息产生了影响, 故为了进一步对吸收谱实现准确的定量分析, 应设法移除基线, 消除样品颗粒散射对吸收谱的影响, 使吸收谱中的特征吸收峰更准确的体现被测物质在太赫兹频段内的吸收特性。 对基线产生的原因进行了分析, 对近年来出现的散射处理方法进行了综述, 为了验证文献中去除散射方法的合理性, 选取三种氨基酸进行实验, 对比了去除散射影响前后氨基酸的摩尔浓度计算精度, 结果表明, 去除散射影响后部分氨基酸的摩尔浓度计算精度得到了提高, 最后综合实验结果提出了THz吸收谱中去除散射影响需要进一步研究的方向。

在Britton-Robinson(BR)(pH为9.0)缓冲介质中, 微量Hg(Ⅱ)离子能诱使被巯基乙酸钠包被的AuNPs发生聚集, 以此诱发局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)散射峰的出现, 随着Hg(Ⅱ)浓度的不断增加, 体系在548 nm的LSPR散射信号显著增强, 其散射强度与Hg(Ⅱ)的浓度具有相关性, 且在0.08～0.8 μmol·L-1范围内呈现一定的线性关系, 由此构建了以Hg(Ⅱ)为目标分析物的LSPR散射分析检测方法, 检测限为8 nmol·L-1。 研究了体系的LSPR散射光谱以及吸收光谱, 利用扫描电镜考察了AuNPs与Hg(Ⅱ)反应前后粒径的变化情况, 发现单独的AuNPs呈现良好的分散状态, 当加入Hg(Ⅱ)后, AuNPs呈现聚集状态。 同时探讨了体系反应机理, 结果表明Hg(Ⅱ)的加入与AuNPs表面的羧基发生螯合作用诱导了AuNPs的聚集。 考察了体系对金属离子Hg(Ⅱ)的选择性, 实验中选择了一系列的金属离子与AuNPs作用, 其结果表明Hg(Ⅱ)与AuNPs作用的LSPR散射信号增强效果最为明显, 而其余离子即使在浓度较高时其LSPR散射强度依然较弱, 说明了实验设计方案对Hg(Ⅱ)具有优异的选择性。 此外, 研究了体系酸度, 离子强度以及稳定剂对体系的影响。 实验所建立起来的方法操作简单, 分析速度快速, 检测灵敏度较高。 该方法已经成功用于环境水样中痕量Hg(Ⅱ)的检测。

制备了均匀且透明的乙酰丙酮铕水合物掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。 Judd-Ofelt强场参数Ω2 (19.73×10-20 cm2)和Ω4 (2.19×10-20 cm2)表明在掺杂样品中三价铕离子周围环境具有较强共价性和反演非对称性。 计算得5D0→7FJ(J=1, 2和4)跃迁的最大发射截面分别为0.38×10-21, 4.90×10-21和0.36×10-21 cm2。 在365 nm紫外光的激发下样品发出紫红色荧光, 在254 nm紫外光激发下则呈现明亮的红色, 表明样品可作为紫外光敏感元件用于光学传感器。 掺杂样品折射率与纯PMMA的折射率之间存在合理的差值, 当其作为纤芯材料与包层材料纯PMMA结合制成标准尺寸9 μm/125 μm光纤时支持多模光传输, 为进一步研发医疗照明光纤、 柔性通讯光纤和光纤传感器提供基础。

通过高温固相法制备出系列电子俘获型材料Sr3SiO5∶Eu2+, RE3+(RE=Nd3+, Ho3+, La3+), 并对其光激励和长余辉性能进行了研究。 经过紫外光源激发后, 利用980 nm激光照射时, 表现出很强的上转换光激励信息读出响应, 其归因于较深陷阱（438 K）的存在, 这种性能在Sr3SiO5∶Eu2+, La3+和Sr3SiO5∶Eu2+, Ho3+两种材料表现尤为明显。 随后, 对陷阱的深度和载流子浓度进行了研究, 并分析产生光激励性能的原因。 热释光光谱中电子俘获参数的计算是通过Chen’s半宽方法, 得出438 K所对应的陷阱深度值, 并与980 nm激光辐照光源的能量形成对比。 与此同时, 共掺稀土离子后的余辉性能也有着较大幅度的提高, Sr3SiO5∶Eu2+, La3+的余辉时间更是达到12 h以上。 研究结果显示, 共掺样品的陷阱结构的改变是导致其光激励及余辉性能的根本原因。

利用高分辨率瞬时激光光谱技术, 研究了H2(1,1)与CO2碰撞中的能量转移。 受激拉曼泵浦把H2(0,1)激发到H2(1,1)能级, H2(1,1)与CO2碰撞, 使CO2的振转态得到布居, 通过泛频吸收得到CO2(0000)和(0001)的转动态分布, 测量H2(0,1)和H2(1,1)的CARS(相干反斯托克斯拉曼散射)谱, 得到这二个能级布居数密度之比, 而H2(0,1)密度通过在池温300 K下H2(v=0)的转动Boltzmann分布得到。 碰撞转移速率系数由一个速率方程得到, 对于CO2(0000)J=48～76, 速率系数ktr从(3.9±0.8)×10-11单调递增到(1.4±0.3)×10-10 cm3·molecule-1·s-1, 而对于(0001)J=5～33, 速率系数均在(4.3±0.9)×10-12 cm3·molecule-1·s-1附近。 随H2(1,1)的激发, 在0.5 μs内测量CO2(0000)和(0001)原生态的转动布居, 得到玻尔兹曼转动温度Trot, 对于(0000)态, 有Trot=1 100 K, 对于(0001)态有Trot＝310 K, 与池温接近。 利用泛频吸收线的多普勒增宽测量, 得到CO2各转动态的实验室平移温度Ttran和质心平移温度Trel, 对于(0000)J＝48和76, Trel分别为454和1 532 K, 平动能平均变化在231～1 848 cm-1之间, 而对于(0001)J＝5～33, 平均平动能基本无变化。

热解是废弃人造板高效回收利用的方式, 人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。 为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板, 解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂（UF）对木材热解特性的影响, 深入探索UF对人造板中木材各组分的作用机制, 以杨木及木材的三种主要组分（纤维素、 半纤维素、 木素）为研究对象, 创新性地依据杨木的化学组成, 以纤维素、 木聚糖和木素配制成模型物, 并加入UF模拟人造板的构成。 利用热重红外光谱联用（TG-FTIR）分析法, 对比分析了加入UF前后模型物以及杨木各主要组分的热失重特性及气相演变规律。 热重及红外结果表明, UF促进了纤维素热解过程中水和羧酸类物质的生成。 UF与木素结合生成热不稳定的含氮结构, 释放大量氨气, 并且在200～300 ℃区间内参与了木素的热解并直接影响木素热解产物的生成。 由此推测, 在人造板热解过程中, 木材三种主要组分中与UF作用的主要成分是木素。

为进一步提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率, 提出了一种折返式弹光调制干涉仪结构, 该结构通过在弹光晶体前后表面镀制相互交错的的全反射膜, 并让入射光线以约10°的倾斜角入射, 使得被测光束在晶体内部产生多次反射, 增大光在干涉仪中的传播距离并提高了调制光程差。 建立了折返式弹光调制傅里叶变换光谱仪干涉-光谱反演数学模型, 并在此基础上设计搭建了相应的前置收集光系统, 并进行了激光光源和氙灯光源的遥测实验, 实验所得干涉条纹清晰、 稳定, 结果表明, 所设计的多次反射式弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率达到13 cm-1, 且该方案使得光线在晶体内部产生反射, 降低了光能损失, 保证了系统性噪比。 最后的光谱反演结果表明, 所设计光谱系统的技术可行, 为后续的样机研制以及光谱、 辐射标定等工作奠定了基础。

研究了近红外定性分析中模型的稳健性与适应性问题。 讨论了单独建模延长建模周期对模型性能的影响, 结果显示这种方法可以显著提高模型的稳健性, 同时对模型的台间适应性也有所提升, 但提升作用有限; 研究了不同仪器联合建模的方法对模型性能的影响, 该方法不仅可以显著提高模型的适应性, 而且可以有效提高模型的稳健性。 对比单独建模, 可以缩短建模时间, 减少模型建立的工作量; 延长模型的适用期限, 提高建模效率。 结果表明, 对模型适应性的测试, 单独建模其正确识别率较低, 不能满足应用的要求, 而多台仪器联合建模可以达到90%以上, 提升效果明显; 对模型稳健性的测试, 联合建模也能得到相比单独建模更好的模型识别效果, 具有很好的应用价值。

强化生物除磷是废水生物除磷的主要技术手段。 在厌氧与好氧交替运行的反应过程中, 污泥中聚β羟基烷酸酯（PHA）经历了厌氧储存和好氧降解的过程, 其位于1 740 cm-1吸收峰亦呈现出先增强后减弱的变化。 通过比较PHA标准品的红外光谱图, 实现了活性污泥PHA的红外特征归属, 1 740 cm-1红外吸收峰源于PHA羰基特征吸收。 利用高斯分峰法将相互重叠的PHA峰、 蛋白质Ⅰ峰和蛋白质Ⅱ峰进行了分离, PHA与蛋白质Ⅰ峰的峰面积比值与PHA测定值有较好相关性, 相关系数可达0.873, 峰面积比值可反映污泥中PHA的变化趋势。 选取1 480~1 780 cm-1区域红外光谱, 经过归一化处理并转化为吸光度数据后, 结合污泥样品PHA含量的色谱分析结果, 应用偏最小二乘法建立了污泥样品红外光谱与PHA含量的关系模型, 模型预测值与测量值具有较好的一致性, 结合未知浓度活性污泥样品的红外光谱以及该关系模型, 可以迅速预测未知污泥样品中的PHA含量。 该方法的研究为污泥胞内PHA的快速表征和定量分析提供了新的分析方法。

采用石墨还原法成功制备了富氧相Ce2Zr2O8, 选用缺氧相Nd2Zr2O7替代其前驱体CeZrO3.5+δ进行结构对比分析, 利用X射线衍射（XRD）、 拉曼光谱（Raman）、 红外光谱（IR）及X射线光电子能谱（XPS）对样品体、 表晶体结构进行表征。 XRD结果表明, Ce2Zr2O8相具有典型烧绿石结构特征, 表征Ce/Zr阳离子有序排列的超结构峰非常明显, 但其Zr—O配位体由前驱体中的［ZrO6］八面体转变为［ZrO8］立方体, ［ZrO8］配位体形成大大降低了Ce2Zr2O8的结构稳定性。 Raman和IR结果表明, Ce2Zr2O8相的振动光谱谱带比其前驱体替代物Nd2Zr2O7显著增多, 说明氧离子的富集导致Ce2Zr2O8相中某些振动简并峰消除简并, 该结果进一步证实了其结构对称性较前驱体更低。 XPS结果表明, Ce2Zr2O8相表面Ce(Ⅳ)特征峰（916.3 eV）非常明显, 没有Ce(Ⅲ)特征峰（885 eV）出现, 说明该相前驱体中的Ce3+已被完全氧化成Ce4+; Ce2Zr2O8相中Zr(3d)结合能与萤石相Gd1.2U0.8Zr2O7+y接近证实其表面形成了与体相一致的［ZrO8］配体; O(1s)低位结合能升高表明Ce2Zr2O8体相氧种介于晶格氧和吸附氧之间, 高位氧峰出现说明其表面含有吸附氧, 吸附氧与Ce2Zr2O8体相结合强度介于CeO2和Nd2Zr2O7之间。

随着地震断裂带气体观测技术的快速发展, 为了对地震进行精确的预报, 减少因地震给人民群众生命和财产带来的损失, 根据甲烷气体的释放与地震前上地壳岩石的微裂隙有直接关系的这一微观变化, 设计并研制中红外痕量甲烷气体检测仪。 仪器采用激发波长为7.65 μm的量子级联激光器(QCL), 结合双光路长度为76 m的多次反射herriott长光程气体吸收池, 可以在4 s的采样时间内实现40 nmol·mol-1气体检测灵敏度。 同时, 采用半导体激光器频率调制直接光谱吸收技术, 降低了该仪器噪声的主要来源1/f噪声, 使气体检测下限达到5 nmol·mol-1 (40 s采用时间)。 在野外实验中, 利用可控震源车作为模拟地震源, 将6个痕量甲烷检测仪以100 m为距离等间隔放置, 对距震源中心不同距离下的地表面甲烷气体浓度进行动态测量。 实验表明, 该仪器可以监测地震前地下痕量甲烷气体的释放, 为地震前兆预警提供新的途径。

现阶段水稻种子发芽率测试仍然按照传统的农作物种子发芽技术规定进行发芽试验, 此方法存在试验周期长、 成本高、 专业性要求高等缺点, 本研究提出一种基于近红外光谱技术的快速、 无损测试杂交水稻种子发芽率的新方法。 采用人工老化方法在温度45 ℃、 湿度100%的条件下分别老化处理2个品种杂交水稻种子0, 24, 48, 72, 96, 120, 144 h; 用近红外光谱仪分别采集2个品种不同老化时间段杂交水稻种子光谱数据共280份, 随机分成校正集（168份）和检验集（112份）; 测试不同老化时间段的水稻种子发芽率; 以偏最小二乘算法（PLS）建立了回归模型, 分析不同光谱波段和比较不同光谱预处理方法对模型精度的影响。 2个品种的水稻种子光谱数据采用全波段和标准化＋正交信号校正预处理时模型最优, 模型校正集决定系数（RC）与验证集相关系数（RP）分别为0.965和0.931, 校正标准误差（SEC）与预测标准误差（SEP）分别为1.929和2.899, 验证集预测值与真实值之间的相对误差在4.2%以内。 研究结果表明利用近红外光谱分析技术进行杂交水稻种子发芽率的快速无损检测是可行的。

从校正的角度出发, 研究了近红外定性分析中模型稳定性问题。 以13个玉米品种为研究对象, 针对数据采集时间不同带来的模型失效问题, 借鉴近红外光谱定量分析中两台仪器间模型传递的思想, 将直接模型传递(Direct Standardization)算法用于校正同一仪器不同时间采集的光谱, 使得一次建立的品种鉴别模型, 能用于其余时间测试数据的鉴别。 首先采用Kennard/Stone算法在主光谱集中选取校正样品集, 按照对应的编号从从光谱集中取出对应的数据, 然后对校正样品集采用DS算法求取两组数据间的变换关系, 再对剩余的从光谱集进行相应的变换得到适用于模型的光谱。 实验中对比了校正样本数和模型校正位置对校正结果的影响, 分别从品种定性鉴别准确性和校正前后主光谱数据和从光谱数据分布距离两方面分析了实验结果。 结果表明, 该方法能有效地解决同一仪器随着采样时间推移产生的光谱偏移现象, 对采样时间不同的测试集均得到较高的识别率, 提高了模型的鲁棒性和适用范围, 由实验结果可见, 校正位置处于特征提取之后时, 校正效果最佳。

利用我国自主生产的近红外组织血氧参数无损监测仪对8名中长跑运动员在功率自行车上作等级递增负荷运动时, 大腿股四头肌组织中肌氧含量的变化进行监测与分析, 同时测量运动员的血乳酸浓度、 血容量和心率的变化。 结果显示肌氧含量与运动负荷、 血乳酸、 血容量、 心率密切相关（p<0.01）。 对一人经过多次测定肌氧含量和血乳酸浓度, 结果呈规律性的下降和上升, 每次之间数值的横向比对, 没有明显变化。 由此表明, 可以根据运动时骨骼肌中肌氧含量的变化来判断受试者所能承受的运动强度和在对应强度下所对应的血乳酸浓度以及肌氧下降的拐点所对应的血乳酸上升的拐点。 通过调查, 了解NIRS 技术在运动领域中的研究及应用的现状, 分析存在的主要问题和今后的研究趋向。 目的在于使大家通过对NIRS技术的不断了解, 认识到我国自主生产的近红外组织血氧参数无损监测仪所测的肌氧含量指标, 作为测定运动氧代谢能力是一项敏感的、 无损的、 实时可靠的指标, 与传统有创的、 离体的、 繁琐的检测手段相比较具有不可替代的优势。

水分含量是表征作物水分胁迫生理状况的重要指标, 及时有效地监测作物水分含量对于评估作物水分亏缺平衡, 指导农业生产灌溉具有重要意义。 基于NIR-Red二维光谱特征空间, 尝试构建一种新的作物水分监测指数PWI来估算作物水分含量。 以冬小麦作物植被水分含量估算为尝试对象。 首先, 利用地面实测小麦冠层高光谱数据, 结合对应卫星光谱响应函数, 模拟当前常用卫星HJ-CCD和ZY-3多光谱数据; 然后, 对基于NIR-Red二维光谱特征空间的现有植被指数PDI（垂直干旱指数）和PVI（垂直植被指数）进行改进, 通过比值变换的方法构建新的指数PWI来估算冬小麦植株含水量(VWC）。 结果显示: 基于模拟的HJ-CCD和ZY-3卫星宽波段多光谱数据生成的PWI估算小麦VWC具有良好的效果, R2分别达到0.684和0.683, 均达到了极显著水平。 利用检验样本得到冬小麦VWC估算的R2和RMSE分别为0.764和0.764, 3.837%和3.840%, 这表明应用提出的新指数PWI估测作物含水量具有一定可行性。 同时, 也为当前利用主要国产卫星遥感数据HJ-CCD和ZY-3开展作物水分遥感监测应用提供了一种新方法。

用傅里叶变换红外光谱技术结合光谱检索的方法对石斛茎进行品种鉴别研究。 测试了23个品种, 165株石斛茎样品的红外光谱, 光谱显示, 各样品的红外光谱非常相似, 石斛茎中的主要成分是纤维素等多糖物质。 利用光谱软件Omnic8.0建立了三个光谱数据库Lib01、 Lib02和Lib03, Lib01由每个品种前4株样品的平均光谱组成, Lib02由平均光谱的一阶导数光谱组成, Lib03由平均光谱的二阶导数光谱组成。 各样品光谱分别与Lib01进行指定在1 800～500 cm-1光谱范围的相关性、 平方差和平方微分差检索, 相关性检索的正确率达到92.7%, 平方差检索的正确率达到74.5%, 平方微分差检索的正确率达到92.7%。 各样品光谱的一阶导数光谱和二阶导数光谱分别与Lib02和Lib03进行指定在1 800～500 cm-1光谱范围的平方微分差检索, 一阶导数光谱的检索正确率达到93.9%, 二阶导数光谱的检索正确率达到90.3%。 结果表明, 平方微分差算法的一阶导数红外光谱检索更适合于石斛的品种鉴别。 红外光谱结合光谱检索的方法能较好的鉴别不同品种的石斛, 有望成为简便、 易行的植物品种鉴别方法。

柑桔黄龙病是一种以木虱为载体的细菌病原, 目前还没有行之有效的治疗方法, 对世界柑桔产业构成了严重的威胁。 探索快速检测柑桔黄龙病的方法, 对该病的诊断、 评估及进一步的控制都具有重要意义。 该研究采用了快速、 无损的光谱方法对该病害特征进行初步探索。 实验针对健康及染病植株的叶片及冠层, 分别在实验室条件及田间环境下测量了其可见-近红外光谱反射率, 以分析寻找二者的光谱差异。 对原始光谱数据进行了平滑、 聚类平均等预处理, 并求取了一阶微分以确定其红边位置（red edge position, REP）。 为了应对一阶微分在REP处的多个波峰现象, 采用了线性外插值法及拉格朗日插值法量化REP。 研究结果显示, 健康及染病样本的反射率在可见光、 近红外具有明显的差异。 相比于健康样本, 染病样本因其呈现的黄化现象, 使其反射率在可见光区较高; 又因黄龙病菌会明显阻碍叶片对水分的吸收而使其反射率在近红外较低。 REP同样显示了潜在的区分能力, 其明显随着染病程度的加深逐渐向红波段移动。 在染病程度差异较大的数据集中, REP平均值相差达20 nm; 而在染病程度差异较小的数据集中, 阈值分割法的分类精度也高达90%以上, 且线性外插值法的分类精度略高于拉格朗日插值法。 本研究成果为利用光谱技术快速无损检测柑桔黄龙病提供了可靠的理论依据。

抽采瓦斯气分离产物特性精确获取是水合分离新技术应用关键。 针对两种浓度构成的瓦斯混合气（CO2—CH4—N2）, 利用瓦斯水合分离产物Raman测试装置, 原位合成两种水合物样品并观测Raman光谱。 基于客体分子振动模式、 “松笼-紧笼”模型及Raman谱带面积比, 结合van der Waals-Platteeuw模型, 确定出水合物晶体结构, 计算出晶体孔穴占有率、 水合指数等结构参数。 结果表明, 两种瓦斯水合物样品均为Ⅰ型结构, 其大孔穴占有率分别为98.57%和98.52%, 小孔穴占有率分别为29.93%和33.87%, 小孔穴不易被客体分子填充; 两种分离产物水合指数比较接近, 分别为7.14和6.98, 均大于Ⅰ型水合物水合指数理论值。

实验采集多菌灵农药的固体和液体拉曼光谱信号, 对固体的原始拉曼光谱信号进行小波去噪预处理, 利用正交试验方法筛选小波去噪参数的最优组合。 结果表明, 采用db2小波基函数、 分解层数为2、 阈值方案选择为rigrsure、 重调方式为sln时, 去噪效果最好, 信噪比为62.483。 根据不同官能团的振动模式, 对去噪后的拉曼光谱分3个波数段（1 400～2 000, 700～1 400, 200～700 cm-1）进行谱峰归属和分析, 得到了多菌灵农药分子在不同波数范围内的特征振动模式, 其中, 在619, 725, 964, 1 022, 1 265, 1 274和1 478 cm-1处的拉曼信号较强, 可作为固体多菌灵农药的特征峰。 从多菌灵农药的液体拉曼光谱中, 找到了629, 727, 1 001, 1 219, 1 258和1 365 cm-1特征峰, 这些特征峰跟固体多菌灵农药的特征峰基本吻合。 研究结果可为拉曼光谱分析技术在食品及农产品中农药残留的快速筛选提供判别依据。

采用共聚焦显微拉曼技术研究了炭疽病感染所致茶叶细胞壁结构和化学成分的变化。 对茶叶健康和染病组织细胞进行微米级空间分辨率的显微拉曼光谱扫描, 并结合透射电镜观察炭疽病侵染所致的细胞超微结构变化, 结果显示染病前后细胞壁的拉曼光谱位移和强度都有明显的差异, 表明炭疽病侵染导致细胞壁中化学成分发生了较大的变化。 其中由纤维素, 果胶, 酯类化合物产生的拉曼峰强度都有明显下降, 说明细胞壁中这些物质的含量在染病后减少了; 而木质素拉曼散射引起的拉曼峰强度有所上升, 说明木质素的含量在染病后有所增加。 随后基于纤维素的拉曼指纹波数和显微空间结构信息实现了茶叶健康组织和染病组织细胞壁中纤维素的化学成像分析, 结果显示炭疽病侵染不仅导致细胞壁中纤维素的含量大大减少, 而且纤维素的有序结构被破坏。 由此得出结论: 在无需对样本进行染色或复杂的化学处理的情况下, 共聚焦显微拉曼可以揭示由炭疽病侵染引起的茶叶细胞壁化学成分和结构的变化, 本研究是共聚焦显微拉曼技术首次用于植物病理学中寄主-病原物互作机制的研究, 将为深入研究寄主-病原物在细胞层面上的互作机制开辟蹊径。

Southern杂交作为黄金标准, 已广泛运用于DNA的检测上。 但是, 经典的southern杂交和近年来一些DNA检测方法存在放射性污染, 操作繁琐, 耗时, 对实验仪器设备要求高等问题。 本文利用异硫氰酸荧光素(FITC)标记的dUTP合成DNA探针建立了快速检测DNA的液相杂交方法。 该方法包括探针制备、 液相杂交、 电泳分离和信号检测四个步骤, 并在此基础上对FITC-双链和FITC-单链探针的杂交效果作了比较。 结果显示, 使用FITC标记的两种探针都能取得良好的实验结果, 但单链探针较双链的检测灵敏度高; 双链DNA探针可以检测出0.8 μg(3.64×10-13 mol)的质粒, 而单链DNA探针可以检测出0.38 μg(1.82×10-13 mol)的质粒DNA, 在检出效率上是前者的2.1倍。 整个检测过程操作简便, 可在3 h内完成, 可较好地解决了其他DNA检测方法存在的费时费力的问题。

DOM是土壤中一种活跃的组分, 研究其组成、 分布和腐殖化特点对揭示土壤地球化学环境行为特征具有重要意义。 蔬菜大棚作为一种特殊的土地利用类型, 受人类活动影响较为强烈, 长期人类活动的作用会影响其土壤中DOM构成和土壤腐殖化过程的空间分布。 但关于蔬菜大棚土壤DOM特征的研究鲜见报道。 基于此, 利用三维荧光图谱技术, 结合PARAFAC模型, 解析具有长期种植年限的北方典型蔬菜种植基地土壤DOM的特征。 结果显示, 蔬菜大棚土壤DOM主要由类富里酸(C1)、 类胡敏酸(C2)和类蛋白 (C3)物质组成, 以C1组分为主。 空间分布特征显示: 在垂直方向上, 随着剖面深度的增加, C1和C2组分都明显减少, 而C3组分先增后减, DOM的腐殖化程度从0～20到30～40 cm明显降低, 到40～50 cm又有所增加; 在水平方向上, C2组分的含量在每层的空间变异均较大, C1组分在每层的空间变化均较小, C3组分介于上述二者之间, 土壤的腐殖化指数在每层的空间变异均较大。 上述结果表明, 蔬菜大棚土壤的腐殖化进程在表层较快, 此外, 腐殖化进程具有较大的空间变异特性。 本研究的意义在于: （1）通过三维荧光光谱揭示了了北方蔬菜大棚土壤DOM的组成及其空间异质性特点; （2）将PARAFAC模型用于土壤DOM的分析中, 并成功对其DOM的组分特征进行定量表征, 对土壤DOM的研究提供了新的思路。

在pH 为4.6的HAc-NaAc介质中, 盐酸巴马汀与桑色素通过静电引力发生反应, 得到具有疏水性的离子缔合物, 致使体系在308 nm处的共振光散射信号显著增强。 研究表明, 体系增强的共振光散射信号强度与盐酸巴马汀的浓度在0.08～1.0 μmol·L-1之间具有良好的线性关系, 检测限为8.0 nmol·L-1。 由此建立了用于盐酸巴马汀检测的共振光散射分析方法。 研究了体系的散射光谱和吸收光谱, 通过扫描电镜和动态光散射考察离子缔合物的聚集情况并研究了体系的反应机理, 研究了酸度及离子强度对体系的影响, 最终实验选择pH 4.6的HAc-NaAc缓冲, 不加NaCl控制体系离子强度的情况下信号最佳。 探讨了体系的稳定性, 结果显示本反应体系反应迅速, 5min内散射强度即可达到最大值并至少能稳定120 min。 考察了可能存在的共存物质的影响, 结果发现常见的金属离子, 无机阴离子, 部分糖类及氨基酸不影响对盐酸巴马汀的检测。 该方法具有简单, 快速, 灵敏度高的优点。 该法成功用于实际药片和胶囊中盐酸巴马汀含量的测定, RSD≤3.3%。

闭式等离子体可以克服等离子体隐身技术在开放环境中等离子体难以维持及能耗过大的问题。 针对等离子体隐身应用, 设计了一种封闭式的等离子体发生装置, 选用微秒脉冲电源, 以氩气为工质气体, 在低气压环境下进行了放电实验。 采用发射光谱法, 测量了密闭腔体内部厚度方向上的Ar谱线强度, 并将碰撞-辐射模型用于分析等离子体参数的分布规律。 当放电参数确定时, 给定电子温度和电子密度, 可通过碰撞-辐射模型计算得到2p能级上的布居分布比值, 将其与从光谱数据中得到的布居分布比值进行比较, 当差异值最小时, 即可确定相应的等离子体参数。 通过对电子温度在1～5 eV范围内的2p9和2p1能级布居分布比值进行计算, 分析了碰撞-辐射模型计算可能存在的误差。 实验结果表明, 在厚度方向上, 封闭式腔体中的等离子体电子密度达到1011 cm-3量级且呈一定的梯度分布, 但变化幅度不大, 其分布情况有利于等离子体隐身技术的应用。

叶绿素含量的快速估算对于及时了解作物的长势、 病虫害监测以及产量的评估都具有重要意义。 利用自主研发的多角度成像观测系统获取了不同生育期玉米的高光谱影像, 精确地提取出主平面内各个观测角度下玉米冠层的反射率。 通过对ACRM模型模拟值和实测值的分析, 计算出玉米冠层红波段下的热点-暗点指数（HDS）, 并利用该指数对TCARI进行改进, 提出一个基于多角度观测的新型植被指数HD-TCARI, 最后使用多角度高光谱成像数据对其进行了地面验证。 结果表明, HD-TCARI能够减小LAI对叶绿素估算的影响, 当叶绿素浓度大于30 μg·cm-2, HD-TCARI与LAI的相关性R2仅为26.88%～28.72%; 当叶绿素浓度较高时, HD-TCARI具有抗“饱和”的特性在LAI在1～6之间变化时, HD-TCARI与叶绿素浓度的线性关系R2较TCARI提高了约9%左右。 利用多角度高光谱成像数据对HD-TCARI进行地面验证, 其与叶绿素浓度的线性关系(R2=66.74%)明显优于TCARI所建立的估算模型(R2=39.92%), 证明了HD-TCARI指数具有更好地估算叶绿素浓度的潜力。

为了有效的解决玉米苗期冠层叶片营养状态车载动态诊断过程中, 土壤干扰信息无法剔除的问题, 本文提出了一种动态测量用光谱指数MPRI, 根据MPRI的构成和特点、 论述了利用MPRI辨识土壤与冠层光谱信息的机理, 构建了基于MPRI的玉米苗期冠层叶片叶绿素含量的预测模型, 通过车载式作物长势检测系统平台, 运用模型对玉米苗期冠层叶片营养状态进行动态诊断与评估, 取得良好的效果。 研究表明: 在车载动态条件下测量玉米苗期冠层叶片营养状态时, 土壤的MPRI呈正值而玉米冠层的MPRI呈负值, 因此使用光谱指数MPRI能够有效识别土壤背景与冠层叶片光谱信息。 设定固定的阈值, 能够较为准确和便捷的去除土壤背景光谱信息。 基于MPRI构建的冠层叶片叶绿素含量的动态测量预测模型, 能够准确的表征冠层叶片的叶绿素含量, 模型决定系数R2达0.72, 动态测量中对植株冠层的识别率达80%。 与其他常用的指数相比, 在车载动态测量环境下, 光谱指数MPRI具有土壤背景信息识别速度快、 正确率高, 模型预测精度良好等特点, 为玉米苗期冠层营养状态的诊断提供了新的途径。

利用紫外吸收光谱、 荧光光谱、 相溶解度等方法考察了七元瓜环（Q<参考文献原文>）对10-羟基喜树碱（HCPT）理化性质及抗癌活性的影响。 研究结果表明在pH 2.0的盐酸介质中, 随着主客体NQ<参考文献原文>/NHCPT比例的增加, 客体HCPT在λ265 nm 的紫外吸收强度明显下降并且波长发生红移, 而在λ425 nm的吸收强度却增加并在λ387 nm波长处有明显的等吸收点。 HCPT的荧光光谱表现出在λ558 nm荧光发射峰的荧光强度呈下降趋势并发生波长蓝移现象。 摩尔比法和Job法的研究得出主体Q<参考文献原文>与客体HCPT形成了2∶1的主客体配合物, Reactlab EQULLIBRIA software○R程序计算了紫外吸收法和荧光光谱法的主客体配合物的总稳定常数（β）分别为1.549×1013 L2·mol-2和0.907×1013 L2·mol-2; 相溶解度实验的结果表明当Q<参考文献原文>的浓度为1×10-3 mol·L-1时, 可使HCPT的溶解度增大约250倍, 而利用共蒸发法制备的Q<参考文献原文>-HCPT固体包合物则可使HCPT在水中的溶解度提高约1170倍; 体外人肺癌细胞株A549和人白血病细胞株K562的细胞毒活性测试结果表明, 与单纯的HCPT比较, 包合物的形成对HCPT的抗癌活性影响不大。

快速且准确估算土壤含水量已成为农林业水资源监测的热点问题, 应用植被指数估算土壤含水量的方法已得到广泛认可和应用。 以便携式光谱仪测定的高光谱数据为基础计算得到8种植被指数, 通过灰色关联分析法（GRA）对八种植被指数和基于红外热像仪测定的冠层温度进行分析与筛选, 选取与土壤含水量具有较高相关性的指标进行多元线性回归分析, 构建基于多种植被指数的土壤含水量估算模型(SMBMVI), 并做模型精度分析。 精度评价结果表明: 模型拟合度较高, 达到极显著水平（p＜0.000）, 土壤含水量估算值与实测值具有较高相关性, ｒ为0.636 1, RMSE为2.149 9。 该方法引入多种植被指数, 采用非接触式的测量方法估算小尺度研究对象的土壤含水量, 能够作为遥感反演和直接测定土壤含水量的一种有效替代方法。 模型的建立可以快速、 准确的估算土壤含水量, 为农林业水资源监测管理提供理论与技术参考。

基于盐酸介质中亚硝酸根对过硫酸钾氧化甲基红的褪色反应具有明显的催化作用, 提出了测定痕量亚硝酸根的“NO-2-S2O2-8-MR”新体系。 结合单因素实验和正交实验建立了该新体系测定痕量亚硝酸根的最佳条件, 分析了最佳实验条件下痕量亚硝酸根测定的标准曲线、 检出限、 精密度和抗离子干扰性能, 并讨论了其反应动力学原理及参数, 推导了测定痕量亚硝酸根的定量依据。 研究表明, 该痕量亚硝酸根测定方法的最佳实验条件为: 1.0 mL 0.3 mol·L-1盐酸, 1.0 mL 0.01 mol·L-1过硫酸钾, 0.6 mL 0.2 g·L-1甲基红, 在80 ℃水浴加热9 min; 定量依据为: 在最佳条件下, 甲基红最大吸收波长518 nm处的浓度变化ln(A0/A)与亚硝酸根浓度呈良好线性关系, 其线性范围为0.01～0.80 mg·L-1, 检出限为0.007 mg·L-1; 动力学特征为: 亚硝酸根是一级反应, 该体系符合准一级反应特征, 表观活化能为85.04 kJ·mol-1, 80 ℃时表观速率常数为0.021 4 min-1, 半衰期为32.39 min; 动力学原理为: 甲基红浓度变化ln(A0/A)与亚硝酸根浓度符合以下正比关系ln(A0/A)=kｃNO-2; 该痕量亚硝酸根测定方法尚未见报道, 精密度、 准确度高, 选择性好, 多数常见离子不干扰亚硝酸根测定, 且该方法操作方便, 所用试剂廉价无毒, 直接用于实测食品及水样中痕量亚硝酸根含量, 结果满意。

基线校正是光谱分析的重要环节, 现有算法通常需要设定关键参数, 不具备自适应性。 根据总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)残余量特点, 提出用残余量拟合光谱基线。 通过残余量与信号相关性、 残余量自相关和互相关性（称为残余相关准则）判断残余量是否是基线组成部分, 以此为基础提出一种自适应的EEMD残余相关基线校正算法。 对叠加曲线背景和线性背景的模拟光谱数据进行实验, 结果显示在已知基线数学假设情况下, EEMD残余相关法逊于多项式拟合, 同非线性拟合相差不多, 优于小波分解。 在没有光谱背景知识情况下, 对真实拉曼光谱数据进行试验。 经过上述方法预处理过的玉米叶片光谱采用3层BP神经网络建立与叶绿素之间预测模型, 经过残余相关基线校正的模型具有最大校正相关系数和预测相关系数, 最小交叉验证标准差和相对分析误差。 各种基线校正方法中, 残余相关基线校正对特征峰峰位、 峰强和峰宽影响最小。 实验表明, 该算法可用于拉曼谱图基线校正, 无需分析样品成分的先验知识, 无需选择合适的拟合函数、 拟合数据点、 拟合阶次以及基函数和分解层数, 也无需基线信号分布的数学假设, 自适应性很强。

林龄（龄组）是划分林分结构的主要指标之一, 其对监测森林健康, 推进森林可持续发展具有重要意义。 本文提出一种基于遥感数据的龄组植被指数（AGVI）, 并对其可行性进行验证。 以福建省三明市、 将乐县、 沙县、 南平市、 华安县、 云霄县、 南安市、 安溪县、 莆田市、 长汀县、 建阳市、 宁德市及福清市等13个县（市）518组松林龄组数据及同时相HJ-1 CCD多光谱影像为基础, 对各龄组松林冠层的蓝光、 绿光、 红光、 近红外及NDVI的光谱差异性进行分析, 各龄组在近红外波段表现为幼龄林＞中龄林＞过熟林＞成熟林＞近熟林的特征, NDVI则表现为成熟林＞近熟林＞过熟林＞幼龄林＞中龄林的特征, 由此构建龄组植被指数AGVI; 该指数可以扩大各龄组松林的绝对及相对光谱差异。 采用K-均值法对松林AGVI进行聚类分析, 结果显示, 松林龄组的划分精度为80.45%, 准确率为90.41%。 由此证实本文所构建的龄组植被指数具备有效性。

快速、 准确的进行光谱重建是高保真印刷复制研究的难点。 针对多个基色参与复制造成颜色在光谱表征和油墨配比之间转换模型复杂的问题, 提出了一种用于高保真印刷的特征光谱提取和匹配方法。 该方法利用光谱的导数变换对印刷基色油墨的特征光谱波段进行了筛选和提取, 在此基础上提出了特征光谱的多阈值编码算法; 针对高保真印刷中的分区判断问题, 利用导数平均特征光谱表示各分区特征, 并通过目标光谱与各分区的导数平均特征光谱的光谱匹配算法, 解决了高保真印刷中的分区判断问题。 实验结果表明, 提取的特征光谱波段能够显著代表各个基色的光谱特征, 基于特征光谱的色彩转换模型精度高于基于全波段的色彩转换模型; 光谱匹配算法在判断分区上达到了很高的精度, 极大的提高了效率, 具有较高的实用性。

近年来, 吉林省西部盐渍化土壤面积不断扩大, 土壤质量退化日趋加剧, 不但对该区域的土地资源造成了严重的破坏, 而且对农业生产和生态环境构成巨大的威胁。 该研究将遥感信息中的偏振信息和高光谱信息相结合, 通过对吉林省西部盐渍化土壤光谱特征的获取, 选择合适的波段, 建立普适模型, 并进行科学验证。 研究表明, 盐渍化土壤的偏振高光谱信息与其理化属性参数具有一定的相关关系, 并具有规律性, 这对盐渍化土壤表面反射机理研究、 盐渍化土壤目标与背景的识别、 分类, 土壤偏振传感器的研制、 偏振光遥感信息的利用以及定量遥感的发展均具有重大理论意义。

铁皮石斛是我国传统的中草药, 多糖含量是衡量其品质优劣的一个重要指标。 主要研究铁皮石斛多糖含量与光谱间的关系, 旨在寻找铁皮石斛多糖含量的无损检测方法。 研究方法: 实验材料选自不同处理铁皮石斛组培苗和不同生长阶段的驯化苗。 其中36个样本作为建模样本建立模型, 11个样本作为检验样本对模型进行检验。 分别采用偏最小二乘回归法和因子分析法建立样本光谱与多糖含量间的关系。 结果表明: （1）光谱一阶微分与多糖含量的相关性优于光谱反射率, 其中对多糖含量较敏感的波段主要集中在可见光区域。 （2）偏最小二乘回归法的模型决定系数最高, 但其预测能力较差。 因子分析法模型具有较好预测能力, 基于光谱反射率因子分析模型和基于光谱一阶微分因子分析模型的相对分析误差分别为2.269和2.305。

永定河流域的土壤类型及含水量与植被覆盖指数是影响该流域水量的重要因素, 利用传统取样法对该流域土壤类型及含水量进行调查, 耗费人力的同时还会因仪器误差等客观因素造成实验精度下降。 选择永定河流域（北京地区）为研究区, 利用全站仪进行野外调查测定34块样地并取样, 结合1978—2009年6期的TM影像数据对土壤信息进行提取, 研究该地区的土壤含水量与各类多光谱遥感因子间的相关关系, 利用遗传算法对土壤归一化水体指数(NDWI)的主要影响因子进行筛选, 因NDWI是基于绿波段与近红外波段的归一化比值指数, 一般用来提取影像中的水体信息, 效果较好。 为了更准确的筛选与土壤含水量相关的因子, 利用遗传算法全局择优的特点, 通过控制迭代次数加速收敛来筛选关键因子。 进而利用多元回归的方法建立NDWI反演模型, 分析出模型的内符合精度为0.987, 并利用边缘树种进行外符合精度检验, 得出: 土壤中速效氮、 磷、 钾的含量与经度相关性不明显, 却与纬度和土层成正相关关系, 当模型计算的迭代次数Maxgen达到最优时, 内符合精度为87.6%。 通过遥感影像与野外调查相结合的方法得到的土壤NDWI与植被盖度、 地形、 气候等相关因子的模型而计算得出的NDWI值与单纯利用传统土壤取样法得到的值进行对比分析, 得出平均相对误差E为-0.021%, 外符合精度P达到87.54%。 该模型的建立可为日后对永定河流域土壤水分及有机质的分析与研究提供较好的实践及理论依据。

土壤有效氮是反应土壤肥力的一个重要指标。 高光谱技术对土壤有效氮进行监测和评价可以为土地复垦和生态修复提供指导性的动态信息。 针对国家矿山公园高光谱有效氮监测研究的空白和偏最小二乘回归（PLSR）计算效率问题, 利用ASD FieldSpec 3光谱仪采集了晋华宫矿南山煤矸石山景区（晋华宫矿国家矿山公园组成部分）, 30个碱化栗钙土土样350～2 500 nm波段的光谱曲线, 研究了土壤光谱与土壤有效氮含量之间的关系。 对土壤反射率光谱进行一阶微分和倒数的对数变换, 然后在提取特征吸收波段的基础上, 分别进行PLSR和进入法-偏最小二乘回归（Enter-PLSR）建立估算模型并检验。 结果表明Enter-PLSR估算模型在保证与PLSR估算模型相近准确度的情况下, 自变量从122个降低到12个, 大大提高了计算效率, 在填补国家矿山公园高光谱有效氮监测研究空白的同时弥补了PLSR方法计算效率的不足。

高光谱遥感技术已成为当前遥感领域的前沿技术, 因其高分辨率的特点, 可利用地物反射光谱特征定量反演地物的物理化学性质。 目前土壤环境质量愈来愈受到关注, 土壤重金属含量与土壤环境质量安全密切相关, 以往土壤高光谱遥感技术研究多注重于土壤有机成分如土壤碳氮的光谱反演模型, 对土壤重金属含量的高光谱反演研究普遍较少。 土壤重金属污染已经成为影响土壤质量安全的关键因素, 对土壤重金属尤其是污染元素普查是当务之急。 传统土壤重金属的测试方法要求条件较高, 测试周期较长, 试图建立土壤高光谱与土壤铬元素（ICP-MS测定）含量之间的定量预测模型, 以实现土壤铬元素的快速准确预测。 采集福州市土壤样品135个, 对土壤样品在350～2 500 nm的光谱反射率进行倒数、 对数、 微分等六种变换, 筛选出对土壤总铬含量敏感的光谱波段, 最后获得福州土壤铬元素高光谱反演优化模型。 研究结果表明: 亚热带红壤总铬的敏感光谱波段为: 可见光520～530 nm和近红外1 440～1 450, 2 010～2 020, 2 230～2 240 nm; 亚热带地区土壤总铬—高光谱反演的优化模型为: y=120.768e-7.037x（相关系数R为0.568, 均方根误差为0.619 μg·g-1, 检验相关系数R为0.484, 均方根误差为1.426 μg·g-1）, 该模型可以用于福州地区土壤全铬的光谱快速监测。

为了增强电感耦合等离子体原子发射光谱强度, 改善对痕量重金属元素的检测水平, 本文采用波长为976 nm的近红外激光辐照水溶液, 研究了溶液表面张力和粘度的变化情况, 并且观测了处理后的水溶液对ICP光源的光谱强度和信背比的影响。 实验结果表明: 当激光辐照时间为60 min, 功率密度为0.3296W·cm-2时, 溶液的表面张力比未处理时的减小了36.73%, 粘度减小了9.73%。 将优化条件下激光辐照处理的水溶液引入到ICP光源中, 通过测量发射光谱强度可知, 样品元素Cd, Cr, Cu, Hg和Pb的谱线强度要比溶液未处理时的分别提高了73.52%, 22.97%, 33.86%, 24.44% 和 65.59 %, 光谱信背比分别增大了76.03%, 21.74%, 32.17%, 22.68% 和65.32%。 可见, ICP光源的光谱强度和信背比得到了明显改善, 为降低元素分析检出限奠定了基础。 另外, 经激光处理后的水溶液在30 min静置时间内其表面张力和粘度基本保持不变, 物理性质稳定。 这种简便易行的激光处理水溶液方法有助于提高ICP光谱法的检测能力。

采用微波等离子体炬（MPT）作为激发光源, 通过气动雾化系统进样, 循环水冷凝-浓硫酸吸水装置作为去溶系统, 以Ar为等离子体工作气体, 建立了氩微波等离子体炬全谱仪检测矿泉水中Na, Mg, Ca, Li和Sr等五种元素的方法。 详细探究了微波功率源功率、 工作气流量及载气流量等实验参数对待测元素发射信号的影响, 并且对这些参数进行了优化。 在优化的实验条件下, 对11种瓶装饮用矿泉水进行了检测, 方法对Na, Mg, Ca, Li和Sr的检出限分别为4.4, 21, 56, 11和84 μg·mL-1, 相对标准偏差范围为1.30%～5.45%（n=6）, 加标回收率在84.6%～98.5% 之间。 实验结果表明, 此装置简单便捷、 分析成本低; 此方法分析速度快、 精确度与准确度高、 能够同时测定多种元素, 适用于矿泉水中元素检测, 为打击非法商家提供了手段, 同时也为人们的饮用水质量提供了安全保障, 有望用于食品安全、 药品安全、 临床诊断及更多领域的分析检测。

建立了毛细管电泳（CE）与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联用技术分析检测砷胆碱（AsC）、 砷甜菜碱（AsB）、 As(Ⅲ)、 二甲基砷酸（DMA）、 甲基砷酸（MMA）和 As(Ⅴ)六种形态砷化合物的方法。 结果表明, 六种砷化合物在20 min内即可得到有效分离, 各砷形态在2.0~50.0 μg·L-1范围内线性关系良好, 相关系数R2大于0.996, 检出限为0.10~1.08 μg·L-1, 5次平行测定中, 六种砷化合物峰面积的相对标准偏差（RSD）为3.0%~7.0%。 利用该方法成功对市售蓝点马鲛中砷化合物进行了测定, 加标回收率为93%~98%, 发现蓝点马鲛中的砷主要以AsB形式存在。 该方法具有稳定性好、 样品消耗量少、 快速、 简便等优点, 适用于其他生物样品中不同砷化合物的分析。

利用八极杆碰撞反应池（ORS）技术的电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法研究了Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Se, Cd等元素在重度烧伤患者创面肉芽组织中的亚细胞分布。 采用差速分级离心技术将样品分离获得细胞核、 线粒体、 溶酶体、 微粒体和细胞上清液等亚细胞组分, 使用混合酸HNO3+H2O2并结合密闭微波消解对各亚细胞组分进行消解, 分别选用ORS的氦碰撞模式和氢反应模式校正了质谱分析过程中的多原子离子干扰, 以Rh为内标元素校正了基本效应和信号漂移现象。 各待测元素的检出限在0.72～33.05 ng·L-1之间, 相对标准偏差（RSD）小于8.4%。 采用ORS-ICP-MS法可实现重度烧伤患者创面肉芽组织中微量元素亚细胞分布的准确分析, 并可广泛应用于其他生物样品的分析, 多数元素在创面肉芽组织和正常皮肤组织亚细胞组分的分布中存在显著性差异。

发动机曲轴轴承异响严重影响发动机工作性能。 现有的人工经验听诊法和仪器辅助诊断法都难以快速甄别发动机曲轴轴承异响, 为此创新性地提出了利用原子吸收光谱法判定汽车发动机曲轴轴承异响故障。 对行驶里程分别1 000~28 000 km, 取样间隔约为1 000 km, 40批次的迈腾2.0发动机润滑油油液样品经微波消解处理后, 在高温下转化成原子蒸气, 由待测含量物质相同元素做成的空心阴极灯辐射出一定波长的特征辐射, 通过石墨炉加热后一部分被基态原子发射。 测定吸光度后, 再根据由标准系列试样作出的浓度-吸光度工作曲线上, 查出油液样品中的主要金属Cu, Pb含量, 建立同一车型发动机不同行驶里程数润滑油主要金属Cu, Pb含量的数据库。 研究结果表明主要金属Cu, Pb含量随着汽车行驶里程数在一定范围内波动。 在实际工程应用中, 通过测定有发动机曲轴轴承异响发动机的润滑油中主要金属含量, 将其与含量变化趋势图进行比对, 在不解体状态下, 可帮助汽车检测维修人员判定汽车发动机曲轴轴承异响, 降低汽车维修成本, 提高了发动机曲轴轴承异响故障诊断的准确性。

应用光谱分析法测定现磨咖啡、 速溶咖啡和菊苣咖啡的成分。 通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-ES）测定咖啡样品的矿物质元素。 分别采用紫外（UV）和傅里叶红外（FTIR）光谱法测定咖啡因和有机物的含量, 草酸的测定需要采用氧化还原滴定法来完成。 基于咖啡因、 草酸和矿物质的测定, 分析现磨咖啡、 速溶咖啡和菊苣咖啡的差异。 实验表明, 咖啡因在速溶咖啡中的含量比现磨咖啡的要高出2～3倍; 草酸在速溶咖啡中的含量明显高于现磨咖啡; 矿物质元素Mg, P, Zn在现磨咖啡中的含量比速溶咖啡的要低, 而Cu的含量则比速溶咖啡高出好几倍; 菊苣咖啡中的矿物质含量总体上比速溶咖啡的要低。 此外, 我们在不同种类的咖啡中测定Ti的含量, 在菊苣咖啡中检测到Cu, Ti, Zn元素。 作为一种快速检测技术, FTIR光谱可以用于鉴别现磨、 速溶和菊苣咖啡, 并能够检验咖啡因和草酸的存在。

蒙特卡罗模拟技术可以有效提高核辐射探测分析效率、 降低分析成本, 在促进X荧光分析技术发展过程中也发挥了重要作用。 在应用蒙特卡罗模拟能量色散X荧光分析中, 为使蒙特卡罗模拟元素特征X射线注量谱与实验能谱之间的物理差异更小, 提出了一种模拟注量展宽算法。 首先依据离散统计物理理论, 建立了Si-PIN半导体探测器对X射线的响应函数模型, 并利用加权非线性最小二乘法拟合得到各系数, 再对系数进行归一化处理, 得到归一化后的响应函数R(E, E′)。 然后利用R(E, E′)对模拟注量进行展宽转换, 得到脉冲幅度谱(pulse height spectrum, PHS), 使模拟谱更趋近于实验谱, 这样就可以通过蒙特卡罗模拟得到与实测能谱一致性较高的模拟能谱。 研究中最后利用建立的探测器响应函数模型对Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Sn元素K系全能峰拟合χ2r值在1.04～1.18范围内, 对铜合金样品中六种元素特征X射线模拟注量转换结果与实验值一致性较好, 并实现了对多元素混合样品复杂重迭谱的有效模拟和展宽。

采用X射线衍射技术对梁山慈竹微纤丝角(MFA)的变异特性进行了研究, 并就微纤丝角对拉伸力学的影响进行了分析。 结果表明, 梁山慈竹微纤丝角随竹龄增加的变化较小, 三年生竹的微纤丝角最大, 为8.521°, 二、 三年生竹微纤丝角的平均值明显大于四、 五年生竹, 差异绝对值小于0.1°。 竹秆基部、 中部和上部微纤丝角的平均值分别为8.499°, 8.497°和8.483°, 变异系数在5%左右。 微纤丝角从竹青到竹黄呈增大的趋势。 方差分析表明, 径向部位对微纤丝角有显著性影响, 竹龄和纵向部位对微纤丝角无显著影响。 顺纹拉伸强度和杨氏模量呈线性相关(r=0.57)。 微纤丝角对力学性能有一定影响, 拉伸强度和杨氏模量中分别有35%和43%的变异由微纤丝角引起。

宽波段光源在工作过程中, 光强通常会随供电电源输出功率的变化而波动。 宽波段光源波段内各个波长的光谱强度将会发生不同程度的波动。 为解决光源光强波动时其波段内各个波长光谱强度的补偿问题, 提出了一种基于光谱线性拟合的补偿方法。 使用这种方法, 只需测量光源波段光强的变化, 就可以补偿各个波长光谱强度的波动。 通过分析理想黑体全波段辐射出射度与光谱辐射出射度的近似线性关系。 建立了宽波段光源波段光强与光谱强度的线性模型。 实验装置主要由卤素灯珠、 光源电源、 光阑、 光谱仪及计算机构成。 调节电源的输出功率, 得到一组卤素灯珠在不同输入功率下的相对光谱强度。 测量不同功率下卤素灯珠光谱强度来验证该方法补偿效果。 按线性关系拟合了卤素灯珠光谱强度与其波段光强关系式, 并分析了拟合误差。 实验表明: 卤素灯珠的光谱强度与其波段光强具有很好的线性关系, 可以用波段光强按线性关系来补偿其光谱强度的波动。 随着卤素灯珠输入功率的增大, 补偿后的光谱强度的相对误差绝对值下降。 在卤素灯珠输入功率范围内, 使用该方法补偿的光谱强度在绝大部分(92%)波长下相对误差绝对值可在5%以内。

研究了漫反射近红外(NIR)光谱法分析油页岩含油率过程中异常样品的识别和剔除方法。 在近红外光谱定量分析中, 环境变化和操作失误等都会产生异常样品, 异常样品的存在会导致模型的预测能力下降, 因此异常样品的剔除是建模过程中的关键步骤。 分别采用主成分分析—马氏距离（PCA-MD）法和半数重采样（RHM）法识别油页岩光谱数据中的异常样品, 通过剔除异常样品后所建的偏最小二乘（PLS）分析模型的性能来评价PCA-MD与RHM方法对异常样品的识别能力。 实验中考察了不同MD阈值和RHM置信度对异常样品剔除结果的影响, 比较了单独和同时应用PCA-MD及RHM法识别并剔除异常样品后所得PLS模型的预测能力。 结果表明: 与所有样品参与建模时预测偏差均方根（RMSEP）相比, 采用PCA-MD法时阈值取平均值与标准偏差之和时RMSEP降低了48.3%; 采用RHM法时置信度取85%时RMSEP降低了27.5%; 同时采用PCA-MD法和RHM法时RMSEP降低了44.8%, 研究内容有效地提高了分析模型的预测能力。

针对传统光谱测油仪存在的环境适应能力弱、 分析速度慢、 测量重复性差等问题, 研制了一种便携式中红外水中油浓度速测仪。 其核心光路采用典型的非对称折叠式M型Czerny-Turner光学结构, 有效缩小仪器体积; 使用周期性转动的斩光器调制红外光源, 并对斩光器转速进行数字PID控制, 调制精度达到±0.5%; 采用固定光栅作为分光元件, 无需光栅扫描装置且不存在转动误差; 利用新型MEMS红外线传感器阵列探测调制后的光谱信号, 显著提高光谱采集速度。 光学仿真及实验结果表明仪器光谱范围为2 800～3 200 cm-1, 光谱分辨率达到6 cm-1（＠3 130 cm-1), 信噪比达到5 200∶1, 谱图采集速度为13 ms·幅-1, 吸光度标准偏差优于3×10-3, 满足了水中油测定国家标准要求。 与已有红外光谱测油仪相比, 该仪器小型便携, 分析速度快, 测量精度高, 抗震防潮性能好, 特别适用于环境监测部门对水中油浓度的现场实时测量, 因此在水质监测领域具有广阔的应用前景。

散斑抑制一直是激光显示技术的研究热点。 对激光光束经SiO2溶液所形成散斑的特性分析, 建立了多重散射与散斑颗粒大小的联系。 结合动态光散射理论, 提出利用斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制方法, 并构建由静态散射片和装有粒径为300 nm、 摩尔浓度为3.0×10-4 μm-3的SiO2悬浮液的光通管组成的散斑抑制装置, 将其置入激光显示系统的光源部分。 针对光束以不同入射角进入SiO2悬浮液对散斑图像对比度影响进行了系统实验分析。 结果表明, 光束以约8°进入SiO2悬浮液能将散斑图像的对比度从0.43降低至0.067。 通过该方法实现了散斑颗粒的空间平均和散斑图像的时间平均, 提高了散斑抑制的效果。 散斑抑制单元无需振动装置且便于集成到激光投影系统中, 不仅提高了系统的可靠性也减小了成本。

光纤传感是现代光纤技术的重要应用之一。 制作了一种基于两个单模光纤粗锥串接的全光纤型马赫-曾德尔高温高灵敏温度传感器。 纤芯中传输的光通过第一个光纤锥耦合, 一部分进入纤芯传输, 另一部分进入包层形成包层模, 纤芯模和包层模具有不同的有效折射率, 经过干涉臂的传输产生了光程差。 纤芯和包层传输的光再经过第二个光纤锥耦合, 形成干涉进入输出光纤传输。 对不同长度的传感器进行实验研究, 得出传感臂长度与干涉周期之间的关系。 研究了传感器温度响应特性, 给出了温度响应灵敏度。 实验结果表明, 在30～400 ℃温度范围内, 长度为35 mm的传感器可以得到较高的温度响应灵敏度, 其响应灵敏度为0.115 nm·℃-1。 利用傅里叶变换对传感器透射谱进行了分析, 可以确定在长度为35 mm的传感器中仅有基模LP01和高阶模LP08两种模式, 透射谱就是由这两种模式干涉形成的。 该传感器体积小、 精度高、 抗电磁干扰, 具有易于制作、 对比度大、 质轻、 灵敏度高、 耐高温等优点。 可用于高温气体温度测量及油气井测井等领域的高灵敏度温度传感测量。