生物组织的光学特性参数与组织的各种生理、 生化以及病理过程密切相关。 光学特性参数的检测与三维重构可以在一定程度上了解组织的内部结构及特性。 基于频域近红外光谱法, 使用美国ISS公司的频域近红外光谱检测系统, 采用多光源多检测器技术, 将830 nm的激光经过调制后, 照射进放置了具有一定吸收系数和散射系数的异质体小球的牛奶中, 检测出射光的光强和相位, 然后应用光学扩散层析成像技术, 通过计算含有异质体小球的牛奶的光学参数, 重构出了牛奶中异质体的具体位置。 实验结果表明, 利用频域近红外光谱法得到的出射光的光强和相位信息, 能够较准确地计算出牛奶及异质体小球的吸收系数和散射系数等组织光学参数, 并可进一步定位出牛奶中异质体小球的位置。 因此, 可以考虑将该方法应用在分析及定位水果病变等农产品品质检测领域。

硼作为高等植物必需的微量元素, 从缺乏到过量的范围很窄, 因此缺硼和硼毒害导致作物产量及品质下降等问题一直是国内外关注的重点。 以不同柑橘砧木(枳橙和枳壳)为材料, 利用傅里叶红外光谱(FTIR)探讨低硼及高硼胁迫对不同砧木叶片物质组成和结构的影响及其差异。 结果表明: (1)低硼及高硼胁迫均抑制了柑橘砧木地上部的生长, 高硼时枳壳砧木叶片出现典型的硼中毒现象, 而枳橙砧木叶片则无明显的硼毒症状, 表明枳橙砧木比枳壳砧木更耐高硼胁迫; (2)低硼胁迫时, 枳壳砧木叶片缺失1 153, 1 053和1 028 cm-1三个特征峰, 而枳橙砧木叶片仅缺失1 055 cm-1一个特征峰, 且两种砧木叶片其他特征峰的相对吸光度较正常硼处理整体增加, 表明缺硼导致枳壳砧木叶片纤维素糖苷及可溶性糖、 核糖的结构发生变化且含量增加, 仅改变枳橙砧木叶片可溶性糖的结构。 因此, 低硼胁迫对枳壳砧木影响大于枳橙砧木; (3)高硼胁迫时, 枳壳砧木叶片1 153和1 053 cm-1两个特征峰消失, 增加1 622 cm-1处特征峰; 枳橙砧木叶片缺失1 024 cm-1处特征峰, 且其他特征峰的相对吸光度较正常处理整体降低, 表明高硼改变枳壳砧木蛋白质、 可溶性糖等碳水化合物的结构且含量减少, 而枳橙砧木仅核糖的结构发生变化, 说明高硼对枳壳砧木叶片多糖结构的影响大于枳橙砧木。 因此, 枳橙砧木比枳壳砧木更耐低硼和高硼胁迫, 硼对不同砧木物质组成和结构的效应差异是其中一个关键因子。

以2009年产自海南的农华101玉米种子作为研究对象, 基于近红外漫透射光谱法(波长范围908.1~1 677.2 nm), 研究了一种高强高效近红外光源在不同光源电压以及光源至光谱仪不同距离两种条件下对玉米杂交种鉴别的影响。 对光谱进行一阶导数、 矢量归一化的预处理后, 使用主成分分析(PCA)和正交线性判别分析(OLDA)提取光谱特征, 使用支持向量机(SVM)分别建立种子纯度鉴定模型, 统计不同实验条件下的识别率。 结果表明, 在电压较低或者光源至光谱仪的距离较大的时候, 光源强度较低, 得到的光谱曲线有较多的毛刺, 此时的识别率较低, 增大电压或者降低光源至光谱仪的距离时, 光谱曲线变得较为平滑, 识别率明显升高, 说明在一定范围内增大光源强度会提高模型的正确鉴定率。

采用近红外漫反射光谱法对黄芪中毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷的含量进行快速无损检测。 以液相色谱质谱联用分析值为参比, 采用偏最小二乘法建立黄芪中毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷的定量分析模型。 结果显示, 毛蕊异黄酮葡萄糖苷近红外光谱经多元散射校正(MSC)+一阶导数+Savitzky-Golay卷积平滑预处理后模型最优, 模型参数R2为0.826 6, RMSEP值为0.022 7, 校正集R2为0.863 5, RMSEC值为0.019 0; 黄芪甲苷近红外光谱经二阶导数+Savitzky-Golay卷积平滑预处理后模型最优, 模型参数R2为0.854 8, RMSEP值为0.006 41, 校正集R2为0.796 3, RMSEC值为0.007 99。 近红外光谱技术结合偏最小二乘法可快速、 准确的对黄芪中毛蕊异黄酮葡萄糖苷和黄芪甲苷的含量进行检测。 此外, 通过主成分分析, 发现甘肃产黄芪与其他产地黄芪差异不大, 排除甘肃产黄芪后, 山西、 四川和吉林的样本区分度较高。

为了能够快速、 无损地评价花生的质量, 确保储藏与食用安全, 开发了一种基于近红外光谱技术的花生产毒霉菌污染程度的定性定量分析方法。 首先对经过Co-60强辐射杀菌后的新鲜花生样品分别接种谷物中五种常见产毒霉菌(黄曲霉3.17、 黄曲霉3.3950、 寄生曲霉3.395、 寄生曲霉3.0124、 赭曲霉3.6486), 并于适宜条件下(26 ℃、 RH 80%)储藏9 d。 其次, 利用近红外光谱仪采集了不同时期花生样品在12 000～4 000 cm-1波段范围内的漫反射光谱, 运用主成分分析(PCA)、 判别分析(DA)和偏最小二乘回归(PLSR)建立了分析模型。 结果显示, 接种不同霉菌的样品随着储藏时间的延长均能得到有效区分, DA模型对储藏0, 3, 6与9 d花生的感染单一霉菌和多种霉菌的总体判别正确率分别达到100%和99.17%, PLSR模型对样品中的菌落总数的预测结果为: 有效决定系数(R2P)为0.874 1、 交互验证均方根误差(RMSECV)为0.276 Log CFU·g-1, 剩余预测偏差(RPD)为1.92。 结果表明, 近红外光谱技术可以作为一种可靠的分析方法对花生受霉菌侵染的状况进行快速分析, 从而确保贮藏期间花生的质量安全。

很多致命的疾病都与细菌感染密切相关, 快速、 准确地检测和鉴定细菌及微生物, 一直是微生物学家及有关科研工作者追求的目标, 拉曼光谱可以提供丰富的谱图信息, 而表面增强拉曼光谱(SERS)有很高的检测灵敏度, 然而一些贵金属SERS基底却容易使蛋白质变性, 影响检测结果。 以大肠杆菌(E.Coli)作为目标检测细菌, 首先检测到大肠杆菌的拉曼光谱, 之后采用两种不同的SERS基底(ZnO, Ag溶胶)进行检测。 结果表明Ag溶胶基底有很强且较丰富的SERS信号, 但是相对于E.Coli的本体拉曼谱峰有较大位移, 说明与银溶胶相互作用的细菌存在一定的蛋白质变性过程; 而ZnO纳米粒子与细菌作用的SERS信号虽然较弱, 但是与E.Coli的本体拉曼信号较为相似, 说明ZnO纳米粒子对E.Coli本体基本无损, 这将有利于SERS在生物体系的无损检测。 该结果可以为利用生物相容性好的半导体SERS基底进行细菌的检测提供有益的参考。

铁电纳米材料BaTiO3具有尺寸均匀, 形貌统一的单晶纳米立方体结构。 以LRS-Ⅲ型 激光拉曼/荧光光谱仪为测量仪器研究其在固体纳米材料BaTiO3分析中的应用。 用碱热法制作得到4种无掺杂铁电纳米材料BaTiO3, 分别标记为纯1、 纯2、 纯3、 纯4, 将四种固体纳米材料作为标样待测; 另取两个不同浓度Eu(铕)元素掺杂的材料分别标记为掺杂1、 掺杂2待测。 本实验中, 不仅对比分析了不同烧结温度和时间下的固体纳米材料BaTiO3激光拉曼光谱, 并做出了相应的解释说明。 与此同时, 对掺杂BaTiO3的也做了拉曼光谱对比分析, 研究掺杂对固体材料拉曼谱线的影响。 研究结果表明, 含有相同成分的固体材料其拉曼谱线相似, 且不同掺杂引起拉曼谱线的变化不同。 最后用相关系数对掺杂材料和无掺杂材料做了进一步分析。 从总体来看类内相关系数较高而类间相关系数较低, 但即便掺杂的量比较少, 对相关系数也有明显的影响。 结合相关系数可以明确地判断出两种物质是否同类, 如果已知某一种没有掺杂, 那么, 就可以很容易地判断出另一种材料中是否有掺杂。

采用表面增强拉曼光谱技术快速分析白酒中非法添加物糖精钠甜味剂。 以金溶胶为增强基底, 对金溶胶、 待测溶液与氯化钠溶液体积比、 混合时间和测定体系pH值试验条件进行优化。 结果表明, 当待测溶液、 增强基底和氯化钠溶液体积比为1∶1∶0.5、 混合时间为5 min、 pH值为4时, 获得的拉曼信号最好。 结合密度泛函理论, 对糖精钠分子进行谱峰归属, 确定了定性定量分析白酒中糖精钠的3个特征谱峰: 1 148, 1 164和1 296 cm-1。 以特征峰1 164 cm-1的峰强度与白酒中糖精钠浓度建立线性方程, 该方程在1~20 mg·L-1浓度范围内线性关系良好, R2决定系数为0.993 3, 方法回收率在98.57%~102.5%之间, 相对标准偏差(RSD)在2.44%~8.6%之间。 此方法分析白酒中糖精钠的最低检出浓度可达到1 mg·L-1, 单个样本检测时间在10 min内完成。 研究表明, 采用表面增强拉曼光谱方法能快速准确分析白酒中的糖精钠甜味剂, 可为白酒中甜味剂实时快速检测装置开发提供方法支持。

以香根草作为研究材料, 选取江铜贵冶周边土壤修复示范基地的香根草植株, 利用其能富集重金属铅的特性, 运用拉曼光谱结合树脂吸附技术检测Pb的含量。 D401树脂功能基-N(CH2COOH)2中的N和O原子与金属离子发生配位能形成稳定化合物, 从而富集香根草消煮溶液中的重金属Pb2+, 然后用重金属分析仪(HM-5000P)测定铅含量。 D401树脂和金属离子所形成的络合物有一定的拉曼信号, 检测络合物的拉曼信号, 运用拉曼光谱技术, 对吸附重金属后树脂内Pb含量进行间接定量分析, 建立数学检测模型。 对比不同预处理方法对数据定量模型的影响, 使用多种预处理方法结合偏最小二乘法建立最优的香根草根部重金属铅含量的定量分析模型。 经过卷积平滑结合一阶微分预处理后其预测相关决定系数Rp为0.854, 预测均方根误差RMSEP为5.658%, 建模结果较理想。 研究表明, 基于拉曼光谱技术结合D401树脂吸附技术定量检测香根草根部重金属铅含量具有可行性, 该研究对环境中重金属含量评估有一定的指导意义。

对一种简单结构的喹哪啶衍生物作为离子荧光探针的性能进行了研究。 探针由8-羟基喹哪啶的2-位引入水杨醛构成, 通过双键连接喹啉环与苯环以及推-拉电子基团构成大共轭结构, 使其发光量子产率提高; 探针分子中的氮、 氧原子提供了良好的配位作用点, 能选择性与离子配合而使荧光性质发生变化。 在乙腈/水溶液中, Fe3+与探针形成1∶1的配合物而使其荧光猝灭, 配合为自发的熵驱动放热过程。 红外光谱和1H NMR滴定推测探针分子中的两个羰基氧和氮的孤对电子参与Fe3+络合, 光诱导引发电子转移过程导致荧光猝灭。 在乙腈溶液中, F-使探针在415 nm处的荧光峰降低, 在560 nm处出现新荧光峰, 形成比率荧光, 荧光由蓝色变为黄色至橙红色。 同时, F-使探针在280和340 nm处的紫外吸收峰降低, 在455 nm处出现新的吸收峰, 形成比率吸收, 颜色由无色变为黄色至橙色。 1H NMR滴定推测探针分子与F-是通过氢键作用。 为一种同时检测阴、 阳离子的双功能探针, 荧光法对Fe3+和F-的检出限分别低至13.6 nmol·L-1和1.6 μmol·L-1, 紫外法对F-的检出限低至16.5 μmol·L-1。 利用探针对F-识别时明显的颜色变化, 建立了可视性, 快速度, 易操作的目视检测微量F-的方法。

年份白酒现已成为企业开发重点, 但年份标准有较大的随意性, 建立年份标准已成为规范行业和市场的迫切需要。 基于某品牌原浆白酒的三维荧光光谱, 对白酒年份预测模型进行了研究。 研究内容和创新工作如下: 首先, 研究了荧光光谱与白酒年份的相关性。 研究发现: 0.5年与其他年份白酒的三维荧光光谱之间的相关系数达0.811 4; 原始光谱中年份信息主要分布在激发波长为200~230和250~320 nm、 发射波长为400~500 nm的光谱区; 导数光谱的年份信息分布区域广且离散性高。 其次, 研究了荧光光谱之间的相关性。 研究表明: 原始光谱具有严重的多重共线性, 在400~600 nm的区间内, 相关系数接近1; 求导能提高光谱分辨能力并降低多重共线性, 二阶导数具有更好的抑制多重共线性的作用, 相关系数大部分小于0.6。 最后, 基于量子遗传算法-小波神经网络研究了激发波长为300 nm的白酒年份预测模型, 并提出了光谱建模信息密度的概念。 研究发现: 原始光谱年份预测误差达5.4年, 效果最差, 其原因是原始光谱具有严重的多重共线性以及光谱与年份的相关性不显著; 导数光谱具有更高的信息密度和更好的建模效果, 二阶导数光谱预测集的相关系数达0.999 8, 年份预测误差达0.79年。 研究成果将为白酒年份标定提供一种便捷的光学手段, 同时也为多组分渐变体系的荧光光谱研究提供重要的参考。

为了寻求一种快速、 无损检测脱绒棉种活力的方法, 提出基于高光谱技术预测脱绒棉种电导率。 采集了新陆早50、 新陆早57、 新陆早62三个品种且不同老化程度下共810粒脱绒棉种高光谱图像(400~1 000 nm), 通过组合不同预处理方法, 采用chauvenet检测方法剔除异常值后建立了偏最小二乘法(PLS)、 逐步多元线性回归(SMLR)、 主成分回归(PCR)模型。 结果表明, 采用变量标准化(SNV)、 卷积平滑(Savitzky-Golay)、 一阶微分(First derivative)和norris微分平滑组合的预处理方法, 波段范围为480~530, 650~980 nm下建立的PLS模型效果最佳; 其中PLS模型得到新陆早50、 新陆早57、 新陆早62的预测集相关系数和校正集相关系数分别为0.88, 0.90, 0.92, 0.91, 0.89, 0.90; 预测集均方根误差(RMSEP)和校正集均方根误差(RMSEC)分别为44.3, 38.4, 37.8, 46.5, 43.5和40.8 μS·cm-1。 研究结果表明, 采用高光谱技术预测脱绒棉种电导率具有一定的可行性, 也为其他种子的活力检测奠定了良好的基础。

在过去的几十年中, 等离子纳米粒子, 尤其是金纳米粒子(AuNPs), 由于其独特的局部表面等离子体共振(LSPR)特性, 金纳米颗粒非常适合高度传导定域在表面的化学或物理刺激产生的光信号, 已被广泛应用于生物检测与成像。 包括单细胞光谱分析与成像。 基于光吸收和弹性光学方法散射, 阐述了利用光谱方法进行的单细胞光学探测的进展应用和纳米系统表现出新的特性。 论述了基于AuNPs的细胞内环境光谱分析与探测, 对在单细胞水平上进行的细胞动态实时测量的基本原则和与光互动独特的相关方法进行了描述。 重点放在单细胞光谱检测的原则、 方法及这些方法的优点和挑战, 并阐述了最近在这一领域的研究进展, 内容包括细胞和亚细胞环境的探测、 细胞应答诱导细胞凋亡过程探测、 生物分子识别和量化、 药物传递及释放、 癌症诊断及治疗等。 给出了未来的挑战和努力方向。

利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术, 结合平行因子分析法, 对环滇池地区土壤中溶解性有机质(dissolved organic matters, DOM)的结构特征和来源进行了研究。 结果显示, 所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征, 吸收系数随着波长的增加而降低, 并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。 柴河水库和滇池东部地区土壤DOM的芳香性(A250/A365)、 分子量(SR)、 腐殖化程度(SUVA254)和所含疏水组分(SUVA260)均高于其他三个区域。 三维荧光光谱显示, 环滇池土壤DOM中含有紫外可见光区类富里酸峰、 可见光区类富里酸峰和两种类腐殖酸峰。 荧光指数(fluorescence index, FI)和自生源指标(autochthonous index, BIX)均表明该地区土壤DOM有着典型的陆源特征, 且类蛋白成分生成量较少, 生物可利用性较低。 平行因子分析法(PARAFAC)将土壤DOM分成四个荧光组分, 四个组分之间有着非常显著的相关性(p＜0.01), 表示具有同源性。 此外, 类富里酸荧光组分对DOM的贡献率最大, 说明土壤DOM中富里酸物质的含量相对较多。

针对提取的天然抗氧性物质超氧化物歧化酶量少, 稳定性差等问题, 实验以枸杞为原料, 采用硫酸铵盐析分级分离方法提取了枸杞超氧化物歧化酶(superoxide disutase of lycium, SOD-LY), 紫外光谱法确定了其类型; 考察了不同种类的锌盐ZnSO4, ZnCl2, Zn(CH3COO)2和Zn(NO3)2对SOD-LY活力的影响, 选择出能显著提高其活力的锌盐。 采用傅里叶变换红外光谱、 紫外光谱、 荧光光谱法研究了最佳锌盐同SOD-LY分子的作用方式。 结果表明, 提取的SOD-LY 属于Cu/Zn-SOD类型。 不同浓度锌盐的存在均可影响SOD-LY的活性。 其中, Zn(NO3)2对SOD-LY活力影响最大; 红外光谱表明, Zn(NO3)2使SOD-LY二级结构中β-片层、 β-转角和β-反平行结构减少, α-螺旋和无规则卷曲结构增多。 荧光光谱分析得出, Zn2+与SOD-LY之间的相互作用力主要为静电引力, 有利于稳定SOD-LY的活性中心, 使得SOD-LY活力增强。 Zn2+与SOD-LY结合常数(KΛ)为1.666×103 L·mol-1, 结合位点数(n)为1.238, 结合距离(r0)为3.62 nm, 该研究为提高SOD的活力、 稳定性及扩展其应用提供理论帮助。

近年来, 饮用水安全问题引起社会的广泛关注。 采用紫外-可见光吸收光谱对水质进行异常检测, 具有现场原位、 无需试剂、 分析快速等优点, 适合快速在线监测。 然而, 紫外-可见光光谱数据量大, 且易受仪器和水质正常波动的干扰, 从而影响水质异常检测结果。 提出一种基于基线校正和主元分析的紫外-可见光光谱法来检测污染物引起的水质异常, 该方法利用非对称最小二乘校正基线, 采用主元分析法从基线校正后的光谱矩阵中降维并提取特征, 然后根据残差子空间的Q统计量评估测试样本的离群点, 最后采用累计概率来更新异常报告结果。 通过苯酚注入的实验, 验证了该算法的有效性, 实验结果表明, 提出的方法与单波长法相比, 有效地提高了污染物的检出下限; 与未经基线校正采用主元分析进行的异常检测方法相比, 提高了检出率, 降低了误报率。

提出了光学检测聚丙烯酰胺溶液的方法, 利用TU-1901/1900双光束紫外可见分光光度计、 IRPrestige-21傅立叶变换红外光谱仪测量5~600 mg·L-1浓度范围内聚丙烯酰胺溶液的透射光谱, 研究了其在波段190~900 nm和400~4 000 cm-1的光谱特性, 进行了其浓度的反演分析。 研究表明: 聚丙烯酰胺溶液在200~300 nm和400~920 cm-1, 2 986~3 684 cm-1范围存在较强吸收特性, 其透光度在220 nm, 2 623 cm-1处有一定的线性关系; 在紫外波段基于2, 3和4个透光度测量值反演其未知浓度的计算误差最大值分别为6.98%, 2.34%和0.79%。

针对基于光谱数据进行温度与发射率分离过程中存在的n个方程包含n+1个未知数这一欠定问题, 提出利用牛顿迭代法来实现材料表面真温及发射率的反演计算, 通过给定温度和发射率初值, 利用泰勒级数的线性项建立迭代公式, 通过迭代得到温度和发射率的近似解。 分别利用理论热辐射谱和腔黑体的实验数据进行验证, 结果表明, 任意给定温度和发射率初值均可获得与真实温度接近的计算温度值, 相对误差小于0.09。 发射率反演结果与真实发射率线形一致, 当温度和发射率初值越接近真实温度和发射率时, 发射率反演结果越精确。 该方法消除了发射率假定模型限制, 有望应用于高温及超高温下各种材料真实温度和光谱发射率研究。

金刚石NV-色心具有优越的光致发光特性, 可实现高灵敏度物理量探测。 其中, NV-色心的浓度是影响其宏观领域物理量探测灵敏度的重要因素之一。 分析了金刚石在NV-色心制备过程中产生的发光缺陷, 研究了不同的电子注入剂量与NV-色心浓度的关系。 首先, 对金刚石进行电子辐照并高温真空退火, 制备了NV-色心; 然后, 利用拉曼光谱仪测试了金刚石在电子辐照前、 电子辐照后及退火后三个阶段中的荧光光谱, 分析了金刚石在NV-色心制备过程中的光谱特性; 最后, 对生成的NV-色心的浓度进行了估算, 并探究了不同电子注入剂量对NV-色心浓度的影响规律。 结果表明, 金刚石经电子注入后生成了524.7, 541.1, 578和648.1 nm发光中心。 其中, HPHT合成金刚石经电子注入后普遍存在524.7 nm中心。 电子注入后的金刚石经高温(≥800 ℃)真空(≥10-7 Pa)退火后, 空位自由移动, 不稳定的缺陷消失, 当空位靠近氮原子时被束缚而形成氮空位色心。 对于氮含量100 ppm的金刚石, 当电子注入产生的空位含量小于120 ppm(2.1×1019 cm-3)时, NV-色心浓度与电子注入生成空位的含量的关系符合Boltzmann分布。 该研究为利用氮含量100 ppm的金刚石实现定量NV-色心浓度的制备提供了参考依据, 为NV-色心在宏观物理量精密测量的应用奠定了基础。

为探究土壤表层湿度影响下冬小麦冠层光谱反射率响应晚霜冻害的特征, 并检验敏感光谱波段预测小麦产量变化的能力, 于2013和2014年小麦拔节期, 分别设置了表层土壤含水量为<10%(干)、 10%～20%(中)和 >20%(湿)的三个湿度处理的冻前试验, 并在低温室内进行降温处理。 分析了不同土壤表层湿度下受冻冬小麦的穗数、 穗粒数、 千粒重、 单株产量、 冠层光谱反射率及其一阶微分值的差异, 对冬小麦冻害产量变化率和高光谱特征参量进行了相关分析和一元线性拟合。 结果表明: 冬小麦穗粒数和单株产量总体上均随土壤表层湿度的降低而呈减少态势, 在土壤表层干处理条件下冻害对冬小麦产量造成的影响最为显著(p<0.05); 在绿峰(523 nm附近)、 黄边(571 nm附近)、 红边(732 nm附近)和近红外台的两个水分吸收带(952和1 145 nm附近), 干+冻害处理冬小麦冠层反射率的一阶微分值与中+冻害、 湿+冻害处理的差值明显; 剥离了土壤表层湿度对光谱的影响后, 冬小麦冠层反射率一阶微分差值在以570 nm为中心的黄边区域和以710 nm为中心的红边区域对干、 中和湿梯度处理下晚霜冻害响应的差异明显; 两年试验中的黄边面积(SDy)和570 nm处一阶微分值(d570)均与冻害产量变化率达到显著正相关(p<0.05), 说明黄边区域的高光谱特征参量可用于检测土壤表层湿度影响下的冬小麦晚霜冻害程度。 本研究可为土壤表层湿度和晚霜冻害叠加影响下冬小麦产量变化预测方法的探讨提供参考。

利用辽宁锦州地区2013年生长季不同土壤水分控制条件下的春玉米冠层高光谱数据, 及对应的植株叶面积指数(leaf area index, LAI)数据, 分析在不同发育期内不同生长状况下的春玉米冠层高光谱特征及其与植株叶面积指数的关系。 采集并计算共313组有效样本, 包括350～2 500 nm波段范围光谱的反射率、 反射率倒数的对数、 反射率一阶导数及LAI, 应用多元逐步线性回归法和偏最小二乘回归法, 对剔除了受大气水分影响较为严重光谱波段的其他波段数据进行降维, 构建叶面积指数的全波段冠层高光谱数据模型, 并进行精度检验与比较。 结果表明, 春玉米LAI与光谱反射率在可见光波段(350～680 nm)、 红外波段(1 430～1 800和1 950～2 450 nm)均呈显著的负相关; 反射率倒数的对数在对应区间为显著的正相关; 反射率一阶导数则在可见光和近红外波段(350～1 350 nm)存在较显著相关波段。 三种全波段冠层高光谱数据在春玉米LAI的线性回归中, 偏最小二乘法在以冠层反射率为自变量的模型构建中, 比多元逐步线性回归拟合度好, 其总均方根误差为0.480 7; 以冠层光谱反射率的倒数的对数及一阶导数为自变量, 应用逐步线性回归法建模, 拟合度较好, 其总均方根误差分别为0.333 5和0.348 8; 三种光谱数据的春玉米LAI两种回归算法中, 以冠层反射率倒数的对数为自变量, 应用逐步线性回归方法建模的拟合度最佳。

应用近红外漫透射光谱检测技术对不知火杂柑的可溶性固形物(SSC)进行在线检测具有十分重要的意义。 研究变量筛选方法对不知火杂柑可溶性固形物在线检测模型的影响, 为实现其快速、 准确的在线检测分级奠定基础。 实验把形状不整、 内藏瓤瓣的不知火杂柑作为研究对象, 选取560~930 nm的光谱, 采用偏最小二乘法(PLS)建立不知火杂柑可溶性固形物的在线检测模型, 并讨论不同的光谱预处理方法(卷积平滑(S-G)、 一阶微分(1st derivatives)等), 不同的变量筛选方法(移动窗口偏最小二乘法MWPLS、 遗传算法GA、 连续投影SPA)对PLS所建预测模型性能的影响。 经对比, 多元散射校正(MSC)能有效地消除光散射的影响, 遗传算法能大大地降低了建模的波长点数, 缩短了建模时间, 改善模型预测精度。 其最优PLS模型的RP=0.956, RMSEP=0.380, RC=0.967, RMSEC=0.340。 实验表明在线检测不知火杂柑的可溶性固形物是完全可行的。

雪粒径的形状因素对积雪的反射光谱曲线影响较大, 如何有效地刻画雪粒径的形状参数成为研究的热点。 渐进辐射传输模型被广泛地应用于雪粒径反演, 其对雪粒径形状的描述只采用了2个值(3.62对应于片状雪粒径, 4.53为球形雪粒径), 较难描述积雪的形状参数, 同时为了反演积雪的雪粒径, 这两个形状参数必须被提前固定, 这大大降低了雪粒径的反演精度, 为此提出了一种基于光谱库的雪粒径及形状参数反演算法(LUTMA)。 首先利用渐进辐射传输模型建立不同粒径, 不同形状参数的光谱库, 然后采用光谱角指标进行匹配, 最终获取积雪的粒径与形状参数。 实验表明, 基于光谱库的雪粒径及形状参数反演新方法与实测数据较为吻合。

基于盐渍土修复过程中盐分含量和同步实测光谱数据, 通过对原始光谱数据、　平滑光谱数据及平滑后的不同变换光谱数据等八种光谱数据集, 分别以相关系数的极值和不同相关系数范围两种方法分析其最佳敏感波段范围, 深入分析了不同变换下土壤的光谱响应特征。 在此基础上, 运用偏最小二乘回归方法, 以全波段(400～1　650　nm)和分析获得的最佳敏感波段建立了基于修复过程的土壤盐含量和光谱反射率的关系模型。 结果表明: 针对八种光谱数据集, 采用两种方法提取的土壤最佳敏感波段, 均集中在947.11～949.31, 　1　340.27, 　1　394.11, 　1　419, 　1　457.81～1　461.31, 　1　537.68～1　551.39和1　602.32 nm; 且最佳波段的土壤盐含量反演模型, 以模型评价参数的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE), 以及赤池信息量准则(akaike’s information criterion, AIC)作为选择最佳模型的标准, 均以SGSD(Log R)模型的建模和预测结果比其他光谱变换的模型更为显著。 基于全波段的PLSR建模效果总体上稍优于最佳波段的模型, 　其中以SGSD的预测精度最为突出, 其模型的决定系数R2与标准差RMSEP分别为0.673和1.256; 基于两种方法获得的最佳波段的PLSR模型与全波段对比在模型精度方面虽有一定差距, 但从模型的复杂程度比较, 具有模型简单、　变量更少及运算量小的特点。 该研究可在土壤盐含量及其光谱特征的研究中, 为实现土壤盐渍化定量、　快速、　便捷的监测和检测提供参考。

β-苯基羰基化合物的光化学特征历来受到重视, 是n, π*羰基三线态猝灭机理的典型代表。 研究了气相和甲醇中β-苄基苯乙酮的基态结构和激发态结构, 模拟了其吸收和发射光谱, 并从分子轨道角度阐明了其发光机制。 研究发现: (1)在甲醇中, β-苄基苯乙酮的基态结构与气相结构非常接近, 只是在羰基官能团附近键长有差别; (2)在甲醇中, β-苄基苯乙酮的S1态无法维持平面构型, 且α C—C键显著拉长; (3)在气相中, β-苄基苯乙酮的吸收光谱很弱, 而在甲醇中很强; (4)气相中, β-苄基苯乙酮的荧光光谱的发光机制与甲醇中不同; (5)在气相中, β-苄基苯乙酮荧光光谱的最大发射峰蓝移到228.67 nm处, 发射强度(f=0.306 1)比吸收光谱大幅增加; (6)从分子轨道角度看, 荧光光谱是吸收光谱的逆过程; (7)在气相中, β-苄基苯乙酮的磷光光谱在252.58和246.04 nm处有两个较强的发射峰, 而甲醇中只在258.88 nm处有一个很强的发射峰。

基于平行因子(PARAFAC)分析的激光诱导纳秒时间分辨荧光(LITRF)猝灭法原位研究典型多环芳烃(PAHs)芘(Pyr)和菲(Phe)单独及混合状态下与Aldrich腐植酸(HA)相互作用。 实验表明, 在266 nm激发波长下, Pyr, Phe及HA三者的LITRF光谱相互重叠, 无法直接同时测定混合组分中游离Pyr和Phe荧光强度。 利用PARAFAC分析可快速有效消除HA荧光干扰, 获取混合溶液LITRF光谱中Pyr和Phe荧光强度及各自荧光衰减曲线, 并以Freundlich吸附等温模型描述PAHs与HA结合特性。 结果验证了Pyr和Phe与HA以非线性形式结合(n<1); Pyr和Phe共存时, 两者与HA结合存在竞争关系。 加入竞争吸附质后, Pyr和Phe与HA的吸附等温线非线性程度减弱(n趋近于1), 单点结合系数下降, 且竞争强度随竞争吸附质浓度增加而增强。 此外, LITFR-PARAFAC猝灭法与传统荧光猝灭法所得单组分Pyr和Phe与HA结合特性无显著差异。 猝灭速率常数及荧光寿命分析反映出Pyr和Phe与HA间荧光以静态猝灭形式为主。 LITFR-PARAFAC猝灭法可快速原位研究混合PAHs与HA相互作用, 有利于原位预测和评估PAHs的环境行为及其生态风险。

针对水体重金属污染检测的需求, 研究了以高纯石墨片为水体富集基底, 样品多次富集结合等离子体空间约束的水体重金属LIBS检测方法, 并对Pb, Cu, Cd, Ni等不同重金属元素的测量稳定性及检测限进行了分析。 实验采用波长为1 064 nm的Nd∶YAG调Q激光器, 分辨率为0.1 nm的光纤光谱仪分别对上述水体中重金属元素含量的特征光谱进行分光探测。 结果表明, 样品多次富集结合空间约束方法能够有效地提高水体重金属检测的灵敏度及稳定性并降低元素检测限, 空间约束条件下特征光谱强度增强约2.5倍, 光谱稳定性也得到提高, 相对标准偏差由非约束情况下的11.34%降低至8.77%。 对不同浓度的Pb, Cu, Cd, Ni四种重金属元素进行检测并建立定标曲线, Pb, Cu, Cd, Ni的检测限均低于国家工业废水排放标准的1/6, 满足工业废水重金属的检测需求, 为工业废水重金属的减排控制与超标排放预警监测提供了一种有效方法和技术支持。

为实现畜禽粪便高效、 安全资源化利用, 快速、 准确定量表征分析畜禽粪便中钙(Ca)元素含量具有重要意义。 以我国畜禽养殖比较集中地区的代表性畜禽粪便样本为对象, 探讨了LIBS快速、 定量分析其Ca元素含量模型构建和通过GA筛选变量优化模型的可行性。 采集光谱的仪器参数设置如下: 采集点数、 激光能量、 压制样压力、 光斑大小和延迟时间分别为80个, 15%, 20 T, 400 μm和1 μs。 建模结果表明: 采用基于Ca元素特征波长所建三种线性模型精度较低; 基于全谱的PLS所建模型中, R2v和RPD分别为0.85和2.13; 选用化学计量学方法-遗传算法进行变量筛选可显著减少建模变量信息, 提高建模效率, 经GA优选所得12个变量所建PLS模型中R2v和RPD为0.90和3.04, 具有较高精度和实际应用价值。 研究表明, 将激光诱导击穿光谱技术和遗传算法相结合可定量分析畜禽粪便中Ca元素含量。

SO2是大气主要污染物, 与雾霾的形成有直接关系, 烟气脱硫是保护环境、 减少雾霾的有效措施。 磷矿浆法烟气脱硫是一种以磷矿浆为吸收剂的新型脱硫方法。 采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定磷矿浆烟气脱硫剂固液相(磷矿粉、 磷矿浆脱硫液和脱硫渣)中硫含量。 在选定了较灵敏的硫分析线后, 探讨了ICP光谱仪工作条件对分析结果的影响, 同时研究了样品预处理方法以及共存元素对硫测定结果的影响。 分别用三种不同的方式对磷矿粉、 磷矿浆脱硫液和脱硫渣样品进行前处理, 确保样品溶解完全。 选用181.973 nm光谱线为分析线, 避免共存元素的光谱干扰。 选择仪器的入射功率为1 300 W, 观测高度为12 mm, 雾化气流量为0.65 L·min-1, 泵进样量为1.5 mL·min-1。 在光谱仪最佳分析条件下, 利用该方法测定磷矿粉、 磷矿浆脱硫液及脱硫渣中硫的含量, 其检出限为0.000 38%, 加标回收率在89.5%～104.5%之间, 相对标准偏差(RSD)≤2.30%, 同时与硫酸钡重量法进行对比实验, 结果基本吻合, 相对偏差≤3.88%, 该方法简便快捷, 精密度和准确度较高, 适用于磷矿浆脱除烟气SO2的科研及生产中。

定窑是我国宋代五大名窑中唯一以生产白瓷而闻名于世的窑厂, 其高超的刻印花纹技术及首创的支圈覆烧工艺, 对国内外许多窑场产生了深远的影响。 采用(energy dispersive X-ray fluorescence, EDXRF)探索了历代定窑白瓷的组成配方, 并采用X射线吸收精细结构(XAFS)法分析了瓷釉中Fe元素的价态, 以探讨定窑白瓷的相关烧制工艺。 研究发现, 定窑白瓷瓷胎具有典型北方瓷器“高铝低硅”的特征, 并在瓷胎中特意添加了富含CaO的矿物原料, 对瓷胎的烧结有一定的促进作用。 瓷胎中的TiO2应主要是高岭土原料中的杂质。 定窑白瓷瓷釉具有“高钙高镁”特征, 基本属于钙镁釉或钙镁碱釉。 其瓷釉配方中应含有一定量的白云石或滑石。 瓷釉中K2O的含量逐步增加, 反映了定窑瓷釉由钙镁釉向钙碱釉发展演变的过程。 此外, 根据瓷釉中的Al2O3, MnO和P2O5等含量的特征, 可以推测釉料配方中应添加了草木灰和高岭土。 由XAFS分析结果可知, 晚唐五代时期定窑白瓷釉中Fe3+比例最高, 金代次之, 宋代最低, 不同时期定窑白瓷皆是在还原气氛中烧成。 宋金时期定窑白瓷白中泛黄可能由于燃料煤中富含的硫在燃烧过程中与瓷釉反应, 生成Fe—S化合物所致。

陕西临潼新丰墓地的年代分两个阶段, 第一阶段是战国中期偏晚至秦代, 第二个阶段是西汉中期至东汉时期。 该墓地有700余墓葬, 其中12座墓葬出土玻璃制品100余件, 包括蜻蜓眼珠, 玻璃珠、 耳珰。 选取5件样品, 涵盖上述三种器形。 采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察玻璃的结构特征, 能谱仪分析其成分。 采用激光拉曼光谱分析玻璃相中的晶体。 结果显示5件玻璃样品中有4件铅钡玻璃, 蓝色玻璃主要为铜离子着色, 红色玻璃为Fe2O3晶体着色, 白色乳浊玻璃为析晶造成的乳浊效果。 1件为钾钙钠釉层的费昂斯制品, 着色元素为铜和铁。 同时讨论了铅钡玻璃和钾钙釉费昂斯的技术问题。

通过对恒星光谱进行分析可以研究银河系的演化与结构等科学问题, 光谱分类是恒星光谱分析的基本任务之一。 提出了一种结合非参数回归与Adaboost对恒星光谱进行MK分类的方法, 将恒星按光谱型和光度型进行分类, 并识别其光谱型的次型。 恒星光谱的光谱型及其次型代表了恒星的表面有效温度, 而光度型则代表了恒星的发光强度。 在同一种光谱型下, 光度型反映了谱线形状细节的变化, 因此光度型的分类必须在光谱型分类基础上进行。 本文把光谱型的分类问题转化为对类别的回归问题, 采用非参数回归方法进行恒星光谱型和光谱次型的分类; 基于Adaboost方法组合一组K近邻分类器进行光度型分类, Adaboost将一组弱分类器加权组合产生一个强分类器, 提升光度型的识别率。 实验验证了所提出分类方法的有效性, 光谱次型识别的精度达到0.22, 光度型的分类正确率达到84%以上。 实验还对比了两种KNN方法与Adaboost方法的光度型分类, 结果表明, 利用KNN方法对光度型分类精度低, 而基于弱分类器KNN的Adaboost方法将识别率大幅提升。

星载多角度偏振成像仪可以获取目标的多角度偏振辐射信息, 探测精度是重要的技术指标。 为研究仪器的测量精度及相关的误差因素, 以Stokes-Mueller为数学描述方法, 分析仪器的原理和光路结构特点, 从理论上推导了仪器的偏振辐射测量模型, 并通过实验初步验证了镜头Mueller模型的正确性。 在考虑目标光各种偏振态的情况下, 分析了非理想光学器件重要参数对目标光偏振度测量结果的影响, 得到了偏振度测量误差与通道相对透射率、 空间高频相对透射率/响应率、 线偏振片振透轴方位角、 镜头线性双向衰减这四种参数偏差之间的关系。 按照仪器探测精度要求, 结合各参数偏差对应误差最敏感的目标光偏振态, 从理论上提出了各重要参数的误差容限。 该研究为整个仪器的研制、 定标及后期数据处理提供了理论依据。

以微孔硅阵列为模板, 高纯CuI粉末为原料, 采用压力注入法, 成功制备了具有单分散微柱结构的像素化CuI闪烁转换屏。 扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)的测试结果表明, 所制备的转换屏中CuI微柱连续、 致密, 微柱柱径约为2.5 μm、 间隔约为1.5 μm、 柱长约为80 μm, 并具有良好的γ相晶体结构。 在X射线激发下, 所制备的像素化γ-CuI闪烁转换屏具有峰值波长位于680 nm附近的红光慢发射带; 掺碘后, 该发射带被较大幅度的抑制, 同时出现了峰值波长位于432 nm 的快发光峰; 当碘掺杂含量达到10 Wt％时, 峰值波长位于680 nm附近的红光慢发射带被完全抑制, 只存在峰值波长位于432 nm的快发光峰。 采用刃边法测量了所制备的像素化γ-CuI闪烁屏的空间分辨率, 结果显示其分辨率可达38 lp·mm-1, 表明该闪烁屏除拥有超快时间响应特性外, 兼具很高的空间分辨本领, 在X射线成像方面具有独特的应用价值。

随着现代科技对纳米微观区域兴趣的增加, 如DNA测序、 分子纳米器件微结构检测等, 其对拉曼光谱技术的空间分辨力提出了更高的要求, 而现有共焦拉曼光谱技术受自身原理限制, 空间分辨力已无法满足科学需求。 针对这一问题, 在现有共焦拉曼光谱技术的基础上, 提出一种基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法。 该方法将超分辨图像复原技术与共焦拉曼光谱技术相结合, 利用基于Poisson-Markov约束的最大似然超分辨复原算法对共焦拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理, 恢复图像高频成分, 进而改善共焦拉曼光谱系统的空间分辨能力, 实现超分辨成像。 仿真分析和实验结果表明, 提出的基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法在不改变现有共焦拉曼光谱系统光学结构的前提下, 仅对单幅拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理, 即可将系统空间分辨力提高到200 nm, 实现超分辨成像, 同时该方法具有较强的噪声抑制能力。 该方法有效地提高了共焦拉曼光谱系统的空间分辨力, 为物理化学、 材料科学等前沿领域中的高空间分辨微区光谱探测提供了一种新的途径, 是一种行之有效的高空间分辨的共焦拉曼光谱成像方法。

灵敏度是衡量传感器的重要指标之一, 基于双折射光纤环镜(PM-FLM)应变传感器灵敏度理论模型, 通过数值模拟与实验的方法, 在不增加系统复杂性的前提下, 通过自身性能优化PM-FLM轴向应变灵敏度; 同时研究了双折射光纤(PMF)长度对PM-FLM轴向应变灵敏度的影响。 研究结果表明: 对于相同PM-FLM, 可以选择长波长监测点优化轴向应变灵敏度; 对于双折射率相同的PM-FLM, 可以选择双折射应变系数较大的PMF优化轴向应变灵敏度。 对于双折射应变系数相同的PM-FLM, 可以选择双折射率较小的PMF优化轴向应变灵敏度。 PM-FLM传感器应变灵敏度与PMF长度无关。

为扣除溶剂或其他背景组分的干扰, 测量红外光谱时常常需要获得期望强度的高质量背景单光束谱。 通常, 实验上获得期望强度的背景谱是极其困难的。 为实现这一重要且十分困难的目标, 引进了杂化单光束谱的概念。 同一溶液但不同厚度的b1和b2的两样品的单光束谱分别为b1和b2, 则定义它们的线性组合α=αb1+(1－α)b2为杂化单光束谱, 其中α(0≤α≤1)称为组分因子。 调整组分因子α数值, 就可以精确调控杂化谱的强度。 在合适的条件下, 杂化谱α与厚度为b2－αb2+αb1的真实样品的光谱高度类似, 即b2－αb2+αb1≈α。 因此, 不用制备厚度为b2－αb2+αb1的样品, 其单光束谱可以用α来替代。 随着α变化, 可以得到不同的α, 厚度在b1和b2间的真实样品的单光束谱都可用相应的α来替代。 实验结果证实, 杂化谱提供了一种简单和易操作的扣除背景干扰的高效方法。

针对不同型号的近红外光谱仪器(主机: SupNIR-2700, 从机: Nicolet Antaris Ⅱ)间的模型传递和同一仪器(Nicolet Antaris Ⅱ)不同分辨率的光谱间的模型传递进行研究, 提出了一种改进的PDS算法-SP-SG1st-PDS算法, 该方法结合三次样条插值、 Savitaky-Golay一阶求导和PDS算法。 思路是通过三次样条插值拟在不破坏原始光谱固有的信息的前提下实现了主光谱与从光谱之间的匹配, 然后对光谱进行S-G一阶求导去除光谱的基线漂移, 再通过PDS算法进行模型传递, 有效消除主、 从光谱之间的差异, 提高多元校正模型的预测精度。 该方法用于醋酸乙烯酯在乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中含量的研究, 并且与小波去噪方法和S-G平滑方法作比较。 实验表明: 对于不同型号的仪器间的模型传递, 新方法采用S-G一阶求导较其他方法有明显的优势, 其验证集预测精密度RMSEP从20.595 0降低至0.374 8, 明显优于S-G平滑(0.522 1)和小波去噪(0.516 7)方法, 预测偏差也同样地被改善。 对于同一仪器不同分辨率的光谱之间的模型传递, 在模型传递前后其模型预测精密度RMSEP从0.272 2减少至0.255 3。 通过提出的SP-SG1st-PDS算法, 模型传递能应用于不同类型仪器之间, 也能用于相同仪器不同分辨率的光谱之间, 并且取得了满意的传递结果。

采用高温固相法制备了BaAl2Si2O8∶Tb3+, Ce3+系列的荧光材料, 讨论了Tb3+, Ce3+单掺及Tb3+, Ce3+共掺样品的光谱性质及发光机理, 分析了Ce3+与Tb3+之间的能量传递过程。 通过对样品进行XRD, 荧光光谱, 色坐标等测试。 结果表明, Tb3+, Ce3+的掺杂没有改变BaAl2Si2O8晶体的结构。 BaAl2Si2O8∶Tb3+发出明亮的绿光, 发光峰分别位于487, 545, 583和621 nm对应于Tb3+的5D4→7FJ(J=6, 5, 4, 3)特征发射。 Ce3+的掺入没有改变BaAl2Si2O8∶Tb3+发射光谱的位置, 但使其激发谱由窄带激发变成了宽带激发增加了谱带多样性, 发光强度有了明显的增强, 而且颜色也具有一定的协调性, 使其在实际运用方面具有更大的灵活性。 发光强度增强的原因不仅仅是因为Ce3+的敏化作用, 还与Ce3+和Tb3+之间存在能量传递有密切关系。 通过猝灭法计算了, Ce3+与Tb3+之间的能量传递的临界距离为15.345 nm, 并且证明了能量传递是由偶极-偶极相互作用产生的。 通过计算得到能量传递效率最高达到了76.04%。

传统主成分(PCA)光谱降维方法利用数学的方法, 保证降维后的重构光谱与原光谱在形状上尽可能相似, 但是传统PCA降维过程中无差别的对待每一个波段的光谱数据, 而人眼视觉对不同波段的光谱敏感程度不同, 会造成有时候虽然光谱误差较小, 但是人眼看上去色差较大的情况。 在保证光谱误差的同时, 为了能够有效的减少源光谱与重构光谱的色度误差, 提出了两种基于人眼视觉的加权函数对传统PCA降维方法进行优化, 并利用残差光谱对模型进行补偿。 实验过程以Munsell色卡作为训练样本, Munsell色卡和多光谱图像“young girl”作为测试样本, 然后利用本文提出的加权函数进行PCA降维并重构, 并与相关文献提出的方法进行了对比。 实验结果表明, 提出的两种加权算法, 与其他算法相比, 无论是色度精度还是在变光源的稳定性方面, 都有显著地提高。

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)结合主成分分析-线性判别分析(PCA-LDA)和支持向量机(SVM)用于正品大黄样品的鉴定。 在时域测量41个大黄样品的太赫兹时域透射光谱, 然后将这些时域信号转换成频域的吸收系数系数。 根据样本的吸收系数建立了主成分分析-线性判别分析和支持向量机的定性分类模型, 并对正品和非正品大黄样本的分类模型进行了交叉验证。 模型的预测能力和稳定性使用自助拉丁配分进行评价, 使用50次自助拉丁配分, 配分数为4。 使用主成分分析-线性判别分析和支持向量机均得到了满意的结果。 提出的方法证明是一种方便、 无污染、 准确和无需化学处理的鉴定大黄样本的方法。 该文提出的步骤可以应用于其他中草药分类和生产的质量控制。

研究以上皮型胸膜间皮瘤, 纤维型胸膜间皮瘤, 结核型胸膜炎与正常胸膜组织为材料, 通过傅里叶变换红外光谱分析组织中生物大分子的结构及含量的改变。 研究发现, 四种胸膜组织的傅里叶红外光谱较为相似, 但存在明显区别, 四种胸膜组织红外光谱数据方差差异极显著(sig.<0.001), 说明胸膜间皮瘤中生物大分子的含量及结构发生了明显变化, 主要包括: (1)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带, 核酸1 232 cm-1峰强, 脂类物质2 922 cm-1峰强均显著高于正常人胸膜组织, 与正常胸膜组织存在显著区别; 纤维型胸膜间皮瘤中, 蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带峰强, 与核酸密切相关的1 078 cm-1峰强, 以及与脂类物质相关的2 922和2 854 cm-1峰强均显著高于上皮型胸膜间皮瘤(p<0.05); 结核型胸膜炎蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ、 核酸1 232和1 078 cm-1峰强略有增加, 但与正常胸膜组织差异不显著(p>0.05), 与脂类物质含量有关2 922 cm-1峰强、 2 854 cm-1峰强, 极显著地高于正常胸膜组织(p<0.0１), 显著高于胸膜间皮瘤(p<0.05)。 (2)蛋白质、 核酸、 脂类物质的相对峰强I1 641/I2 922, I1 641/I1 232, I1 232/I1 078, I1 078/I1 546, I1 078/I2 854, I2 922/I1 232, I1 458/I1 400能有效放大四类胸膜组织间的差异, 其效果优于峰强效果, 可作为胸膜间皮瘤诊断的优化指标。 (3)上皮型胸膜间皮瘤中指示核酸分子中磷酸二酯键的C—C/C—O的1 078 cm-1峰强以及指示脂类物质的2 854 cm-1峰强显著低于纤维型胸膜间皮瘤和正常胸膜组织(p<0.05), 表明上皮型胸膜间皮瘤中磷酸二酯键断裂程度较高, DNA受损严重, 膜脂过氧化降解明显。 说明上皮型胸膜间皮瘤恶化程度高于纤维型胸膜间皮瘤。 (4)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带、 Ⅱ带谱带、 核酸1 232 cm-1峰、 脂类物质1 458 cm-1处CH2振动及1 400 cm-1处CH3振动红移, 说明蛋白质分子间的氢键受到破坏, 核酸分子的氢键结合力减弱, 核酸分子的双链结构受到一定程度的破坏, 肿瘤组织中膜脂的亚甲基链趋向无序。 (5)傅里叶红外光谱能有效区分纤维型胸膜间皮瘤、 上皮型胸膜间皮瘤、 结核型胸膜炎、 正常胸膜组织, 为胸膜间皮瘤与结核型胸膜炎的早期、 快速诊断提供了可靠的数据。

越来越多的农作物秸秆用于生产生物质成型燃料(生物质颗粒), 作为民用和工业锅炉的生物质燃料。 高位热值是衡量生物质燃料燃烧性能的主要参数之一, 反映了生物质可用能含量, 但利用传统的氧弹分析法测试高位热值费时费力, 急需一种快速准确的方法评估农作物秸秆的高位热值, 以制备高质量的生物质颗粒燃料。 基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱分析, 对比分析了五种农作物秸秆(稻秸、 麦秸、 棉秆、 油菜秆和玉米秆)的高位热值预测模型。 首先, 利用多元线性回归(MLR)、 逐步回归(SWR)和反向传播人工神经网络(BPNN)模型, 在基于五种农作物秸秆工业分析和元素分析基础上, 提出了高位热值预测模型并进行验证。 MLR模型具有较好的相关系数(R2), 预测均方根误差(RMSEP)和预测标准差与参比标准差比值(RPD), 分别为0.921 1, 0.135 1和3.49。 此外, 利用可见-近红外光谱分析了农作物秸秆, 发现对光谱数据作最小二乘法回归(PLR), 可建立高位热值预测模型, 预测R2和RMSEP分别为0.881 2和0.412 9。 研究结果表明MLR模型和PLR模型分别适用于基于工业分析/元素分析和可见-近红外光谱建模, 对农作物秸秆的高位热值快速检测设备研发能提供基础模型支持。

人类砷暴露可以通过空气、 饮用水和食物等途径。 运用ICP-MS方法分析了四个采样点河曲(Hequ, HQ)、 石嘴山(Shizuishan, SZS)、 中卫(Zhongwei, ZW)和临夏(Linxia, LX)的69份当地居民发样及四个黄河过滤水样的总砷含量, 探究了头发中砷水平在不同性别及年龄中的差异, 并对发样中砷与水样中砷的相关性进行了分析。 人发样品采用微波消解方法进行前处理, 消解效果良好。 结果表明, 该方法准确度及精密度良好, 回收率为90.1%～101.9%, RSD值为2.9%～4.2%。 结果显示, 该研究地区居民发样砷含量范围为0.01～1.73 μg·g-1, 平均值为0.33 μg·g-1, 不同采样点的砷含量顺序为ZW>HQ>LX>SZS。 Kruskal Wallis检验显示该文中不同采样点发样砷含量存在显著性差异(p=0.010), 说明研究地区的生活区域对居民发样砷含量具有影响, 而不同性别(p=0.158)和不同年龄(p=0.159)组居民发样砷含量无明显差异, 但男性发砷平均值含量高于女性, 不同年龄组间呈现发样砷含量随年龄增大而下降的趋势。 与文献相比, 该研究发样砷含量较高于多数地区而明显低于地方性砷中毒区域。 黄河水样中砷含量范围为2.31～10.41 μg·L-1。 与黄河下游等地区相比砷含量较高, 但未超出地表水环境Ⅲ类标准。 Pearson相关性系数表明, 水中砷元素与铅、 铜、 铬、 镉等元素均具有相关性, 与人发砷含量具有显著正相关。 总之, 采样点附近居民具有较高砷暴露风险, 且该风险可能来自于工农业排放。 研究结果为甘宁蒙等西北民族地区重金属污染研究提供实验数据和理论依据。

准确地划分玉米杂种优势群, 可有效地指导种质的改良、 杂种优势模式的构建和新品种的选育。 目前主要利用系谱法、 配合力测定、 同工酶和分子标记等进行玉米杂种优势类群的划分, 这些划分方法成本高, 操作复杂, 甚至有的方法还需破坏种子。 本文探索了利用近红外光谱技术(NIRS)快速、 无损地划分玉米杂种优势群的可行性。 使用MPA型傅里叶变换近红外光谱仪漫反射模式采集整粒玉米种子的光谱, 用滑动平均窗口平滑、 一阶差分导数、 矢量归一化对光谱进行预处理。 将光谱用主成分分析方法降维到低维空间, 使用层次聚类法对A组6个中国的骨干自交系和B组的6个优良自选系共12个材料进行杂种优势群划分, 结果将A组6个自交系划分为3类, A1(郑58)和A2(掖478)为一类, A3(昌7-2)和A4(黄早四)为一类, A5(Mo17)和A6(四F1)为一类, 这与系谱法分析结果高度吻合。 对B组6个自选系, 将B1和B2, B3和B4, B5和B6分别划分为一类, 与SSR标记的类群划分结果一致。 由此可见, 利用NIRS划分玉米杂种优势类群是简便、 快速、 高效、 可行的方法。

基于Fenton试剂和微型光谱仪, 实现了水质化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)和总磷(total phosphorus, TP)的在线测定。 该系统结合超声辅助, 基于Fenton试剂实现了常温常压下水中有机化合物和有机磷化合物的在线消解。 系统基于微型光谱仪实现了可见光光谱探测并采用多波长分光光度法分析光谱数据。 结果表明, 系统具有测定时间短, 低功耗, 结构简单和二次污染少的优点。 同时, 系统测定相对误差小于10%, COD和总磷检测限分别为2和0.008 mg·L-1, 灵敏度分别为0.021 3和0.452 6, 标准偏差分别为5.6%(15.0 mg·L-1 COD标样)和5.8%(0.010 mg·L-1 总磷标样)。 实际水样测定结果与国家标准分析方法比较无显著差异。

矿区土壤环境问题日益突出, 以山东省烟台市焦家式金矿区为典型区, 系统采集了85个表层土壤样品进行野外光谱实测, 其中35份用于重金属铬含量测定。 利用光谱变换技术对原始光谱提取了一阶微分、 二阶微分和去包络线三种光谱指标, 采用偏最小二乘回归法建立光谱数据与铬含量间的定量关系, 将最优预测模型应用于其余50个样本点铬浓度值的获取, 最终通过克里金插值实现了对研究区土壤重金属铬的快速监测。 结果表明, 基于一阶微分数据模型预测精度最高, 其次为二阶微分, 原始光谱和去包络线数据。 研究区铬的含量与金矿的分布情况密切相关, 即金矿密集区域铬含量更高, 这表明金矿开采对土壤中铬的含量与分布存在一定影响。

电化学去除污水COD是一种高效绿色快速的方法。 在电化学法处理某油田含聚采油污水中, 产生活性中间体H2O2能间接氧化去除COD; 而电化学过程中产生的H2O2是很微量的, 常规方法难以检测和准确定量, 需要采用高灵敏度的测定方法检测H2O2, 用以指导电化学处理工艺控制过程; 而Ti(Ⅳ)与5-Br-PADAP(B)及H2O2在pH 1～1.5时能形成稳定的三元络合物Ti(Ⅳ)-B-H2O2, 该三元显色体系在561 nm附近有明显的吸收峰, 且H2O2浓度在0.2～10 μmol·L-1的范围内遵从Beer-Lambert Law, 因此可建立起用分光光度法检测电化学法处理污水过程中微量活性中间体H2O2的方法。 本文分别研究了5-Br-PADAP(B), Ti(Ⅳ)-B二元络合物, Ti(Ⅳ)-B-H2O2三元络合物体系的紫外光谱图, 提出了测定微量H2O2的方法。 该研究创新点在于: 通过紫外光谱图研究了影响Ti(Ⅳ)-B-H2O2三元络合物体系生成且稳定存在的因素是: 试剂加入顺序、 pH值、 无水乙醇用量、 加热温度及时间、 Ti(Ⅳ)-B配比及其用量等, 进而确定了准确检测和定量微量H2O2的实验条件为: 体系pH 1.0～1.5, 无水乙醇加量50%, 在50 ℃水浴锅中加热20 min, Ti(Ⅳ)与B溶液按等摩尔比混合, 药剂加入顺序为: H2O2溶液2 mL, 无水乙醇3 mL, 0.32 mol·L-1的HCL溶液1 mL, pH 1.5的缓冲溶液2 mL, Ti(Ⅳ)-B混合液2 mL, 用0.32 mol·L-1的HCL溶液定容至刻线。 该方法简便、 快速、 重现性好、 费用低, 灵敏度高, 在电化学处理污水过程的实际检测中获得了满意效果。