水体细菌微生物多波长透射光谱快速准确获取方法研究

为实现水体细菌微生物快速在线监测,搭建了多波长透射光谱快速测量实验系统,利用该系统分别测量了重铬酸钾标准溶液紫外波段及中性滤光片可见波段的透射光谱,并与紫外-可见分光光度计测得的透射光谱进行对比分析,验证了实验系统测量透射光谱的准确性;以水体中常见的金黄色葡萄球菌作为研究对象,利用搭建的实验系统获取金黄色葡萄球菌溶液在220～900 nm波段的前向小角度透射光谱,进一步验证了实验系统测量细菌微生物透射光谱的准确性和快速性。结果表明,由实验系统和紫外-可见分光光度计测得的重铬酸钾标准溶液,与中性滤光片紫外波段及可见波段透射光谱的线性拟合相关系数分别为0.999 7和0.999 5,光密度误差分别在5.00%和4.58%以内,说明两个系统测量光谱的一致性较好,所搭建的实验系统测量标准样品紫外-可见透射光谱准确度较高;对于金黄色葡萄球菌,实验系统测得的透射光谱经过校正后,与紫外-可见分光光度计测得的透射光谱线性拟合的相关系数为0.999 97,两者相比的光密度误差在0.74%以内;系统重复30次细菌光谱信号采集获得平均透射光谱单次测量时间为15 s,说明该实验系统相对于紫外-可见分光光度计能够快速准确获取水体细菌微生物多波长透射光谱,在保证测量结果准确的同时缩短了光谱测量时间,为水体细菌微生物快速检测提供技术支持。     

基于多波长透射光谱法的水体细菌微生物检测能力初步研究

搭建的水体细菌微生物多波长透射光谱快速测量实验系统,实验获取了肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在不同浓度下220～900 nm范围内的多波长透射光谱,研究建立了三种细菌基于不同波长点及全光谱波段的浓度校准曲线,计算了肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限,并与紫外-可见分光光度计测量分析结果进行了对比。结果表明,实验系统与紫外-可见分光光度计测量光谱线性相关系数在0.999 8以上,具有非常好的一致性,且30次光谱信号采集时间仅需15 s;基于实验系统分析得到三种细菌在220,258,300,350,400,450,500和550 nm不同波长点以及全光谱波段的检测限结果均优于紫外-可见分光光度计,且利用多波长透射光谱全光谱波段计算得到的细菌检测限均最低,其中：肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限分别为1.60×104,1.06×104和1.16×104 cells·mL-1。研究结果为进一步发展水体细菌微生物的多波长透射光谱快速定量检测技术提供了基础数据。     

特殊变色蓝宝石的紫外-可见光光谱研究

坦桑尼亚Umba出产颜色丰富的刚玉,该研究对象是一颗来自Umba的具有特殊变色效应的蓝宝石,D65光源（色温6 500 K）下呈现淡黄色,A光源（色温2 856 K）下呈现淡紫红色。为了研究这颗变色蓝宝石紫外-可见光光谱中的谱峰归属与变色成因,该研究使用电荷补偿理论来分析此样品紫外-可见光光谱中的谱峰归属。采用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）对这颗变色蓝宝石进行了测试。结果发现,变色蓝宝石紫外-可见光光谱中存在位于377,388和450 nm处的3个吸收峰和1个以560 nm为中心的宽缓吸收带。样品的颜色主要受450 nm处吸收峰和以560 nm为中心的吸收带影响,其中以560 nm为中心的吸收带造成了这颗蓝宝石的变色效应。根据激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪的测试结果,样品中主要杂质元素有Fe,Ti,Cr,V和Mg等。样品紫外-可见光光谱中377,388和450 nm处的吸收峰是由Fe3+导致。蓝宝石中的Cr3+,V3+,Fe2+-Ti4+对都可以在560 nm附近产生吸收,结合电荷补偿理论分析,刚玉中的Mg2+会优先和Ti4+进行电荷补偿,样品中Mg含量要稍微高于Ti,推测样品中几乎所有Ti4+会与Mg2+进行电荷补偿,因此样品中几乎不会存在Fe2+-Ti4+对。Fe2+-Ti4+对电荷转移产生的吸收特征具有很强的偏振性,尤其是在580 nm以后的吸收特征会随着偏振方向的改变而有很明显的变化。偏振紫外-可见光光谱测试发现以560 nm为中心的吸收带没有明显的偏振性,进一步验证了样品中几乎没有Fe2+-Ti4+对,因此以560 nm为中心的吸收带主要是由于Cr3+和V3+造成的。样品的颜色主要是由Fe3+,Cr3+和V3+引起的,而变色效应主要是由Cr3+和V3+导致。结合电荷补偿机制与偏振-紫外可见光光谱来解释这颗变色蓝宝石的紫外-可见光光谱中以560 nm为中心的吸收带的归属,为研究刚玉紫外-可见光光谱中较为常见的位于560 nm左右吸收带的归属提供了一种新的研究思路。     

复合/单色光源检测红宝石吸收谱线的差异及分析

本文采用微型光纤光谱仪和复合光源联用的方式对红宝石样品进行了透过率光谱测试,并与紫外―可见光分光光度计测得的透过率光谱进行对比,发现红宝石透过率光谱在694nm主峰存在差异,并针对这一差异现象进行了荧光光谱实验。实验表明,复合光源中321nm～691nm波长的激发光可有效诱导红宝石产生以694nm为主峰的荧光,红宝石694nm处透过率光谱的形态由694nm光谱的发射与吸收程度共同决定。因此,采用复合光源的检测方式可得到与单色光检测方式不同的透过率光谱形态。本文对两种仪器的测量过程和其所用光源进行了对比分析,说明了光源能量分布对宝石光谱鉴定的影响,结果能够促进对宝石紫外可见吸收光谱鉴定的认识和改进。     

便携式紫外-可见分光光度计的设计

介绍了一种便携式紫外-可见分光光度计的设计方法,该方法采用平场凹面全息光栅及Hamamatsu图像传感器S3904-1024Q为核心设计了小型化的色散系统;将多股光纤的一端排列成长方形直接作为入射狭缝,解决了光谱带宽与光源能量利用率之间矛盾的问题;采用触摸屏作为仪器的输入与输出设备及集成化的小型光纤光源作为仪器的光源。实验结果表明,采用该种方法设计的紫外-可见分光光度计体积小(190 mm×170 mm×100 mm)、操作简单(触摸屏操作)、可以多波长同时在线测量、技术指标符合国家标准。     

软X射线激光用自支撑Zr滤光膜的制备及测量

 利用直流磁控溅射方法制备了质量厚度为200 μg·cm^-2，直径为20 mm的自支撑金属Zr滤光膜。用同步辐射光源和紫外可见分光光度计分别测量了滤光膜在软X射线和可见光波段的透射率，用俄歇电子能谱（AES）分析了膜中的元素含量。结果表明:Zr膜在13.9 nm波长的透射率达19%， 对可见光的抑制性能达43 dB。杂质、膜层氧化及表面污染是影响滤光膜软X射线光谱透射率的主要因素。     

光源偏振对水体颗粒后向散射系数测量的影响

颗粒后向散射系数是水体主要的固有光学特性,也是海洋水色的决定因子和海洋水色卫星遥感反演的基础参数。当前,利用光学仪器现场原位测量是获取水体颗粒后向散射系数的主要方法。由于光源自身和仪器光路中镜面反射和折射,其出射光源可能存在一定的偏振,进而会影响水体后向散射系数测量的精度。目前,关于水体后向散射系数测量仪器的光源偏振性及其对颗粒后散射系数测量精度影响的研究尚为空白。针对该问题,以应用广泛的水体后向散射测量仪HydroScat6(HS-6)为例,对其出射光源的偏振特性进行了系统测量,并进一步开展了光源偏振对水体颗粒后向散射系数测量精度影响的实验研究。结果表明,HS-6六个光学通道除590 nm通道出射光源偏振度略低外(~15%),其他通道出射光源中心波长偏振度均在20%~30%。因此,HS-6出射光源具有显著的偏振特性。光源偏振对颗粒后向散射系数测量具有不可忽略的影响,且影响程度随着波段,线偏振角度及悬浮泥沙浓度而变化。不同悬浮泥沙浓度下,光源偏振引起的420,442,470,510,590和670 nm六个波段的平均偏差可达15.49%,11.27%,12.79%,14.43%,13.76%,12.46%。因此,利用光学仪器现场测量颗粒后向散射系数需要考虑光源偏振的影响,并需尽可能降低出射光源的偏振度。     

基于Mie散射的水体紫外-可见光谱浊度干扰补偿

紫外-可见光谱法水质检测中,检测设备面对多样性的地表水体容易受到悬浮颗粒物引起的浊度干扰,导致谱线整体非线性抬升,测量精度显著下降。研究了一种基于Mie散射理论的紫外-可见水质光谱浊度干扰补偿算法,借以提高可溶有机物含量的检测精度。通过截取水样本紫外-可见光谱中主要由颗粒物散射引起的450~1100nm段光谱,采用基于Mie散射理论的光全散射颗粒物粒径分析法,重建了水样本所含颗粒物的粒径分布。利用粒径分布的二次反演,估计了220~450nm可溶有机污染特征光谱段中由颗粒物引起的消光值,实现了对浊度干扰的精确补偿。实验结果表明,该算法对不同地表水样本均表现出了良好的浊度补偿效果,化学需氧量解算精度得到较大提高。且补偿算法无需大量实验获取先验数据,可提高紫外-可见光谱法水体可溶有机物检测的准确性和检测部署的灵活性与适应性,具备实用价值。     

ZrO_2/SiO_2溶胶-凝胶薄膜膜层间的渗透行为

分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶。用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了单层SiO2薄膜、单层ZrO2薄膜、ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率,用紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透射率。对薄膜的透射光谱和椭偏仪模拟的数据进行分析,发现SiO2/ZrO2双层膜之间的渗透十分明显,而ZrO2/SiO2双层膜之间几乎不发生渗透。利用TFCalc模系设计软件,采用三层膜模型对薄膜的透射率进行模拟,得出的透射曲线与用紫外-可见光分光光度计测量的透射曲线十分符合。     

吉林省查干湖水体悬浮颗粒物光谱吸收特性研究

用分光光度计法确定查干湖复杂光学特性水体悬浮颗粒物的光谱特性与吸光幅度,在室内可控实验中利用定量滤膜技术对2009年7月15日和10月12日两期水体采集样品处理获得了以藻类色素颗粒和非色素颗粒(无机沉积物,有机碎屑)两种光活性颗粒物质为主要贡献的总悬浮颗粒物吸收光谱,结果显示7月份总悬浮颗粒物光谱吸收谱形在400～42...     

水面原位多角度偏振反射率光谱特性分析与离水辐射提取

偏振被定义为光的振动方向对于传播方向的不对称性。偏振信息是遥感数据空间、辐射、光谱信息之外的又一重要信息。对于光学遥感数据来说,偏振信息是对光谱信息的又一种补充。偏振遥感在水体应用中具有巨大潜力,其中一个非常重要的应用就是校正天空光水面镜面反射,从而得到包含水中物质信息的离水辐射信号。太阳入射光会在水面发生反射或者与水体中颗粒物发生散射作用,使得离开水面被遥感器接收的信号具有很强的偏振特性。目前开展的水体偏振遥感实验要么面向室外自然光条件下的清洁海洋水体,要么面向室内人造光源条件下的模拟水体,鲜有面向自然光条件下的浑浊内陆水体。本文通过组合地物光谱仪和汤姆森偏振棱镜,实现了自然光条件下内陆水体水面原位偏振反射率光谱测量。利用获取的典型内陆水体水面多角度偏振反射率光谱,定量分析了多角度观测条件下水体偏振光谱特性,以及从水面偏振信号中消除天空光水面镜面反射从而得到离水辐射信号的效果。当观测方位角为135°、观测天顶角为53°时,采用偏振测量剥离水表天空反射光的剥离效率较好,推荐采用该观测几何进行水面偏振光谱观测。相比于传统的非偏振水面光谱测量方法,水面偏振光谱测量方法受气象条件变化影响小,能够更精确的提取离水辐射。     

纳米GaP粉体反射光谱的测量及其分析

通过测量纳米磷化镓(GaP)粉体在紫外可见光波段(200-800nm)的反射光谱,运用三流理论由反射光谱计算出纳米GaP粉体的吸收系数(Ea)和散射系数(Es)的比值(Ea/Es)。纳米GaP粉体的反射光谱的形状主要受吸收的影响,即GaP禁带结构的影响。     

用模拟退火算法研究非晶硅薄膜的光学性质

在玻璃衬底上采用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)法制备了非晶硅薄膜(A-Si:H)。用紫外-可见-近红外分光光度计测出了其透射光谱。采用模拟退火算法研究了透射光谱,得出了薄膜的厚度、折射率和吸收系数随波长变化的关系式、光学带隙等光学常数,并对该方法的优缺点进行了讨论。     

汽车太阳膜的色度与光谱特性分析

通过用带计算机控制的WGS-9型色度测量系统、UV-Vis 8500型双光束紫外-可见分光光度计和WGD-4A型光栅光谱仪定量测量和分析了某品牌汽车太阳膜的色度和光谱特性。测量分析结果表明：低红外透过率和紫外透过率与高可见光透过率是一对矛盾体,在选择太阳膜时只能有所侧重。如要求较高可见光透过的同时要避免过多紫外线照射,那应选择主波长为587.3 nm(浅蓝)或522.1 nm(钻石绿)的太阳膜。如要求较高可见光透过同时要兼顾隔热节能的功能,那么应选用色度主波长为497.3 nm(宝石蓝)或507 nm(翡翠绿)的太阳膜。     

基于二维相关光谱的水体叶绿素含量探测

利用Shimadzu UV2450分光光度计测量了含有不同叶绿素浓度的湖水样本在可见光和近红外区域的透射光谱,并使用实验室手段测量了水体的叶绿素含量。分析了湖水样本的透射光谱特性,同时引入二维相关光谱技术,利用叶绿素浓度值作为微扰量,得到水体叶绿素的动态光谱,进而结合二维同步谱图和异步谱图确定表征水体叶绿素浓度的特征波段。综合观察二维相关光谱中的同步谱图和异步谱图,更加精确地阐明了水体光谱特征,同时剔除水体中其他物质对于光谱信息的影响,更有效、全面地提取反映水体叶绿素信息的敏感波段。利用所选特征波段构建归一化水体叶绿素指数,将特征波段与叶绿素指数分别与水体叶绿素浓度建立线性预测模型。结果显示,归一化水体叶绿素指数的预测模型测定R2达到0.771 2,均方根误差是45.509 8 mg·L-1,预测R2达到0.765 8,均方根误差是39.503 8 mg·L-1。模型精度较利用特征波段建立的多元线性回归模型有了较大的提高,达到了实用水平。     

单光路分光光度计中光源影响的软件补偿方法

在单光路分光光度计中,照明光源随时间变化的不稳定性通常对颜色测量有很大的影响。在分析了光源随时间变化规律的基础上,提出了用软件自动修正单光路分光光度计的测量结果,从而排除了光源不稳定性所带来的影响。由实验数据找出的规律构造了两个修正因子:时间修正因子和波长修正因子。用它们对测量结果进行修正。实验证明这种方法有效的减弱了光源的影响。     

水下高光谱衰减测量的不确定度分析

研究了水下高光谱衰减测量仪(ACS)的不确定度。通过不同粒径的标准颗粒(2,5,10,20μm)的米氏散射理论计算值与紫外-可见分光光度计(PE35)的实测值对比,得出:PE35的衰减测量误差最大不超过8%。针对我国高浑浊水体环境,利用ACS与PE35对我国东海浑浊海水样品进行衰减同步测量,结果表明:ACS在浑浊水体下的测量结果被低估,其不确定度与波长呈负相关;水体的浊度对ACS衰减测量的不确定度影响较大,且呈正相关,在低浊度水体下ACS(10 cm)的测量值被低估17.2%~19.04%,ACS(25 cm)的测量值被低估7.84%~15.36%,在高浊度水体下ACS(10 cm)的低估则增至26.4%~28.24%。     

悬浊液光谱透射法测量烟尘粒子的复折射率

光谱复折射率是计算烟尘粒子散射特性的重要参数。该文在光谱透射法反演烟尘粒子复折射率理论的基础上,将烟尘粒子弥散于水中形成烟尘粒子悬浊液,通过可见光分光光度计测量该悬浊液的光谱透射率,通过激光粒度仪获得烟尘粒子的粒径分布,利用悬浊液光谱透射法对烟尘粒子的复折射率进行了反演。研究结果表明,烟尘粒子在可见光波长范围内没有明显吸收带,但随着波长的增加,透过率逐渐降低。烟尘粒子复折射率的反演结果与KBr样片法的反演结果吻合较好。利用悬浊液光谱透射法测量烟尘粒子的复折射率,实验过程简单,约束条件少,并可利用红外分光光度计测量透射率后,拓展至红外波段。     

水下高光谱衰减测量的不确定度分析EI北大核心CSCD

研究了水下高光谱衰减测量仪（ACS）的不确定度。通过不同粒径的标准颗粒（2,5,10,20μm）的米氏散射理论计算值与紫外-可见分光光度计（PE35）的实测值对比,得出：PE35的衰减测量误差最大不超过8%。针对我国高浑浊水体环境,利用ACS与PE35对我国东海浑浊海水样品进行衰减同步测量,结果表明：ACS在浑浊水体下的测量结果被低估,其不确定度与波长呈负相关;水体的浊度对ACS衰减测量的不确定度影响较大,且呈正相关,在低浊度水体下ACS（10 cm）的测量值被低估17.2%～19.04%,ACS（25 cm）的测量值被低估7.84%～15.36%,在高浊度水体下ACS（10 cm）的低估则增至26.4%～28.24%。     

中国近海黄色物质吸收光谱特征分析

黄色物质是中国近海水体光学特性的重要影响因素。基于在中国近海海洋光学调查中获取的908个站位的黄色物质吸收系数数据,对黄色物质440nm吸收系数(ag(440))进行了分析,研究表明:(1)在封闭或半封闭海湾以及河口海域的ag(440)较其它海域明显偏大。(2)ag(440)占水体440nm总吸收系数(at(440))的百分比值分布特点与ag(440)的分布特点呈相反的趋势,即ag(440)越大,其对水体总吸收的贡献越小。