基于二维相关光谱分析的纯棉与丝光棉制品鉴别分析

纯棉与丝光棉制品是日常生活中常用的两种纤维制品,但是由于二者在物理结构和化学结构上非常相似,以至于使用一些简单的方法难以准确识别一部分纯棉与丝光棉制品。提出一种使用水含量作为扰动的二维相关光谱结合机器学习方法来对二者进行鉴别的新方法。共使用从专业机构获得的200个标准样本来设计实验对新方法进行验证,其中包括100个纯棉样本与100个丝光棉样本。对每一个样本,使用水含量作为扰动,分4次改变样本水含量并采集该水含量下样本的一维光谱,其中4次的水含量分别为20.20%,14.52%,7.77%与0%。根据四条不同的一维构造每一个样本的动态光谱,再通过二维相关算法来计算其同步二维相关光谱,从该同步二维相关光谱中使用移动窗口技术提取三组不同的分类特征,每组特征分别对应一个设计好的支持向量机(SVM)分类器。之后本文提出一种基于信息熵的多分类器融合方法,根据权值不同,将三个分类器融合为一个具有更优效果的强分类器。为了验证方法的准确性与有效性,设计了严谨的实验对方法进行验证。实验首先按照传统的从一维光谱中提取特征的方法对纯棉与丝光棉样本进行鉴别,使用两种样本各50个来进行分类模型建立,剩余的进行模型验证,分类效果最高只有76%。但是基于从二维相关光谱中提取的三组特征设计的三个支持向量机(SVM)分类器的准确率分别可以达到88%,90%,88%,最后根据提出的基于信息熵的多分类器信息融合方法将三个分类器进行融合同一可以得到92%的分类准确率,比三个基础分类器准确率都有提升。与从一维光谱中提取特征并设计分类器进行分别鉴别相比,从二维相关光谱中提取特征设计多个分类器并使用基于信息熵的多分类器信息融合方法进行分类鉴别具有更高的分类准确率。二维相关光谱将光谱信息扩展到更高的维度,将一维光谱中隐藏的折叠峰进行展开,因此具有更高的分类准确率。提出的方法是一种快速准确鉴别纯棉与丝光棉制品的新方法。     

基于二维相关红外光谱的鱼糜品质检测可行性分析（英文）

对二维相关光谱在鱼糜品质检测中的可行性进行了分析。利用二维相关技术结合中红外光谱技术对冻融处理后白鲢鱼糜蛋白二级结构变化进行了分析。在冻融次数和温度双重外扰的作用下对样品进行了分析。以冻融次数为外扰的二维相关光谱分析结果揭示了鱼糜蛋白二级结构的变化顺序:α-螺旋结构、分子内聚集的β-折叠结构→反平行的β-折叠结构→羰基结构;基于温度外扰的二维相关光谱分析结果表明:冻融处理1次和2次后鱼糜蛋白二级结构变化轻微。而冻融处理3次之后鱼糜蛋白二级结构已遭到严重破坏。结果分析还发现:外扰温度为45℃时,温度对羰基的影响比大大小于冻融循环对鱼糜蛋白二级结构的影响。以上结果说明二维相关光谱技术可以探测并直观的反应出鱼糜蛋白二级结构变化程度。如果能将这种变化程度量化,则可以利用该技术对鱼糜新鲜度等品质进行快速检测。     

基于主动锁相的二维电子光谱方法（英文）

二维电子光谱是探测复杂系统激发态相干动力学的重要工具,实现二维电子光谱测试的最大挑战是精确控制多束超短脉冲之间的相位差.本综述回顾了利用主动相位管理方法实现二维电子光谱仪装置,主要包括干涉仪相位稳定、声光调制器进行频率标记和多光频梳等三类方法;结合四波混频、泵浦探测及完全共线等不同构型,能实现高时空分辨及量子跃迁通道选择的二维光谱检测.超短脉冲技术与主动相位调控的结合实现二维电子光谱学方法,为研究激发态相干动力学提供新的机遇.     

基于二维相关技术的氯吡脲拉曼光谱分析

氯吡脲作为一种苯脲类生长调节剂,被广泛应用于果蔬中,但是氯吡脲若过量使用,会严重影响果蔬的内在质量,且摄入过多会影响人的身体健康。现有的检测方法,虽然技术上成熟、精度高,但技术条件要求高、样品预处理过程复杂、耗时、检测费用高。利用二维相关拉曼光谱技术对乙酸乙酯中氯吡脲的浓度变化进行检测研究,建立一种灵敏、快速、高效的检测果蔬中氯吡脲的技术提供理论基础,对食品安全具有重大意义。采集氯吡脲粉末的拉曼光谱图,结合氯吡脲分子的结构图可对拉曼光谱谱图中的峰进行归属。配置浓度分别为2.5,5.0,7.5,10.0,12.5,15.0,17.5和20.0 g·L-1的氯吡脲乙酸乙酯溶液并采集拉曼光谱,对不同浓度的氯吡脲乙酸乙酯溶液的光谱数据进行二维相关分析,得到氯吡脲的拉曼二维相关同步谱图和异步谱图,分析同步谱图得出842, 992, 1 044, 1 442和1 604 cm-1的几处交叉峰具有协同作用,随着氯吡脲浓度的升高而升高;分析异步谱图得出交叉峰敏感性为1 044 cm-1>992 cm-1>842 cm-1,1 735 cm-1>1 604 cm-1>1 442 cm-1,842 cm-1>1 735 cm-1。结果表明,乙酸乙酯中氯吡脲的拉曼特征吸收峰分别为842,992,1 044,1 442,1 604和1 735 cm-1,其中1 044 cm-1（苯环的环伸缩振动）、992 cm-1（吡啶环的环呼吸振动）、842 cm-1（C-O-N假对称的伸缩振动）、1 735 cm-1（C=O伸缩振动）对氯吡脲浓度变化比较敏感,敏感度顺序为苯环的环伸缩振动>吡啶环的环呼吸振动>C-O-N假对称的伸缩振动>C=O伸缩振动>多个耦合峰的C=C伸缩振动>C-H的变形振动。拉曼光谱与二维相关技术相结合可以准确地反映出氯吡脲随浓度变化,为果蔬中氯吡脲含量的检测奠定了理论基础。     

硅酸钠与乙烯基三乙氧基硅烷的二维相关近红外光谱分析

关于超疏水涂层的制备有许多研究,其中硅衍生物涂层是一个重点,然而硅衍生物形成机理的研究还鲜有报道。以硅酸钠和乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)作为硅衍生物的反应物,利用近红外光谱(near infrared, NIR)和二维相关分析(2D-correlation analysis, 2DCorr)方法探讨硅衍生物的反应机理。首先,采用德国Bruker公司的MPA型傅里叶近红外光谱仪采集样品的光谱信息,分析了17 Wt%硅酸钠、 97 Wt%VTES以及两者1:5摩尔比混合体系的分子结构变化特征,结果发现:混合体系在5 176~4 250 cm^-1范围内出现了Si-O-H和Si-O-Si基团的吸收峰,说明溶液中两者混合后发生了水解缩合反应;并发现10 262 cm^-1处的游离羟基减少并向低频方向偏移, 8 905 cm^-1处以氢键缔合的羟基增加;含氢键的醇从7 203 cm^-1偏移到6 846 cm^-1。将硅酸钠和VTES按照7种不同摩尔比混合并搅拌成溶胶凝胶状,采集这些样品的光谱信息,并且对吸收峰进行归属,结果发现:随着VTES的比例增加,游离羟基以及含氢键的醇减少,结合羟基增加,含硅基团也在增加。最后,对不同摩尔比的混合体系的光谱数据进行基线校正,运用软件Matlab 6.5计算基于摩尔比例扰动的二维相关光谱,提高近红外光谱的分辨率和分析不同官能团之间的变化顺序。结果发现:10 262 cm^-1处吸收峰的变化先于8 905 cm^-1处吸收峰的变化, 7 026(6 846) cm^-1处吸收峰的变化晚于5 859 cm^-1处吸收峰的变化, 5 264(5 176) cm^-1处吸收峰的变化晚于4 397 cm^-1处吸收峰的变化, 4 667 cm^-1处吸收峰的变化晚于4 397 cm^-1处吸收峰的变化。不同波数的吸收峰变化顺序对应其归属的官能团的变化顺序,进而揭示了近红外光谱中基团变化的原因。硅酸钠和VTES两种溶液混合后形成的溶胶凝胶是具有三维网状结构的硅-聚合物,这种聚合物具有疏水性质能被广泛应用。研究结果将有利于更深刻地理解硅酸钠和VTES混合体系水解缩合反应过程以及分子结构变化,为其进一步的研究和使用提供参考。     

基于衰减全反射红外光谱(ATR-MIR)的混合鱼糜及其制品的鉴别分析研究（英文）

利用ATR-MIR光谱分析技术对掺杂了不同水平带鱼糜的鲢鱼糜进行了分类。文中采用了五种化学计量学方法(SIMCA,KNN,SVR,PLS-DA和ID3决策树)分别结合ATR-MIR光谱数据建立判别模型,并对各个分类模型性能和分类效果进行了分析和比较。结果表明:无论是对生鱼糜样品进行鉴别还是对其熟制品进行鉴别,基于SIMCA方法建立的分类模型都获得了较好的分类效果。对鱼糜制品和生鱼糜正确分类率分别达到了96.59%和96.43%,相应的交互验证均方根误差(RMSECV)值分别为:0.185 7和0.1898,相关系数r值达到了0.988 0和0.994 1。这表明ATR-MIR结合化学计量学方法可以对掺假的鲢鱼糜进行鉴别,也表明ATR-MIR在鱼糜品质监测方面具有很广阔的应用前景。     

基于硅基光学相控阵的大范围二维光束扫描（英文）

基于硅基光学相控阵,提出一种结合了相位控制和不同周期光栅发射器的点阵扫描法,以实现大范围的二维光束扫描.对光束扫描装置进行仿真计算,结果表明,仅使用单波长的光源即可实现120°×100°的扫描范围和超过16×400个可分辨点.此光束扫描装置在应用时,同一时刻仅需要一部分有源器件工作,降低了相调所需的电能耗.所提方法为实现大范围、低成本和低功耗的二维光束扫描装置提供了一种可能的解决方案,尤其适用于低成本的固态激光雷达.     

热处理柚木的红外光谱和二维相关红外光谱分析

利用红外光谱(FTIR)和二维相关红外光谱(2D-IR),对蒸汽热处理前后柚木的主要化学成分结构变化进行分析研究。结果显示,热处理后,半纤维素和木质素特征峰强度有不同程度的降低,证明热处理过程中半纤维素和木质素发生热降解。而纤维素热稳定性较好。二维光谱显示,半纤维素具有较高的热敏感性。当热处理温度提高至220℃时,半纤维素降解殆尽,木质素热敏感性高于半纤维素。     

基于二维相关离子迁移谱的中药材鉴别技术研究

我们研究小组发展了一种基于离子迁移谱的二维相关分析技术,并考察了其在中药材鉴别领域中的应用潜力。结果显示,大黄、党参、黄芪的二维离子迁移谱信号存在一定差异,以温度为外扰,构建二维相关离子迁移谱进一步揭示了上述三种典型中药材的巨大谱图信号差异。实验同时选取了四种不同产地黄芪样本,样本间二维离子迁移谱信号差异较小,以温度为外扰构建二维相关离子迁移谱,有效提高了谱图分辨能力,在三维空间中实现了不同产地黄芪的鉴别分析。此方案的提出为中药材质量控制鉴别技术的发展提供了新的思路。     

二维傅里叶变换光谱实验方法简介（英文）

二维傅里叶变换光谱是近几十年来发展起来的一种先进光谱技术.与其他超快光谱方法相比,它具有许多优点,并且为研究各种复杂系统提供了巨大的机会.然而,二维傅里叶变换光谱的系统搭建、实验测量和理论描述仍面临许多挑战,从而限制了其广泛应用.近年来,随着超快激光等各种相关技术的发展和革新,二维傅里叶变换光谱方法也逐渐发展成熟,进而大大降低了进行二维傅里叶变换光谱实验的技术壁垒.对于二维傅里叶变换光谱实验装置的光学设计,目前存在许多不同的方法,每种方法都有其自身的优点和局限性.但是目前还没有一个简单的教程可以帮助实验工作者选择搭建其第一套二维傅里叶变换光谱实验装置.因此,本文旨在为计划搭建其第一套二维傅里叶变换光谱实验装置的初学者提供一个简短的介绍.     

凝聚相中电子相干态的二维电子光谱测量（英文）

可见光波段的傅里叶变换二维电子光谱可用于对凝聚相分子复杂动力学过程的直接测量,包括量子相干现象.本文在对二维电子光谱原理的理解和对其物理本质更为直觉描述间做了一些铺垫,起到普及二维电子光谱的作用.重点阐述了二维电子光谱在测量电子相干态过程中是如何克服来自于量子力学原理的两大限制,即不确定性原理和测量导致的波包坍缩,并最终实现以本征态能级差为量子拍频的相干态测量.重点讨论了纯电子态相干、电子态与单模振动态耦合的相干,以及电子态与多模振动耦合形成的相干态所导致的复杂的量子相干现象.最后简要讨论了区分电子态相干及电子态-振动态耦合相干态的最新实验进展.     

二维红外相关光谱分析对十二烷氧基苯甲酸的相变过程

利用显微红外光谱技术在宽范围的温度区域跟踪对十二烷氧基苯甲酸相变过程,经二维相关红外光谱分析,来描述对十二烷氧基苯甲酸在不同温度区间的分子动态变化。结果认为固态由烷基相互缠结以多种羧酸聚集体的状态存在,95℃发生的相转变主要是非均相的十二烷基熔基熔融和氧基苯甲酸部分重结果的过程,132℃以后的相转变主要是羧酸聚集体部分氢键集中断裂和羧酸苯醚基团迅速熔融的结果。     

基于可见光光谱高效鉴别玉米单倍体籽粒（英文）

单倍体技术已发展成为玉米遗传研究及现代玉米育种的重要技术之一,单倍体籽粒的鉴别筛选是其中的重要环节。目前单倍体籽粒主要是依赖于籽粒的R1-nj遗传标记通过人工肉眼观察颜色的有或无进行鉴别,费时费工。而且部分材料由于标记颜色很难从籽粒外部观察到,导致人工筛选准确率较低。基于可见光光谱分析建立玉米单倍体籽粒鉴别方法,探索利用可见光光谱鉴别玉米单倍体籽粒的可行性。同时,由于每季用于诱导单倍体的育种材料不尽相同,模型须能够鉴别未参加建模的材料的单倍体。本研究以9个遗传背景的单倍体和杂交籽粒共284粒作为试验材料,利用便携式紫外-可见光光纤光谱仪采集单个玉米籽粒的可见光漫透射光谱。光谱数据经平滑、矢量归一化预处理和主成分分析,基于支持向量机方法建立单倍体和杂交籽粒判别模型。每次选择1个背景的样本作为测试集,其余背景的样本作为建模集对模型进行交叉验证。模型交叉验证平均正确判别率达到92.06%。其中8次测试正确判别率在85%以上。结果表明利用可见光光谱分析建立玉米单倍体籽粒鉴别方法,并使模型可鉴别未参与建模材料的单倍体具有可行性。并且基于该方法有望建立玉米单倍体籽粒的自动化快速筛选系统,提高玉米单倍体育种效率。     

6H-SiC单晶的激光刻蚀及光谱分析（英文）

激光微加工是半导体精密加工的一个有效方法。对于碳化硅(SiC)单晶,使用紫外波段激光可以获得对入射能量最大的吸收效率。使用355nm全固态激光器对6H-SiC单晶进行刻蚀。同时将样品置于不同的介质下以探究最优加工条件。使用拉曼光谱表征激光刻蚀后的SiC表面。刻蚀后表面主要由无定形硅及纳米晶石墨组成,对于空气下刻蚀的SiC晶片,无定形硅主要分布于刻蚀坑的周围,刻蚀坑内较少。而在液体下刻蚀的样品,无定形硅的空间分布相反。通过分析残留在表面的物质,在另一角度研究了激光刻蚀的反应机理。对于液体辅助的激光加工,以往的研究主要关注液层的厚度及粘度,对液体还原性的研究很少。为确定液体还原性的影响,使用共聚焦激光扫描显微镜及能量色散谱检测了不同液体辅助加工样品的表面形貌及氧含量。结果表明,液体还原性在激光刻蚀过程中有着较大的影响,使用有着还原性的液体作为介质可以有效减少表面氧化并获得更规则的表面形貌。     

黄芩及其提取物红外光谱与二维相关光谱的鉴别

采用二维红外相关技术,对黄芩原药材、饮片及其提取物进行分析研究。在一维红外光谱中,各样本间的谱图十分相似,导数光谱分析发现,经过炮制之后在1 745和1 411 cm-1处吸收峰向高波数位移,1 357 cm-1处吸收峰向低波数位移。二维红外谱图显示的药效组分特征差异明显,生黄芩在1 300～1 800 cm-1波数范围内有4个特征峰,以1 575 cm-1最强;黄芩片的自动峰有3个区域;酒黄芩的自动峰有2个区域。各区域内自动峰均为正相关。不同样品总苷提取物的一维谱图显示, 在1 615, 1 585, 1 450 cm-1(苯环骨架振动)和1 658 cm-1(CO)附近均有特征吸收,二阶导数谱图给出在1 656 cm-1(黄酮的CO)附近有特征峰,推测共有的成分为酚苷类化合物。二维谱图在800～1 800 cm-1波段均体现苯环骨架振动的5个自动峰1 366,1 420,1 508,1 585,1 669 cm-1。可见红外光谱宏观指纹技术可提供大量整体信息,能够较准地把握黄芩的整体质量。可用于研究黄芩药材及饮片特征的相关性。     

基于太赫兹光谱技术与CS-SVM的转基因产品鉴别（英文）

提出了一种基于太赫兹(THz)光谱技术以及布谷鸟搜索(CS)算法优化支持向量机(SVM)的有效的转基因产品鉴别方法(CS-SVM)。实验采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测量了三种转基因大豆种子及其亲本样品在0.2~1.2THz波段的THz光谱,并采用SVM方法对转基因和非转基因大豆种子进行了分类鉴别研究,其中SVM的两个重要参数(惩罚因子和核参数)采用CS算法进行优化。实验结果表明,应用THz光谱技术结合CS-SVM方法为转基因和非转基因生物的检测和识别提供了一种快速、无损和可靠的分析方法。     

磷烯基二维范德瓦尔斯异质结的理论表征（英文）

本文基于单层黑磷和蓝磷,理论设计出二维范德瓦尔斯异质结、能带结构、态密度、Bader电荷布局、电荷密度差分图及光吸收谱等,计算结果表明它是典型的第二型异质结,有利于光生载流子分离,且可见光捕获能力显著增强.内禀的界面极化电场能有效阻止光生电子-空穴的复合.表明磷烯基二维范德瓦尔斯异质结是一类性能优异的光解水催化剂.     

二维正方晶格Compass-Ising模型的方向序和磁有序（英文）

采用Monte Carlo方法研究二维正方晶格Compass-Ising模型的低温性质.通过调节过渡参量,计算了阻挫对方向序和磁有序的影响.结果表明,阻挫的增加,易于形成方向序,同时会抑制磁有序.当阻挫足够强时,磁有序将被破坏.方向序和磁有序间的转变是一个逐渐过渡的过程,并不存在明显相变.     

二维正方晶格Compass-XY模型的方向序和拓扑序（英文）

采用Monte Carlo方法研究二维正方晶格Compass-XY模型,通过调节过渡参量α,计算了降低交换相互作用的阻挫对方向序和拓扑序的影响.结果表明,方向序和拓扑序之间的转变是一个逐渐过渡的过程,并不存在明显的界限.在某一范围内,这两种序是相互重叠的,难以区分.阻挫的降低,易于形成拓扑序,同时会抑制方向序.当阻挫变得足够弱时,方向序被破坏.     

基于小波变换的二维红外相关光谱鉴别人参的生长年限

探讨了将小波变换处理方法应用到不同生长年限人参的二维红外相关光谱数据预处理中。结果表明： 经过小波变换处理后,可以有效提高二维红外相关光谱同步图的分辨率,增强谱图中的信号峰,提高谱图中重叠峰的分离度,还可提供新的信息,从而在很大程度上增强了二维红外相关光谱对复杂体系的分析鉴别能力。借助此方法,可以鉴别人参的生长年限。