砷和砷酸铁水化结构和红外光谱理论研究

水体中砷的去除与其水化作用密切相关,而不同质子化砷和砷酸铁水化特征相关报道甚少,且缺乏不同质子化砷和砷酸铁水化层红外光谱解析。在B3LYP/6-311G(d, p)计算水平上比较不同质子化砷酸根[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)和铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]m+(m=0-2)水化能,利用约化密度梯度函数图形化分析其与水分子相互作用的强度、类型和位置,并解析不同质子化砷酸根和砷酸铁水化层红外光谱特征。结果表明,随着氢质子化,砷酸根[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)水化能力减弱,而铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)水化能力随着氢质子化增强。当水分子中1个氢与[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)中1个氧相互作用时倾向形成氢键;而水分子中2个氢同时分别与[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)中两个氧相互作用时,相互作用变弱,以范德华力相互作用;水分子通过其氢与砷酸根中氧形成的氢键强于水分子通过其氧与质子化砷酸根中氢形成的氢键。未质子化O_N倾向与2~4个水分子形成氢键,而质子化O_P最多与2个水分子形成氢键且O_P…H_W氢键弱于O_N…H_W氢键。红外光谱中,2 954,3 114,3 179,3 252和3 297 cm-1是AsO3-₄第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动峰,3 277,3 324和3 376 cm-1是HAsO2-₄第一水化层中水分子的Ow-Hw伸缩振动峰,3 189,3 277,3 306和3 383 cm-1是H₂AsO-₄第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动峰;[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动对应区域依次是2 500~3 060,2 660~3 200和2 900~3 360 cm-1。因此,随质子化,[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)和[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层中水分子的Ow-Hw伸缩振动峰蓝移;相对于[H_mAsO₄]m-3(m=0～2),[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层水分子的弯曲振动峰和伸缩振动峰都明显红移。[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水壳层形成Fe-Ow-Hw…Ow-Hw…O_N-As氢键桥,该氢键桥中Ow-Hw具有特殊吸收峰,伸缩振动峰依次位于2 195,2 526和2 673 cm-1,质子化导致明显蓝移但峰强度几乎无变化;而其弯曲振动峰随质子化红移且强度明显降低;独立O_P-H伸缩振动峰不受Fe络合影响,而O_P-H…Ow中O_P-H伸缩振动峰位置因Fe络合而发生明显蓝移。该研究有助于更好地解析不同PH下砷和砷酸铁在水中溶解性,可用于红外光谱监测水溶液中砷和砷酸铁水化特征。     

1μm波段水分子吸收光谱双光程同步测量方法研究

基于双光程气体多通吸收池,提出了一种单吸收池双光程(长光程:72.46 m;短光程:36.23 m)同步测量水分子吸收光谱的测量方法,并结合窄线宽外腔半导体激光器和高精度Fabry-Perot标准具,发展了一套1μm波段的高分辨率水分子吸收光谱双光程同步测量装置.在测量装置建立后,精确测量了Fabry-Perot标准具的自由光谱范围,并详细评估了该系统中Fabry-Perot标准具以及双光程气体多通吸收池内压力和温度的稳定性.利用该装置测量了9152.53 cm^–1处水分子在双光程下的吸收光谱,分别反演得到了长光程和短光程下的分子吸收线强和自加宽系数.双光程吸收线强和自加宽系数的平均值与HITRAN2016数据库相应数据的相对偏差分别为0.78%和3.8%,该结果验证了双光程同步测量方法的可行性和测量装置的可靠性.     

异丙甲草胺农药残留吸收光谱检测方法研究

除草剂可以快速、有效地进行除草，已被广泛应用，但是在除草剂使用同时也会对周围环境和农作物带来一定程度的污染，例如农业生产过程中经常发现由于除草剂使用不当而使果树中毒的现象。异丙甲草胺是一种酰胺类选择性除草剂，被广泛应用于旱地作物、蔬菜和果园、苗圃。根据相关文献报道，基于气相色谱法、气相色谱-质谱联用法和固相萃取等方法可以实现异丙甲草胺残留检测，而基于吸收光谱法对异丙甲草胺的分析未见相关文献报道，提出直接利用吸收光谱及其导数光谱分析法实现异丙甲草胺农药及其在苹果汁中的农药残留检测。首先利用分光光度计对不同浓度异丙甲草胺药液进行吸收光谱实验研究，发现在266 nm处有明显吸收光谱特征峰。对农药吸收光谱进行拟合分析，得到异丙甲草胺药液浓度和吸光度之间预测模型函数方程，函数方程为y=2.147 09x+0.031 98，相关系数为0.998 5。然后利用分光光度计对苹果汁-异丙甲草胺混合溶液进行吸收光谱实验研究，相对于纯苹果汁吸收光谱，在混合溶液吸收光谱中发现266 nm处为异丙甲草胺所对应的特征峰。对苹果汁中药物浓度和吸光度进行建模，模型函数为：y=0.704 9+0.826 8x，其相关系数为0.991 1。可以看出，当苹果汁中异丙甲草胺残留量很低时，其农药吸收光谱特征峰并不明显。为进一步提高检测效果，对混合溶液吸收光谱进行一阶导数处理，得到其一阶导数吸收光谱。与苹果汁吸收导数光谱相比较，苹果汁-农药混合溶液导数光谱有两个明显特征光谱峰，分别位于269和276 nm处。进一步分析苹果汁-异丙甲草胺混合溶液的导数吸收光谱峰值与农药含量之间的关系，对异丙甲草胺含量与导数光谱吸光度进行函数拟合。其中269 nm对应预测模型函数关系式：y=0.005 3-0.090 6x，相关系数r=0.992 5；276 nm对应预测模型函数关系式为y=-0.000 769-0.302 8x，相关系数r=0.990 6。为验证由吸收光谱和其一阶导数光谱所得苹果汁中农药残留预测模型的准确性，另外配置五种浓度苹果汁-异丙甲草胺混合溶液。然后在同等条件下对其进行吸收光谱实验，将266，269和276 nm处的吸光度分别代入对应模型函数可求得浓度预测值，结合已知浓度值可计算其平均回收率，其中吸收光谱266 nm对应平均回收率为104.68%，导数光谱269 nm对应平均回收率为104.59%，276 nm对应平均回收率为105.18%。对苹果汁中异丙甲草胺检测模型进行分析，计算得到检出限(LOD)和定量限(LOQ)参数值，其中原始吸收光谱对应LOD和LOQ分别为0.014 8和0.049 2 mg·mL-1，一阶导数光谱对应LOD和LOQ最小值分别为0.001 5和0.004 9 mg·mL-1。研究结果表明，采用吸收光谱方法对苹果汁中异丙甲草胺进行直接检测与分析是快速和可行有效的，而且对吸收光谱进行导数运算处理后，检测效果更优。     

拉曼光谱结合荧光背景对白酒品质快速检测分析

拉曼光谱技术以其无损检测、灵敏度高、简便快速等独特的技术优势,在食品安全等领域展现出良好的应用潜力。白酒是一种非常受消费者喜欢的饮品,在中国有着非常悠久的历史,也是中华文化的重要组成部分,其质量安全一直受到大家的高度重视。市场上的一些企业为了降低成本总是会生产一些劣质的勾兑白酒来冒充品牌酒,其品质严重的影响着大家的利益和健康,而现行的国家检验标准中并没有明确的检测方法能够对其进行快速的辨别,所以如果能发展一种新的方法将这些劣质的勾兑白酒快速的鉴别出来,将会有效的保障大家的生命安全。利用拉曼光谱技术测量了56种散装白酒和7种瓶装品牌白酒的拉曼光谱,并以拉曼光谱中位于886 cm^-1处乙醇的C—C—O伸缩振动峰为内标来对所有样品的拉曼光谱进行归一化,从而得到所有样品的归一化拉曼光谱。将归一化拉曼光谱不同位置的荧光背景强度和位于886 cm^-1处乙醇的C—C—O伸缩振动峰强度相比较,结果表明瓶装品牌白酒的荧光背景基本上都明显比散装白酒的要小,可以清楚的将这两类白酒样品区分开来。一般对于拉曼光谱的测量和分析认为荧光背景的存在不利于对实验结果的准确分析...     

光致发光光谱在鉴别不同类型珍珠中的应用

爱迪生珍珠和珈百丽珍珠为近年来相继问世的优质淡水有核珍珠,分别酷似南洋珠和AKOYA珍珠,如何区分白色珍珠、金色珍珠、黑色珍珠及银灰色珍珠的类型和颜色成因,成为目前检测机构棘手的难题。对132颗不同类型的白色系、黄色系、黑色系、灰色系天然呈色珍珠与染色或辐照改色的各类珍珠进行了系统的PL光谱测试分析,结果表明不同类型的珍珠PL光谱有重要鉴别特征,尤其是PL光谱中荧光背景强度(F)与565 nm文石主峰强度(A)比值F/A,可有效区分不同类型白色珍珠以及黑色、金色银灰色珍珠的颜色成因。（1）白色南洋珠F/A值多集中于1附近,白色爱迪生珍珠与白色珈百丽珍珠具有类似的PL光谱与F/A值变化范围,但大部分样品出现631 nm发光峰,F/A值多集中于2;白色AKOYA珍珠的F/A值大于10。（2）金色南洋珠的F/A值多集中于1.6,变化范围较小,染金色南洋珠与染金色爱迪生珍珠F/A值基本都大于4。（3）深灰色体色Tahiti黑珍珠没有特征的发光峰,但随着颜色加深,逐渐出现617 nm处发光峰,黑色体色Tahiti黑珍珠具有稳定的有机卟啉相关的617和650 nm处发光峰;而绝大部分染色、辐照的黑色珍珠样品并未出现明显的荧光背景增强现象,但缺失617和650 nm处发光峰。（4）天然呈色银灰色AKOYA样品F/A值都小于3,而染色和辐照成因的银灰色AKOYA的F/A值都明显高（1.79~144）,并且因改色方式不同,存在一定的变化范围。     

热处理棕褐色电气石光谱学特征与颜色成因初探

电气石属三方晶系的硼铝硅酸盐,主要有铁电气石、锂电气石、镁电气石、钠-锰电气石等品种,因含不同的过渡元素或色心而呈绿、蓝、黄、红、粉、棕和黑色。选取棕褐色电气石样品在还原和中性气氛加热3 h,结果显示,600 ℃晶体出现大量裂隙;500和450 ℃棕褐色调减弱,透明度大大提升,500 ℃裂隙稍多;350 ℃加热,样品变绿黄棕色;250 ℃加热样品略微变浅,仍为棕褐色调;加热后∥c轴切面见明显绿色与棕色二色性,垂直c轴切面,即{0001}面,为棕色;综合显示,最佳变色温度在450~500 ℃。利用X射线荧光光谱(XRF)、红外吸收光谱(IR)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)对热处理前后样品进行分析,样品属于富Mn和Fe的锂电气石。样品中红外特征吸收峰在3 800~3 400,1 350~1 250,1 200~800与800 cm-1,近红外光谱有4 720,4 597,4 537,4 441,4 343,4 203和4 170 cm-1特征峰。热处理后,由M-OH(M为Al,Mg,Fe和Mn等)伸缩和弯曲振动所致的3 800~3 400 cm-1吸收峰减弱,600 ℃消失,与加热失水行为导致的结构水弯曲/伸缩振动减弱有关;近红外光谱4 170和4 720 cm-1吸收消失。棕褐色电气石在∥c轴切面的可见光范围内具有715,540和417 nm吸收带,依次为Fe2+ d-d(5T_2g→5E_g)跃迁、Fe2+→Fe3+(IVCT)、Fe2+→Ti4+(IVCT)所致。样品具有高的Mn含量,417 nm附近的吸收可能存在Mn2+ d-d (6A_1g→4A_1g, 4T_Eg)自旋禁阻跃迁产生的413/414 nm叠加。热处理使Mn3+还原成Mn2+,Mn2+增加导致414 nm吸收峰增强,因此417 nm附近吸收带变化不大。同时,热处理后与Mn3+有关的520 nm吸收也同时消失,520 nm吸收带的存在也可能是540 nm吸收带呈非对称吸收峰的原因。450 ℃以上热处理后,715和417 nm吸收带变化不大,位于绿光区的540 nm吸收带消失,分析认为加热使得部分Fe3+还原为Fe2+,导致Fe2+→Fe3+(IVCT)减少,在∥c轴切面上540 nm吸收显著减弱。540 nm吸收带在绿色光区域,其消失导致绿色光透过,样品呈绿色。     

优化光谱指数的露天煤矿区土壤重金属含量估算

光谱学提供了对土壤中许多元素进行定量分析和快速无损检测的方法。可见光和近红外反射光谱（Vis-NIR）为研究土壤重金属污染提供了一个有用的工具。于新疆准东露天煤矿区采集51个0～10 cm深度的土壤样品，在实验室中分别测定样品的有机质（SOM）含量、重金属砷（As）含量与高光谱；使用基于JAVA语言自主开发的两波段组合软件V1.0（No: 2018R11S177501）计算不同高光谱数据变换形式（原始反射率（R），倒数（1/R），对数（lgR）和平方根（）下Vis-NIR区域（400~2 400 nm）所有两波段组合得到的优化光谱指数（NPDI）与As的相关性，在最优光谱指数（|r|≥0.73和p=0.001）中通过变量重要性准则（VIP）进一步筛选VIP≥1的指数作为模型自变量，基于地理加权回归（GWR）模型估算As含量并使用四个交叉验证度量标准：相对分析误差（RPD），决定系数（R2），均方根误差（RMSE）和最小信息准则（ACI）评价模型精度，从而探讨优化光谱指数方法应用于高光谱检测露天煤矿区土壤重金属砷含量的可行性。结果表明：(1）研究区As含量离散度较高，所有样品中SOM含量均小于2％，且As含量与SOM含量在0.01的显著性水平上无显著相关性（|r|=0.113）。（2）As含量与单波段光谱反射率的相关性很低（|r|≤0.228），而通过R，1/R，lgR，计算的NPDIs与As含量的相关性在近红外（NIR，780~1 100 nm）和短波红外（SWIR，1 100~1 935 nm）光谱中发现最高的相关系数和最低的p值（|r|≥0.73和p=0.001），在长波近红外（LW-NIR）区域基于R形成的NPDIs与As含量相关性最高（|r|=0.74）。（3）VIP方法分别筛选NPDI_{R（1 417/1 246）}，NPDI_{1/R（799/953，825/947）}、NPDI_{sqrt-R（1 023/1 257，1 008/1 249，1 021/1 250，1 020/1 247）}和NPDI_{lgR（801/953，811/953，817/951，825/947，828/945）}为GWR模型自变量。(4）从4个预测模型的表现可以看出，Model-a（R）与其他三个模型（Model-b（1/R），Model-c（）和Model-d（lgR））相比，它具有最高的验证系数（R2=0.831，RMSE=4.912 μg·g-1，RPD=2.321）和最低的最小信息准则值（AIC=179.96）。优化光谱指数NPDI_{R(1 417/1 246)}有助于快速准确地估算As含量，为进一步获取地表土壤重金属污染分布信息提供理论支持和应用参考，促进露天煤矿区环境污染快速有效调查和生态可持续发展。     

CSRe储存环等时性模式转变能洛伦兹因子曲线的测量与校正

综述了兰州冷却储存环CSRe上转变能洛伦兹因子的测量与校正的最新进展,详细阐述了基于等时性质谱仪实验数据测量储存环的转变能洛伦兹因子的方法,以及利用CSRe二极、四极、六极磁铁校正转变能洛伦兹因子曲线的结果。实验结果表明,二极磁铁和四极磁铁可以平移转变能洛伦兹因子曲线,六极磁铁可以旋转转变能洛伦兹因子曲线。通过校正CSRe的转变能洛伦兹因子曲线,将CSRe对目标离子的质量分辨能力R=m/△m=3.15（9）×104（FWHM）（回旋周期相对误差σT/T=7.3（2）×10-6）提高到1.72（4）×105（FWHM）（σT/T=1.34（3）×10-6）。     

洋河蓝色经典系列酒的三维荧光光谱研究

测定了当前市场上比较流行的洋河蓝色经典系列白酒梦之蓝, 天之蓝和海之蓝的吸收光谱及三维荧光光谱。吸收光谱表明,三种酒在212和275 nm有较强烈的吸收,但吸收强度不同;荧光光谱表明,在245 nm的近紫外光激发下,三种酒在310, 420和610 nm附近都有明显的荧光发射,但强度各自不同;当激发波长增大为310和345 nm时,依然有两个荧光峰产生,强度差别依然很大。对5个典型荧光峰的产生机理进行了分析,给出了合理的解释。研究结果可以快速准确地区分三种洋河酒及其品质,为白酒的品质检测和品牌识别提供了一种新的途径。     

一种针对作物生育期光谱迁移的修正植被指数

针对基于固定特征波长的植被指数不能适用于多个生育期叶绿素含量的诊断这一问题,研究优化提出一种基于双波长计算光谱覆盖面积的叶绿素诊断植被指数,用于稳健地诊断多生育期的营养。以拔节期、孕穗期和扬花期的冬小麦为研究对象,采集其325～1 075 nm范围的冠层反射光谱,测定采样样本的叶绿素含量。采用小波去噪和多元散射校正算法对光谱数据进行预处理。通过相关性分析,确定生育期特征波长的迁移范围,进而提出了基于光谱覆盖面积的冬小麦叶绿素含量光谱诊断参数(modified normalized area over reflectance curve, MNAOC）。以信噪比（SNR）和平滑度指标（S）进行综合评价,小波去噪函数的最佳参数为(“sqtwolog”,“mln”,“3”,“db5”)。相关性分析结果表明,生育期特征波段的迁移范围为（700 nm,723 nm）。在分析MNAOC指数对叶绿素含量诊断分辨率的基础上,以0.5 mg·L-1的分辨率建立一元线性回归模型的结果为：拔节期R2_c=0.840 1,R2_v=0.823 7;孕穗期R2_c=0.865 5,R2_v=0.817 4;扬花期R2_c=0.833 8,R2_v=0.807 6。与ratio vegetation index（RVI）等5种双波长植被指数对比表明,由于700和723 nm计算的光谱面积包含了由于生育期导致的光谱动态迁移特征,使得MNAOC指数在模型精度上和多个生育期的普适性上,都优于其他双波长代数运算植被指数,为大田环境冬小麦生育期叶绿素含量诊断提供支持。     

FTIR和Raman技术在煤结构分析中的应用研究

为明确不同煤种大分子结构特征的异同,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)分析技术,对五种烟煤（HY,HJ,BL,DJ和HK）进行系统表征,为后续煤及类煤材料结构和性能的研究提供可靠指导。在FTIR光谱特征曲线上,波数3 200~3 600 cm-1范围有明显的吸收区,其中样品HJ相较于其他4种样品更明显,主要是由于-OH官能团和N-H结构振动引起,但该波段容易受到自由水或结晶水的影响,从而造成判断误差。在2 923 cm-1处可以观察到CH₂反对称伸缩振动峰值都明显高于其对称伸缩振动,产生这一现象的原因是烟煤中存在大量脂肪族CH₂碳链结构,后续将其液化加工再应用的潜力较大。而在1 000~1 800 cm-1的含氧官能团波数范围内,主要包含了羟基（醇羟基和酚羟基）、羧基、羰基等。为了更清晰的表征煤结构,定量分析了煤的表观芳香度fa(FTIR),(R/C)_u,H_al/H,A_ar/A_al和H/C原子比之间的关系,可以看出随着煤质水平的提高,煤中芳香族氢含量增加,脂肪族氢含量降低。另外比较了各个结构参数发现fa(FTIR),(R/C)_u和H/C原子比之间存在线性关系,能够更加准确的表征煤阶。Raman光谱特征曲线通过Origin 2018进行分峰拟合,采用去卷积方法将频谱划分为十个峰,分别为G,G_R,V_L,V_R,D,S,G_L,S_L,S_R和R。对比不同波段峰面积比例及主峰半高宽和H/C原子比的关系,发现随着H/C原子比的增加,A_D/A_G值总体呈下降趋势。从而说明煤样基本结构中单元核的芳香环数量随着煤化作用及其石墨化程度的增加而增加,该结果与FTIR光谱分析一致。通过上述研究结果的对比可证明FTIR和Raman光谱技术是煤中大分子结构特征研究的可靠方法。最后基于两种分析技术提供的结构参数,建立了简单的煤分子模型,为煤化学研究中基础分子构建提供参考。     

中红外光谱技术在浓香型白酒原酒关键指标分析中的应用

基于中红外光谱分析技术对浓香型白酒原酒中总酸及己酸乙酯的关键指标含量进行检测分析,采用标准正态变换(SNV)方法对数据进行预处理,结合组合间隔偏最小二乘波段选择法(SiPLS)及遗传算法(GA)对各指标的特征吸收波长进行筛选,最终采用偏最小二乘法(PLS)建立分析模型,通过决定系数R2、预测标准偏差(RMSEP)、性能...     

基于微型多次反射腔的TDLAS二氧化碳测量系统

海气界面CO₂测量对于海洋科学研究具有重要意义,在目前的海洋CO₂测量仪器中,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的设备因灵敏度高、环境适应性强等特点受到关注。TDLAS系统的体积和灵敏度通常受限于多次反射腔的大小和光程。针对海洋CO₂脱气量小且灵敏度高的测量需求,自主设计了一套微型多次反射腔,用于TDLAS系统的CO₂测量。该微型多次反射腔采用两片口径为25.4 mm、焦距为50 mm的球面反射镜,以38 mm的腔长实现了253次反射,获得了约10 m的光程,封装后的样品池体积仅有90 mL。基于该微型多次反射腔搭建了一套直接吸收TDLAS的CO₂气体浓度测量系统,通过标准气体对该系统进行了测试,检测限约为26×10-6,不同浓度气体线性相关度R2为99.986%。同时还将该系统与LGR公司生产的便携式温室气体分析仪(UGGA)进行了对比测量,结果表明二者在白天CO₂浓度波动较大和夜晚CO₂浓度变化较平稳两种情况下均表现出较好的一致性,R2大于97%。实验结果证明了系统性能,下一步将优化试验装置并进行现场应用。     

FTIR光谱结合曲线拟合研究萌发水稻种子

种子的萌发是种子生命历程中的主要组成部分之一,了解种子萌发过程中经历的生理生化变化,准确确定种子的活力,对农业生产很重要,因而,研究种子萌发有重要意义。采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合研究不同萌发程度的水稻种子,以探寻种子贮藏物质动员情况,对不同萌发时间的水稻种子进行傅里叶变换红外光谱、二阶导数光谱、二维相关红外光谱和曲线拟合研究。结果显示,原始红外光谱整体相似,光谱反映出水稻种子的主要贮藏物质为淀粉、蛋白质和脂肪;吸收峰强度比A_{1 659}/A_{1 019},A_{1 740}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 019},A_{1 157}/A_{1 081}随萌发时间的增加而降低。814～1 000和1 028～1 340 cm-1范围内的二维相关红外光谱结果显示自动峰个数和最强自动峰的位置、强度随种子萌发时间的增加而变化,表明种子在萌发过程中糖类和蛋白质发生变化。二阶导数光谱在1 200～950 cm-1范围内出现七个峰,其中988 cm-1处的峰随萌发时间的增加向较高波数蓝移,而1 053和1 158 cm-1处的峰向较低波数红移,表明水稻种子在萌发过程中多糖的结构和含量可能发生了变化;在1 700～1 600 cm-1范围内出现九个峰,其中1 641和1 692 cm-1处的峰呈现随萌发时间的增加红移到较低波数的趋势,表明水稻种子在萌发过程中蛋白质的结构和含量可能发生了变化;在1 800～1 700 cm-1范围二阶导数光谱仅观察到1 712和1 744 cm-1处的两个峰,其中1 744 cm-1由脂类物质C═O伸缩振动引起,为脂肪的特征峰。为进一步研究水稻种子萌发过程中贮藏物质的具体变化,以二阶导数光谱确定的子峰位置和数目为依据,对原始红外光谱的1 200～950与1 800～1 600 cm-1区域进行曲线拟合分析。曲线拟合结果显示,随萌发时间的增加,多糖和蛋白质的相对含量总体上呈现下降趋势,脂肪的相对含量先降后升。研究表明,傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合可作为研究种子萌发的有效手段。     

三种石斛及其提取物的红外光谱法整体结构解析与鉴定

运用红外光谱法对铁皮石斛、金钗石斛、鼓槌石斛及其两种提取物所含化学成分的红外谱图整体变化规律进行解析和鉴定。采用傅里叶变换红外光谱对三种石斛及其提取物进行结构分析及鉴别。原药材粉末一维红外光谱图反映出铁皮石斛、金钗石斛和鼓槌石斛均含有2 920,2 852,1 737和1 509 cm-1附近的特征峰;1 000~1 200 cm-1波段内的特征峰,推测三种石斛均含有脂类、芳香类和淀粉类成分。二阶导数谱进一步佐证了以上结果。根据峰强来判断三种石斛所含化合物含量的差别,得出铁皮石斛和金钗石斛中的脂类和淀粉类成分含量较鼓槌石斛高,三者中以金钗石斛的脂类成分、铁皮石斛的多糖成分含量较高。三种石斛原药材粉末二阶导数光谱中观察到1 318和782 cm-1处草酸钙的吸收峰。三种石斛的两种提取物中的成分种类和含量与其原药材均有所不同,且不同种石斛之间也存在峰形、峰位、峰强的差别。在水提醇沉提取物、无水乙醇提取物中均发现油脂类、芳香类和多糖类成分的特征吸收峰。与标准品比对分析发现,金钗石斛和鼓槌石斛的多糖成分以淀粉为主,而铁皮石斛则以黏多糖为主;三种石斛无水乙醇提取物的红外光谱分析更清楚地发现脂类成分和芳香类成分的存在,且脂类成分以金钗石斛提取物的含量相对较高。芳香类成分以鼓槌石斛提取物的含量相对较高,红外光谱整体结构解析与鉴定方法能够递进式地验证铁皮石斛、金钗石斛和鼓槌石斛所含物质结构和量的差异,适合于不同种石斛的快速鉴别及质量评价与控制。     

高煤级煤石墨化轨迹阶段性的XRD和Raman光谱表征

为了研究石墨化过程中煤的分子结构有序化轨迹,选取湖南、陕西19个不同变形-变质程度高煤级煤为研究对象,采用工业分析、元素分析、X射线衍射分析（XRD）和拉曼光谱分析（Raman）等手段,结合分峰拟合的数学方法,对系列样品分子结构参数（XRD结构参数,如石墨化度、延展度L_a、堆砌度L_c及面网间距d₀₀₂等;Raman参数,如P_G,P₁,R₁,R₂等）进行了统计与计算。研究结果表明：煤化作用阶段H/C随变质程度增加而逐渐减小,但在石墨化阶段以物理变化为主,其趋势变缓或不显著;XRD参数d₀₀₂,L_a,L_c,N及L_a/L_c等随变质程度呈现非线性连续（阶跃性）变化,拐点大致对应R_m=7.0%,d₀₀₂=0.338 nm,拐点之前L_a,L_c及N变化较小（或平稳增大）,拐点之后石墨晶体结构快速形成,微晶尺寸增大,拼叠作用开始并逐渐增强;L_a/L_c变化亦反映石墨化过程由缩合作用向拼叠作用转变。高煤级煤石墨化轨迹可按有序化增加的三阶段模型来表述,无定形碳（无烟煤）至变无烟煤阶段,G峰位、峰位差P₁变化显著,I_D1/I_G在表达无序程度时不服从TK关系;变无烟煤至半石墨阶段,即从石墨化开始结构演化轨迹呈现不同方向,R₁随着有序的增加呈现截然相反的轨迹,部分石墨组分演化服从TK关系,R₂在石墨化度为45%时呈现截然相反的轨迹;石墨阶段温、压作用导致微晶尺寸急剧增加（或阶跃）,I_D1/I_G减小服从TK关系。当不同石墨化程度的新生组分共存时,d₀₀₂不足以代表样品最大的演化程度,但其作为平均度量来标度高煤级煤石墨化过程中结构演化特征仍为较优的选择,且(002)和(γ)峰半峰宽能较好地区分石墨化煤的变质类型,H/C,I_D1/I_G亦随d₀₀₂演化轨迹不同,需利用d₀₀₂＜0.344 0 nm,R₁＜2.0,H/C＜0.12等综合指标判别石墨化的开始。由此可以看出,采用XRD和Raman光谱分析技术可以表征高煤级煤石墨化轨迹阶段性以及结构的差异性。     

优化光谱指数建立水稻叶片SPAD的高光谱反演模型

利用高光谱反射率光谱的特征波段构建光谱指数,建立叶绿素含量反演模型是实现水稻生产精准调控和科学管理的必要手段之一。为了建立适用于拔节孕穗期水稻叶片叶绿素相对含量（SPAD）的高光谱反演模型,分别获取了拔节孕穗期水稻叶片的高光谱和SPAD数据,利用小波分析法对原始光谱反射率曲线进行降噪处理,并对基于积分运算的光谱指数NAOC进行简化,获得了基于双波段简化运算的优化光谱指数。利用相关分析法计算由原始反射率光谱R和数学变换光谱LgR、1/R和R构建的优化光谱和变换光谱指数与水稻叶片SPAD的相关系数,获得了以积分限（a,b）为横、纵坐标的相关系数二维矩阵,并绘制相关性等势图,得到相关系数最高的3个波段组合：R（641,790）（0.872 6）,R（653,767）（0.871 7）和R（644,774）（0.871 6）,计算出20个原始样本中3个积分波段组合所对应的60个优化光谱指数值,按照2∶1的比例划分为建模集和验证集,建立了三种水稻叶片SPAD反演模型：偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量机（SVM）和BP神经网络模型。结果显示：利用优化光谱和变换光谱指数建立的3种水稻叶片SPAD反演模型决定系数R2均大于0.79,归一化均方根误差NRMSE则小于5.4%。其中BP神经网络相对于其他两种模型具有较高的拟合度,预测精度也相对较高,建模集R2=0.842 6,NRMSE=5.152 7%;验证集R2=0.857,NRMSE=4.829 9%。总体来看,基于双波段简化运算后的优化光谱和变换光谱指数建立拔节孕穗期水稻叶片SPAD反演模型是可行的;对比分析3种模型反演结果发现,BP神经网络对水稻叶片SPAD的反演效果较好。该工作对提高拔节孕穗期水稻精准调控技术和建立水稻生产的科学管理体系具有一定的参考价值。     

基于异氟尔酮的L-精氨酸探针光谱性能研究

L-精氨酸（L-Arginine,L-Arg）是蛋白质的重要组成部分,也是人类某些疾病的重要诊断标准之一,L-Arg的浓度变化可能会导致许多疾病的问题,因此如何高效且灵敏地检测L-Arg极其重要。目前,对L-Arg的研究大多数是利用其作为NO（一氧化氮）的前体,来预防或缓解某些疾病的产生,对于L-Arg的定性检测并不多,而利用质子转移形成络合物/加成物的方式检测L-Arg更是少之又少。基于异氟尔酮设计并合成了一种含有丙二腈以及2,4-二羟基苯甲醛的比色探针(ISO-CN-OH),该探针可以用于快速检测L-Arg。通过紫外吸收光谱研究发现,当向探针ISO-CN-OH溶液中加入L-Arg后,其紫外吸收光谱在669 nm处的吸收峰急剧增强,且溶液的颜色由橙黄色变为墨绿色,而其他氨基酸的加入不产生吸收峰以及溶液颜色的变化。通过对探针ISO-CN-OH进行抗干扰性实验,表明探针ISO-CN-OH对L-Arg具有专一选择性及良好的抗干扰能力。通过对L-Arg进行光谱滴定研究,实验结果表明在1.0～10.0×10-6 mol·L-1浓度范围内,具有良好的线性关系（R2=0.997）,线性归方程式为y=0.020x+0.073,根据DL=3σ/K可计算出ISO-CN-OH的检出限为8.5×10-8 mol·L-1,这表明探针ISO-CN-OH具有高灵敏性。通过固定探针ISO-CN-OH与L-Arg的总浓度为100 μmol·L-1,改变L-Arg占总浓度的比例,根据其吸收光谱的Job’s plot滴定曲线分析可知,当L-Arg占总浓度比例为0.67时,探针ISO-CN-OH在669 nm处紫外吸收强度达到最大值,这表明探针ISO-CN-OH与L-Arg以1∶2的络合比进行配位络合。为了更进一步了解探针ISO-CN-OH与L-Arg的配位机理,进行了1H-NMR滴定实验,在探针ISO-CN-OH的DMSO-d₆溶液中分别加入0,0.5,1.0及2.0当量的L-Arg（d₂O）,研究发现加入L-Arg后ISO-CN-OH的羟基峰消失,且其羟基周围氢质子共振峰的位置明显发生了偏移。该研究结果表明探针ISO-CN-OH通过将酸性的酚羟基质子转移到L-Arg碱性的胍基NH基团上,导致-OH基团附近形成负电荷,该负电荷与精氨酸的胍基部分络合,从而形成络合物/加成物,使得紫外可见光谱图在669 nm处出现新峰,且溶液颜色由橙黄色变为墨绿色。该研究为今后设计检测L-Arg探针分子奠定了基础。     

近红外光谱Elastic Net建模方法与应用

当近红外光谱信息远大于样本量时，对光谱信息进行自动变量选择进而建立光谱与样品含量的稀疏线性模型重要且具有挑战性。利用近红外光谱，将变量选择方法Elastic Net用于聚苯醚生产过程中微量成分邻甲酚的测量，建立近红外光谱与邻甲酚含量之间的定量校正模型，并将其模型预测效果与Lasso方法进行对比。在变量数目远远大于样本量的情形下，Lasso方法虽可实现变量选择，但由于对系数的过度压缩，使得模型的预测精度受到影响，而Elastic Net通过增加L2惩罚项避免了过多删失数据，可以提高模型预测精度。为了验证Elastic Net方法的模型性能指标，用复相关系数R2和调整的复相关系数R2_a来评价模型的可解释性，利用平均相对预测误差MRPE(mean relative prediction error)和预测相关系数Rp来评价模型的预测精度。Lasso方法建立的模型性能指标为：R2=0.94，R2_a=0.93，MRPE=4.51％，R_p=0.96；Elastic Net方法的性能指标为：R2=0.97，R2_a=1，MRPE=3.25％，R_p=0.98。结果表明，Elastic Net所建立模型的性能指标优于Lasso方法，可以得到可解释性较强和预测精度较高的稀疏线性模型。