介绍了一种基于施密特-卡塞格林望远镜的光纤收发一体长光程差分光学吸收光谱(LP-DOAS)系统, 并应用于实际大气HONO和NO2的测量。 该测量系统采用光纤收发一体设计, 相比于目前广泛使用的卡塞格林式差分光学吸收光谱系统更能充分利用望远镜主镜有效面积, 具有较高的光学效率。 分析了暗电流, 偏置以及望远镜内部反射光对系统的影响, 在晴好天气下, 望远镜内部反散光所占大气谱光强比例小于1%。 且通过与传统卡塞格林式差分光学吸收光谱系统进行了实际大气NO2的测量对比, 相关系数r达到0.968, 验证了新系统测量的准确性。 利用该测量系统在河北固城开展了对大气HONO和NO2高灵敏度、 高时间分辨率的外场观测, 在光程为2 490 m下系统对HONO和NO2探测限(2σ)分别为84.2和144.6 ppt。 测量期间的平均时间分辨率约为30 s, HONO和NO2浓度最大值分别为3.2和37.8 ppb, 最小值均低于探测限, 并根据观测期间的数据结果计算夜间HONO/NO2平均值为0.12。

不断提高以掺铒光纤为核心的光纤器件功率是研究与应用领域中的一个重要课题。 高功率光纤器件内能量聚集会发热升温, 造成器件光谱参数性能显著变化, 进而造成以掺铒光纤为核心的光学器件的性能发生显著变化。 因此对掺铒光纤在大温度范围下的光谱性能进行研究具有重要意义。 利用斯塔克能级展宽理论建立了掺铒光纤吸收系数与温度的关系模型, 在此基础上结合McCumber理论仿真计算了掺铒光纤荧光寿命与温度的关系。 以OFS-MP980型掺铒光纤为实验对象, 测量了掺铒光纤在常温至900 ℃范围内的吸收光谱、 发射光谱。 结果表明, 温度升高造成980 nm波段吸收系数整体下降, 且吸收系数的峰值波长增加, 平均增加率0.625 nm/100 ℃。 1 530 nm波段吸收系数整体展宽, 且峰值吸收系数下降, 平均下降率为-0.19 dB/100 ℃。 600 ℃以内荧光寿命随温度呈近似线性下降, 下降率为-0.23 ms/100 ℃。 600 ℃以内理论模型能够反应温度造成峰值吸收系数、 荧光寿命近似线性变化的趋势。

对飞秒脉冲泵浦下, 不同锥长及锥腰直径的微结构光纤的超连续谱产生进行了实验研究。 采用“快速低温拉锥方法”, 在保持d/Λ不变的情况下, 对实验室自制的空气孔间距Λ=6.53 μm, 归一化孔径d/Λ=0.79的微结构光纤进行了拉锥, 分别得到6, 8, 10 mm等不同锥长微结构光纤。 理论计算表明, 随着锥长变长, 锥腰直径变小, 锥腰处零色散波长向短波移动: 未拉锥及6, 8和10 mm锥微结构光纤锥腰处零色散波长分别为1 129, 885, 806和637 nm。 利用中心波长为810 nm, 重复频率76 MHz, 脉宽120 fs的钛蓝宝石飞秒激光器对拉锥后微结构光纤进行了实验研究: 锥长为6 mm时, 泵浦光中心波长位于整根光纤的正常色散区, 锥腰的零色散点附近, 内脉冲拉曼散射和级联四波混频是光谱初始展宽的主要因素。 泵浦功率达到450 mW时, 在可见波段390～461 nm及红外波段1 134～1 512 nm形成-5 dB的平坦宽带连续光谱。 泵浦功率达到500 mW时, 出现366～2 450 nm覆盖紫外、 可见、 近红外、 中红外的超连续谱, 其光谱红蓝移边缘已经接近实验用微结构光纤的传输带宽。 锥长为8 mm、 泵浦功率为450 mW时, 在群速度匹配和群加速度失配的共同影响下, 连续谱蓝移边缘达到366 nm, 比6 mm锥时蓝移9 nm; 锥长为10 mm时, 由于锥腰处零色散点移动到可见光区域, 可见区光谱仍能满足相位匹配条件。 通过级联四波混频效应, 在可见区域实现了频率上转换及光谱蓝移。 泵浦光功率达到500 mW时, 在382～412 nm得到谱宽仅为30 nm, 转换效率达到27.7%的频率上转换。

采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术研究了煤直接液化残渣(DCLR)的热解特性, 重点对其热解过程气体的析出规律进行了分析讨论。 研究表明, 液化残渣热失重分为三个阶段, 在405.10 ℃以前为残渣热解第一阶段; 405.10～523.83 ℃主要为高沸点油和沥青质等的大量热分解阶段, 当温度达到478.45 ℃时, 失重速率达到最大值, 此时失重量约占总失重的40.27%; 523.83 ℃以后残渣的失重曲线较为平缓, 失重量约占总失重的50.55%, 主要由产物的二次分解和矿物质的热分解所造成。 热解过程气体产物的析出也分为三个阶段, 第一阶段主要释放的是H2O和CO2, 第二阶段中析出的主要为CO2, CH4, CO、 H2O和少量SO2, 同时在458.4～791.9 ℃范围内伴随着焦油的大量析出, 第三阶段主要是CO2, CO和H2O的析出。 CO2的释放主要归功于含氧杂环或OCO等含氧基团的断裂, 而CO的释放主要由醚键以及含氧杂环热分解造成, 脂肪烃的热分解是CH4释放的主要原因。

室温下, 通过直流磁控反应溅射在石英衬底上制备一系列钼掺杂氧化锌薄膜。 分别采用X射线衍射(XRD)、 原子力显微镜(AFM)、 分光光度计及拉曼光谱仪研究了钼掺杂浓度对氧化锌薄膜结构、 表面形貌、 光学性能和表面等离子体特性的影响。 XRD测试结果表明, 零掺杂氧化锌薄膜结晶良好, 呈c轴择优取向, 掺杂后薄膜缺陷增多, 结晶质量下降, 当掺杂浓度达到3.93 Wt%时, 薄膜由c轴择优取向的晶态转变为非晶态。 AFM测试结果表明非晶态掺钼氧化锌薄膜表面光滑, 粗糙度最低可达489 pm。 透射光谱表明所有薄膜样品在可见光范围(400～760 nm)平均透过率均达到80%, 禁带宽度随着掺杂浓度的提高从3.28 eV单调增加至3.60 eV。 吸收光谱表明氧化锌薄膜表面等离子体共振吸收峰随钼掺杂量的增大发生蓝移, 而拉曼光谱表明Mo重掺杂时ZnO薄膜表面拉曼散射信号强度显著降低。 通过Mo掺杂获得非晶态氧化锌薄膜, 拓宽了氧化锌薄膜材料的应用领域, 同时研究了Mo掺杂浓度对氧化锌薄膜表面等离子体的调控作用, 这对制备氧化锌基光子器件具有重要参考价值。

提出了一种利用氧化钛薄膜对金属铜薄膜表面等离子体共振特性调制的想法。 实验中首先使用电子束蒸发制备一批同等厚度的氧化钛薄膜, 再利用磁控溅射方法在氧化钛薄膜上沉积厚度为5～80 nm不等的金属铜薄膜。 测试结果表明, 氧化钛膜层对不同厚度的金属铜薄膜表面等离子体共振增强具有不同调制效果, 金属铜薄膜厚度小于20 nm时, 底层的氧化钛薄膜对Cu薄膜表面等离子体共振增强效果显著, 且随着金属Cu膜层厚度增加表面等离子体共振峰发生蓝移, 而当金属铜膜层的厚度超过20 nm时, 共振增强效果因金属Cu薄膜消光能力的上升而开始减弱。

骨关节炎是主要由软骨组织损伤与退化引起的常见关节疾病, 是影响人类健康的重大疾病之一, 对于关节软骨组织早期病变的检测可以大大提高疾病的治愈率, 然而相关的临床诊断技术尚未发现。 近年来, 太赫兹技术在医学领域日益受到关注。 与传统方法相比, 太赫兹辐射能量低, 不会产生电离辐射, 可高灵敏、 无损伤地对生物组织进行成像检测, 因此在关节软骨诊断方面具有较大的应用潜力。 本文简要介绍了关节软骨的生理与病理情况以及目前关节软骨检测的主要方法, 重点总结了太赫兹技术应用于关节软骨检测方面的相关研究工作, 分别包括对动物与人类关节软骨的检测, 探讨了太赫兹技术在关节软骨检测中所面临的挑战与未来研究展望。

采用ATR附件采集了人工控制条件老化小麦样品的太赫兹波谱数据, 并在PCA综合得分基础上对数据进行分集, 建立陈化小麦的快速无损鉴别PLS-DA模型, 并对其进行外部验证。 结果显示, 针对吸收系数谱, 所建模型的校正集实验组、 对照组以及交互验证实验组、 对照组正确率分别为84.2%, 94.7%, 84.2%和81.6%, 外部验证集实验组、 对照组正确率分别为73.7%和100.0%; 针对折射率谱, 所建模型的校正集实验组、 对照组以及交互验证实验组、 对照组正确率分别为84.2%, 92%, 76.3%和76.3%, 外部验证集实验组、 对照组正确率分别为84.2%和89.5%。 研究表明, ATR-THz技术在陈化小麦无损鉴别方面具有一定的应用潜力。

寻找新能源为全球目前面临着的重要课题, 其中最理想的新能源为太阳能。 近红外量子剪裁发光方法可以把硅或锗太阳能电池响应不够灵敏的大能量光子成倍的转换成为太阳能电池响应灵敏的小能量光子, 能够解决光谱失配的问题, 较大幅度的提高太阳能电池的效率。 很有意义。 报道了掺Tm3+Bi3+的铌酸钇磷光粉样品材料的近红外量子剪裁发光的浓度效应。 通过测量激发谱与发光谱, 发现Tm0.058Bi0.010Y0.932NbO4有很强的1 820.0 nm近红外量子剪裁发光; 进一步的分析发现, 它们是由交叉能量传递过程导致的多光子量子剪裁发光; 还发现了有着很强的Bi3+对Tm3+的敏化近红外量子剪裁发光, 302.0 nm光激发导致的Tm0.058Bi0.010Y0.932NbO4相对Tm0.005Y0.995NbO4的1 820.0 nm近红外量子剪裁发光的增强达到175.5倍。 该结果对探索多光子近红外量子剪裁锗太阳能电池比较有意义。

采用等离子体增强化学气相沉积技术, 以N2掺入到SiH4和H2的沉积方式, 分别在玻璃和N型单晶硅片(100)衬底上制备富硅氮化硅薄膜。 通过紫外-可见光吸收光谱、 傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR光谱)、 拉曼光谱和光致发光谱(PL谱)分别表征掺氮硅薄膜材料的带隙、 结构及其发光特性的变化。 结果表明: 在氢气的氛围中, 随着氮气流量的增加, 氢原子能够对薄膜缺陷起到抑制作用, 并使较低的SiH4/N2流量比下呈现富硅态, 但却不利于硅团簇的形成。 随着氮原子的掺入, Si—N键的含量增大, 带隙增大, 薄膜内微结构的无序度也增大, 薄膜出现了硅与氮缺陷相关的缺陷态发光; 随着氮原子进一步增加, 出现了带尾态发光, 进一步讨论了发光与结构之间的关联。 这些结果有助于采用PECVD制备富硅氮化硅对材料发光与结构特性的优化。

以金属Au-Al为催化剂, 在温度为1 100 ℃, N2气流量为1 500 sccm、 生长时间为30 min, 从Si(100)衬底上直接生长了直径约为50～120 nm、 长度为数百纳米的高密度、 大面积的Si纳米线。 然后, 利用Tb2O3在不同温度(1 000～1 200 ℃)、 掺杂时间(30～90 min)和N2气流量(0～1 000 sccm)等工艺条件下对Si纳米线进行了Tb掺杂。 最后, 对Si(100)衬底进行了Tb掺杂对比。 室温下, 利用荧光分光光度计(Hitachi F-4600) 测试了Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性。 实验研究了不同掺杂工艺参数(温度、 时间和N2气流量)对Tb3+绿光发射的影响。 根据Tb3+能级结构和跃迁特性对样品的发射光谱进行了分析。 结果表明, 在温度为1 100 ℃, N2气流量为1 500 sccm、 时间为30 min等条件下制备的Si纳米线为掺杂基质, Tb掺杂温度为1 100 ℃, N2气流量为1 000 sccm、 光激发波长为243 nm时, 获得了最强荧光发射, 其波长为554 nm(5D4→7F5), 同时还出现强度相对较弱的494 nm(5D4→7F6), 593 nm(5D4→7F4)和628 nm(5D4→7F3)三条谱带。 Tb掺杂的体Si衬底在波长554 nm处仅有极其微弱的光致发光峰。

近红外量子点具有独特的光学性质, 如荧光量子产率高, 荧光寿命长, 荧光发射波长可调, 半峰宽窄且斯托克斯位移较大, 耐光漂白能力强等, 及“近红外生物窗口”的优势, 使它们在生物荧光标记、 太阳能电池、 量子化计算、 光催化、 化学分析、 食品检测及活体成像等领域具有巨大的潜在应用价值。 目前对近红外量子点的发光机理研究还不够完善, 针对国内外的研究现状, 重点对核/壳结构的量子点(CdTe/CdSe, CdSe/CdTe/ZnSe等)、 三元量子点(Cu-In-Se, CuInS2等)和掺杂型量子点(Cu∶InP等)三种不同类型近红外量子点的发光机理进行了综述。 其中, Type-Ⅱ型核/壳结构量子点的发光机理多为带间复合发光, 三元量子点以本征缺陷型发光为主, 掺杂型量子点多为杂质缺陷型发光。 探讨了近红外量子点发光原理存在的问题及发展的方向。 对近红外量子点的发光机理进行系统地研究不仅有助于我们理解近红外量子点的发光性质, 而且对完善相似高品质量子点的合成方法具有重要意义。

红外光谱分析是矿物材料研究中常用的一种表征手段, 而衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR) 由于其快速、 无损且能够进行微区检测等优势在而被广泛使用。 以不同产地琥珀、 柯巴树脂和覆膜处理琥珀为研究对象, 通过BRUKER LUMOS独立式红外显微镜对样品的ATR-FTIR光谱进行测试与分析。 结果表明: ν(CC)伸缩振动在1 643 cm-1和δ(芳C—H)弯曲振动在889 cm-1两处的红外吸收谱带均出现在多米尼加和俄罗斯琥珀中; 由ν(C—O)伸缩振动在1 300～925 cm-1范围内的红外吸收谱带对于琥珀的产地具有一定的指示意义; νas(CH2)不对称伸缩振动在3 080, 1 643和887 cm-1三处的红外吸收谱带为柯巴树脂所特有, 具有重要的鉴定意义; 覆膜琥珀显示琥珀和人工树脂混合红外光谱, 除琥珀特有的红外光谱之外, 760和702 cm-1红外吸收谱带为人工树脂中γ(芳C—H)面外弯曲振动所致。 ATR-FTIR在琥珀的成因、 产地及优化处理品种的检测具有重要的意义。

福尔马林溶液对于固化关节软骨组织、 防止在长时间测量过程中组织的分解退化起到很好的作用, 但对福尔马林溶液浸泡后软骨组织的结构变化(固化)过程及其胶原纤维各向异性的改变却鲜有研究。 采用傅里叶变换红外光谱显微成像技术与偏振技术相结合的方法, 通过关节软骨内胶原纤维(蛋白)的红外光谱特征吸收峰(Amide Ⅰ, Amide Ⅱ带)的吸光度随福尔马林溶液浸泡时间及偏光角度的变化来研究福尔马林溶液对软骨组织结构即胶原纤维各向异性的影响, 并利用与各向异性方程拟合得到的决定系数(R2)对胶原蛋白纤维各向异性程度进行表征。 研究发现, 关节软骨Amide Ⅰ和Amide Ⅱ带的各向异性随着福尔马林浸泡时间的增长而愈加明显(Amide Ⅰ带变化尤为明显), 说明福尔马林溶液中甲醛分子诱发了胶原蛋白分子新的交联, 最终获得较好的固化效果, 有利于关节软骨的各向异性分析。 本研究将为今后关节软骨样本的制备、 储存及各向异性研究提供参考。

植物修复法是新兴的重金属污染土壤修复手段, 也是未来极富应用潜力的主流技术之一。 植物根部细胞壁作为重金属/土壤/植物相的交界面, 天然地成为修复效能调控过程的关键部位和信号通道。 植物细胞壁与重金属离子的作用行为具有物理化学和生理生化的双重属性, 但以光谱技术为切入点, 原位解析植物根部细胞壁对土壤重金属离子的响应关系还不多见。 以黄土区修复植物金盏菊幼苗为研究对象, 分析Pb/Cd复合胁迫对其根部细胞壁形貌的影响, 借助X射线荧光光谱(XRF)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)揭示细胞壁对Pb/Cd胁迫的响应信号。 结果发现: Pb/Cd胁迫导致金盏菊根部细胞壁弯曲萎缩, 表面分布若干点状深色沉积物颗粒; XRF证实细胞壁Pb/Cd含量增加, 但XRD图谱没有发现典型Pb/Cd结晶峰。 FTIR图谱中—OH振动峰定位于3 416 cm-1处, 表明Pb/Cd离子与—OH间可能存在配位键合; 1 701和1 593 cm-1处的特征峰分别移动到1 736和1 618 cm-1, 说明Pb/Cd胁迫改变了金盏菊根部细胞壁蛋白质结构属性。 Raman光谱中2 960 cm-1附近峰强增加, 暗示Pb/Cd胁迫影响了细胞壁纤维素分子排列方向。 可以认为, 细胞壁组分(果胶、 蛋白质、 纤维素等)和典型官能团(—OH, N—H, CO等)对于减缓Pb/Cd胁迫引起的金盏菊根部细胞壁毒害效应贡献较大。

以海南胡椒果为原料, 95%乙醇溶液为溶剂, 采用回流法提取胡椒生物碱。 通过调节pH值除去胡椒酸, 乙醚除去脂溶物, 用丙酮为溶剂重结晶纯化胡椒生物碱, 并用高效液相色谱仪检测其纯度, 以及对胡椒生物碱进行了红外光谱表征。 同时运用密度泛函B3LYP/6-31G(d, p)方法, 对胡椒生物碱的结构进行优化、 频率和能量的计算, 得到四种构型(构型Ⅰ胡椒碱、 构型Ⅱ异胡椒碱、 构型Ⅲ异胡椒脂碱和构型Ⅳ胡椒脂碱)的64种构象的稳定结构, 并利用吉布斯自由能计算常温(298.15 K)下四种构型分子体系稳定构象的热力学平衡分布。 并对实验红外光谱与理论红外光谱的特征峰进行了对比。 结果表明, 所提取的胡椒生物碱主要以构型Ⅰ中的构象1结构存在, 即胡椒碱结构; 经纯化后得到胡椒碱含量为7%, 纯度达99%。 经分析建立的胡椒生物碱提取、 分离和纯化方法效果良好, 建立的胡椒生物碱模型能与实验结果相吻合。 该研究对指导胡椒生物碱的提取、 结构模型的建立、 表征和应用有重大意义。

在采后冷藏过程中, 李果实很容易发生褐变, 这是影响其品质的重要因素之一。 有关李果实褐变的传统检验手段绝大多数为破坏性检验, 且主观性强、 一致性差。 为此, 使用了近红外光谱的方法来实现对李果实褐变和非褐变的无损、 快速鉴别。 采集4 000～12 500 cm-1波长范围内的124个李果实样品(褐变样品70个, 非褐变样品54个)的近红外漫反射光谱, 基于主成分分析的马氏距离判别分析和反向传播人工神经网络定性鉴别模型, 通过比较和考察上述模型对褐变样品和非褐变样品识别的准确程度, 筛选出能够有效鉴别李果实褐变的新方法。 结果表明: 在对样品全波段光谱数据做主成分分析后, 以前10主成分得分作为输入变量所建立起来的马氏距离判别分析和反向传播人工神经网络模型均能够对李果实褐变与否进行有效识别, 且后者判别效果更佳, 其校正集和预测集的判别正确率分别为100%和97.56%, 对非褐变样品和褐变样品的判别正确率分别达到100%和98.57%。 因此, 采用近红外光谱分析技术并结合化学计量学方法能够对李果实是否褐变进行快速、 无损、 有效的鉴别。

茶叶品种鉴别在茶叶的生产和销售中起着十分重要的作用。 深入研究一种方法简单、 易于操作、 检测速度快的茶叶品种的鉴别方法, 对于茶叶产品品种的鉴别有着十分重要的意义。 利用红外光谱检测技术结合模糊聚类算法对茶叶品种进行快速鉴别是茶叶品种检测中最有效的和最实用的技术之一。 为实现茶叶品种的快速分类, 以快速广义噪声聚类(FGNC)为基础, 提出一种新的广义噪声聚类(NGNC)。 NGNC将FGNC目标函数中的欧式距离的平方扩展为欧式距离的p次方, 提高了FGNC的聚类准确率。 试验以优质乐山竹叶青、 劣质乐山竹叶青和峨眉山毛峰三种茶叶为研究对象, 采用FTIR-7600型傅里叶红外光谱仪检测茶叶样本的红外漫反射光谱。 首先用主成分分析(PCA)对茶叶的高维红外光谱进行降维处理, 然后用线性判别分析(LDA)进行茶叶光谱数据的品种类别信息的提取, 最后分别运行FGNC和NGNC两种聚类算法进行茶叶红外光谱的聚类分析。 实验结果表明, 同FGNC相比较, NGNC具有更高的聚类准确率, 更快的收敛速度和更逼近真实的聚类中心。 总体而言, 采用红外光谱技术检测茶叶样本, 同时结合PCA, LDA和NGNC可实现快速、 准确地聚类茶叶的红外光谱, 能有效地实现茶叶品种的鉴别分析, 为实现基于红外光谱和模糊聚类的茶叶品种鉴别分析提供了一种新方法和新思路。

建立硫酸盐类矿物药材石膏的红外光谱指纹图谱, 并建立三种硫酸盐类矿物药材的聚类分析模型。 用傅里叶变换红外光谱仪测定煅石膏、 石膏、 芒硝等矿物药的红外光谱, 以一阶导数光谱图谱结合聚类分析的方法研究三种硫酸盐类矿物药材的内在组合关系; 通过测定不同产地和批次石膏药材样品的红外光谱, 并以存在的共有峰为基准建立石膏的对照红外指纹图谱, 采用相关系数法和夹角余弦法评价药材样品红外图谱与对照指纹图谱的相似度。 在中红外区间, 三种硫酸盐类矿物药材的原红外光谱谱图和一阶导数光谱谱图的峰数、 峰位、 峰形和峰强存在差异, 结合一阶导数红外光谱和聚类分析, 成功划分石膏和煅石膏一类, 芒硝为一类; 24批石膏样品红外指纹图谱相似度大于0.980 0。 本方法操作简便, 专属性强, 利用红外指纹图谱法结合聚类分析, 为石膏的规范监管提供快速准确的新鉴别方法。

采用傅里叶变换红外光谱原始谱、 二阶导数光谱以及二维相关谱的三级鉴定方法, 对红菇属和乳菇属六种蘑菇进行了鉴别分析。 六种样品的原始光谱吸收峰非常相似, 主要为蛋白质和碳水化合物的吸收组成, 但在各样品吸收峰强度、 峰形和峰位上仍有微小差异。 对其进行二阶导数分析, 在二阶导数谱中, 1 800～1 400和1 200～800 cm-1范围内的吸收峰强度、 位置、 峰形状显示出明显差异。 二维相关红外光谱提高了光谱的分辨率; 对六种蘑菇样品进行二维相关红外光谱分析, 发现在1 690～1 420 cm-1范围内, 三种乳菇出现了3个明显的自动峰, 另外三种红菇出现了4个自动峰, 而且自动峰和交叉峰位置、 强度均不同; 在1 110～920 cm-1二维光谱范围内, 六种蘑菇的自动峰和交叉峰的数量、 位置和强度也都不同; 说明不同样品中蛋白质和糖类化合物的显著不同。 结果表明: 应用红外光谱、 二阶导数谱和二维相关红外光谱三级鉴定的技术可以快速有效地分析和鉴别辣乳菇、 绒白乳菇、 香乳菇、 稀褶红菇、 变绿红菇和近似酒红菇。 该多级鉴定的方法对于分类鉴别蘑菇是一种快速、 准确、 有效的方法。

硬度是评价小麦品质的一个重要质量参数, 对小麦的分类、 最终用途以及小麦籽粒组成的研究都非常重要。 为实现小麦硬度的快速、 准确检测, 在详细分析小麦籽粒成分对红外光吸收特性的基础上, 研究建立径向基函数(RBF)神经网络模型实现对未知样品硬度的准确检测, 并着重分析了不同光谱信号预处理方法对模型预测精度的影响。 从各小麦主产区收集111个小麦样品, 扫描样品获得可见-近红外光谱, 采用马氏距离判断并剔除异常光谱; 利用优化后的SPXY划分样品集合, 得到校正集84个样品, 预测集24个样品; 利用连续投影算法(SPA)从262个光谱波点中提取47个特征光谱; 分别使用一阶导数、 二阶导数和标准正态变量变换(SNV)及其不同组合对光谱进行预处理, 验证不同预处理方法之间的相互影响, 寻找最优的预处理方法组合。 校正集预处理后的特征光谱数据作为RBF模型的输入, 采用硬度指数法测定的对应样品硬度作为输出建立模型。 预测结果显示当采用SNV和SPA处理光谱数据时模型的效果达到最优, 评价指标判别系数(R2)、 预测标准差(SEP)和相对分析误差(RPD)可分别达到0.90, 3.02和3.11, 表明基于可见-近红外光谱的RBF神经网络模型能够准确地预测小麦的硬度, 与传统检测方法相比具有方便、 快速、 无损等优点, 为小麦硬度的检测提供一条更为便捷与实用的方法。

采用傅里叶变换红外光谱技术结合多元统计分析建立快速鉴别不同年份、 不同产地美味牛肝菌的方法。 采集2011年—2014年云南26个不同地区152个美味牛肝菌样品的红外光谱, 使用正交信号校正(orthogonal signal correction, OSC)、 微波压缩(wavelet compression)方法对原始光谱进行优化处理, OSCW校正前后的光谱数据进行偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis, PLS-DA), 比较光谱预处理前后PLS-DA的分类效果。 将152个美味牛肝菌随机分为训练集(120个)和验证集(32个), 建立OSCW校正前后的PLS分类预测模型。 结果显示, 经OSCW处理后的PLS-DA分类效果明显优于处理前的结果, 主成分得分图能准确区分不同年份、 不同产地美味牛肝菌样品, 表明OSCW处理能有效滤除光谱中的噪音及与因变量无关的干扰信息, 提高光谱分析的准确性和计算速率。 OSCW处理前PLS模型训练集的R2和RMSEE分别为0.790 1和21.246 5, 验证集的R2和RMSEP分别为0.922 5和14.429 2; OSCW预处理后训练集的R2和RMSEE分别为0.852 3和17.238 1, 验证集的R2和RMSEP分别为0.845 4和20.87, 表明OSCW预处理提高了训练集的预测效果, 但OSCW-PLS出现了过拟合现象降低验证集的预测能力, 因此, OSCW不适宜与PLS结合建立模型。 OSCW结合PLS-DA能滤除光谱中大量的干扰信息, 准确区分不同年份、 不同产地美味牛肝菌样品, 为野生食用菌的鉴别分类提供可靠依据。

聚合物的合成与加工过程影响着材料的聚合度、 结晶度、 取向度以及共混组分的均匀性, 最终影响聚合物产品的性能。 因此对聚合物合成与加工过程中材料的实时状态进行监控至关重要。 拉曼光谱在线测量技术凭借其无损检测、 采样简单、 可靠性高, 对试样的外形和物态没有任何特定要求, 且能在高温、 高压、 有毒的环境中直接进行在线测量等特点, 在高分子材料合成与加工领域有了越来越广泛的应用。 将此在线测量技术应用到高分子合成与加工过程中, 实时测量高分子材料的化学组成和物理性质, 并将测量数据用于控制合成与加工过程, 可以提高高分子材料的性能。 本文选择聚合反应转化率、 聚合产物粒径及其分布、 聚合物结晶度、 聚合物取向度、 多相共混聚合物组分含量等五个反映聚合物合成或加工过程状态的参量, 概述了拉曼光谱在线测量上述参量的相关研究进展, 并对拉曼光谱在线测量技术在聚合物合成及加工中的应用发展进行了展望。

合成了海胆状金银复合纳米材料, 并与球形金纳米材料混合作为表面增强拉曼活性基底实现了对水中高环多环芳烃的痕量检测。 对海胆状材料进行表征, 粒径大小约为300～400 nm, 表面有40～100 nm明显的刺状凸起。 与球形金溶胶混合后并优化pH值及混合比例等参数, 产生了优于球形金溶胶2～3倍的增强效果。 利用此增强基底检测了危害严重的高环多环芳烃污染物——芘(四环)、 苯并蒽(四环)、 苯并芘(五环), 得到的光谱数据反映出混合SERS基底有良好的重复性和稳定性, 对测得光谱进行特征峰归属分析, 固体拉曼光谱与水溶液SERS光谱有确定的对应关系, 并且在低浓度范围多环芳烃特征峰峰强与其水溶液浓度有良好的线性关系。 经计算, 芘(四环)、 苯并蒽(四环)、 苯并芘(五环)的检测限分别为0.44, 2.92和1.64 nmol·L-1。 该研究的创新点为合成了海胆金纳米颗粒, 与球形金溶胶混合后制成新型高效SERS检测基底; 选用自制高效SERS基底, 实现了高环PAHs痕量检测。 结果表明, 利用该方法制备的活性基底, 可实现对水中高环多环芳烃的痕量检测, 为检测水中高环多环芳烃提供了实验室依据。

在托卡马克偏滤器区域充入杂质气体是检验偏滤器杂质屏蔽效应的重要手段。 利用快速极紫外EUV光谱仪对EAST托克马克装置上开展的偏滤器Ar杂质注入实验进行观测。 结合NIST原子光谱数据库对2～50 nm范围内不同电离态Ar的线光谱进行了谱线识别, 识别出Ar Ⅳ, Ar Ⅸ-Ⅺ, Ar ⅩⅣ-ⅩⅥ等若干个电离态的谱线。 为了同时观测等离子体不同区域的Ar杂质行为, 在杂质注入实验时重点监测Ar ⅩⅥ35.39 nm(Ar ⅩⅥ电离能918.4 eV, 主要分布在等离子体芯部)和Ar Ⅳ44.22 nm(Ar Ⅳ电离能9.6 eV, 主要分布在等离子体边界)这两条谱线。 利用该两条谱线强度随时间演化的结果初步分析了偏滤器杂质屏蔽效应。 在同一充气口不同等离子体位形下的实验结果表明偏滤器对于从偏滤器区域注入Ar杂质的屏蔽效果优于从主等离子体区域注入, 并且下偏滤器及内冷泵的综合粒子排除能力优于上偏滤器。

光谱去噪是光谱检测的重要环节。 针对光谱信号易受光谱仪热噪声、 现场机械振动以及随机噪声等因素影响, 而在线监测系统要求减少人为参数选择对去噪效果的影响, 提出利用奇异值分解(SVD)理论对光谱信号去噪。 提出一种改进的降噪阶次选取方法: 指定奇异值差分谱最大峰值点θ１为所选阶次下界; 利用奇异值、 奇异值差分谱综合信息选取阶次上界θ２; 将区间θ１～θ２定义为模糊区域, 通过模糊C均值聚类求取隶属度, 赋予模糊区域内奇异值相应的权重系数。 用所提方法对不同信噪比下SO2紫外光谱信号去噪, 将信噪比、 均方根误差、 波形相似系数、 平滑度指标用于去噪效果的评价。 去噪结果表明: 所提方法完全基于数据驱动, 具有较好的去噪效果, 能够真实的恢复原始信号。

矿物油的使用是造成雾霾等空气污染问题的重要原因。 矿物油荧光光谱检测系统光谱消噪处理的有效性和快速性是在线实时监测系统的热点问题。 研究应用提升算法小波变换(LWT)矿物油荧光光谱去噪的方法。 与传统的离散小波变换(DWT)相比, 提升小波变换将现有的小波滤波器分解成基本的构造模块, 分步骤完成变换, 结构简单, 运算速度快。 在矿物油荧光光谱去噪过程中具有运算量低、 原位运算和便于实现的特点, 有效解决了传统小波变换在这方面的不足。 提升算法的小波变换、 传统离散小波变换和经验模态变换(EMD)分别运用到0#柴油、 97#汽油、 煤油三种矿物油的荧光光谱去噪中, 评价去噪效果指标的信噪比(SNR)、 重构均方根误差(RMSE)和波形相似度(NCC)证明了提升方法小波变换用于矿物油荧光光谱去噪的有效性。 同时, 提升算法变换能提高构造的灵活性和运算的简单性使消噪时间降低62%, 证明了提升算法的小波变换运用到矿物油荧光光谱去噪中的快速性, 适于矿物油实时消噪处理系统。

确认食品的种类和产地等信息是食品质量与安全研究的重要内容。 基于蜂蜜中的氨基酸种类和含量的不同, 应用甲醛和乙酰丙酮与蜂蜜中氨基酸发生荧光衍生反应对源自不同花源的蜂蜜进行种类辨别研究。 实验首先研究了衍生剂用量、 时间、 温度及pH值对蜂蜜中氨基酸荧光衍生反应的影响。 然后在激发光波长范围为300～500 nm和发射光波长范围380～580 nm下对衍生后的蜂蜜进行三维荧光检测, 每个蜂蜜样品经检测后得到一个三维荧光光谱矩阵数据, 五种蜂蜜共150个样品最后得到一个三维立方数据。 将检测获得的三维荧光数据结合多维主成分分析(M-PCA)、 自加权交替三线性分解法(SWATLD)及多维偏最小二乘辨别分析(N-PLS-DA)等多维模式识别方法,进行数据处理并获取五种蜂蜜的识别信息。 三种多维模式识别方法分别都展示出不同种类蜂蜜的聚类趋势, 相比较而言, 由于N-PLS-DA充分利用了衍生蜂蜜荧光的所有信息, 所以取得了更加准确和可靠的分类结果, 对五种蜂蜜的总识别率为88%。 研究结果显示基于氨基酸荧光衍生的多维模式识别方法可以用于蜂蜜种类的识别研究。 该研究为无荧光或弱荧光自然物质的直接荧光辨别分析提供了一种新思路。

利用FS920荧光光谱仪测量42个油样(包括36个纯植物油样, 3个调和油样和3个混合油样)的荧光光谱, 并对其数据矩阵(EEMs)进行归一化处理, 确定了植物油特征激发波长及矩阵分析模型。 综合分析植物油在特定范围内(激发波长为250～550 nm, 发射波长为260～750 nm)的等高线光谱图和特征发射谱线图, 将植物油划分为三类; 将矩阵分析模型应用于纯植物油鉴别, 分类正确率100%; 为验证矩阵分析的定量判别能力, 对三种混合油样进行分析, 得到接近实际配比的分析结果; 对市售三种调和油样本进行分析, 得出调和油以大豆和菜籽油为基底的结论。 通过对植物油荧光光谱的图谱特征和其矩阵模型的分析, 证实荧光光谱技术和矩阵分析法对植物油进行分析和种类鉴别的有效性。

设计水中油类污染物检测仪, 采用脉冲氙灯作为光源, 选择阶跃型多模纯石英光纤对激发光和发射光进行传输。 采用非对称Czemy-Turner光路的高精度光栅单色器。 应用该装置测定柴油、 汽油和煤油的荧光光谱, 0#柴油、 97#汽油和煤油的最佳激发波长/发射波长分别为: 290/330, 270/300和280/330 nm。 检出限: 柴油(0.025 mg·L-1)、 汽油(0.042 mg·L-1)和煤油(0.054 mg·L-1)。 相对误差: 柴油(2.55%), 汽油(2.06%)和煤油(1.71%), 实验表明所设计的检测仪具有较高的测量精度。 配置不同浓度的柴油、 汽油和煤油的混合溶液, 测量其三维荧光光谱, 采用自加权交替三线性分解算法对光谱数据进行分解, 预测浓度及回收率均表明自加权交替三线性分解算法对混合油类物质有较高的分辨能力。

苯乙烯对人体健康和自然环境具有极大的危害, 是国际卫生组织确认的致癌物。 历年来, 苯乙烯泄漏事故频繁发生, 对饮用水安全造成了极大的隐患。 对水中苯乙烯污染进行快速监测并采取切实有效的应急处理措施有助于保障饮用水的卫生安全。 利用三维荧光光谱技术对苯乙烯的水溶液进行分析, 发现在Ex255/Em305处有一个明显的荧光峰, 荧光峰值与苯乙烯溶液浓度呈现良好的线性相关, 相关系数r达到了0.995 7, 其颜色随浓度增加而变深。 苯乙烯中共有4个共轭π键, 其中苯环具有大的共轭π键结构, 乙烯基上同样具有一个共轭π键。 同时, 苯乙烯的分子结构中, 碳原子处于同一个平面上, 属于平面构型且具有一定的刚性, 符合强荧光物质所具有的特征。 因此通过三维荧光扫描结合苯乙烯的荧光特性, 能快速测定水体中苯乙烯浓度及判断水体的污染程度。 粉末活性炭可以有效地吸附去除水中的苯乙烯。 当苯乙烯在源水中的浓度达到《生活饮用水卫生标准》规定的限值0.02 mg·L-1时, 采用180目的粉末活性炭, 投加量为15 mg·L-1时, 苯乙烯浓度可降至0.001 mg·L-1, 去除率达95.5%。

聚吡咯(PPy)制备简单、 生物相容性好, 且在近红外(NIR)光谱范围内有很强的吸收, 可作为一种良好的光热治疗试剂; 同时, 其NIR光吸收性质也可用于增强光学相干层析成像(OCT)的对比效果。 因此, 采用PPy对传统的OCT对比试剂——金纳米棒(GNR)进行表面修饰, 有望获得对比效果更好且生物毒性较小的新型OCT对比试剂。 选用吡咯为起始原料, 在GNR表面进行一步简单的氧化聚合反应即可制备得到PPy修饰的金纳米棒(GNR-PPy)。 利用紫外-可见吸收光谱, 拉曼光谱和透射电子显微镜对制备的样品进行了分析和表征。 构建小鼠荷瘤模型, 以研究GNR-PPy对肿瘤OCT图像对比度的增强效果。 采用中心波长为840 nm的OCT系统对注射了纳米粒子的肿瘤区域进行OCT成像。 结果表明, 肿瘤组织注射了GNR-PPy后, OCT信号衰减非常明显; 与注射了GNR的OCT图像相比, 840 nm光在GNR-PPy的OCT图像中的穿透深度明显更低。 从OCT图像中抽提出一维的衰减曲线对OCT图像进行定量分析, 发现注射有GNR-PPy肿瘤组织的OCT信号衰减系数明显高于注射了GNR的组织。 表明, 相对于GNR, GNR-PPy具有更好的OCT信号对比效果, 这在增强肿瘤成像效果方面具有潜在应用价值。

探讨低能量激光照射(low-level laser irradiation , LLLI)联合压力刺激对人成骨样细胞的碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)活性和胞内Ca2+浓度的变化规律的影响, 揭示LLLI促进正畸牙齿压力侧骨改建的机制。 将对数生长期的人成骨样细胞MG-63随机分为4组, 对细胞施加压力采用Forcel四点弯曲体外细胞力学加载装置, 用Ga-Al-As半导体激光器(808 nm, 500 mW)进行照射。 组Ⅰ(对照组): 不加力, 不进行激光照射。 组Ⅱ(压力组): 利用细胞加载装置对细胞加压力, 加力板变形量为3 000 ustrain, 加力时间1 h。 组Ⅲ(激光组): 激光照射1 min, 剂量3.75 J·cm-2 。 组Ⅳ(联合组): 细胞加力(加力方式同组Ⅱ)后, 激光照射(方式同组Ⅲ)。 四组细胞均用分光光度计测量细胞内ALP活性。 第二部分实验对胞内Ca2+浓度变化进行测定, 将MG-63细胞分为2组: 压力组和激光张力组, 2组细胞分别加力0, 5, 15, 30, 60 min, 激光压力组再激光照射1 min后收取细胞。 用荧光探针Fluo-3-AM测定成骨样细胞内Ca2+浓度。 结果显示第一部分实验与对照组相比, 其余3组的ALP活性均明显增强( p<0.05), 但联合组的ALP 活性分别低于压力组和激光组(p<0.05)。 第二部分实验显示: 第1组压力引起胞内Ca2+浓度随时间剧烈变化, 第2组变化曲线平缓, 但Ca2+浓度水平两组无明显差异。 由此得出结论适宜的压力和弱激光及联合应用均能增加成骨细胞的ALP活性, 两者联合应用时较单独应用时成骨细胞的ALP活性稍有降低, 压力组和激光压力组胞内Ca2+浓度的变化曲线不同, 说明在正畸牙齿的压力侧, 低能量激光的应用可以降低由压力引起的成骨细胞活性增加, 减少成骨, 破骨相对增加, 促进牙齿移动, LLLI极可能通过调节Ca2+浓度的变化规律来调节成骨细胞活性。

采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中, 通常是以谱线最大功率点为基准的, 却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。 这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值, 相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简化, 导致大量有用信息的丢失。 为了提高Brillouin散射谱的特征提取精度, 提出了一种基于MCDM和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱特征提取方法(MCDM-PSO-LM)。 MCDM可以识别和准确定位多峰Brillouin散射谱的各个波峰和波谷; PSO-LM混合优化算法可以实现分别对各个波峰和波谷的曲线进行拟合并找到每一个波峰的中心频率, 该算法既克服了PSO算法过早收敛于局部极值和LM算法依赖初值的问题, 又可以将PSO算法的全局搜索能力和LM算法的局部收敛能力结合在一起。 较传统算法而言, MCDM-PSO-LM算法保证了对最优值求解的速度和精度, 提高了运算能力, 使解析解最大限度地接近最优值。 分别在不同信噪比和不同线宽条件下进行仿真验证, 频移和温度误差分析结果表明, MCDM-PSO-LM方法可以对多峰Brillouin散射谱的各个波峰与波谷进行准确定位, 可用于多峰Brillouin散射谱的特征提取, 识别效果明显强于传统算法, 提高了信息分析的准确性。

运用高光谱技术进行植物叶片探测具有快速、 无损、 高精度等特点, 在叶片色素等生化成分含量估算方面应用前景广阔。 类胡萝卜素作为叶片中重要光合色素之一, 因其在可见光区域与叶绿素的光谱吸收特征存在重叠, 且其含量远低于叶绿素, 导致利用光谱信息估算叶片类胡萝卜素含量存在困难, 国内外少有针对类胡萝卜素含量的植被指数。 利用高光谱数据光谱信息丰富的特点, 提出一种以波段组合遍历与相关分析为基础, 通过多指数协同来构建组合式的植被光谱指数的新方法。 在PROSPECT叶片辐射传输模型模拟出大量具有不同生化和生物物理特征的叶片光谱的基础上, 成功构建了一种在叶片水平下具有良好稳定性的类胡萝卜素含量估算新指数RVIDNDVI。 结果表明, 该方法构建的叶片类胡萝卜素光谱指数由两部分组成: 由532和405 nm构建的窄波段NDVI(与类胡萝卜素、 叶绿素均强相关)和由548和498 nm构建的窄波段NDVI(仅与叶绿素强相关)进行比值组合, 能较好消除叶绿素含量对指数的干扰; 通过减去对叶片结构高敏感的916 nm处反射率, 能消除叶肉结构参数的影响, 进一步提高指数的抗干扰能力。 该研究得到的指数RVIDNDVI仅对叶片类胡萝卜素具有高敏感性, 相关系数达到-0.94, 对其进行指数拟合的R2达到0.834 4。 经与模拟数据和实测数据的验证, 该指数有较好的估算效果。

利用地基多轴差分光谱仪(Mini MAX-DOAS), 选择新疆乌鲁木齐、 库尔勒、 博乐市具有代表性的大中小城市, 于2014年6-8月对其市区、 工业区、 农田区的对流层NO2浓度进行观测。 结果表明: (1)大中小城市夏季大气对流层NO2垂直柱浓度的日变化有波峰和波谷的波动, 其峰值在大中小城市中有所差异, 表现为乌鲁木齐(7.590×1015molec·cm-2)>库尔勒(7.559×1015molec·cm-2)>博乐(3.578×1015molec·cm-2); (2)大中小城市夏季大气对流层NO2垂直柱浓度大小与城市地表条件差异有关, 尤其与观测区的车流量有密切关系, 表现为市区(4.643×1015molec·cm-2)>工业区(4.469×1015molec·cm-2)>农田区(2.425×1015molec·cm-2); (3)不同天气条件下大中小城市大气对流层NO2的垂直柱浓度特征为雨天(3.082×1015molec·cm-2)时浓度最小, 说明降水对NO2的浓度具有重要的影响。

针对目前传统稻种发芽率检测方法周期长、 精度低的问题, 提出新颖的基于连续偏振光谱技术实现稻种发芽率快速、 无损检测的方法。 以不同老化天数稻种为检测目标, 10 min为检测时间点, 使用起偏器将光纤准直光源调制成线偏振光垂直入射稻种浸出液, 而后以5°为间隔旋转检偏器, 并通过光纤光谱仪检测透射的光谱, 对检测的偏振光谱通过归一化预处理后, 根据不同发芽率稻种检测时偏振角及波长的贡献给出特征偏振角和特征波长, 特征偏振角为0°, 5°和25°, 特征波长为576, 620和788 nm, 将获取的连续偏振光谱以特征偏振角和特征波长处的透射率为输入, 构建稻种发芽率检测模型。 分别比较运用偏最小二乘法回归(partial least squares regression, PLSR)、 BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)、 径向基神经网络(radial basis function neural network, RBFNN)三种建模方法建立稻种发芽率检测模型。 分别用老化天数为0, 2, 4, 6 d的稻种, 在不同的偏振角共测量1 520组实验数据, 其中912组数据作为校正集, 608组数据作为预测集, 建模结果表明三种模型预测精度较高, 其中RBFNN模型预测精度最高, 其相关系数r为0.976, 均方误差RMSE为0.785, 平均相对误差MRE为0.85%。 表明利用连续偏振光谱技术通过多维度光谱信息能够有效实现稻种发芽率的快速、 准确检测。

利用超景深三维视频显微镜、 激光显微共聚焦拉曼光谱仪、 扫描电镜-能谱仪等, 对一张1945年银行票据样品的印刷颜料进行测试分析, 结果显示该票据印刷使用了颜料红146和颜料红53∶1等有机颜料, 以及朱砂、 碳黑、 普鲁士蓝、 副雄黄和χ构型雄黄等无机颜料, 并推测棕黑色手写字迹由蓝黑墨水老化褪色形成。 票据中各处色块多为单一呈色, 有两处印章由朱砂与不同晶型的雄黄共同呈色, 并且首次发现χ构型雄黄和副雄黄作为印刷颜料使用。 研究表明, 上述三项技术的联用可以成功地对纸质品上的有机及无机颜料进行无损鉴定, 在纸质文物研究中具有广阔的应用前景。

采用双氧水为氧化剂, 一步法制备出N-叔丁基-2-苯骈噻唑次磺酰胺(TBBS), 通过FTIR, UV-Vis, XRD, TG-DSC对其进行检测和表征, 揭示出TBBS 的微观结构和内在规律性。 FTIR揭示了TBBS 分子内部的各元素之间的化学键键型, 确定最终产物为TBBS。 UV-Vis检测出TBBS在228.3, 281.5, 298.3 nm有三个吸收峰, 分别由n→σ*, π→π*, n→π*电子跃迁产生的, 为企业TBBS产品质量检测, 推测TBBS的结构提供实验依据。 XRD从晶胞参数、 晶面指数等晶体学数据, 变换出TBBS晶体微观结构, 完成TBBS物相组成和结构的定性鉴定。 TG-DSC检测出TBBS的质量变化与热效应两种信息, TBBS的DSC曲线很复杂, 53.3 ℃有一个很小的放热峰, 由TBBS中所含少量叔丁胺的氧化产生; 117.4, 269.2, 373.7 ℃存在三个吸热峰, 分别是TBBS 的相变峰和分解峰, TBBS 分解温度偏高, 为采用硫化仪研究TBBS的橡胶硫化性能提供参考。 本研究为企业选定工作标准品, 对TBBS工业化生产进行跟踪检测, 评判TBBS的产品性能指标, 填报立项TBBS化工行业标准的申报, 撰写标准草案提供基础实验数据。

枯落层盖度的定量估算对于植被防蚀功效的评价具有重要作用。 在陕北黄土丘陵沟壑区选取典型落叶林和退耕草地作为光谱测试样地, 通过室内和野外实验分析枯落层—土壤混合场景的光谱变化规律, 研究高光谱指数NDLI(normalized difference lignin index)和CAI(cellulose absorption index)估算枯落层盖度的有效性。 结果表明, 受颜色及含水量等因素的影响, 不同盖度枯落层—土壤混合场景的光谱反射率呈现不同的变化规律。 干和湿状态下, 随着枯落层盖度的增加混合场景的NDLI、 CAI指数值均呈现增大的趋势, CAI与枯落层盖度的相关性高于NDLI, R2最高为0.98(阔叶林和退耕草地干的混合场景), CAI能够更有效地估算枯落层盖度。 野外实测验证了室内实验结果, 退耕草地混合场景的CAI值与枯落层盖度相关性最高(R2=0.90), 野外条件下两种高光谱指数估算枯落层盖度的有效性均有一定程度的降低。 该研究为枯落层盖度的遥感定量反演提供了基础与依据。

无损检测是高光谱遥感应用研究热点之一。 苹果在采摘、 运输过程中易发生轻微机械损伤而影响其品质。 使用高光谱成像系统分别采集54个轻微损伤的“黄香蕉”与“烟台富士”苹果可见-近红外波段(400~1 000 nm)的图像, 提取苹果损伤区域的均值波谱曲线, 对其进行最小噪声分离变换和基于几何顶点端元原理提取端元波谱, 计算损伤区域波谱和端元波谱的光谱角, 构建了端元提取光谱角苹果轻微机械损伤检测模型。 通过设定光谱角阈值分别检测“黄香蕉”与“烟台富士”苹果轻微机械损伤, 并与MNF变换、 PCA方法检测精度进行对比分析, 结果表明EESA模型检测苹果轻微机械损伤的精度最高, 检测正确率分别达到94.44%和90.07%。

为了提高激光诱导击穿光谱的质量, 探索便捷的等离子体辐射增强方法, 采用自体空间约束的方法, 研究了铜合金自体小孔约束对激光诱导等离子体辐射的增强作用。 在常压空气中, 利用Nd∶YAG脉冲激光器作为激发源, 诱导激发HPb59-1铅黄铜合金样品, 由光栅光谱仪和ICCD采集光谱, 分析了Cu和Pb元素的等离子体辐射强度随自体小孔尺寸的变化情况, 得到自体小孔约束的最佳尺寸为直径3.0 mm、 深度1.5 mm。 与无约束时相比, Cu和Pb的谱线强度分别提高了38.3%和35.4%, 信背比提高了200.2%和137.5%。 研究结果表明, 自体小孔约束方法能够有效改善激光诱导击穿铅黄铜合金样品的谱线质量, 避免外加约束结构的内壁污染对实验结果的干扰, 方法简单易行。

矿井突水的迅速识别与分类对于井下水灾防治工作有着重要的意义。 提出一种KNN结合PCA运用在激光诱导荧光光谱快速识别矿井突水水源中的新方法。 利用激光器发射激光通过可浸入式探头射入水样, 得到四种突水水样共80组荧光光谱数据, 再分别对每组数据进行预处理, 处理后的数据中每种水样取15组数据作为训练集, 共60组, 其余20组作为预测集。 利用主成分分析(PCA)对数据进行处理, 之后在主成分分析的基础上利用KNN算法进行分类识别。 实验过程中, 各预处理方法在主成分个数为2的情况下, 进行KNN算法分类的正确率都达到100%。

贝类生物作为海洋生态系统监测的理想标识, 以Ca为内标进行元素比例变化的分析, 将有可能获知气候演化及贝类生长等有用信息。 区别于其他技术, 微区激光诱导击穿光谱技术(Micro-LIBS: micro-probe laser induced breakdown spectroscopy)应用于贝类贝壳探测时, Ca的特征发射谱线将分布于整个光谱探测区间, 如何选择合适谱线作为内标是Ca内标法用于贝壳成分元素分析的关键。 以Ca元素为内标进行贝壳成分元素的Micro-LIBS探测, 通过归一化Ca元素全谱谱线、 最强离子谱线Ca Ⅱ 393.3 nm和不同强度原子谱线(Ca Ⅰ 422.7 nm/Ca Ⅰ 487.9 nm)为内标情况下Sr/Ca元素比例变化的比较, 结果发现相较于Ca离子线Ca Ⅱ 393.3 nm和强度较弱原子线Ca Ⅰ 487.9 nm, 以Ca元素全谱强度或最强原子线Ca Ⅰ 422.7 nm为内标时, Sr/Ca分布在贝壳分析区域内变化较小, 其浮动分别小于7%和10%, 符合贝壳分析区域为同一生长周期的纹理特征, 较为准确地反映了贝壳的生长发展; 同时, 应用Ca全谱强度为内标对贝壳成分元素分析发现, 元素比例Li/Ca, K/Ca, Na/Ca相较于Mn/Ca, 具有明显的相似特征, 说明海水富含轻质元素在贝壳生长分布上具有明显的相似性。 研究结果表明, 较强Ca原子线或全谱强度比Ca离子线更适合作为内标用于贝壳成分元素的微区LIBS分析, 证明了Micro-LIBS用于贝壳分析的可行性。

针对钢铁合金样品中存在基体效应复杂的问题, 通过优化支持向量机模型的输入特征, 建立多元素变量的定量分析模型, 预测钢铁合金样品中Cr和Ni元素的含量。 研究结果表明, 分别以特征谱线的峰值强度和积分强度作为支持向量机模型的输入时, 积分强度因为包含了谱线的谱宽和形状信息, 模型训练效果较好; 相比于单一元素谱线的特征信息, 采用多元素的多条谱线信息输入支持向量机模型时, 模型训练效果较好, 这是由于多种谱线信息的输入可以有效校正基体效应的影响。 在此基础上, 通过归一化变量将内标法与多变量定标方法有效结合, 不仅可以减小实验测量误差还能有效校正基体效应的影响, 而且有效提高了模型的重复率和准确率。 归一化变量作为支持向量机模型的输入变量, 对待测样品S1和S2中Cr元素含量预测的相对误差为6.58%和1.12%, 对Ni元素浓度预测的相对误差为13.4%和4.71%。 通过归一化变量将内标法与多变量定标方法有效结合, 可以充分发挥SVM算法的非线性学习优势, 为LIBS技术应用于复杂样品定量定标分析提供理论基础。

研制了一套基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的化验室水泥质量检测设备, 可对水泥生熟料成分及率值进行快速检测。 对该设备的总体结构、 光学系统、 样本制备、 光谱处理方法等几方面进行了介绍。 通过内标法建立定标模型, 将LIBS测量结果与X射线荧光光谱分析(XRF)结果进行了对比分析, 该套LIBS设备对水泥生熟料中CaO, SiO2, Al2O3和Fe2O3测量的平均绝对误差分别为0.46%, 0.25%, 0.13%和0.05%, 对水泥熟料率值KH, SM, IM测量的平均绝对误差分别为0.02, 0.05和0.04; 通过计算激发产生的等离子体温度和电子密度, 验证了激光诱导水泥等离子体处于局部热平衡(LTE)态。

为了实现钢铁等金属熔炼过程中实时、 在线监测元素组分含量, 设计了一种远程双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)分析系统, 对远距离的样品进行非接触式远程测量、 成分分析。 首先利用固体标准钢样对系统进行了测试以及标定, 为下一步利用此系统在线监测熔融钢液组分含量提供了基础。 实验结果表明: 激光远距离聚焦光斑在1 mm左右; 双脉冲烧蚀比单脉冲烧蚀深度深很多; 双脉冲最佳延时在不同距离下不一致; 3.1 m处双脉冲增强效果比2.1 m处更好, 其中Ti(Ⅰ)319.99 nm增强最显著为5.19倍; 各种元素的标定曲线相关系数r都在0.99左右, 重复精度(RSD)基本都小于5%, 测量偏差(RMSE)都小于0.021%, 2.1 m处的检出限相比3.1 m处更低, 2.1 m处多数元素检出限小于500 ppm。

为了研究分析方法中的干扰因素对于分析结果的影响程度, 针对地球化学中常用的分析手段ICP-AES法, 选择土壤标准物质采用与被测样品相同消解方法, 作为工作校准曲线来抵消基体影响因素。 比较了在土壤基体和无土壤基体条件下测得的土壤样品中各主、 次量元素结果的相对偏差, 分析了其中联系和规律。 发现无土壤基体干扰的结果RE值均在0左右浮动, 正负偏移比例基本一致, 若排除谱线干扰因素的话, 基体匹配方法能有效消除土壤中基体干扰影响。 而土壤基体干扰对Al, Ca, Fe, Mg, P, Ti和Ba元素分析结果有较大负偏差影响, 最大偏离差Mg 279.5 nm谱线达-14.49%, 影响程度排序为Ti, Mg＞P, Fe＞Ca, Ba＞Al, 对其他元素Na, Cr, Cu, V, Li, Mn, Ni和Sr则无明显影响。 与原本设想的结果相反, 基体干扰对我们视作基体的高含量元素测试结果影响十分大, 反而对次量元素影响表现并不显著。 在综合基体干扰中, Ca和Mg两元素自身组分含量影响权重明显, 表现为自身组分含量与分析结果相对偏差值有明显线性相关性。 其他元素自身组分与基体影响结果无线性趋势, 自身含量的影响权重很小。 谱线的选择, 干扰因素的排除对结果的确定十分重要。 干扰影响的因素和规律一直是ICP光谱学者致力研究探索的课题。 这些研究结果对ICP-AES分析土壤样品时谱线的选择及结果准确度的判定有很好的指导意义。

利用X射线衍射、 X射线荧光光谱及红外吸收光谱对墨脱县北侧和格林村两处洪积扇滑坡面内采集的滑带土样品测试, 分析了的主要矿物、 黏土矿物的组成和含量及其化学成分。 结果表明, 滑带土中主要矿物组成受洪积扇组分控制, 其黏土矿物含量分别占9%和10%, 墨脱县附近滑动面中滑带土样品的黏土矿物含大量的伊利石, 反应出该滑坡事件在很短的时间内完成, 滑坡体滑动速率非常高; 两处滑带土样品的红外吸收光试均未发现CO2-3, HCO1-3或C—H等振动相应产生的吸收峰, 表明洪积扇滑动之后, 滑坡面处于封闭系统, 没有力学性质较差的碳酸盐等外来矿物或含腐蚀质的次生黏土沿滑动面充填进去, 其结果增加了滑坡体的稳定性; 样品中含有一定量的埃洛石, 反应了区域洪积扇发育在非常潮湿温暖的环境中, 同时封闭体系内滑带土所含的Na2O和CaO等化学组分不能通过淋滤作用排出, 滑坡面内发生强烈的水-岩相互作用, 促使其内部的黏土矿物发生伊利石-伊利石/蒙脱石混层-蒙脱石趋势的转化, 导致格林村附近滑坡面内的滑带土中含大量后期分解形成的伊利石/蒙脱石混层。 该类黏土矿物组合很大程度上降低了滑带的摩擦强度值, 从而提高了再次发生滑坡的危险性。

瞬发伽玛中子活化分析(PGNAA)技术用于溶液中重金属元素原位检测时, 由于样品成分复杂, 中子俘获截面较大的中子毒物(汞)元素, 对截面较小的元素(铅)检测精度干扰很大, 因此分析精度相对不高。 为实现混合样品中多种重金属的高精度原位检测, 提出了一种提高热中子俘获截面较低元素检出限的PGNAA-XRF联合检测方法, 设计了一套联合检测混合样品中重金属元素的装置; 使用MCNP软件, 根据重金属元素的特征γ射线和特征X荧光的计数对样品的尺寸进行优化, 得到较合适的样品尺寸高度和半径分别为33和16 cm; 并模拟研究了Hg和Pb混合样品中的不同浓度(ci)对瞬发特征γ射线强度(Iγ)和特征X荧光强度(IX)的影响, 模拟结果表明该混合样品中, Hg和Pb元素的Iγ和IX均与ｃi成良好的线性关系, 通过探测Pb的X荧光信息, 克服混合样品中高低热中子俘获截面元素间的竞争问题, 能显著的改善Pb的检出限, 最后拟合给出了PGNAA-XRF联合检测方法的经验公式, 计算得到该装置对Hg和Pb元素的检出限分别为3.89和4.80 mg·kg-1。

LAMOST-DR1是郭守敬望远镜正式巡天发布的首批数据, 其数量超过目前世界上所有已知恒星巡天项目的光谱总数。 这为进一步扩大特殊和稀少天体如激变变星的数量提供了样本, 同时也对天文数据处理方法和技术提出了更高的要求。 针对LAMOST的数据特点, 提出一种能够在海量天体光谱中自动、 快速发现激变变星的方法。 该方法使用拉普拉斯特征映射对天体光谱进行降维和重构。 结果表明不同类别的天体光谱在拉普拉斯空间中能够得到较明显的区分。 在使用粒子群算法对神经网络的参数进行优化后, 对LAMOST-DR1的全部数据进行了自动识别。 实验共发现了7个激变变星, 经过证认, 其中2个是矮新星, 2个是类新星, 1个是高度极化的武仙座AM型。 这些光谱, 补充了现有的激变变星光谱库。 本文验证了拉普拉斯特征映射对天体光谱进行特征提取的有效性, 为高维光谱进行降维提供了另一途径。 在郭守敬望远镜正式发布的数据中寻找激变变星的首次尝试, 实验结果表明该自动化的方法鲁棒性好, 速度快, 准确率高。 该方法也可用于其他大型巡天望远镜的海量光谱处理。

恒星光谱分类是天文数据处理中一项非常重要的工作, 主要对海量光谱巡天数据按照其物理性质进行分类。 利用残差分布度量的方法对LAMOST巡天中观测到的 M矮星光谱进行细分类研究。 残差分布度量是一种光谱间的距离度量方法, 计算光谱之间的距离时, 先将两条光谱进行归一化处理, 之后计算对应波长采样点处的残差, 最终以残差分布的标准差作为光谱之间的距离。 使用LAMOST DR2中释放的M矮星光谱进行细分类实验。 实验结果表明, 残差分布度量方法能比较准确地对M矮星光谱数据进行细分类。 还研究了信噪比、 离群点以及残差标准化系数等因素对分类结果的影响。

为满足动态目标实时光谱成像的应用需求, 设计了一种基于CDP(crossed dispersion prism)的静态、 快照式的光谱成像仪。 对其光谱成像原理进行了理论研究, 并根据理论研究结果对宽波段CDP光谱成像仪光学系统进行设计。 该光谱成像仪由CDP分光系统、 成像光学系统和面阵探测器组成, 视场角为4°, 焦距为110 mm, 工作波段为0.6~5.0 μm。 设计结果表明, 该仪器在0.6~5.0 μm的波段范围内具有较好的光谱成像能力, 平均光谱分辨率为20 nm。 该技术为实时获取动态目标光谱信息及位置信息提供了一种新方法, 同时该技术在对未知高能目标探测、 定位以及识别方面具有很大的潜力。

基于Dyson同心光学系统的凹面光栅成像光谱仪具有像差小、 孔径高、 结构简单紧凑的优点, 同心结构要求光谱仪子系统的物面和像面必须重合为一个平面, 且物点和像点之间距离非常小。 现有的焦平面探测技术和装配技术难以满足理论设计要求。 为了解决实际中物点和探测器的安置问题, 对传统Dyson同心光谱仪光学系统进行了改进设计, 通过在成像光束中引入离轴反射镜实现像面位置的转移。 结果表明: 改进后的光学系统由于成像光束发生折叠, 物面和像面成功分离, 且改进后系统的全波段像差得到更合理的分配。

传统空间外差光谱技术存在光谱分辨率、 光谱范围与探测器象元数之间的制约关系。 非对称空间外差光谱技术相比传统空间外差光谱技术主要区别在于增加单臂光栅到分束器的距离, 能够在系统参数不变的情况下大大的增加光谱分辨率。 首先阐述了非对称空间外差光谱技术的基本原理, 并给出相应的系统参数计算公式推导结果, 从理论上推导出单臂光栅偏置量增加和光谱分辨率增加之间的关系。 偏置量作为非对称空间外差光谱技术的重要参数, 受短双边象元数和光谱分辨率需求的制约。 根据实验室现有实验平台参数, 给出偏置量选择原则及结果。 在元器件参数相同的情况下, 分别计算了两种形式的理论光学性能参数, 并且进行了仿真验证, 得出非对称空间外差光谱仪与传统空间外差光谱仪光谱范围相同, 但具有更高的光谱分辨率, 并且分辨率提高与偏置量增加关系与理论计算相符。 最后通过单色光扫描方法对非对称空间外差光谱仪实验室装置进行光谱范围和光谱分辨率的定标, 定标结果与理论计算值吻合较好。

超光谱大气CO2探测需对遥感器进行精确表征及定标, 其中光谱定标工作最为基础。 针对传统实验室定标方法获取的波长定标系数不确定度高等特点, 开展基于气体吸收法原理的光谱定标误差修正研究, 该方法与仪器使用状态一致 , 提高了定标系数实用性。 首先利用辐射传输进行了理论光谱及误差因素模拟计算, 并基于大气环境模拟定标仓开展了大气CO2吸收光谱测量实验, 最后采用LM算法进行光谱误差修正迭代优化。 光谱定标误差修正结果表明: 光谱偏差均值由修正前的0.03 cm-1下降到修正后0.008 cm-1, 且系统性与突变性误差得以剔除, 大大提高了地面光谱定标精度, 为后续温室气体反演奠定了基础。

基于声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)光谱成像分析仪在可见至红外光谱的多个谱区内广泛应用, 对AOTF的光谱带宽及衍射效率提出了更高的要求。 超声换能器作为AOTF的核心部件, 其3 dB工作带宽决定AOTF的光谱衍射范围, 故在同一声光介质上制作两片厚度不同的换能器来提高AOTF光谱带宽。 由于超声换能器在不同频率下具有不同的输入阻抗, 当驱动信号源输出阻抗与超声换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗, 导致无法把功率最大限度的传递给超声换能器, 从而使AOTF光谱衍射效率降低, 影响光谱成像清晰度。 通过射频电路先进设计系统(ADS)仿真及实验测试, 设计了一种新型宽带阻抗匹配网络, 在60～200 MHz带宽范围内, 阻抗匹配网络功率效率达到90％以上, 光谱衍射效率最高达90％, 提高了在420～1 150 nm波段内的光谱灵敏度。

针对声光可调谐滤光器(AOTF)多光谱成像系统中存在色差, 使得不同波长下成像清晰所需焦距有所差异, 即使在固定波长下, 由于横向(衍射方向)光谱展宽, 出现横线清楚竖线模糊的现象, 本文对AOTF中的色差做了具体分析, 指出了成像模糊的原因。 根据AOTF多光谱成像系统成像特点, 进一步提出了一种改进的SSIM算法作为图像的清晰度评价函数, 原算法中目标为两幅图像(一幅为参考图像, 一幅为待测图像), 而此算法中将目标设定为一幅图像中的相邻行进行相似度分析, 明暗变化边缘相似度小说明对比度大, 从而图像较为清晰。 使用以此算法为核心的自动聚焦对AOTF多光谱成像系统中由色差引起的图像质量进行补偿, 计算量小, 速度快。 通过实验验证了此补偿策略的可行性和实用性, 结果表明此策略能够有效解决AOTF多光谱成像系统中因色差引起的图像模糊问题, 具有重要的应用价值。

无损血糖监测是一种方便且无痛的血糖监测方法。 目前, 大部分的血糖检测方法都是有损的。 提出了一种基于近红外反射光谱的无损血糖检测方法。 近红外反射光谱是一种安全、 简单并且有效的方法, 被应用于很多领域。 采用口服葡糖糖耐量试验来采集数据, 用偏最小二乘回归方法来建模。 使用市售血糖仪采指尖血作为参考值, 同时用光谱仪提取手掌光谱, 共取得42组样本。 血糖浓度范围在5~12 mmol·L-1。 采用留一法交叉验证, 获得所有数据的交叉验证的均方根误差为1.16 mmol·L-1。 通过归一化和无关变量消除的预处理方法来减少噪声并消除一些额外因素, 优化的均方根误差为0.79 mmol·L-1。 基于个人的数据进行建模, 得到了远小于整体数据的结果: 0.41 mmol·L-1。 该方法在个人血糖检测的市场化方面有广阔的应用前景。

探究了拉曼光谱应用于黑豆蛋白结构变化研究的可行性, 研究了黑豆蛋白溶液在低频超声处理在不同超声强度、 不同处理时间下的结构变化, 并进行了热力学特性分析。 低、 中超声处理强度下TD的降低表明蛋白质分子的内部疏水作用被破坏, 使黑豆蛋白不稳定的聚集体解聚为小分子可溶性聚集物, 而在高超声处理强度下TD的增高表明聚集体重聚。 拉曼光谱分析表明超声处理下除了E样品(300 W, 24 min)所有黑豆蛋白均发生了α-螺旋结构含量降低和β-折叠结构含量增高。 聚集体的聚合/解聚导致黑豆蛋白二级结构的重组, 尤其是β-折叠。 超声处理使拉曼光谱在760 cm-1的色氨酸归属谱线强度降低表明超声处理使黑豆蛋白发生了部分的解折叠。 超声处理下酪氨酸归属谱线强度变化不显著, 表明超声处理并未显著改变黑豆蛋白酪氨酸的微环境。 1 450 cm-1拉曼归属谱带随着超声处理强度和时间的增加而增大, 但随着功率及处理时间的进一步增大此值有所降低。 在超声处理下聚集体的形成使二硫键的g-g-t构型转变为t-g-t构型。 尽管黑豆蛋白聚集体重组的机理仍有待研究, 但拉曼光谱是一种研究超声处理黑豆蛋白结构变化的可行方法, 也可为蛋白质结构研究提供一种新的研究思路。

含碳丰富的秸秆在无氧或限氧的条件下低温热解后得到生物炭可施入土壤, 有利于缓解秸秆处理压力、 减少污染、 减少温室气体排放, 并改良土壤。 在重要的农粮基地辽宁潮棕壤上布置了生物炭还田试验。 玉米田施用不同量的生物炭(0, 360, 1 800和3 600 kg·ha-1)一个生长季后, 研究土壤有效磷(P)、 有机P和全P含量的变化, 并采用荧光共轭物质作为测定底物, 通过酶解产生荧光物质研究土壤磷酸酶活性的响应。 结果表明, 生物炭添加到土壤后, 土壤有效P含量随生物炭施用量增加而显著升高、 有机P和全P的含量没有显著的变化。 其原因是生物炭携带有效P而引起的。 碱性磷酸单酯酶和磷酸二酯酶活性随生物炭添加量的增加而增大, 适量生物炭处理(1 800 kg·ha-1)可显著增加酸性磷酸酶, 而高量生物炭处理(3 600 kg·ha-1)对酸性磷酸酶略有抑制, 可能是生物炭自身的偏碱性使土壤pH值增大所致。 生物炭的添加对土壤磷素和磷酸酶活性的影响是土壤物理性质、 化学性质及土壤微生物群落结构和代谢能力的综合体现, 需要进一步深入研究。

全氟十二酸(PFDoA)是8～12个碳链的全氟烷酸(PFAAs)中毒性最强的新型环境污染物。 已有大量研究表明PFAAs在环境中广泛积累, 但对PFDoA与HSA的相互作用还处于起步阶段。 本研究力争在模拟生理条件下, 采用荧光猝灭法、 分子模拟技术和圆二色谱确定HSA与PFDoA的相互作用机理。 研究结果表明, PFDoA对HSA的猝灭是动态猝灭与形成PFDoA-HSA基态复合物引起的猝灭共同作用的结果。 计算得到的结合距离(r=3.65 nm)表明, PFDoA(受体)与HSA(供体)之间的相互作用发生了非辐射能量转移。 取代反应结果表明, PFDoA键合在HSA的site Ⅰ位点上。 分子对接进一步研究了PFDoA与HSA作用的详细结合情况, 表明PFDoA通过多种作用力结合在HSA的亚域IIA内, 例如, PFDoA上的O 1原子主要通过极性键与HSA上的Arg 257和Ser 287残基结合。 计算得到的最优对接能量为-25.87 kJ·mol-1, 表明PFDoA对HSA有较大的结合亲和力。 同步荧光光谱和三维荧光光谱研究了PFDoA对HSA构象的影响, 结果显示, 与PFDoA结合后, 色氨酸的微环境疏水性增加, HSA的构象也发生改变。 PFDoA与HSA作用前后圆二色谱二级结构的定量分析结果表明, PFDoA-HSA复合物的形成使螺旋稳定性降低。 该研究结果为全氟烷酸与HSA的动力学研究提供了理论依据和可靠数据, 并揭示了生物大分子与配体相互作用的化学本质。

将多尺度变换和“高频取大、 低频加权平均”融合规则相结合是融合双波段图像的有效方法。 但用该类方法融合多波段图像时, 序贯式加权常常会导致原图像间固有的差异信息在融合图像中被弱化, 从而影响后续的目标识别和场景理解。 该问题在融合具有纹理特征的多波段图像时更为突出。 为此, 提出了一个基于嵌入式多尺度分解和可能性理论的多波段纹理图像融合新方法。 首先, 利用一种多尺度变换方法把多波段原图像分别分解为高频和低频成分, 并对多波段图像中标准差最大的一幅原图像的低频成分利用另一种多尺度方法进行分块, 再以该分块图像的大小和位置为标准对其余波段的原图像进行分块。 然后, 基于可能性理论的相关融合规则逐一融合对应的多波段块图像, 再把块融合图像进行拼接, 以拼接结果作为低频融合图像。 最后, 将该低频融合图像和利用取大规则融合得到的高频成分一起通过多尺度逆变换获得最终的融合图像。 这种方法不仅将像素级和特征级融合方法综合在一起, 而且将空间域和变换域技术综合在一起, 并通过对大小块采用不同融合规则解决了目标边缘的锯齿效应问题。 实验表明该方法效果显著。

讨论了基于高光谱成像技术光谱及纹理特征在识别早期柑橘黄龙病中的应用。 使用一套近地高光谱成像系统采集了176枚柑橘叶片的高光谱图像作为实验样品, 其中健康叶片60枚, 黄龙病叶片60枚, 缺锌叶片56枚。 手工选取每幅叶片高光谱图像的病斑位置作为样品感兴趣区域(regions of interest, ROI), 计算其平均光谱反射率, 并以此作为样品的反射光谱, 光谱范围为396～1 010 nm。 样品光谱分别经过主成分分析(PCA)及连续投影算法(SPA)进行数据降维, 再结合最小二乘支持向量机(LS-SVM)分类器建立分类模型。 相比原始光谱, 由PCA选取的前四个主成分及SPA选取的一组最佳波长组合(630.4, 679.4, 749.4和899.9 nm)建立的模型拥有更好的分类识别能力, 其对三类柑橘叶片平均预测准确率分别为89.7%和87.4%。 同时, 从被选四个波长的每幅灰度图像中提取6个灰度直方图的纹理特征以及9个灰度共生矩阵的纹理特征再次构建分类模型。 经SPA优选的10个纹理特征值进一步提高了分类效果, 对三类柑橘叶片的识别正确率达到了100%, 93.3%和92.9%。 实验结果表明, 同时包含光谱信息及空间纹理信息的高光谱图像在柑橘黄龙病的识别中显示了很大的潜力。

酒石酸乙酰异戊酰泰乐菌素(ATLL)是一种新的大环内酯类兽用抗菌药, 研究ATLL与蛋白质的相互作用非常重要, 这直接与ATLL在体内的药效相关。 牛血清白蛋白(BSA)结构上与人血清白蛋白(HSA)同源, 因此, 常用它作研究药物与蛋白质相互作用的蛋白模型。 血液中有许多金属离子, 已有关于体内单一离子对药物与蛋白质相互作用影响的研究, 采用多光谱方法对ATLL与BSA相互作用及Zn2+和Cu2+的影响进行研究。 结果表明, BSA的荧光猝灭属于静态猝灭, Zn2+和Cu2+分别使有效猝灭常数降低和增大。 主要的相互作用力为氢键和疏水作用力。 ATLL改变蛋白质色氨酸和酪氨酸的微环境极性。 紫外光谱分析发现, Cu2+可能是通过Cu2+-ATLL复合物以金属离子架桥作用来影响ATLL与BSA的作用, Zn2+可能通过与ATLL的竞争作用结合BSA。 红外光谱分析表明, ATLL使BSA的β-折叠和α-螺旋结构向β-转角和无规卷曲转变。 这些基础数据有助于阐明在生理条件下, 有无Zn2+, Cu2+时ATLL与BSA的相互作用机制及金属离子在药物与蛋白质作用过程中对蛋白质功能的影响。

采用微波消解法处理样品, 以电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定并分析九种补血类中药中Zn, Mn, Na, K, Ca, Mg, Ni, Pb, Se, Fe, Cu, Al, B, Ti, Sn, Hg和Li元素的含量。 结果显示, 九种补血类中药富含有益于人体健康的主要及微量元素, 其中众所周知补血类元素Fe, Se, Ni, Mn, Zn含量较高。 九种补血中药按各大元素分类(大量元素, 必需元素, 非必需元素, 有害元素)分布于柱形直方图。 应用主成分分析和聚类分析于数据矩阵去评价元素分析结果。 聚类分析的结果显示九种补血类中药中十七种元素的含量所形成的树状系统图主要分为三个集群。 通过优化微波消解条件, 各元素的回收率均在97.89%～103.25%之间, 相对标准偏差均小于3.0%。 ICP-AES结合微波消解法可以精确和准确地测定九种补血类中药中的元素。