高光谱喷墨打印墨水数据的非线性降维及分类建模方法研究

在法庭科学实践中,往往需要通过对文件中字迹墨水的成分分析来精确判定检材和样本文件的同一性。该文利用高光谱成像技术结合机器学习对喷墨打印墨水的种类进行区分,分别采集14套不同品牌、型号的4色（黑、青、品红和黄色）喷墨打印墨水打印的文件在400～1 000 nm范围的高光谱图像,共提取56种样品墨迹的光谱数据。使用均匀流形逼近与投影技术（UMAP）和T分布随机近邻嵌入技术（t-SNE）两种算法对高光谱喷墨打印墨水数据进行降维处理,然后建立极致梯度提升（XGBoost）、轻量级梯度提升机器学习（LightGBM）和支持向量机（SVM）3种分类模型,以1∶4的比例确定测试集和训练集,分别对原始数据和降维后的数据进行分类。实验结果显示,UMAP降维算法结合SVM模型对喷墨打印墨水分类的效果最优,黑色墨水样品的分类精度为90%左右,其余颜色墨水样品的分类精度均为100%。该研究为喷墨打印文件的检验鉴定提供了一种新的、无损、准确的鉴别方法。     

基于高光谱的黑色签字笔墨水种类鉴别方法研究

该文提出了高光谱成像技术结合机器学习快速无损鉴别黑色签字笔墨水种类的新方法。采集36支不同品牌型号的黑色签字笔笔迹的高光谱图像,对每支签字笔笔迹的高光谱图像选取18个感兴趣区域,共提取648个平均光谱作为样本集。对450～950 nm的原始光谱进行Savitzky－Golay平滑、Z－Score标准化和两种组合方法光谱预处理,使用线性判别分析（LDA）和随机子空间－线性判别分析（RSM－LDA）分别构建黑色签字笔墨水种类鉴别模型。实验结果表明：不同预处理方法对RSM－LDA模型的鉴别准确率影响较小,而对于LDA模型,组合预处理具有更优的鉴别准确率;相比LDA模型,RSM－LDA模型分类效果更佳,训练集的平均分类准确率达100%,交叉验证平均分类准确率达99.09%,测试集的平均分类准确率达90.70%,每类样本的准确率、精准率、召回率均高于LDA模型分类结果,模型的接受者操作特征曲线下方面积（AUC值）达0.998 3,模型性能良好。因此,采用高光谱成像技术结合RSM－LDA可实现不同品牌型号黑色签字笔墨水的快速无损鉴别。     

气相色谱法测定喷墨打印墨水中的苯酚

建立了溴化衍生测定喷墨打印墨水中苯酚的方法。该方法首先用乙醚萃取出墨水中的苯酚,再用其与溴水反应生成稳定的2,4,6-三溴苯酚,之后加入适量NaHSO3做为还原剂,最后以正己烷萃取,DB-5毛细柱进行分离,电子捕获器进行检测。方法回收率为93%~118%、最小检测量为0.010 mg/kg,精密度为3.6%。该法适用于同类产品的检测。     

基于高光谱成像的光敏印油种类区分实验

印油种类区分是法庭科学文件检验领域的重要一环,为研究无损高效区分光敏印油种类的方法。以33种不同品牌光敏印油的原始光谱数据当作对照组,对原始数据进行t-SNE降维和UMAP降维后,选择XGBoost、SVM和MLP三种分类算法,以1比4的比例确定测试集和训练集,对原始数据和降维后的数据进行分类,同时使用网格搜索和五倍交叉验证来优化模型的性能和泛化能力。结果表明,上述三种分类算法对降维后光谱数据区分的平均准确率高于对原始光谱数据区分的平均准确率,且UMAP-MLP分类模型的区分准确率最高,可达到98%。提出的分类模型可用于光敏印油种类的快速区分。     

喷墨打印墨水和墨迹可挥发性成分的GC-MS检验

为研究喷墨打印文件的比对区分和溯源技术,建立了一种墨水可挥发性成分的GC-MS分析方法,分别对90种常见市售喷墨打印墨水、纸张墨迹和假币墨迹中的可挥发性成分进行了分析。研究发现,喷墨打印墨水中含有甘油、二甘醇、三甘醇、吡咯烷酮等极性溶剂;同一型号不同颜色的墨水使用相近的配方;不同厂家墨水的配方存在差异;墨水中的可挥发性成分可在纸张中存在较长时间。据此对4起实际案例中缴获的喷墨打印制作的假币进行了检验,检出若干种溶剂成分,通过溶剂特征对假币进行了比对,相关两起假币案件得到串并。本方法筛选出的部分特征溶剂可用于喷墨打印文件的比对区分,并为相关案件的溯源串并提供技术情报。     

基于便携式高光谱成像的BOD实时检测研究

针对现有污水生化需氧量(BOD)测量中存在的问题,本文提出了一种基于高光谱成像技术的污水检测方法.该方法通过对指定水域进行实时高光谱成像,同时提供所检测区域水体图谱两方面的信息,配合相应的识别方法,即可以实现对污水BOD的定性、定量和定位分析,且检测方法快速简洁,为BOD的实时检测提供了一种新的途径.     

紫外线固化喷墨打印墨水的研究及应用进展

紫外线(Ultra Violet, UV)固化喷墨打印技术将打印技术与UV固化系统结合,集成了喷墨打印技术无接触、操作简单、低成本及UV固化后无溶剂残留、环保的特点,广泛应用于印制电路板中阻焊层的制备,陶瓷材料、盲文及电子器件的制备,纺织品制造,木材表面的修饰或保护等领域。UV固化喷墨打印墨水是该技术的关键原料,它主要由UV单体、UV预聚物、光引发剂、添加剂及助剂等组成,并根据不同应用要求添加功能材料,如金属、金属氧化物、碳纳米材料或量子点等。UV固化喷墨打印技术用于阻焊层制备时的关键在于墨水固化后形成的涂层与基材粘附力的调控,涂层与基材结合既要保证阻焊的效果,又要在阻焊后易于分离并去除。了解UV固化喷墨打印技术在应用中的各种关键因素及对策,对于其进一步推广应用具有重要意义。     

喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究进展

聚合物太阳能电池具有成本低、质量轻、容易制备大尺寸器件等优势,是太阳能电池研究中最为活跃的领域之一。喷墨打印技术作为新的成膜技术,具有材料利用率高、快速、可柔性加工等优点,已被用于聚合物太阳能电池的制备,发展潜力巨大。综述了聚合物太阳能电池、喷墨打印技术和喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究进展,同时对聚合物太阳能电...     

基于高光谱成像技术的不同时期番茄植株的快速无损判别研究

利用近红外高光谱成像技术对不同浓度盐胁迫下的番茄叶片进行了定性判别。采集192个叶片样本的平均光谱反射率数据,并对原始光谱数据分别进行多元散射校正（MSC）、标准正态化（SNV）、正交信号校正（OSC）、相关优化偏移（COW）4种预处理,建立了偏最小二乘回归（PLSR）模型。建模结果显示：OSC预处理光谱的建模效果最优。分别采用间隔变量迭代空间收缩法（iVISSA）、间隔随机蛙跳法（IRF）、遗传偏最小二乘算法（GAPLS）、竞争性自适应加权算法（CARS）、变量组合集群分析（VCPA）等方法提取特征波长,建立PLSR模型。结果表明：VCPA提取特征波长所建立的模型最优。将VCPA法提取的11个特征波长（945、975、990、1 002、1 005、1 067、1 204、1 326、1 595、1 642、1 660 nm）用于建立番茄叶片定性判别预测模型,最优预测模型的决定系数（R2P）与预测均方根误差（RMSEP）分别为0.917、0.456。该研究为在线监测植物长势提供了技术支撑。     

基于高光谱成像技术的配方烟丝组分判别

应用近红外(1000～2200 nm)高光谱成像技术开展了面对像素、面对样本的配方烟丝4种组分(叶丝、梗丝、薄片丝、膨胀丝)的判别研究.以样本高光谱图像的所有像素点光谱数据进行面对像素的组分判别;以样本所有像素点的平均光谱数据进行面对样本的组分判别.采用二阶导数法结合萨维茨基-戈莱平滑(SG)滤波对光谱数据进行预处理....     

Examination of colour inkjet printing inks by capillary electrophoresis

The possibility of comparing inkjet printing inks by micellar electrokinetic capillary electrophoresis (MECC) with diode array detection was studied. An analytical procedure was designed and successfully applied to discriminate between the electrophoretic profiles of inks (extracted from paper) produced by five well-known manufacturers. The separation process was conducted in a polyimide-coated fused silica capillary (ID 50 μm, 60 cm total/50 cm effective length) with +30 kV high voltage applied. Background electrolyte was used of the following optimum composition: 40 mM sodium borate buffer, 20 mM sodium dodecyl sulphate(IV) (SDS) and 10% (v/v) acetonitrile (pH 9.56). The experimental conditions were adjusted in terms of resolution and analysis time. The best results were obtained at 10 and 25 °C storage and capillary temperature, respectively, using 25 dots (ø 0.8 mm) cut from printouts as the sample and BGE diluted with water (1:99, v/v) as the injecting solution. The MECC separation of main printing ink components by the proposed method showed excellent precision - the RSD value of the migration time calculated for each of the investigated peaks did not exceed 3.3%. The optimized method was applied to group identification and differentiation of: (a) three colours of printing inks, (b) inks from different manufacturers (Hewlett-Packard, Epson, Brother, Lexmark and Canon) and (c) inks from different printer models. In all these cases, inks were successfully differentiated on the basis of position (migration time) and shape of their characteristic peaks.     

Inkjet printing of viscoelastic polymer inks

The droplet formation, the rheological properties of jettable ink and polymer inks in inkjet printing are summarized.     

气相色谱-质谱法测定食品接触材料表面印刷油墨中的光引发剂

建立了食品接触材料表面印刷油墨中光引发剂(PIs)二苯甲酮(BP)、4-甲基二苯甲酮(MBP)、对二甲氨基苯甲酸乙酯(EDAB)、N,N-二甲氨基苯甲酸异辛酯(EHDAB)和1-羟基环己基苯基甲酮(Irgacure 184)的气相色谱-质谱(GC-MS)分析方法。样品以乙酸乙酯为萃取溶剂进行索氏提取,萃取溶液经净化分离和富集以后,以5%苯基-95%甲基聚硅氧烷为固定相(DB-5MS),采用选择离子扫描(SIM)方式对上述5种PIs进行了定性和定量分析。5种PIs在5.0～200.0 μg/L范围内的线性关系良好(R2＞0.9995),在2种浓度的添加水平下,回收率为66.7%～89.4%,相对标准偏差＜10%。方法的定量限为0.0017～0.0036 mg/dm2。该方法的样品前处理过程简单,易操作,适用于常规进出口食品接触材料表面印刷油墨中PIs的快速检测。     

To inhibit coffee ring effect in inkjet printing of light-emitting polymer films by decreasing capillary force

Coffee ring effects of inkjet printed poly(spirobifluorene) films were restrained by decreasing the capillary force due to volatility/viscosity match.     

基于高光谱和化学计量学方法的除草剂残留分类识别研究

本研究基于高光谱技术和化学计量学方法,对薄荷叶上的异丙甲草胺、烟嘧(莠去津、敌草胺和砜嘧(精喹4类除草剂残留进行种类判别.高光谱成像光谱范围为450nm～950nm的可见-近红外区域.为降低噪音对光谱数据的干扰、提升判别精度,采用SG平滑和多元散射校正对高光谱曲线进行处理.利用主成分分析算法(PCA)对原始数据进行降维...     

Fiber array based hyperspectral Raman imaging for chemical selective analysis of malaria-infected red blood cells

A new setup for Raman spectroscopic wide-field imaging is presented. It combines the advantages of a fiber array based spectral translator with a tailor-made laser illumination system for high-quality Raman chemical imaging of sensitive biological samples.     

显微共聚焦拉曼光谱结合群分析的黑色直液笔墨迹鉴别研究

黑色直液笔是一种新型书写工具,目前对该种笔墨迹的相关研究较少。为给文件检验工作中墨迹的分析提供新的参考依据,本实验使用显微共聚焦拉曼光谱技术,采集了30支不同品牌、型号的黑色直液笔墨迹光谱数据,进行Savitzky-Golay卷积平滑处理后,依据光谱图的拉曼位移及拉曼谱峰差异对墨迹进行初步分析。设置聚类方法为组间联接,区间距离测量方式为平方欧式距离,对采集的光谱数据进行群分析,将30支黑色直液笔墨迹样本分成了3类,并与品牌建立了相关联系;同时通过主成分分析验证了群分析的可靠性和准确性。研究表明,显微共聚焦拉曼光谱技术结合群分析方法可实现对黑色直液笔墨迹的无损分析及有效鉴别,该方法操作简便、结果准确,适用于法庭科学文件检验。     

The effects of coil-stretch transition behavior of polyfluorene inks on single droplet formation during inkjet printing

For drop-on-demand (DOD) inkjet printing, stable and single ink droplet formation without satellite dots is the key to improve the print quality. The formation of stable and single droplet is influenced by filament break up and the polymer chain's coil-stretch transition behavior. In this paper, the droplet formation behaviors of polyfluorene (PFO) ink at various driving voltages (V), polymer chain's coil-stretch transition mechanism and its effects on single ink droplet formation are investigated. It indicates that when 58 < V ≤ 63 V, a single and stable droplet is formed with a pulse time of 38.5 μs. At this stage, the Weissenberg number (Wi) < 0.5, the PFO molecular chain is coiled to guarantee stable and single droplets. When V > 63 V, Wi > 0.5, the PFO molecular chain is stretched because of the high hydrodynamic forces, resulting unwanted satellite droplets. When 55 < V ≤ 58 V, the droplet shrinks into the nozzle, which indicates that the kinetic energy supplied by the deformation of the piezoelectric transducer isn't enough to force the droplet to be jetted from the nozzle.     

Study on chemical-solution-deposited lanthanum zirconium oxide film based on the Taguchi method

A statistical route, Taguchi Design, applied to the analysis of experimental factors for coating lanthanum zirconium oxide films on metal substrates by inkjet printer is presented. The synthesis of lanthanum zirconium oxide precursor is derived from a chemical solution containing lanthanum acetate hydrate, zirconium propoxide, propionic acid, glacial acetic acid, and methanol anhydrous. Experimental factors analyzed by Taguchi Design show that the ratio of lanthanum acetate to propionic acid and the concentration of precursor used for inkjet printing are the dominant factors for the quality of films. With the deduced optimum conditions, lanthanum zirconium oxide films reveal good surface morphology and high out-of-plane alignment that is consistent with the Taguchi prediction.