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《光谱学与光谱分析》2019年, 第39卷，第12期
发布时间:2019-12-19] 阅读次数：14018次

论文

	3653	基于PGNAA的化学武器识别
		汤亚军¹，贾文宝^{1, 2}，黑大千^{1, 2*}，李佳桐¹，程璨¹，蔡平坤¹，孙爱赟¹，赵冬¹，胡强¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3653-06
		未知化学武器弹药的定性识别在犀护社会安全方面是十分重要的，可指导化学武器的分类处理。瞬发伽马射线中子活化分析（PGNAA）技术利用分析活化产生的伽马射线能谱可以实现对物质中元素的无损，快速检测，在化学武器识别中具有独特的优势。因此，本研究基于PGNAA技术进行了化学武器弹药类型识别装置的设计，同时使用逻辑树判别方法对化学武器样品进行定性分析。首先，基于高纯锗（HPGe）探测器与Cf-252中子源，使用蒙特卡罗MCNP程序对装置结构进行设计优化，主要包括中子源容器尺寸、伽马屏蔽体厚度以及探测器相对位置等。为了最大化样品活化产生的特征伽马射线，需要提高样品位置处的热中子通量，采用聚乙烯作为慢化体，模拟结果显示聚乙烯厚度达到6 cm，宽度达到12 cm时，样品中热中子通量达到较高水平。为了降低周围材料活化噪声的干扰，选择铅作为屏蔽结构，模拟显示铅屏蔽厚度达到5 cm时，可满足屏蔽要求。同时，探测器与样品之间的距离也会影响对伽马射线的探测，最终模拟确定探测器与样品之间的距离为28 cm时，特征信号计数最高。根据优化结果搭建测量装置，使用分析纯试剂根据真实化学武器元素含量配制化学武器模拟样品，通过对5种化学武器模拟样品的测量获得伽马能谱。对能谱中的特征峰处理过程中，基于特征峰对元素进行分析，针对计数统计性较好的元素（如H，Cl，S）的特征峰，使用高斯及多项式拟合的方式对特征峰处的高能量康普顿平台进行扣除，获得特征伽马射线的全能峰信息。而对统计性较差的元素特征峰（如N元素的10.829 MeV），采用能量区间加和法，对该能量下的全能峰至单逃逸峰之间的计数求和，进而可确定该元素在样品中的存在情况，最后利用建立的逻辑树判别方法根据元素存在信息对样品类型进行判别。实验结果表明，利用该优化的装置可以获得5种模拟样品的能谱，结合能谱分析方法可以得到化学武器模拟样品中的H，Cl，S和N等元素的存在信息，最后使用逻辑树判别方法可以对化学武器样品种类进行判别。
		2019 Vol. 39 (12): 3653-3658 [摘要] ( 23 ) RICH HTML PDF (3270 KB) ( 13 )

	3659	主要抗生素的太赫兹光谱检测与分析研究进展
		李斌，赵旭婷，张永珍，陈怡每
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3659-08
		抗生素具有治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病的作用，获得主要抗生素的吸收特性可对抗生素添加进行有效的定性定量监测和控制，在医药、畜牧和水产业等领域都有重要意义和使用价值。太赫兹光谱技术作为一种无损、高效、便捷的新型光谱探测技术，在国防安全、信息通信、材料、环境生物医学、农业和食品安全等领域有良好的应用前景。文章介绍了太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)检测系统的组成结构和工作原理，综述了现阶段太赫兹时域光谱技术在常用抗生素方面检测与分析的主要研究进展，重点归纳了β-内酞胺类、氨基糖苷类、四环素类、喹诺酮类、大环内脂类和磺胺类等主要抗生素的太赫兹定性识别与定量分析研究，给出了太赫兹时域光谱技术在主要抗生素检测方面的研究潜力和存在问题，为太赫兹技术未来用于主要抗生素定性定量快速检测仪器设备研发提供参考。
		2019 Vol. 39 (12): 3659-3666 [摘要] ( 20 ) RICH HTML PDF (1889 KB) ( 26 )

	3667	羧基修饰纳米SiO₂荧光指印试剂的制备与应用
		陈煜太¹，黄威²，姜红^1，王元凤^{3, 4}
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3667-06
		指印是一种重要的证据形式，它百年以来持续成为法庭科学领域的研究重点。在实践中，已经得到广泛推广的粉末法和熏显法对环境和工作人员的身体健康构成了重大威胁。近年来发展的纳米悬浮液显现指印的方法能够有效减少纳米粉尘在空气中的悬浮，降低对使用者健康和环境的侵害，并且规避了悬浮液制备过程中分散剂的使用以及有机染料溶液的处理等瓶颈。因此，关注纳米二氧化硅荧光指印显现试剂的制备与应用：首先，利用反相微乳液法制备了掺杂氯化三（2,2’-联吡啶）钌（Ⅱ）·六水化合物的荧光型纳米二氧化硅颗粒；随后，通过氨基硅烷偶联剂的氨基改性以及与丁二酸酐的氨解反应，使用两步法实现了表面羧基化阴离子修饰的荧光二氧化硅纳米材料的合成；此外，利用红外吸收光谱对纳米二氧化硅，以及目标产物的表面氨基、羧基等化学修饰基团进行表征，并测定了不同修饰产物在水相中的表面电性能以其水合半径；通过紫外可见光吸收光谱和分子荧光光谱仪对材料的荧光性能做了检测，测试了不同染料浓度产物的荧光强度；对新型纳米材料在指印显现中的应用条件进行了系统考察，通过正交试验设计法，全面探究了pH值、母液稀释倍数和显现时间等重要因素对于指印显现效果的综合影响，并最终确定了此种显现试剂的最佳显现条件；论文最后依据上述优化实验条件对捺印在玻璃非渗透性光滑客体表面的指印样品的显现效果进行了系统评价。实验结果表明：产物悬浮液与染料溶液的紫外可见吸收光谱之间并未发生明显的红移或蓝移，这意味着二氧化硅包覆对于荧光染料分子结构没有显著影响；根据染料浓度与产物荧光强度之间的变化关系可知，最佳染料掺杂浓度为15 mmol·L^-1；纳米材料的表面氨基化和羧基化修饰已经成功，其最佳激发光源波长为375 nm；Zeta电位-DLS测试结果印证了氨基质子化带正电、羧基电离带负电的纳米材料电学性能，此外羧基化前后纳米二氧化硅颗粒负电荷密度的显著改变也为基于静电吸附作用的指印显现方法灵敏度的提升奠定了基础；使用悬浮液法对前述优化后的合成产物进行指印显现方面的应用，其最佳显现条件为溶液pH值为2.8、母液稀释倍数为2倍且显现时间5 min，其对非渗透性客体表面的新鲜指印及陈旧指印均具有良好的显现效果，部分情况下甚至可以实现三级指印特征的理想显现效果。
		2019 Vol. 39 (12): 3667-3672 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (3212 KB) ( 19 )

	3673	远紫外光学遥感载荷在轨定标技术研究进展
		付利平^1，2，贾楠^1,2，3，胡秀清^4*，毛田⁴，江芳^1,2，王云冈⁴，彭如意^1,2，王天放^1,2,3，王大鑫³，窦双团³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3673-08
		远紫外波段（115～200 nm）光学遥感是在卫星上获得空间环境参数，如O，N₂和O₂等中性大气原子分子柱密度及廓线分布、电离层电子密度TEC、电子密度廓线、等离子体含量、大气温度廓线、太阳EUV流量、能量粒子沉降等信息的重要探测技术，也是最具发展潜力的空间天气探测方法之一。定量获得这些物理参量的重要过程之一是载荷的辐射定标，包括发射前实验室定标和在轨定标。发射前定标给出载荷的原始定标系数，而在轨定标则给出仪器在轨运行一段时间后定标系数的变化。远紫外探测技术用于中高层大气、电离层、磁层、太阳活动等方面的研究从19世纪70年代就已经开始，以美国为代表的一些国家已将远紫外探测列入空间天气监测的长期规划，并且开展了大量的在轨定标技术研究，确保载荷数据的长期定量化应用。我国在本世纪初才开展远紫外波段载荷技术的研究，在轨定标技术基本属于空白。在轨定标方法包括基于外部标准辐射源定标、基于内部辐射标准源定标和替代定标三种。以国际上具有代表性的远紫外探测载荷为例，分析和总结这三种定标方法分别用于成像探测、光谱成像探测和光度计三种主要的探测类型仪器上的定标方案、在轨定标数据处理方法及处理结果。对多种类型载荷及不同定标源定标方法及结果分析表明，对于视场较大，且具备深空观测能力的远紫外波段成像仪器及成像光谱仪，首选外定标源法，即采用远紫外辐射相当稳定且已知光辐射强度的的紫外恒星作为辐射标准源，根据运行轨道进行定标模式合理设计，并结合实验室定标数据，实现在轨全视场定标；对于光度计类的单点探测仪器，由于视场限制，极少有恒星观测条件，故推荐采用替代定标方式，实现载荷在轨长期监测，但在定标数据的选取及时空匹配方面应详细分析，以提高定标精度；而利用内部标准源进行定标的方法，标准源本身的衰减问题是亟待解决的问题。
		2019 Vol. 39 (12): 3673-3680 [摘要] ( 13 ) RICH HTML PDF (6020 KB) ( 13 )

	3681	红外光谱探究常见污染气体对丝织品结构的影响
		王丽琴，由蕊，赵星
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3681-05
		丝织品是由丝蛋白质组成，高温、高湿及污染物等因素会使其结构发生变化。为了科学地评估博物馆中污染气体对丝织品结构的影响，采取人工模拟实验制备二氧化氮、二氧化硫、乙酸和氨气常见博物馆污染气体环境，利用傅里叶红外光谱（FTIR）从丝蛋白质肽链结构、二级结构等方面探讨4种污染气体对丝织品蛋白质结构的影响。实验结果表明，二氧化氮老化30 h后样品的红外光谱在1 382 cm^-1波数附近出现甲基对称变角振动吸收峰，而其他气体老化50 d的丝织品仍未产生甲基对称变角振动，说明二氧化氮对丝织品破坏最严重。所有污染气体老化后，样品的红外光谱在975和999 cm^-1丝蛋白-Gly-Ala-和-Gly-Gly-肽链（一级）结构特征吸收峰处均有不同程度减弱，但碱性气体氨气较酸性气体减弱更明显。傅里叶红外光谱技术结合酰胺Ⅲ带（1 330～1 200 cm^-1）去卷积和高斯拟合法研究表明，50 d氨老化后仅引起丝蛋白质非结晶区的轻微变化，α-螺旋、无规卷曲、β-折叠含量变化幅度较小，丝蛋白二级结构变化较小。相比而言，酸性气体对丝蛋白二级结构影响更加显著，出现β-折叠相对含量大幅降低、无规卷曲相对含量明显增加，其结晶区遭受严重破坏。在4种气体中，二氧化氮对丝织品二级结构影响最显著，老化30 h后β-折叠相对含量由原始值30.36%降低至18.12%，约降低40%。相应的二氧化氮对丝织品强度破坏最严重，在β-折叠含量降低的同时，材料的力学强度出现了显著降低。利用波数在1 700和1 640 cm^-1红外光谱吸收峰的比值（A_{1 700/1 640}）和波数在1 620和1 514 cm^-1红外光谱吸收峰的比值（A_{1 620/1 514}）判断样品的老化方式，实验结果表明二氧化氮、二氧化硫、氨气老化样品的方式主要为氧化老化，而乙酸老化的样品则发生氧化老化和水解老化两种老化方式。随着老化时间的延长，4种气体中二氧化氮老化样品的A_{1 620/1 514}比值增加最多、氧化最严重。推断与二氧化氮的强氧化性有关，也与二氧化氮使丝织品产生显著的甲基对称变角振动有关。建议博物馆应严格监测和控制二氧化氮气体浓度。该研究为制定合理的丝织品文物存放环境提供科学依据，对丝织品文物的保护具有重要意义。
		2019 Vol. 39 (12): 3681-3685 [摘要] ( 15 ) RICH HTML PDF (1440 KB) ( 18 )

	3686	羟基碳酸钐中羟基位置及振动方式研究
		刘欣蕊²，李林^1，2*，杨自强³，李胜荣^1，3
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3686-06
		稀土羟基碳酸盐是自然界稀土元素最基本的碳酸盐矿物形式，RE(CO₃)OH，是稀土碳酸盐类矿物和含水稀土碳酸盐矿物中的主要组成部分，在自然界有天然产出，同时碳酸盐矿物又是地球深部碳循环最重要的载体矿物，作为稀土元素主要的碳酸盐载体矿物，六方羟基碳酸钐稳定的结构能为稀土元素迁移提供稳定载体。目前对其结构中羟基氧配位连接方式及氢原子的准确占位情况的认识还存在许多争议，羟基碳酸盐类矿物研究还处在初级阶段，羟基对碳酸盐类矿物结构的影响的研究仍十分欠缺。采用六面砧大压机在高温高压(3 GPa，800 ℃)下合成，粒度为10～20 μm六方羟基碳酸钐单晶集合体。通过X射线单晶衍射分析得出，羟基碳酸钐为六方晶系，a=b=12.214 3(7) Å，c=9.839 3(6) Å，V=1 271.26(17) Å³，属P $\bar{6}$ 空间群。晶体结构模型显示在ab平面内，由Sm³⁺和[OH]^-连接形成六方网，构成基本重复单层²_∞[（OH）Sm_3/3]²⁺，碳酸根基团连接各层沿c轴延伸，中心Sm³⁺呈9配位形式，与5个碳酸基团相连，其中4个单齿连接一个螯合连接；与3个羟基氧原子相连，确定配位多面体的具体形式。利用红外吸收光谱、拉曼光谱两种分析方法对初始样品结构进一步表征，尤其是对结构中的水进行了详细的解析。通过样品光谱学特征分析其内部基团振动模式与结构类型，特别是羟基在晶体结构中准确位置及振动特征。研究表明：六方羟基碳酸钐晶体中存在两种不同连接位态的羟基，3 600～3 650 cm^-1谱带对应极化方向垂直（001）晶面，未能与层内氧原子形成氢键的羟基振动；3 450～3 500 cm^-1谱带对应极化方向平行（001）晶面，可与层内氧原子形成氢键的羟基振动；3 369～3 380 cm^-1谱带反应层间羟基的振动，更低频段3 230～3 250 cm^-1谱带则是O—H键长更短的羟基振动的体现。利用氘代样的红外吸收光谱验证H-D置换实验，由于D原子取代了H原子，导致ρ_OH摆动振动和ν_OH伸缩振动吸收峰消失，在2608.12cm^-1处出现O-D振动吸收峰，标志氘代完全，验证了氘代实验设计可行。作为可以改变岩浆地球动力学性质的羟基，常温常压下属性及矿物物理性质等对地球科学的基础研究有重要的参考价值。
		2019 Vol. 39 (12): 3686-3691 [摘要] ( 8 ) RICH HTML PDF (2919 KB) ( 5 )

	3692	基于光谱诊断的氩-氮P-TIG焊引弧的动态电弧物理特性研究
		肖笑^1,2，李芳^2*，华学明²，张柯柯¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3692-06
		焊接电弧等离子体的物理特性直接决定了焊接接头的成形形貌，分析双组分保护气体的脉冲钨极惰性气体保护焊（P-TIG）动态电弧物理特性，为深入开展混合气体保护焊的焊缝成形物理过程研究提供理论基础。氩-氮混合气体保护焊电弧具有高热特性可以增加熔深，但在焊接前混合均匀的保护气体，引弧后气体浓度会重新分布，使电弧等离子体物理特性的实时动态变化特点变得复杂。光谱诊断是电弧等离子体物理特性测量的最重要手段，但对双组分气体保护的P-TIG焊电弧特性的研究仍需深入进行，特别是对于易引起缺陷的起弧过程，其动态物理特性亟需深入分析。针对氩-氮混合气体P-TIG焊的引弧过程，以P-TIG焊产生的氩-氮双组分电弧等离子体为研究对象，提出利用窄带滤光片与CCD相结合的高速摄影实验系统采集双组分电弧等离子的动态光谱信息，获取特征谱Ar Ⅰ 794.8 nm和N Ⅰ 904.6 nm的P-TIG焊电弧光谱强度动态分布；提出利用双元素双组分标准温度法计算P-TIG焊引弧过程中距离钨极下方1，2，3和4 mm位置处电弧等离子体的动态温度及浓度，定量分析80%Ar+20%N₂保护的P-TIG焊从引弧至电弧稳定过程的电弧等离子体物理特性实时分布。实验结果表明，80%Ar+20%N₂保护的P-TIG焊电弧强度、电弧温度及浓度的变化均与脉冲电流的变化同步，焊接电流在3 ms内达到稳定状态，而电弧等离子体的强度、温度及浓度需要更长时间达到平衡状态。从起弧到电弧等离子稳定燃烧的过程中，基值期间和峰值期间的电弧等离子体强度均呈现先升高再降低的趋势；由于阴极的热传导及电流密度的变化，使得电弧等离子体轴向位置的峰值温度及基值温度均出现迅速升高再缓慢降低的现象；由于粒子间碰撞及摩擦力的影响，使得电弧等离子体的峰值及基值期间氩的浓度均呈迅速减小再缓慢增加的趋势，且氩的浓度均低于焊前浓度。
		2019 Vol. 39 (12): 3692-3697 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (4038 KB) ( 7 )

	3698	水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行Na₂SO₄-水体系溶解结晶动力学研究
		王世霞¹，杨梦¹，吴嘉²，郑海飞³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3698-07
		成矿作用过程中，温压条件改变导致矿物溶解重结晶，溶液中溶质浓度发生变化。从溶液中析出晶体的粒度同时存在着时间和空间的分布，是复杂的动力学过程。当前对矿物在流体中溶解重结晶动力学研究主要使用高压釜或活塞圆筒等封闭设备测定溶液溶质浓度的变化或固相矿物的形态变化，降温淬火反应会影响样品的真实组成。使用可进行原位观测的金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术，研究无水芒硝-饱和Na₂SO₄溶液随体系温度压力变化所出现的晶体溶解重结晶过程。通过原位观测无水芒硝溶解、结晶变化来探究硫酸钠晶体在不同温压条件下的溶解结晶动力学反应机制。结果表明常温条件下无水芒硝拉曼位移分别位于449.9，620.5，632.9，647.4，993.3，1 101.8，1 132.2和1 153.1 cm^-1。随着体系温度的缓慢升高，固相Na₂SO₄的晶形不断发生变化，温度至193 ℃时无水芒硝（Na₂SO₄）完全溶解，降温重结晶出现了新的1 196.5 cm^-1拉曼特征峰，重结晶晶体为芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）；金刚石原位观测结果显示迅速升温过程中无水芒硝发生部分溶解重结晶，重结晶区域拉曼特征峰显示依然为无水芒硝。拉曼光谱定量分析结果显示，溶液中SO^2-₄，H₂O的拉曼谱峰面积比值参数更能反映SO^2-₄浓度的变化, 体系达到溶解重结晶平衡状态时，SO^2-₄/H₂O峰面积比值AR为(0.016 6±0.000 4)，误差为2.4%。应用Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（JMAK）模型结合溶液中SO^2-₄/H₂O峰面积比值变化对体系中固相无水Na₂SO₄的溶解重结晶过程进行动力学拟合，计算得出无水硫酸钠在109 ℃条件下的溶解结晶反应的反应级数为1.266 7，反应平衡常数为0.001 26。综上所述，水热金刚石压腔装置实验步骤少，过程简便，可避免由于淬火过程中退化交换作用等造成的误差，应用水热金刚石压腔原位观测的装置优势结合拉曼光谱定量分析技术可实现高温高压条件下矿物在水溶液中溶解结晶动力学过程的原位观察和测定，是一种高效的动力学研究手段。
		2019 Vol. 39 (12): 3698-3704 [摘要] ( 15 ) RICH HTML PDF (4464 KB) ( 5 )

	3705	指纹紫外光谱特性研究及变化规律分析
		庾金涛^{1, 2, 3}，李清灵^{1, 2, 3}，李磊^{1, 2, 3}，尹达一^{1, 2, 3*}
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3705-06
		指纹的唯一性和终身不变性使得指纹可以验证一个人的身份信息，在生物识别领域具有广泛的应用。汗潜指纹对紫外线有着特殊的反射、散射以及荧光特性，所以可以利用紫外波段对汗潜指纹进行提取，并且不污染现场和目标样本。目前对紫外波段的指纹提取已经有着广泛的研究，但对指纹随时间变化的研究较少，一般都是通过化学方法测量汗潜指纹成份含量的变化。研究发现，指纹各个组成成份的紫外光谱特性不同，且这些成份随时间的挥发程度也不一致，利用多通道紫外成像系统对汗潜指纹进行凝视成像，发现各通道成像DN值随时间推移的变化程度并不一样，可通过研究各通道DN值的变化对指纹进行时间分析。首先，利用紫外光谱仪和氙灯，对汗液、酒精、食用油等几种手指容易接触的物质的反射光谱进行研究，得到了这些物质的反射光谱特性。然后，针对这几种类型的指纹，研制了一套多通道紫外成像设备，分别在240~280 nm（通道1）、320~340 nm（通道2）以及340~420 nm（通道3）三个紫外通道对其进行凝视成像，得到清晰的指纹图像，将指纹图像嵴线上码值最高的10个点的平均值进行比较，得到不同通道DN值与时间变化的关系。实验结果发现，汗潜指纹在紫外波段具有良好的成像特性，其成像DN值随时间的推移逐渐降低，其中240~280 nm的通道1中三个指纹在第七天的成像DN值分别降为第一天的0.62, 0.60和0.59；320~340 nm的通道2中三个指纹在第七天的成像DN值分别降为第一天的0.57, 0.61和0.60；340~420 nm的通道3中三个指纹在第七天的成像DN值分别降为第一天的0.56, 0.63和0.58。实验结果表明，不同类型的指纹在紫外波段的光谱特性并不一致，成像DN并不相同，且随时间的变化规律也不一样，但指纹成份的挥发具有一定的规律，成像DN值从第一天到第七天降低至60%左右，可以一定程度上反映指纹的挥发性质。结合紫外多通道成像系统，可以很好的研究指纹的变化规律，为刑侦探测中指纹研究提供了一个重要的手段。
		2019 Vol. 39 (12): 3705-3710 [摘要] ( 23 ) RICH HTML PDF (3381 KB) ( 11 )

	3711	浑浊散射介质中被测成分线性吸光度提取与模型转换研究
		曹海青，韩同帅，刘雪玉，刘瑾^*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3711-07
		近红外漫反射光谱法可用于物质成分定性、定量分析，具有快速、无损检测等优点，在食品、制药、环境监测、生命科学等领域有广泛应用。采用近红外漫反射光谱对浑浊散射介质进行成分定量分析时，由于光散射作用，介质吸光度随测量距离不再呈线性变化，不同测量距离下测量模型也很难转换。从扩散方程出发，提出了从漫射光谱中提取线性吸光度的方法，获得了与测量距离无关的介质光学参数——有效衰减系数的光谱，该光谱可反映介质吸收变化，并用于物质成分测量。具体采用了双位置差分法，可在线性吸光度的范围内任意选取两个光源-探测器距离测量，通过差分获得与测量位置无关的有效衰减系数光谱，其中测量距离可依据波段灵活地进行选择。另外，经理论推导可知，差分运算的同时还大大削减了光子扩散对测量的影响，有利于不同散射特性的介质间光谱模型的相互借鉴。经理论计算、蒙特卡洛模拟和实验验证，在1 000~1 360 nm波段，该方法适用于强散射的浑浊水溶液。对散射系数处于较大范围（28.53～87.47 cm^-1）的intralipid水溶液进行了测试，获得了线性吸光度的光源-探测器距离范围。进一步以葡萄糖为被测成分为例，获得了葡萄糖在intralipid水溶液中的有效衰减系数光谱。采用测量距离连续可调的漫反射光谱测量系统进行了实验，测量范围位于0～0.3 cm，测试了3种典型的介质（3%，5%，10%Intralipid水溶液）。结果可知，3种介质中葡萄糖光谱呈现一致性，它们之间的测量模型可以方便地进行线性转换。研究对象intralipid水溶液常作为生物组织的仿体，其光学参数也覆盖了常见的牛奶、果汁等被测浑浊溶液，因此测量结果具有广泛的适应性。综上，该研究实现了对浑浊水溶液中物质成分线性吸光度的提取，该方法不仅使得测量位置的选择更加灵活方便，还有利于实现不同散射介质间模型的线性转换，特别适用于介质成分复杂多变的场合下的测量应用，如对人体组织、牛奶或食品中的成分测量等。
		2019 Vol. 39 (12): 3711-3717 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (3385 KB) ( 3 )

	3718	光谱法研究闪电回击放电通道的电阻及电流的热效应
		王雪娟¹，袁萍^2*，张其林¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3718-06
		闪电放电通道的电阻及电流产生的热效应对雷电灾害研究以及防护设计都具有重要意义，放电通道的热力学特性与其等离子体辐射光谱密切相关。利用无狭缝摄谱仪获得的两次云对地多回击闪电放电的等离子体辐射光谱，依据谱线波长、强度等信息，结合同步地面电场变化资料，应用空气等离子体传输理论，计算了闪电回击放电通道的电导率、峰值电流、核心通道半径，进而得到了闪电回击等离子体通道单位长度的电阻、峰值电流时的热功率及在回击初始前5 μs内通道储存的热能。并与常规金属导体进行比较，分析了闪电回击放电在峰值电流时等离子体通道的热功率与电阻、电流平方之间的相关性关系。结果表明：利用光谱研究得到的闪电放电通道的电阻为0.04～8.41 Ω·m^-1、峰值电流时的热功率为0.88×10⁸～2.20×10⁸ W·m^-1、回击初始前5 μs内通道储存的热能为1.47×10²～3.66×10² J·m^-1，以上结果与文献报道的利用其他方法得到的结果相比，在合理的范围内；与常规金属导体相比，闪电回击放电等离子体通道在峰值电流时的热功率与电阻成正比，但与电流的平方呈指数减小的关系；由于闪电等离子体通道的电阻与温度的3/2次方成反比，通常回击放电通道中峰值电流越大，通道温度越高，而电阻会迅速降低，因此热功率也会急剧减小。此结论进一步验证了采用欧姆加热方法加热等离子体的致命缺点。
		2019 Vol. 39 (12): 3718-3723 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (2858 KB) ( 5 )

	3724	太赫兹时域光谱在邮件隐匿危险品检测中的应用
		李涛¹，张良¹，何建安^{2, 3}，张思祥^1，顾大勇^{2, 3}
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3724-07
		随着电子商务的快速发展，邮件数量剧增，在邮件中隐匿危险品已经成为犯罪分子重要的犯罪手段，威胁公共安全和社会稳定。邮件的安全检查变得尤为重要，而常规的检测技术不能准确识别危险品。太赫兹波是介于红外和微波之间的电磁波，邮件中隐匿的爆炸物、毒品和有害生物因子等在太赫兹波段存在特征吸收光谱，而邮件常用的非极性包装材料可以被太赫兹波穿透。太赫兹波还具有低能性、相干性等特性，这些特性使得太赫兹技术可以实现邮件隐匿危险品高灵敏度的无损检测。文章介绍了太赫兹技术的特性，太赫兹时域光谱系统的组成和获取光学常数的菲涅尔公式解析法。该方法通过样品透射或反射信号和参考信号来获取包括吸收光谱在内的材料参数。将样品的太赫兹特征吸收光谱和已建立的各种危险品的光谱特征数据库进行比对，可以判断是否为危险品以及危险品种类。对爆炸物、毒品在太赫兹波段的特征吸收光谱的研究成果，及在各种非极性材料遮挡下吸收光谱的特异性的研究进展进行了总结。获取吸收光谱的解析法适用于较厚样品，针对薄样品，还介绍了一种P-谱法。该方法不需要参考信号就能准确获取覆盖物下样品的吸收光谱。除直接利用吸收光谱做检测外，近些年还提出了很多其他识别危险品的方法，如光谱动力学分析法，化学计量学方法和基于太赫兹时域光谱的成像分析法等。其中，光谱动力学分析法可以很好的区分吸收频率有重叠的物质；化学计量学方法可以对混合物进行成分的定性和定量分析；光谱成像法可以完成较大面积的隐匿危险品识别。分析了太赫兹时域光谱技术识别有害生物因子的可行性，以及针对有害生物因子携带量小的特点，总结了太赫兹时域光谱技术在提高生物因子检测灵敏度方面的研究进展。探讨了太赫兹技术在邮件安检应用中一些有待解决的问题，如太赫兹功率有限、受环境因素影响较大、缺乏统一的标准等，展望了未来的发展趋势。
		2019 Vol. 39 (12): 3724-3730 [摘要] ( 7 ) RICH HTML PDF (3125 KB) ( 7 )

	3731	无机盐混合溶液的太赫兹光谱定量分析
		何明霞^1,2,3，孙珑玲^1,2,3，陈达³，黄志轩³，刘立媛^2,4，赵晋武^1,2,3，张洪桢^1,2,3
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3731-06
		太赫兹生物医学是当前光谱研究领域的前沿热点，其主要难点在于如何在有效避免水分干扰的同时，实现复杂生物体系组分的精准分析。太赫兹光谱产生于分子振动的信息，其吸收谱较弱，吸收峰严重重叠，且多组分复杂样品的太赫兹光谱往往不是各组分光谱的简单叠加，难以用传统的峰高、峰面积标定技术进行定量计算。但采用多元校正技术可以方便地实现太赫兹光谱的定量分析，使太赫兹光谱成为一种快速、简便且适用范围广泛的分析技术。以KCl和NaCl的无机盐混合体系为典型研究体系，两种组分的浓度范围均为0.1～2 mol·L^-1，浓度间隔为0.1 mol·L^-1。获取20组浓度配比不同的混合溶液的吸收系数和折射率，巧妙利用水溶液体系中无机金属离子的水合氢键作用，由此采集无机盐溶液体系的太赫兹时域光谱，提取各组分的特征信息，建立多尺度数据驱动的定量分析模型，有望实现水溶液中无机金属离子的定量分析。针对太赫兹光谱数据规模大、基质干扰强及数据关联复杂等特点，构建复杂二维小波变换、多变量筛选、贝叶斯数据挖掘、深度学习和数据关联性分析技术为一体的算法数据库，由此构建基于多尺度数据驱动的太赫兹光谱解析方法。论文依据正交实验的原则，构建具备良好数据结构特征的混合溶液数据集，引导后续的光谱解析方法准确提取无机金属离子水合氢键信息。在此基础上，发展自适应算法，寻找光谱数据变量与浓度间的关系，并采用变量筛选技术，从原始光谱数据中提取无机盐水合氢键的特征信息，最终构建浓度与特征信息之间的数据驱动模型。计算结果表明，KCl和NaCl组分的预测误差分别为8.0%和9.1%，能有效满足大部分应用的检测精度要求。多尺度数据驱动模型方法充分利用太赫兹光谱信号的时域和频域多尺度特性，实现数据预处理与多元校正的一体化运算以避免重要信息丢失，具备高度自适应特征。因此，基于数据驱动建模的太赫兹光谱分析新方法为太赫兹生物医学研究提供了新思路。
		2019 Vol. 39 (12): 3731-3736 [摘要] ( 13 ) RICH HTML PDF (3569 KB) ( 6 )

	3737	基于双向长短期记忆网络的太赫兹光谱识别
		虞浩跃，沈韬^*，朱艳，刘英莉，余正涛
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3737-06
		特征提取是太赫兹光谱识别的关键处理步骤，通常利用降维方法作为特征提取手段。然而，当一些化合物的太赫兹光谱曲线整体差异度较小时，降维方法往往会缺失样本差异的重要特征信息，从而导致分类错误。如果不采用降维方法提取特征，传统机器学习分类算法对维数较高的原始太赫兹光谱数据又不能很好的分类。针对此问题，提出了一种基于双向长短期记忆网络（BLSTM-RNN）自动提取太赫兹光谱特征的识别方法。BLSTM-RNN作为一种特殊的循环神经网络，利用其LSTM单元可以有效解决原始太赫兹光谱数据维数较高使得模型难以训练问题。再结合模型的双向频谱信息利用架构模式，可以增强模型对复杂光谱数据自动提取有效特征信息的能力。采用三类、15种化合物太赫兹透射光谱作为测试对象，首先利用S-G滤波和三次样条插值对Anthraquinone，Benomyl和Carbazole等十五种化合物在0.9～6 THz内的太赫兹透射光谱数据进行归一化处理，然后通过构建一个具有双向长短期记忆的循环神经网络对太赫兹光谱的全频谱信息进行自动特征提取并利用Softmax分类器进行分类。通过试验优化网络结构和各项参数，最终获得了针对复杂太赫兹透射光谱数据的预测模型，并与传统机器学习算法SVM，KNN及神经网络算法MLP，CNN进行对比实验。结果表明，dataset-1和dataset-2分别作为差异度较大和无明显峰值特征的五种化合物太赫兹透射光谱数据集，其平均识别率分别为100%和98.51%，与其他方法相比识别率有所提高；最重要的是，dataset-3作为5种化合物谱线极为相似的太赫兹透射光谱数据集，其平均识别率为96.56%，与其他方法相比识别率提高显著；dataset-4作为dataset-1，dataset-2和dataset-3的透射光谱数据集集合，其平均识别率为98.87%。从而验证了BLSTM-RNN模型能自动提取有效的太赫兹光谱特征，同时又能保证复杂太赫兹光谱的预测精度。在选择模型训练优化算法方面，使用Adam优化算法要好于RMSProp，SGD和AdaGrad，其模型的目标函数损失值收敛速度最快。同时随着模型训练迭代次数增加，相似太赫兹透射光谱数据集的预测准确率也不断提升。可为复杂太赫兹光谱数据库的光谱识别检索提供一种新的识别方法。
		2019 Vol. 39 (12): 3737-3742 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (2113 KB) ( 6 )

	3743	基于连续小波变换的地下天然气微泄漏点识别模型
		李辉¹，蒋金豹^1*，陈绪慧¹，彭金英¹，乔小军¹，王思佳²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3743-06
		天然气作为一种清洁、高效的低碳能源，消费占比日益增大。无论是地下输气管道还是储气库，由于管道腐蚀、老化、自然灾害，地下断层、注入井封存不好等因素，都会导致天然气泄漏。从安全、经济、环境等方面考虑，开展地下天然气管道和储气库微泄漏检测是十分必要的。利用高光谱遥感监测地表植被变化而间接探测天然气微泄漏点，通过野外可控系统模拟地下储存天然气微泄漏实验，以冬小麦为研究对象，采集了9期小麦冠层光谱数据，通过光谱分析探寻胁迫小麦光谱特征并构建指数识别模型。首先对小麦冠层光谱进行奇异值剔除和平滑处理，对连续统去除之后的冠层光谱进行连续小波变换，选用Mexihat母小波，在尺度参数为32时，小波系数有较少的峰值和谷值，能与原始光谱拟合较好，且小麦多期数据其峰值和谷值位置都比较稳定。受胁迫和健康小麦的原始光谱可分性较差，但小波系数在487，550和770 nm处受胁迫与健康小麦样本可分性较优，且具有明显的诊断性特征：(1）受胁迫和健康小麦的小波系数在487 nm处为“吸收谷”，其小波系数值为负值，健康小麦小波系数值大于受胁迫小麦的；(2）受胁迫和健康小麦的小波系数在550和770 nm处，有明显的“反射峰”，且受胁迫小麦的小波系数值较大。为更好突出差异性，增强受胁迫和健康小麦的小波系数差异特征，构建了CWT_mexh（CWT_mexh=CW²₇₇₀/(1-CW₄₈₇)·CW₅₅₀）指数用于胁迫与健康小麦的识别；然后分别与NDVI₇₀₅，mNDVI₇₀₅，ARI1，R₄₄₀/R₇₄₀，D₇₂₅/D₇₀₂指数进行对比分析，经J-M距离定量检验，结果显示CWT_mexh指数对天然气微泄漏胁迫下的冬小麦具有较好的识别效果，该指数在天然气胁迫发生20 d后可以稳定区分胁迫和健康两类小麦，且在全生育期都保持相同的规律，而NDVI₇₀₅，mNDVI₇₀₅，ARI1等指数在整个生育期内无法准确识别健康与胁迫小麦。CWT_mexh指数在稳定性、普适性与可识别性方面优于其他5个指数。因此，高光谱遥感监测地表植被间接识别天然气微泄漏点具有可行性，研究结果可为星载高光谱遥感监测地下储存天然气泄漏点提供理论依据和技术支持。
		2019 Vol. 39 (12): 3743-3748 [摘要] ( 18 ) RICH HTML PDF (3110 KB) ( 7 )

	3749	基于耦合微流控芯片的可逆式铵检测及其影响因素研究
		周昊，杨正
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3749-06
		铵（NH⁺₄）的光谱检测有着重要的意义，随着微流控领域的发展，以快速性、便携性以及多组分检测为目标的微流控光谱分析成效卓著。但是分析中存在的指示剂浪费问题一直没有得到解决。锌卟啉作为一种天然的自发光分子，能够实现NH⁺₄的可逆性检测，解决这一问题，但却存在选择性低的缺点。针对这些问题，实验设计了一种耦合微流控芯片，由反应芯片、气体扩散芯片和检测芯片组成。其中反应芯片用于将NH⁺₄转化为NH₃，由聚二甲基硅氧烷制成；气体扩散芯片使NH₃扩散进入待测溶液，由上下两片玻璃芯片及夹在中间的一层PDMS材质的气体透过膜制成；而检测芯片则通过多层结构将指示剂固定在其中。指示剂是通过将锌卟啉永久染色在离子交换树脂上制作而成的，在遇到NH₃分子时会产生由绿到紫的变化，而当周围变成纯水环境时，又能够实现从紫到绿的逆向变化。以此耦合芯片为分析平台，搭建了一套小型化的光谱检测系统，以便携式光谱仪为分析器件，通过测量450 nm处的透射光谱强度变化，实现了NH⁺₄的定量检测，同时研究了影响检测结果的三个参数：气体透过膜厚度，流速和指示剂用量。首先通过光谱强度随时间的变化，我们证明了指示过程的可逆性，因而解决了指示剂浪费的问题，时间响应也说明了指示过程的快速性；接着通过与对照实验的对比，说明检测过程具有很高的选择性，能够排除干扰物的影响，光谱变化仅仅是因为NH₃的存在；通过改变气体扩散芯片中气体透过膜的厚度，得到了膜厚和光谱强度变化之间的关系，膜的厚度增加使得检测效果变差，但当膜厚小于10 μm时效果基本不变，考虑到机械强度，选择了10 μm作为膜的最佳厚度；随即研究了耦合芯片中流速对于光谱强度变化的影响，发现流速的增加会使得光谱强度变化减小，但流速小于5 μL·min^-1时效果基本不变；最后又研究了指示剂用量对于光谱强度变化的影响，证明指示剂过多和过少都会影响检测效果，以5 mg为最佳。这套以耦合芯片为平台的光谱分析系统具有体积小，经济性高，响应迅速的特点，能够实现NH⁺₄高选择性、可逆性的定量测量。
		2019 Vol. 39 (12): 3749-3754 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (3531 KB) ( 6 )

	3755	基于一维卷积神经网络的雌激素粉末拉曼光谱定性分类
		赵勇¹，荣康¹，谈爱玲²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3755-06
		拉曼光谱物质定性鉴别已被广泛应用于诸多行业和研究领域，但传统拉曼光谱分析过程中的预处理主要依赖人为经验，光谱特征提取虽然能够降低信号维度，同时也会造成部分光谱信息损失。特性相近物质本身光谱相似度较高，受到测量过程中环境干扰和分析过程中多种误差影响，导致最终分类效果并不理想。针对此问题，提出基于一维卷积神经网络（one-dimensional convolution neural network，1D-CNN）的拉曼光谱定性分类方法。实验采集雌酮（Estrone）、雌二醇（Estradiol），雌三醇（Estriol）三种不同雌性激素粉末的拉曼光谱，设计随机平移、添加噪声和随机加权三种光谱数据增强方法，构建数量充足的拉曼光谱数据库用于神经网络模型训练与测试；基于拉曼光谱数据特点提出一维卷积神经网络分类模型，将光谱预处理、特征提取和定性分类的全过程融为一体。通过大量仿真实验，优化所提出的神经网络模型超参数和训练过程并测试分类效果，从预处理对光谱分类结果的影响和模型抗干扰性能两个方面与多种传统拉曼光谱分类算法对比，评价模型性能。实验结果表明，本文提出的一维卷积神经网络模型可实现三类雌性激素粉末拉曼光谱快速准确分类，分类正确率最高可达98.26%，分析过程中无需光谱预处理和特征提取步骤，简化了光谱分析流程，并能保留更多有效信息。同时，当模拟测量噪声强度达到60 dBW时，传统方法分类正确率均明显出现不同程度明显降低，卷积神经网络模型依然能够取得96.81%的分类正确率，说明相比对传统拉曼光谱分类方法，所提出方法受光谱测量噪声影响更小，鲁棒性更强，适用于分析更复杂现场测量的强噪声拉曼光谱信号。该研究结果表明深度学习方法在拉曼光谱的分析与处理领域具有很大的应用潜力和研究价值。
		2019 Vol. 39 (12): 3755-3760 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (2516 KB) ( 11 )

	3761	基于固有光学量的高光谱数据反演城市河网水质
		林剑远¹，张长兴^2*，尤红建³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3761-08
		水体辐射传输模型是水体光谱特性分析的理论基础，水体固有光学量由水体组成决定，与水体表面光场无关。基于统计的半经验算法虽然能获取指定区域水质参数反演结果，但是缺乏物理意义；基于生物光学模型的分析算法，针对城市河网内陆Ⅱ类水体光学特性复杂、空间分布异质性强、水体细小、流动性大等特点，利用高光谱数据，研究基于固有光学量的城市河网水质参数反演模型，对内陆城市浑浊水体光谱特性研究具有重大意义。提出了适用于内陆城市河网水体的改进QAA算法，以获取水体固有光学量，改进包括后向散射估计模型调整和参考波段优化两个方面；计算参考波段总吸收系数、颗粒物后向散射系数等固有光学量，得到浮游植物吸收系数和剔除纯水吸收系数；对浮游植物吸收系数最优波段比值与叶绿素a浓度进行线性回归分析，构建叶绿素a水质浓度反演模型，对剔除纯水吸收系数最优波段比值与悬浮物浓度线性回归分析，构建悬浮物水质浓度反演模型。针对内陆河网Ⅱ类水体，以典型的河网城市嘉兴市为研究区域，获取了研究区域航空高光谱数据，以及水质采样化验数据和水面以上光谱数据等地面准同步测量数据；利用QAA算法和IIMIW算法对实测水面以上光谱进行固有光学量反演，对比分析两个算法并结合城市河网水体特点，提出改进QAA算法；利用改进的QAA算法实现了研究区域水体的固有光学量反演，基于反演的水体固有光学量建立了叶绿素a浓度和悬浮物浓度两项水色参数定量反演模型，反演模型决定系数R²分别为0.64和0.71；并用航空高光谱数据同步区域的4个地面样点实测数据，对反演结果进行验证分析。通过水质参数浓度反演值与实测值的对比，叶绿素a和悬浮物水质浓度反演的平均相对误差分别为9.2%和9.4%，反演得到的叶绿素a和悬浮物浓度分布图，也与城市河网的特点和实际情况相符，为城市河网水质监测提供方法和模型参考。
		2019 Vol. 39 (12): 3761-3768 [摘要] ( 8 ) RICH HTML PDF (6089 KB) ( 14 )

	3769	9，10-二苯基蒽衍生物的制备及对铜离子上、下转换检测研究
		陈硕然，黄苏琴，韩鹏举^，叶常青，宋飒飒，王筱梅^
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3769-07
		Cu²⁺是人体正常代谢所必需的微量元素之一，但是过量的Cu²⁺会造成代谢紊乱，进而诱发各种疾病。长期以来，铜材料的过度使用和后处理不当导致生活环境中的Cu²⁺浓度超标，成为重金属污染物之一，因此生活环境中Cu²⁺含量的检测成为人们关注的热点。基于荧光探针的荧光光谱法由于选择性好、灵敏度高等优点被广泛应用于离子检测领域。利用荧光探针分子与待检测离子可发生选择性的弱相互作用，研究者们探索并设计了诸多可用于Cu²⁺检测的荧光探针。然而普通的荧光探针由于灵敏度较差或选择性不理想等问题缺乏实际应用价值。设计并合成了一种新的化学型荧光探针分子9,10-二(3’-羟基-4’-亚甲胺氨基硫脲苯基)蒽（b-HTPA）。该探针分子通过与Cu²⁺的络合作用，改变自身的电子排布结构，使得其荧光性能发生显著变化，由此对Cu²⁺产生灵敏的响应。通过上、下转换荧光光谱来研究b-HTPA对Cu²⁺检测的各项性能，并结合拟合计算得出最终结果。选择性研究结果表明，相比其他13种金属阳离子，Cu²⁺对b-HTPA荧光猝灭效果最为显著，空白探针分子荧光与加入Cu²⁺后的荧光强度比可达150∶1。灵敏性研究结果表明，b-HTPA对Cu²⁺的最低检测限为2.78×10^-7 mol·L^-1，远低于中国卫生部《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006），表现出良好的荧光响应灵敏性和理想的最低检测限。响应时间测试结果表明，b-HTPA与Cu²⁺在0~2 min时间范围内反应速率最大，并在约10 min后反应完全，说明b-HTPA在对Cu²⁺检测中可以短时间产生响应，降低实际应用中的检测时间和周期。还使用八乙基卟啉钯（PdOEP）作为光敏剂，以b-HTPA为湮灭剂，利用上转换荧光光谱对b-HTPA/PdOEP/Cu²⁺体系的灵敏性和检测限进行测试研究。结果表明，探针的上转换荧光强度随着Cu²⁺浓度的增加而降低，具有良好的响应性，通过拟合计算，得出b-HTPA对Cu²⁺的检测限为3.78×10^-6 mol·L^-1，低于《生活饮用水卫生标准》规定的检测下限。设计合成的新型荧光探针分子9,10-二(3-羟基-4-亚甲胺氨基硫脲苯基)蒽对Cu²⁺具有高选择性、高灵敏度和理想的检测限，且响应速度快，展现了上转换发光在检测领域具有应用潜力。
		2019 Vol. 39 (12): 3769-3775 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (2242 KB) ( 12 )

	3776	支持向量机复合核函数的高光谱显微成像木材树种分类
		赵鹏^*，唐艳慧，李振宇
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3776-07
		采用体视显微高光谱成像方法，构建木材树种分类识别模型。利用SOC710VP体视显微高光谱图像采集系统获取可见光/近红外（372.53～1 038.57 nm）波段内的木材高光谱图像。首先，采用ENVI软件提取木材样本感兴趣区域（ROI）的平均光谱，分别采用连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权算法(CARS)对光谱数据进行降维。再利用支持向量机（SVM）分别建立木材样本采集波段和特征波长下的分类模型。然后，在空间维采用第一主成分图像，计算基于灰度共生矩阵（GLCM）的木材纹理特征。在0°，45°，90°和135°四个方向计算能量、熵、惯性矩、相关性等16个特征参数后输入SVM进行木材树种分类处理。最后，采用四个复合核函数SVM进行光谱维和空间维的特征融合及分类识别。20个树种的分类实验结果表明，CARS的特征波长选择效果和运行速度较好一些，采用普通SVM进行木材光谱维特征分类处理时，测试集分类准确率达到了92.166 7%。采用基于GLCM的木材空间维纹理特征时，采用普通SVM的测试集分类准确率是60.333 0%，具有较低的分类精度。在将光谱维和空间维纹理特征进行数据融合及分类处理时，采用复合核函数SVM分类具有更好的效果。采用第二个复合核函数的SVM分类精度最高，测试集分类正确率是94.166 7%，运行时间为0.254 7 s。另外，采用第一个和第三个复合核函数的SVM的测试集分类准确率分别是93.333 3%和92.610 0%，运行时间分别为0.180 0和0.260 2 s。可以看出，采用这3种复合核函数的SVM进行木材树种分类，分类精度都高于采用普通SVM的光谱维或者空间维的分类识别精度。因此，利用体视显微高光谱成像和复合核函数SVM可以提高木材树种分类精度，为木材树种快速分类提供了参考。
		2019 Vol. 39 (12): 3776-3782 [摘要] ( 17 ) RICH HTML PDF (2622 KB) ( 11 )

	3783	SVDD的近红外光谱定性分析光谱质量判定方法
		李浩光^1,2，于云华^1,2，沈学锋^1,2，逄燕¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3783-05
		近红外光谱属微弱信号，其质量易受被测物体自身状态及各种外界因素干扰，具体而言，在近红外光谱定性分析中，影响光谱质量的因素主要有光谱仪状态改变、光谱采集人员错误操作、奇异样本干扰等。建模时若混入质量较差的光谱易影响所建模型的稳健性与适用性，因此光谱质量判定是确保模型预测能力的一项重要工作。目前用于定量分析的光谱质量判定研究较多，而用于定性分析的光谱质量判定研究较少，为此，提出一种基于支持向量机数据描述的近红外光谱定性分析光谱质量判定方法，采用自制漫透射近红外光谱装置采集单籽粒玉米光谱，以正常状况下采集的某品种玉米单籽粒漫透射光谱作为正常样本，而人为漏光、近红外探测器窗口覆盖玉米表皮碎屑、光源强度改变、光源与被测玉米籽粒距离改变、相近品种玉米籽粒混入等几种情况下所采集光谱作为异常样本，在此数据集基础上研究了基于支持向量机数据描述的定性分析光谱质量判定模型建立的原理与方法，其后将支持向量机数据描述方法与常用的马氏距离法、局部异常因子法等光谱质量判定方法进行了对比，并以正常样本正确识别率与异常样本正确拒识率的均值作为评价标准，对实验结果进行分析，由实验结果可以看出相比其他两种方法，基于支持向量机数据描述的光谱质量判定方法具有最优判定能力，建模集正常样本数目会影响光谱质量判定能力，在实际使用光谱质量判定方法时，建模集应包含足量样本。在近红外定性分析时可以将该方法作为剔除异常光谱的手段，在预处理、特征提取，模式分类等近红外光谱定性分析步骤前首先进行基于支持向量机的光谱质量判定步骤，并剔除异常光谱，可有效提高近红外光谱定性分析模型的可靠性，亦为近红外光谱定性分析光谱质量判定提供新的方法参考。
		2019 Vol. 39 (12): 3783-3787 [摘要] ( 21 ) RICH HTML PDF (2213 KB) ( 11 )

	3788	基于时序多光谱影像的干旱草原区开采扰动信息提取方法
		李晶，邓晓娟，杨震，刘乾龙，王媛，崔绿园
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3788-06
		露天开采会彻底改变原有土地利用景观格局，直接破坏当地生态环境，甚至会影响附近居民的生产和生活，因此越来越多的学者开始关注开采扰动。先前有关利用时序多光谱影像提取开采扰动的研究区集中于扰动形式单一的森林区。而我国露天煤矿大多集中于草原区，且我国东北部的草原矿区因其脆弱的生态环境以及其他多种扰动形式的存在，使得开采扰动识别更加困难。为明确我国东北部生态脆弱区草原露采场的开采扰动，以胜利矿区为例，利用1986年—2017年27期Landsat多光谱遥感影像，基于归一化植被指数NDVI（normalized difference vegetation index）的长时间序列轨迹变化特征（为了去除物候、云和阴影等对时序多光谱影像的影响，利用BISE-WT滤波器对原始NDVI时间序列进行滤波处理, 有效地去除时序NDVI数据中的噪声并同时保留有效信息），经过样本点训练，获得CV阈值（变异系数coefficient of variation）和Max阈值（植被阈值），构建CV-Max扰动识别模型，提取研究区的扰动分布。并利用植被阈值，分析NDVI时序轨迹，获得扰动年际信息，重构扰动历史地图；进而通过分析研究区典型地物的光谱特征，构建裸煤提取规则，以此来提取研究区的裸煤分布；最后通过构建裸煤及扰动区两者间的拓扑关系，进行空间拓扑叠置分析，从而获得开采扰动信息。经过精度验证，开采扰动的提取精度达到93.17%（Kappa系数=0.85），扰动年际信息提取精度达到83.35%（Kappa系数=0.81）。结果表明：在研究期间，空间上，开采扰动面积占研究区总面积的8.90%；时间上，开采扰动的发生集中于2000年—2009年，期间开采扰动像元占开采扰动总像元的76.70%；1988年—1998年矿区属于土地损毁初始期，2000年—2005年矿区属于土地损毁加速期，2006年—2009年矿区属于土地损毁高峰期，2010年—2017年开采扰动像元占比趋势比较平缓且持续处于较低水平，矿区土地损毁范围基本稳定。所提出的针对我国东北部生态脆弱性草原矿区，基于时序多光谱影像，利用植被指数NDVI和裸煤光谱特征提取开采扰动信息的方法是可行的，该研究结果可为干旱、半干旱草原露天矿区的可持续发展提供数据和理论方法支撑。
		2019 Vol. 39 (12): 3788-3793 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (3202 KB) ( 11 )

	3794	基于时序NDVI与光谱微分变换的森林优势树种识别
		徐凯健^{1, 2}，田庆久^{1, 2*}，徐念旭^{1, 2}，岳继博^{1, 2}，唐少飞^{1, 2}
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3794-07
		基于遥感光谱特征准确识别优势树种类型对于区域林业资源的监测和经营具有重要意义，也是当前亟待解决的重要科学问题。伴随遥感技术的发展，利用时间序列高分影像能够有效获取林分树种不同物候期生长特性及其冠层光谱动态信息，有利于克服区域森林类型精细识别中普遍存在的异物同谱难题。以中国东北地区赤峰市旺业甸国有林场为试验区，采用覆盖完整自然年的共36景高分一号（GF-1）WFV时间序列数据（16 m），提取包含不同优势树种生长阶段特征的林分冠层光谱归一化植被指数（NDVI），结合支持向量机（SVM）模型对研究区内5种典型优势树种：油松、落叶松、山杨、白桦和蒙古栎，进行不同时间尺度下（单季相、全季相、逐月和逐旬）的光谱识别研究。同时，分别基于原始时序光谱及其一阶、二阶和三阶微分变换结果，探讨了不同分辨率时序NDVI光谱及其3种微分变换结果对区域森林优势树种的识别效果。结果显示，基于不同尺度的时间序列数据能够获得比不同季节单时相数据更好的树种识别结果（p＜0.05），其中采用全季相数据的树种总分类精度相比于春、夏和秋不同季节的单季相数据结果，分别提高了7.67%，6.64%和3.6%，表明时间序列影像中所包含的植被物候信息对于区分不同森林树种类型十分重要，同时秋季是采用单时相数据的最佳识别季节（p＜0.05）；在不同时间序列数据中，基于逐旬的NDVI数据显著优于基于逐月和全季相数据的光谱识别结果（p＜0.05），而基于全季相数据的光谱识别结果最低（p＜0.05），表明更密集的时序光谱信息有利于区域树种类型识别精度的提升。此外，结合光谱微分变换后的树种识别结果比仅采用原始NDVI时间序列的识别结果精度更高（p＜0.05），其中基于逐旬和逐月时间分辨率数据的最高识别精度能够达到82.1%和78.74%，分别提升了3.38%和2.95%。研究表明采用基于全年逐旬或逐月尺度的时序光谱数据，并结合相应的微分变换方法，可以有效提高区域尺度优势树种的识别精度，为相关多光谱森林植被精细识别研究提供参考。
		2019 Vol. 39 (12): 3794-3800 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (4740 KB) ( 8 )

	3801	利用反射光谱研究砂岩风化与排氮作用——以江西龙虎山为例
		徐朝斌^1,2，邱骏挺³，钟全林^{1,2,4 *}，李宝银^2,4，程栋梁^1,2,4，曾汉钊²，常云妮²，余华²，郑文婷²，邹宇星²，张川³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3801-08
		近期，《Nature》、《Science》等世界顶级期刊揭示了地表岩石与全球氮循环的相互作用，认为岩石是氮素的重要储库，其风化排氮是生态系统氮素的主要来源之一，对局部乃至全球氮循环具有重大影响。陆地地表岩石分布面积75%是沉积岩，丹霞地貌是受沉积岩风化侵蚀作用形成的重要地貌类型之一，研究丹霞地貌沉积岩的风化与排氮作用对深入了解全球氮循环过程具有重要意义。以江西龙虎山丹霞地貌出露的红色砂岩为研究对象，在系统的野外样品采集工作基础上，利用偏光显微镜、ASD光谱仪和碳氮分析仪对样品的矿物组成、光谱曲线和氮素含量进行鉴定和测量。结果表明：龙虎山砂岩主要为长石砂岩，颗粒矿物为长石和石英，胶结物以铁质、钙质为主，次为泥质；砂岩的化学风化类型主要有胶结物溶蚀和颗粒矿物水化两种，其中胶结物溶蚀以铁质溶蚀为主，溶蚀后岩石的光谱曲线在902 nm处（Fe³⁺的特征吸收波段）的吸收指数下降，而颗粒矿物水化则主要体现为长石向粘土矿物转变，水化后岩石的光谱曲线在2 210 nm处（粘土Al—OH的特征吸收波段）的吸收指数上升。针对同一件样品，已被化学风化的部分与未被风化的部分相比，其氮元素含量有所下降，且氮元素含量与2 210 nm处的吸收指数存在一定的负相关系（R²=0.802 6），说明岩石风化有助于氮排放；针对不同样品，氮元素含量与2 210 nm处的吸收指数相关性很差（R²=0.025 6），说明岩石矿物组成与结构差异对岩石初始氮含量和吸收指数产生影响，从而降低两者间的相关性。以上研究说明，反射光谱为砂岩风化程度检测与氮排放研究提供了一种重要的技术手段，但研究时必须注意岩性的一致性。
		2019 Vol. 39 (12): 3801-3808 [摘要] ( 16 ) RICH HTML PDF (7462 KB) ( 8 )

	3809	近红外光谱LASSO特征选择方法及其聚类分析应用研究
		李鱼强¹，潘天红^{1, 2*}，李浩然¹，邹小波³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3809-07
		近红外光谱技术是一种通过分析样本的特征光谱数据，实现定性或定量分析的无损检测方法，特征数据的完整性和代表性决定了所建模型的性能，而现有分析方法只能实现光谱子区间特征筛选，导致分析模型稳定性差、且难以再优化。为实现近红外光谱区间高维数特征提取，有效提高近红外光谱定性分析模型的精度和稳定性，提出一种基于最小绝对收缩和选择算法(LASSO)的光谱特征筛选方法，并以我国特色高值外贸产品云南松茸为分析对象进行聚类应用研究，讨论了该方法对于高维光谱特征筛选的有效性、分析对比了LASSO筛选特征变量及主元分析(PCA)降维算法所建松茸真伪甄别及食用菌分类模型的预测精度及稳定性。通过调研发现，云南产鲜松茸因其独特外形易于分辨，而片状的干松茸失去其独有的外形特征，导致国内干松茸掺假事件屡禁不止。选取云南产松茸、杏鲍菇、老人头、姬松茸四种干样共166样本数据进行分析，采用光谱范围为900～1 700 nm的NIRQuest512型近红外光谱仪获得166×512维原始光谱数据，剔除异常数据后采用标准正态变换对光谱数据进行预处理。在此基础上，利用LASSO筛选出全光谱区间的特征变量，再使用Kennard-Stone法并结合典型线性(KNN)和非线性建模(BP)算法，构建松茸真伪甄别模型和食用菌分类模型，对两种模型进行盲样测试，并分析了LASSO与PCA算法的不同点，最后使用蒙特卡罗方法检测两种模型的稳定性。实验结果表明基于LASSO光谱特征选择的松茸真伪甄别模型和食用菌分类模型预测精度和稳定性均高于PCA方法，其中基于原始光谱数据所建真伪甄别模型的预测准确率为69.57% (BP)和60.87% (KNN)，食用菌分类模型准确率为67.39% (BP)和65.22% (KNN)，基于LASSO特征筛选的真伪甄别模型预测准确率分别达到100% (BP)和78.26% (KNN)，食用菌分类模型预测准确率分别达到89.13% (BP)和80.43% (KNN)，对两种模型进行10次蒙特卡罗实验，其结果平均值分别为99.93%和97.22%，由此可知，与PCA等数据降维算法相比，LASSO可实现全光谱区间的光谱特征选择和数据降维，有效地提高了近红外定性分析模型的预测性能，为近红外分析提供了一种新的特征筛选方法。
		2019 Vol. 39 (12): 3809-3815 [摘要] ( 16 ) RICH HTML PDF (4495 KB) ( 9 )

	3816	木蜡油涂饰对檀香紫檀易混树种的红外光谱影响分析
		刘婧¹，黄安民²，张求慧^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3816-05
		卢氏黑黄檀和染料紫檀木材特征与檀香紫檀相似，特别是两者经过加色精的木蜡油涂饰后，用肉眼很难与珍贵的檀香紫檀分辨。市场上销售的很多红木家具为了达到防腐、防尘、防开裂的性能以及提高红木表面光泽度和显现珍贵木材的纹理，大都进行了木蜡油表面涂饰加工，因而只研究木材本身的鉴别不能满足市场需求。借助红外光谱（FTIR）结合二阶导数红外光谱（SDIR）和二维相关红外光谱（2D-IR）技术，对经过木蜡油涂饰的檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）、染料紫檀（P.tinctoricus Welw）和卢氏黑黄檀（Dalbergia louuelii）进行了红外光谱分析。通过打磨—涂底油—打磨—涂面油—干燥的涂饰工艺对3个树种进行表面涂饰。分别取3个树种素材的木粉和经过表面涂饰的木材表面的木粉进行FTIR，SDIR和2D-IR三级鉴别分析，同时测定了木蜡油的FTIR谱图。结果表明：(1）木蜡油FTIR谱图在2 925，1 733，1 465和1 378 cm^-1较强的特征峰出峰位置与3个树种木材本身的出峰位置基本重合，且在2 854 cm^-1处归属于亚甲基C—H对称伸缩振动，1 233 cm^-1处归属于羧基C—O伸缩振动，729 cm^-1处归属于长链的亚甲基C—H弯曲振动的特征峰在涂饰后三种样品的FTIR谱图中有相同的体现，说明木蜡油涂饰未对3个树种红外谱图的特征峰产生影响；3个树种表面涂饰前后FTIR谱图的相关系数同时可以对木蜡油涂饰未对3个树种的特征峰产生影响进行佐证；(2）FTIR谱图在1 595，1 060和836 cm^-1处可以将染料紫檀与檀香紫檀和卢氏黑黄檀两个树种区分开；SDIR谱图可以在1 551 cm^-1将卢氏黑黄檀区分开，并能进一步对染料紫檀的特征峰进行验证；在2D-IR光谱中，在1 425~1 800和850~1 300 cm^-1两个波段范围，檀香紫檀的自动锋明显区别于其他两个树种，在1 250 cm^-1处归属于醚类化合物的吸收峰可以将檀香紫檀区分开。目前红木识别主要利用木材解剖方法，表面涂饰大多集中在木材材色变化研究。借助红外光谱技术，最终利用各个树种和木蜡油在红外光谱谱图中不同的特征峰体现的官能团差异直接推测特征成分的含量差异，无须测定其特征成分的具体物质，进而实现准确、快速地把经木蜡油表面涂饰的檀香紫檀及与其易混淆的染料紫檀和卢氏黑黄檀区分鉴别。
		2019 Vol. 39 (12): 3816-3820 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (2927 KB) ( 4 )

	3821	食用植物油中反式脂肪酸含量的激光拉曼光谱检测
		蒋雪松¹，莫欣欣³，孙通^2,3*，胡栋²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3821-05
		油脂中的反式脂肪酸(TFA)有害人们的身体健康，有必要对其含量进行监测。共收集各类食用植物油样本79个，涉及9个品种和27个品牌，分配到校正集和预测集的样本数分别为53个和26个。采用QE65000拉曼光谱仪采集79个样本的拉曼光谱，利用自适应迭代惩罚最小二乘法去除样本拉曼光谱的荧光背景；在此基础上，采用多种归一化方法对样本拉曼光谱进行处理，并对拉曼光谱的建模波数范围进行初选；再利用竞争性自适应重加权采样(CARS)方法筛选与食用植物油TFA含量相关的光谱变量，并应用偏最小二乘(PLS)回归将食用植物油TFA的特征变量光谱强度与气相色谱测定的TFA真实含量进行关联，建立食用植物油中TFA含量的定量预测模型。研究结果表明，多种归一化方法中，有4种归一化方法均能提高PLS定量预测模型的性能，其中Area normalization方法的效果最优；经建模波数范围初选，波数范围由686~2 301 cm^-1缩减为737~1 787 cm^-1，确定较优的建模波数范围为737~1 787 cm^-1；经CARS方法筛选，共有31个光谱变量被选择，其选择的光谱变量主要分布在1 265，1 303，1 442及1 658 cm^-1拉曼振动峰附近，且974 cm^-1拉曼振动峰两侧均有光谱变量被选择；此外，CARS方法的PLS建模结果优于常用的无信息变量消除及连续投影算法。由此可知，激光拉曼光谱技术结合化学计量学方法检测食用植物油中的TFA含量是可行的。归一化方法、建模波数范围初选及竞争性自适应重加权采样(CARS)方法能有效提高TFA定量预测模型的预测精度和稳定性，优化后的TFA定量预测模型的校正集及预测集的相关系数和均方根误差分别为0.949，0.953和0.188%，0.191%。与未优化的预测模型相比，预测均方根误差由0.361%下降为0.191%，下降幅度为47.1%；建模所用的变量数由683个下降为31个，仅占原变量数的4.54%。
		2019 Vol. 39 (12): 3821-3825 [摘要] ( 16 ) RICH HTML PDF (1974 KB) ( 6 )

	3826	Landsat-8的舟山近岸海域总悬浮物遥感反演与时空变异研究
		逄淑娜¹，朱渭宁^1*，陈江²，孙楠³，黄李童¹，张昱森¹，张泽亮¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3826-07
		总悬浮物(TSM)是海洋水质和水环境评价的主要参数之一。舟山海域位于杭州湾边缘，泥沙含量多，总悬浮物长期处于高浓度状态，其分布与动态变化对近岸水质、水循环以及该区域的渔业、旅游业都有较大影响。Landsat-8卫星影像作为一种应用广泛、空间分辨率高、便于获取的光学信息，可以为舟山海域的TSM观测提供有力的技术手段。利用舟山近岸海域实测TSM吸收系数a_p(440)和水面光谱，开发了基于Landsat-8反演TSM的最优模型，发现基于近红外和蓝色波段比B5/B2的S-函数和线性函数模型反演精度较好，相对于线性模型，S-函数具有更强的鲁棒性，该模型形式为a_p=3.72/(0.009+e^-5.249B5/B2)，克服了常用函数模型（如线性、对数、指数函数）应用于实际卫星影像时出现光谱幅度范围受限的困难。海岸带内陆复杂水体水色遥感的另一难点是大气校正，以往的研究往往只采用某种大气校正模型，但该模型不一定适合研究水域，从而使得校正结果并不一定是最优的。在本研究中，验证比较了FLAASH，6S和ACOLITE三种大气校正方法面向Landsat-8水色反演的校正结果，发现ACOLITE方法获取的光谱形状最准确，误差最小，特别在蓝色波段，明显好于FLAASH和6S方法。将最优模型应用于舟山近岸海域2013到2018年的10幅Landsat-8图像。实测数据和反演结果显示：舟山近岸海域的TSM吸收系数a_p(440)的变化范围在1.64～417.04 m^-1，均值118.47 m^-1，TSM吸收占水体总吸收的90%以上，该海域实测的水面光谱形状呈现典型的河口海岸带复杂浑浊水体的光谱特征，很多光谱曲线具有双峰特征，遥感反射率幅值较大，特别是红色、近红外波段，由于受河口高浓度TSM的影响，遥感反射率高于远海较清洁的海水；衢山、洋山、宁波等近岸区域的TSM浓度明显高于东极、嵊泗等远海区域，随河口羽化区呈现由高到低的梯度变化，在近岸区域分布复杂，外海区域分布较为均匀。在时间分布上具有冬季浓度远高于夏季的特点，其中12月最高，最大值为413.32 m^-1，8月最低，最小值为3.69 m^-1，5月、10月期间也有TSM的局部峰值。这些TSM时空变异特征表明舟山海域悬浮物的分布和变化一方面受地形、海流、潮汐、季风、台风等自然环境因素的影响，另一方面也受如海运、港口建设、海岛旅游等人类活动的较大影响。
		2019 Vol. 39 (12): 3826-3832 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (3109 KB) ( 12 )

	3833	湖南现代河流砂矿金刚石的红外光谱测定及其源区指示
		邓小芹¹，丘志力^1*，马瑛^{1, 2}，薄昊楠¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3833-06
		红外光谱分析可以有效地厘定金刚石类型和杂质成分，揭示金刚石形成的物理化学条件及其源区特征，约束金刚石的形成机制。对湖南现代河流砂矿金刚石红外光谱原位分析结果显示，样品以ⅠaAB型为主（93%），含有少量ⅠaA型（5%）、ⅠaB型（<1%）和Ⅱa型（1%）；大部分表现为中-低氮含量（35.0~436 μg·g^-1）和中-低氮聚集度（3%~57%，平均转化率为37%），少数具有高氮特征（517~2 848 μg·g^-1，甚至高达6 829 μg·g^-1）。这些金刚石在地幔中的存储温度集中在1 100~1 230 ℃，与前人根据金刚石内包裹体矿物得出的形成温度基本一致。此外，它们在地幔中的存储时间普遍较短（大部分<0.2 Ga）。这些特点暗示湖南现代河流砂矿的金刚石可能主要形成于上地幔，其来源与超基性岩或榴辉岩有关；少数高氮含量、低聚集氮特征的金刚石的存在则显示它们与榴辉岩关系更密切。与扬子克拉通贵州原生金刚石红外光谱数据的对比显示，贵州金刚石以高比例极低氮含量的Ⅱa型金刚石为主（占约75%），同时具有破碎度大、表面熔蚀强烈等特点，表明其来源较深，且在岩浆上升过程中经历了高温熔蚀作用。红外光谱数据显示，湖南砂矿和贵州原生矿来源的金刚石形成深度及其地球化学环境存在明显的差异，可能是在扬子克拉通地幔不同深度范围或者不同阶段形成的产物。进一步分析表明，湖南砂矿金刚石和贵州原生金刚石可能构成了扬子克拉通内一个完整的金刚石形成序列，它们分别与不同源区或不同的地球化学环境相对应。前者搬运距离较短，推测其源区可能主要来自近源补给区。现代河流砂矿金刚石的红外光谱分析为进一步探索扬子克拉通金刚石的源区特征和形成环境提供了新的指示和约束。
		2019 Vol. 39 (12): 3833-3838 [摘要] ( 7 ) RICH HTML PDF (2904 KB) ( 5 )

	3839	辽代绿琉璃瓦残块的分析研究
		孙凤^1,2，王若苏¹，许惠攀¹，刘成^1,2，黄风升¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3839-05
		琉璃瓦作为古代高等级的建筑材料，从北魏时期就在宫殿、皇家寺庙上开始应用，辽宋时期除了应用在皇室建筑上，并且开始在陵园建筑上使用琉璃瓦。现存的明清时期琉璃瓦普遍存在釉层大量脱落的状况，但研究的这件辽代的绿琉璃瓦残块上，虽然釉层极薄、冰裂纹遍布、表面发白，釉层却整体保存十分完好，几乎没有明显起翘脱落，且具有很好的强度。采用超景深显微观察、扫描电镜能谱分析和X射线衍射分析，结合文献资料，对辽宁北镇医巫闾山辽代帝陵遗址中的新立遗址出土绿琉璃瓦残块进行胎、釉的成分分析，研究其烧造工艺，并对其保存现状和釉层保存完好的原因进行深入探讨。结果表明该绿琉璃瓦胎体原料为优质瓷土加上少量小颗粒砂石，其晶相有石英、α-方石英、硅线石、刚玉，是瓷土作胎的较早范例，为我国使用瓷土烧制琉璃瓦的早期历史和工艺发展提供了佐证。绿色釉层属于PbO-SiO₂-Al₂O₃基础釉体系，以Cu为呈色元素，Pb含量低于明清琉璃瓦，其成分中ZnO的缺失可能是釉面青绿色深浅不一、光泽度较低的原因。绿釉几乎无剥离，胎釉结合强度很好，是由于低铅薄釉降低了热膨胀系数、缓解了应力，胎釉热膨胀系数相配，表层浅裂缝不易联通内部与外界环境。加之其使用和保存环境都较为干燥，降低了水的影响，几乎没出现吸湿膨胀和冰冻膨胀。该工作可为相似文物样品的研究、辽代建筑琉璃构件工艺的研究和琉璃文物的病害和保存提供参考。
		2019 Vol. 39 (12): 3839-3843 [摘要] ( 7 ) RICH HTML PDF (2133 KB) ( 8 )

	3844	莫桑比克棕黄色碧玺的宝石学及光谱学表征
		廖秦镜，黄伟志，张倩，裴景成^*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3844-05
		碧玺是晶体结构和化学成分都十分复杂的含硼硅酸盐矿物。在珠宝市场中最为常见的碧玺品种几乎都为锂碧玺和少量镁碧玺，目前的珠宝专业教材或相关领域的文章都对锂碧玺研究较多，而镁碧玺却少有涉及。对六颗产于莫桑比克的黄-棕黄色碧玺刻面宝石进行了宝石学常规测试、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测试、红外吸收光谱、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱和激光拉曼光谱测试，以获得碧玺样品的宝石学及谱学特征。宝石学常规测试表明，实验样品与一般常见碧玺的物理和光学性质基本符合，但所有样品在紫外荧光仪短波（254 nm）下具有中-强绿色荧光，而一般碧玺在短波下为惰性，此外，样品中均含有较多的浅色和深色的粒状矿物包裹体，且不见一般碧玺中常见的长管状包裹体、气液两相包裹体。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析表明，实验样品属于镁碧玺，其平均晶体结构化学式为(Ca_0.15Na_0.85)_1.00(Mg_2.89Fe_0.02Al_0.09)_3.00Al₆(Si₆O₁₈)(B_0.95□_0.05O₃)₃(OH)₄。选取包裹体较少的样品进行红外吸收光谱测试，碧玺样品在2 000～6 000 cm^-1区域内有OH和Si—O的振动峰，说明样品含有结构水。经过紫外-可见光吸收光谱测试，样品在400～500 nm内有一宽吸收峰，谱峰位置在445 nm左右，这可能与Fe²⁺-Ti⁴⁺的电荷转移和交换耦合的Fe²⁺-Fe³⁺离子对有关。经过荧光光谱测试，本批碧玺样品在254 nm激发光源下，产生中-强的绿色荧光，特征荧光峰为534 nm强峰及475 nm肩峰，荧光的产生原因与样品中Ti和Fe有关。对碧玺样品的主体矿物进行激光拉曼测试，测试结果符合镁电气石的拉曼光谱。该研究创新主要体现在以下两个方面：（1）研究对象经测试属于镁碧玺，其谱学特征方面尚未有详细研究；（2）实验样品在短波下具有独特的荧光现象，这一现象目前还没有其他学者提出，且笔者对荧光产生的原因进行了分析。
		2019 Vol. 39 (12): 3844-3848 [摘要] ( 32 ) RICH HTML PDF (1929 KB) ( 17 )

	3849	俄罗斯翠榴石的化学成分及光谱学表征
		裴景成，黄伟志，张倩，翟少华
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3849-06
		翠榴石为石榴石家族中最为贵重的亚种，以其漂亮的外观和稀有性深受欢迎。尤其是俄罗斯所产翠榴石更是国内外收藏家最为追捧的对象。前人从不同角度对石榴石族矿物研究较多，但关于翠榴石的研究较少。为了探究俄罗斯翠榴石的化学成分及光谱学特征，运用LA-ICP-MS，IR，Raman和UV-Vis，对俄罗斯翠榴石进行系统研究，旨在获得其化学成分尤其是稀土元素特征、光谱学特征，分析致色原因，为其品种鉴定及产地溯源提供重要数据。化学成分研究表明，俄罗斯翠榴石几乎为纯的钙铁榴石(Andradite>96.39 Mol.%)。次要成分中，Cr₂O₃含量较高，平均0.502 Wt%，除此以外还含少量Al，Mn，Ti和V。其中Cr和V均为石榴石中致绿色的元素。稀土元素含量总体不高，∑REE平均4.85 μg·g^-1；且轻稀土元素明显富集，∑LREE平均4.56 μg·g^-1；重稀土元素相对亏损，∑HREE平均0.29 μg·g^-1, ∑LREE/∑HREE=5.35~100.48。多数样品显示Eu正异常。主要拉曼位移为994.5，873.5，841.5，815，576，552，515，492，451，369，351，323，310.5，295，263，234.5和172 cm^-1。拉曼光谱仅可作为翠榴石品种鉴定的手段之一，对其产地溯源作用不大。红外光谱研究表明，指纹区红外反射光谱可以有效鉴别翠榴石，红外光谱官能团区显示结构水的吸收峰，表明俄罗斯翠榴石含有少量结构水，这与其形成过程与热液交代作用有关。紫外-可见吸收光谱研究显示，俄罗斯翠榴石在384和440 nm处具明显吸收峰，436 nm见弱吸收峰，620 nm附近出现宽缓吸收带，从500 nm附近至紫外区强烈吸收。分析认为440 nm吸收带归于八面体位Fe³⁺的⁶A₁→⁴A_1g+⁴E_g(G)跃迁所致；620 nm吸收带归于八面体位Cr³⁺的⁴A_2g(F)→⁴T_2g(F) d—d跃迁所致，Fe和Cr同为致色元素，O-Fe荷移带及440 nm强吸收带使得钙铁榴石产生黄色、黄绿色，Cr³⁺的加入，产生620 nm宽缓吸收带，吸收橙黄色光，使得宝石颜色向绿色端偏移，显示纯正的绿色。拉曼光谱、红外光谱指纹区特征可以用于准确鉴定翠榴石；稀土元素特征及中红外光谱官能团区结构水特征，可以为其产地溯源提供重要信息。
		2019 Vol. 39 (12): 3849-3854 [摘要] ( 19 ) RICH HTML PDF (2562 KB) ( 13 )

	3855	湖田窑宋代青白瓷的组成及呈色特征
		吴军明^{1, 2}，马泓蛟¹，潜伟^1*，郑乃章²，海金霞²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3855-06
		景德镇宋代以生产青白瓷而闻名，其中湖田窑又是景德镇宋代窑址中最典型的一处，其生产的青白瓷精巧细致，有“假玉器”和“饶玉”之称。研究采用能量色散X荧光光谱分析仪和色差计，分析了湖田窑宋代青白瓷的胎、釉化学组成和色度值，初步探讨了不同时期青白瓷的组成、配方和呈色特征。研究表明，湖田窑北宋和南宋青白瓷胎体组成特征基本一致，均与当地瓷石原料较为接近，极有可能采用了附近的三宝瓷石原料制胎。瓷釉组成结果显示釉中含有较高的CaO和一定量的MnO和P₂O₅，表明湖田窑青白瓷釉为“钙釉”，且釉料配方中引入了一定量的草木灰。色度分析结果显示，湖田窑北宋和南宋青白瓷釉主波长分别为500和496 nm左右，均落在可见光波的绿色波段。但对比北宋和南宋瓷釉组成和色度结果发现，北宋青白瓷釉无论是组成还是色度数据结果均较南宋更为分散，且南宋青白瓷釉层呈色相较北宋样品b值更小，釉色更为偏蓝。研究认为，湖田窑青白瓷从北宋至南宋，釉料配方经历了从探索逐渐走向成熟、稳定的过程。研究结果不仅为景德镇湖田窑青白瓷的断源断代提供了数据支撑，也为湖田窑青白瓷制瓷技艺的传承和传播提供了一定的科学素材。
		2019 Vol. 39 (12): 3855-3860 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (2168 KB) ( 9 )

	3861	LIBS与反向传播算法结合的橄榄石成分分析
		袁汝俊^{1, 2, 3}，万雄^{1, 2*}，何强^{1, 2, 3}，王泓鹏^{1, 2}
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3861-07
		LIBS是一项用于分析物质成分的有力手段，但是定量分析时存在结果不准确、重复性低等缺点。为了准确预测自然界中橄榄石的成分信息，通过按照自然界中的橄榄石的成分信息制作15组橄榄石样品，将其中的11组作为标准样品，另外4组作为测试样品进行LIBS定量分析。每个样本采50条LIBS光谱建立橄榄石的LIBS数据库。然后采用多元线性回归算法和反向传播算法对样本的50组数据进行分析，有效的降低了由于随机误差造成的测试结果的不准确。最终结果表明，使用激光诱导击穿光谱和反向传播算法对橄榄石中镁橄榄石与铁橄榄石含量进行检测，预测结果的决定系数为0.901，接近常规的多元线性回归算法得到的0.911，这说明反向传播算法对橄榄石含量的预测精度接近多元线性回归算法。同时使用反向传播算法得到的结果的均方根误差为28.64，优于后者的29.23，说明使用反向传播算法得到的结果分布更加集中。此外，通过分析关联矩阵中各数值的大小与各元素谱线的位置的对应关系，表明使用反向传播算法反演出来的关联矩阵F与之所代表的物理含义的相关性更高。说明反向传播运算不仅与传统的多元线性回归算法性能相当，而且在预测数据的一致性上表现得更好。此外使用反向传播算法可以直接对激光诱导击穿光谱得到的橄榄石全谱数据进行数据反演，而不需要经过光谱寻峰这一步骤，简化了数据分析流程，弥补了多元线性回归算法难以分析全谱数据的不足。
		2019 Vol. 39 (12): 3861-3867 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (4135 KB) ( 7 )

	3868	THM-Py-GC/MS分析内蒙古伊和淖尔出土照明燃料
		韩化蕊¹，魏书亚^1*，静永杰²，王晓琨³，李延祥¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3868-05
		考古发掘出土的遗物中，有机残留物大部分是以附着在器物上，或者是遗址表面而存在的，由于没有固定形状，或量少而难以发现，且不易保存，因此常常被忽视。但是这类有机物作为古代人类生活生产资料，包含重要的历史信息，具有珍贵价值。通过遗址中发现的器物或者有机残留物，可以决定器物甚至是遗址的用途，古代照明燃料就属于这类有机残留物。中国古代多使用动物油、植物油、蜡等作为照明燃料，对植物油和蜡都有一定研究，但对于动物油种类的分析仅停留在区分反刍动物与非反刍动物。引入热裂解气相色谱质谱技术（THM-Py-GC/MS）研究有机残留物，使用600 ℃裂解温度经过12 s裂解时间，可以将甘油三酯与老化过程中由于失去酰基逐步形成的双酰基甘油、单酰基甘油等完全裂解成甘油与脂肪酸，通过计算脂肪酸相对含量，可以分析不同动物油具有的特征。同时用高温裂解代替了传统酸化提纯样品的预处理方法，能最大程度的保留样品中的各组分。加入过量的四甲基氢氧化铵，可将样品中脂肪酸与醇等量转化为对应的酯和醚，在气相色谱初始50 ℃保持5 min，然后以10 ℃·min^-1升至280 ℃保持10 min的条件下，将甲基化的样品组分分离，质谱以1∶100的分流比进行测定。对内蒙古伊和淖尔墓地出土铁灯内的残留物进行了分析，结果显示，灯内残留物样品中主要成分是C7—C22连续碳原子的脂肪酸，含量较高的饱和脂肪酸有十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸等。对比老化前与老化后猪油、牛油、羊油等动物脂肪参考样品所含主要成分与相对含量，老化后的羊油中的奇数碳饱和脂肪酸含量明显高于其他两种动物油，并且这一特征也体现在考古样品中，结合以往文献中动物油成分的研究结果，可以判断出残留物中所含动物油的确切种类属羊油。此外样品中包含的碳氢化合物与醇属于蜡的成分，根据脂肪酸及醇的相对含量可以判断为蜂蜡。热裂解气相色谱质谱技术（THM-Py-GC/MS），为出土有机残留物，特别是动物脂肪种类的的分析研究，提供了更加高效、便捷的方法。并且，对混合有机残留物种类的鉴别也做出了有益的尝试。
		2019 Vol. 39 (12): 3868-3872 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (1234 KB) ( 4 )

	3873	基于高光谱反射率的喀斯特地区土壤重金属锌元素含量反演
		王金凤^{1, 2，5}，王世杰^{2, 3}，白晓永^{2, 3*}，刘方¹，路茜^{1, 2}，田诗琪^{2, 4}，王明明²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3873-07
		针对传统土壤重金属锌元素含量测定效率低下和喀斯特地区山高坡陡土壤样品采集难度大，亟需先进手段获取土壤重金属锌元素含量的要求，以喀斯特流域为研究区，利用电感耦合等离子质谱测定土壤样品的锌元素含量和分光光广度计采集土壤光谱数据。将所测定的原始光谱，经过连续统去除、一阶、二阶微分、倒数、倒数对数、倒数对数一阶、倒数对数二阶微分7种数学变换，基于高光谱吸收重金属元素的特征吸收带初步判断光谱特征变量，利用相关分析进一步筛选特征变量，运用逐步回归最终确定有效建模光谱变量。采用非线性和线性算法，揭示光谱敏感波段反射率与重金锌元素含量之间的映射关系，进行土壤重金属含量估测。结果表明：基于耦合的光谱特征变量甄选方式，锌元素的特征波段580，810，1 410，1 910，2 160，2 260，2 270，2 350，2 430 nm与铁氧化物、有机质、粘土矿物吸收带关联，表明一定程度上捕捉到喀斯特地区土壤重金属锌元素的光谱吸收特性；运用随机森林、支持向量机、偏最小二乘3种算法进行元素含量与光谱变量建模后，采用决定系数和均方根误差评价模型精度。从光谱变换形式和模型性能二个维度综合判断，基于二阶微分变换的随机森林算法准确度最高，为最佳估算模型。通过高光谱反射率估测重金属锌元素含量，实现了喀斯特地区土壤重金属锌元素含量的高效快速反演，为喀斯特地区重金属元素含量动态监测提供了可靠的技术支撑。
		2019 Vol. 39 (12): 3873-3879 [摘要] ( 13 ) RICH HTML PDF (6108 KB) ( 9 )

	3880	多光谱影像的陕西大西沟矿区土壤重金属含量反演
		王腾军^{1, 2}，赵明海³，杨耘^1*，张扬^{2, 4}，崔琴芳¹，李陇同¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3880-08
		传统的以“点采样+实验室分析”为主的土壤重金属含量分析技术成本高、效率低下，而基于多光谱遥感的土壤重金属高精度定量反演中存在重金属含量影响因子的优化这一难题，以陕西大西沟矿区这类山区地形条件下的金属矿区为例，利用Landsat8/OLI多光谱卫星影像、DEM数据以及外业土壤采样分析数据，开展了矿区土壤重金属含量指示因子分析及定量反演研究。首先，考虑研究区地形地貌特点，设计了沿研究区地形特征线及其两侧坡面均匀分布的样点分布方案，采集了45个样本。并对45个样本的混合样中的8种重金属含量进行了兴趣度分析，根据含量超标程度及矿的类型选取了铜、铅、砷3种元素作为分析对象。其次，根据研究区土地利用现状及地形特点，提出了以Landsat8/OLI影像B2至B7波段光谱反射率、粘土矿物比（CMR）、改进归一化水体指数（MNDWI）、差异植被指数（DVI）等八种光谱指数、以及反映研究区地形坡度和坡向三类因子作为反映土壤重金属含量空间分布特征的侯选因子。进而，对上述三类侯选因子与样本中3种金属含量进行了最小二乘相关性分析。根据分析结果，引入了基于估算误差最小准则的金属含量估算模型——基于规则的M5模型树的分段线性估算模型。以上述三大类共17个指示因子作为模型的输入，利用80%的土壤样本分析数据作为模型的训练数据，经过M5模型树的构建、平滑和树枝修剪过程，建立了3种金属的反演模型实现了研究区中土壤中3种金属含量的估算。同时，基于均方根误差（RMSE）最小准则确定了以光谱因子为主的最利于反演的最佳指示因子集。最后，用随机选取的20%的检验样本对模型进行了反演精度分析，验证了该模型对铜、铅、砷3种金属含量的反演精度比普通的线性模型分别提高了27.3%，24.6%，20.9%，同时，铜、铅元素的可信度也有所提高。利用上述模型的反演结果实现了3种金属含量的空间分布制图，并将反演结果与1990年公布的国家土壤元素背景值进行了对比。此外，分析了研究区铜、铅、砷3种金属的空间分布规律，并利用野外调查结果进行了验证。
		2019 Vol. 39 (12): 3880-3887 [摘要] ( 13 ) RICH HTML PDF (4247 KB) ( 6 )

	3888	洱海上覆水DOM荧光特征及对富营养化的指示意义
		赵海超^{2, 3}，李艳平³，王圣瑞^{1, 3*}，焦立新³，张莉³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3888-09
		湖泊溶解性有机物（DOM）组成特征对水质具有重要的影响，研究上覆水DOM组成特征对指示湖泊富营养化现状具有重要意义。采用荧光光谱区域体积积分分析法（FRI）定量分析洱海上覆水DOM组分时空变化，以及DOM组分与水质因子间的关系，对比分析不同来源入湖水体、不同富营养化程度高原湖泊上覆水DOM组分荧光特征。结果表明，洱海上覆水体DOM主要以类腐殖酸为主，其次为类富里酸，洱海DOM总量及类腐殖酸组分中部较高，色氨酸和络氨酸等类蛋白质DOM南部较高，类富里酸DOM北部较高。藻华易发期（10月）类蛋白质和类富里酸DOM较低，类腐殖酸DOM显著增加，DOM生物源降低，DOM生物活性降低。洱海沉积物内源释放和入湖河流主要影响上覆水中类腐殖酸DOM，湿沉降主要增加类蛋白质DOM。在湖泊贫营养阶段类富里酸DOM对水质影响较大，在富营养阶段类腐殖酸DOM对水质影响较大。随着湖泊富营养化程度的加剧，上覆水类蛋白质和类富里酸DOM所占比例呈下降趋势，微生物降解产物和类腐殖酸DOM所占比例呈增加趋势。DOM荧光组分占比变化对湖泊富营养化具有指示作用。
		2019 Vol. 39 (12): 3888-3896 [摘要] ( 8 ) RICH HTML PDF (7174 KB) ( 4 )

	3897	基于光饱和影响校正的作物叶绿素分布光谱成像检测
		孙红¹，邢子正¹，乔浪¹，龙耀威¹，高德华¹，李民赞^1*，Qin Zhang²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3897-07
		叶绿素含量是作物光合能力与营养评价的重要指标，因此快速检测作物叶绿素含量与分布可为作物营养动态分析与长势评估提供支持。基于RGB(Red, Green, Blue)和NIR(Near Infrared)多光谱图像的获取，开展玉米作物营养状态分布光谱学成像检测。构建了多光谱图像采集平台获取RGB和NIR图像，研究了基于光饱和校正算法的RGB图像的光饱和校正与NIR图像去噪方法，通过图像的匹配分割，冠层的提取校正，建立了基于冠层图像的作物SPAD值检测模型与分布成图。采集15株玉米植株RGB-NIR图像，并同步获取不同植株，不同位置共68个叶绿素含量指标SPAD值。首先对RGB图像进行光饱和校正，再对NIR图像进行滤波和图像增强，其次对RGB和NIR图像进行了SURF(speeded-up robust features)和RANSAC(random sample consensus)图像匹配，利用RGB图像的颜色特征，采用ExG(Extra Green)和OTSU算法生成分割掩模，对RGB图像和NIR图像进行分割提取，提取图像的R, G, B和NIR分量，利用4阶灰度板进行反射率校正，然后计算作物图像中像素级P_SPAD值，并建立图像P_SPAD值与叶绿素仪SPAD值的拟合模型，最后绘制作物SPAD分布图。通过HSI(Hue, Saturation, Intensity)彩色模型中的I分量直方图对比去饱和前后光分布范围，以作物SPAD值分布图验证光饱和校正算法对作物叶绿素含量分布检测提升的效果。RGB图像光饱和校正前I分量集中在[140～180]之间，光饱和校正后的RGB图像I分量集中在[85～130]之间, 校正了相机成像时产生模糊和RGB图像饱和。对分割后的RGB图像和NIR图像提取R，G，B，NIR分量进行4阶灰度板校正，相关系数分别为0.829，0.828，0.745和0.994，进而生成R，G，B和NIR四波段的反射率伪彩色图像，反射率R_NIR＞R_C＞R_R＞R_B。体现了作物的在蓝光和红光区域吸收光，在绿光区域和近红外区域反射光的光谱特性。校正前后的R和NIR分量反射率计算图像P_SPAD值拟合叶绿素含量指标SPAD值的模型结果显示，校正前R²为0.332 6，校正后R²为0.619 3，绘制作物的SPAD特征分布图，可为作物的营养动态快速分析与分布检测提供技术支持。
		2019 Vol. 39 (12): 3897-3903 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (2951 KB) ( 5 )

	3904	小麦呕吐毒素污染可见/近红外光谱快速筛查方法研究
		蒋雪松¹，张斌²，赵天霞²，熊超平²，沈飞^2，何学明²，刘琴²，周宏平^1，刘兴泉³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3904-06
		小麦不仅是我国主要的粮食品种，也是一种重要的饲料和工业原料。小麦易受赤霉病感染从而产生呕吐毒素，学名脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），具有一定致癌性，对人畜健康构成严重威胁。尤其近年来极端异常气候频发，小麦DON污染风险呈不断上升趋势，已成为影响其产品质量安全的主要因素。然而，传统DON检测方法过程繁琐、耗时费力，因此发展一种快速、低成本且适用于在线的检测方法对小麦安全生产及加工具有重要意义。首先从江苏各地收集不同赤霉病感染程度的小麦样品200份，磨粉后利用超高效液相色谱-串联质谱联用法（UPLC-MS/MS）测定小麦中DON含量，再利用光谱仪在线采集小麦的可见/近红外光谱。数据处理步骤为：采用多元散射校正以及二阶导数对光谱进行预处理，同时根据竞争性自适应权重取样算法提取特征波长，最后利用线性判别分析（LDA）与偏最小二乘判别分析法（PLS-DA）建立小麦粉样品的定性分析模型（以国家标准1 000 μg·kg^-1为界限），根据偏最小二乘回归（PLSR）建立小麦粉样品DON含量定量分析模型。UPLC-MS/MS结果表明小麦DON污染风险较高，所测样品超标率约为50%。可见/近红外光谱分析表明不同DON含量小麦样品光谱特征具有一定的差异，原始光谱和二阶导数谱图可看出1 420 nm处DON含量越高，吸光度越低。由于DON绝对含量低而光谱仪的检测限有限，通过主成分分析未能发现明显的聚类趋势，但根据全光谱以及特征光谱所构建的LDA与PLS-DA判别模型均能够对超标和未超标样品进行快速识别与筛查，最佳识别率达87.69%。从定量分析结果来看，所构建的小麦样品DON含量的PLSR模型结果不太理想，最优模型结果：预测集相关系数（r_p）为0.688，均方根误差（RMSEP）为727 μg·kg^-1，相对分析偏差（RPD）值为1.38，模型精度和稳健性有待进一步提升。利用可见/近红外光谱和化学计量学方法，实现小麦DON含量超标与否的在线判别与筛查，为我国小麦产品质量安全快速检测提供了技术参考。但对DON含量的定量分析还需要进一步研究，探究外部因素对模型的影响，并拟扩大样品量，收集不同地区、不同品种的小麦样品，提高模型的精度及普适性。
		2019 Vol. 39 (12): 3904-3909 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (2254 KB) ( 9 )

	3910	番茄碰伤和可溶性固形物近红外光谱同时在线检测
		刘燕德，饶宇，孙旭东，肖怀春，姜小刚，祝柯，徐海
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3910-06
		可溶性固形物和碰伤是影响番茄品质的两个主要因素。研究的目的是探索可见近红外漫透射光谱同时在线检测番茄碰伤和可溶性固形物的可行性。在单通道送果速度5个每秒条件下，采集番茄近红外漫透射光谱。对比分析碰伤与正常番茄样品的近红外漫透射光谱特性，结果表明，碰伤与正常番茄样品的近红外漫透射光谱在光强上存在明显差异，碰伤果光强要强于正常果，其原因可能是碰伤后果肉变软，透光性变强；在650和675 nm处碰伤果比正常果要多两个吸收峰，可能是碰伤后，番茄表皮颜色发生变化所致。选取贡献率占比最多的前三个主成数，对正常果与碰伤果近红外漫透射光谱主成分定性分析，正常果与碰伤果不能有效聚类，故近红外漫透射光谱主成分定性分析效果不明显，需选择建立高维近红外漫透射光谱定性判别模型。故建立了碰伤番茄样品的近红外漫透射光谱偏最小二乘定性判别模型，误判率为0%，能正确判别碰伤果，故选用碰伤番茄样品的近红外漫透射光谱偏最小二乘定性判别模型作为番茄碰伤果在线剔除分选模型。通过对未参与建模的样品进行验证，能正确识别出碰伤果。经近红外漫透射光谱偏最小二乘定性判别模型剔除碰伤果后，按照可溶性固形物指标进行分级。分别使用全部波段和606～850 nm的波段进行建模预处理，且对全部波段和606～850 nm波段光谱进行2阶导数预处理，前后平滑设为9，利用连续投影算法与遗传算法优选可溶性固形物的光谱建模变量，对比发现，利用未经算法筛选过的606～850 nm波段光谱变量进行建模，效果最好，建立了可溶性固形物在线检测模型，预测集均方根误差为0.43 Brix°。采用未参与建模的样品进行碰伤和可溶性固形物同时在线检测验证，碰伤样品的分选准确率达96%，可溶性固形物样品的分选准确率达91%。表明：番茄碰伤和可溶性固形物近红外漫透射光谱同时在线检测是可行的。
		2019 Vol. 39 (12): 3910-3915 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (3673 KB) ( 6 )

	3916	最小二乘支持向量机的核桃露饮品中脂肪成分的定量分析
		李子文¹，李宗朋¹，买书魁¹，盛晓慧¹，尹建军¹，刘国荣²，王成涛²，张海红³，辛立斌⁴，王健^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3916-05
		利用近红外光谱对核桃露中的重要指标脂肪含量进行定量分析，同时进行建模变量优化、建模方法比较以优选最佳模型。为消除散射对光谱造成的影响，采用标准正态变换（SNV）方法对数据进行预处理，采用遗传算法（GA）结合向后间隔偏最小二乘法（BiPLS）优选的特征波长分别作为偏最小二乘法（PLS）及最小二乘支持向量机（LS-SVM）的输入变量，建立核桃露中脂肪含量的近红外定量模型，采用决定系数（R²）、预测标准偏差（RMSEP）以及性能偏差比（RPD）对各模型进行评价，探究光谱波段选择方法对于核桃露中脂肪指标模型构建的影响，同时确定最佳建模方法。结果表明：进行变量筛选能够对模型起到优化作用，BiPLS及GA-BiPLS方法分别选择了150及30个变量点，占全光谱的10%及2%，对应了核桃露样品中脂肪成分的特征吸收峰，使得PLS模型的RMSEP值从0.049分别下降到0.043和0.040，同时模型的相关系数R²从0.964提高到0.973及0.974，性能偏差比RPD从4.88增长到5.62及6.00，主成分数也有不同程度的减少，降低模型复杂程度的同时提高了模型准确性。相比于PLS模型，核桃露脂肪指标的LS-SVM模型的R²，RMSEP及RPD值均表现出了更好的效果，分别达到0.986，0.036及6.52。说明基于最小二乘支持向量机建立的分析模型有较高的准确度及稳定性，可能是由于PLS作为一种经典的线性建模方法，在建立模型的过程中忽略了样品数据集中的非线性因素，而核桃露样品光谱测量过程中噪声、背景等因素的干扰，以及各指标成分间的相互影响，使得脂肪含量与近红外光谱信息间存在复杂非线性的变化关系，LS-SVM方法能够更为有效地对其进行描述，增强了光谱变量与指标浓度间的相关性，使得建立的模型有着更好的准确度以及普适性，说明了在实际生产中，LS-SVM方法具备优良的可行性，体现了其在核桃露饮品品质分析方面的巨大潜力。基于最小二乘支持向量机方法所建立的核桃露脂肪含量的定量分析模型，具有准确、稳定的特点，能够为核桃露生产的质量监控提供技术借鉴，同时为饮品品质的分析方法研究提供了新的思路。
		2019 Vol. 39 (12): 3916-3920 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (1490 KB) ( 15 )

	3921	不同种质肉苁蓉矿质元素分析
		郑雷^{1, 2} ，郭玉海^2*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3921-04
		矿质元素含量是中药材质量评价的重要指标，且与中药材生长发育、功效物质形成及其疗效发挥密切相关。矿质元素含量及比例因产地、采收时期、采收部位等不同存在差异，但种质是影响中药材矿质元素含量及比例最为稳定和重要的因素。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES法）可快速同时测定多种矿质元素，目前已广泛应用于中药材矿质元素含量测定。肉苁蓉为著名补益类中药，其矿质元素含量及比例越来越受到人们关注。该研究以不同花色肉苁蓉种质为材料，经硝酸和高氯酸消解后，采用ICP-AES法测定了不同花色肉苁蓉种质中的矿质元素K，P，Ca，Mg，Na，Fe，Mn，Zn，Cu和Mo含量，并对结果进行统计分析与比较。结果表明：（1）种质影响肉苁蓉矿质元素含量，不同花色肉苁蓉种质中均具有丰富的矿质元素K，P，Ca，Mg，Na，Fe，Mn，Zn，Cu，Mo，但含量具有明显差异。（2）不同花色肉苁蓉种质的常量矿质元素均以K含量和累积量最高，P含量和累积量最低；白色花种质K含量和累积量最高，为15.91 mg·g^-1和727.76 mg·株^-1；淡紫色花种质P含量和累积量最低，为0.45 mg·g^-1和21.80 mg·株^-1。（3）不同花色肉苁蓉种质的微量矿质元素均以Fe的含量和累积量最高，Mo含量和累积量最低；黄色花种质的Fe含量和累积量最高，达到了722.33 μg·g^-1和30 251.29 μg·株^-1；淡紫色花种质的Mo含量和累积量最低，为0.11 μg·g^-1和5.12 μg·株^-1。（4）白色花种质的K，Ca，Mg，Mn，Zn含量和累积量较高，而淡紫色花种质的K，Ca，Mg，Na，Mn含量和累积量较低。（5）种质影响肉苁蓉矿质元素比例，不同花色肉苁蓉种质中的矿质元素比例存在差异，其中K∶P和Fe∶Mn差异较大，而Ca∶Mg和Zn∶Cu差异较小。结果表明：肉苁蓉具有丰富的矿质元素，种质影响肉苁蓉中矿质元素含量、累积量及矿质元素比例，且不同花色种质间存在较大差异，应引起关注和重视。矿质元素为中药材质量评价的重要指标且影响中药材生长发育，研究结果可为不同花色肉苁蓉种质质量评价、营养价值评价及科学合理施肥提供依据。
		2019 Vol. 39 (12): 3921-3924 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (767 KB) ( 2 )

	3925	新型汞离子CQDs-CuNCs比率荧光探针的构建及在螃蟹中的应用
		石吉勇，李文亭，胡雪桃，史永强，邹小波^*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3925-07
		汞是一种典型的低剂量高毒性物质，广泛存在于环境和水体中，可通过食物链传递并累积，从而对人体造成危害。因此，准确快速的监测食品中汞离子（Hg²⁺）含量对于保障食品安全具有重要意义。目前，常用的Hg²⁺检测方法包括液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）、电化学法和荧光分析法。比率型荧光探针具有双发射荧光特性，其中内置校准功能可降低因探针浓度和各种环境因素产生的检测误差，可以有效的克服单发射荧光探针的不足。本研究提出了基于碳量子点（CQDs）和铜纳米簇（CuNCs）的新型比率型荧光探针用于螃蟹中Hg²⁺的快速检测。主要研究内容和结果如下：（1）CQDs-CuNCs复合体系的制备。以蔗糖为碳源，聚乙二醇为钝化剂，通过微波介导法合成CQDs；以抗坏血酸为还原剂和稳定剂通过水热法合成CuNCs，后通过自组装制成CQDs-CuNCs复合体系。（2）CQDs-CuNCs复合体系的表征。利用高倍透射电子显微镜（HRTEM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱（FL）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对CQDs-CuNCs复合体系表征，结果显示，该研究成功合成了具有双发射特性的CQDs-CuNCs比率型荧光探针。（3）CQDs-CuNCs复合体系的稳定性测试。将CQDs-CuNCs比率型探针与传统的单通道CuNCs探针的稳定性进行对比。结果表明，当探针浓度漂移和测量温度波动时，CQDs-CuNCs比率型探针比单发射的CuNCs抗干扰能力更强，稳定性更高。（4）CQDs-CuNCs复合体系对Hg²⁺的检测。当Hg²⁺存在时，复合体系中的CuNCs发生团聚，而CQDs基本不受影响，导致443 nm处的CuNCs荧光猝灭而545 nm处的CQDs荧光强度几乎不变。依据荧光强度的比值（I_{443 nm}/I_{545 nm}）与Hg²⁺浓度的关系实现定量检测。在对标准Hg²⁺检测时，CQDs-CuNCs复合体系的I_{443 nm}/I_{545 nm}和单发射CuNCs的猝灭率与Hg²⁺浓度（0.1～12 μmol·L^-1）均呈现良好的线性关系，相关系数分别达到0.994 7和0.991 6，检测限（3σ/S）分别为2.83和3.62 nmol·L^-1。在螃蟹样品检测中，CQDs-CuNCs比率型探针和单发射的CuNCs得到回收率分别为102.5%~105.4%和104.2%~112.5%，说明CQDs-CuNCs复合体系比单发射CuNCs对Hg²⁺具有更高的灵敏性和稳定性。以上结果表明，本研究所构建的CQDs-CuNCs比率型荧光探针能够用于食品中Hg²⁺的快速、准确检测。
		2019 Vol. 39 (12): 3925-3931 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (4486 KB) ( 4 )

	3932	Quantum Chemical Vibrational Study, FTIR and FT-Raman Spectra of 1,3-Diphenyl Propenone
		Revathi Haldorai¹, M. Thirumalaikumar², S. Sampathkrishnan³, C. Charanya⁴, N. Balamurugan^5*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3932-08
		The Fourier Transform Infrared (FTIR) and Fourier transform Raman (FT-Raman) spectra of 1,3-Diphenyl Propenone were recorded in the regions 4 000～400 and 4 000～100 cm^-1, respectively, in the solid phase. Molecular electronic energy, geometrical structure, harmonic vibrational spectra was computed at the DFT/ 6-31G(d,p) and three parameter hybrid functional Lee-Yang-Parr/6-31G(d,p) levels of theory. The vibrational studies were interpreted in terms of potential energy distribution (PED). The results were compared with experimental values with the help of scaling procedures. Most of the modes have wave numbers in the expected range and are in good agreement with computed values and also the molecular properties of Mulliken population analysis have been calculated. Besides, thermodynamic properties were performed.
		2019 Vol. 39 (12): 3932-3939 [摘要] ( 15 ) RICH HTML PDF (1955 KB) ( 10 )

	3940	Quantum Chemical and Corrosion Inhibition Studies of (4-Chlorophenyl)-N-(4-Methylphenyl) Nitrone
		Rubarani. P. Gangadharan^1*, S. Sampath Krishnan², M. Thirumalaikumar³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3940-06
		The compound (4-chlorophenyl)-N-(4-methylphenyl) nitrone (4CPNMPN) has been selected as one of the new nitrone derivative for our study. The molecular structure of the compound was investigated based on frontier orbital analysis and natural bond orbital (NBO) theory. The present work also focuses on the inhibition efficiency of the compound. It is an attempt to find the correlation between the molecular structure of the compound and possible behaviour like corrosion inhibitors. The NBO analysis and the values of electric dipole moment (μ) of the investigated molecule were computed using DFT calculations. The molecule orbital contributions were studied by using the total (TDOS) density of states. The strong evidences that the compound can be used as an efficient nonlinear optical (NLO) of 4CPNMPN were demonstrated by considerable polarizability and hyperpolarizability values obtained at DFT levels.
		2019 Vol. 39 (12): 3940-3945 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (1548 KB) ( 7 )

	3946	无人机视角下的林木爆燃火特性研究
		吕振义¹，何诚^2，舒立福^3，纪任鑫⁴，张思玉²，王越²，高建琦¹，赵凤君³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3946-07
		森林火灾“爆燃”现象的特征是突然发生的高强度、高蔓延速度的燃烧。目前为止，关于“爆燃火”的原因还没有达成共识。以无人机视角下对林木爆燃火特性研究，以四川木里特大森林火灾为研究对象，通过分析凉山州某森林扑火部队3月31日木里森林火灾当天KWT（科卫泰）无人机航拍火场画面，结合无人机实时影像及实地调研数据，分析了峡谷地形林火蔓延时空特征，探讨了峡谷中风向风速变化时空分布规律，研究了地形变化条件下，不同海拔高度风速特征，建立了无人机倾角测量风速模型（其中为风速m·s^-1，为无人机倾角°）。结果表明，高山峻岭特殊地形环境下每天4:00—12:00时间段为静风期，为峡谷林火扑救最佳时期；午后15:00—17:00和晚上20:00—22:00为山谷地形风速活跃期；仿真软件数据显示山顶、谷底与山腰不同海拔位置的风速风向不统一，谷底会产生乱流现象，且风速与海拔不存在正相关关系，小气候在复杂地形中占主导影响地位；在谷口至山谷深处的中间位置会出现气流速度的波峰状态，并易形成乱流，为爆燃火发生提供了客观必要条件。该研究可为复杂地形环境下，森林草原火灾扑救安全提供数据和技术支撑。
		2019 Vol. 39 (12): 3946-3952 [摘要] ( 83 ) RICH HTML PDF (2733 KB) ( 12 )

	3953	TG-2/MAI CCD像元响应特性不一致性的在轨分析及校正
		郭俊杰^1,2,3,4，姚志刚^1,4,5*，韩志刚^1,4，赵增亮^1,4，严卫³，江军^1,4
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)12-3953-10
		CCD像元响应特性的差异是制约MAI成像质量及其数据定量化应用的主要因素之一。为了提高MAI数据质量，本文基于全量程多段分析与校正法，利用2016年9月至2018年3月期间共104403帧观测数据，分别对MAI偏振通道和非偏振通道的像元响应特性的不一致性开展了在轨分析与校正，并利用GOME-2和MODIS数据产品对校正结果进行了验证。首先，假定观测样本足够多，即每个CCD像元观测的样本具有相同的遍历性，则各CCD像元对应的所有样本的平均DN值可以代表CCD各像元的响应特性；其次，利用104 403帧观测数据构建各个通道的参考图像，并利用MAI中心5×5像元给出各参考图像对应的标准DN值；在此基础上分别对MAI偏振通道和非偏振通道开展了像元响应特性的分析，结果表明，MAI各通道均存在CCD像元响应特性不一致的问题，各通道的不一致性大约在4%～10%之间，对偏振通道而言，同一偏振波段的三个偏振通道之间像元响应特性的不一致性有一定的相似性，像元响应特性不一致性的差异基本在1%以内。然后，将MAI近两年的观测数据分为前后两个时间段进行对比分析。结果表明：前后两个时间段偏振通道和非偏振通道的图像均具有很好的一致性，即CCD像元响应特性未随时间发生显著变化，这也进一步验证了前面MAI数据量充足的假定。因此，可以利用全量程多段校正法逐通道逐像元开展CCD像元响应特性不一致性的校正。基于该方法校正后，MAI图像质量得到显著改善，图像四周响应偏低的区域明显改善，基本和周围像元的响应达到了同一水平；图像更加平滑，颗粒感基本消除；部分区域的场景发生了变化，特别是碎云等反射率介于中低反射率之间的目标。基于GOME-2的交叉对比结果表明，MAI 565，670和763 nm波段反射率与GOME-2的参考反射率之间的平均绝对偏差分别由校正前的1.6%，4.2%和2.2%减小至校正后的0.5%，2.6%和0.4%；此外，基于多通道云识别方法开展的云检测表明，校正后的MAI云检测结果与MODIS云检测产品一致性更好。因此，全量程多段校正方法可以有效解决MAI CCD像元响应特性的不一致性，显著提高MAI在轨观测的质量，且该方法也可以应用于其他CCD仪器的在轨校正。
		2019 Vol. 39 (12): 3953-3962 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (5088 KB) ( 3 )

	3964	《光谱学与光谱分析》2019年(第39卷)总目次(第1～12期)
		《光谱学与光谱分析》编辑部

		2019 Vol. 39 (12): 3964-3984 [摘要] ( 19 ) PDF (1088 KB) ( 15 )

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