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《光谱学与光谱分析》2022年, 第42卷，第08期
发布时间:2022-08-13]
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| 2325 | 光谱分析方法在同位素检测中的研究和应用进展 |
|  | 董俊航1，2，朱振利1，2*，丁涵清1，2，邢鹏举1，周飞杨1，2，郑洪涛2，刘 星1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2325-09 |
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| 同位素在核工业为主的各种工业生产中受到广泛的关注，并推动着地质学、材料科学、化学等相关学科的发展。近年来，基于光谱分析原理的同位素分析方法的开发逐渐受到关注。虽然多接收杯电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）、热电离质谱（TIMS）和气体同位素质谱（IRMS）等质谱技术是同位素分析的标准方法，但是这些质谱方法通常需要复杂的样品前处理流程以及频繁的仪器维护。光谱分析方法在这些方面有着自身独特优势，甚至可以满足现场实时快速的同位素分析，并在核工业同位素分析和传统稳定同位素分析领域已经取得了日益广泛的应用。随着光谱仪器关键部件和数据处理方法的进一步发展，极大地改善了光谱法同位素分析的性能（灵敏度、分辨率和精密度），使光谱分析方法被逐渐开发并应用于环境和地质同位素分析领域。综述了光谱分析方法在同位素分析（定量或定性）领域的主要进展，从光谱分析原理的角度归类为发射光谱（原子发射、分子发射、拉曼光谱）和吸收光谱（原子吸收、分子吸收）两大类。着重讨论了光谱法进行同位素分析的基本原理、发展历程以及重要进展，简述了与质谱法相比的优缺点。针对仍然有待突破的技术难点，展望了光谱法应用于同位素分析的发展前景。该综述可为光谱分析方法在同位素检测中的发展方向提供重要参考。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2325-2333 [摘要] ( 30 ) RICH HTML PDF (3867 KB) ( 50 ) |
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| 2334 | 基于RSM模型对石墨炉原子吸收法分析痕量金测定条件的优化研究 |
| | 王 鹏，门倩妮*，甘黎明，杨 可 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2334-06 |
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| 石墨炉原子吸收光谱法分析地球化学样品中痕量金的分析方法已被广泛应用，然而其测定条件及升温程序参数的配置在实际应用中难以匹配到合适的参数，因而快速且准确地寻找并确定有效参数具有重要的实践意义。试验以灯电流、灰化温度和原子化温度为自变量进行单因素试验，确定其试验参数范围分别为6~8 mA，300~500 ℃和2 200~2 400 ℃；根据响应曲面法（RSM）建立Box-Behnken方法试验，采用三因素三水平曲面设计对响应值（吸光度）的影响进行分析，制作显著水平表并完成响应曲面试验；建立二次多项式回归方程的预测模型并进行显著性分析，其F=43.95，p<0.000 1表明该模型具有高度的显著性，模型的相关系数为0.985 1，校正决定系数为0.962 6，表明该模型可以解释超过95%的响应值变化；绘制响应曲面图和等高线图对试验数据进行回归拟合，通过响应曲面的形状和等高线的陡峭程度进行判定分析，最终寻找最优化参数为灯电流7.12 mA、灰化温度412.32 ℃和原子化温度2 311.61 ℃。结果表明，在最优化条件下测定国家一级标准物质GBW07246a的平均吸光度为0.101 2，与模型预测值0.108 0基本吻合，相对误差为6.30%；选择GBW07243b等6种国家一级标准物质进行12次重复试验，绘制标准曲线并读取测定结果，计算每一种标准物质的平均值与标准值之间的对数偏差均小于0.05，相对标准偏差(RSD, n=12)均小于10%，准确度和精密度均符合GB/T 27417—2017（合格评定 化学分析方法确认和验证指南），表明基于RSM模型优化所得到的石墨炉原子吸收法分析痕量金测定条件的参数准确可靠，验证了模型的正确性和可行性，达到了较好的优化效果。该方法有望应用于其他元素的测定分析并拓展到仪器分析平台的方法研究中，寻找最优化分析测试条件。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2334-2339 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (2257 KB) ( 24 ) |
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| 2340 | 散射光谱的目标材质及比例反演研究 |
| | 石 晶1，2，谭 勇1，陈桂波1，李 霜1，蔡红星1* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2340-07 |
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| 研究了基于散射光谱的点目标在远距离条件下表面材质及比例反演方法，旨在为空间碎片探测及预报提供数据参考。首先根据散射光谱的远距离目标探测物理模型，建立了基于散射光谱的目标参数反演物理模型，给出了基于最小二范数理论方法的目标表面材质及比例信息的反演算法，结合光源照射特性、目标材料表面光学反射特性、入射、反射及探测角等信息，利用双向反射分布函数(BRDF) 的多级融合模型，表征复杂材料表面的光学反射特性, 将BRDF中对应的面积量作为待反演参数，给出了目标表面材质及比例信息的反演算法；其次进行了实验验证，搭建了室内散射光谱探测及采集系统，进行了单一材质及多种材质不同比例的目标散射光谱探测及数据采集，经过对散射光谱数据进行预处理，截取有效波长范围为400～800 nm；结合理论分析及反演算法，对于四种材质组合的样品，进行了相同和不同比例组合的材质及比例反演，等比例反演结果最小误差为0.8%。最大误差为13.6%，平均误差为4.9%；不等比例反演结果最小误差为6%，最大误为12%，平均误差为9.25%；综合以上测试结果可以得出，反演平均误差最大为9.25%，考虑到入射光源稳定性有2.89%的误差，反演结果最大平均误差将小于6.36%。得到了平均反演误差小于10%的良好效果，验证了该方法的准确性；最后以某失效卫星为例，对其在轨的散射光谱信息，进行了材质及比例反演计算，给出了其主要材质为太阳能帆板、保温膜及碳纤维板，与真实情况相符较好。该研究为点目标远距离材质比例反演识别提供了新的技术途径。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2340-2346 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (3309 KB) ( 12 ) |
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| 2347 | 基于偏最小二乘回归的荧光粉涂覆型白光LED的光谱预测研究 |
| | 张源哲1，刘宇豪1，陆雨洁1，马超群1，2*，陈国庆1，2，吴 慧1，2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2347-06 |
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| 为了更便捷高效地对荧光粉涂覆型白光LED的发光光谱进行预测，利用GaN蓝光LED芯片与杭州萤鹤光电材料有限公司的YH-S525M绿色荧光粉和YH-C640E红色荧光粉进行实验样品的制备。分别测量其单色荧光光谱，测得蓝光芯片的发射峰波长为453 nm，选用的红色和绿色荧光粉的发射峰波长分别为631和526 nm。制备红色和绿色荧光粉通过AB胶混合并涂覆于蓝光芯片上的LED实验样品，红粉/绿粉质量比设置为1∶3，1.2∶3，1.4∶3，1.6∶3，1.8∶3，2∶3，红粉混胶后的浓度为7%，9%，11%，13%，15%，17%。每组质量比和混胶浓度条件下的样品制备3~5份，利用杭州远方色谱有限公司的HAAS-2000高精度快速光谱辐射计测试样品的发光光谱，并进行蓝峰归一化处理得到共36组光谱数据。将白光光谱视为蓝色，绿色和红色三种单色荧光光谱的线性叠加，蓝色和红色峰项直接选用对应的发射谱，而绿色峰项选用两个高斯线型方程拟合，系数均由强度决定。通过循环搜索算法，分别计算36组实验条件下的模型参数最优值，对拟合结果进行优度检验，R2的范围为99.33%~99.88%。然后运用偏最小二乘回归方法建立荧光粉质量比和浓度与模型参数间的回归方程，最终得到一种能够精确预测两种荧光粉混合涂覆的白光LED发光光谱的新方法。用一组新制备的样品测得的光谱功率分布进行预测效果检验，得到的预测光谱相对于实测光谱的拟合优度为99.62%，证明该方法的预测效果良好。该研究建立的预测模型从该类型的白光LED的发光机理出发，分析发光时两种荧光粉之间的相互作用，并引入绿色荧光谱线的展宽效应，更加简单有效地建立起两种荧光粉的质量比和混胶浓度与白光光谱间的数学关系。该方法具有更好的普适性，为荧光粉涂覆型LED的光源参数优化提供了一种新的思路。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2347-2352 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (3547 KB) ( 15 ) |
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| 2353 | 基于机器学习的水体化学需氧量高光谱反演模型对比研究 |
| | 王春玲1，2，史锴源1，2，明 星3*，丛茂勤3，刘昕悦3，郭文记3 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2353-06 |
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| 化学需氧量（COD）是水体有机污染的一项重要指标，如何快速准确检测水体的COD含量尤为重要。机器学习在水质反演领域应用日益增多，并取得了较多的研究成果，高光谱遥感具有光谱空间分辨率高、成像通道多等优势，使其在水体COD反演方面有着极大的潜力。利用不同的高光谱预处理方法对原始高光谱数据进行处理，并利用处理前后的高光谱数据对比研究了不同机器学习模型、不同高光谱预处理方法对水体COD的反演性能。首先利用ZK-UVIR-I型原位光谱水质在线监测仪在扬州宝带河实地收集了1 548组COD和对应的高光谱数据（400~1 000 nm）样本，为降低光谱噪音干扰以及消除光谱散射影响，分别使用Savitzky-Golay（SG）平滑、多元散射校正数据（MSC）以及SG平滑结合MSC对原始光谱进行预处理。其次，将样本集随机划分为训练集和测试集，其中训练集占比80%，测试集占比20%。对预处理后的训练集全波段光谱基于线性回归、随机森林（random forest）、AdaBoost、XGBoost四种机器学习方法建立COD高光谱反演模型，并选取了决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）、相对分析误差（RPD）三种指标在测试集数据中评估高光谱反演模型的精度。结果表明，随机森林、AdaBoost、XGBoost均优于线性回归，无论光谱处理与否，通过XGBoost建立的反演模型预测能力均为最佳，其中使用XGBoost对经过SG平滑和MSC处理后的光谱数据进行建模的反演模型精度最高，其R2达到0.92，RMSE为7.1 mg·L-1，RPD为3.4。考虑到原始光谱可能存在冗余，通过主成分分析法（PCA）对经过SG平滑和MSC处理后的光谱进行降维，并选取累计贡献率达到95%的前十个主成分作为模型的输入变量。通过XGBoost建立反演模型，结果表明经过PCA后的反演模型不仅精度有所上升，RPD达到3.8，而且模型的训练时间也由72 s缩短到2.9 s。以上研究可为该水域及类似水域的高光谱水质反演模型的建立提供新的方法及思路。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2353-2358 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (3565 KB) ( 18 ) |
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| 2359 | 中红外光谱和支持向量机的梅花鹿角帽粉假冒与掺假识别模型 |
| | 杨承恩1，武海巍1*，杨 宇2，苏 玲2，袁月明1，刘 浩1，张爱武3，宋子洋3 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2359-07 |
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| 梅花鹿角帽具有较高的药用和经济价值，因其质地坚硬，故一般选择打成粉末使用。消费者很难从外观上去判别梅花鹿角帽粉是否为正品，导致其假冒与掺假事件层出不穷。因此，提出利用中红外光谱（FTIR）结合机器学习探索一种识别梅花鹿角帽粉假冒与掺假的方法，以解决用马鹿角帽粉、梅花鹿骨粉假冒梅花鹿角帽粉和牛骨粉掺假梅花鹿角帽粉的问题。从黑龙江、吉林、辽宁3省共5个地区采集梅花鹿角帽、马鹿角帽、梅花鹿骨各120份，共360份样品；牛骨采购于长春市南关区农贸市场，使用牛骨粉掺假梅花鹿角帽粉，掺假比例分别为5%，10%，20%，30%，40%，50%，每种比例各20份，共120份。采集样品中红外光谱数据，多元散射校正（MSC）对光谱进行预处理，经K-S法抽样，按3∶1的比例划分训练集和测试集后，对光谱数据进行归一化（normalization）和主成分（PCA）分析降维处理。根据主成分个数累积贡献率≥85%，主成分特征值≥1原则，选择前7个主成分构成降维后的光谱数据；分别将全光谱（FS）数据与PCA降维后的光谱数据作为模型输入，建立支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、极限学习机(ELM)识别模型。结果表明，梅花鹿角帽粉正品与假冒伪品、掺假次品的波谱在波段1 300～1 800和2 800～3 600 cm-1处存在差异，尤其是掺假比例≥10%以上的梅花鹿角帽粉与纯梅花鹿角帽粉差异明显。在识别梅花鹿角帽粉假冒与掺假模型中，FS-SVM，PCA-SVM，FS-RF模型均有很好的识别效果，其训练集与测试集识别率均为100%，其他模型识别率均低于98%。从简化模型的角度上比较，FS-SVM，FS-RF建模时间分别为4 859.36和1 818.96 s，而PCA-SVM建模时间仅为19.91 s。因此，PCA-SVM在6种识别模型中整体效果最佳。研究表明，中红外光谱结合支持向量机建模可以作为一种快速、准确、无损鉴别梅花鹿角帽粉假冒与掺假的有效识别方法。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2359-2365 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (3667 KB) ( 16 ) |
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| 2366 | 植物叶片可见与近红外光谱反射率数据库的建立与主成分分析 |
| | 蒋万里1，2，石俊生1，2*，季明江1，2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2366-08 |
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| 可见与近红外波段光谱反射率数据库是颜色科学与技术和遥感目标地物分类识别领域等研究与应用的基础数据。主成分分析(PCA)在光谱数据分析、光谱重建、高光谱数据降维以及遥感图像分类等方面有广泛应用。测量并建立了云南公园常见绿化植物柳树、樟、红花檵木、蓝花楹等48种植物150条叶片从可见光到近红外波段光谱反射率数据库，波长范围400～1 000 nm、间隔4 nm。并且分别对可见与可见到近红外两种波段范围进行PCA研究。结果表明：不同植物叶片按照红、绿、黄相同色相的光谱反射率曲线基本相似；但对于同一种植物，在可见光波段400～700 nm，因为体内叶绿素、叶黄素、叶红素和花青苷含量的不同，光谱反射率曲线有较大的差异；在近红外波段700～1 000 nm，所有植物叶片光谱反射率仅仅是大小不同，而同一植物光谱反射率基本不随波长变化。PCA分析表明：在可见光和可见与近红外波段前三个主成分的累积贡献率分别达到98.62%和94.97%。数据库及其PCA分析结果将为自然物体光谱重建、多光谱成像技术和遥感目标地物分类识别等领域应用提供支撑。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2366-2373 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (10820 KB) ( 10 ) |
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| 2374 | 牙本质龋的太赫兹成像研究 |
| | 李 岩1，柳启航2，3，黄 葳1，段 涛1，陈朝霞1，何明霞2，3，熊 宇1* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2374-06 |
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| 牙本质龋与牙髓感染状态及活力密切相关，龋损深度则决定临床治疗方案，但目前牙本质龋的检测及诊断方法如：视诊、探诊容易受到主观因素影响；X线辅助检查对龋病灵敏度低等，都有一定缺陷，可靠性及有效性仍有待提高。太赫兹时域光谱可以利用不同的物理参数成像，在牙本质龋在体、无损检测方面有较大应用潜力。为探索牙本质龋损的太赫兹光谱图像开展本研究。实验通过搭建透射、反射式扫描太赫兹平台，对15枚含牙本质龋离体牙磨片扫描，通过数据二维重构，获得了不同参数的太赫兹透射和反射图像，再将太赫兹图像与实验室研究龋病的光镜图像与X线图像对比、拟合并进行光镜下、太赫兹图像下龋损面积评价。结果表明：太赫兹图像与光镜图像相符，较X线图像灵敏度更高。反射模式下由于太赫兹反射信号较弱，使得样品厚度，表面粗糙程度以及系统噪声对实验结果影响较大，图像仅能辨识样本轮廓，不能用于区分牙釉质、牙本质及牙本质龋。透射模式下的频域1.4 THz相位差成像、时域信号最小值对应的时间成像都能区分牙釉质，牙本质和牙本质龋，可以用来鉴别三者，其中最小值对应的时间成像效果最佳。对光镜下测得牙本质龋损面积与太赫兹透射模式下的时域信号最小值对应的时间图像测得的牙本质龋损面积进行配对样本Wilcoxon符号秩和检验，结果（p＞0.05）尚不能认为两种方法测得的牙本质龋损面积有差别，两种方法测量的差值源于系统误差。故可以认为通过太赫兹透射模式下的时域信号最小值对应的时间图像获得牙本质龋损范围、大小等诊断信息。研究表明太赫兹成像技术可以为牙本质龋的早期诊断提供更为精确有效且无电离辐射的诊断方法，为临床数字化、微创去龋提供一定形态学依据。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2374-2379 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (3469 KB) ( 7 ) |
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| 2380 | 基于高光谱技术的蛋白粉掺假检测研究 |
| | 李 斌，殷 海，张 烽，崔惠桢，欧阳爱国* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2380-07 |
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| 蛋白粉是健身者必备的营养补剂，市场需求在不断增加，一些不法商家为了谋取利益，在蛋白粉中加入廉价的粉末售卖。传统的蛋白粉掺杂的检测方法费时、费力，操作复杂，且成本昂贵。高光谱技术具有易于操作、在不损害实验样本的情况下可快速检测等优点，因此，提出使用高光谱技术以实现蛋白粉掺假检测。在蛋白粉中分别加入质量百分数5%～60%，浓度间隔5%的三类掺假物（玉米粉、大米粉和小麦粉），并采集所有样本的光谱信息。在对蛋白粉中的玉米粉、大米粉和小麦粉三类掺假物进行定性判别时，首先分别采用卷积平滑（SG）、标准化（Normalize）、多元散射校正法（MSC）、基线校正（Baseline）和标准正态变换（SNV）的预处理方法对光谱数据进行处理，然后建立基于主成分回归（PCR）、反向传播神经网络（BPNN）和随机森林（RF）的模型，其中基于全波段光谱MSC预处理方法下建立的RF模型最优，其整体准确率达到了100%，其对应的RP和RMSEP分别为0.997 9和0.018 9。在对蛋白粉中不同掺假物浓度进行定量分析时，对三类掺假样本的光谱分别进行SG，Normalize，MSC，Baseline和SNV的预处理，并建立LSSVM模型；比较不同预处理方法下的各模型之间的性能，在蛋白粉中掺玉米粉、大米粉和小麦粉的LSSVM预测模型最佳预处理方法分别是无、Baseline和Normalize，然后，采用连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权算法（CARS）对其筛选，并建立LSSVM模型，三类掺假样本的SPA-LSSVM模型对应的RP为0.989 0，0.986 0和0.997 9，CARS-LSSVM模型对应的RP为0.991 0，0.994 6和0.999 1，故三类掺假样本的CARS-LSSVM模型预测效果更佳。研究表明：高光谱技术可以实现对蛋白粉掺假的定性、定量的检测，并且操作简单、检测快速和无损。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2380-2386 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (2553 KB) ( 11 ) |
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| 2387 | 腔体约束LIBS结合机器学习对土壤重金属元素的定量分析 |
| | 刘烨坤，郝晓剑*，杨彦伟，郝文渊，孙 鹏，潘保武 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2387-05 |
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| 土壤重金属元素含量检测及防治，对我国农业、生态环境修复具有重大意义。利用外加腔体约束结合激光诱导击穿光谱技术（LIBS）获得土壤光谱数据，采用机器学习对土壤中重金属元素Ni和Ba含量进行分析。实验设置延迟时间为0.5～5 μs，选择Ni Ⅱ 221.648 nm和Ba Ⅱ 495.709 nm作为目标研究特征谱线，计算两种LIBS条件下延迟时间对信噪比、光谱强度及增强因子的影响。结果表明，腔体约束LIBS（CC-LIBS）可以增大光谱强度及目标元素信噪比，同时随着采集延迟时间增长，等离子体数目变少，光谱强度及信噪比逐渐减小并趋于稳定；当延迟时间设置为1 μs时，CC-LIBS条件下Ni和Ba元素特征谱线信噪比达到最优，确定此时为LIBS最优实验条件。通过最优条件获取9种含Ni和Ba元素土壤样品的光谱数据，由于采集到的每组光谱信息有12 248个数据点，利用主成分分析（PCA）对CC-LIBS条件下的光谱数据降维，在保留95%以上的土壤原始信息后，选择9个主成分作为定量分析模型的输入变量，以提高模型的运算速度。采用机器学习中的Lasso，AdaBoost和Random Forest模型，对PCA降维后的光谱数据进行建模及预测，实现土壤重金属元素Ni和Ba的定量分析。结果表明，与Lasso和AdaBoost模型相比，Random Forest模型在训练集和测试集中表现出的预测性能最优。Random Forest模型下Ni元素在测试集中的R2为0.937，RMSEP为3.037；Ba元素在测试集中的相关系数R2为0.886，均方根误差RMSEP为90.515。基于腔体约束LIBS技术结合机器学习，为土壤重金属元素的高精度检测提供了技术指导。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2387-2391 [摘要] ( 14 ) RICH HTML PDF (3243 KB) ( 21 ) |
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| 2392 | 冷原子荧光光谱中数字基线估计方法的研究 |
| | 余 鑫，周 伟*，谢栋材，肖 峰，李昕雨 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2392-05 |
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| 水体中汞的存在形态有单质汞、无机汞和有机汞三种。其中，甲基汞是主要的有机汞形态，毒性远高于单质汞和无机汞。测量水体中的甲基汞的方法有很多，冷原子荧光光谱法是测量水体中甲基汞的推荐方法。冷原子荧光光谱法是原子发射光谱法和原子吸收光谱法综合发展而来的元素分析方法。经过多年的发展与完善，是元素分析最常用的分析技术之一，具有灵敏度高、检出限低等特点，被广泛应用于环境科学、生命科学、地质等领域。由于检测仪器的背景噪声和色谱柱分离效果的影响，冷原子荧光光谱出现基线漂移和信号拖尾等干扰因素，严重影响冷原子荧光光谱数据的峰面积计算和痕量甲基汞的定量分析。其中，基线漂移是最主要干扰因素。目前，改进模拟器件参数和数字基线估计是解决基线漂移的的两种重要手段。在改进模拟器件参数方面，有激发光源使用空心阴极汞灯、闭环控制的热阴极低压汞灯等，但存在实验设备复杂、成本高昂等缺陷；在数字基线估计方面，有最小二乘法、差值拟合法等，但存在基线估计不稳，含量计算不准等缺点。基于此，提出了一种基于小波变换的数字基线估计方法。首先，分析甲基汞的冷原子荧光光谱微观信号和基线漂移现象，建立冷原子荧光光谱信号和基线漂移数理模型；其次，根据冷原子荧光光谱信号模型的特点，以小波变换为研究基础，研究合适的母小波模型，将母小波模型与基线漂移模型进行卷积，卷积结果恒为零，理论上证明了基线漂移现象经过小波变换后会被消除；再次，以100 pg标样甲基汞为例，实验验证了小波变换能够有效地消除基线漂移的干扰和信号拖尾的影响；最后，在仪器相对标准差（RSD）为1.29%~3.40%的条件下，对0，10，20，50，100，500以及1 000 pg的标样甲基汞溶液进行5次重复实验，分别建立小波变换前后峰面积平均值校准曲线，校准曲线的相关系数（R2）由小波变换前的0.994提高到小波变换后的0.997。实验结果表明，该方法能够有效地消除测量仪器基线漂移和信号拖尾的影响，提升了系统测量准确性。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2392-2396 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (2354 KB) ( 11 ) |
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| 2397 | 高光谱成像的多种类柑橘病虫药害叶片检测方法研究 |
| | 吴叶兰1，管慧宁1，廉小亲1，于重重1，廖 禺2，高 超1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2397-06 |
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| 影响柑橘生长的病虫药害种类繁多，目前的检测方法大多针对单一病症，开发基于高光谱成像和机器学习的多种类柑橘病虫药害叶片快速精准检测方法，对果园精准施药和柑橘产业健康发展具有重要意义。以果园自然发病的柑橘叶片为研究对象，包括柑橘正常叶（50片）、溃疡病叶（50片）、煤烟病叶（103片）、缺素病叶（60片）、红蜘蛛叶（56片）和除草剂危害叶（85片），采集350～1 050 nm波段内的高光谱数据。分别利用一阶求导（1stDer）、多元散射校正（MSC）和中值滤波（MF）方法对原始（Origin）高光谱数据进行预处理，对预处理后的高光谱数据采用主成分分析（PCA）和竞争性自适应重加权（CARS）算法提取特征波长，CARS降维得到的特征波长分别为10个、5个、12个和10个，4组PCA提取的特征波长均为7个，两种方法所得特征波长范围都集中在700～760 nm波段内。对全波段（FS）使用极限梯度提升树（XGBoost）算法，特征波长使用支持向量机（SVM）建立柑橘病叶多分类模型。采用XGBoost建立的检测识别模型有Origin-FS-XGBoost，1stDer-FS-XGBoost，MSC-FS-XGBoost和MF-FS-XGBoost，对6种病虫害叶片检测得到的整体分类准确率（OA）分别为94.32%，93.60%，95.98%和96.56%；SVM建立的检测识别模型为Origin-CARS-SVM，1stDer-CARS-SVM，MSC-CARS-SVM，MF-CARS-SVM，Origin-PCA-SVM，1stDer-PCA-SVM，MSC-PCA-SVM和MF-PCA-SVM，各模型OA依次为93.63%，90.26%，87.90%，91.95%，87.53%，90.82%，83.50%和90.98%。结果表明，以FS为输入的XGBoost模型识别率整体优于以特征波长为输入的SVM模型，MF-FS-XGBoost模型OA为96.56%，召回率（Recall）为95.91%，模型训练时间（Train-time）为63 s，综合性能最好；CARS-SVM建模效果优于PCA-SVM，在3种预处理方式下，CARS-SVM模型识别率均高于87%，PCA-SVM模型识别率均在83%以上。结果证实了，高光谱成像技术结合机器学习方法可实现多种类柑橘病虫药害分类识别，为柑橘病虫药害快速无损检测和防治提供科学依据。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2397-2402 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (3184 KB) ( 9 ) |
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| 2403 | 基于高光谱技术的甲烷层流预混火焰自由基特性研究 |
| | 王 岩1，2，3，王宝瑞1，2，3*，王 岳1，2，3 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2403-08 |
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| 高光谱技术提供了空间和光谱维度的信息，同时基于传统黑体模型的实验技术和计算方法不适用于甲烷火焰的辐射特性，而火焰中自由基的高光谱信息反映了火焰结构、组分浓度分布等燃烧的多方面特征，能够为燃烧模型的完善提供依据。利用高光谱技术在不同当量比和不同流量下研究了甲烷预混火焰中自由基的空间和光谱特性。对不同当量比的研究表明，随着当量比的增加，火焰中心处的CH*和C*2自由基的辐射强度先增加后降低，而燃烧区域内二者的平均辐射强度一直增加，火焰中心处的点可以表征局部的燃烧状态，而燃烧区域内辐射均值表征热释率等整体燃烧状态，定量给出了两种方法的不同趋势。火焰中心处的CH*自由基辐射强度在当量比为1.01时达到峰值，而C*2自由基辐射强度在当量比为1.12时达到峰值，两种自由基的辐射峰值可以分别作为燃烧中反应强度和稳定性的判据。当量比可以由C*2和CH*辐射强度之比来表征，修正了C*2/CH*和当量比的线性关系，提出应使用燃烧区域内C*2和CH*的平均辐射强度之比，并提出了该比值与当量比的二次关系。利用高光谱技术生成了燃烧区域内C*2/CH*的云图，得到了详细的空间信息，当量比大于1时，首次在火焰面附近发现了明显的过渡区，体现了高光谱技术的优势。对当量比保持不变情况下的不同流量的研究表明，随着流量的增加，火焰高度增加，而火焰顶部和火焰中心的自由基的浓度分布基本不发生变化，揭示了实验工况下流动的特征时间远小于化学反应特征时间，化学反应过程未受到明显影响。应用高光谱较好的识别出了火焰中的多种自由基，研究了甲烷层流预混火焰中自由基辐射特性及其随着不同当量比和流量变化的趋势，对燃烧现象和机理的认识具有重要意义。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2403-2410 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (4947 KB) ( 3 ) |
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| 2411 | 基于相位展开及拼接算法的一种高精度大量程宽光谱干涉显微术 |
| | 赵文豪1，2，李 俊1，杜 凯1，熊 亮1，尹韶云1，胡建明3，王金玉1，2* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2411-07 |
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| 宽光谱干涉显微术广泛应用于高精密检测领域, 它测量样品形貌通常采用垂直扫描干涉术对亚微米至毫米级特征进行测量，以及相移干涉术对纳米级特征进行测量。其中，相移干涉术精度可达纳米级，但量程有限，高度变化对应的相位需限制在区间内。采用包裹相位展开算法可以扩展相移干涉术的量程，也仅适用于平滑表面，当高度起伏超出焦深或者光源相干长度的限定范围时，干涉条纹模糊或对比度丧失，所解算的结果将产生较大误差甚至错误。提出一种基于相位展开及拼接算法的高精度、大量程宽光谱干涉显微测量方法，以干涉条纹调制度量化条纹质量，条纹对比度高、成像清晰的区域对应调制度较高，定义当前焦面条纹调制度高于阈值的区域为理想区域，定义焦面条纹调制度低于阈值的区域为问题区域。以相位展开算法获得理想区域中的样品相位分布，问题区域的包裹相位不进行展开。使用微位移结构纵向移动物镜焦平面，选择合理的步长，使相邻焦面位置理想区域展开后的真实相位保持部分区域重合，根据重合区域的相位值均差可以实现不同焦面位置的高精度相位拼接，最终获得扩展量程的高精度真实相位结果，进而可以恢复样品完整的表面形貌分布。该算法通过对理想区域的筛选，避免了相位在问题区域展开带来的误差，可以得到精确的测量结果。通过模拟计算和实验验证，证明了该方法不仅保持了宽光谱干涉显微术中相移干涉术的纳米级高精度，还可将其量程从数百纳米拓展到数微米。而且，该方法精度不依赖于位移部件，理论上量程可以拓展到显微物镜的全工作距离。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2411-2417 [摘要] ( 6 ) RICH HTML PDF (3610 KB) ( 3 ) |
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| 2418 | 柿子叶制备碳量子点的光谱性质及对Fe3+的荧光探针 |
| | 许怡飞，刘 璐，石士考*，王 悦，潘宇婧，马兴伟 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2418-05 |
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| 碳量子点作为碳纳米材料中的新成员，具有较高的光学稳定性、低毒性、良好水溶性、原料来源广泛、制备方法多样等多种优点，在分析检测、生物标记、光催化降解以及环境监测等领域具有广泛的应用前景, 对碳量子点的研究引起了国内外学者极大兴趣。水中Fe3+含量的超标会对生活饮用和工业生产造成一定的危害，所以准确快速地检测水中Fe3+的含量，对人体健康具有重要的意义。目前，对Fe3+进行检测的方法有伏安法、荧光光谱法、电化学法以及火焰原子吸收光谱法等，其中荧光光谱法具有快速响应和方法简便的特点，比其他方法更有优势。以柿子叶为碳源，采用水热法制备了发蓝绿色荧光的碳量子点，通过X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱等技术对碳量子点的结构、微观形态和光谱学性质进行了详细表征。柿子叶制备的碳量子点呈现为分散均匀的球形颗粒，颗粒平均直径大约5.9 nm，碳量子点颗粒表面具有丰富的含氧官能团，在277 nm有明显的紫外吸收，可归因于C═O的n→π*跃迁。碳量子点的发射波长和荧光强度具有明显的激发依赖性，在410 nm光激发下，发射波长峰值为498 nm且荧光峰最强，荧光寿命为4.59 ns。采用多种金属离子对柿子叶制备的碳量子点在荧光传感方面进行了探究，分析发现该碳量子点对金属Fe3+具有极高的选择性，可作为荧光探针检测水中微量的Fe3+含量，其荧光猝灭率F0/F与金属Fe3+浓度在1~120 μmol·L-1范围内呈现良好的线性关系（R2 = 0.992），猝灭常数和最低检出限分别为8.84×103 L·mol-1和0.21 μmol·L-1，最低检出限数值明显小于最近一些文献的报导结果。该工作提供了一种原料天然、操作简单、成本低廉的制备工艺，开发了荧光检测水中微量金属铁离子的新方法。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2418-2422 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (3288 KB) ( 7 ) |
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| 2423 | 基于核酸适配体修饰的纳米金双与门逻辑开关检测牛奶中的三聚氰胺和环丙氨嗪 |
| | 钱 成1，汪 波1，费雪莲1，殷潘成1，黄波涛2，邢海波1*，胡晓钧1* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2423-09 |
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| 通过使用适配体、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、三聚氰胺和环丙氨嗪控制金纳米粒子的聚集和分散，设计了简单的双与门逻辑开关用来检测牛奶中的三聚氰胺和环丙氨嗪。首先，基于适配体T31与三聚氰胺的强特异性，通过CTAB的加入控制纳米金的聚集，制作了一个与门逻辑开关（AND logic gate 1）检测是否存在三聚氰胺。此逻辑开关用肉眼可识别的三聚氰胺检出限为0.24 mg·L-1，借助分光光度计的检出限(LOD)为85 μg·L-1。根据适配体Tcy1与环丙氨嗪的强特异性，通过CTAB的加入控制纳米金的聚集，设计了与门逻辑开关（AND logic gate 2）。此逻辑开关用肉眼可识别的检出限为0.17 mg·L-1，借助分光光度计的检出限(LOD)为9.0 μg·L-1。因此，通过这一逻辑开关组可以实现牛奶中三聚氰胺和环丙氨嗪的快速检测。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2423-2431 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (5471 KB) ( 4 ) |
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| 2432 | 再生水灌溉后农田土壤淋溶液DOM光谱学特征 |
| | 范春辉1，2，辛意贝1，袁文静1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2432-05 |
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| 再生水灌溉农业是实现再生水回用的有效途径，其天然优势和操作可行性已得到普遍认可。再生水灌溉农业能够取得良好的生态效益、社会效益和经济效益，但灌溉过程可能导致土壤有机质的性质异化和非定向流失，相关问题尚没有引起足够重视。选取溶解性有机质（DOM）为目标对象，对灌溉过程农业土壤淋溶液DOM谱学信息差异化机制这一科学问题展开研究。以污水源再生水和河水源地表水（参比对照）为灌溉水源，借助一维原状土柱分析灌溉过程对土壤和淋溶液的影响，对土壤表面形貌（SEM）、淋溶液DOM紫外可见光谱（UV-Vis）和三维荧光光谱（3D-EEMs）进行比对，初步掌握灌溉后土壤淋溶液DOM的基础信息。结果表明：灌溉后的土壤团聚体结构松散、表面粗糙，出现细粒组分聚集和粘结的现象。土壤有机质随土壤深度增加逐渐减少，土壤DOM在10～20 cm土层分布最多；灌溉过程能够增加0～30 cm土壤有机质和0～20 cm土壤DOM含量，证明土壤对灌溉水有机物具有截留作用。两种淋溶液DOM的UV-Vis谱图比较相近，均在240～270 nm区间出现吸收平台（源于DOM不饱和双键共轭结构）；相比之下，再生水源土壤淋溶液DOM的芳香化程度更低、结构更简单，两种淋溶液DOM中富里酸含量高于胡敏酸。淋溶液DOM三维荧光光谱仅出现一处荧光峰，位于Ex/Em=260～270/420～430 nm区域，表明有类腐殖质组分的存在。经与前期研究结果比对，推测氨基酸类物质、类蛋白组分等可能被（灌溉过程）阻滞于土壤体系；自生源（内源）DOM对土壤淋溶液DOM的贡献更大，而外源DOM的影响程度有限。相关结果有助于深度评估再生水灌溉过程农业土壤DOM（或有机质）的流转归趋和生态效应。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2432-2436 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (2186 KB) ( 6 ) |
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| 2437 | 硅镁凝胶对杉木的强化及固着机制研究 |
| | 张 源，毕小茜，李 萍，李贤军，袁光明，左迎峰* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2437-07 |
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| 硅镁凝胶浸渍改性杉木在物理力学性能方面提升较佳，探究硅镁凝胶在杉木中的固着性能和机制，对后续研究与创新具有一定意义。以硅镁凝胶为改性药剂，人工林杉木为基材，浸渍干燥后制得改性杉木。通过FTIR和XPS分析杉木素材和改性杉木的化学成分和结合方式，并对硅镁凝胶在木材中的分布以及改性杉木的渗透性进行探讨。实验结果表明：硅镁凝胶浸渍改性杉木的物理力学性能得到明显改善，密度均达到0.5 g·cm-3以上，抗压强度和抗弯强度相比杉木素材分别提升了99.73%和58.48%，端面硬度从3 659 N提升到5 843 N，基本已达到中等木材的性能指标。EDS结果证明药剂在杉木细胞腔中填充状况良好，Si，O，Na和Mg等主要元素与浸渍药剂硅镁凝胶相符且分布均匀。对浸洗前后的改性杉木试样和素材分别进行分层XPS测试，改性材的O/C增大，各元素在不同深度的含量十分接近，硅镁凝胶在杉木中分布均匀，具有良好的渗透性；浸洗后Si元素含量稳定，而钠元素有所降低，可能是部分钠盐的溶解流失造成，且不同深度的元素含量变化趋于一致，改性杉木的抗流失性较好。相比于硅酸钠浸渍改性杉木，硅镁凝胶改性杉木在96 h流失率降低到10.8%，抗流失效果较好。FTIR测试结果表明硅酸钠溶液对杉木的木质素和半纤维素有破坏和脱出作用，对杉木的通透性有所改善，且更容易与药剂形成化学键结合。C，O和Si元素的XPS谱图结果表明，改性后C(1s)向低结合能偏移，性质更加稳定，O—H结合大量减少，Si—O结合增多，硅镁凝胶能够在杉木中形成稳定的Si—O—C化学结构，药剂能够在细胞壁上实现高效固着。研究结果为改性材的药剂流失性检测和固着性研究提供新的思路，为硅镁凝胶浸渍改性杉木后续研究提供一定的理论支持。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2437-2443 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (3858 KB) ( 5 ) |
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| 2444 | 平行因子法和区域积分法优选可溶性有机物三维荧光提取方法及时间 |
| | 易 军1，杨 光2，潘红卫2*，赵丽莉1，雷宏军2，童文彬2，史利利2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2444-08 |
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| 为明确DOM组分和总量的提取效果是否存在差异，及是否需要分别设置提取时间，选用常用的振荡和离心两种提取方式，根据高速离心机与恒温振荡箱的工作上限设置提取时间梯度，采用常用的光谱解析方法平行因子模型（PARAFAC）和荧光区域积分（FRI）分别表征设定时段内DOM组成特征的变化情况。通过对上述两种方法解析的组分进行相关性和主成分分析得出：使用FRI解析时类腐殖质组分与类蛋白质组分存在明显差异；PARAFAC分析类腐殖酸组分与类富里酸类组分存在明显差异，需要分别对总量和组分设置提取时间。以经济和提取组分分布稳定为原则，筛选出荧光区域积分值或最大荧光强度得分值（Fmax）达到最大值的时间。结果显示，室温25 ℃下时，在离心处理下采用两种方法分析得出的DOM总量与各组分的最佳提取时间均为45 min；振荡处理下DOM总量、类腐殖酸、类富里酸、类色氨酸、类络氨酸和微生物代谢产物的最优提取时间分别为12, 21, 12, 12, 12和12 h，PARAFAC分析得出DOM总量、C1、C2、C3的最优提取时间分别为12, 21, 12和39 h。综上，两种提取方式各有优点，离心处理下组分与总量可采用同一提取时间。振荡处理下区域积分值与Fmax呈现振荡大于离心，且变化幅度较小，提取效果较为稳定。研究成果可为在进行三维荧光光谱测量DOM时优化提取方案提供一定的参考，减小对后续研究产生的误差。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2444-2451 [摘要] ( 8 ) RICH HTML PDF (6516 KB) ( 6 ) |
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| 2452 | ICP-MS法分析不同种质荒漠肉苁蓉矿质元素分布特征 |
| | 郭 猛1，黄 勇1*，陈 欣1，张治峰2，张红瑞1，周 艳1，李贺敏1，郭玉海3 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2452-04 |
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| 矿质元素是中药材品质评价的重要指标之一，与中药材功效物质合成及其功效的发挥密切相关，中药材矿质元素含量受其种质、采收时期、药用部位、产地等因素的影响。荒漠肉苁蓉是我国著名补益中药，也是药食同源类药材，其矿质元素含量越来越受到人们关注。应用ICP-AES法测定了黄花、白花、紫花三种类型荒漠肉苁蓉不同部位4种常量矿质元素和8种微量矿质元素含量。结果表明：（1）不同类型荒漠肉苁蓉均含有K、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr、As、Pb和Cd元素，但不同类型荒漠肉苁蓉矿质元素含量差异较大，黄花肉苁蓉矿质元素含量低于白花肉苁蓉和紫花肉苁蓉；白花肉苁蓉K、Ca、Mg、Na、和Cu含量高于紫花肉苁蓉，而Zn、Cr和Cd含量低于紫花肉苁蓉。（2）荒漠肉苁蓉中12种矿质元素分布特征差异明显，K、Ca、Mg、Na和Cu主要分布在上部。（3）荒漠肉苁蓉不同部位矿质元素比值差异显著，三种类型荒漠肉苁蓉K/Na值均为下部>中部>上部；Mg/Fe值紫花、白花类型中部最高，黄花类型上部最高；Zn/Mn比值紫花和黄花类型中部最高，而白花类型下部最高；Cu/Cr值白花和黄花类型上部最高，紫花类型中部最高。研究结果将为荒漠肉苁蓉的良种选育和质量控制与利用提供数据支撑。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2452-2455 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (677 KB) ( 5 ) |
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| 2456 | 盐水溶液中单硼酸盐物种（B(OH)3和B(OH)-4）的拉曼光谱定量分析 |
| | 彭姣玉1，2*，杨克利1，2，边绍菊1，3，4，崔瑞芝1，3，董亚萍1，2，李 武1，3 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2456-07 |
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| 盐湖是天然存在的水和盐类共存的复杂体系，卤水中硼酸盐的赋存形态及分布规律较一般水溶液更为复杂，通常随盐类的浓缩富集而发生复杂的聚合、缔合等作用，存在严重的过饱和性，不利于盐湖硼及其他盐类的分离提取。因此，开展盐湖卤水体系中硼酸盐物种分布规律及离子间相互作用机制研究具有重要的实际意义。激光拉曼光谱因具有原位、无损、且水峰干扰小等特点，被广泛应用于硼酸盐溶液结构光谱学研究中，并表现出较大的优越性。近年来，以化学计量学为核心的现代拉曼光谱定量分析技术已成为快速准确获取复杂体系目标物量关系的有效手段，对光谱解析中面临的光谱重叠、背景干扰、基线漂移等问题具有强大的优势，在分析领域中得到了广泛而深刻的应用。基于化学计量学算法，采用拉曼光谱技术探究了三种回归模型（内标法、多元线性回归和偏最小二乘法）对盐水溶液中单硼物种B(OH)3和B(OH)-4的定量分析，并通过外标样进行方法评估。研究表明，多元线性回归和偏最小二乘法对外标样的预测结果更为准确，相对误差均在1%以内，但前者对低硼含量的预测效果更佳。进一步地，根据建立的多元线性回归模型，文中开展了柴达木盆地西部油田卤水蒸发浓缩过程中硼化学形态Raman光谱定量化研究。结果表明，油田卤水蒸发浓缩过程中，仅在875 cm-1处检测到B(OH)3的拉曼特征峰；多元线性回归法对油田卤水中B(OH)3含量的预测与甘露醇减量法分析硼的含量结果相一致，相对误差小于5%，表明油田卤水浓缩过程中硼始终以B(OH)3形态赋存，其他硼酸根离子的含量可忽略不计，故从化学形态角度，揭示了油田卤水蒸发浓缩中硼的结晶盐类仅有硼酸一种析盐固相的结晶行为。以上研究为后续探索动态环境下盐卤体系硼酸盐化学形态的定量关系提供了理论指导和实验依据。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2456-2462 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (2745 KB) ( 3 ) |
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| 2463 | 光度法对不同土地利用类型河流在不同水期氮磷分布特性及定量源解析研究 |
| | 李彤飞1，周坪燕1，丁韵畅1，唐淇丁1，周珊珊1，刘 颖1，2* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2463-08 |
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| 氮和磷是水环境生物生长和繁殖必须的营养成分，影响水体初级生产力的水平，且水体富营养化水平与氮磷形态密切相关，随着水体环境的改变，沉积物会向水体释放氮磷，造成二次污染。同时，对外源氮磷污染来源的贡献进行定量识别，可有效管理和控制水体氮磷污染负荷。毗河和石亭江是沱江的重要支流，影响着长江母亲河的水质。采用钼锑抗分光光度法和连续提取法研究在枯水期和丰水期毗河和石亭江水体和表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)及各形态氮磷的分布特性，对比不同土地利用类型河流氮磷行为特性及释放风险，并采用Multiple Linear Regression of the Absolute Principal Component Scores(APCS-MLR)受体模型进行氮磷污染源的识别和量化。研究结果表明：① 研究区水体和表层沉积物中氮磷均处于不同程度的污染水平，水体枯水期TP的主要贡献者是颗粒态无机磷(PIP)和颗粒态有机磷(POP)，而丰水期却是颗粒态无机磷(PIP)和溶解态无机磷(DIP)，两水期水体中TN的主要贡献者是硝态氮(NO-3-N)和有机氮(ON)。而在表层沉积物中，TP的主要贡献者是钙结合态磷(HCl-P)，TN的主要贡献者是酸解态氮(HN)。在枯水期和丰水期，毗河表层沉积物生物有效磷(BAP)占TP的平均值(19.7%和23.0%)比石亭江的平均值(11.0%和12.5%)占比更高，具有较高的磷释放风险。研究发现，枯水期氮磷污染程度高于丰水期，而且石亭江的氮磷污染程度高于毗河。②APCS-MLR模型在毗河提取了城镇生活污水、生活垃圾堆积产生的渗滤液、动植物残体分解和养殖业废水4个污染源因子，其中城镇生活污水对毗河氮磷污染的贡献最大(枯水期50.9%，丰水期54.8%)，而在石亭江提取了工业生产中产生的废水等、动植物残体的降解、农业废弃物的风化、农田排水渠的农业废水和农药化肥的不合理施用5个污染源因子，其中工业生产中产生的废水等对石亭江氮磷污染的贡献最大(枯水期58.7%，丰水期55.8%)。因此，当地相关部门应加强对高贡献污染源的管控，从而降低流域氮磷污染负荷。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2463-2470 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (5591 KB) ( 7 ) |
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| 2471 | 基于光谱结构特性的马铃薯干腐和疮痂病识别方法研究 |
| | 李鸿强1，孙 红2，李民赞2* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2471-06 |
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| 马铃薯干腐病和疮痂病的检测通过人工目测，结果存在主观性，该工作研究正常、干腐和疮痂病马铃薯的光谱分类识别方法。试验获取116个样本，光谱采集范围860~1 745 nm。经过一阶导数(first derivative, FD)处理后的光谱数据，主成分（PCA）分类识别效果较好，FD作为光谱预处理方法。光谱曲线上的极值点、极值点间的中点和极值点间连线的斜率决定光谱曲线的形状和变化，是曲线上的关键点，光谱曲线形状变化代表着内部物质的变化，具有指纹特性，利用极值点和中点对应的光谱或极值点间连线的斜率组成模式特征向量。分别用3种样本关键点的平均光谱形成标准模式特征向量，通过计算待测样本关键点组成的特征向量和标准模式特征向量之间的马氏距离，以最小马氏距离判定样本的归属，通过错误识别率检验模型识别性能。正常、干腐、疮痂样本分别有13，12，15个关键点，由各自关键点对应的反射率组成的模式特征向量，3类样本的错误识别率为0。去掉冗余关键点整合成一个标准模式特征向量，正常和疮痂样本的错误识别率为0，干腐样本的错误识别率为14.3%，全部错误识别为疮痂样本，特征向量数据点的增多，增加了病害样本之间的贴合度，降低了两类病害样本之间的区分度。利用波长911, 1 269和1 455 nm处两点间的斜率形成模式特征向量，正常和疮痂样本的错误识别率为0，干腐样本的错误识别率为2.4%。利用前2个主成分得分作为参数，采用线性判别分析(LDA)和贝叶斯分类器（BC）建模，提供不同角度的分类模型，对比检验基于模式特征向量建立的分类模型的有效性，2种识别方法的错误识别率均为0。实验结果表明，可以利用表征光谱曲线结构特征的模式特征向量作为分类参数，结合距离法建模，与常见识别方法具有同等识别精度。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2471-2476 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (2769 KB) ( 9 ) |
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| 2477 | 废旧纺织品近红外光谱定量分析的新模型 |
| | 韩松辰，刘 胜* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2477-05 |
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| 根据废旧纺织品所含成分对它们做分类回收和处理可节省大量纺织原材料。目前，在废旧纺织品的回收过程中往往使用人工分拣方法。这种方法成本高且效率低。近红外光谱分析是21世纪发展最迅速的技术之一，可以在不破坏样本的情况下快速测定样本的成分及每种成分的含量。利用该技术对废旧纺织品进行分析，预先判断废旧纺织品所含的成分及各种成分的含量，可为废旧纺织品的大规模精细分类回收提供帮助。多模型方法通过将各子模型的预测值做加权平均得到最终的预测值，用该方法建立的近红外光谱分析模型一般具有较好的稳定性。以废旧纺织品样本的锦纶含量为例，先用多模型方法建立了锦纶含量的近红外光谱分析模型。方法如下：将反射率向量按照波长划分为15组。用每组数据建立一个近红外光谱分析子模型。对子模型的预测值做加权平均得出锦纶含量的最终预测值。然后在多模型方法基础上，根据锦纶含量预测值与实验值之间的近似线性关系，通过用变量代替常量并对变量做标准化处理，给出了一种便于优化的预测锦纶含量的近红外光谱分析新模型。优化后的每个子模型中的参数比优化前减少了6个，这样可防止模型过拟合。将上述两个模型与常见的用偏最小二乘法建立的模型进行了对比。交叉验证的结果表明：（优化后的）新模型的拟合优度的平均值为0.820 7，单纯使用多模型方法所建模型的拟合优度的平均值为0.769 1，用偏最小二乘法建立的模型的拟合优度的平均值为0.746 7。因此, 使用多模型方法建立的模型的预测效果好于用偏最小二乘法建立的模型的预测效果。新模型的预测效果明显好于其他两个模型的预测效果。该研究主要创新之处是新模型的建立和优化。文中建模方法有望用于废旧纺织品样本其他成分的含量预测。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2477-2481 [摘要] ( 19 ) RICH HTML PDF (1106 KB) ( 12 ) |
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| 2482 | 基于光谱和改进极限学习机的土壤含盐量分析 |
| | 宋妮娜1，肖 冬1*，李 森1，高宇洁2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2482-06 |
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| 研究盐碱地的性质、组成，对于生态环境具有重要意义。传统的含盐量测定方法大多基于化学分析，因其成本高、效率低的缺点使得应用于大面积土地的可行性很低。极限学习机（ELM）作为一种基于前馈神经网络构建的机器学习系统，在许多研究中作为一种光谱处理方法被成功运用。为了改进传统的盐碱地含盐量检测方法，采用光谱学结合改进的极限学习机（ELM）模型的方法对盐碱地进行研究。根据镇赉县采集得到的62个土壤表层样本得到对应的光谱反射率和含盐量数据，提出了基于随机值改进粒子群优化算法（RVIPSO-MELM）优化的多层极限学习机模型。首先使用主成分分析提取光谱数据特征，并使用ELM算法对光谱数据建立分类模型，引入改进的粒子群优化算法以提高精度和速度。该模型结合了具有随机值的多层ELM（RV-MELM）和改进PSO算法的多层ELM（IPSO-MELM）二者的优点，在运用启发式算法搜索最优值的同时还具有随机性，提高了模型优化速度，同时以提高模型性能为目的对隐含层之间参数进行优化和选择。并且该模型可以推广到多层，对隐含层之间的参数的两种选择方法，根据经验公式计算和使用改进的启发式算法搜索，进行了提高模型性能和优化时间的讨论，实践结果表明，选择第一层参数使用改进粒子群优化算法，确定随后的隐含层之间参数选择，使用经验公式进行计算得到一种更具现实意义的方法模型。模型在进行启发式搜索最优值之前，利用蒙特卡罗方法确定一个较好的初值，使得模型能保持较高准确率的条件下，优化速度进一步提高。相比于传统方法，这种光谱分析结合ELM的模型节省时间和经济成本，有一定推广意义。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2482-2487 [摘要] ( 13 ) RICH HTML PDF (3176 KB) ( 28 ) |
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| 2488 | 西藏扎什伦布寺壁画的科学研究 |
| | 黄亚珍1，宋 燕2，郭巨文2，魏书亚1* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2488-06 |
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| 壁画是寺院建筑的重要装饰元素，也是藏传佛教艺术的重要组成部分。扎什伦布寺始建于明正统12年（公元1447年），作为后藏最大的寺院，寺内保存了大量精美壁画，这些壁画对研究藏传佛教及佛教艺术具有重要意义。扎什伦布寺自建寺起一直为传播佛教文化服务，经历了频繁的大规模修建。为了解扎什伦布寺壁画的制作材料与工艺，为今后壁画的保护及修复提供重要的参考及科学支撑，选取寺内强巴佛殿四层北壁、吉康扎仓南殿西侧的典型壁画，共采集8个样品。采用超景深三维视频显微镜观察壁画的制作结构，显微激光拉曼光谱仪对有机与无机颜料的成分信息进行表征，偏光显微镜根据晶体的光学信息鉴别拉曼光谱相似的颜料颗粒，X射线衍射仪用于测定地仗成分，扫描电镜/能谱仪则对微观数据进行确认和补充。通过分析研究，壁画由地仗层、准备层、颜料层构成。颜料包括矿物及人工合成颜料，其中红色颜料为朱砂与颜料红14，绿色颜料为块铜矾、酞菁绿，黑色颜料为碳黑，黄色颜料为雌黄，蓝色颜料为合成群青。颜料红14与酞菁绿为有机合成颜料，合成群青则为无机合成颜料。块铜矾作为矿物颜料，在欧洲曾用于架上画、壁画、手稿等艺术作品中，但在国内还未曾发现其使用历史，这一发现扩展了对绿色颜料的认识。壁画的地仗层依据藏式壁画制作传统使用了阿嘎土，准备层则由黄土制备。研究结果表明，壁画制作时以阿嘎土打底，刷一层黄土找平壁面，以胶调和颜料绘制于黄土层之上。壁画除了使用一些常见的传统藏式壁画材料，还发现了一些近代人工合成材料，说明扎什伦布寺强巴佛殿四层北壁及吉康扎仓南殿西侧壁画曾经历过重绘或补绘。该研究结果不仅弥补了扎什伦布寺壁画的研究空缺，也为扎什伦布寺修缮历史的补充及完善提供了重要证据。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2488-2493 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (3765 KB) ( 6 ) |
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| 2494 | 漫反射光谱法对闽粤沿海花斑粘土沉积环境及成因的指示 |
| | 王 晶1，2*，陈 震3，高全洲1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2494-05 |
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| 赤铁矿和针铁矿是自然界最常见的两种铁氧化物，广泛分布于沉积物中，其相对含量关系不仅可以反映沉积环境，同时也为成因判别提供依据。由于传统测试方法操作复杂、效率低下，因此难以快速而准确的测定铁氧化物的种属及含量。近年来，基于紫外-可见光-近红外分光光度计的漫反射光谱分析法因操作简单、测试速度快、检测限低等优势，被广泛地应用于沉积物的研究中。在我国闽粤沿海的晚第四纪盆地中，广泛发育一套末次盛冰期的黄色粉土层，有时混杂红、灰色，也被称为“花斑粘土”。对于该套花斑粘土层，前人多将其归因于海进期的水下沉积物在全球低海面时期，顶部因暴露地表风化所致。而研究发现，大部分花斑粘土与下伏沉积在岩性上没有过渡，截然相交，“风化”难以解释该现象；花斑粘土中也并无发现其下伏沉积层所富含的海相生物化石，表明两者在沉积环境及物源上存在较大差异。为了进一步判定花斑粘土的沉积环境及成因，在以往研究的基础上，使用漫反射光谱分析法，从铁矿物特征的角度对珠江三角洲第四纪钻孔进行研究。结果表明，花斑粘土的赤铁矿特征峰峰高>针铁矿特征峰峰高，而其下伏沉积层的赤铁矿特征峰峰高<针铁矿特征峰峰高。赤铁矿是干燥温暖、陆上氧化条件的产物，针铁矿是长期潮湿、水下还原条件的产物。因此，花斑粘土并没有经过长期水化作用的改造，并非水下沉积原地风化形成，应属陆上外来粉尘堆积。各钻孔垂向上，花斑粘土两种铁矿物峰高值的变异系数较小，一阶导数曲线形态相似，表明不同深度成分均一，堆积前经历了充分的混合与分选，这为风成成因的判定提供新的证据。可见，漫反射光谱分析法不仅对沉积物中铁氧化物的鉴定提供技术支持，同时也为沉积环境及成因的判别提供新的思路。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2494-2498 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (4238 KB) ( 3 ) |
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| 2499 | 充填处理天河石的谱学特征研究 |
| | 吴燕菡，陈全莉*，李珺琦，赵安迪，李 璇，鲍珮瑾 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2499-07 |
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| 采用常规宝石学测试方法，结合能量色散型X射线荧光光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、荧光光谱仪等测试分析方法，对比天然及充填处理天河石的谱学特征，旨在探寻有效无损鉴别充填处理天河石的方法。结果表明，充填处理天河石同天然天河石折射率范围一致，均为1.52～1.53。充填处理天河石的光泽较弱，为弱玻璃—蜡状光泽，有别于天然天河石的玻璃光泽。放大观察，部分充填处理天河石样品可见裂隙处出现明显内凹现象，内凹处光泽明显较弱，裂隙中还可存在气泡。较弱的光泽以及放大观察可以辅助区分天然天河石与充填处理天河石。天然及充填处理天河石中所含的主量元素种类一致，均含有Al，Si，K和Rb，并未检测到属于充填物质的异常化学元素。红外反射光谱在指纹区都表现为天河石本身基团振动所产生的吸收；在官能团区，天然天河石没有明显吸收，而充填处理天河石存在由（—CH2—）振动所产生的2 844和2 912 cm-1两处特征吸收峰。天然及充填处理天河石的激光拉曼光谱在100～1 500 cm-1波段内特征相同，均表现为天河石本身基团振动所产生的拉曼峰。充填处理天河石在100～3 700 cm-1波段内荧光干扰明显强于天然天河石，当检测到表面裂隙中的有机充填物时荧光干扰会更强并出现区别于天然天河石的拉曼峰。天然天河石与充填处理天河石的三维荧光光谱不管是荧光中心位置还是相对强度都没有典型区别，且天然天河石自身具有不同的荧光特征，三维荧光光谱不能有效区分天然天河石与充填处理天河石。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2499-2505 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (4597 KB) ( 13 ) |
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| 2506 | 基于手持式X荧光光谱仪对乐山大佛赋存砂岩的分析 |
| | 鲁 昊1，付宛璐2，3*，柴 珺2，刘 爽4，孙作玉2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2506-07 |
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| 为探索手持式X荧光光谱仪在石窟研究和保护中的应用，结合岩相分析和前期地调数据，使用手持式X荧光光谱仪，对四川乐山大佛从佛脚到胸部位置共42 m厚的砂岩以平均0.5 m间隔进行高密度XRF测试，做出元素含量和比值变化曲线。研究结果显示，手持式XRF测试结果中的Si，Ca，Al和Fe等主量元素可以较好地与岩相分析结果和自然层划分结果吻合，反映石英、方解石、褐铁矿的含量变化以及岩屑绢云母化程度。元素比值能够反映厚层块状岩体内部的抗风化能力差异，Si/(Si+Fe+Al)可以反映砂岩胶结物含量变化和受溶蚀程度，(K2O+CaO)/Al2O3指示抗化学风化强度变化，S元素含量与Fe、Mn元素的去耦合指示了溶孔发育，综合反映了大佛赋存岩体在胶结物成分、孔隙度和层理发育方面的情况。Cl元素的两段高值与乐山大佛胸部带状滞状区及大佛脚部潜水区高度吻合。手持式X荧光光谱仪应用在石质文物分析中具有以下三个优势：（1）对大型、不可移动的石质文物本体来说，手持式X荧光光谱仪提供了高效、无损的岩石化学成分分析手段，主量元素的含量及分布可以较好地与赋存岩体的岩相分析结果和自然层划分结果吻合，能够成为石质文物本体岩性和岩层划分的辅助手段，有利于进行不同区域石质文物的对比研究。（2）对凿造于同一厚层块状岩层中的石质文物来说，手持式X荧光光谱仪能够满足测试间隔不到0.1 m的高分辨XRF扫描，元素比值的波动和元素间耦合关系的变化反应胶结物成分、孔隙度、溶孔发育度等方面反应块状岩体抗风化能力的内部差异。（3）Cl元素含量变化曲线可以精确指示含水量高的岩层，有助于进行滞水、透水情况和水患防治重点的评估，为处于不同气候和水文条件下的石质文物进行病害位置和机制对比提供辅助信息。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2506-2512 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (3021 KB) ( 8 ) |
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| 2513 | 胶州湾海域Landsat8/OLI数据处理中多种大气校正方法的评价 |
| | 刘晓燕1，2，3，申 辰3，崔文玺3，杨 倩1，3，禹定峰1，3*，高 皜1，3，杨 雷1，3，周 燕1，3，赵新兴3 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2513-09 |
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| 海洋水色遥感研究中，精确的水体遥感反射比Rrs(λ)光谱数据是应用海洋光学卫星数据反演海洋生物地球物理参数的关键。实际工作中，遥感反射比是根据遥感仪器接收到的辐亮度经大气吸收和散射校正、太阳距离以及太阳高度角校正后计算出来的。因此对卫星传感器数据进行大气校正是我们得到精确的水体遥感反射比光谱数据的关键因素之一，也是海洋水色遥感研究中的一个重要问题。胶州湾是黄海西部的一个半封闭海湾，是北温带海湾生态系统的重要代表，该海域内规划了大范围的海洋牧场养殖区域，水体生物光学性质复杂。Landsat是美国NASA的陆地卫星计划，最初是为了观测陆地而研发，但是其高空间分辨率(30 m)的优势在海洋遥感监测中表现突出，使得其成为卫星遥感监测河流、湖泊、内陆环湾等水体不可忽略的数据源之一。基于QA(quality assurance) Score光谱质量评价体系对Landsat8/OLI数据处理中五种大气校正算法在胶州湾海域的大气校正结果进行了评价分析。五种大气校正算法分别是NASA(National Aeronautics and Space Administration)标准近红外大气校正算法(Seadas采用为默认大气校正算法，记为Seadas Default)；Acolite 默认大气校正算法—暗光谱拟合算法（dark spectrum fitting，记为Acolite DSF）；以及Acolite指数外推算法（exponential extrapolation），根据算法中所使用波段的不同，分别记为Acolite SWIR, Acolite Red/NIR, Acolite NIR/SWIR。分析结果表明在胶州湾海域Seadas Default的大气校正算法得到的Rrs(λ)数据QA得分为1的概率（83.95%）要远大于Acolite DSF（49.66%），Acolite SWIR（4.13%），Acolite Red/NIR（7.25%），Acolite NIR/SWIR（1.38%）四种大气校正算法。Acolite DSF大气校正算法优于Acolite SWIR，Acolite Red/NIR，Acolite NIR/SWIR。应用MODIS/Aqua卫星数据对Seadas Default大气校正算法和Acolite DSF大气校正算法处理Landsat8/OLI卫星数据得到的Rrs(λ)在443，483，561和655 nm的数据进行了对比分析，结果表明在各个波段的Seadas Default算法所得的大气校正结果都要优于Acolite DSF算法。据此，建议在胶州湾及其附近海域应用Landsat8/OLI数据进行遥感应用研究时以NASA标准近红外大气校正算法为首选。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2513-2521 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (7565 KB) ( 5 ) |
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| 2522 | 高分辨率光谱学揭示东太平洋CC区结核金属赋存状态及富集机制 |
| | 邓贤泽1，2，邓希光1，2*，杨天邦1，2，蔡 钊3，任江波1，2，张立敏1，2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2522-06 |
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| 赤道东太平洋克拉里昂-克利珀顿带（CCZ）是全球最有经济潜力的结核成矿带，存在巨量的Mn，Co，Ni，Cu，Zn和Li金属资源。前人对CCZ结核的研究偏重化学、矿物学分析，对结核显微纹层、金属赋存状态缺少高分辨率光谱学分析，制约了对金属富集机制的理解。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪(XRD)、微区X射线荧光面扫(XRF)、激光剥蚀电感耦合多接受质谱仪(LA-ICP-MS)对克拉里昂-克利珀顿带结核的显微纹层展开高分辨率分析，结果表明结核是由水成层韵律和成岩层韵律交替形成的。水成层由水羟锰矿组成，具有低的Mn/Fe，Li，Ni，Cu，Zn和高的Co，Fe，Ti，V含量，推测受铁的羟基氧化物库仑力吸附作用和高价锰氧化物八面体的表面氧化作用，水成层吸纳高含量Co，Ti和V元素。成岩层矿物组分主要是水钠锰矿，吸纳高含量的Li，Ni，Cu和Zn，其吸纳能力随Mn/Fe升高而提高，当Mn/Fe>8达到峰值。笔者认为结核生长环境中的Mn和Fe相对通量控制了结核的矿物类型和化学组分，而金属通量也可能影响了结核的金属成分。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2522-2527 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (6264 KB) ( 5 ) |
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| 2528 | 基于UHPLC-QE-MS的CCI模型大鼠的血清代谢组学研究 |
| | 白凤媛1，2，赵冬梅1，2，蔡仁军1，2，宋素菲1，2，刘 涛1，2*，徐秋玲1，2* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2528-04 |
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| 采用超高效液相色谱-四级杆静电场轨道阱质谱（UHPLC-QE-MS）非靶向代谢组学方法，观察CCI模型大鼠血清内源性代谢物的变化，筛选出慢性坐骨神经痛大鼠血清差异性代谢物，分析慢性疼痛对差异性代谢物的影响。将12只SPF级SD雄性大鼠随机均分为正常组和坐骨神经慢性压迫损伤（CCI）组，每组6只。CCI组建立大鼠左侧坐骨神经慢性压迫损伤模型，正常组除不结扎坐骨神经，其余步骤一样。14天后腹主动脉采血, 分离血清，对大鼠血清中的代谢物进行代谢组学检测。利用UHPLC-QE-MS技术并结合PCA(主成分分析)筛选差异代谢物，利用MetabolicAnalyst5.0进行差异代谢物的富集分析。富集分析结果表明，与正常对照组相比,CCI模型大鼠血清有机酸、有机杂环化合物、脂肪酰基、碳水化合物、核酸、有机氮化合物、碳氢化合物等9类代谢物具有统计学差异。结果表明：基于UHPLC-QE-MS的血清代谢组学方法能够有效区分正常组和CCI组，筛选出的差异代谢物有助于慢性疼痛的机制及药物靶点研究。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2528-2531 [摘要] ( 8 ) RICH HTML PDF (1518 KB) ( 5 ) |
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| 2532 | 基于傅里叶变换红外光谱指纹技术的艾叶产地溯源研究 |
| | 李 超1，李孟芝1，李丹霞1，韦诗冰1，崔占虎2，项丽玲1，黄显章1* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2532-06 |
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| 中药材产地对中药材品质与安全有直接影响。从生物学角度，中药材是物种受特定生态环境的影响，在长期生态适应过程中所形成的。药材生长所需的气候、土壤、水文等生态因素与其生长发育和品质唇齿相关，并带有地域信息的指纹特征。近年来，中医药产业的快速发展带来了中药材资源需求量的激增，但同时也存在诸多安全隐患，药材产地难以区分和溯源已成为制约中医药发展的主要瓶颈之一。以国内4个省份5个主产区的75份艾叶样品为实验材料，采用FTIR法进行红外特征分析和数据挖掘，通过比较多种光谱信号预处理方法（如高斯滤波、多元散射校正、标准正态变换、一阶/二阶导数等）和多种模式识别技术（如BP神经网络、随机森林、K-最近邻算法、贝叶斯算法、粒子群优化支持向量机模型等），探索适合艾叶产地溯源的计量学方法。结果表明，K-最近邻算法、贝叶斯算法及粒子群优化支持向量机3种模式识别效果最为理想，测试集的正确率均为100%。基于运行时间、鉴别正确率与模型稳定性综合考虑，最终确定K-最近邻算法是艾叶产地鉴别的最优方法。整体来看，红外光谱指纹技术结合适当的化学计量学方法能够用于艾叶的产地溯源，研究结果为艾叶的道地性评价和质量控制提供技术支持，也为其他药材的等同性研究提有益参考。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2532-2537 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (1812 KB) ( 13 ) |
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| 2538 | 基于同步辐射显微CT的肾结石微观结构特征研究 |
| | 解莹馨1，王一惟2，薛艳玲3，4，邓 彪3，4，彭冠云3，4* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2538-04 |
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| 肾结石是全球的泌尿系统常见病、多发病，且复发率高居不下。一般认为，尿中结石晶体的盐类呈超饱和状态，以及尿中抑制晶体形成物质不足是肾结石产生的主要因素。肾结石病因较复杂，目前提出了多种有关肾结石病因的学说，主要是从人体种族遗传、疾病、代谢和饮食习惯等方面研究结石病因，来推测其导致不同的种类的产生，再针对性制定治疗方案，但临床上肾结石内科治疗效果仍欠佳。积极探索肾结石形成和生长机制，无疑能对科学治疗肾结石有积极的意义。直观观察到结石的内部结构，并根据这些结构特征推测出结石的形成和成长轨迹，是研究肾结石形成和生长机制的重要一环。传统的研究手段难以无损获得结石的内部结构，目前未见肾结石微观结构相关报道。高分辨率显微CT特别是同步辐射X射线显微CT的出现，无疑能为这一研究提供先进的检测手段。上海同步辐射光源作为第三代优质同步辐射光源，具有高光子通量、高准直性、高极化性、高相干性及宽频谱范围等特点，其配合高分辨的X射线探测器可实现精确、灵敏的组织结构信息的快速、无损检测，在保持标本完整性的前提下，清晰再现样品内部的三维显微结构，从而克服了传统的二维切片技术存在破坏组织结构的完整性、无法准确获得组织结构的三维空间信息和基质成份等局限性。利用上海同步辐射光源Ｘ射线显微CT技术，对32例肾结石患者的结石微观结构进行了解析。实验结果表明肾结石内部结构差异明显，可归纳为6种类型：Ⅰ两相密实型；Ⅱ结晶型；Ⅲ连续多层沉积型; Ⅳ非连续多层沉积型；Ⅴ镶嵌式多孔型；Ⅵ复合型。研究结果有助于进一步深入揭示肾结石生长机制，也为肾结石更为精准治疗提供了新的科学视角和依据。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2538-2541 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (1676 KB) ( 4 ) |
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| 2542 | 不同粒径对土壤有机质含量可见-近红外光谱预测的影响 |
| | 钟翔君1，2，杨 丽1，2*，张东兴1，2，崔 涛1，2，和贤桃1，2，杜兆辉1，2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2542-09 |
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| 土壤有机质（SOM）是表征土壤肥力的重要指标，实现其快速准确检测可为精准农业区域管理提供有效的数据支撑。土壤粒径对SOM的光谱预测及仪器开发有很大的影响，为了明确不同粒径对SOM预测的影响，分别制备了1~2，0.5~1，0.25~0.5，0.1~0.25和<0.1 mm五种均匀粒径及<1 mm混合粒径共计6种粒径土样并进行了可见-近红外（300~2 500 nm）光谱数据采集。采用蒙特卡罗交叉验证分别剔除了不同粒径的异常样本，结合Savitzky-Golay卷积平滑法对光谱数据进行平滑去噪处理，比较了不同粒径样品的光谱反射率差异，并对平滑后的原始光谱R进行倒数IR、对数LR、一阶导数FDR等3种光谱变换并分析与SOM含量的相关性，基于竞争性自适应重加权算法（CARS）对光谱数据进行了特征波长提取，并结合偏最小二乘回归（PLSR）分别建立了相应的SOM含量预测模型。结果表明，不同粒径土样的平均光谱反射率与变异系数随着粒径的减小逐渐增加，且在大于540 nm波长范围内，差异明显。随着粒径的减小，SOM含量与光谱反射率在全波段范围的相关性变化幅度愈加明显，FDR变换可明显改变全波段范围与SOM含量的相关性。通过CARS算法对FDR变换后的光谱数据进行特征波长提取，筛选出特征波长数为全波段数量的13.1%，降低了光谱数据重叠及无效信息干扰。对比不同SOM预测模型的结果，FDR变换光谱的建模精度较好，且粒径越小其模型的效果越好，特别在粒径<0.1 mm时，模型的R2p达到0.91，RMSEP为2.20 g·kg-1，RPD为3.33。基于CARS特征变量构建的SOM含量预测模型中，粒径<0.1 mm预测模型的效果最好，R2p为0.78，RMSEP为3.00 g·kg-1，RPD为2.00，可以实现SOM含量的可靠预测，且其他粒径下的模型仍有可优化的空间。该研究可以为实现SOM田间动态预测及仪器设计提供理论及模型参考。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2542-2550 [摘要] ( 13 ) RICH HTML PDF (7023 KB) ( 11 ) |
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| 2551 | 常压下玉米秸秆液化工艺的优化及其生物油分析 |
| | 张 妍1，王慧乐1，赵会芳1，李 静1，童 欣1，刘 忠2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2551-06 |
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| 随着化石能源的日益短缺，可再生木质生物质资源的利用越来越受到重视，常压液化技术是生物质资源高效利用的主要方式之一。利用单因素方法，探讨液化温度、复配液化剂二甘醇（DEG）与1,2-丙二醇（PG）的混合比、液固比、催化剂磷酸的用量、反应时间等因素对玉米秸秆液化得率的影响，以便优化其液化工艺；然后采用热重分析仪（TGA）、气相色谱-质谱技术（GC-MS）和核磁共振（NMR）技术对此优化条件下所得生物油的挥发降解特性和主要组成成分进行了检测探讨。分析表明，玉米秸秆液化时优化工艺参数为：液化温度170 ℃，液化剂DEG与PG混合比1∶2，液固比5∶1，H3PO4用量10%，反应时间45 min；此时玉米秸秆液化得率高至99.50%。TGA结果表明，此条件下所得生物油含有80%以上碳数小于25的化合物，热解后最终残炭量约为15%。GC-MS表明，可以检测出此生物油中含有的39种有机物，其中，醇类有机物的含量最多，酚类有机物的含量次之，它们相对含量依次是70.70%和25.63%，其还含有一定量的有机酸（2.80%）、醚类（0.64%）、酯类（0.10%）和酮类（0.13%）等有机物；其组分十分复杂，高含氧量，稳定性较差。1H-和13C-NMR分析表明，不同化学位移δ与生物油中不同类型的质子和碳原子相对应，明确生物油中不同类型H和C的分布，有利于对其分子结构进行深入探讨。这些研究为非木材生物质高效液化条件的选择及液化产物制备化学品和生物燃油给予理论基础与应用支持，促进了生物质资源的有效转化利用及其生物质基产品的开发。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2551-2556 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (1766 KB) ( 5 ) |
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| 2557 | 生菜叶片绿度的高光谱判别方法研究 |
| | 郭晶晶1，于海业1，刘 爽2，肖 飞1，赵晓漫1，杨亚平1，田绍楠1，张 蕾1* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2557-08 |
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| 生菜叶片绿度在作物生理及品质感官评价中具有重要作用。结合目前高光谱检测与分析技术在植物生理信息监测中的应用现状，开展了基于高光谱技术的生菜叶片绿度判别方法研究，以此为叶菜品质感官评价的定量化及基于高光谱技术的多功能生理信息同步采集装置的开发提供必要的理论支撑。本文以生菜为研究对象，在三种不同光照强度下开展栽培试验。以叶绿素相对含量（SPAD）作为反应绿度的参数，获取生菜整个生命周期中的动态高光谱和SPAD数据，分析了高光谱曲线的变化规律，建立了高光谱与SPAD之间的关系模型。采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)方法对原始高光谱数据进行降噪，平滑后的数据分别与多元散射校正（MSC），标准正态变量变换(SNV)和一阶导数(FD)三种预处理方法组合，采用竞争性自适应重加权取样法（CARS）和提取有效植被指数（VI）两种方法进行敏感波长提取，结合偏最小二乘（PLS）和最小二乘支持向量机（LSSVM）两种方法建模，以决定系数（R2）和均方根误差（RMSE）为评价指标，优选出最优绿度判定模型。结果表明：在10，20和30 d的生菜全生命周期内，不同光照强度下的高光谱曲线表现出总体变化趋势一致但反射率值不同的特征，在可见光450～680nm范围内，自然光照条件下的生菜高光谱反射率值要高于补光处理条件下的反射率值；而在近红外730～850 nm范围内，生菜叶片的高光谱响应特征恰好与可见光范围内相反。基于SG+FD预处理与CARS敏感波长提取方法的组合可实现叶绿素相对含量特征信息的最有效提取，提取的敏感波长占全波长的64.59%，与原始高光谱（1.25%）相比，提取的敏感波长数增加了63.34%。最终确定LSSVM方法为最优建模方法，基于SG+FD+CARS+LSSVM组合方法所建模型为最优生菜绿度判定模型，训练集R2c=0.920 7，RMSEC=1.161 0，预测集R2p=0.828 8，RMSEP=2.400 8，模型精度较高，可以实现生菜叶片绿度判别的目的。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2557-2564 [摘要] ( 8 ) RICH HTML PDF (5873 KB) ( 13 ) |
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| 2565 | SiPLS-CARS与GA-ELM对哈密瓜冠层叶片含水率的反演估测 |
| | 郭 阳1，郭俊先1*，史 勇1，李雪莲1，黄 华2，刘彦岑1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2565-07 |
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| 传统的叶片含水率检测方法效率低、操作繁琐且是有损的检测，不利于大田哈密瓜叶片含水率的快速获取。为实现对大田哈密瓜生长期进行更精细的田间灌水管理，利用光谱技术分别获取了哈密瓜植株在成长期（M1）、开花期（M2）、结果期（M3）、成熟期（M4）四个时期内的冠层叶片样本，采用烘干法测得叶片样本的含水率。为提高预测模型的精度和稳定性，首先开展并讨论极限学习机（ELM）模型中的核函数与隐含层神经元个数的选择对ELM模型精度的影响。随后分别利用联合子区间偏最小二乘法（SiPLS）及其与竞争性自适应重加权采样法（CARS）、遗传算法（GA）、连续投影算法（SPA）的组合算法对全波段光谱数据中与叶片含水率相关性高的特征波长进行筛选提取。再分别使用GA与粒子群算法（PSO ）对已经确定最佳核函数与隐含层神经元个数的ELM模型中的输入层与隐含层间的连接权值（W）和隐含层神经元阈值（B）进行优化选择，获取最优且稳定的W与B值，进一步提高模型的稳定性和预测精度。最后将四种特征波长提取算法优选出的特征波长分别进行ELM，GA-ELM，PSO-ELM建模分析，以校正集和预测集的相关系数Rc与Rp为模型评价指标，经过对比分析优选出能准确预测哈密瓜冠层叶片含水率的反演估测模型。采用SiPLS及其与CARS，GA和SPA的组合算法提取特征波长，筛选出的变量数分别为273，20，32和6，占全光谱变量的15.6%，1.2%，1.9%和0.03%。进一步将筛选出的特征波长作为自变量，叶片的含水率作为因变量，建立了ELM的预测模型，最佳预测精度Rp值为0.845 0，预测精度不是很理想。故引入GA与PSO对ELM中随机产生的W与B值进行优化选择。最终，经过研究发现，利用GA优化后的ELM模型结合SiPLS-CARS筛选出的特征波长建立的哈密瓜冠层叶片含水率预测精度最优，故反演叶片含水率的最优建模方式为SiPLS-CARS-GA-ELM，Rc值为0.928 9，Rp值为0.903 2，所建模型精度较高，可为大田哈密瓜冠层叶片的含水率进行快速检测，为田间灌溉管理提供科学依据。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2565-2571 [摘要] ( 11 ) RICH HTML PDF (2551 KB) ( 10 ) |
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| 2572 | 北京市区绿色空间滞尘分布反演研究 |
| | 王 戈1，于 强1*，Yang Di2，牛 腾1，龙芊芊1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2572-07 |
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| 北京市作为中国政治中心和京津冀特大型城市，近40年来城市化进程迅速，大气颗粒物和尘埃粒子污染问题较为突出，发挥绿色空间滞尘功能具有重要现实意义。将高光谱技术与遥感技术相结合，反演了市域尺度绿色空间滞尘分布。以北京市区绿色空间常见植被大叶黄杨(Euonymus japonicus)为研究对象，通过室外采样与室内试验获取叶片样本的滞尘量、光谱反射率和叶面积等数据，比较叶片滞尘前后的原始光谱曲线和反射率一阶导数特征，分析不同滞尘量对光谱反射率的影响，探究对叶片滞尘量高度敏感的波段。利用光谱响应函数将地面采集的窄波段光谱反射率数据分别转化遥感卫星的宽波段光谱反射率数据，建立对应卫星波段植被指数比值与滞尘量的回归模型，选取拟合效果最好的回归模型作为滞尘反演模型。结合GF-2影像所提取北京市区绿色空间范围，采用滞尘反演模型获取北京市区绿色空间滞尘分布。进而插值得到北京市区尘埃污染分布，采用空间自相关模型检验其空间聚集特性。结果表明：740~1 870 nm波段, 滞尘后光谱反射率明显低于滞尘前反射率，滞尘对红边、黄边、蓝边位置没有明显影响，对“红边幅值”和“红边面积”影响较明显，利用Sentinel-2影像计算的EVI指数与滞尘量相关性最高，所构建的线性与二次滞尘回归模型决定系数(R2)分别为0.705和0.751；利用2021年4月7日和2021年6月3日的Sentinel-2影像反演获取了北京市区绿色空间滞尘分布，其滞尘分布趋势表现为：市中心高于郊区，北部高于南部，东部高于西部。北京市区中部、北部和东部易产生尘埃污染。污染分布具有明显聚集性，并非完全随机。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2572-2578 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (3518 KB) ( 2 ) |
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| 2579 | 药芯焊丝脉冲TIG增材制造倒Y形电弧光电特性分析 |
| | 黄仕程1，黄一鸣1，2*，杨立军1*，袁 炯1，林智雄1，赵晓燕1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2579-08 |
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| 在药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造过程中，发现了电弧“骑”在成形件两侧的现象，该电弧被称为倒Y形电弧。倒Y形电弧对成形件两侧均有加热作用，其偏移导致成形件两侧受热不均，影响熔覆过程稳定性。按照点阵法测得的光谱数据利用Stark展宽方法计算了倒Y形电弧拖曳部分的电子密度，本研究试验条件下有部分区域（侧壁以外2 mm左右，Z方向0位置以下1.5 mm左右）符合局部热力学平衡条件。利用光谱诊断的Boltzmann图法来计算电子温度，将各点的数据拟合得到完整电弧温度场，分别从平行和垂直于焊枪运动方向分析了熔敷过程中倒Y形电弧的温度场。结果表明，从两个方向光谱诊断得到的倒Y形电弧钨极轴线处的温度最高值均大约为14 000~16 000 K, 分布在钨极端部下方0.5~1.5 mm范围内，电弧拖曳部分的温度大约为5 000~8 000 K。在垂直于焊枪运动方向上，当钨极轴线与熔敷层中心重合时，正常倒Y形电弧及其温度场关于钨极轴线对称分布。当钨极轴线偏移熔敷层中心左侧1 mm时，倒Y形电弧向左发生偏移且温度场也向左发生了偏移，熔敷层左侧温度明显高于右侧温度。在平行于焊枪运动方向，倒Y形电弧温度场扭曲较小，熔敷过程中焊丝从钨极前（左）侧送入，扰动电弧且吸收电弧热量，导致电弧前（左）侧的尺寸和温度均小于后（右）侧，电弧拖曳部分出现了收缩现象。通过分析钨极轴线与熔敷层中心重合以及钨极轴线向左偏移熔敷层中心1 mm的电信号，发现前者的均值电压、基值均值电压、峰值均值电压均小于后者。利用电信号结合高斯热源模型进行分析，在成形件左侧壁相同位置，正常倒Y形电弧的温度和热流密度小于偏移的倒Y形电弧，在成形件右侧壁相同位置则相反，这与光谱诊断得到的温度场分布关系吻合。研究结果对于建立电弧增材制造过程中新的热源模型和过程监控具有重要意义。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2579-2586 [摘要] ( 7 ) RICH HTML PDF (4680 KB) ( 3 ) |
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| 2587 | 不同环境氧浓度下聚甲氧基二甲醚（PODE）喷雾燃烧的羟基光谱分布及其反演重构研究 |
| | 张晓腾，刘 威，刘海峰*，郑尊清，明镇洋，崔雁清，文铭升，尧命发 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2587-08 |
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| 聚甲氧基二甲醚（PODE）是一种有潜力的柴油替代燃料，目前针对PODE的研究更多集中在发动机台架试验，相应的基础喷雾燃烧研究较少，制约了其在动力装置中高效清洁燃烧性能的提升。羟基（OH）性质活泼，大量存在的区域通常认为是高温反应区域。利用羟基光谱可以获得火焰结构、燃烧反应位置以及热释放速率等重要参数。环境氧浓度对火焰结构有很大影响，也是控制燃烧反应速率和污染物排放的重要参数。因此，在一台光学定容燃烧弹上，首先利用羟基的自发光光谱测量，研究了宽环境氧浓度变化（15%～80%）对PODE喷雾火焰浮起长度的影响，进一步利用阿贝尔逆变换方法将羟基自发光光谱强度由积分值反演为点位值，研究了富氧条件下（40%～80%）氧浓度变化对PODE喷雾羟基分布的影响。研究结果表明：环境氧浓度由15%增至40%，PODE火焰浮起长度迅速缩短；氧浓度进一步增加至80%，火焰浮起长度下降趋势逐渐变缓，直至基本不变；相同氧气浓度下PODE火焰浮起长度明显小于柴油。反演后的羟基光谱分布特征表面，富氧条件下PODE羟基光谱的高光强区域主要集中于喷雾边缘扩散火焰薄层中，同时，局部温度的显著提升使得羟基光谱强度在预混反应区下游附近达到最大；羟基光谱高光强区域随氧气浓度增加逐渐向火焰中上游区域迁移，并且其分布表现为轴向上更短，径向上更窄；在火焰达到准稳态时，相较40%氧气浓度条件，60%和80%氧气浓度下的羟基光谱强度在火焰中下游明显减弱，表明高的环境氧浓度下喷雾上游的燃油高浓度区域更快的参与到剧烈的燃烧反应中。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2587-2594 [摘要] ( 5 ) RICH HTML PDF (4525 KB) ( 2 ) |
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| 2595 | 典型“高山-绿洲-荒漠”生态区植被净初级生产力时空变化特征分析 |
| | 乔 鹏1，孙从建1*，李亚新1，周思捷1，陈亚宁2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2595-08 |
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| “高山-绿洲-荒漠”作为干旱区独特的自然景观，其内部迥异的生态系统极易在全球变化影响下产生不同波动，而植被净初级生产力（NPP）作为评价生态环境质量的重要指标，对整体认识区域变化有重要意义。遥感影像的产生为大尺度、长时间的区域NPP估算提供了可能，通过土地利用类型数据划分的不同植物覆被下的最大光能利用效率也提高了NPP估算的精度。因此选取具有典型“高山-绿洲-荒漠”生态系统的叶尔羌河流域作为研究区，使用多年遥感影像数据、气象数据，选用基于光能利用率的CASA模型对其进行模拟并对各生态区NPP状况进行分析，得出以下结论：(1) 叶尔羌河流域NPP年均值在2000年之后整体呈波动上升状态，约有85.9%的区域呈上升趋势，在绿洲区域的水域以及居住地处NPP出现下降状况。(2) 流域内NPP变化与降水量相关性较强，其空间分布特征与NPP和温度的相关性表现出相反状态。(3) 叶尔羌河流域NPP在各生态区上表现出“绿洲最高，荒漠绿洲过渡带次之，高山以及荒漠最低”的状况，生态环境相对绿洲、荒漠绿洲过渡带更为脆弱的区域（荒漠、高山）NPP波动性更强。研究结果将为区域生态环境保护修复、应对气候变化、实现人类与自然协调发展、促进多民族共同繁荣提供科学支撑。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2595-2602 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (12928 KB) ( 6 ) |
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| 2603 | 受石油污染的农田土和湿地土的偏振光谱特征对比 |
| | 宋子豪，韩 阳*，韦晨阳，陈 新，顾谦益，刘自平，刘莎莎 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2603-07 |
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| 遥感技术依据传感器所接收到的探测目标所反射或主动向外发射的电磁波特征进行地表物体的识别和研究，是一种重要的对地观测手段，其中光学遥感和热红外遥感是常用的遥感技术手段。偏振是一种常见的光学现象，在商业和科技领域有着广泛应用。经过数十年的发展，偏振光遥感已成为近年来受到广泛关注和应用的对地观测手段。传统的光学遥感依赖光强信息对地物进行探测和识别，所得的地物识别和信息提取结果往往不够全面，而利用偏振光信息可以弥补传统光学遥感方法的不足之处，人们可以从地物的偏振信息中得到其更重要的性质和特征。土壤是一种复杂的自然地理综合体，在生态系统中发挥着重要作用，因此土壤遥感能够在环境监测和污染治理方面发挥重要作用。在实验室条件下，洁净干燥土壤本身的光谱反射率没有明显的吸收谷和反射峰，而在自然条件下土壤的光谱特性与含水量、表面粗糙程度和有机质含量等因素有关。近年来许多研究发现，石油对土壤偏振光谱特性的影响十分显著，尤其在可见光-近红外波段，石油的偏振光谱响应十分明显，因此可以利用该现象并运用遥感技术大范围多时相地探测地表被石油污染的情况。许多研究发现石油的浓度和种类等因素能够影响土壤的偏振光谱特征，进一步地，可以猜想石油对不同类型的土壤可能会有不同的探测影响效果。故在吉林油田的镇赉石油厂实地采集受到石油污染的农田土和湿地土，通过多角度偏振光谱测量并结合定性和定量的分析对比两种土壤样本的偏振光谱特征，分析石油对两种土壤类型的影响。实验结果表明，因含水量和土壤结构的差异，以及土壤颗粒间石油成分的存在使得两种土壤样本的偏振光谱特征有着显著差异，并且导致了二者偏振反射率的实验测量值与运用理论模型计算出的预测值存在明显的偏移。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2603-2609 [摘要] ( 21 ) RICH HTML PDF (3940 KB) ( 5 ) |
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| 2610 | 腐植酸增值尿素的多谱学分子结构表征 |
| | 景建元，袁 亮，张水勤，李燕婷，赵秉强* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2610-06 |
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| 尿素生产过程中加入腐植酸生产腐植酸增值尿素，可以有效延缓尿素水解，提高作物产量与氮肥利用效率，然而在此过程中腐植酸（HA）与尿素（U）主要发生什么反应还未见报道。利用风化煤源HA生产含腐植酸5%，10%及20%的腐植酸增值尿素（HAU5，HAU10及HAU20），采集并分析了HAU5，HAU10，HAU20及U的红外谱图及其二阶导数谱图，用XPS与O(1s)NEXAFS分别对HAU20，HA及U进行表征；通过无水乙醇溶解HAU20的方式去除了HAU20中的尿素，并利用FTIR与XPS对醇不溶物（UHA）进行表征。结果表明：（1）FTIR原谱图及二阶导数谱图表明，腐植酸增值尿素伯胺C—N振动强度低于普通尿素，且振动强度随着HA添加量的提高而降低，XPS N(1s)与O(1s)NEXAFS检测到HAU20中分别存在较多仲胺氮与非羰基氧，且FTIR发现UHA酰胺特征明显，表明腐植酸增值尿素制备过程中HA与U发生了反应。（2）XPS C(1s)表明，HAU20与UHA羧基碳比例少于HA，FTIR结果表明，UHA中不存在HA中检测到的羧酸C—O—H面内弯曲振动，羧基C═O伸缩振动位置发生偏移且伯胺氮特征明显，表明腐植酸的羧基参与了HA与U的反应，且反应方式为腐植酸羧基C—OH化学键断裂，与尿素胺基结合，脱水形成R—CO—NH—CO—NH2。因此，采用光谱分析明晰了腐植酸增值尿素制备过程中，腐植酸与尿素的主要反应方式，这将为腐植酸增效尿素机理揭示以及增值尿素研制提供基础资料。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2610-2615 [摘要] ( 9 ) RICH HTML PDF (2935 KB) ( 2 ) |
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| 2616 | 不同堆砌层数煤系石墨的拉曼光谱表征及其表面石墨化均匀程度 |
| | 李焕同1，2，曹代勇3，邹晓艳3，朱志蓉1，张卫国1，夏 炎4 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2616-08 |
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| 采用多激发波长（325，405，514，633和785 nm）以及显微拉曼面扫描技术对不同芳香层片平均堆砌层数的煤系石墨及其表面石墨化均匀程度进行表征。结果表明：对无序石墨，石墨微晶的尺寸较小并任意取向，随着平均堆砌度及堆砌层数增加，石墨微晶边缘的拉曼光谱特征显现。在无序结构向有序转化的同时，石墨微晶缺陷逐渐消亡，拉曼光谱一级模中D3、D4峰逐渐不显著或消失，但是其倍频峰均微弱出现，尤其2D1峰强度逐渐增大。将ID1/ID2参数的含义进一步引申为缺陷类型及平均定向性，且无烟煤的ID1/ID2极大，随着石墨微晶尺寸增大（d002＜0.344 0 nm），至三维有序结构的石墨时ID1/ID2最小。在不同激发波长下G峰半高宽总是随着无序度的减小而减小，D1峰和2D1峰等均显示较强的色散效应，各峰强度随激发光能量的增大而增大，在紫外激发下，D1和G峰峰位差显著小于可见光激发。随激发波长的增加，D1峰向着低波数方向移动，2D1峰色散约为D1峰的两倍。高煤级煤石墨化过程中，非定向的芳香碳经历一系列的物理、化学结构演变产生各种中间相态，如残留煤岩显微组分（变镜质组和变惰质组）和新生的石墨组分（热解炭等）共存，因此采用(IG-ID1)/(PG-D1)≥0.3，ID1/IG＜0.4，AD1/A(D1+G)＜0.45等作为石墨和半石墨的界线，利用平面扫描区域成像来表征样品石墨化的表面均匀程度，取频数分布置信区间≤0.9来综合判定样品表面石墨化度为84.16%~86.40%，平均为85.49%，与利用X射线衍射(XRD)参数估计的石墨化度相当。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2616-2623 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (5318 KB) ( 26 ) |
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| 2624 | 陕北侏罗纪富镜煤和富惰煤分子结构的FTIR，XPS和13C NMR表征 |
| | 李焕同1，2，朱志蓉1，2，乔军伟1，2，李 宁3，姚 征3，韩 伟1，2 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2624-07 |
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| 侏罗纪优质煤炭资源为煤制油、制气等清洁高效利用提供了丰富的物质基础，其显微组分以富集惰质组为特征，而镜质组与惰质组大分子结构在很大程度上决定了煤的物理化学性质和工艺性能，进而决定了煤炭资源的综合利用效率及附加值。采集并制备了陕北侏罗纪煤田小保当煤矿和柠条塔煤矿的原煤(XR)、富镜质组煤(XV、NV)和富惰质组煤(XI、NI)样品，利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、固体13C核磁共振谱(13C NMR)等手段，结合煤质分析结果，定量表征了不同显微组分富集物分子结构的差异。研究结果表明：XI和NI煤中芳烃结构芳环取代程度低，主要以3个相邻、4~5个相邻的氢原子形式存在，苯环上氢原子较少被其他官能团取代，同时其结构中芳烃C═C骨架振动明显，脂肪结构中亚甲基伸缩振动强度较低，并且甲基含量略高于富镜煤，C═O基团相对含量略高，表明富惰煤有较多含氧桥键相连的芳香结构，其结构中脂族链、脂环基团脱落、断裂以及芳烃富集，支链相对较少且长度较短，芳碳率、芳香度、芳环缩合程度及成熟度较高。XV和NV煤中表面结构中碳的赋存形态“C—C，C—H”，“C—O”的相对含量高于富惰煤，反映其结构中应含较多的芳环取代的脂肪族侧链，XI和NI煤表面结构中氧的赋存形态以“C—O”为主，“C═O”和“COO—”明显高于富镜煤。XV和XI煤的芳碳率分别为57.91%和66.02%，脂甲基碳分别为10.02%和7.84%，质子化芳碳为非质子化芳碳的两倍，XV煤的羰基和羧基碳相对含量较高，两者桥碳和周碳之比分别为0.25和0.40，芳香核结构平均缩合环数分别为2.68和3.03，平均尺寸分别为0.448和0.676 nm，XI煤结构中芳香核以萘和蒽为主，支链化度Lγ分别为0.22和0.19，表明XV比XI存在较多脂肪侧链、饱和环结构，生烃(油)潜力大。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2624-2630 [摘要] ( 13 ) RICH HTML PDF (4872 KB) ( 7 ) |
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| 2631 | 基于油液光谱数据的离合器剩余寿命随机过程预测 |
| | 张 江1，崔俊杰1，郑长松2*，刘 勇1*，刘亚军3，沈 剑1 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2631-06 |
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| 基于油液光谱数据的湿式离合器剩余寿命预测对于综合传动装置的状态监测及可靠性具有显著影响。针对油液光谱数据随机性较高以及现有方法的性能指标单一且误差偏大的问题，利用二元Wiener过程的预测实时性和准确的优点，开展离合器剩余寿命预测研究。首先，结合湿式离合器寿命试验，通过对全寿命周期光谱数据的补换油修正处理，提取出离合器剩余寿命预测的指示元素Cu和Pb及失效阈值；其次，通过Matlab Copula函数分析指示元素的相关关系特性，由此推导出剩余寿命的关联函数；再次，根据Inverse Gaussian原理，建立上述两种指示元素的一元、二元wiener过程的性能退化数学模型；最后，利用极大似然估计法进行参数估计，并采用一元、二元性能退化数学模型分别对被试离合器的剩余寿命开展了随机过程预测研究。通过预测结果与试验结果的对比，在150～240 h范围内，二元wiener过程剩余寿命预测的偏差为6%～22%；相较一元wiener过程，剩余寿命预测的准确率提升9%以上。研究结果表明，二元wiener过程模型及其预测方法用于湿式离合器的剩余寿命预测，具有预测实时性强且预测精度高的优点。同时，该方法可推广到设备状态在线监测及剩余寿命预测等相关领域。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2631-2636 [摘要] ( 8 ) RICH HTML PDF (4319 KB) ( 7 ) |
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| 2637 | 基于信息熵的机械传动油液光谱监测数据选择方法 |
| | 闫书法，朱元宸，陶 磊，张永刚，胡 凯，任福臣 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2637-05 |
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| 机械传动装置磨损产生的金属微粒在润滑油中均匀混合并不断积累，是一个缓慢退化过程，可通过油液光谱分析监测。MOA Ⅱ型原子发射光谱仪能够分析得到多达15种元素浓度数据，应用分析得到的油液光谱数据，便能够实现机械传动装置健康状态的监测与评估。然而，并不是所有的油液光谱数据都能够表征装备的健康状态，只有部分油液光谱数据能够提供有用的退化表征信息。应用全部油液光谱数据进行机械传动装置的健康状态监测会增加退化模型的复杂性。鉴于此，为实现机械传动装置健康状态的准确表征，提出了基于信息熵的油液光谱监测数据的选择方法，旨在为机械传动装置的健康状态监测与剩余寿命预测提供有效的退化数据。与传统的油液光谱监测数据选择方法相比，该方法使用信息熵表征各监测数据中蕴含退化信息量的大小，并以此为指标定量选择机械传动装置的退化数据。通过对综合传动装置可靠性试验油液光谱监测数据的实例分析证明了该方法的有效性，能够实现油液光谱数据的定量选择，提高了综合传动装置寿命预测的准确性，也为其他装备监测数据的选择提供了指导。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2637-2641 [摘要] ( 10 ) RICH HTML PDF (1516 KB) ( 6 ) |
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| 2642 | 基于珠海一号高光谱卫星的巢湖叶绿素a浓度反演 |
| | 冯天时1，2，3，庞治国1，2，3*，江 威1，2，3 |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2642-07 |
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| 叶绿素a是重要的水质参数，可以衡量水体的富营养化程度。遥感技术可以实时、快速、大范围地获取水体中叶绿素a的浓度与分布，对于水生态环境的评价及治理具有重要意义。内陆水体的光谱特征复杂，宽波段的多光谱遥感难以精确获取水体的光谱信息。国产珠海一号高光谱卫星因其光谱分辨率高，波段多等优势在内陆湖泊的遥感监测中具有广阔的应用前景。基于珠海一号高光谱数据，充分发挥其高光谱分辨率的优势，对巢湖的叶绿素a浓度进行反演，从影像中提取实测点处的遥感反射率曲线，筛选具有显著光谱特征的波段，并以OIF指数衡量不同波段组合获取水体组分信息的能力，以此构建与实测叶绿素a浓度相关性较高的波段组合。结果表明珠海一号OHS-2A星影像的14，16和19波段所构建的三波段模型[Rrs(700 nm)-1-Rrs(670 nm)-1]×Rrs(746 nm)在巢湖的叶绿素a浓度反演中取得了较高的精度，相对误差和均方根误差分别为19.97%和10.85 mg·m-3。由模型反演巢湖2019年5月10日的叶绿素a浓度空间分布图可知，叶绿素a浓度自东向西呈上升趋势，全湖南部和东北部的叶绿素a浓度较低，西巢湖的北部叶绿素a浓度最高。西巢湖的整体叶绿素a浓度是全湖最高的，尤其是其北部水域，水质情况较差，已经出现了一定面积的水华，其主要原因在于该地区紧邻合肥市，人类活动强烈，污水废水排放量大。珠海一号高光谱卫星对于内陆湖泊的水质反演具有一定的优势，但也存在着数据处理困难，波段利用率低，反演模型普适性差等局限，今后仍需借助珠海一号高光谱数据开展更多的湖泊遥感研究，不断提出高光谱遥感影像处理的新方法，提高反演模型的精度与普适性，充分挖掘数据源的潜力，使其更好地服务于水质的遥感监测工作。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2642-2648 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (2590 KB) ( 14 ) |
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| 2649 | 窄带紫外LED照射对大鼠骨代谢的影响 |
| | 李云奇1，张 宁2，陈德福3，邱海霞1，曾 晶1，王 娜5*，顾 瑛1，3，4* |
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| DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2022)08-2649-08 |
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| 背景：紫外线是维持骨骼健康的关键条件之一，但由于传统的紫外线光谱较宽，在骨质疏松症领域并未引起足够的重视。材料与方法：在研究中，建立了一种新设计的窄带光谱LED器件，以研究紫外LED对骨质疏松大鼠骨代谢、骨形态和皮肤的影响。共设置了去卵巢大鼠（n=24）和去卵巢大鼠（n=36）。然后将去卵巢大鼠分为假手术组（Sham，n=12）和检测模型组（Sham，n=12)。将去卵巢大鼠分为LED照射组（LED，n=12）、未处理组（OVX，n=12）或检测模型组（OVX，n=12）。LED 辐照参数（0.8 mW·cm-2，1 000 s，每周两次）。结果：与假手术组相比，维生素D、mRNA、血清ALP、血清25(OH)D3、血清P1NP的表达明显升高，血清PTH和血清TRAP的表达明显降低。大鼠皮肤照射前后p53基因未见明显变化。结论：研究结果表明，新型紫外 LED 器件照射可显着提高血液中 25(OH)D3 水平，促进骨形成，抑制骨吸收，且对大鼠皮肤无不良影响。 |
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| 2022 Vol. 42 (08): 2649-2656 [摘要] ( 12 ) RICH HTML PDF (2967 KB) ( 19 ) |
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