一种紫外-可见光谱法检测水质COD的浊度影响实验研究

消除浊度影响是直接光谱法检测水质COD的关键技术问题。此源于紫外-可见光谱法检测水质参数的关键依赖于化学计量法所建立的准确的水质参数分析模型,而浊度是影响其建模的一个重要参数。为此,选取福尔马肼浊度液和邻苯二甲酸氢钾标准溶液,开展了紫外-可见吸收光谱法检测水质COD的浊度影响实验研究,获得了选定溶液在245,300,360和560nm几个特征波长点的吸光度随浊度变化的最小二乘法拟合曲线,分析了吸光度随浊度的变化规律。研究结果表明,在240~380nm的紫外光谱段,由于引起浊度的颗粒物对有机物产生了吸附,致使浊度对水样的紫外光谱影响较为复杂;在380~780nm的可见光谱区域,浊度对光谱的影响则是随着波长的增大而减弱。基于此,开展了多元散射校正法对受浊度影响的水样光谱进行校正试验。对某溪水水样的紫外-可见吸收光谱进行多元散射校正,通过处理前后光谱对比表明,浊度引起各个波长点的基线偏移都得到了有效的校正,而在紫外区域特征并未减弱。接着对选取的三种液体的紫外-可见吸收光谱进行多元散射校正,实验结果表明:该方法可在不影响水样紫外-可见吸收光谱特征的前提下对其吸收曲线进行有效的校正,这不仅提高了光谱法检测水质COD的信噪比,而且还为化学计量法建立准确、有效的水质检测COD分析模型进行数据预处理提供了一种新途径。     

基于二维重组和动态窗格的水质检测紫外-可见光谱去噪算法

立足于成功研制的紫外-可见光谱水质检测多参数测量系统,针对紫外-可见光谱水质多参数原位实时检测在精度、灵敏度、稳定性等方面的实际需要,开展了基于二维重组和动态窗格的水质检测紫外-可见光谱去噪算法的研究,以此提高紫外-可见光谱水质检测的测量精度。光谱法水质检测系统通常使用工业级低成本光谱仪,其输出光谱包含明显的非平稳噪声。传统去噪法难以在滤除噪声的同时保留谱线细节。而且,原位实时水质检测条件下,被测水样可能快速变化,传统去噪法中常用的多次采样求均值法将产生额外的测量误差。引入的去噪算法通过对水样光谱进行等间隙连续采样,将光谱数据张成由光谱轴和时间轴构成的二维矩阵,经过二维小波变换后,设置一个可变宽度的窗格在系数矩阵中水平滑动,使用窗格内的小波系数计算得到动态去噪阈值,并随窗格滑动构建去噪阈值向量,由此进行光谱去噪。其中,窗格宽度由相邻区域的噪声方差变化率决定,变化率较高的区域缩小窗格宽度,反之则扩大宽度。实验结果表明,这种去噪算法不仅能有效去除光谱中的非平稳噪声,而且能保留光谱的细节信息,有助于提高仪器的测量精度。与此同时,由于该算法并未使用时域平均,样本的快速变化对去噪性能的影响较小,适合在线或原位水质检测的水样本环境。     

基于局部线性关系的扇束X射线荧光CT几何校正研究

基于X射线管的X射线荧光计算机断层扫描术(CT)受多种因素影响,成像质量不佳,几何参数误差是制约其高质量图像重建的重要因素之一.本文分析成像二维平面模体与探测器相对位置偏移对投影数据的影响,并基于原始投影数据和原始重建图像再投影数据的局部线性关系实现几何偏移参数校正;利用Geant4模拟存在偏移参数的扇束X射线荧光CT系统,使用模拟投影数据验证校正方法.研究结果表明:该方法能计算出相对精确的几何偏移量,有效消除几何参数误差对重建图像的影响,校正后的重建图像信息熵降低,平均梯度和标准差提高,图像质量提升.     

直接光谱法水体COD检测多场景优化方法

提出一种多场景优化的光谱分类建模解算方法:首先,通过颗粒物Mie散射仿真分析,构建幂函数修正方程,以直接拟合法对样本光谱进行精确浊度校正;然后,利用吸光度归一化法获取不同场景的线性特征光谱,形成场景特征库;使用偏最小二乘法(PLS)为每个场景建立解算模型,形成化学需氧量(COD)解算模型库.对未知水样本进行COD检测时,先通过杰卡德(Jaccard)相似性理论将其归一化光谱与场景库线性特征谱进行匹配,识别其归属场景,再获取解算库中的最优解算参数来计算COD浓度.实验结果表明,所提方法可获得较高的场景匹配精度,有效降低多场景条件下的COD解算误差,具备良好的实用价值.     

Ag/TiO2聚丙烯负载膜的制备及其光催化与抗菌特性研究

以聚丙烯负载二氧化钛膜为载体,在一定浓度的AgNO3水溶液中,利用光还原在氧化钛膜表面还原Ag,制备载银二氧化钛负载膜,在室光和太阳光下,分别选择Ag/TiO2聚丙烯膜、TiO2聚丙烯膜和活性炭聚丙烯膜,研究膜的抗菌特性和光催化特性.结果表明:Ag/TiO2负载膜由于同时具有Ag和TiO2的双重效用,显示了良好的杀菌特性,无论是在室内还是太阳光下,都没有检测到活的微生物;在水溶液中检测Ag/TiO2负载膜和TiO2负载膜的光催化特性,发现由于银离子的催化活性中心的作用,光催化降解甲基橙的能力与TiO2负载膜相比,能够提高10%左右,显示了良好的光化学特性.     

基于双峰谐振长周期光纤光栅的H9N2亚型禽流感病毒传感器

H9N2亚型禽流感病毒（AIV）虽为低致病性AIV,但严重危害养禽业的健康发展和公共卫生系统。快速有效的检测方法有利于病毒的早期诊断、预防及控制。提出一种高特异性、低检测极限（LOD）的纳米二氧化钛（nano-TiO₂）粒子修饰双峰谐振长周期光纤光栅（DR-LPFG）的检测H9N2 AIV的光学生物传感器。利用改性nano-TiO₂粒子修饰DR-LPFG,再将抗H9N2单克隆抗体分子（anti-H9N2 MAbs）与TiO₂表面羧基以共价键结合,固定于光栅表面制得生物传感器。该传感器机理在于测量固定在DR-LPFG表面的anti-H9N2 MAbs与H9N2 AIV抗原的特异性结合引起光栅双峰谐振波长间距（Δλ）的变化。实验结果表明:在折射率为1.3320～1.3760时,nano-TiO₂修饰DR-LPFG的Δλ灵敏度为～1063.44 nm/RIU（RIU为折射率单位）。该生物传感器对H9N2 AIV的LOD为～2.7 ng/mL,相较采用Eudragit L100共聚物修饰DR-LPFG的生物...     

基于小波变换的压缩感知理论对水质检测紫外-可见光谱数据的去噪研究

消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电转换器件的严重影响，测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题，提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法，并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。针对化学需氧量为200 mg·L-1的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理，采用压缩感知去噪算法，将信号在小波域内分解，得到含噪高频系数；采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵，压缩比设置为2，对高频系数进行观测；选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性，从而达到去噪目的。同时针对传统的小波阈值去噪，采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。为验证去噪算法的可行性，采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理，实验结果表明：基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统，该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪，且去噪效果优于小波阈值去噪算法。与小波阈值去噪算法相比，信噪比提高了12.201 5 dB，均方根误差减小了0.009 3，峰值信噪比增加了5.299 dB。不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题，而且在重构过程中有效地抑制了噪声，为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。     

基于高光谱成像的纸质文物“狐斑”检测方法研究

受保存条件影响,很多纸质文物表面会形成狐斑（foxing）,如果不能进行有效监测和科学判断,会进而影响纸质文物安全。纸质文物狐斑病害检测存在滞后性、主观性等问题,对于书画藏品被墨色、颜料及印章等覆盖的区域更是难以通过肉眼进行识别,因此,基于文物的预防性保护理念,亟待开发对于狐斑高效、精确识别的无损检测技术。可见光-近红外高光谱图像结合了光谱和图像,包含丰富的空间信息与光谱信息,可以实现无损批量地平面采集样本光谱信息。该研究提出一种基于高光谱成像技术检测纸质文物狐斑的快速识别方法,获取模拟纸质文物在360～970 nm的高光谱图像,因360～450 nm受噪声影响过大,所以选择剔除这部分光谱数据;选取感兴趣区域并获取相应的平均光谱反射率,比较健康区域与被狐斑感染区域,发现两者的光谱曲线存在差异;在450～600 nm附近,受狐斑影响区域比健康区域的光谱反射率偏高,并在600 nm附近出现波峰形态;而在600～900 nm范围内,被感染区域与健康区域的光谱都趋于平稳,两者之间差异逐渐减小。选取从特征波长对应的图像中提取的特征信息建立图像识别模型,运用波段运算观察狐斑图像特征,狐斑的大小和分布情况都能清晰地显示,但与印章和墨迹重叠部分,狐斑被印章和墨迹遮盖,难以识别;利用最小噪声分离,虽然不同部分有重叠,但能发现仅凭肉眼难以识别的隐藏的狐斑;180条高光谱数据（450～970 nm）建立狐斑判别模型,随机地分为120条数据为训练集,60条数据为测试集,应用K-近邻法与BP神经网络建立纸质文物狐斑光谱判别模型,总体上两种方法对狐斑判别率分别达到73.3%和85%;BP神经网络相较于K-近邻模型,总体判别率更高,识别效果也更好。结果表明,利用高光谱成像可高效准确识别纸质文物狐斑,为后续研究狐斑分布发展提供可靠的技术手段,也为博物馆馆藏文物的保存提供指导意见。     

酒精发酵过程中膜型生物反应器的研究

以发酵槽、沸石膜和渗透气化分离装置等组成的膜型生物反应器，在酒精发酵过程中，进行酒精连续发酵和连续分离．选择葡萄糖为原料，利用活性干酵母进行酒精发酵并同时利用渗透汽化分离的方式对酒精进行膜分离，经过４８ｈ以上的连续发酵和连续分离试验表明：发酵液中的酒精浓度在５％左右时，透过液的酒精浓度稳定在７５％以上．     

光析出二氧化钛负载银膜的制备及其光催化特性

以二氧化钛膜为载体,配制一定浓度的AgNO3溶液,利用光析出方式在氧化钛膜表面还原析出Ag,控制光析出时间来控制氧化钛膜表面上的银析出量,制备银负载氧化钛膜,研究膜的抗菌特性和光催化特性.结果表明:由于银在氧化钛膜上的负载,使膜的抗菌性能得到很大的提高,在保持氧化钛膜的光催化能力基本维持不变的前提下,由于在氧化钛膜的表面负载银,对E.coli和青霉菌的杀菌能力分别提高了104和102,光催化降解甲基橙的能力与氧化钛膜相比,能够提高10%左右,显示了良好的光化学特性.