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《光谱学与光谱分析》2018年, 第38卷, 第5期
发布时间:2018-05-09]
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| 1329 | 基于太阳吸收光谱观测大气一氧化碳柱总量 | | | 徐兴伟1, 2,王 薇1*,刘 诚3,单昌功4,孙友文1,胡启后1,田 园1,韩雪冰1,杨 维1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1329-06 | | | 基于地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区一氧化碳(CO)垂直柱总量的变化,连续采集近红外太阳吸收光谱,获得2015年9月至2016年7月整层大气CO的垂直柱总量的时间序列。观测结果显示合肥地区大气中柱平均干空气混合比(XCO)有着明显的季节变化,在2015年10月有着较小值,然后逐渐增加,到2016年3月达到最大值,之后逐渐下降,在2016年7月底达到最小值,并分析了季节变化的原因。为了对地基近红外波段观测进行验证,采用MOPITT卫星数据和站点同一光谱仪采集的中红外光谱反演的CO柱总量与同期测量的数据进行比对。结果表明,MOPITT卫星数据与地基观测值的季节变化一致,而MOPITT观测值整体高于地基FTS观测值;近红外和中红外波段反演的CO柱总量季节变化范围一致。将地基观测和卫星观测数据进行日平均计算, 并进行相关性分析,得到的地基近红外和卫星观测、地基中红外的CO日平均柱总量的线型回归相关系数分别为0.85和0.91,显示出高的相关性,证明了地基近红外波段反演CO垂直柱总量数据的准确性。首次采用地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区CO的垂直柱总量,并将得到的观测结果与卫星数据比对,得到准确的CO的垂直柱总量,为解大气CO的时空分布状况及其演变规律、追踪合肥地区CO的源汇分布提供理论依据。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1329-1334 [摘要] ( 5 ) PDF (3852 KB) ( 10 ) | |
| 1335 | 基于N2 LBH带的中高层大气氧分子柱密度反演 | | | 金云飞1, 2,江 芳1,王咏梅1, 2* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1335-05 | | | 给出了一种利用气辉探测反演中高层大气氧分子柱密度的新方法。氧分子对N2 Lyman-Birge-Hopfield (LBH)短波带(LBHS)的吸收作用较强,而对N2 LBH长波带(LBHL)的吸收作用较弱,根据这一特性,利用N2 LBHS与N2 LBHL的比值来反演中高层大气氧分子柱密度。通过气辉模型计算得到一个用于估计氧气含量的插值表,计算得到在不同氧分子柱密度、不同太阳天顶角、卫星观测角和太阳活动条件下的N2 LBH长短波带比值的自然对数ln(LBHS/LBHL),根据探测的ln(LBHS/LBHL)及相应的太阳天顶角、卫星观测角和太阳活动指数,拟合得到氧分子柱密度。最后,采用模式模拟的方法对反演结果进行验证,所得反演结果与模拟真值的误差在百分之十以内,证明了这种探测中高层大气氧分子柱密度新途径的可行性。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1335-1339 [摘要] ( 6 ) PDF (2093 KB) ( 6 ) | |
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| 1340 | 济南市雾霾天大气颗粒物能谱分析与粒径形状因子 | | | 纪赵惠子1,张晓凯1*,邱 军2,鲁韶芬3,胥 青1,李 玲1,李 学4 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1340-08 | | | 为了解山东省济南市区大气污染的状况,收集了2017年某一天济南市区雾霾天气下的大气颗粒物, 对其进行了SEM扫描电镜与TEM透射电镜的观察。为更好地描述颗粒的形态特征以切实反映污染特点,定量统计了颗粒物的线性尺度大小(等效直径)与形状标准程度(形状因子),同时配合EDS能谱分析确定了微观结构的元素种类。结果表明: 当天雾霾天气下,大气颗粒物形状因子数值较小,统计的方差、标准差也较小,说明形貌差距小,大多数呈现较为光滑、规则的近球形,表面不易吸附有毒物质或凝聚超细小颗粒。颗粒物等效直径数值较大,统计的方差、标准差也较大,说明空间线性尺度差距较大,以大小不等的多种结构形态呈现。其中,块状颗粒物数目最多,主要来自扬尘源,无机组成以Si,Al,Ca,Mg,Cl和K等元素为主。珊瑚礁状和球状颗粒物分别来源于可燃物的低温不充分燃烧和煤炭的高温熔融,前者无机元素Ca,Mg,Si多,后者Si,Al和Fe多,都属人为污染。球形颗粒物还可分为表面光滑、有轻微凸起和凹凸不平三类,分别与硅、铝化硅以及铁元素有关。柱棒状颗粒物属生物微粒。聚合状颗粒物来自于细小颗粒的聚合效应,有可能增加微粒的毒性。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1340-1347 [摘要] ( 4 ) PDF (3942 KB) ( 7 ) | |
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| 1348 | ZnO在辐射场中的光激发特性研究 | | | 尹文怡1,刘玉柱1,2*,张启航1,李炳生3*,秦朝朝4 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1348-05 | | | 采用密度泛函理论的BPV86方法, 在6-311G++(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0~0.080 a.u.)下氧化锌分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氧化锌分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱和紫外-可见吸收光谱强度。结果表明, 在外电场的作用下, 分子结构变化明显, 与电场呈现强烈的依赖关系。随着正向外加电场的增加, ZnO分子键长一直在增大, 电偶极距也是一直增大, 分子总能量不断减小, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现红移现象。随着外电场的加强, 分子紫外可见吸收光谱振子强度先增大后减小再增大再减小反复变化, 其波峰则出现蓝移现象。
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| 1353 | 微波辐照对胶原蛋白三股螺旋结构的影响 | | | 张金伟1, 2,曹 念1, 2,陈武勇1, 2* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1353-05 | | | 胶原蛋白的三股螺旋结构是其不同于其他蛋白质的特殊结构,也是其具有特殊功能的基础,然而,胶原的三股螺旋结构易在外界条件的影响下被破坏。目前微波已被越来越多的应用于胶原蛋白的提取和改性过程,但是关于微波辐照对胶原蛋白结构影响的研究还相对较少。首先从牛跟腱中提取胶原蛋白,然后采用0.5 mg·mL-1的胶原蛋白溶液在30 ℃下以微波辐照保温为实验样,水浴加热和未经加热处理为对比样,最后采用紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱、圆二色谱以及荧光发射光谱等方法,对不同加热方法中胶原蛋白的三股螺旋结构和超分子结构进行表征,研究了微波辐照对胶原蛋白结构的影响。实验结果表明,在低于胶原变性温度的条件下,无论是微波辐照还是水浴加热都不会破坏胶原蛋白的三股螺旋结构,也不会使胶原蛋白变性。但是,与水浴加热相比,微波辐照会对胶原蛋白的聚集行为产生抑制作用。微波辐照对胶原蛋白的作用既有与常规加热相同的热效应,又有常规加热过程中不存在的非热效应,非热效应表现为抑制胶原蛋白的聚集行为。研究结果可为微波场中胶原蛋白结构和性质的变化提供科学依据。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1353-1357 [摘要] ( 3 ) PDF (1793 KB) ( 4 ) | |
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| 1358 | 核磁共振高信噪比弱信号检测的理论与实验研究 | | | 李晓南1,刘国强1, 2,胡丽丽1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1358-04 | | | 基于小型射频线圈的核磁共振检测探头在波谱分析和成像研究中具有广泛的应用,如化学位移波谱分析、磁共振成像和勘探测井等技术领域。但是,由于外加静磁场作用下,自旋体系发生塞曼能级分裂后,高低能态之间的核自旋数量之差很小,普遍存在检测信噪比很低的问题,而且初级磁共振接收信号的质量受所用探头线圈电气参数的影响较大。研究结果表明,在特定的被测样品和接收线圈占空比以及静磁场等条件不变的情况下,检测信噪比与单位电流产生的射频磁场成正比,而与线圈高频电阻的平方根成反比。在永磁0.39Tesla主磁场条件下,研究了趋肤效应影响下小型螺线管线圈几何参数的优化设计方法。理论仿真和实际的测量结果表明,几何参数为线径0.5 mm、直径5.5 mm的10匝微螺线管线圈,在16.9 MHz谐振频率上,相对信噪比取得一个极大值点,对应的Q值约为199.8,与阻抗分析仪测得结果有较好的吻合,验证了该核磁共振检测线圈设计新方法是合理的。本文提出的基于线圈电磁特性的高信噪比检测探头设计方法,可推广到目前的质子密度成像、岩心弛豫谱分析等应用中。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1358-1361 [摘要] ( 3 ) PDF (1722 KB) ( 2 ) | |
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| 1362 | 夹心式太赫兹微流控芯片 | | | 范 宁,苏 波*,武亚雄,张宏飞,张 聪,张盛博,张存林 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1362-06 | | | 许多生物大分子的振动和转动能级都落在THz波段范围内,因此可以采用THz光谱技术定性地鉴别生物样品。但是大部分生物分子的活性需在液体环境中才能表现出来,而水作为极性物质对THz波具有较强的吸收特性。因此,在THz光谱技术中通常采取各种措施来减少水的影响,以防止水溶液中生物样品的信息被掩盖。该研究设计了两种可利用透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统检测的夹心式微流控芯片,通过减小THz与水的作用距离来减少水对THz的吸收,从而达到高透过率的目的。微流控芯片采用环烯烃共聚物(Zeonor 1420R)作为基片和盖片,聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为沟道夹层,利用THz-TDS系统对该芯片进行了测试,测得该芯片在0.2~2.6 THz频率范围内的透过率可以达到80%以上。在微流控芯片中分别加入去离子水、1,2-丙二醇以及二者在不同体积比下的混合溶液,并测量了它们的透射谱。结果表明,不同比例溶液的THz光谱明显不同,说明该芯片在测量液态样品方面的可行性。此外,用该芯片分别研究了不同浓度的氯化钾和碘化钾溶液,发现氯化钾溶液随着浓度的增加THz透过率减弱,而碘化钾溶液则相反。初步认为,电解质改变了水溶液中的氢键密度,从而导致溶液对THz吸收的改变。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1362-1367 [摘要] ( 1 ) PDF (3314 KB) ( 9 ) | |
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| 1368 | 特种工程塑料太赫兹光学参数测量及误差分析 | | | 张晓璇1,常天英1, 2*,郭企嘉1,刘陵玉2,崔洪亮1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1368-07 | | | 以聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)及其玻璃纤维增强材料(PPS-GF30,PEI-GF30)为样品,获得了在太赫兹频段的光谱特性。首先,利用太赫兹时域光谱系统,在透射模式下,测试了四种材料在自由空间的时域信号。然后,根据提取光学参数的物理模型及菲涅尔透射公式计算材料的折射率及消光系数,同时对物理模型和菲涅耳公式解析法仿真,保障了实验测试和算法的合理性与可靠性。最后,依据误差传输理论计算了由主要因素决定的光学参数误差。在样品各自的太赫兹有效频段,实验显示: PPS: n=1.889~1.945(误差0.003~0.012),κ=0.001~0.047、(误差0.000 1~0.002 6),PPS-GF30: n=1.654~1.672(误差0.003~0.004),κ=0.002~0.057(误差0.000 1~0.002 8),PEI: n=1.713~1.733(误差0.002~0.012),κ=0.005~0.035(误差0.000 1~0.003 0),PEI-GF30: n=1.688~1.732(误差0.003~0.004),κ=0.036~0.068(误差0.000 2~0.002 6)。结果表明: 作为太赫兹超材料器件的基底,PPS适合低频,PEI适合高频,玻璃纤维增强的PPS,PEI相比纯样品,不仅力学性能得到改善,并有利于信号探测,而且在有效频段的高频部分,探测灵敏度更强。研究提供了PPS,PEI及其玻璃纤维增强材料在太赫兹频段的基础参数,为太赫兹领域超材料器件的研究提供了重要参考。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1368-1374 [摘要] ( 4 ) PDF (3001 KB) ( 7 ) | |
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| 1375 | 基于Ar分支比方法的光谱强度响应效率标定研究 | | | 马云云1,王永强2,敏 琦2,曹世权2,张正荣1,苏茂根2,孙对兄2*,董晨钟2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1375-05 | | | 利用Nd∶YAG激光器输出的1 064 nm激光在大气压环境中产生了Ar等离子体,测量了Ar等离子体的发射光谱,从Ar等离子体发射光谱中筛选出了来自Ar Ⅰ和Ar Ⅱ 15个上能级的35条跃迁谱线,基于分支比方法计算了光谱仪的辐射强度响应效率标定系数。此外,利用氘灯和卤钨灯标准光源,对光谱仪辐射强度响应效率进行了标定,得到了针对不同光栅的光谱仪的辐射效率标定系数。用分支比方法获得的辐射强度响应效率标定系数与标准光源得到辐射强度响应效率标定系数具有较好的一致性,其最大相对误差为5.4%。该研究的标定方法可以为一些大型聚变装置的光谱测量的在线标定提供借鉴和参考。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1375-1379 [摘要] ( 4 ) PDF (2723 KB) ( 1 ) | |
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| 1380 | 锯齿波频率对介质阻挡放电光谱特性的影响 | | | 李雪辰,吴凯玥,张 琦,楚婧娣,王 彪,刘 瑞,贾鹏英* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1380-04 | | | 采用微间隙平行平板介质阻挡放电(DBD)装置,以氩气作为工作气体,研究了锯齿波激励下DBD的放电图像、发光信号、发射光谱与锯齿波频率的关系。研究发现随锯齿波频率增加,DBD会从均匀模式(低于10 kHz),经历微放电丝与均匀放电共存,并最终过渡到微放电丝占据全部的电极区(频率高于35 kHz)。外加电压和发光波形表明,锯齿波频率较低时的均匀放电对应高占空比的阶梯放电。随频率增大,出现微放电丝后,发光波形呈现多脉冲形式,且电压半周期中的发光脉冲个数随着锯齿波频率的增大而减小。当锯齿波频率高于35 kHz时,每半个电压周期的发光脉冲个数减小为一个(单脉冲放电)。通过对放电的发射光谱进行研究,发现发射光谱中包含氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πu),OH(A2Σ+→X2Π)和ArI的特征谱线。研究表明OH(308.8 nm)和ArI(750.4 nm)的谱线强度均随锯齿波频率的增大而增大。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1380-1383 [摘要] ( 3 ) PDF (2018 KB) ( 1 ) | |
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| 1384 | 基于小波变换的木材近红外光谱模型优化及质量追溯 | | | 李 颖1,李耀翔1*,李文彬2,姜立春3 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1384-09 | | | 智能化精准获取木材基本信息是木材质量追溯系统信息采集的核心,同时也是木材后期分流、加工、精细化利用的重要依据。旨在探讨基于小波变换的木材近红外光谱(NIRS)去噪及模型优化,研究近红外技术用于木材质量追溯的基础理论与方法,构建基于近红外的木材质量追溯体系。以山杨木材气干密度为例,采用小波变换进行光谱去噪及模型优化,应用偏最小二乘法(PLS)构建了基于近红外光谱技术的山杨木材气干密度定标模型。在此基础上,集成二维码技术,在Matlab环境下,将近红外定标模型预测结果(以木材密度为例)及其他木材相关信息(树种名称、产地、采集单位、数据获取方式等)生成快速响应矩阵码(QR Code),以实现木材信息的有效、快速追溯。同时研究分析了不同纠错等级、字符数、像素下QR码的可读性及有效性。结果显示: (1)当db5小波基分解层为5时,经启发式硬阈值去噪后得到的信噪比(SNR)最大,均方根误差(RMSE)最小,基于小波变换的近红外光谱去噪效果最好,将校正模型决定系数由0.774 8提高到了0.850 1;(2)字符数一定时(本追溯信息的字符数为217),当像素大于100 px×100 px时,QR码的可读性均大于90%;当纠错等级为7%、像素大小为200 px×200 px时,随着字符数由100增加至600,解码率和可读性均为100%。研究表明,基于小波去噪及近红外光谱技术,可以实现木材密度的准确预测,并能有效集成QR码技术,以QR码作为传递木材信息的有效载体,为木材材性信息的无损获取及有效追溯提供了理论依据与技术支撑。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1384-1392 [摘要] ( 4 ) PDF (2884 KB) ( 4 ) | |
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| 1393 | 中红外波段地表发射率特性分析 | | | 赵帅阳1,胡兴帮1,景 欣2,蒋思佳1,贺丽琴1,马蔼乃1,晏 磊1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1393-07 | | | 陆表温度(LST)在地-气相互作用过程中扮演着重要的角色,是全球变化研究的关键参数。陆表发射率是陆表温度反演的关键输入参数之一。中红外谱区(3~5 μm)介于可见光-近红外谱区(0.38~2.5 μm)与热红外谱区(8~14 μm)之间,地物的发射率在该谱区表现出独特的光谱特性,可用于霜冻监测、矿物成分分析等研究。由于传感器在中红外谱区探测到的能量既有来自于地物自身发射的热辐射能量,又有反射的太阳辐射能量,这两部分的能量分离机理比较复杂,因此中红外谱区发射率特性分析的相关文献较少。本文针对单一均匀地表和具有混合像元的复杂地表计算了MODIS红外通道的有效发射率,发现通道有效发射率在单一均匀地表下与温度的耦合效应不强烈;但在复杂地表下,通道有效发射率与混合像元内的成分比例以及成分的地表温度具有耦合效应。在误差允许的范围内,混合像元的有效发射率可以忽略成分地表温度的影响。发射率误差对陆表温度反演精度的敏感性随着波长的变化而变化。在热红外波段,敏感性是其在中红外波段的2倍左右,说明利用中红外波段进行陆表温度反演具有一定的优势。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1393-1399 [摘要] ( 5 ) PDF (3823 KB) ( 10 ) | |
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| 1400 | 寿山水坑石的透明度影响因素 | | | 邓雨晴,陈 涛* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1400-06 | | | 采用红外光谱(IR)、X射线粉晶衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差热分析(DTA)等测试,分别从地开石的有序度。矿物微形貌特征以及地开石中水的存在形式对水坑石透明度的影响因素进行了深入研究。红外光谱和XRD测试结果显示样品主要矿物组成为地开石。红外光谱中高频区3 704和3 621 cm-1两吸收峰的分裂程度和XRD图谱中2θ为19°~24°之间的衍射峰的分裂程度可表示地开石有序度,分别计算样品红外光谱中3 704和3 621 cm-1两吸收峰的强度比值(OI)及XRD图谱中(111)晶面衍射峰和(111)晶面衍射峰的分裂程度指数(DHI);计算结果表明这两个表征有序度的参数与透明度并无密切关系。扫描电镜测试结果显示地开石矿物晶体颗粒整体发育越均匀,晶体颗粒形态越相近、粒径大小越均一时,样品透明度越高,但晶体颗粒自身的结晶度、自形程度和粒径的绝对大小与透明度并无关系。差热分析测试结果表明水坑石的透明度与地开石晶体结构中结构水和吸附水的含量有关,结构水含量越接近理论值,样品晶体结构越完整,透明度越高;结构水的含量降低时,部分羟基缺失导致晶体结构完整性下降,结构单元层内部的电荷平衡被破坏,层间域中吸附更多水分子,吸附水在层间域中作为杂质分子存在,使样品的透明度下降。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1400-1405 [摘要] ( 4 ) PDF (2953 KB) ( 0 ) | |
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| 1406 | 果皮对脐橙可溶性固形物可见/近红外检测精度的影响 | | | 孙 通,莫欣欣,刘木华* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1406-06 | | | 利用可见/近红外半透射光谱技术对未剥皮(完整)和剥皮脐橙的可溶性固形物(SSC)进行检测,探索果皮对脐橙SSC检测精度的影响。采用QualitySpec型光谱仪获取未剥皮和剥皮脐橙在350~1 000 nm波段的可见/近红外光谱,并从光谱和模型性能两方面分析果皮的影响。对未剥皮和剥皮脐橙平均光谱进行比较,并提取前20个主成分进行多元方差分析;应用偏最小二乘(PLS)回归结合不同预处理方法分别建立未剥皮和剥皮脐橙SSC的预测模型,对预测模型性能进行比较,并对预测集样本的预测残差平方进行方差分析。结果表明,在5%置信水平下,果皮对脐橙SSC检测精度的影响是显著的。未剥皮和剥皮脐橙SSC的最优PLS模型的预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.888,0.456%和0.944,0.324%。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1406-1411 [摘要] ( 5 ) PDF (2264 KB) ( 1 ) | |
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| 1412 | 表面增强拉曼光谱检测爆炸物研究进展 | | | 卢树华1, 2*,王引书3 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1412-08 | | | 近年来,恐怖袭击、刑事犯罪等爆炸事件频发,对社会的公共安全构成了严峻挑战。炸药是各种爆炸物的核心成分,因此对炸药的分析检测与识别是公共安全领域研究的热点之一。表面增强拉曼光谱可以对爆炸物分子实现指纹谱性、超痕量、实时高效的探测和识别,在安全检测和法庭科学等公共安全领域展现了极具诱惑力的应用前景。最近几年,国际上针对表面增强拉曼光谱检测爆炸物的研究十分活跃,取得了丰富的成果,文章综述了爆炸物表面增强拉曼基底,包括表面修饰改性和复合功能结构基底;有机和无机爆炸物的检测;以及爆炸物光谱识别的研究进展。分析了需要面对的问题,并总结展望了未来的发展趋势。相信随着纳米科学与技术、表面科学、仪器科学以及深度学习等新兴科技的快速发展,表面增强拉曼光谱一定能在爆炸物检测和识别方面取得更大进展。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1412-1419 [摘要] ( 4 ) PDF (2612 KB) ( 4 ) | |
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| 1420 | 庙底沟遗址出土仰韶文化彩陶的科学研究 | | | 赵灵委1, 2,陈海龙3,赵虹霞1,董俊卿1,李青会1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1420-10 | | | 彩陶文化作为新石器时期的重大发明,改变了远古先民的审美方式,而著名的仰韶文化以其彩陶的优美造型、绚丽色彩和丰富的纹饰揭示了原始的艺术特征,承载了史前时期重要的社会文化信息。而利用现代光谱分析技术准确、无损和微损的特点,可以为文物保护的研究提供更科学的技术支撑。研究应用相位辅助光学三维扫描、多光谱成像、X射线荧光、激光拉曼光谱分析技术,对河南省陕县庙底沟遗址出土的新石器时代晚期仰韶文化彩陶碗进行面、点相结合的综合分析,获得了较为完整的文物物理和化学信息。利用三维扫描技术所构建的彩陶碗数字化模型对样品进行了几何尺寸的非接触测量和虚拟修复,利用多光谱成像技术所获得的灰度图像对样品表面化学特征相似区域进行了区分,结合X射线荧光和激光拉曼光谱分析技术对彩陶残片的分析结果,确定了所分析彩陶样品的主要化学成分特征和颜料物相组成。综合研究结果,提出了建立彩陶文物多源信息数字化模型的构想,为这类文物的数字化保护和展示提供了基础科学信息。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1420-1429 [摘要] ( 4 ) PDF (7058 KB) ( 2 ) | |
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| 1430 | 日盲紫外域拉曼激光雷达探测大气水汽技术研究 | | | 石冬晨,华灯鑫*,雷 宁,高 飞,汪 丽,闫 庆,周 毅 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1430-07 | | | 拉曼激光雷达通过探测与水汽浓度相关的大气水汽振动拉曼散射回波信号,可实现大气水汽混合比廓线的探测。然而由于振动拉曼信号非常微弱,在白天测量时振动拉曼散射光谱会淹没在太阳背景光中,多在夜间测量。为实现大气水汽的全天时测量,设计开发一套日盲紫外波段拉曼激光雷达系统。该系统选择Nd∶YAG脉冲激光器的四倍频输出—266.0 nm日盲紫外波段作为拉曼激光雷达系统的激励波长,采用镀高增益介质膜的牛顿式望远镜作为接收器,同时利用二向色镜和超窄带干涉滤光片设计高效率的高光谱分光系统,实现了大气氧气、氮气和水汽振动拉曼散射回波信号277.5,283.6和294.6 nm的精细提取。计算仿真结果表明,臭氧吸收对日盲紫外域拉曼激光雷达探测存在一定的影响,主要是探测距离的影响;氮气通道不受白天太阳背景光噪声的影响;水汽通道存在少量太阳背景光噪声,对系统探测距离略有影响。而系统信噪比计算结果表明,设计的日盲紫外域拉曼激光雷达系统可实现白天3.5 km大气水汽的探测。实际进行水汽探测时,可利用氮气和氧气通道反演出臭氧浓度廓线,修正臭氧对发射波长、各通道拉曼散射波长的吸收,进一步提升系统的探测能力和探测精度。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1430-1436 [摘要] ( 4 ) PDF (2799 KB) ( 1 ) | |
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| 1437 | 基于QPSO-MLSSVM算法的拉曼光谱检测四组分调和油含量 | | | 张燕君,张芳草,付兴虎*,徐金睿 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1437-07 | | | 提出了一种运用量子粒子群(quantum-behaved particle swarm optimization,QPSO)算法优化多输出最小二乘支持向量机(multi-output least squares support vector machine,MLSSVM)的新混合优化算法。该算法结合激光拉曼光谱技术可实现对四组分食用调和油中花生油、芝麻油、葵花油和大豆油的快速定量鉴别。采用基线校正去除背景荧光,结合Savitzky-Golay Filters光谱平滑法对原始拉曼光谱进行预处理。构建基于QPSO-MLSSVM混合优化算法的定量分析模型,并采用20个组分组成的预测集对其进行模型校验。实验结果表明,基于QPSO-MLSSVM混合优化算法的定量分析模型对于四组分调和油的预测效果良好,均方差(mean square error, MSE)为0.0241,低于0.05,各油分预测相关系数均高于98%。研究结果充分表明, 应用激光拉曼光谱技术结合QPSO-MLSSVM算法,对四组分调和油中各油分进行快速定量检测可行,具备较强的自适应能力和良好的预测精度,可以满足多组分调和油的成分鉴别。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1437-1443 [摘要] ( 4 ) PDF (3575 KB) ( 8 ) | |
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| 1444 | 基于SiPM和TCMPC的时间分辨拉曼散射测量技术研究 | | | 苗泉龙1,代 雷1,李佰成1,赵天琦1,梁 琨1,2,杨 茹1,2,韩德俊1,2* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1444-07 | | | 报道了一种基于硅光电信增管(SiPM)的时间相关多光子计数(TCMPC)技术并将其应用于时间分辨拉曼散射测量。相比于常规基于光电倍增管(PMT)或单光子雪崩二极管(SPAD)的时间相关单光子(TCSPC)技术,由于SiPM可以分辨信号脉冲的具体光子数,基于SiPM的TCMPC技术消除了信号脉冲包含的光子数必须小于等于1的限制,光子计数效率提高了10倍以上,大大节省了测量时间。此外,多光子测量比单光子测量能够得到更好的时间分辨率,时间分辨拉曼散射系统的仪器响应函数(IRF)从单光子81.4 ps缩短至双光子59.7 ps,因而可以用更窄的时间门限抑制荧光本底等噪声对拉曼散射测量的影响。使用TCMPC技术测量CCl4在0.5和1.5 p.e.两个不同光子数阈值的拉曼峰的峰本比,后者较高的光子数阈值能进一步降低SiPM暗计数噪声的影响,增加了拉曼信号测量的信噪比,测量得到的CCl4 459 cm-1拉曼峰的峰本比是前者的6.4倍。将所述新的拉曼散射测量技术与基于PMT和锁相放大器(LIA)的传统拉曼散射测量技术进行了比较研究,前者由于可以使用仅有数十皮秒的测量门限,可以有效抑制荧光、环境杂散光和SiPM暗计数等噪声的影响,所得光谱具有更好的峰本比,测得CCl4的459 cm-1拉曼峰和Si的一阶拉曼峰的峰本比分别是后者的3.9倍和5.5倍。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1444-1450 [摘要] ( 1 ) PDF (2779 KB) ( 2 ) | |
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| 1451 | 葡萄球菌核酸酶蛋白的时间分辨荧光与热力学特性 | | | 常孟方1,贾梦辉2,李 磊1,陈缙泉1,徐建华1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1451-07 | | | 葡萄球菌核酸酶(SNase)是一种小型球状蛋白,其变体常用来研究蛋白质的折叠过程。不同于之前报道的研究方法和技术手段,采用时间相关单光子计数(TCSPC)及飞秒荧光上转换技术,结合紫外吸收谱和稳态荧光光谱,研究了SNase蛋白变体Δ+PHS和Δ+PHS+I92A的荧光动力学,以及不同温度下蛋白结构与热稳定性的关系,证明蛋白质内色氨酸残基可作为一种内源性探针对蛋白变体的结构折叠和热稳定性进行印证和研究。衰减相关光谱(DAS)表明了两种变体随温度变化的不同趋势,在此基础上进一步分析了这两种变体的结构折叠及热稳定性的差异。皮秒时间分辨发射光谱(TRES)显示色氨酸残基存在0.5 ns的连续光谱弛豫过程,而光谱移动量可作为SNase变体蛋白结构紧密程度的判断依据。飞秒上转换数据分析结果中,0.5 ps的DAS在光谱蓝端为正、红端为负,表明了色氨酸残基受到弛豫效应的影响。200 ps的寿命则说明色氨酸残基与周围猝灭基团之间存在电子转移过程。时间分辨荧光各向异性(anisotropy)的分析结果则说明了色氨酸残基在蛋白质体系内具有独立的局部运动,且其强弱与变体的热稳定性和热运动的整体效果有关。测量和分析色氨酸残基的时间分辨荧光性质为深入研究SNase蛋白的结构和功能提供了新的思路。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1451-1457 [摘要] ( 2 ) PDF (4442 KB) ( 0 ) | |
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| 1458 | 水热法快速制备荧光氧化石墨烯量子点及其在细胞成像中的应用 | | | 战 岩1,俎鸿儒1,黄 棣1*,胡超凡1,2* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1458-05 | | | 作为一种新型荧光纳米材料,氧化石墨烯量子点(GO QDs)凭借其良好的水溶性和生物相容性得到广泛的关注。以氧化石墨烯为原料,过氧化氢为氧化剂,一步水热法在90 min内快速制备氧化石墨烯量子点,实现了快速、高效及绿色制备氧化石墨烯量子点。所制备得到的氧化石墨烯量子点分布均匀,透射电镜(TEM)图片表明氧化石墨烯量子点粒径分布在2.25~5.25 nm,傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线电子能谱(XPS)显示氧化石墨烯量子点表面含有大量的羟基、羧基、羰基等含氧功能团,表明氧化石墨烯量子点具有很好的水溶性。荧光发射光谱(PL)表明氧化石墨烯量子点具有激发波长依赖性。基于其独特的纳米结构,良好的光学性能和生物相容性,氧化石墨烯量子点可替代传统荧光纳米材料应用于细胞成像。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1458-1462 [摘要] ( 3 ) PDF (3907 KB) ( 2 ) | |
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| 1463 | 基于氨基苯甲酰肼衍生物的铬离子荧光探针的合成及性能研究 | | | 吴红梅1, 郭 宇1*, 曹建芳1, 吴中立2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1463-05 | | | 以对氨基苯甲酸为母体通过系列化学衍生引入丹磺酰胺荧光基团及2-羟基-1-萘醛配位基团构筑了新型、简单的铬离子荧光探针L(1-(二甲基氨基)-5-(4-((2-羟基-1-萘亚甲基)甲酰肼基)苯基)萘磺酰胺)。运用核磁、质谱、元素分析和红外等手段表征了其结构,并通过荧光光谱法研究了探针分子L对Cr3+的识别作用。结果表明,当激发波长为350 nm时,单纯的探针分子L在473 nm(2-羟基-1-萘醛)和514 nm(丹磺酰胺)处显示连体双峰;当向探针分子L中加入Cr3+后,2-羟基-1-萘醛作为受体与Cr3+结合,丹磺酰胺发射峰红移至540 nm,并且强度增强5倍,量子产率Φ=0.28。探针分子L的背景荧光对Cr3+的识别无任何影响,识别过程推测是由CHEF效应和PET(光诱导电子转移)共同引起的。当加入其他金属离子(Na+,K+,Li+,Ca2+,Zn2+,Mn2+,Co2+,Cu2+,Cd2+,Hg2+,Pb2+,Ag+)时,在540 nm处荧光强度未增强,表明L对Cr3+具有高度专一的选择性。通过电喷雾质谱和Job’s plot 曲线确定L和Cr3+为1∶1的配位模式,探针L对Cr3+的最低检测限可达到4.0×10-6 mol·L-1。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1463-1467 [摘要] ( 2 ) PDF (2269 KB) ( 2 ) | |
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| 1468 | 基于三维荧光技术的艾比湖流域地表水盐分快速诊断研究 | | | 王小平1, 2,张 飞1,2,3*,杨胜天4,阿依努尔·玉山江1,2,陈 芸5 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1468-08 | | | 如何快速获取干旱区地表水盐分含量是干旱区绿洲地表水有效管理的关键问题。研究以艾比湖流域为研究区,三维荧光光谱技术为诊断手段,利用荧光激发发射矩阵(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)法,提取艾比湖流域地表水水体荧光组分,构建干旱区地表水三维荧光光谱指数。通过线性回归方法,建立基于三维荧光光谱技术的地表水盐分含量的诊断模型。结果表明: (1)艾比湖流域地表水溶解性有机质含有四种荧光组分即: 微生物腐殖质(C1),腐殖酸等有机物质(C2,C4),蛋白质类有机物质(C3)。(2)通过三维荧光指数分析发现,流域地表水有机污染类型为“陆源型”,受人类干扰比较严重,水体有机污染差异较大,且三维荧光指数、荧光组分分别与地表水水体含盐量呈显著相关性,W2,W4,W7,F355,HIX和BIX与水体盐分含量的关系显著,0.516<r<0.915,其中HIX与水体盐分含量呈明显负相关,相关系数r为-0.57。(3)利用三维荧光指数和荧光组分建立水体盐分估算模型,模型拟合系数大于0.7,模型验证精度符合统计学要求,估算模型的RPD值均大于1.4,模型估算能力较强。因此,基于三维荧光光谱技术实现艾比湖流域地表水水体含盐量诊断研究是可行的。该研究不仅探讨了干旱区艾比湖流域地表水三维荧光的特点,而且将为三维荧光应用于干旱中亚地区地表水有机污染监测提供一定的科学依据。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1468-1475 [摘要] ( 3 ) PDF (6599 KB) ( 6 ) | |
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| 1476 | 污染气体浓度二维空间分布的紫外成像方法 | | | 张英华1, 2, 3,李 昂1*,谢品华1,徐 晋1,胡肇焜1,吴丰成1,秦 敏1,方 武1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1476-05 | | | 介绍了一种新型的、针对污染源中特定污染气体在紫外波段的成像方法,该方法基于朗伯比尔吸收定律,结合紫外带通滤光片分光,能以较高的时间分辨率和空间分辨率直观再现污染气体浓度在空间的二维分布。以SO2气体作为研究对象,在实验室内搭建了测量系统;阐述了该成像技术的测量方法,分析了该方法的线性响应,实验结果表明该方法的线性响应良好,响应系数R2高达0.985;探讨了该成像方法在不同成像区域内的灵敏度变化,其差异在1%~3%;讨论了成像方法获取柱浓度的准确性,实验室分析结果显示误差约为1%, 准确性较高;最后分析了该成像方法的检测限并且根据线性最小二乘拟合方法解析出目标气体SO2在样品池横截面上的二维空间分布。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1476-1480 [摘要] ( 1 ) PDF (4056 KB) ( 0 ) | |
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| 1481 | 苯代三聚氰胺增韧改性三聚氰胺树脂的制备及光谱分析 | | | 李文环1,张金杰1,杨从太2,刘丽娜1,徐 杰1,刘晓欢1*,傅深渊1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1481-05 | | | 利用三聚氰胺、甲醛和苯代三聚氰胺增韧剂在碱性条件下制备了改性三聚氰胺甲醛树脂(BG-MF),并将其浸渍牛皮纸使用直接浸渍方法来制得层积板。研究加入不同添加量的苯代三聚氰胺对共缩聚树脂结构、结晶性、力学性能、耐燃烧、耐沸水等性能的影响。核磁共振氢谱图(1H-NMR)结果显示,改性后树脂BG-MF在化学位移δ7.0~7.6处出现了尖锐的特征峰,主要归属于苯代三聚氰胺中的苯环的氢质子峰;红外光谱(FTIR)结果显示,BG-MF红外结果除了与三聚氰胺甲醛树脂(MF)具有相同的特征吸附峰外,在1 557和774 cm-1出现了新的特征吸收峰,主要归属于苯代三聚氰胺中的苯环骨架的特征吸收峰,说明苯代三聚氰胺参与缩聚反应。X射线衍射图谱分析说明BG加入后晶型有轻微变化,主要是由于MF中含有N元素,有大量的氢键产生,进而形成不规则的部分微小晶体。改性后树脂用于浸渍层积板的制备,DMA测试结果显示,当BG含量达到15%时在137.2 ℃储能模量为20 228 MPa,比未改性MF树脂的峰顶储能模量17 050 MPa提高了18.6%,表明改性后树脂胶接强度提高。从拉伸实验结果可以看出,苯代三聚氰胺含量约为15%时,增韧效果最好。氧指数从36.2升高到38.4,表明苯代三聚氰胺的加入其阻燃性能有所增强。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1481-1485 [摘要] ( 2 ) PDF (2902 KB) ( 10 ) | |
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| 1486 | DBU液相催化法原位合成四苯氧基酞菁锌/ZnO复合材料的制备及光催化选择性研究 | | | 刘俊劭1,黄 磊2,谢文菊1,林 皓1,陈义平2,潘海波2* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1486-06 | | | 在负载于氧化铟锡(ITO)导电玻璃上、哑铃状纳米ZnO表面配位未饱和锌离子作为“模板”,以苯氧基邻苯二腈作为“分子碎片”,利用DBU液相催化法,在亲水性纳米ZnO表面,原位合成疏水性四苯氧基酞菁锌(ZnTPPc)。通过多种表征手段,分析证实了所合成的ZnTPPc分子结构、ZnTPPc/ZnO界面及光生电荷转移特性。在可见光下,分别以亲水性亚甲基蓝(MB)、疏水性苯酚(PL)及其混合液为待降解反应物,定量分析疏水性ZnTPPc/ZnO复合材料对降解疏水性PL的光催化选择性。结果表明: 原位合成ZnTPPc在ZnO表面呈现单分子层,具有较好的疏水性能,ZnTPPc可优先选择性降解疏水性PL,且在可见光光催化中对PL的相对降解效率是对MB分子的1.21倍。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1486-1491 [摘要] ( 1 ) PDF (2901 KB) ( 0 ) | |
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| 1492 | 载铅高硅质粉尘对大肠杆菌壁膜的损伤作用机制 | | | 马 杰1,董发勤1,2*,霍婷婷1,赵玉连1,李 苗3,李 刚1,孟繁斌4 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1492-07 | | | 大气颗粒物与微生物共存时的健康效应受到了越来越多的关注。以大气颗粒物中石英与重金属铅为研究对象,粉尘浓度为1.6 g·L-1,制备载带不同浓度铅高硅质粉尘,以人体常见菌—大肠杆菌为受试对象,探讨载铅高硅质粉尘对大肠杆菌细胞壁膜损伤的机理。采用噻唑蓝(MTT)测定微生物的细胞活力后发现,与对照组相比,大肠杆菌与载铅石英粉尘作用2 h后,细胞活力表现出单一铅离子组大于载铅石英粉尘组,并且呈现重金属剂量效应。PI的摄入量测试表明,高浓度载铅粉尘组中摄入量分别高出对照组36%与46%,单一重金属组摄入量也有较高的增长,而激光共聚焦显微镜观察图中,染毒组均出现不同程度的红色荧光,可以发现载铅石英粉尘作用后的细菌细胞壁膜通透性明显升高,利用探针标记,采取荧光分光光度法测定荧光强度显示胞内和溶液中活性氧逐渐增多,载铅粉尘组(Q+Pb-2,Q+Pb-3)胞内ROS分别较对照组高出2倍和2.5倍,参照前人研究,发现溶液中ROS变化主要与重金属离子在其表面结合态数量决定。综合分析,活性氧在诱使细胞膜损伤过程中起到决定性作用。红外表征中,细胞膜表面磷酸二脂基团、蛋白质甲基振动及酰胺带等基团与载铅石英粉尘作用后均发生明显峰位偏移,均与载铅粉尘发生较强相互作用,一定程度上影响细胞壁膜完整性。综上,重金属与粉尘共同作用使得细胞膜通透性发生变化,细胞壁膜的完整性改变,影响细胞活力,最终导致细菌死亡,活性氧及重金属等的作用导致细胞膜的损伤可能是载重金属高硅质粉尘的一种毒性作用机制。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1492-1498 [摘要] ( 2 ) PDF (7950 KB) ( 1 ) | |
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| 1499 | 琅琊山景区不同指标浓度下水质光谱差异分析 | | | 彭 建1,2,徐飞雄1*,邓 凯2,吴 见2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1499-09 | | | 高光谱技术已广泛运用于水质检测领域。探讨不同指标浓度下水质光谱变化规律及其光谱特征,能够为水质指标遥感光谱精准识别与定量提取提供理论基础。选取琅琊山景区不同水体景观共47个典型站位进行水质指标与光谱同步测量,提取每个检测点的7个水质指标及350~950 nm波段,探讨不同浓度水质指标光谱特征变化规律,分析水质指标与光谱反射率、反射率一阶微分、任意两波段反射率比值及差值之间的关系。结果表明: 各水质指标光谱曲线变化趋势一致,但各有差异,区分度最大的波段在可见光范围;不同盐度、溶解性总固体、电导率含量的水质光谱曲线变化较为接近,含量最高的样本光谱反射率最高,且变化最显著;浊度含量较高的水质样本光谱反射率变化较显著,700~950 nm波段不同浊度含量的水质样本光谱反射率区分不明显;溶解氧浓度为4~4.9 mg·L-1的水质光谱反射率在350~900 nm波段内明显低于其余样本;在350~380 nm波段范围,光谱反射率不随叶绿素含量变化而变化,叶绿素含量接近0的样本在400~950 nm波段低于其余样本;不同蓝绿藻藻蓝蛋白含量的样本光谱曲线相比其余水质指标在350~730 nm波段变化较大,交叉点较多。此外,水质指标与原始光谱反射率相关性较低,光谱一阶微分、差值指数、比值指数与各水质指标相关性整体有所提升。该研究可为水质高光谱遥感检测提供一定的理论基础。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1499-1507 [摘要] ( 8 ) PDF (10023 KB) ( 5 ) | |
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| 1508 | 光度法研究太湖表层沉积物中磷形态分布及动力学特征 | | | 季雨珊1,方 芳1,王辉彬1,马小岩1,刘 颖1,2* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1508-06 | | | 表层沉积物是水体污染物的源和汇。研究表明,太湖地区特别是梅梁湾和东太湖表层沉积物中磷等营养元素污染严重。采用SMT法(standards measurements and testing)和钼锑抗分光光度法对太湖18个采样点表层沉积物样品进行前处理和磷形态分析,结合我国、加拿大和美国标准对总磷进行污染评价。通过拟合建立了吸附-解吸动力学特征方程,并在不同pH、水土比的环境条件下获得磷的吸附特性。同时也在不同温度和pH下对磷进行解吸特征研究。结果表明: S9采样点总磷、无机磷、有机磷和酸磷含量均最高,S11采样点碱磷含量最高。对于所有采样点,各形态磷平均值大小排序为(μg·g-1): 无机磷(401.43)>酸磷(377.81)>有机磷(175.37)>碱磷(25.53)。污染评价结果表明: 除S12,S14~S16及S18采样点外,其余采样点均有不同程度的污染。表层沉积物对磷的吸附-解吸过程均符合伪二级动力学方程。吸附过程最佳水土比为25∶1,且pH值对吸附和解吸有不同程度的影响。研究结果为掌握太湖梅梁湾和东太湖区域磷的污染现状提供理论依据,同时为研究磷在沉积物-水界面的迁移规律提供可信的实验数据。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1508-1513 [摘要] ( 2 ) PDF (2831 KB) ( 1 ) | |
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| 1514 | 基于卷积神经网络与光谱特征的夏威夷果品质鉴定研究 | | | 杜 剑1, 2,胡炳樑1*,刘永征1,卫翠玉1,张 耿1,唐兴佳1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1514-06 | | | 夏威夷果含油量高,在开缝之后容易发生变质,现有关于夏威夷果品质鉴定的方法多为传统的破坏性检验,很难满足无损检测的需求。卷积神经网络(CNN)作为应用最广泛的深度学习网络模型之一,具有比浅层学习方法更强的特征提取与模型表达能力,在光谱数据方面的应用拥有很大潜力。基于夏威夷果在可见-近红外的光谱特征分析,研究用于提取夏威夷果光谱特征的卷积神经网络模型,并提出一种高效无损鉴定夏威夷果品质的方法。首先以三种不同品质的夏威夷果(好籽、哈籽及霉籽)为研究对象,分析样本在500~2 100 nm的光谱信息;在光谱数据预处理中引入白化处理方法,用以增强数据的相关性差异;然后在模型训练过程中,将样本随机分为训练集和预测集,探讨不同CNN结构、卷积层数、卷积核大小及个数、池化层类型、全连接层神经元个数以及激活函数对分类结果的影响,并采用激活函数ReLU和Dropout方法,预防样本数据过少引起的过拟合现象;最后通过分析模型分类准确率和计算效率,确定了一个6层结构的CNN模型: 输入层—卷积层—池化层—全连接层(200神经元)—全连接层(100神经元)—输出层。实验结果表明: 上述网络模型对校正集和预测集的分类准确率均达到100%。因此,改进后的卷积神经网络模型可充分学习夏威夷果的光谱特征并有效分类,将深度学习理论与光谱分析相结合的方法能够实现对夏威夷果品质的准确鉴定,同时为夏威夷果等坚果类食品的高效、无损、实时在线检测提供了新思路。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1514-1519 [摘要] ( 2 ) PDF (2070 KB) ( 10 ) | |
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| 1520 | 基于多变量统计分析的冬小麦长势高光谱估算研究 | | | 王 超,王建明,冯美臣,肖璐洁,孙 慧,谢永凯,杨武德* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1520-06 | | | 利用高光谱分析技术实现冬小麦长势的准确、无损监测具有重要的实践意义。基于连续两年的氮素运筹试验,通过获取叶面积指数(LAI)、地上干生物量(AGDB)、地上鲜生物量(AGFB)、植株含水量(PWC)、叶绿素密度(CH.D)和氮素积累量(ANC)六个冬小麦长势指标及冬小麦冠层高光谱,引入主成分分析法(PCA)构建可表征冬小麦长势的综合长势指标(CGI),并结合偏最小二乘回归法(PLSR)构建CGI的高光谱估测模型。结果表明,除植株含水量外,其他长势指标与所构建的CGI都达到极显著水平,表明利用CGI可以表征各长势指标信息。对比CGI和其他各长势指标的PLSR模型表现可知,CGI光谱监测模型表现最优(R2=0.802,RMSE=1.268,RPD=2.015),也具有较高的预测精度和稳健度(R2=0.672,RMSE=1.732,RPD=1.489)。表明基于PCA方法所构建的CGI可以表征冬小麦长势,利用PLSR方法可以实现对冬小麦长势的准确监测,且监测效果要优于单一的冬小麦长势指标。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1520-1525 [摘要] ( 2 ) PDF (1122 KB) ( 3 ) | |
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| 1526 | 猪粪堆肥过程中水溶性有机物结构演变特征 | | | 唐朱睿1, 2,席北斗1, 3, 4,何小松1, 3,檀文炳1, 3,张 慧1, 3,李 丹1, 3,黄彩红1, 3* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1526-07 | | | 水溶性有机物(DOM)所在的固-液交界面是化学反应和微生物活动最活跃的部分。DOM中存在具有氧化还原作用的含氧芳香性官能团,使得DOM能影响有机污染物和重金属污染物迁移与转化。堆肥物料猪粪含有丰富且有利于微生物生长的氮元素,其DOM结构变化可能具有一定的独特性。本研究选取8个不同阶段的猪粪堆肥样品,提取其中的DOM,利用紫外-可见光光谱和三维荧光光谱等现代光谱学方法,并结合基础理化指标解析猪粪堆肥DOM的结构和组分演变特征。在堆肥过程中可溶性有机碳和总有机碳分别降低了58.88%和16.30%,说明可溶性有机碳的降解速率要高于不可溶性有机碳。紫外-可见光光谱特征值SUVA254,SUVA280和E253/E203均随着堆肥过程呈现出逐渐增加的趋势,表明堆肥过程DOM芳香性升高,大分子有机质含量增大,芳环取代基中含氧基团增多。基于三维荧光光谱体积积分中类酪氨酸、类色氨酸和微生物代谢产物的百分比分别从15.96%,18.14%和25.45%降低至5.53%,11.27%和17.96%,而类胡敏酸和类富里酸的百分比则分别从17.67%和22.77%增加至20.62%和44.62%,这一方面是由于DOM中各有机质组分中类蛋白物质降解速率比类腐殖质物质快,另一方面是由于随着堆肥进行一部分类蛋白物质会转化为类腐殖质物质。研究结果可为调控生产稳定化、无害化的堆肥产品提供科学依据。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1526-1532 [摘要] ( 2 ) PDF (5058 KB) ( 1 ) | |
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| 1533 | 光谱指数的植物叶片叶绿素含量估算模型 | | | 李 哲1, 2,张 飞1, 2, 3*,陈丽华4,张海威1, 2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1533-07 | | | 叶片叶绿素能够有效监测植被的生长状况,利用光谱指数反演植被叶绿素含量是目前的通用方法。实测了盐生植物光谱反射率和叶片叶绿素含量。对SPAD值进行变换,对比Pearson与VIP方法探讨盐生植被叶片叶绿素含量与植被指数的相关性并进行精度验证,从中选出最佳拟合模型。研究表明,通过对Pearson与VIP相关性分析,最终选定VIP方法建立植被指数的叶片叶绿素估算模型,NDVI705,ARVI,CIred edge,PRI,VARI,PSRI和NPCI的VIP值均大于0.8,因此选定这七个植被指数为最优植被指数;预测结果显示,所有模型的相关性都在0.7以上,预测值与实测值相关性最好的是经过倒数变换的SPAD值,R=0.816,RMSE=0.007。基于VIP方法的反演模型能较好地估算研究区植被叶绿素含量,该方法为植物叶绿素含量诊断的实际应用提供了重要的理论依据和技术支持。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1533-1539 [摘要] ( 3 ) PDF (5040 KB) ( 6 ) | |
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| 1540 | 光谱指数的植被叶片含水量反演 | | | 张海威1, 2,张 飞1, 2, 3*,张贤龙1, 2,李 哲1, 2,Abduwasit Ghulam1, 4,宋 佳1, 2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1540-07 | | | 利用光谱技术监测植被水分状况是了解植被生理状况及生长趋势的重要手段之一。选择艾比湖湿地自然保护区作为靶区。采用聚类分析、变量投影重要性分析(VIP)以及敏感性分析等方法,对植被不同含水量进行分级,并针对不同等级的植被含水量进行估算及验证。结果表明: (1)基于聚类分析中的欧氏距离的方法将植被叶片相对含水量划分为高等、中等、低等三个等级,其范围分别为70.76%~80.69%,53.27%~70.76%,31.00%~53.27%。在中红外与远红外(1 350~2 500 nm)之间,反射率越低植被含水量越高;波长380~1 350 nm范围,无此现象。(2)应用VIP方法可知,所选的8种植被水分指数VIP值均超过了0.8,说明植被水分指数预测能力均较强且差别不显著。其中MSI,GVMI与植被叶片相对含水量的非线性三次拟合函数效果最佳,MSI决定系数R2为0.6575和GVMI决定系数R2为0.674 2。植被叶片相对含水量在30%~45%范围,MSI指数的NE值最低,在45%~90%范围时,GVMI指数的NE值最低。NDWI1240指数的NE值在70%左右起伏较大,说明NDWI1240 指数在植被含水量为70%左右,预测能力较差。(3)通过误差分析可知GVMI指数反演的结果误差最小,不同的植被指数对不同含水量的植被估算结果相差较为明显,因此分段估算植被含水量是有必要的。综上所述,利用高光谱遥感技术对监测艾比湖保护区植被生长及干旱环境提供基础研究。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1540-1546 [摘要] ( 5 ) PDF (4106 KB) ( 8 ) | |
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| 1547 | 高光谱参数和逐步判别的苎麻品种识别 | | | 曹晓兰1, 2,陈星明2,张 帅2,崔国贤1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1547-05 | | | 为了探讨基于高光谱的苎麻品种识别和分类的方法,在大田栽培条件下,采集了4个不同基因型苎麻品种共927个叶片高光谱数据。根据苎麻叶片高光谱反射曲线,选择了2组特征参数: 基于高光谱波形峰谷反射率和位置参数(V1组)、基于偏度和峰度参数(V2组)。运用逐步判别的方法,通过设置不同F值筛选不同个数的变量,分别建立基于2组特征参数的多个Fisher线性判别函数,并从计算量、正确率和稳定性三方面对所建立的判别函数进行分析比较。结论: (1)所有组合的判别函数总体平均正确率为91.1%,标准差总体均值为1.2%;(2)综合权衡,在所有组合中,V2组且14≥变量个数n≥8判别效果最好——计算量中等,正确率和稳定性均高于平均值,其中,13个变量的Fisher判定函数平均正确率最高有94.2%,标准差最低为0%;(3)若优先考虑正确率,V1组且22≥变量个数≥15正确率最高,平均正确率最大有95.5%,但计算量比较大,稳定性中等,标准差最低为0.9%。研究表明,利用高光谱参数结合逐步判别方法识别苎麻品种是可行的。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1547-1551 [摘要] ( 4 ) PDF (1619 KB) ( 5 ) | |
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| 1552 | 铁合金中微量钛元素的激光诱导击穿光谱研究 | | | 贾皓月1,李传亮1*,阴旭梅1,周 锐1,邱选兵1,杨 雯1,李 坤1,王 高2*,魏计林1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1552-06 | | | 采用激光诱导击穿光谱对铁(Fe)合金中的钛元素(Ti)的含量进行测量。实验中激光器在最大能量输出(50 mJ),延时为1 μs时光谱信号的强度值最大。在此条件下,分别使用传统定标法和Fe Ⅰ 438.35 nm及Fe Ⅰ 427.12 nm两条谱线的内标法对铁合金中的Ti进行定量分析。内标法得到的拟合相关系数(r)分别为0.997 8和0.993 9,优于传统法得到的r(0.956 3)。提出了一种双谱线平均内标法,拟合得出r为0.998 4。同时,在浓度为0.063%~1.9%的范围内传统定标法测量的相对误差为23.7%,内标法的相对误差为6.0%,采用平均内标法后相对误差降为3.9%。最后,通过测量的Ti光谱计算了激光能量为50 mJ时所产生的等离子体温度为6 654.3 K,电子密度为1.072×1022 cm-3,并讨论了激光能量与烧蚀产生等离子体温度之间的关系。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1552-1557 [摘要] ( 2 ) PDF (2894 KB) ( 7 ) | |
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| 1558 | ICP-AES结合SVDV技术应用于饮用水品质检测性能诊断 | | | 陈华舟1, 2,许丽莉3,蔡 肯4*,刘振尧2, 5,陈 安1,梁园媛2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1558-05 | | | 采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)技术,通过轴向、径向、同步垂直双向(SVDV)三个视角配置,快速检测生活饮用水样本中的As,Ba,Mg和Ni等微量元素。ICP-AES光谱仪在三个检测视角均能实现快速预热,预热时间仅需2 min,而且,ICP-AES光谱的短期稳定性和长期稳定性表现良好,其相对标准偏差(RSD)均低于2%。以3份商业瓶装饮用水和2份添加标准物的饮用水为检测的对象,利用ICP-AES技术结合SVDV视角,分别从轴向和SVDV两个视角检测As,Ba,Cr,Cu,Mn,Mo,Ni,V和Zn等元素,利用水微量元素含量的国家标准来验证结果的准确性,这两个视角的检测具有较高的准确度和灵敏度。检测所得结果符合国家环境保护总局发布的饮用水微量元素限制标准,并符合国际卫生组织的标准,满足人类所需饮用水标准要求。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1558-1562 [摘要] ( 3 ) PDF (1502 KB) ( 1 ) | |
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| 1563 | 基于ICP-OES分析的某尾矿库土壤铀分布特征与污染评价 | | | 樊 骅1,张春艳2,李艳梅1,易 玲1,沈 威1,昝金晶1,高 柏1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1563-04 | | | 通过三维取样分析,对江西某铀矿田下游水稻土壤铀含量进行测定,结果表明表层土壤中铀含量介于1.34~13.39 μg·g-1;利用surfer软件,对该区块土壤铀含量进行直观绘图,绘制四组剖线铀含量变化图,可见其与距矿山距离负相关;经过翻耕的土壤铀含量变化受到一些干扰,但在origin软件绘图中仍可见其在40 cm深处达到最大值,均达到10 μg·g-1以上,这可能与植物吸附,核素迁移规律等有关。经土壤综合污染指数评价,该地区为轻度污染。综合以上分析,铀矿山尾矿库的废水渗漏是造成这些现象的主要原因。其中,铀浓度分析是建立在ICP-OES数据基础上的,这是光谱学指导环境监测和评价的重要途径。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1563-1566 [摘要] ( 2 ) PDF (1457 KB) ( 1 ) | |
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| 1567 | 基于便携式光谱仪的溶液阴极辉光放电发射光谱检测水体中的锰 | | | 郑培超,唐鹏飞,王金梅*,李诗雨 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1567-05 | | | 溶液阴极辉光放电-原子发射光谱是一种新颖的快速、高效、实时在线的元素分析方法,它可用于水体金属元素的检测。为了实现对水体中Mn元素准确和稳定的测量,采用溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法耦合三台不同入射狭缝和分辨率的便携光谱仪(Maya 2000 Pro)对溶液中的Mn离子进行了检测。实验研究了光谱仪的入射狭缝和分辨率对光谱检测的影响,发现光谱仪的入射狭缝越宽光谱强度越大,光谱仪的分辨率越高得到光谱强度与背景强度的比值越高。实验考察了溶液流速和放电电流对Mn发射光谱的影响,在溶液流速为1.86 mL·min-1和放电电流为65 mA时获得较高信背比。实验测试了在溶液流速为1.86 mL·min-1和放电电流为65 mA的优化实验条件下Mn的光谱检测稳定性,三台便携式光谱仪测量Mn在连续一段时间内光谱强度的相对标准偏差分别为0.59%,0.61%,0.80%,检测的稳定性较好。同时探讨了Mn元素的分析性能参数,获得了较低的背景标准偏差,检出限分别为42.8,65.1,33.8 μg·L-1。实验对标定物质中的Mn元素进行定量分析测量,测量误差在0.02%~2.08%之间,精密度为0.63%~1.54%,加标回收率为97%~99%,表明本方法具有较高的检测准确度和稳定性。研究结果显示,溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法耦合便携式光谱仪可用于水体中痕量重金属元素Mn的精确检测。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1567-1571 [摘要] ( 5 ) PDF (2245 KB) ( 2 ) | |
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| 1572 | 基于FCM的煤矿突水激光诱导荧光光谱分析 | | | 周孟然,胡 锋*,闫鹏程,刘 栋 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1572-05 | | | 快速识别煤矿突水水源类型对于矿井水害防治意义非凡。鉴于传统水化学方法水源识别耗时较长等诸多不足,提出了将模糊C均值聚类(FCM)算法和多维标度分析(MDS)用于激光诱导荧光光谱识别煤矿突水水源这一新思路。由于FCM算法在光谱分析和模式识别等方面都有着成功的应用,况且激光光谱具有时间响应快、灵敏度高、干扰小等优点,通过实时采集水样的荧光光谱数据,利用FCM和MDS对光谱数据分析后就可以辨别水样类型。以华东地区某矿的老空水和奥灰水以及按比例混合得到水样共7种(每种水样各20个样本)为实验材料,利用405 nm激光打入被测水体,一共采集了140组荧光光谱数据,随后选择合适的波长区间进行分析。取每种水样各15组共105组光谱数据用作训练集,其余35组光谱数据用作测试集。使用MDS建立七种不同水样的模型,再利用FCM算法进行聚类分析得到七种水样的簇中心,最后使用得到的簇中心对测试集进行验证。实验结果表明,不同水样的光谱图有着较大差异,选取合适的波长区间下的光谱数据,在MDS下选择维度为2,利用FCM算法对水样进行分类,全部140组样本的准确率是100%。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1572-1576 [摘要] ( 48 ) PDF (1992 KB) ( 20 ) | |
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| 1577 | 用高重频激光剥离—火花诱导击穿光谱分析铝合金样品 | | | 周秀杞,李润华,董 博,何小勇,陈钰琦* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1577-05 | | | 为了提高基于等离子体原子发射光谱元素分析技术的分析速度,在高重复频率的前提下建立了一套激光剥离—火花诱导击穿光谱元素分析系统并以铝合金为样品开展了光谱分析。实验以低脉冲能量的声光调Q固体激光脉冲剥离样品,并触发高压火花放电以增强等离子体辐射、提高光谱分析灵敏度。研究结果表明: 在高重频火花放电的作用下,等离子体辐射的峰值强度和弛豫时间分别得到了增强和延长,信号的时间积分强度增强因子可以达到1~2个数量级,且更易于实现时间分辨的信号检测。对铝合金中微量铬元素分析的检出限可达~132 ppm。该研究验证了高重频激光剥离—火花诱导击穿光谱用于分析固体样品元素的可行性,其技术有望在固体样品元素的快速分析中发挥一定的作用。该光谱技术能同时兼顾扫描成像的速度、空间分辨率和光谱分析灵敏度,并为固体样品的二维或者三维元素分布的高分辨快速扫描成像分析提供了一种很好的技术途径。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1577-1581 [摘要] ( 3 ) PDF (1990 KB) ( 0 ) | |
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| 1582 | 海南岛沿岸海域水体漫衰减系数光谱分析及LiDAR测深能力估算 | | | 丁 凯1,2,李清泉1,2*,朱家松1,2,汪驰升1,2,3*,崔 扬1,2,管明雷1,2,王 丹1,2,樊 星4 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1582-06 | | | 机载激光雷达测深是近年来蓬勃发展的主动式水深测量方法,能够快速精准地获取近岸水深和水下地形,特别是对于浅海、岛礁等船只无法达到的区域具有显著优势。而机载激光雷达系统的测深能力主要受到水体浑浊度的影响。激光测深实验中对实验区域的水体浑浊度研究将有助于实验方案的设计。以中国海南岛沿岸海域为例,研究了该海域水体浑浊度和机载激光雷达测深系统CZMIL(coastal zone mapping and imaging LiDAR)测深能力之间的关系,建立了运用水体漫衰减系数估算机载激光雷达测深系统测深能力的算法。首先分析并确定了实验区域的漫衰减系数Kd(490)反演算法;其次,运用该区域实测光学数据建立了漫衰减系数Kd(490)和Kd(532)之间的数值关系;接着总结了Kd(532)和CZMIL系统最大测深值之间的关系;最后运用MODIS数据合成了海南岛沿岸海域在CZMIL系统海道测量模式下的测深能力空间分布图,重点分析了海口和陵水附近海域的最大可测水深分布情况。为海南岛沿岸海域开展激光测深实验提供了参考和依据。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1582-1587 [摘要] ( 1 ) PDF (1393 KB) ( 3 ) | |
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| 1588 | 汉阳陵东阙门出土蓝紫色颜料的科学分析 | | | 孙 凤1,3,孙满利1,赵西晨2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1588-04 | | | 鉴于微区X射线衍射(micro-XRD)技术的微区、微量、原位、无损等优势,尝试将其与超景深显微法,扫描电镜能谱(SEM-EDX)和显微激光拉曼(MLRM)技术相结合,对汉阳陵东阙门出土的蓝紫色颜料样块进行显微观察和无损分析鉴定,结果证实该蓝紫色颜料的成分为中国紫(BaCuSi2O6),并伴有黄铅矿(Pb2[SO4]O)和重晶石(BaSO4)。中国紫这类人工合成硅酸铜钡系化合物颜料在西汉帝陵遗址中的发现,反映了紫色在当时具有崇高的社会等级地位,而其在东阙门的出土也进一步表示了西汉帝陵在设计、装饰方面深受五行思想的影响。另外黄铅矿和重晶石的发现可推测当时合成中国紫颜料时所使用的钡源是重晶石,黄铅矿以铅盐添加物在合成中国紫时作为助熔剂和催化剂,从化学史的角度反映了当时合成技术的成熟。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1588-1591 [摘要] ( 6 ) PDF (1952 KB) ( 1 ) | |
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| 1592 | 基于XRD和SEM的含碳微细粒金矿氧化焙烧机理研究 | | | 韩跃新1,靳建平1,2*,李 慧3*,雷大士3,王宇斌3,谷晓恬1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1592-07 | | | 含碳微细粒金矿是世界难处理金矿主要类型,且储量巨大,矿石中的有机碳、石墨碳能吸附溶液中的金氰络合物,因而含碳金矿在浸出之前需进行预处理。氧化焙烧是应用时间最长、可靠性和适应性最好的预处理工艺,已经成功的用于生产实践。针对传统氧化焙烧法存在生产成本高,收尘系统复杂等不足,近年来国内外学者在焙烧工艺和设备方面进行了大量的研究工作,取得了丰硕的研究成果,为氧化焙烧技术的发展注入了新的活力。但关于焙烧理论方面的研究较少,研究方法也比较单一,尤其是对于焙烧过程的相关理论研究比较薄弱,这在一定程度上影响了氧化焙烧技术的发展。焙烧时间是影响焙烧效果的关键因素,决定化学反应进度及物相变化程度。在不同时间条件下(焙烧温度650 ℃),对含碳微细粒金矿石进行焙烧-浸出试验,首次采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和孔结构分析等手段对含碳金矿及焙砂进行分析表征,进而揭示氧化焙烧过程中碳质物的氧化、矿石晶体结构变化、物相变化等对金浸出效果的影响机理。工艺矿物学研究表明: 矿石中主要矿物有石英、白云石、方解石、绢云母、高岭石、黄铁矿和石墨等;矿石中自然金粒度微细,以5~10 μm粒级为主,部分微粒自然金被石英、碳质组成的碎屑包裹;碳质(有机碳和石墨碳)含量高、粒度细,且与脉石矿物紧密共生。焙烧-浸出试验结果表明: 原矿直接浸出时,金浸出率仅为12.50%,碳质的“劫金”作用显著;随着焙烧时间的增加,金的浸出率先逐渐增大后变化平稳,焙烧时间为2 h时,金浸出率最高;当焙烧时间为1 h 时,绢云母发生了脱羟基变化,高岭石分解生成蒙脱石,黄铁矿氧化为赤铁矿,碳质(有机碳和石墨碳)氧化且产生CO2,但未完全氧化,此时焙砂中石英的d100和d101值以及平均孔径较小,不利于浸出剂的扩散,导致金浸出率仅为58.09%;当焙烧时间为1.5 h 时,白云石开始分解,碳质已完全燃烧,产生的CO2使微孔数量增多,有利于浸出剂的扩散,此时金浸出率增加到73.34%;当焙烧时间为2 h时,白云石分解较完全,焙砂中有MgO生成,此时焙砂中石英的d101值达到最大值(4.255 03 nm),焙砂松散密度变大且孔容和平均孔径达到最大值,分别为0.009 954 cm3·g-1和6.640 80 nm,焙砂中产生的微孔最多,增加了浸出剂的扩散通道,有利于金的浸出,金浸出率也达到了最大值(91.28%);当焙烧时间为3 h时,焙砂表面生成Ca2SiO4和CaSO4等在高温时易形成低熔点物质,发生微弱的烧结现象,导致颗粒内部的微孔被填充、闭合,微孔减少,孔容和平均孔径降低,内部结构变得致密,不利于浸出剂的扩散,同时造成金的浸出率下降。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1592-1598 [摘要] ( 3 ) PDF (3196 KB) ( 3 ) | |
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| 1599 | 近红外无创血糖检测中基于差动式浮动基准测量的有效信号提取 | | | 韩 广,刘 蓉*,徐可欣 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1599-06 | | | 近红外光谱的相对测量对实现人体血糖浓度的在体高精度检测具有重要意义。离体检测中常用的相似背景扣除以及双光路设计等方法不适合人体的复杂背景变化,而基于位置的参考测量方法被认为是有希望实现在体参考测量的方法之一。因此课题组提出差动式浮动基准参考测量方法来实现在体的相对测量。差动式浮动基准参考测量方法是一种具有普适性的参考测量方法,在实际应用中面临着径向检测距离的确定和差动检测信号中有效信号提取的问题。在差动式浮动基准参考测量方法的基础上,提出了基于NAS(net analyte signal)-VIP(variable importance in projection)-SPXY(sample set partitioning based on joint X-Y distances)-PLS(partial least square)的差动浮动基准测量方法,在离体实验中验证了该方法的可行性。结果表明经过该方法处理后,模型的均方根误差明显降低,相关系数也有了一定的提高。对该方法在人体实验中的有效性进行了研究,结果也表明该方法处理后所建模型的精密度和准确性有了明显改善。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1599-1604 [摘要] ( 5 ) PDF (2267 KB) ( 1 ) | |
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| 1605 | 基于中阶梯光栅光谱仪的激光诱导等离子体分析系统研究 | | | 张 锐1, 2,朱继伟1,刘建利1,2,崔继承1,李晓天1,巴音贺希格1 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1605-05 | | | 为了满足激光诱导等离子体分析系统(LIPS)对分光系统的分辨率,光谱范围,体积等多方面要求。本文研制了一台中阶梯光栅光谱仪,该光谱仪能同时获得所有谱段范围内的光谱信息,令LIPS系统可实现快速在线实时分析。并且,该光谱仪采用可调节延迟时间的ICCD作为后端探测器,令整个系统可根据实际实验情况选择最优延迟时间接收光谱,提高了整个系统的信噪比。最后,搭建了一套激光诱导等离子体分析系统,对研制的中阶梯光栅光谱仪在系统中的可用性进行验证。通过对合金样品测试,整个系统的分辨率达0.02 nm,光谱范围覆盖190~600 nm。并且研制的LIPS系统光谱重复性较好,特征元素波长提取误差不超过0.01 nm,可较准确的对样品成分进行分析。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1605-1609 [摘要] ( 2 ) PDF (3345 KB) ( 0 ) | |
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| 1610 | 水体细菌微生物多波长透射光谱特征分析研究 | | | 甘婷婷1, 2,赵南京1, 2*,胡玉霞1, 2, 3,喻慧娟1, 2, 3,段静波1, 2,刘建国1, 2,刘文清1, 2 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1610-10 | | | 多波长透射光谱能够反映出样品细胞大小、形状、内部结构和化学组分等丰富而独特的信息,是微生物快速、实时、在线检测与识别的有利工具。将多波长透射光谱技术应用于水体致病性细菌微生物的快速有效检测对控制水体细菌微生物污染及保护饮用水源水质安全具有重要的现实意义。为了建立及发展基于多波长透射光谱技术的水体致病性细菌微生物快速有效的检测方法,采用紫外-可见分光光度计获取了多种水体致病性细菌微生物(如: 肺炎克雷伯氏菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)在200~900 nm波段的多波长透射光谱,对比分析了不同细菌及同种细菌在不同浓度时的多波长透射光谱特征。结果表明: 对于同种细菌,当细菌浓度发生变化时,400~900 nm波段透射光谱形状较为一致,并且在400,450,500和550 nm波长处的光密度值与浓度具有很好的线性关系,该波段由细菌体的散射起主要作用;但在200~400 nm波段范围内,细菌透射光谱的形状随细菌浓度的变化而变化,在200,258,300和350 nm波长处的光密度值与细菌浓度分别具有很好的二次多项式关系。根据微粒的Mie散射理论,采用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘方法对测得的四种细菌透射光谱进行了散射光谱和吸收光谱拟合,并对比分析了不同细菌散射光谱特征和吸收光谱特征,结果表明: 四种细菌散射光谱的特征峰均在245 nm波长处,但该波长处的光密度值具有明显差异性,这与不同细菌外部结构及内部结构细胞器的大小、形状等不同有关;而四种细菌吸收光谱特征峰均在260 nm波长处,且不同细菌在240~400 nm波段内吸收光谱也具有明显差异性,这与不同细菌细胞内的核酸、蛋白质等化学组分含量不同有关。该研究表明对于不同种细菌及具有不同浓度的同种细菌,测得的多波长透射光谱及计算出的散射光谱和吸收光谱特征都具有明显的不同,通过多波长透射光谱解析可以获得细菌多种特征参数,多波长透射光谱可以被用于快速有效检测水体中的致病性细菌微生物。该研究为发展水体细菌微生物快速在线监测仪提供了重要依据。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1610-1619 [摘要] ( 1 ) PDF (7220 KB) ( 2 ) | |
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| 1620 | 基于烟叶电子鼻-近红外数据融合的支持向量机分类判别烟叶年份 | | | 张浩博1,刘太昂2,束茹欣1,杨 凯1,叶 顺1,尤静林2,葛 炯1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1620-06 | | | 提出了一种基于烟叶近红外光谱(NIR)和烟叶电子鼻(EN)融合数据的烟叶年份判别的支持向量机分类模型。在NIR和EN数据融合的基础上,利用遗传算法来进行变量选择,再建立烟叶年份判别支持向量机模型,所得到的烟叶判别模型在训练集和独立测试集上都具有较高的准确率。建立的烟叶判别NIR-E-SVM模型的建模准确率达到100%,留一法准确率达到98.55%,对未知样本的预报准确率为90%。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1620-1625 [摘要] ( 4 ) PDF (1525 KB) ( 1 ) | |
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| 1626 | 基于二维相关红外光谱的鱼糜品质检测可行性分析 | | | 由昭红1,2,洪寒梅2,成 芳2*,杨小玲3 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1626-07 | | | 对二维相关光谱在鱼糜品质检测中的可行性进行了分析。利用二维相关技术结合中红外光谱技术对冻融处理后白鲢鱼糜蛋白二级结构变化进行了分析。在冻融次数和温度双重外扰的作用下对样品进行了分析。以冻融次数为外扰的二维相关光谱分析结果揭示了鱼糜蛋白二级结构的变化顺序: α-螺旋结构、分子内聚集的β-折叠结构→反平行的β-折叠结构→羰基结构;基于温度外扰的二维相关光谱分析结果表明: 冻融处理1次和2次后鱼糜蛋白二级结构变化轻微。而冻融处理3次之后鱼糜蛋白二级结构已遭到严重破坏。结果分析还发现: 外扰温度为45℃时,温度对羰基的影响比大大小于冻融循环对鱼糜蛋白二级结构的影响。以上结果说明二维相关光谱技术可以探测并直观的反应出鱼糜蛋白二级结构变化程度。如果能将这种变化程度量化,则可以利用该技术对鱼糜新鲜度等品质进行快速检测。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1626-1632 [摘要] ( 5 ) PDF (3279 KB) ( 0 ) | |
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| 1633 | 三维荧光指纹技术在牛乳兽药残留检测与受热程度判别中的应用研究 | | | 刘 欢,刘 文,韩东海*,王世平* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1633-07 | | | 牛乳作为一种营养全面的理想食物,已成为人们日常生活中不可或缺的一部分,与此同时人们也越来越关注乳制品的品质,因此快速、灵敏的检测方法的开发和使用显得尤为重要。基于三维荧光指纹技术,建立了一种牛乳品质检测与评价的新方法,该方法可以通过三维荧光特征图谱,得到相对应的牛乳成分信息。和常规的荧光方法相比,三维荧光法可以提供更丰富,更全面的物质信息。首先根据牛乳在不同实验条件影响下荧光强度的变化及图谱的改变,确定了最佳的预处理条件,接着分别对牛乳抗生素残留以及受热程度的判别进行了研究。对于兽药残留分析,可以检测出牛乳中含量在0.5 mg·L-1以上的新霉素;对于牛乳受热程度判分析,利用三维荧光技术结合平行因子法(PARAFAC)对生鲜乳、巴氏杀菌乳及UHT灭菌乳的定性判别,当组分数为3时,中心连续系数可达97.63%。因此,三维荧光指纹技术具有快速准确的检测牛乳品质的潜力。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1633-1639 [摘要] ( 3 ) PDF (3859 KB) ( 2 ) | |
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| 1640 | 南海砗磲Sr/Ca比值测试:XRF和ICP-OES方法对比研究 | | | 梅衍俊1,邵 达1,王玉宏1,杨仲康1,杨文卿1,高月嵩1,何上明2,郑 怡2,李爱国2,孙立广1* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1640-08 | | | 对采自中国南海的5个砗磲(1个现代砗磲、4个化石砗磲)进行了两种高分辨率Sr/Ca比值分析。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)得到的Sr/Ca比值呈现出年周期变化,且与海表面温度呈现负相关关系,这表明Sr/Ca可作为良好的SST替代性指标。ICP-OES是测试砗磲壳体Sr/Ca常用的方法,但大量的样品需要钻样及预处理,相当耗时。而同步辐射X射线荧光分析(SR-XRF)可以克服这些缺点,它只需要前期的样品制备,并允许固态样品原位无损快速分析,具有高空间分辨率(微米级)、高灵敏度和多元素分析的特点。在本研究中,我们用SR-XRF方法测试砗磲样品化学元素的可行性。据查阅,目前尚未有类似的相关研究文献。本文实验结果显示SR-XRF 数据能够揭示元素含量及其比值变化。且SR-XRF测得的砗磲Sr/Ca比值与ICP-OES分析方法测得的Sr/Ca通过相关统计分析发现其显著性水平p值(5个砗磲样品的p值均<0.05)非常显著,表明高分辨率SR-XRF测得的砗磲Sr/Ca比值在一定程度上代替ICP-OES分析方法的可能性非常大。SR-XRF方法在砗磲重建古气候领域有很大的应用前景。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1640-1647 [摘要] ( 3 ) PDF (3886 KB) ( 0 ) | |
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| 1648 | 能量色散X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬 | | | 王世芳,罗 娜,韩 平* | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1648-07 | | | 利用X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬元素的含量。通过分析仪器检出限和准确度,得出仪器适用性良好。然后,利用二维相关同步光谱获得重金属元素的X射线荧光光谱能谱范围和变量数,得出铅元素的能谱范围分别为10.380~10.740和12.435~12.900 keV,砷元素的能量范围是10.380~10.740和11.610~11.880 keV,铬元素的能量范围是5.310~5.520和5.805~6.015 keV, 锌元素的能量范围是8.520~8.805和9.555~9.630 keV,铅、砷、铬和锌的变量数分别为57,44,30和26。最后,根据获得的能谱范围,采用偏最小二乘回归方法建立重金属元素的X射线荧光光谱定量分析模型,得出砷元素的模型性能最佳,其次是铅、锌和铬,预测相关系数都高于0.92。研究表明,利用二维相关光谱获得的能谱范围有助于提高模型的预测性能和便携式X射线荧光光谱检测仪器适用于土壤重金属的原位监测。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1648-1654 [摘要] ( 3 ) PDF (1920 KB) ( 4 ) | |
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| 1655 | 基于视觉感知的光谱评估尺度 | | | 田全慧1,刘士伟2,朱 明3,刘 真4 | | | DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2018)05-1655-06 | | | 光谱颜色复现和色度精度是评价光谱重建算法准确的基础。简单而直观的评价指标对颜色复现控制是必不可少。该指标需要同时表征复现颜色的光谱差和色度差。在研究光谱匹配评估的方法基础上,提出基于颜色视觉感知的三种光谱评估指标,通过加权人眼视觉匹配函数,实现颜色光谱差与色度的评估。通过孟塞尔颜色系统的光谱数据,该论文分析与验证三种视觉加权的评估指标的有效性。通过孟塞尔颜色系统数据,这些指标在CIELab均匀色空间中分布均匀而稳定,从而证明加权算法的评估指标是既表征到颜色感知又反映出颜色的光谱相似度。实证结果表明,加权的指标可以实现同时表征实际人眼的颜色感知和颜色光谱差异。基于人眼视觉感知的评估指标解决了颜色的原始光谱和重建光谱的光谱匹配精度的定量评价问题。所提出评价指标通过一个简单而直观的数值实现对复现颜色光谱与色度评估。 | | | 2018 Vol. 38 (05): 1655-1660 [摘要] ( 3 ) PDF (4072 KB) ( 4 ) |
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