构成白光LED的单色光对中国淡彩绘画色彩的影响

为得到构成白光LED光谱的主要单色光对中国传统淡彩绘画色彩的影响规律,确定不同波长单色光对绘画色彩的量化损伤程度,进而根据研究结果得到最低损伤白光LED的光谱功率分布,以构成白光LED光谱的4种主要单色光作为实验光源,分组照射中国传统淡彩绘画模型试件。在每个照射周期后,对试件的色彩参数进行检测,根据检测数据绘制主波长、兴奋纯度、亮度3个参数随总曝光量积累的衰变曲线,基于曲线分析得到各种淡彩绘画颜料在光照下的色彩衰变规律,并根据实验数据计算得到4种单色光对绘画色彩主波长的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=8 147∶9 067∶9 772∶9 121;对兴奋纯度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=89 446∶85 250∶76 895∶69 229;对亮度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=137∶238∶190∶177。     

基于光谱分析的彩绘文物照明光源损伤度评价方法

光源中的光谱辐射是造成彩绘文物褪色、变色等颜色受损的重要原因,但不同光源的光谱功率分布不同,不同材料对各个波段光谱能量的吸收反射特性各异,导致在相同曝光量下对彩绘文物造成的色彩损伤程度有很大差别,特别是随着光谱构成灵活的LED(light emitting diode)在文物照明中的大量应用,如何对光源进行照明损伤度评价是目前亟待解决的关键问题。本研究在恒温恒湿条件下,以10种不同波段窄带光谱作为实验光源、以17种典型彩绘文物颜料作为实验样本开展累积1 440 h的照射实验,以240 h为周期测量样本的CIE L*a*b*色彩参数并转换为色差指标。绘制在10种窄带光谱照射下17种颜料的色差随曝光量变化曲线,基于曲线分析明确不同波段光谱对各类颜料的色彩损伤响应规律,并拟合得到颜料对光谱的响应函数,建立彩绘文物照明光源的光谱损伤度评价公式。研究结果表明：首先,无论在何种波段的光谱照射下,颜料平均色差随着曝光量的增加而增加,但增加幅度越来越小;其次,在相同曝光量下,波长越短的光源对颜料损伤越大,不同峰值波长对颜料色彩的影响比例为447 nm∶475 nm∶500 nm∶519 nm∶555 nm∶595 nm∶624 nm∶635 nm∶658 nm∶733 nm=1.000∶1.096∶0.816∶0.921∶0.853∶0.777∶0.814∶0.796∶0.706∶0.674;第三,基于光谱构成差异的光源损伤度评价公式为D=∫780₃₈₀S(λ)〈0.468exp｛-[(λ-462.9)/17.75]2｝+0.6279exp｛-[(λ-535.1)/12.13]2｝+0.813 5exp｛-[(λ-527.7)/463]2｝〉dλ,当使用光谱仪测得任意光源的相对光谱功率分布函数S(λ)后,将所测数据代入公式便可计算出待测光源的色彩损伤值D,成果可为彩绘文物照明中的光源选择和准入判定提供依据。     

展陈照明光源光谱对光敏文物的辐照损伤研究

展陈照明中的光辐照会对光敏文物材料造成褪色、老化等辐照损伤,尤其对字画、染色丝绸、彩绘陶器等颜色非常丰富的光敏性文物损伤巨大,不利文物安全。国内外展陈照明标准为减少对文物的辐照损伤,严格控制照明标准水平,如光敏文物的照度仅50lx,不利于观众更加细致的欣赏这类文物。随着半导体固态光源Light emitting diode （LED）技术的发展,其光谱中不含对文物损伤最大的紫外和红外波段,与传统光源相比具有天然优势,能够实现在相同照度条件下对文物产生更小的伤害。并使得在不增加对文物损伤的前提下,提高照明环境亮度从而改善照明环境水平成为可能。然而,即使仅有可见光光谱,可见光光子能量仍会对材料造成不可逆的损伤。而LED光源光谱多样,甚至有较大差异,在LED光源大规模进入文物展陈照明领域时,如何科学指导博物馆文物照明光源的研发与应用,是改善文物展陈照明环境的关键问题。该研究对常见光敏文物材料进行可见光连续辐照下表面颜色属性变化的测量研究,通过制备常用的国画颜料和植物染料样品（国画颜料主要有硃磦、赭石、三青、花青、胭脂、炭黑、曙红、酞青蓝;植物染料主要有茜草、黄檗、栀子、靛蓝、槐米、苏木、紫草）,利用不同波长单色光和不同色温复合光的LED作为光源,对样品进行大剂量连续辐照实验。辐照过程中,定期测量材料表面颜色的色度学参数L*, a*, b*,以CIE 1976 L*a*b*均匀色空间色差计算方法,求算出不同光谱的LED光源辐照后样品的色差变化。再分别从辐射度学和光度学出发,对比分析具有不同光谱的LED光源对国画颜料和植物染料的长期辐照影响。实验结果表明：不论从辐射度学还是光度学角度分析,相同辐照剂量或曝光量照射后,单色光中短波长的蓝光辐照导致样品的色差最大,绿光次之,红光最小;而在复合光中,高色温LED光源由于蓝光占比较大,对样品的辐照影响明显高于低色温LED光源;目前利用光照度对博物馆照明环境进行评价时,由于蓝光对应的人眼视见函数数值较低,与辐射照度评价相比,蓝光辐照对文物的影响会被进一步低估;相同光照条件下,植物染料的老化程度总体高于国画颜料;黄色系的植物染料（黄檗、槐米）和红色系的国画颜料（硃砂、曙红）在光照过程中更易老化。因此,博物馆展陈照明的LED光源应严格控制蓝光成分,采用低色温的光源更有助于对文物的保护。在今后制定文物展陈照明标准时,应对光源的蓝光占比进行限制。此外,对于黄色系、红色系等光敏文物进行照明时,相应的展陈照明标准应更为严格。该研究对于LED光源在博物馆照明更加合理的研发与应用,以及未来博物馆展陈照明标准改进及照明条件改善具有重要指导意义。     

红外光谱技术在馆藏丝绢文物照明损伤度评价中的应用

馆藏丝绢文物具有极高的历史价值和艺术价值,但是丝绢材料却极易在展陈照明过程中发生开裂和脆化。由于红紫外光对于文物照明没有贡献,因此实现丝绢文物有效照明保护的基础,是找到评价可见光对于丝绢材料照明损伤度的有效方法。机械损伤是丝绢文物最主要的光化学损伤形式,本质上是其内部的分子结构发生了改变,而常用的色差法和拉曼光谱法均因自身局限性无法有效测取丝绢文物的微观结构。研究表明红外光谱法适用于测取丝绢文物的微观变化,且光谱中表征酪氨酸和结晶度的特征信号能够有效反映紫外光对于丝心蛋白结构和性质的影响,但是两者表征可见光对于丝绢材料照明损伤度的有效性目前仍有待明确。通过十种窄带光源的辐照实验得到了丝绢文物的光老化样品,并基于样品的红外光谱分析定义了酪氨酸指数T_FTIR和结晶度指数C_FTIR两种损伤评价参数。在使用T_FTIR和C_FTIR描述可见光对于丝绢样品照明损伤规律的基础上,进一步分析了两者表征丝绢材料对可见光波长λ和曝光量Q耦合响应的性能。对Q与T_FTIR的相关性分析结果表明：除595n...     

Eu2+掺杂CaAlSiN3基氮化物红色荧光粉及其发光性能研究

白光LED作为新一代高效、环保型照明光源,被给予了极高的厚望。目前商业中白光LED主要采用蓝色LED芯片激发黄色YAG荧光粉的方式来实现白光,发光效率能达到理想值,但存在红色光谱区域缺失的问题,造成关键性指标显色指数偏低,限制了白光LED在橱窗照明、医疗照明和投影显示等高品质需求领域的应用。而目前研究较多有关红色荧光粉的光效与稳定性,对红色氮化物荧光粉的宽光谱设计研究尚有待深入探索。采用高温固相法成功制备出了高效宽光谱红色Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+荧光粉,通过X射线衍射仪(XRD)和荧光光谱仪(PL)等测试技术对荧光粉样品的结晶度和发光性能进行了表征分析;基于第一性原理研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的晶体结构和能带结构,研究了Eu2+掺杂CaAlSiN3发光过程中的能量跃迁机理,从其微观性质方面分析探讨了荧光粉的光谱性能;基于蒙特卡罗理论和遗传算法建立了白光封装模型,并结合CaAlSiN3∶Eu2+进行了白光LED应用封装和测试,研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的封装样品的光色特性。研究结果表明,利用高温气压炉合成Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+材料具有较高的结晶度,且微量的稀土元素Eu掺杂不会破坏其晶体结构,仍具有较好的稳定结构;通过PL光谱测试发现其具有极宽的激发光谱(200~600 nm),能被蓝光或者紫外LED芯片有效激发,当在450 nm波长激发下,荧光粉发出峰值为650 nm的发射光谱,光谱半高宽为91.4 nm,通过晶体的能带分布可知其发射光谱为5条高斯光谱曲线,归结于Eu2+的5d能级向4f能级跃迁, Ca0.937 5AlSiN3∶0.062 5Eu2+荧光粉的能量带隙为3.14 eV的间接带隙,主要是由Ca-3p, Eu-3d, N-2p, Al-3p, Si-3p电子态决定,使得材料发出红色光谱;通过建立白光光谱模型指导实现了白光LED应用封装,采用蓝光LED芯片与Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+红色荧光粉、β-sialon绿色荧光粉进行组合封装,光谱测试结果与白光封装模型模拟值(Ra=93.93,R9=72.77,Tc=3 400 K)的趋势接近,且获得了高效高显色性的白光LED(η=101 lm·W-1,Ra=92.1,R9=74.9,Tc=3 464 K), Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+所提供的红光光谱能够有效地提高白光LED的显色指数,同时在LED的发光效率、色温和物理化学稳定性等方面具有极高的价值,是一种很有应用前途的高品质照明白光LED用红色荧光粉材料。     

彩色视觉装置的颜色校正对比实验研究

鉴于利用彩色视觉装置进行在线测量是颜色测量在工业应用发展的趋势,而光源的光谱分布和相机响应函数与人眼的光谱响应曲线的不一致会严重影响测量的精确性,在人工D65光源和LED阵列光源照明下,利用相同的工业相机获取校正图片,采用多项式回归方法在与设备无关空间sRGB和CIEL*a*b*空间进行校正。实验结果显示在校正前平均色差分别为27.68E和16.09E,人工D65光源照明下获取的图片色差较小,校正后不同光源下获取图片的色度趋于一致,分别为2.56E和2.39E。采用sRGB颜色空间,在校正精度、校正步骤、图片显示等方面都要优于CIEL*a*b*空间。以一幅拍摄的实际图片校正为例,显示了色度校正对彩色装置的重要性。     

一种与光镊结合的显微拉曼光谱技术

论述了一种与光镊结合的显微拉曼光谱即"光镊-显微拉曼光谱"系统的构建方案。给出了利用该系统测得的活细胞(大白鼠血细胞,酵母细胞)的微区拉曼光谱,并将红外光镊束缚下的Ar+激光激发的血细胞的拉曼光谱,与用单一Ar+激光光镊束缚并同时激发的血细胞拉曼光谱,以及血细胞直接贴在基底上的拉曼光谱进行了分析对比。实验表明,前者比后两种实验方案的血细胞拉曼光谱信号有显著提高。分析了红外1064 nm光镊激光和可见514.5 nm Ar+激光对活细胞的损伤效应,发现高功率的红外激光对细胞的损伤作用远小于低功率的Ar+激光。并将该系统应用于碳纳米管材料分析,获得了单壁碳纳米管的拉曼光谱。     

光诱导辣根过氧化物酶催化活性变化及机理研究

辣根过氧化物酶(HRP)是广泛应用的一种生物催化剂,其光照后HRP酶活性变化的机理还未见报道。利用紫外-可见(UV-Vis)、同步荧光、圆二色(CD)光谱研究了光对HRP催化活性及酶活变化机制。实验结果表明：光照射HRP可促使其发生还原反应,同时其催化活性会发生变化。UV-Vis吸收光谱数据显示,光照射后HRP的Soret带403 nm最大吸收峰红移、Q带498 nm处氧化峰强度下降,说明经光照射HRPFe(Ⅲ)被还原为HRPFe(Ⅱ)。不同波长对光照还原影响程度为280 nm>254 nm>498 nm>403 nm;酶活为403 nm>498 nm>254 nm>280 nm;280 nm波长光照射下,Phe,Trp,Tyr和Cys四种游离氨基酸以及谷胱甘肽的加入均对光照还原有促进作用。酶活性与光照还原程度紧密相关,因Fe(Ⅱ)无法提供空轨道与H₂O₂配位,所以光诱导Fe(Ⅲ)还原导致酶活下降。同步荧光和圆二色光谱揭示了光照还原后HRP血红素的构象发生了变化,构象的变化也是光诱导酶活变化的原因之一。紫外光影响酶活性下降的因素为光照引发活性中心Fe(III)还原,蛋白质构象变化的贡献。研究结果对进一步了解光对含血红素蛋白(酶)结构和功能的影响有重要的理论和实际意义。     

非标准光源在颜色测量中的差异性分析

不同光源因光谱功率分布差异,具有不同色温、显色指数,测色差异很大。D65标准光源最接近日光光色,是国际照明委员会(CIE)推荐测色标准光源。但其价格昂贵、工作条件苛刻且不易得,实际测色中常用非标准光源代替。为了研究非标准光源的测色差异,设计了一套溶液比色系统,分别采用高压脉冲氙灯、LED灯、卤钨灯作为光源,亚硝酸盐显色实验为基础,以色度学原理计算3种光源的测色差异。结果显示,氙灯、LED灯光谱分布较为均匀,色度坐标接近等能白光E(0.33, 0.33), 测色比较接近真实颜色,而卤钨灯测色误差较大。氙灯与LED灯在L*a*b*空间测色平均色差ΔE_ab在10 NBS以内,两者与卤钨灯测色平均色差ΔE_ab在20 NBS以上。     

激光诱导荧光探测水体中溶解有机物浓度

用Nd∶YAG激光器的三倍频355 nm光作为激发光源,根据激光诱导荧光（LIF）方法激发并探测污染水体的荧光光谱.通过对荧光光谱的分析处理研究归一化荧光强度,即450 nm处水中溶解有机物（DOM）峰与405 nm处水的拉曼峰的比值,反演溶解有机物浓度.用商品腐殖酸和去离子水配置成已知浓度的溶液代替标准DOM溶液进行标定,得到回归方程.结果证明,DOM的归一化荧光强度与水体中DOM浓度有较好的线性关系,因此LIF方法是对大面积水域水质进行动态遥测的较理想方法.     

CaAl_2Si_2O_8∶Eu,Ce,Tb单基三元掺杂荧光材料的制备及其光谱学特征研究

采用高温固相法制备了CaAl_2Si_2O_8∶Eu,Ce,Tb单基三元掺杂的荧光材料。使用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和荧光分光光度计(PL)等测试手段对该荧光材料进行表征。采用XRD表征了样品的物相组成,测试结果表明稀土离子Eu~(2+)置换Ca~(2+)并没有引起CaAl_2Si_2O_8基质晶格结构的变化。拉曼光谱分析证实了样品中硅氧四面体和铝氧四面体的存在,表明了Eu~(2+)替代Ca~(2+)的数量与晶体形态畸变程度有关,Eu~(2+)进入基质晶格的数量影响着硅(铝)氧四面体的数量。PL测试结果表明样品在325nm光激发下,其发射峰主要表现为426nm(蓝光区)的强宽带发射峰和541nm(绿光区)的弱发射峰,其中426nm处的宽带发射峰可通过高斯拟合成三个位于393,419和474nm的拟合峰;对比分析荧光性能以及同等合成条件下样品荧光强度的不同,确定了该荧光材料在三掺Eu∶Ce∶Tb的摩尔比为1∶1∶1.5时所发射荧光最强。CIE色度图坐标显示三种掺杂比例下制备的荧光材料均发射蓝色荧光,光显色性好,色温低,是一种适合作为紫外-近紫外激发的LED用蓝色荧光材料。     

基于多通道窄带滤光片和彩色图像传感器的实时多光谱成像系统

针对复染情况的出现,采用多通道窄带滤光片与彩色图像传感器相结合的方式,设计了一种多光谱成像方法.使用多通道窄带滤光片对光源进行分光,采用多元线性回归方法建立多光谱剥离模型,并对彩色图像传感器输出的多个单色光混叠响应进行剥离,通过FPGA实现多光谱图像的实时剥离运算和输出.实验结果表明:多通道窄带滤光片的半高宽为12nm/15nm/20nm,其透射光是三个不同波段的窄带单色光;在检验水平为0.01情况下的模型具有较高的准确性;具有相同光谱特征的物质在同一波段的灰度图像上特征一致,同一物质在不同波段上的灰度图像特性差异较大.     

便携式拉曼光谱用于文物及文物保护材料光老化作用的快速评价

文物保护与考古工作者最为关心的是从文物中无损提取各种有用信息,了解文物老化状况,以便采取合适的保护措施.文章选用桑蚕丝、书画和彩绘文物常用材料印章、胭脂、朱砂、朱膘国画颜料为样品,采用便携式拉曼光谱仪检测样品在紫外光辐照前后光谱变化,进行文物光老化研究.结果表明,在360 nm波长,照度0.68 w·m-2的紫外光下.蚕丝样品47 h发生明显降解现象;便携式拉曼光谱仪采集的光谱能清晰鉴别出印章印泥种类和来源,灵敏检测出印泥和其他国画颜料经163 h紫外辐照后发生氧化分解及颜料分子结构的变化.该工作为文物现场检测、研究实际环境因素对文物影响作用,为研究文物衰变规律提供了一种便捷检测手段.     

飞秒激光制备彩色镍

 采用飞秒脉冲激光在空气条件下扫描处理镍片表面,制备了彩色镍。用扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、拉曼光谱仪等对其进行了表征。扫描电子显微镜测量显示,彩色镍表面出现了纳米激光诱导周期表面结构,结构周期为480～510 nm;紫外-可见-近红外分光光度计测量表明,彩色镍对波长为200～2 200 nm的光的反射率大大降低;拉曼谱表明样品表面形成了一定含量的氧化镍。     

颜色不稳定黄色蓝宝石的谱学特征与颜色成因

颜色不稳定黄色蓝宝石广泛存在市场中,如何有效鉴别颜色不稳定黄色蓝宝石的特征是当前宝石学研究的热点。利用改色实验、紫外-可见光谱（UV-Vis）、三维荧光光谱对颜色不稳定黄色蓝宝石进行深入的谱学特征研究。改色实验表明斯里兰卡黄色蓝宝石中部分存在光致变色的现象,短波紫外光会导致样品着色,而太阳光会导致样品褪色。紫外光照后黄色蓝宝石的颜色由稳定部分和不稳定部分共同组成。颜色不稳定蓝宝石的“着色态”和“褪色态”紫外-可见光谱可见明显的蓝紫区吸收,这可能与蓝宝石中O2--Fe3+的电荷转移有关,导致了蓝宝石稳定的黄色调。蓝宝石的紫外-可见光谱在“着色态”相比“褪色态”可见明显的蓝紫区吸收增强,可能由于紫外光照射增强了O2--Fe3+之间的电荷转移。紫外-可见光谱测试表明样品中具有弱的与Fe有关的吸收峰,这与样品含有较低的Fe含量一致,不足以产生稳定黄色调。三维荧光光谱分析结果表明颜色不稳定黄色蓝宝石的“着色态”和“褪色态”具有一致的激发光波长Ex=325～335 nm、发射光波长Em=560～570 nm的特征荧光中心,在“着色态”时的荧光强度明显高于“褪色态”。含铁黄色蓝宝石具有荧光效应且特征的荧光中心可作为识别这种颜色不稳定黄色蓝宝石的潜在鉴定手段。综合报道了颜色不稳定黄色蓝宝石的谱学特征与可能的颜色成因,为识别颜色不稳定的蓝宝石提供了鉴定依据,同时为后续改色处理的工艺提供了理论基础。     

新显色剂3,5-二（4-溴苯氨基重氮基）苯甲酸的合成及其与Ni（Ⅱ）的显色反应研究

合成了一种新型的双三氮烯类显色剂3,5-二（4-溴苯氨基重氮基）苯甲酸,并对该试剂与Ni（Ⅱ）的显色反应进行了研究。实验表明,在Triton X-100存在下,pH 10.0的硼砂-氢氧化钠缓冲溶液中,该试剂与Ni（Ⅱ）形成了2：1的红色络合物,其最大吸收波长位于510nm处,表观摩尔吸光系数ε为1.96×10^5L·mol^-1·cm^-1,Ni（Ⅱ）的质量浓度在0一10μg范围内遵守比耳定律。该试剂用于分光光度测定铝合金标样中镍,测定值与认定值相符。     

多基色LED的照明通信光源显色性研究

可见光无线通信(visible light communication,VLC)是将LED照明技术和光通信技术相结合的一种新兴技术。针对目前LED照明通信光源显色性差、光效低且色温不可调等问题,依据多基色LED白光通信原理进行了相关研究,以Yoshi等提出的高斯分布形式作为基色LED的光谱模型,利用国际照明委员会(CIE)推荐的一般显色指数(R_a)和美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)推荐的一般色质指数(Q_a)评价光源的显色性。采用遗传算法,在2 700~6 500 K色温范围内优化出单个色温以及色温可调光源满足显色性最优的光谱组合,并基于R_a和Q_a大于80的原则优化出色温可调光源光视效能(luminous efficacy of radiation,LER)最优化的光谱组合。最后根据实验结果分析了光源的显色性、光视效能和色温可调性三者之间的关系。结果表明：三基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为613 nm/541 nm/464 nm,此时R_a和Q_a的最小值分别为81.2和81,可以满足一般条件下的照明通信需求;四基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为620 nm/562 nm/505 nm/449 nm,此时R_a和Q_a的最小值分别为96.7和92.2。在特殊照明场所或要求较高的通信速率时,应采用四基色白光LED作为照明通信光源。仿真得到了三基色和四基色白光LED的最佳光谱组合,为宽通道可见光通信光源的设计提供了参考依据。