光伏发电是目前太阳能最佳的利用方式之一, 但发电成本高。 利用聚光结构提高光的转换和收集效率, 是提高太阳能电池效率、 减少电池用量、 降低光伏发电系统成本的重要途径。 以Lumogen F Red 305 (LR305) 染料作为荧光材料, 将其掺杂到PMMA中, 通过本体聚合法制作出尺寸为50 mm×50 mm×5 mm的PMMA平面荧光太阳能聚光波导, 对其光学特性进行表征, 同时将太阳能电池粘贴到聚光波导的输出端面, 通过测试平面荧光太阳聚光波导对太阳能电池性能的影响研究了荧光太阳能聚光波导的聚光特性。

黄烷酮类化合物是天然药物的重要活性成分, 也是有机合成的研究热点之一, 但此类化合物的荧光性质尚缺乏研究。 研究了黄烷酮及其6种羟基衍生物的荧光性质, 发现黄烷酮(Flavanone, FV)、 7-羟基黄烷酮(7-Hydroxyflavanone, 7HF)和6-羟基黄烷酮(6-Hydroxyflavanone, 6HF)的水溶液有荧光, 而2’-羟基黄烷酮(2’-Hydroxyflavanone, 2’HF)、 4’-羟基黄烷酮(4’-Hydroxyflavanone, 4’HF)、 柚皮素(4’,5,7-三羟基黄烷酮, Naringenin)和乔松素(5,7-二羟基黄烷酮, Pinocembrin)的水溶液基本无荧光。 在三维荧光图谱中, FV的荧光激发波长(λex)为235, 265和340 nm, 发射波长(λem)为386 nm; 7HF的λex为230, 276和315 nm, λem为391 nm; 6HF的λex为260和356 nm, λem为482 nm。 研究了pH对FV, 7HF和6HF荧光的影响, 从分子结构的角度讨论了pH对荧光产生影响的原因。 研究了7HF和6HF在不同pH条件下的紫外吸收光谱, 用pH-光度法测得7HF和6HF的羟基质子电离常数pKa分别为7.26±0.05和9.90±0.02。 研究了溶剂(甲醇)对FV, 7HF和6HF荧光光谱的影响, 发现FV和7HF在甲醇溶液中的荧光比在水中减弱, 而6HF在甲醇中的荧光显著增强。 在有序介质(SDS, CTAB, β-CD)中, FV和7HF的荧光减弱, 而6HF在β-CD或CTAB中的荧光增强。 以硫酸奎宁或L-色氨酸为参比, 测得FV和7HF水溶液的荧光量子产率分别为0.057和0.012; 6HF在甲醇中和在β-CD浓度为1.62 mg·mL-1的水溶液中的荧光量子产率分别为0.064和0.012。

研究并构建了一种基于荧光碳点(carbon dots, CDs)的新型“开关”探针, 利用CDs荧光强度的变化进行痕量组氨酸(histidine, His)的检测。 在pH 7.6的溶液中, 钌(Ru)能与CDs通过静电吸引作用形成弱的基态化合物, 导致CDs的荧光猝灭, 此时体系处于“关闭”状态。 而His与Ru有更强的亲和力, 故向体系中加入 His后, Ru从CDs表面竞争中下来, CDs的荧光得到恢复, 此时体系被“打开”。 考察了pH、 缓冲溶液、 反应时间、 温度等因素对体系的影响, 并初步讨论了Ru对CDs荧光的猝灭类型, 得出了Ru对CDs荧光的猝灭属于静态猝灭的结论。 实验结果表明, 在pH 7.6的溶液中, 在20～25 ℃条件下, 体系在10 min 内反应完成。 His的浓度与碳点荧光的恢复程度呈良好的线性关系, 其线性范围为: 6.5～219.3×10-6 mol·L-1, 检出限为: 2.15×10-6 mol·L-1。 将方法应用于实际样品氨基酸注射液中组氨酸含量的测定, 其RSD≤2.07%, 回收率在95.7%～102.4%之间。 将具有优良光学特性的CDs应用于构建“开关”型荧光探针, 不但拓宽了CDs的应用范围, 为一些重要物质的检测提供了参考。

在水相中制备了聚乙烯亚胺(PEI)包裹的水溶性PEI-CdZnTe量子点。 研究了反应时间, 酸度及不同常见金属离子对PEI-CdZnTe量子点荧光效率的影响。 基于Pb2+对 CdZnTe量子点具有选择性荧光猝灭作用, 建立了用CdZnTe量子点为探针灵敏测定痕量Pb2+的新方法。 研究了不同浓度Pb2+对CdZnTe量子点荧光强度猝灭情况, 结果表明, Pb2+对CdZnTe量子点的荧光猝灭过程可以很好地用Stern-Volmer荧光猝灭方程来描述。 当Pb2+浓度在0.05～3.0 μg·mL-1范围内, CdZnTe量子点的荧光强度F0/F与Pb2+浓度之间具有较好的线性关系, 线性相关系数为0.998 8, 检测限为0.01　μg·mL-1。 该量子点荧光分析方法简便快速、 灵敏度高、 选择性好, 能够应用于实际水样中Pb2+的分析与测定。

提出一种利用三维荧光光谱技术鉴别不同品牌浓香型白酒的方法。 运用FLS920荧光光谱仪测量了七个不同品牌浓香型白酒的三维荧光光谱, 不同品牌浓香型白酒的荧光光谱特征相似, 仅凭荧光特征参数较难区分。 采用求偏导和小波压缩相结合的数据预处理方法, 求解光谱数据中每一激发波长下, 荧光强度对发射波长的一阶和二阶偏导数, 选取db7紧支撑正交小波对数据进行压缩, 选择4尺度分解后的近似系数作为新的数据矩阵, 然后做主成分分析(PCA)。 将提取的主成分作为支持向量机(SVM)的输入, 并利用K-fold交叉验证的方法寻找支持向量机的最优参数c和γ, 建立不同品牌白酒的分类鉴别模型。 从每个品牌白酒中随机选取14个样本, 共98个样本组成训练集, 其余的42个样本组成预测集。 分别比较了数据不求偏导, 对数据求一阶偏导和二阶偏导的预处理后对鉴别模型的影响。 结果表明: 三维荧光光谱经过二阶偏导的预处理后, 结合主成分分析和支持向量机能很好地实现不同品牌浓香型白酒的分类鉴别, 模型的准确率为98.98%, 预测集的准确率为100%。 该方法具有简单, 快速, 成本低的优点, 可为中国白酒的检测和鉴别技术的发展提供帮助。

火焰温度是燃烧领域最重要的宏观物理量之一, 使用紫外可调谐激光吸收光谱技术, 以火焰中的OH自由基作为测量对象对甲烷/空气平面预混火焰进行了温度测量。 首先使用平面激光诱导荧光(PLIF)技术对甲烷/空气平面预混火焰不同燃烧工况条件下火焰中的OH基分布进行了测量, 选取火焰中OH基分布均匀工况进行了紫外吸收光谱温度测量。 通过LIFBASE仿真计算, 综合考虑温度测量灵敏度、 测量信噪比等因素, 选择OH基A-X(0, 0)吸收带中的P1(2)和Q1(8)两支谱线作为被测跃迁。 测量时使用Nd∶YAG激光器泵浦染料激光器, 经倍频后输出308～311 nm紫外可调谐激光。 通过染料激光器以0.4 pm为步长进行激光波长调谐, 分别扫描获得两条吸收谱线的吸收峰线型。 对实验数据进行voigt拟合后, 通过计算两条谱线的积分吸收值之比, 获得了平面预混火焰中的温度信息。 分别测量了燃烧器表面不同水平位置与燃烧器中心不同高度处的火焰温度。 测量结果与文献报道的采用同样结构燃烧器, 通过其他光谱技术获得的测量结果进行了横向对比。 在OH基浓度较高的火焰锋面区域测温结果吻合度较高, 验证了该技术测量结果的可信度。 由于其测量对象与双线OH-PLIF测温的一致性, 该技术未来可作为局部温度测量方法, 进一步应用于对双线PLIF等二维火焰温度空间分布测量结果的标定当中。

紫外/臭氧改性法是一种操作简单、 成本低廉的PDMS表面亲水改性方法。 采用该方法对PDMS表面进行亲水改性, 利用接触角测量仪对改性效果进行评价, 并与PDMS无臭氧紫外法进行了比较。 测试表明PDMS表面经紫外/臭氧法处理12小时后, 表面接触角达到60°左右, 在空气中放置两周后仍保持较好的亲水性。 其改性机理可以通过多种表征手段进行分析。 红外光谱测试可以看出, PDMS在经过紫外/臭氧改性后, 其表面官能团变化明显, 随改性时间延长, 疏水基团—CH3逐渐减少, 亲水基团Si—OH和—OH逐步增加, 二氧化硅典型红外光谱峰也同时出现。 通过扫描电镜和能谱测试可以看出, PDMS表面经过改性产生了二氧化硅为主的硅的氧化物。 综合上述结果, 紫外/臭氧处理法能够使PDMS表面亲水基团增多, 同时生成类玻璃态SiOx薄层, 既改善了PDMS表面的亲水性, 又阻止了PDMS表面疏水性的完全恢复, 亲水性可以长时间保持。

复合混凝剂由于其具有优异的混凝性能而受到越来越广泛的关注, 但与钛离子络合的铁基复合混凝剂的制备和表征还鲜有报道。 研究以Ti(SO4)2为配合物, PO3-4为稳定剂和络合剂制备了聚合硫酸铁复合混凝剂钛(PFTS)。 主要利用红外光谱(FTIR)、 紫外-可见光谱(UV/VIS)表征分析了PFTS在不同Ti/Fe, P/Fe, OH/Fe物料配比下对化学基团, 分子结构变化的影响。 结果表明, Ti4+和PO3-4的加入, 不是以单一离子形态存在, 而是生成了诸如Ti—O, —Fe—P—Fe—和—Ti—P—Ti—等有助于增大聚合物分子量的基团键, 而一定比例的Ti/Fe和P/Fe配比有助于物料单体相互络合生成诸如—Fe—P—Ti—的基团键和Fe6(OH)6+12, ［Fex(OH)y］2H2PO(6x-2y-1)+4等类型的中聚体结构, 此比例在P/Fe为0.2—0.3, Ti/Fe为1∶8比较恰当。 过高的P/Fe比, Ti/Fe比和OH/Fe会生成TiO2, Ti3(PO4)4和FePO4沉淀或高聚体络合物, 不利于混凝性能的发挥。

立足于成功研制的紫外-可见光谱水质检测多参数测量系统, 针对紫外-可见光谱水质多参数原位实时检测在精度、 灵敏度、 稳定性等方面的实际需要, 开展了基于二维重组和动态窗格的水质检测紫外-可见光谱去噪算法的研究, 以此提高紫外-可见光谱水质检测的测量精度。 光谱法水质检测系统通常使用工业级低成本光谱仪, 其输出光谱包含明显的非平稳噪声。 传统去噪法难以在滤除噪声的同时保留谱线细节。 而且, 原位实时水质检测条件下, 被测水样可能快速变化, 传统去噪法中常用的多次采样求均值法将产生额外的测量误差。 引入的去噪算法通过对水样光谱进行等间隙连续采样, 将光谱数据张成由光谱轴和时间轴构成的二维矩阵, 经过二维小波变换后, 设置一个可变宽度的窗格在系数矩阵中水平滑动, 使用窗格内的小波系数计算得到动态去噪阈值, 并随窗格滑动构建去噪阈值向量, 由此进行光谱去噪。 其中, 窗格宽度由相邻区域的噪声方差变化率决定, 变化率较高的区域缩小窗格宽度, 反之则扩大宽度。 实验结果表明, 这种去噪算法不仅能有效去除光谱中的非平稳噪声, 而且能保留光谱的细节信息, 有助于提高仪器的测量精度。 与此同时, 由于该算法并未使用时域平均, 样本的快速变化对去噪性能的影响较小, 适合在线或原位水质检测的水样本环境。

随着社会经济的高速发展, 环境污染和生态破坏日益严重, 突发性环境污染时有发生。 利用光谱技术测量有害气体的浓度, 可以对空气进行实时监测。 在弱吸收条件下, 利用多次反射池可以增加有效光程, 从而提高吸收光谱的探测灵敏度。 基于Herriott型多光程池的结构, 提出了一种紧凑型多光程池。 该光学器件由多个圆环形凹面反射镜螺旋封闭构成, 入射光沿着环形镜的径向和轴向同时传播, 形成有规律的放射状分布, 光线在吸收池中的反射轨迹呈螺旋路径, 光斑呈螺旋形分布。 实现了入射光和出射光的分离, 从而增加了光路的可调空间。 由于吸收池中的反射次数与螺旋的圈数成正比, 可以根据实际需要选择合适的光程。 另外, 该反射池的主体是一个圆筒, 具有稳定的机械性能和一定的抗震性。 利用ABCD矩阵变换分析了系统的稳定性, 通过模拟发现光束通过透镜后, 焦点会聚在圆筒中心附近, 能使入射光斑在池中收敛, 并讨论了反射次数与螺旋圈数的关系。 还研究了在不同入射角条件下的旋光特性, 发现线偏振光的旋转角度与入射角度成正比。 当入射角相同时, 旋转角度随着反射次数的增加而增大。

在跨媒体色彩再现流程中, 受色彩再现场景光源及设备呈色机理等因素的影响, 同一色彩信息在不同数字媒介之间进行传递时, 往往存在色彩传递失真现象, 该问题严重影响了现阶段影像色彩复制与传递的客观准确性。 色度校正旨在克服上述色彩失真问题, 进而提升影像色彩信息传递品质。 现有色度校正方法主要可分为色适应变换类算法以及回归校正算法两大类, 目前由于此两类方法所采用的训练样本普遍色域过小, 故其往往导致在高饱和度色彩区域色度校正误差较大。 为此, 研究提出了一种基于宽色域色彩光谱样本集的新型色度校正方法。 通过各类典型色彩光谱样本的收集与制备, 构建了具有广阔色域范围的典型色彩光谱样本集, 并在此基础上结合色域划分及色纯度寻优方法实现了现有回归校正模型建模样本的扩充与优化, 显著提升了现阶段色度校正算法的校正精度。 实验结果显示, 在各类照明组合条件下, 相比于现有色适应变换类方法以及回归校正类方法, 所提出的色度校正方法可将以CIEDE2000色差公式表示的色度校正误差降低15%左右, 对于高饱和度色彩区域其对应降幅可达40%左右。 该方法的提出, 将为未来数字影像色彩复制领域色彩再现技术的发展, 提供有效的理论与方法支撑。

研究浑善达克沙地光合/非光合植被(photosynthetic/non-photosynthetic vegetation, PV/NPV)及裸土(bared soil, BS)光谱混合机理, 对于构建沙地最佳光谱混合模型、 准确估算沙地地表植被覆盖信息具有重要意义。 本研究通过两景覆盖研究区的Hyperion高光谱影像获取47个典型混合样地对应混合光谱信息, 利用地面实测获取PV/NPV及BS端元光谱和每个样地各端元丰度信息, 然后分别尝试采用线性光谱混合模型和非线性光谱混合模型对所有样地混合光谱进行分解计算光合植被覆盖度(fractional cover of photosynthetic vegetation, fpv)和非光合植被覆盖度(fractional cover of non-photosynthetic vegetation, fnpv), 通过比较不同模型分解均方根误差及PV/NPV覆盖度估算精度来探索浑善达克沙地PV/NPV及BS之间光谱混合形成机理, 寻求适合其fpv与fnpv估算的最佳光谱混合模型。 结果表明: 对于浑善达克沙地来说, 基于PV/NPV及BS的线性光谱混合模型可以实现fpv与fnpv的较好估算, fpv估算的均方根误差为0.12(R2=0.84), fnpv估算的均方根误差为0.13(R2=0.66); 考虑多重散射影响的非线性光谱混合模型无论在模型分解精度还是在fpv与fnpv估算精度上均没有明显提升, 其中各端元之间的多重散射作用对fpv估算精度的影响不大, 但会导致fnpv估算精度的明显降低。

蛋白质结构失稳后会发生错误折叠、 集聚或纤维化, 不仅丧失正常功能, 有时甚至会产生生物毒性, 导致相关疾病。 纤维化了的蛋白质是神经退行性疾病以及二型糖尿病等的主要诱因, 它在溶液中具有和淀粉类似的特性, 因此蛋白质的纤维化又被称为淀粉样变性。 电磁辐射是引起蛋白质结构失稳的一个常见因素。 经电场辐照后, 蛋白质会发生去折叠和集聚, 改变自发折叠机制。 同时, 经受电场辐照的扰动而失稳的蛋白质, 纤维化过程也会受到一定的影响。 以胰岛素为研究对象, 利用硫磺素T(ThT)染色的荧光光谱法、 透射电子显微镜(TEM)以及圆二色谱(CD)法, 分别从纤维化的宏观动力学过程、 成熟纤维丝微观形貌以及原纤维二级结构组成等不同角度, 探究经33 Hz脉冲电场(PEF)不同电场强度及不同持续时间辐照后蛋白质在体外淀粉样变性机制的变化情况。 结果表明, 胰岛素溶液经过33 Hz PEF辐照后, 淀粉样变性初期产生前体蛋白的成核期延长, 原纤维丝聚集延长过程(即中间产物的寿命)缩短, 形成的成熟纤维丝长度变短且整齐成簇无分支。 这些效应随着辐照电场强度和辐照时间的增加而有不同程度的加强。 研究结果一致说明PEF辐照对胰岛素的淀粉样变性有一定的抑制作用。

荧光光谱与水样一一对应, 被称为“水质指纹”。 水质指纹可指示污染的出现, 是新型水质预警方法。 头孢类抗生素是国内外使用最多的抗感染药物, 环境危害较大。 我国头孢类药物的生产量在逐年增加。 因此, 研究头孢类废水的荧光指纹特征对监测该类废水的排放、 保护水生生态环境具有重要的意义。 本文研究了某头孢制药废水的水质指纹特征。 该废水的水纹上有6个峰, 按发射波长可以分为两组, 第一组峰的激发波波长/发射波波长分别在230/350, 275/350, 315/350 nm附近, 第二组分别在225/405, 275/410和330/420 nm附近。 激发波波长/发射波波长在230/350 nm处的水纹峰强度最强。 在同一组中, 激发波长越小的峰的强度越大。 pH明显影响头孢废水水纹中峰的位置和强度。 随pH上升, 第一组峰的强度会减少, 产生荧光淬灭; 第二组峰的强度增大, 属于荧光增敏现象。 这可能与废水中含有带碱性基团和酸性基团的荧光有机物有关。 因为有机弱酸或弱碱的分子及其相应的离子就会在水中同时存在, 而这两种形式由于空间结构的差异, 发光性能上也可能差异显著。 当pH变化时, 造成了水中这两种型体的比例会发生变化, 从而导致荧光光谱的形状和强度的改变。 综上所述, 该头孢制药废水具有独特的水质指纹特征。 该水质指纹特征可作为水体中快速识别该制药废水存在的新方法。

自变量筛选是定量光谱分析领域的研究热点, 简便且高效的自变量筛选方法不但可以降低分析计算量, 提高分析精度, 同时还可以减轻对仪器光谱分辨能力的依赖, 降低分析成本。 波长筛选也是光谱法无创血液成分检测研究的重要环节。 动态光谱理论为血液无创检测提供了极佳的思路, 但长期局限于使用宽带光源和高分辨率的光谱仪器, 分析中需要大量波长限制了动态光谱法的进一步发展。 为了去除冗余信息, 使检测走向低成本化和集成化, 提出了基于变量投影重要性(variable importance in projection, VIP)分析的波长筛选方法。 通过分析PLS模型中各维自变量对因变量的解释能力, 从而剔除重要性较低的变量保留解释能力强的波长。 以232例受试者的临床实验数据为基础, 以血红蛋白含量为分析对象, 经投影重要性分析后将波长数由586降至64, 波长筛选后血红蛋白预测模型的测试集平均相对误差(MREP)为1.82%, 使用了极少的波长便可得到满意的结果; 结合Bootstrap方法对模型进行显著性检验后验证了波长变量的解释能力。 首次指出了使用动态光谱法检测血红蛋白的敏感波长带。 基于投影重要性分析的波长筛选迈出了动态光谱走向实用的重要一步, 为实现低成本在线分析打下了基础, 同时也为其他领域的光谱分析提供了重要的参考和新的思路。

以醋酸为溶剂、 浓硫酸为催化剂在120 ℃回流24 h, 通过傅克反应设计合成了一种大体积位阻型9,9-二芳基芴中间体［9-(4-苯胺基)-9-苯基芴］(FPPhNH2)。 通过核磁氢谱、 质谱、 红外等方法对该化合物的分子结构进行了详细表征。 核磁氢谱和红外光谱分别在6.55 ppm, 3　481和3　385 cm-1显示该化合物的特征官能团-氨基。用紫外-可见光谱和荧光光谱对9-(4-苯胺基)-9-苯基芴的光学性质进行了表征和初步探讨。　研究结果表明, 具有大体积空间位阻效应的9-(4-苯胺基)-9-苯基芴在二氯甲烷溶液中有四个主要吸收峰, 其吸收波长分别为243, 257, 298和311 nm; 在波长为308 nm的谱激发下, 得到发射波长为300～500 nm的发射光谱曲线, 其荧光光谱最大发射波长为328 nm, 且在405 nm左右有一个细小的峰并有一个长的拖尾至500 nm, 这可能源于苯胺基团中分子间氢键所引起的。 恰当的荧光发射范围(300～500 nm), 使其能够和经典蓝光客体材料双(4,6-二氟基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱(FIrpic)的吸收光谱有较大的重叠(300～500 nm)。 通过巧妙的分子裁剪, 或可得性能优异的主体材料, 进而使制备高性能的发光器件成为可能。 为了进一步了解该化合物的光电性能, 以乙腈为溶剂, 以四丁基六氟磷酸胺为电解质,　通过循环伏安法对该化合物的电化学性能进行了表征。 其起始氧化电位和还原电位分别为0.898和－0.759 V, HOMO和LUMO能级分别为－5.38和－3.72 eV, 其较高的HOMO能级和较低的LUMO能级有利于空穴和电子的注入/传输, 这将进一步优化成性能优异的主体材料, 并为进一步制备性能优异的有机半导体发光器件提供有益参考。

窄分子量分布低聚壳聚糖CSn(n表示壳聚糖的聚合度, n=6, 8, 11)和对二甲氨基苯甲醛(DMABA)通过缩合反应得到了新型的基于壳聚糖的希夫碱化合物DMABA-CSn。 利用荧光光谱法, 同步荧光光谱法, 圆二色谱法(CD)和等温滴定微量热法(ITC)研究了DMABA-CSn与牛血清白蛋白 (BSA)之间的相互作用。 通过荧光光谱法探讨了DMABA-CSn对BSA的荧光猝灭机制。 结果表明, DMABA-CSn(n=6, 8, 11) 均能使BSA的荧光猝灭, 猝灭机制是形成DMABA-CSn/BSA复合物的静态猝灭。 利用同步荧光光谱法和圆二色谱法考察了DMABA-CSn对BSA构象的影响。 研究结果表明, BSA的构象在DMABA-CSn的溶液微环境中发生了变化。 另外, ITC热力学测定结果(ΔH<0, ΔS<0, ΔG<0)表明, BSA与DMABA-CSn的作用过程是自发进行的放热过程, 二者之间的作用力类型主要是氢键和疏水作用。 同时, 研究结果也说明在一定的分子量范围内, 随着CSn聚合度的增加, DMABA-CSn更容易与BSA结合。 研究结果为DMABA-CSn(n=6, 8, 11)作为潜在药物的药理作用机制研究提供了一定的理论参考。

研究橄榄石的分布和成分, 对于估测如月球类的火成岩行星体的地质演化有重要的意义。 以嫦娥系列卫星探测区域虹湾地区为例, 基于M3高光谱数据采用波谱特征拟合方法调查橄榄石物质的分布情况。 虹湾地区橄榄石主要分布在北部坑壁和侏罗山脉山脚, 且周围伴生辉石及少量斜长石。 所处地层单元为撞击产生的溅射物和弹射物, 地质年龄较老。 以月球橄榄石样品镁数为因变量, 经改进高斯模型(MGM)拟合得到的月球橄榄石样品光谱吸收中心参数为自变量, 利用多元线性回归的统计方法建立月球橄榄石物质的镁数(Fo#)反演模型。 在此基础上, 通过MGM模型提取虹湾18个橄榄石富集点光谱的吸收中心参数, 利用镁数反演模型反演虹湾橄榄石的镁数。 反演结果表明, 虹湾橄榄石物质的镁数较高, 均值为Fo~80.84, 而富镁橄榄石指示了深源特性, 因此虹湾地区的橄榄石绝大多数来自于月幔。

为探讨一种快速、 及时对水上油膜种类进行鉴别的方法, 采用水上油膜反射率光谱数据结合聚类分析方法、 主成分分析方法和小波变换分别对厚度为300, 500和1 000 μm的煤油, 300, 1 000和1 500 μm的润滑油, 50, 300和500 μm的轻柴油和500, 2 000 μm的180#柴油等四种常见溢油油种进行判别研究。 聚类分析结果表明: 采用欧氏距离计算样本间的聚类距离, 在距离L=8.976以上能够将样本正确分类, 准确率100%; 对同一油种油膜而言, 油膜厚度接近的更易聚类; 主成分分析结果表明: 对原始数据、 小波概要系数和小波细节系数分别进行主成分分析, 其中小波细节系数对油种区分效果最佳, 四种油膜样品在主成分得分空间中独立分布。 利用反射率光谱数据结合聚类分析和基于小波细节系数的主成分分析对水上油膜种类的鉴别是可行的。

植被对区域生态环境保护具有重要意义, 尤其是在荒漠-绿洲交错地带, 植被对土壤保持、 提高土地的抗剪切性能有重要意义, 对土壤风蚀和荒漠化防治的影响作用较大, 利用高光谱技术测定并分析荒漠-绿洲交错带典型植被的光谱特性, 不仅能够指导区域的植被遥感分类, 还能够对植被实行远程监控提供依据。 研究借助美国Field Spec 4高分辨率地物光谱仪, 在研究区采集棉花、 柽柳、 梭梭和盐穗木等四种典型植被不同条件下的光谱数据, 在对数据进行归类、 筛选及综合处理后, 分别对原始数据进行FDR(一阶导数反射率)和RLR(倒数取对数反射率)变换。 利用原始数据、 FDR和RLR分别分析不同植物的光谱敏感波段和表达方式。 结果表明: 植物的光谱曲线具有类似的变化特征, 植被种类不同在“红边”区和近红外780～1 260 nm波段的表达方式区别较大; 植物对可见光的吸收非常强烈, 对不同波长的光吸收强弱变化会形成波峰和波谷; 植物红边特征具有特殊性, 蕴含植物自身的特有信息, 三种方式的处理结果显示, 光谱特征在经FDR计算后, 植物光谱红边特征区差异性非常明显; 利用三种不同方式处理后的光谱数据, 分别来计算改进的植物NDVI值, 经RLR变换后重新计算得到的NDVI值在植物不同种之间表现出较大差别, 用于植物种类区分的效果明显。

纳米材料与蛋白质等生物大分子的相互作用是纳米材料生物效应和安全性研究的重要基础。 本实验利用荧光光谱、 同步荧光光谱、 圆二色谱(CD)等方法研究了四种结构特性不同的水溶性羧基化碳纳米管(long-SWCNTs-COOH, short-SWCNTs-COOH, DWCNTs-COOH, MWCNTs-COOH)与人血清白蛋白(human serum albumin, HSA)的相互作用。 实验结果显示: 四种水溶性羧基碳纳米管均能猝灭HSA的内源荧光, 但猝灭能力有所不同, 相同浓度下不同水溶性羧基化碳纳米管对HSA的荧光猝灭作用遵循如下规律: DWCNTs-COOH＜MWCNTs-COOH＜long-SWCTs-COOH＜short-SWCNTs-COOH; 四种碳纳米管对HSA的同步荧光光谱影响表明, MWCNTs-COOH的作用位点更靠近色氨酸(Trp)残基, 而DWCNTs-COOH的作用位点更靠近酪氨酸(Tyr)残基, 而long-SWCNTs-COOH和short-SWCNTs-COOH对两种氨基酸残基的作用无明显差别; 在碳纳米管作用下, HSA 的圆二色谱有微弱的变化, 且与α-螺旋、 β-折叠含量变化基本一致。 结果表明, 不同碳纳米管对HSA的荧光猝灭能力与它们的结构特性有关, 两者作用过程中HSA构象基本不变, 二级结构有微小变化, 但无明显的剂量-效应关系。 根据实验结果对可能的作用机制进行了讨论。

针对土壤漏油污染的检测、 分析和含量预测等实际问题, 用关中平原常见普通土壤、 柴油、 机油及油土混合物为研究对象, 设计被不同油种污染以及不同污染程度的土壤光谱特征实验。 采用光谱分析的方法来获取光谱指数, 测量并分析渗漏相同含量两个油种的油土混合物以及渗漏不同含量同一油种的油土混合物的光谱特征及其差异, 根据分析结果建立一个基于反射特征的土壤柴油渗漏含量的光谱预测模型。 研究表明: (1)渗漏相同含量不同油种时, 渗漏柴油的土壤的反射率低于渗漏机油的土壤; 渗漏柴油和机油的土壤均在1 740和2 328 nm附近出现双吸收谷特征, 且在每一个吸收谷点处渗漏柴油的土壤的光谱吸收深度和光谱吸收指数均低于渗漏相同含量机油的土壤。 (2)建立的土壤柴油渗漏含量的光谱预测模型相关系数r的值达到0.854, 说明模型具有较强的稳定性; 评价模型预测能力的均方根误差RMSE值为0.016证明该模型具有较好预测能力, 可以对土壤柴油渗漏含量进行有效的预测。

光谱学分析方法对分析物质结构及组成具有独特的优势。 为了分析和认识油页岩及其干酪根的矿物结构特点, 以及在不同热解温度下油页岩热解过程中矿物结构变化, 分别采用偏光显微镜(POM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线衍射光谱(XRD)和扫描电镜(SEM)等光学和光谱学手段, 研究了甘肃窑街油页岩和酸洗脱灰干酪根的矿物形态结构和组成以及在不同热解温度下(温度300～1 000 ℃, 升温速率10 ℃·min-1)矿物质和干酪根的形态结构演化特性及其机理。 结果表明, 甘肃窑街油页岩富含石英、 粘土矿和黄铁矿等无机矿物, 干酪根呈条块状不规则地镶嵌于无机矿物中; 干酪根的变质程度高, 富含芳香族和脂肪族结构; 在实验温度范围内, 随热解温度的升高, 油页岩中矿物质开始分解, 300 ℃时高岭石因脱水转变成偏高岭石, 在650 ℃时高岭石、 蒙脱石等完全分解生成偏高岭石, 当温度升高至1 000 ℃时偏高岭石分解生成Si—Al尖晶石和无定型SiO2, SiO2与含铁矿物在半焦表面析出了(FeO—Al2O3—SiO2)低熔点共融物; 干酪根随温度升高分解, 半焦的芳香族和脂肪族C—H基团的强度降低, 芳香碳的强度升高, 分解后在半焦中形成“沟壑”状残炭印记。 研究结果对油页岩热解过程矿物结构演化研究和油页岩矿物的资源综合利用具有重要的现实意义。

沉积岩中放射性元素铀、 钍、 钾的含量主要取决于岩石中泥质的含量, 而泥质含量的高低是判别沉积岩类别的主要依据, 因此, 可以将铀、 钍、 钾的比活度或含量值作为判别沉积岩岩类的量化指标。 利用低本底伽马能谱法测量岩石样品中铀、 钍、 钾的比活度或含量, 可以快速、 准确地进行岩类判别。 由于放射性测量受样品几何形状、 样品质量及其所含水分含量变化的影响, 因此岩类判别的准确性会受到影响。 通过理论探讨和实验验证, 发现各待测核素特征峰计数率值与样品质量成线性关系, 且不同的能量区域、 不同的岩性, 线性关系系数与趋势拟合程度都是不同的; 当样品的水分含量不超过10%(取样时, 岩屑水分不超过10%)时, 对测量结果的影响很小(变化值均在一倍均方差以内), 因此, 水分含量对低本底伽马能谱法判别沉积岩岩类的准确性不产生显著的影响, 一般可以不予考虑。 对陕西定边某油气勘查区钻孔岩屑样品进行判别试验, 对实测数据进行质量校正后, 利用铀、 钍、 钾道的“归一化”计数率值(即单位质量的计数率)只能粗略地划分不同沉积岩的大类, 再以铀、 钍、 钾特征峰的合峰计数率建立综合判别模式, 能够对岩类进行进一步细分, 且判别准确度达到75%以上。

采用溶胶-凝胶法制备了Ce掺杂TiO2, 经H2SO4处理得到酸化Ce掺杂TiO2。 利用X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、 紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis)及X射线光电子能谱(XPS)技术对样品的性质进行了表征, 以罗丹明B(RhB)在样品上的可见光催化降解为模型反应, 评价了所制备样品的光催化性能。 XRD测试结果表明, 铈掺杂使TiO2产生晶格缺陷、 粒径减小, 有利于光生电荷的转移, 继而提高催化剂的活性; FTIR谱图说明SO2-4以桥式双齿配位吸附形式存在; Py-FTIR谱图显示, 酸化铈掺杂TiO2样品表面同时存在Brnsted和Lewis酸位, 但以Lewis酸为主。 Lewis酸中心的缺电子性质有利于样品表面的光生电子与光生空穴分离, 从而改善催化剂的活性; UV-Vis结果表明, Ce掺杂减小了TiO2的带隙能, 引入的杂能级能够捕获导带上的光生电子和价带上的光生空穴, 降低光生电子-空穴对的复合几率; 同时还可以使能量较小的光子激发杂能级上捕获的电子, 拓宽光响应范围; XPS分析表明SO2-4/Ce-TiO2 样品上同时存在Ce3+/Ce4+的混合价态, Ce3+/Ce4+氧化-还原转换有助于TiO2受光激发后产生的光生电子和空穴的分离, 从而提高光量子效率。 酸化Ce掺杂TiO2对RhB的可见光催化降解反应有很好的活性, 实验结果证明, H2SO4酸化和Ce掺杂的协同作用改善了样品的可见光响应, 促进了其可见光催化反应活性。

在0.30 mol·L-1盐酸中, 铁(Ⅲ)显著催化过硫酸钾氧化甲基红的褪色反应, 据此建立了测定痕量铁(Ⅲ)的“Fe(Ⅲ)-盐酸-过硫酸钾-甲基红”新体系, 研究了该体系测定痕量铁(Ⅲ)的最佳条件, 考察了共存离子对测定的影响, 分析了测定反应的动力学参数及方程, 并利用动力学性质探讨了测定痕量铁(Ⅲ)的反应机理, 从而构建了一种测定痕量铁(Ⅲ)的新催化动力学光度法。 研究表明, 在最大吸收波长518 nm以及最佳测定条件下, 该体系中甲基红的浓度变化与铁(Ⅲ)含量呈以下良好线性关系: ln(A0/A)=1.334 1+0.001 0, 相关系数为0.999 1; 痕量铁(Ⅲ)发生一级反应, 该测定体系符合准一级反应特征且反应的表观活化能为69.88 kJ·mol-1; 反应机理的研究进一步证明了该体系中痕量铁(Ⅲ)起催化作用; 该痕量铁(Ⅲ)的测定方法操作简便, 所用试剂廉价易得, 目前还未见报道, 其灵敏度优于普通光度法, 检出限达0.005 mg·L-1。 该方法应用于实测水样和食品中痕量铁(Ⅲ), 相对标准偏差为1.18%～2.11%, 平均回收率为98.0%～104.0%。 该测定体系稳定, 结果满意。

感兴趣区域(regions of interest, ROIs)的选择及其光谱提取是高光谱图像无损检测分析的关键一步。 为快速准确检测羊肉pH, 在473～1　000 nm波段, 开展了两种不同提取ROIs方法对羊肉pH高光谱检测模型的影响研究。 采用“矩形区域法”和“图像分割法”两种ROIs方法分别获得相应的122条羊肉光谱, 对比了不同预处理方法对建模效果的影响, 并比较了两种ROIs方法下逐步多元线性回归(SMLR)、 主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)的模型精度。 结果表明, 提取光谱数据建模中SMLR和PLSR模型效果分别最优。 “矩形区域法”提取ROIs对应的SMLR模型校正集的相关系数(Rcal)和均方根误差(RMSEC)分别为0.85和0.085, 预测集的相关系数(Rp)和均方根误差(RMSEP)分别为0.82和0.097。 “图像分割法”提取ROIs对应的PLSR模型校正集的Rcal和RMSEC分别为0.95和0.050, 预测集的Rp和RMSEP分别为0.91和0.071。 其次通过比较“矩形区域法”和PCR, SMLR和PLSR三个模型中, “图像分割法”提取的ROIs光谱数据建模效果较优。 表明, 应用高光谱图像技术结合“图像分割法”提取ROIs快速无损准确检测羊肉pH具有可行性。

作物关键生育时期冠层氮素含量的实时监测对于优化氮肥用量和减少环境风险具有重要的意义。 为了寻求预测不同作物氮素含量的最佳光谱参数, 实现作物氮素无损营养诊断。 本研究通过2008年—2011年在德国慕尼黑弗莱辛和河北曲周的不同氮量的小麦玉米田间试验, 采用高光谱仪获取小麦玉米冠层的反射光谱, 利用光谱理论模型进行光谱指数波段的优化, 从而抽取不同冠层结构条件下的小麦玉米氮素营养敏感波段。 结果表明与传统的基于红光的光谱指数相比, 优化光谱指数显著提高了小麦玉米冠层氮素含量的预测能力, 克服了传统的基于红光光谱指数的饱和问题。 优化光谱指数的波段结合随着作物品种及其冠层结构的变化而变化, 其优化波段范围主要集中在红边(730～760 nm)和红边向近红外的过渡区域(760～880 nm)。 优化结果显示玉米最佳光谱指数为Rλ766/Rλ738－1, 小麦最佳光谱指数为Rλ796/Rλ760－1, 玉米小麦相结合优化后的最佳光谱指数为Rλ876/Rλ730－1。 结果进一步验证了优化光谱指数估测的不同作物含氮量的预测值与实测值相关性最高, 且验证偏差最小, 证实了优化后的光谱特征参数可对不同作物氮素丰缺状况进行快速、 准确、 无损估测。 试验结果也为设计作物冠层氮素传感器和更好的利用现有基于卫星的传感器实施区域上的作物氮素营养监测提供了理论基础。

高光谱图像分类是高光谱研究的重要内容, 也是许多其他应用的前提。 针对传统高光谱图像分类仅考虑光谱信息而忽略空间信息的问题, 对距离依赖的中餐馆模型(distance dependent Chinese restaurant process, ddCRP)进行改进, 提出一种基于空-谱约束的中餐馆过程混合模型(spatial-spectral Chinese restaurnt process, ssCRP)用于高光谱图像聚类。 该模型充分考虑像素邻域的空间和光谱信息, 并将其统一纳入模型的建模及求解过程中, 得到一般基于像素的聚类方法无法实现的效果, 可在一定程度上满足高光谱图像聚类分析的需求。 首先, 为利用高光谱图像的空间和光谱信息, 定义基于像素空间距离和光谱角的指数衰变函数作为像素间相似性的度量。 然后, 在考虑像素相似性的基础上利用基于餐桌的构造形式为每个像素确定所在的餐桌。 最后, 对每张餐桌分配一道菜作为聚类类别, 从而达到聚类的目的。 利用航空可见-近红外成像光谱仪AVIRIS高光谱影像评估该模型性能, 实验结果表明: ssCRP模型可较好地实现高光谱图像的自动聚类, 与传统的K-means和ISODATA方法相比, 该模型结果斑块规整, “椒盐效应”得到抑制, 具有较高的空间一致性, 分类精度高, 其总体精度达到63.57%, Kappa系数为0.632 3, 能很好反映真实地物分布。 同时, 分类结果的地物间边界清晰, 能很好保持图像边缘。

高光谱遥感影像不但具有高分辨率的空间信息还包含连续的光谱信息, 因此在目标探测领域具有独特的应用优势。 传统的高光谱遥感影像目标探测侧重于光谱信息的应用, 形成了确定性算法和统计学算法。 确定性算法通过计算目标光谱与待检测光谱之间的距离来查找目标, 不能检测亚像素目标, 而且容易受到噪声的影响; 统计学目标检测计算背景统计特性, 通过探测异常点来检测目标, 可以检测亚像素目标和小目标, 但容易受到目标尺寸的影响, 不能很好的检测大目标。 随着高光谱遥感影像的空间分辨率的增加, 探测目标已有亚像素目标逐步转换为单像素及多像素目标, 此时, 在高光谱图像中, 相同类别的地物在空间分布上呈现聚类特性, 因此, 在利用高光谱遥感影像进行目标探测时, 需要将其空间信息融入算法中。 将空间特征引入传统目标探测算法。 提出了一种新的空谱结合的高光谱目标探测算法, 将传统的基于统计的目标探测算子与空域邻域聚类算法相结合, 首先利用目标探测算子将影像划分为潜在目标区域与背景区域; 通过计算潜在目标区域的质心, 以质心为中心进行邻域聚类, 剔除潜在目标区域中的背景区域, 通过迭代计算获取最终目标探测结果。 传统的基于统计的目标探测算子, 将整个探测区域定义为背景区域, 实现对背景区域的统计特征提取, 而该方法将背景区域与潜在目标区域分离, 剔除了目标区域对背景区域的统计干扰。 将本算子与传统的约束能量最小化算子和自适应余弦探测算子进行分析比较可知, 该算子的大目标探测性能优于传统的统计算子。

闭式腔体ICP是解决飞行器等离子体局部隐身的可行方案, 其电子密度Ne在电磁波入射方向上的分布是影响其电磁波衰减效果的关键因素。 对此, 开展了在30.8 cm×30.8 cm×5.8 cm石英腔体内的ICP放电实验, 通过实验研究了空气/氩气ICP的E-H模式跳变的物理现象, 通过测量得到了空气/氩气环状ICP的宽度和覆盖面积比例随电源功率变化的规律, 并给出了上述实验现象的理论解释。 为了得到平面型ICP的电子密度在微波入射方向的分布, 提出基于Hβ光谱展宽的微波干涉分布诊断法, 分别对平面真空腔室内空气/氩气ICP的电子密度在电磁波入射方向上的分布进行了诊断, 通过Hβ(486.13 nm) Stark展宽拟合和微波干涉过程分别获取电子密度分布函数的两项参数, 得到了电子密度分布随放电功率变化的曲线。 实验可得到电子密度范围为0.5×1011～3.2×1011 cm-3的环状ICP源, 实验结果表明, ICP的电子密度受气体种类, 射频功率影响较大, 峰值电子密度接近ICP的中心位置, 通过比较发现, 氩气的电子密度较高, 有效拟合区域较窄, 空气的有效拟合区域较宽, 覆盖面积较大。

应用Nd∶YAG脉冲激光器(532 nm)作为光源, 诱导激发TU0Cu样品。 以光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件, 在30～110 mJ激光能量范围和触发后211～230 μs时间范围内对Cu(Ⅰ)特征谱线324.754, 327.396, 510.554, 515.324和521.320 nm的自吸收特性进行比较研究。 研究表明, 特征谱线自吸现象随时间增加逐渐减弱, 经过5～20 μs逐步消失; 在50～100 mJ能量范围内, 随着激光能量的增大, 谱线的自吸收程度增加, 持续时间变长。 同时特征谱线的自吸收特性因谱线跃迁能级状态不同而存在差异, 具有相同原子组态的324.754, 327.396 nm和515.324, 521.320 nm两组谱线的自吸收程度随时间和激光能量的演变以及自吸持续时间随能量的变化都分别表现出相似的特征, 且总角动量J较大(324.754 nm, 1/2-3/2; 521.320 nm, 3/2-5/2)的谱线自吸收程度相对明显, 持续时间较长, 受能量变化影响敏感, 自吸收程度随能量变化幅度也较大。 谱线510.554 nm(3d104p-3d94s2)在能量小于80 mJ时自吸程度较低, 持续时间较短; 能量在80～100 mJ范围内时自吸程度加大, 持续时间变长。

食品安全问题已成为全世界关注的焦点, 对食品中污染物的绿色检测方法有利于环境的可持续发展。 以大米中重金属污染物Cd元素为研究对象, 分别采用激光诱导击穿光谱(LIBS)和微波辅助激光诱导击穿光谱(MA-LIBS)对空白和实验室污染处理的大米样品进行检测, 并选用Cd Ⅰ 228.802 nm为分析线, 探讨目标元素分析谱线等离子体发射强度的增强效果。 同时, 采用阳极溶出伏安法获取大米中Cd元素的真实含量。 研究结果表明, 对于实验室配制的浓度范围在2.16~13.69 μg·g-1的大米样品, LIBS仅能检测出其中大米Cd真实含量为13.69 μg·g-1的样品; 而在同一实验条件下, MA-LIBS能检测出所有污染后样品中的Cd元素信号, 并且与LIBS方法相比, Cd元素谱线发射强度增强了9~27倍, 检测灵敏度提高了6.34倍。 结果表明, 采用MA-LIBS能有效地增强大米中Cd元素等离子体的发射强度并提高其检测灵敏度。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一项新兴的水下原位探测技术, 备受海洋探测技术领域的关注。 将这项技术推向实用化的关键之一是改善LIBS的远程探测能力, 因此需要采用超击穿阈值的高能量探测激光。 为观察超击穿阈值情况下的等离子体辐射和动态击穿特性, 采用图像与光谱相结合的方法, 以KCl溶液为样品进行了系列实验研究。 通过对1～20 mJ不同能量激发下的等离子体图像分析, 获得了不同激发条件下总辐射的轴向跨度和最亮点位置信息。 随激光脉冲能量增大, 等离子体长度增加, 从1 mJ时的0.49 mm增加到20 mJ时的1.83 mm, 同时辐射最亮点位置向激光入射方向移动了0.79 mm。 结合光谱探测分析, 得出等离子体特征辐射的轴向空间分布也对激光能量有明显的依赖性。 虽然不同能量下谱线强度呈相似的轴向空间分布, 但钾原子辐射最强处的位置和相应强度均随能量变化, 在5 mJ激发下获得最佳辐射强度。 实验结果表明, 为满足远程LIBS应用需求, 提高激光能量时应考虑其对原子辐射的影响。 还对不同能量下的谱线的半高宽和信背比进行了观测分析。

采用红外光谱、 紫外光谱、 荧光光谱及微波消解电感耦合等离子体质谱法对海南白沙和霸王岭两个产地的草豆蔻进行了分析。 其乙醇提取物的红外光谱都具有1 051, 1 390, 2 976及3 300 cm-1左右表征黄酮类成分的特征吸收峰, 二阶红外导数谱图显示了在2 977.72及2 899.94有相似吸收峰, 在1 922.36及1 650.87 cm-1有显著差异吸收峰, 可以鉴定区分海南不同产地的草豆蔻。 利用紫外光谱法表征了两个不同产地草豆蔻的特征谱图, 并根据有关的吸收原理, 建立了测定草豆蔻植物中主要组分山姜素与豆蔻明含量的方法, 获得了良好的分析精密度(0.42%～0.29%)和回收率(84.28%～117.41%)。 测得白沙草豆蔻中山姜素和豆蔻明的含量分别为4.23%和3.83%, 而霸王岭的分别为3.72%和3.34%。 荧光测定结果表明, 不同产地的草豆蔻乙醇提取物具有相似的荧光发射及激发光谱谱图, 荧光强度的差别也再次证明白沙草豆蔻乙醇提取物的浓度大于霸王岭的。 利用微波消解电感耦合等离子体质谱法分析了草豆蔻中的K, Ca, Mg, Na, Al, Fe, Mn, Cu, Zn等十七种金属元素及其含量。 该研究为定性、 定量地鉴定区别不同产地或不同种植批次的草豆蔻及测定其中主要活性组分的含量建立了简单可行的方法; 根据实验测得的金属元素种类及含量的结果, 可为进一步开发利用草豆蔻及提高食品安全意识提供更好的理论依据。

锰元素是植物所需的微量元素之一。 采用激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术对土壤中锰元素进行定量分析。 以46个土壤样品为研究对象, 获取土壤激光诱导击穿光谱数据, 选取锰元素403.1 nm的特征谱线为分析线。 根据谱线强度与元素浓度建立定标曲线, 相关系数仅为0.78, 定标结果说明, 由于土壤样品成分的复杂性, 锰元素浓度受土壤基体效应影响严重, 应根据锰元素在土壤中的存在形式, 选取相关元素, 建立多元非线性回归定量分析方法, 消除基体效应, 从而提高LIBS测量的准确性。 在多元非线性回归方法中分别考虑碳和铁元素对锰元素浓度的影响。 与定标曲线相比, 在考虑碳和铁元素对锰元素影响时, LIBS预测浓度与参考浓度的相关系数为0.97, 相对误差为3.2%～10.3%, 测量的准确度得到提高。 实验结果表明, 将多元非线性回归方法和激光诱导击穿光谱技术结合可以对土壤中微量锰元素进行定量分析。

自然条件下, 铂族元素(PGEs)一直被认为是表生条件下的痕量元素。 但是, 随着铂族元素在机动车排放催化剂及其他方面的广泛使用, 最终导致Pt, Pd, Rh会排放到环境中。 目前, 铂族元素在环境中存在一定程度的积累现象, 机动车尾气催化转换器被认为是其污染的主要来源。 为研究北京市城区内道路尘土铂族元素的污染状况, 于2010年11月采集了北京市内大型居民社区内的道路尘土样品。 样品先经王水热消解以及阳离子交换树脂(Dowex AG50W-X8)分离纯化后, 采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了道路尘土样品中三种铂族元素(铂(Pt)、 钯(Pd)和铑(Rh))的浓度。 结果表明: 北京城区内居民社区道路尘土中Pd, Pt和Rh的含量范围分别为: 14.20～161.80, 9.39～70.80和3.18～17.05　ng·g-1, 其平均浓度分别为50.76, 23.82和7.54 ng·g-1, 高于北京市土壤背景值, 说明北京城市居民社区内道路尘土中PGEs已经有了一定程度的富集。 其中, Pd, Pt和Rh分别高于北京土壤背景值约49.8, 32.6和5.1倍。 为了定量评价道路尘土中PGEs的污染状况, 采用地积累指数法对北京市道路尘土进行了评价。 地积累指数法评价结果发现: 大型居民社区内道路尘土中PGEs污染程度由强至弱的顺序依次为: Pd＞Pt＞Rh, 总体而言, 北京城区内大型居民社区内道路尘土存在较为明显的PGEs污染。

化学淋洗法是常用的污染场地修复方法, 其经济性、 简便性、 安全性等指标较其他方法有较大优势。 化学淋洗法存在的弊端之一是淋洗过程土壤伴存养分的同步淋失, 若能在此瓶颈问题上有所突破, 将会大大促进淋洗法场地修复的应用进程。 本文研究的目标在于揭示合成秸秆基阴离子吸附剂对养分淋失的减缓机制, 采用吸附平衡模式(等温线和动力学)与光谱分析技术(SEM和FT-IR)相结合, 力图从微观层面验证宏观研究结果。 Langmuir和准二级动力学方程能更好地描述硝酸根和磷酸根的吸附行为, 由Langmuir方程计算得出qm分别为7.507　5和4.194　6 mg·g-1, 吸附反应为单层吸附和优惠吸附过程, 主要控速步骤为化学吸附。 阴离子吸附剂对硝酸根和磷酸根的吸附活化能(298 K)Ea分别为42.25和39.38 kJ·mol-1, 吸附反应自发、 吸热。 纯净水和KOH能够实现阴离子吸附剂的再生, 超声辅助和延长解吸时间对于解吸效果略有促进作用。 吸附后阴离子吸附剂表面被点状分布的细微颗粒物覆盖, 解吸后仅有少量枝状物零星分布。 吸附前后FTIR图谱的主要波峰红移或蓝移, 证实阴离子吸附剂表面及内部官能团通过静电作用与硝酸根和磷酸根结合。 阴离子吸附剂对硝酸根和磷酸根的吸持固定是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。

测量不确定度, 表征合理地赋予被测量之值的分散性。 应用ISO/IEC Guide 98: 1993 Guide to the expression of uncertainty in measurement(简称GUM方法)的自下而上的策略进行测量不确定度的评定, 剖析完整的分析测量过程, 可以找出影响测量结果准确性的主要因素; 采取针对性的措施, 设法消除或降低这些因素的影响, 可以改进测量方法。 以电感耦合等离子体质谱法测定淀粉和面包糠中铝含量为例, 其不确定度来源于测量重复性、 最小二乘法拟合工作曲线的过程、 标准储备液及其分取稀释过程的不确定度、 溶液体积及样品称量过程的不确定度。 经过各不确定度分量的评定, 得知主要分量是由最小二乘法拟合工作曲线引入的相对标准不确定度urel(cAl)1, 其次是由配制标准溶液系列的稀释过程引入的相对标准不确定度urel(cAl)3、 由测量结果的重复性引入的相对标准不确定度urel(rep)。 因此, 采取较高灵敏度的质谱工作模式、 增加测定次数、 合理选取校准曲线的系列浓度点数值、 选用相对误差较小的量器等措施进行方法改进。 改进之后, 三个主要分量urel(cAl)1, urel(cAl)3, urel(rep)分别从(0.035 8, 0.013 2, 0.008 5)降为(0.006 0, 0.010 5和0.003 3), 铝量的合成相对标准不确定度从0.039降为0.013, 扩展不确定度从1.8 mg·kg-1降为0.4 mg·kg-1(k=2), 效果显著。

建立了王水沸水浴消解-原子荧光光度法测定土壤和沉积物中铋。 优化了仪器参数、 载流及还原剂浓度, 比较了水浴消解、 微波消解和电热板消解三种前处理方式处理土壤/沉积物中铋的优劣。 实验表明, 最佳的消解方式为水浴消解, 该方法操作简单方便, 结果准确, 可靠。 采用王水沸水浴消解土壤或沉积物试样, 方法的检出限为0.01 mg·kg-1(取样量为0.500　0 g, 定容体积为50 mL), 检出下限为0.04 mg·kg-1。 该方法测定土壤标准样品, 测定值都在标准值范围之内, 相对误差为－4.7%～－2.0%。 该方法用于测定土壤和沉积物实际样品的相对标准偏差分别为2.5%～3.4%和3.1%～3.4%, 加标回收率分别为97.6%～102%和99.5%～104%。

硫在富燃空气-乙炔火焰中可以形成CS双原子分子。 CS双原子分子的吸收轮廓与原子光谱吸收类似, 因此可以利用原子吸收光谱方法进行定量分析。 建立了高分辨连续光源原子吸收光谱法分析果脯中二氧化硫含量的方法。 果脯中的二氧化硫经酸化、 蒸馏、 过氧化氢氧化等过程转变为硫酸根, 通过连续光源原子吸收光谱法检测。 对影响二氧化硫检测灵敏度的乙炔流量、 火焰高度等仪器参数进行了优化, 并考察了样品中硫酸根、 硫代硫酸根等不同形态硫对二氧化硫分析的干扰。 优化条件下, 在257.961 nm波长的检出限为52.4 mg·kg-1; 相对标准偏差小于10%。 应用于北京市售果脯样品二氧化硫含量测定, 平均回收率在85.7%～115.7%之间。 该方法具有准确快速、 干扰少等优点, 拓宽了原子吸收光谱法的应用范围。

为了建立一套高灵敏和低成本的液体样品金属元素检测分析方法, 设计制造了一套超声波雾化辅助电火花击穿光谱(UN-SIBS)的实验系统。 利用超声波雾化装置将液体样品转化为密集小液滴组成的气溶胶, 并使用高压放电线圈和铜电极击穿气溶胶样品诱导等离子体, 通过采集分析光谱信号实现对样品金属成分的分析。 实验研究了该方法的发射光谱谱线特性, 对等离子体的电子温度和密度等物理特性参数进行了计算分析。 针对含有不同浓度重金属铅(Pb)元素的样品, 在较大的浓度范围内绘制了Pb元素261.37 nm处的原子峰强度随质量浓度变化的曲线。 实验结果显示, UN-LIBS方法对Pb元素检测限不高于2.07 ppt, 优于同类方法所报道的检测限。 同时, 与金属活性相对较低的钙(Ca)元素SIBS检测结果进行了比较, 分析了UN-SIBS方法的相关机理。

用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)分析研究了冬虫夏草中两个最重要的药效活性物质, 甘露醇和虫草素, 重点研究对应质量数251 amu的质谱峰含有的化学信息。 利用TOF-SIMS高质量分辨率的优势, 检测并识别251和252 amu质谱峰的信号有可能不是保健药理活性物质虫草素C10H13N5O3(251 amu)产生的分子离子峰M+, ［M+H］+, 这或许就是文献中有关研究虫草素存在争论的原因。 TOF-SIMS分析结果为进一步解读251 amu质谱峰的化学内含、 深入研究冬虫夏草中虫草素提供了依据; 同时就甘露醇对应的(181 amu附近)TOF-SIMS负离子质谱峰做了细致的解读, 确认181 amu质谱峰是识别冬虫夏草中甘露醇的可靠依据。 本研究证明, TOF-SIMS是分析、 研究、 鉴别冬虫夏草的有效手段。

X射线管是目前X射线荧光光谱分析中最常采用的激发源, 它所产生的原级谱成为了X荧光光谱中本底成分的主要来源, 在对这种光谱进行进一步的分析处理之前需要对其本底进行扣除, 对本底估计的准确性直接影响后续处理步骤的效果。 对射线管激发X荧光光谱的成分进行了分析, 针对其本底特点构造了一种本底强度的估计方法, 并根据实测谱线构建了理论测试谱线以便对光谱处理算法的效果进行评价。 该方法利用测得X射线荧光光谱中不包含特征峰的谱段对X射线管原级谱造成的本底成分进行估计, 使用只包含连续本底的谱段对整个测量谱段进行插值, 从而避免了谱线特征峰重叠或对半高宽估计不当时所产生的影响。 利用构建的测试光谱对SNIP法、 傅里叶变换法和本文的本底估计方法的使用效果进行了比较, 使用该方法估计的本底与理论本底更加接近。 结果表明使用的方法对X射线管激发的X荧光光谱的本底估计准确, 可以采用这种方法对连续本底进行扣除, 在对实际测得的X射线荧光光谱的本底扣除中取得了较好的应用效果。

介绍采用波长色散X射线荧光光谱法测定大气PM2.5中Cu和Zn含量的分析方法。 采用聚四氟乙烯滤膜来制备标准样品和进行大气颗粒物采样; 对大气颗粒物样品的装样杯结构进行了讨论, 采用6.7 μm的Polypropylene膜配合改进样杯来封装大气颗粒物样品, 应用改进后的样杯对大气颗粒物中Cu和Zn进行测定, 可明显降低背景, 改善峰背比, 降低检出限; 讨论了大气PM2.5中目标元素Cu和Zn的测量条件, 其分析线都采用Kα线, 分光晶体选用PX10, 采用间距300　μm的准直器, ZnKα线探测选用闪烁计数器, CuKα线的探测利用流气式正比计数器和封闭式正比计数器串联使用, 工作电压、 电流采用50 kV和50 mA。 应用制备的Cu和Zn标准样品建立工作曲线, 实验结果表明, 其线性相关性较好, 准确度较高, Cu和Zn的相对标准偏差分别为2.43%和2.00%(n=8), 检出限分别为0.028和0.021 μg·cm-2, 且分析大气颗粒物单个样品时间为60 s。 综上所述, 该方法能够实现PM2.5中Cu和Zn含量的快速、 准确分析, 为研究PM2.5中的元素含量特征及来源解析提供科学依据。

由于人类对宇宙的认识有限, 因此, 如何通过对光谱数据分析发现一些新的、 特殊的天体成为天文学家面临的重要课题。 目前, 常见特殊天体发现方法的基本思想是利用智能分类算法对离群数据进行分析。 然而, 当前主流分类算法大多对离群数据不敏感, 分类性能甚至受离群点影响较大, 因而无法完成特殊天体发现任务。 鉴于此, 提出基于模糊大间隔最小球分类模型的离群数据挖掘方法, 该方法利用部分一般样本和离群样本建立最小球模型, 并在此基础上引入模糊技术, 通过降低噪声的权重, 尽量减少噪声的影响。 与C-SVM, SVDD, KNN等传统分类方法在SDSS恒星光谱数据集上的比较实验表明所提方法的有效性。

针对宽光谱范围高分辨率的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路对二维光谱的探测需求, 分析了探测器与光路系统的匹配关系, 提出了面阵光谱探测系统的设计方法, 设计了具有高灵敏度、 低噪声等特点的二维光谱探测系统。 该系统包括主控单元、 探测器驱动单元、 信号处理单元、 数据存储单元以及数据传输单元等主要模块。 以滨松S10141型CCD为核心设计的探测系统灵敏度高、 动态范围大、 信噪比高。 结合中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路进行光谱探测实验, 结果表明, 该探测系统能在200～600 nm宽光谱范围内获得高分辨率二维光谱图像, 在Hg灯253.652 nm处单色像斑覆盖5个像素, 分辨率达到6.3 pm。

激光微加工是半导体精密加工的一个有效方法。 对于碳化硅(SiC)单晶, 使用紫外波段激光可以获得对入射能量最大的吸收效率。 使用355 nm全固态激光器对6H-SiC单晶进行刻蚀。 同时将样品置于不同的介质下以探究最优加工条件。 使用拉曼光谱表征激光刻蚀后的SiC表面。 刻蚀后表面主要由无定形硅及纳米晶石墨组成, 对于空气下刻蚀的SiC晶片, 无定形硅主要分布于刻蚀坑的周围, 刻蚀坑内较少。 而在液体下刻蚀的样品, 无定形硅的空间分布相反。 通过分析残留在表面的物质, 在另一角度研究了激光刻蚀的反应机理。 对于液体辅助的激光加工, 以往的研究主要关注液层的厚度及粘度, 对液体还原性的研究很少。 为确定液体还原性的影响, 使用共聚焦激光扫描显微镜及能量色散谱检测了不同液体辅助加工样品的表面形貌及氧含量。 结果表明, 液体还原性在激光刻蚀过程中有着较大的影响, 使用有着还原性的液体作为介质可以有效减少表面氧化并获得更规则的表面形貌。

测量获得了金刚石压腔系统中碳化钨基座单轴下的总压应力(F/N)-应变(ε/μm/m)关系: F=3.395ε+12.212(R2=0.999 9), 研制出可以在定量单轴压力下原位测试样品谱学特征的装置。 利用该装置测试了单轴压力在2548.664 MPa下单晶硅片的拉曼谱峰。 测试结果表明, 当压力垂直于单晶硅样品［100］结晶面时, 样品的519.12 cm-1谱峰随压力增大有规律的向高频方向偏移, 谱峰频移量(Δω/cm-1)与压力(σ/MPa)的增加呈显著的线性关系, 线性方程为σ=365.80Δω+10.19。 式中的常数项在一定程度上反应了样品本身存在的残余应力; 一次项系数与理论计算得到的结果存在一定差异, 可能是由于本实验考虑了样品受力的定向性。 Δω-σ线性关系式中的常数项可能代表两层含义: 一是实验过程中存在的误差; 二是在一定程度上反应了硅片本身存在的内应力的大小。

在激光+脉冲GMAW复合焊接过程中, 焊丝端部金属熔化产生大量的金属蒸汽, 导致等离子体中电子、 粒子的扩散现象加剧, 使得激光的传输模式和工件对激光能量的吸收率和吸收模式发生变化。 基于光谱分析的方法得到了复合焊接峰值状态的电子密度和温度分布, 通过高速摄影分析了不同焊接模式下等离子体形态的变化, 结合Beer-Lambert吸收定律计算了不同焊接模式下激光的吸收率。 结果表明, 在复合焊过程中, 由于焊丝端部金属被熔化, 焊丝的金属蒸汽进入激光等离子体内部, 导致激光匙孔上方电子密度进一步提高, 等离子体吸收激光能量能力增强, 使得激光的传输效率从纯激光焊的94.16%降低到了CO2激光+脉冲GMAW复合焊的85.84%。

环氧树脂是纤维增强复合材料加工中的一种重要的胶粘剂, 太赫兹时域光谱技术已成为纤维增强复合材料无损检测的有力补充手段。 固化温度是环氧树脂的重要参数之一, 不同的固化温度会影响环氧树脂胶的性能, 因此采用太赫兹时域光谱技术分别对室温和高温下固化的环氧树脂胶的太赫兹透射光谱特性进行了系统研究, 计算得到了不同温度下固化的环氧树脂胶的折射率和吸收系数, 并进行了对比分析。 研究表明, 由于室温下固化的环氧树脂样本基本没有气泡, 而高温下固化的样本存在微量气泡, 气泡的存在降低了样品的密度, 因此室温下固化的环氧树脂胶样品的折射率和吸收系数均大于高温下固化的样品。 在同种固化条件下制备的不同样品间折射率差别较小, 同时, 室温下固化不同样品间的吸收系数差别亦较小, 但高温下固化样品间的吸收系数在0.6～1.5 THz差别逐渐变大, 这主要是因为高温下制备的不同样本间的气泡分布不均匀, 即密度分布存在差异。 室温和高温下固化样品的吸收系数在整体上均随着频率的增加而增加, 并且没有明显的吸收峰。 此外, 由于法布里-珀罗干涉效应的存在, 导致有些厚环氧树脂样本的能量透过率在共振峰处要远大于薄样本。 该研究对纤维增强复合材料的太赫兹无损检测具有重要的研究意义。

太赫兹时域光谱技术是基于飞秒超快激光技术的有效的光谱检测技术, 太赫兹波独特的优势使其成为一种有效的无损检测手段, 并被广泛地应用到各个领域。 然而在样品检测尤其是液体样品检测过程中, 由于Fabry-Perot效应的存在, 太赫兹波在样品、 样品容器、 以及光学元件之间的多次反射, 使时域信号产生回波, 样品的吸收光谱在频域内产生振荡, 有可能会隐藏一些重要的吸收特征。 为了解决这一问题, 对解卷积算法进行改进, 在传统计算模型的基础上, 考虑系统中液体池窗片和光学元件对太赫兹波的非线性吸收, 将包含回波的太赫兹时域信号描述为太赫兹主脉冲与一系列冲击信号和非线性传递函数的卷积。 通过分析, 有效去除回波引起的频谱振荡, 进一步提高太赫兹波段豆油光学参数的测定精度。 实验对比了改进前后0.2～2 THz波段豆油的频谱及吸收谱, 实验结果证明, 与传统的主脉冲截取法相比, 本算法不仅能有效去除回波引起的频谱振荡, 且在相同检测条件下, 可将太赫兹波段豆油样品的频率分辨率由50 GHz有效提高至10 GHz。 该算法不受被测对象参数的影响, 同样适用于其他液体的太赫兹时域光谱测量。 最后对吸收谱中残余的频谱振荡进行了深入分析。

红层泥岩边坡的风化是一个普遍存在而又未完全解决好的问题。 因风化而造成的不稳定红层泥岩边坡, 在岩土体重力、 震动及其他因素作用下, 常常发生危害性的变形与破坏, 导致崩塌滑坡、 落石和泥石流等地质灾害。 风化深度是红层泥岩边坡治理的重要依据之一。 风化深度是指岩石破裂后在破裂面内侧产生的微裂隙或微裂隙带在风化作用下向岩石内部延伸的垂直距离。 选择典型的红层泥岩边坡地带进行钻孔取样。 太赫兹时域光谱技术是利用太赫兹脉冲表征物质性质的一种新兴光谱技术。 实验使用太赫兹时域光谱系统测量所取得样本的太赫兹透射光谱。 对所有样品的透射光谱进行分析, 观察到各风化样品间的太赫兹透射光谱差别微小, 且没有明显的特征吸收峰。 为了获得取样地点的风化深度, 基于太赫兹光谱建立一个智能, 高效的回归预测支持向量机(SVM)模型来预测采样地点的风化深度。 预测结果与实际深度相比较, 所得相对误差小于7.09％。 结果表明, 基于太赫兹光谱的支持向量机(SVM)模型可以有效的区分样本以及预测深度, 可以为红层泥岩边坡治理提供重要的参考。

利用正高压驱动空心针-板喷枪装置, 通入工作气体氩气, 在大气压空气中产生了均匀稳定的喇叭状等离子体羽。 电学和光学测量结果表明, 放电虽然是在直流电源驱动下工作, 但放电为周期性的脉冲。 通过对等离子体羽发光信号进行空间分辨测量, 研究了脉冲的形成机理, 发现除针尖附近的电晕放电外, 等离子体羽是以正流光(等离子体子弹)从针尖向着接地电极方向传播的。 采用光谱学方法, 对电子激发温度随电压的变化及其空间分布进行了测量。 结果表明, 电子激发温度(约为3 eV)随电压的增大而升高, 在一定电压下, 电子激发温度沿气流方向也在升高。

为了实现惯性约束聚变 (ICF)点火, 需要制备出均匀的高密度燃料靶。 对于氘氘 (DD) 冰层, 红外均化技术可用于改善其内表面粗糙度。 本文利用红外光谱仪和红外显微镜研究了辉光放电聚合物(GDP)薄膜和靶球的红外吸收性质, 得到了GDP薄膜材料特定波长处的红外吸收系数。 通过比较薄膜材料和靶球的红外吸收, 证实了热处理可以降低GDP材料中的氧化位点, 从而抑制羟基(—OH)峰的形成, 优化DD冰层的红外均化效果。 利用所得实验数据对DD均化实验中红外均化积分球所需要的红外功率和国家点火装置(national ignition facility, NIF)标准靶的红外透射率进行了估算, 计算结果对DD冰红外均化实验具有重要指导作用。

红外光谱(IR)测量中对制样的基本要求是样品要均匀。实际工作中经常遇到厚度或浓度分布不均匀的样品, 如含气泡的液体等。 通过理论模型结合实验结果定量分析了厚度或浓度分布不均匀样品的红外光谱失真问题, 对此类不均匀样品的光谱性质做了深入研究和系统分析。 理论计算和实验结果均表明, 只要能够合适地控制实验条件, 如制备足够薄的样品或选择吸收较弱的IR峰做分析对象, 则厚度或浓度分布不均匀样品的光谱与均匀样品的光谱是高度相似的, 完全可以满足定性或定量分析的要求。

采用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数光谱对不同产地的中国沙棘进行识别研究。 结果表明, 不同产地中国沙棘的一维红外光谱在2　925, 2　854, 1　743, 1　541和1　173 cm-1等处都有表征脂类、 黄酮类和糖类成分的特征吸收峰。 但因产地不同, 各样本吸收峰的位置和强度均存在一定差异。 此外, 3 429～3 336 cm-1范围处以及1 744 cm-1附近处的吸收峰是识别不同产地中国沙棘主要特征峰; 比较各产地中国沙棘的二阶导数红外图谱发现, 1 030和1 516 cm-1的吸收峰能够进一步确认样本中的黄酮类化合物的存在。 此外, 各样本在1 711和1 476 cm-1附近的吸收峰以及1 689～1 515和1 400～1 175 cm-1处吸收峰的强度和位置均具有显著差异。 一维红外光谱和二阶导数光谱的结合, 可以为不同产地中国沙棘的识别分析提供科学数据。 该方法快速、 直观、 简便, 能够为不同产地中国沙棘的整体化学成分提供大量信息, 有助于中国沙棘的整体质量控制以及有效成分定性分析研究。

光照是影响植物生长发育的重要因子, 在植物生长过程中, 对植物的生理代谢、 光合特性、 品质及衰老均有广泛的调节作用。 然而国内外对于采后光照是否仍然可以提高果蔬品质, 延长贮藏保鲜期的研究少见报道。 采用红、 蓝、 绿三种单色光照射处理西兰花, 红光对采后西兰花花球黄化具有抑制作用, 蓝光抑制作用不明显, 而绿光则加速了西兰花黄化, 因此本文将重点研究LED单色红光对西兰花采后黄化抑制效果。 采用波长为625±5　nm, 光照强度(100±5)Lx的LED单色红光持续照射西兰花花球, 以避光处理为对照。 结果表明: LED单色红光能够抑制西兰花花球表面色差L值升高, 保持色差-a/b值, 延缓叶绿素降解; 同时能够降低西兰花呼吸强度, 推迟呼吸高峰, 降低乙烯生成速率, 有效保持了西兰花的商品性。 相关性分析表明, 采用LED单色红光处理后, 乙烯生成速率与黄化指数之间达到极显著正相关水平(p<0.01)。 与常规无光处理相比, LED单色红光处理延长了西兰花保鲜期5　d左右, 为西兰花的贮藏保鲜提供理论依据。 本文创新点在于首次将无化学污染、 环境友好特性的LED单色光引入西兰花采后贮藏保鲜过程中, 重点研究了LED单色红光对西兰花采后颜色变化的影响, 明确了LED单色红光对西兰花采后黄化具有抑制作用。

高于绝对零度的物体满足Plank定律, 因此红外辐射在一定程度上反映温度。 红外辐射测温具有响应速度快, 分辨率高, 能较好的实现对微小、 高速移动等不可接触测量目标的温度测量。 用一种先进的双波段红外遥感光谱系统采集不同温度金属的红外发射光谱, 分析和研究这些不同温度的光谱数据所具有的不同特征。 在此基础上, 对样本提取重心位置、 波峰位置、 波长λ1的值、 波长λ2的值四种光谱特征, 寻找温度与其之间的函数关系; 并建立多元线性回归模型, 通过光谱反推温度值。 实验结果表明, 该方法可以有效的分辨有明显温差的高温物体, 在实验所测温度范围内的测温绝对误差小于30 ℃, 在测量误差小于20 ℃的置信区间内有98%正确率, 优于一般系统需要保证目标发射率、 大气透射率、 环境等效辐射温度等复杂参数高精度的情况下2%的测温精度。 该方法可以简单有效的对远距离目标测温, 从而进一步拓展红外光谱遥测温度的应用领域。

准确、 快速解析混合样品的组成比例对食品、 农产品加工过程的质量控制和配方设计具有重要作用。 传统的解决方法多是利用大量代表性样品建立统计模型来实现, 耗时耗力。 以醇类及酸类液体混合样品及其低浓度溶液混合样品(无近红外特征吸收的四氯化碳(CCl4)为溶剂介质)的透射光谱, 以及片状烟叶样品漫反射光谱为例, 采用导数和S.G.平滑, 结合非负回归系数回归法(配方回归)验证了在一定条件下解析混合样品组成比例的可行性。 结果表明, 对醇酸类液体透射光谱, 根据非负回归系数回归法得到的解析比例更接近于醇酸类液体的实际摩尔比例, 与实际摩尔比例的误差在8%以内, 其低浓度溶液的解析效果更优, 与实际摩尔比例的误差在4%以内; 对片状烟叶的漫反射光谱, 根据非负回归系数回归法得到的解析比例与实际质量比例的误差在10%以内; 同时, 混合样品的实际光谱与理论解析光谱之间均具有高度一致性, F和t检验的结果均在0.01水平上, 无显著性差异, 从理论上分析了解析比例的可靠性。 该方法只需已知几种纯样品的光谱数据, 即可解析出混合样品的纯样品组成比例, 具有较好应用前景。

脊柱的治疗非常重要, 其中螺钉的准确植入是其内固定术的一个重要影响因素。 但由于椎骨外形差异较大, 很容易在螺钉植入过程中出现误植, 从而引起并发症。 因此, 需要寻找一种准确的椎弓根螺钉植入检测与监测方法。 提出了一种联合近红外参数和CT影像方法, 该方法可应用于椎弓根螺钉的植入过程中, 将计划植钉路径上椎骨组织的近红外参数和CT值进行研究, 提高术中植钉的准确率。 首先以猪椎骨为实验模型, 规划手术中的典型螺钉植入路径; 然后采用相关系统测量植入针道上的光谱, 计算光谱分析得到最佳近红外参数, 将其定义为特征因子; 进一步将规划路径上的CT值与特征因子进行关联, 建立三维空间CT值与近红外参数的转换模型。 结果表明CT值与特征因子具有线性关系, 为椎弓根螺钉植钉手术中的螺钉位置实时监测提供了参考依据, 该模型可以用于螺钉植入术中监测和误植预警。 论文提出的联合近红外参数和CT影像的椎弓根螺钉植入术中监测方法, 为临床手术中植钉准确率的提高奠定了基础。

二甲醚(DME)掺入液化石油气(LPG)中能加速储气罐橡胶密封圈的老化, 存在严重安全隐患, 直接危害消费者安全和利益, 国家明令规定禁止向LPG中掺入二甲醚等化学品作为液化气商品出售, 因此实现LPG中DME含量的快速分析极其重要。 提出一种快速测定LPG中DME含量的新方法, 解决了液化气成分快速测量技术难题。 实验设计和制造了一套精确配制DME液化气溶液的装置和一套基于近红外光谱技术快速测定LPG的分析系统。 该分析系统耐压3.5 MPa, 可方便与高压钢瓶连接, 实现了液化气直接快速测量。 收集了市场上LPG-1(胺前液化气), LPG-2(焦化液化气), LPG-3(脱硫醇后液化气)LPG-4(沧炼催化液化气)共四种液化石油气, 采集其近红外光谱作为背景子空间, 采用称重法配制DME浓度范围1.0%～45.0%。 采用斜投影算法从LPG溶液近红外光谱中提取出不同浓度LPG溶液中DME纯信号, 　使用DME纯信号强度I与浓度c建立标准曲线, 其线性相关系数为0.999　4。 外部验证结果表明, 方法相对误差小于2.0%。 该方法具有操作简单, 快速、 无需建模等优点。

鸡蛋新鲜度是反映鸡蛋内部品质的一个重要指标。 为了能够实现鸡蛋新鲜度的快速无损检测, 利用微型光纤光谱仪采集鸡蛋550～950 nm的透射率光谱曲线, 与鸡蛋的哈夫单位值进行了定量分析。 通过不同的预处理方式分别结合偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)与支持向量回归(support vector regression, SVR)建立模型, 比较了不同模型的预测结果, 发现一阶微分结合SVR能够实现较好地预测, 且利用SVR建模要优于PLSR。 为了提高运算效率, 减少无用信息对建模的不良影响, 分别利用线性降维主成分分析法(principal component analysis, PCA)与非线性降维局部线性嵌入(locally linear embedding, LLE)对一阶微分后的光谱数据降维, 比较两种降维方法的预测效果, 得出了LLE降维要优于PCA降维, 其训练集和预测集的相关系数与均方根误差分别为92.2%, 7.21和91.1%, 8.80, 训练集交叉验证的均方根误差相比减少了0.79。 实验结果表明, 利用局部线性嵌入结合支持向量回归进行非线性建模, 能够提高鸡蛋新鲜度的预测能力, 表明该方法对鸡蛋新鲜度的可见/近红外光谱检测可行。

选取皖北卧龙湖煤矿岩浆侵入区, 研究其岩-煤蚀变带内不同形态和期次FeS2的拉曼光谱特征。 结果显示, 依据峰型组合(M)、 拉曼位移(Δν)和散射强度(I)的不同, 各样品数据可以划分为Ⅰ型、 Ⅱ型和Ⅲ型3类。 Ⅰ型样品发育5个较强的散射峰, Eg值(1.16～1.59×103)和Ag值(2.33～2.53×103)均较高, Tg值(0.20～0.27×103)一般较低。 与之不同, Ⅱ型样品拉曼谱线上仅可见到前3个散射峰, 不发育后2个散射峰; 其Eg值、 Ag值及Tg值均与Ⅰ型相似。 Ⅲ型样品与前两类均不同, 仅发育327.6～328.8和389.0～390.1 cm-1两个较强的散射峰, 样品Eg值(0.94～1.14×103)较高, Ag值(0.27～0.33×103)较低, Tg值低于检测限。 分析表明, Ⅰ型样品的前三个散射峰分别为与黄铁矿的Fe-［S2］2-变形振动、 伸缩振动和S—S伸缩振动相关; 后两个散射峰分别与石墨微晶振动和石墨晶面内C—C伸缩振动对应, 展现出黄铁矿特征和天然焦的共同特征, 推测为遭受天然焦混染的黄铁矿混晶。 Ⅱ型样品发育前3个散射峰, 指示其为典型的黄铁矿晶体; 而Ⅲ型样品的谱峰特征与白铁矿相似, 推测其有可能为黄铁矿的低温白铁矿变晶。 进一步分析还表明, Ⅰ型和Ⅱ型拉曼散射强度相近, Ⅲ型样品较前二者明显偏低, 暗示Ⅰ型和Ⅱ型样品形成压力相近, 而Ⅲ型样品形成压力较低; 三者Ag峰分别依次较前者向高频偏移4.4～6.7和4.5～8.4 cm-1, 这指示Ⅰ型、 Ⅱ型和Ⅲ型样品的形成温度依次显著降低。 依据上述光谱证据认为, 淮北卧龙湖煤矿内蚀变煤和过渡带内黄铁矿均为中高温产物, 应为岩-煤蚀变过程中的产物; 而侵入岩内发育黄铁矿的低温白铁矿变体很可能为岩体固结后的次生产物。

过氧聚钨酸是通过化学途径合成各种纳米结构氧化钨的重要前驱物之一。 本文以双氧水(H2O2)、 钨粉(W)和无水乙醇为原料合成了过氧聚钨酸溶胶, 随后在常温下长时间放置, 直至自然凝固, 并在120　℃干燥3 h后得到最终的深黄色胶状固体。 利用XRD、 SEM、 Raman谱、 TG/DSC分析和UV-Vis谱等分别考察了样品的成分结构、 热稳定性和UV-Vis光吸收特性。 宽的XRD峰表明样品是非晶结构, 明显峰位的高斯型拟合表明样品是氧化钨与水合氧化钨的复合物。 SEM表明样品呈纳米颗粒状(50～100 nm)和片层状形貌(厚约50 nm)。 宽而明显的Raman峰的高斯型拟合进一步表明样品是非晶氧化钨和水合氧化钨的复合物, 不仅拥有非常明显的O—W—O对称伸缩、 非对称伸缩和WO振动, 而且伴有O—W—O对称弯曲、 非对称弯曲及吸附水的振动模式。 TG/DSC分析表明过氧聚钨酸凝胶固体在120～500　℃范围内存在四个不同的热力学过程: (Ⅰ)过氧聚钨酸凝胶固体的缓慢晶化(120～165　℃); (Ⅱ)H2O2的分解和H2O的去吸附(165～236　℃); (Ⅲ)水合氧化钨的快速分解(236～287　℃); (Ⅳ)最终产物WO3的晶化和相变(287～500　℃)。 UV-Vis谱表明样品在350～600 nm范围存在一个明显的带边吸收, 其光学带隙约2.25 eV, 明显低于当前已报道的WO3和H2WO4的带隙值(2.45～3.50 eV)。 存留在复合物中的水分子、 氧缺陷以及结构性畸变应该是导致其拥有较窄带隙的关键因素。

采用溶剂热法合成出单核Zn(Ⅱ)配合物［Zn(2,6-PDA)(phen)H2O］·H2O (1)和双核Cu(Ⅰ)配合物{［Cu(μ-Ⅰ)(phen)H2O］·H2O}2 (2) (2,6-H2PDA=2,6吡啶二甲酸, phen=1,10-邻菲罗啉), 通过单晶结构测试、 元素分析和红外吸收光谱对结构进行表征, 并研究了两种配合物在二甲基亚砜(DMSO)中及固态时的荧光光谱及DMSO溶液中紫外可见吸收光谱。 配合物1和2的最大吸收峰分别出现在253和242 nm附近, 相比于配体吸收峰均发生红移, 在1和2中, 主要呈现出中心金属离子微扰的phen的π→π*的跃迁, 且吸收强度强于phen, 说明中心金属离子与phen配位后, 增加了有机配体在紫外区的吸收, 利于配体对能量的吸收。 1在DMSO溶液中的荧光发射峰位于361, 379和392 nm, 在固态时的荧光发射峰为407, 434和467 nm, 2在DMSO溶液中的荧光发射峰出现在422, 443和461 nm, 固态时荧光发射峰在442, 469, 501 nm, 均呈现蓝光发射。 配合物1和2的固态荧光发射光谱与相应的DMSO溶液中的发射峰相比分别红移55和23 nm, 这是由于在固态时配合物1和2的分子中的π—π堆积相互作用和分子间的相互作用, 特别是配合物2中存在强烈的Cu(Ⅰ)…Cu(Ⅰ)相互作用, 降低了体系前线轨道之间的能量差。