塔河地区主要岩石金属元素含量、物性参数与光谱特征间的关系研究

测试了采集自黑龙江省塔河地区的300块并进行抛光处理后的岩石样本350~2 500nm间光谱反射率、磁化率、密度、孔隙率和金属元素含量(Fe,Mn,Ti,Zr,V,Zn,Pb,Nb,Co,Bi),并计算了其光谱吸收深度。在此基础上,以相关性分析方法为依据,探讨了所采集岩石样本的金属元素含量、物性参数、反射光谱间的特征响应关系,计算了岩石样本金属元素和光谱吸收深度间的相关性系数、物性参数与光谱反射率的相关性系数,获得成果如下:(1)在410nm附近,闪长玢岩各金属元素与吸收深度间的相关系数都存在尖锐的波峰和波谷,相关系数达到极值。(2)岩石样本金属元素和吸收深度的相关性研究中,侵入岩的相关系数则显著高于其他岩石类型。(3)1 400nm附近,岩石样本金属元素与吸收深度、各物性参数与光谱反射率的相关性都存在尖锐的波峰和波谷。其中磁化率、密度、视孔隙率与光谱反射率的相关系数在可见光范围内波动变化较大。(4)在1 900~2 500nm范围内,金属元素与光谱吸收深度、各物性参数与光谱反射率间的相关系数波动较大,其中金属元素和光谱吸收深度呈显著相关,相关系数达到极值。进一步研究了岩石金属元素和物理特性与其光谱特征的关系,对于不同岩性的不同波段的反射率与不同金属元素间分布状态的探测,具有一定意义。     

兴城地区岩石光谱特征与物性参数、金属元素间响应关系研究（英文）

岩石物性参数、元素含量和光谱特征三者之间的相互关系并非独立存在,研究三者之间的相互关系,对于探索通过遥感信息进行岩石矿物成分、物性参数的定量反演方法奠定基础。采集了兴城地区590块岩样本,分析其物性参数(密度、介电常数、电阻率、磁化率)、金属成分含量(Fe, Ti, V, Mn, Zr, Co, Zn, Nb, Bi, Pb)以及岩石光谱之间的关系。将各物化参数与原始光谱、光谱吸收深度、光谱小波包分解后的高低频做相关性分析,找出各物化参数影响光谱吸收和反射的特征波段,探究关系密切的参数。该研究为岩石岩性分类、某种金属元素和物理特性的反演以及用某种参数来预测关系密切的参数奠定了基础,取得如下结论:(1)获得了火成岩中Fe, Ti, Mn, V, Zn, Bi和Pb等元素的特征谱带,其中Fe元素含量更高,与光谱的相关性更显著。在0.4和0.54μm波段附近存在Fe的特征反射波段, 1.0～1.5μm波段范围内存在Fe元素的特征吸收波段;在0.4～0.55和0.6～0.65μm波段范围内, Ti元素与光谱的相关性更显著,在2.28μm波段附近存在Ti的特征吸收波段;在0.41μm波段附近存在Mn的特征反射波段;火成岩、沉积岩V元素与光谱相关性差异性较大,在0.76, 0.81, 0.89, 0.95μm波段附近可能存在火成岩的特征吸收波段和沉积岩的特征反射波段;沉积岩的Zn元素含量与光谱的相关性比火成岩要显著,在0.41, 1.36, 1.59μm波段附近可能存在火成岩Zn的特征反射波段,在2.34μm波段附近可能存在沉积岩Zn的特征波段; 2.14μm波段附近, Bi元素对沉积岩光谱的吸收有一定的作用; Pb的特征谱带可能存在于0.45, 0.54, 2.29μm附近;(2)在岩石各物理特性和光谱的关系研究中,在0.57～0.85μm波段范围内,密度对光谱有很好的吸收反射特征,在0.53μm波段附近,磁化率使光谱有较强的反射,在1.08μm波段附近,磁化率使光谱产生较强的吸收;电阻率和光谱的相关关系与密度和光谱的相关关系极为相似;(3)在岩石各物性参数间的关系中发现,密度和电阻率呈显著正相关的关系;(4)在岩石各物性参数与金属元素的关系中研究发现,密度与各金属元素相关性较弱;磁化率与Fe和Ti元素呈显著的正相关关系;电阻率与各金属元素间的相关关系较弱;介电常数与各金属元素含量呈正相关关系,其中与V, Zn, Bi元素的相关关系最显著;(5)在金属元素间, Fe与Ti有较显著的正相关关系, Ti与Fe, V元素间有较强的正相关关系, Zn和Pb存在较强的正相关。     

岩石化学成分及复介电常数与光谱特征的关系探究

实验对辽宁省兴城地区的97块岩石样本测量了350～2 500 nm间光谱反射率,岩石化学成分及部分样本的复介电常数值,并用包络线去除法计算了光谱吸收深度。研究基于岩石化学成分光谱特征理论、介电常数相关理论,利用相关性分析的方法求得岩石各化学成分与光谱吸收深度间的相关系数曲线、岩石复介电常数与光谱反射率间的相关系数曲线。通过归纳总结曲线形态特征,获得以下信息：(1)岩石中SiO₂,Al₂O₃,CaO,K₂O,MgO,灼失含量与光谱吸收深度在波段(1 900～2 500 nm)间相关性明显,在1 900,2 200和2 300 nm等化学元素识别特征波段处,出现局部极大/极小值;火成岩中Fe₂O₃含量与光谱吸收深度在铁元素的特征波段(400～550 nm)有着良好的相关性,相关系数达-0.406。探讨岩石光谱吸收特征与其化学成分含量间的关系在通过遥感影像进行成矿预测、识别岩性等方面都有着积极的作用。(2)岩石复介电常数总体与岩石反射率呈负相关,实部相关性优于虚部,实部相关系数在1 900 nm附近达到极小值-0.753。观查曲线可知,介电常数实部与光谱反射率相关系数在1 900和2 200 nm附近都有着良好的相关性,因此实验运用不同的模型拟合了在该处的响应关系函数曲线。介电常数是介质的基本物理性质之一,现有研究中多在微波波段中分析电磁波特征与介电常数间的关系,该研究在可见光和近红外波段范围内探究了二者间的关系,为进一步探讨岩石介电特性和光谱特征奠定了基础。     

黑龙江多金属矿区植物胁迫光谱及其与金属元素含量关系研究

以黑龙江多宝山和铜山矿区为例,通过采集矿区典型植物的光谱,以及岩石、土壤、植物中14种金属元素和植物叶片生化参数的测试分析,表明不同植物选择性吸收富集的金属元素不同,分别与岩石、土壤不同层中金属元素含量的相关性不同。由于植物叶片对金属元素富集,植物胁迫光谱的变异体现在光谱的‘红边’和吸收深度不同,而植物光谱的变异特征与其粗蛋白和叶绿素(a、b)含量相关,与叶绿素a的相关性更强。通过叶片内重金属元素含量和550～760nm之间波段吸收深度的多元回归分析,表明叶片中Co,Cu,Ni,Mo,Ag,Sb,W,Pb和As的含量与其光谱吸收深度的复相关系数都在0.75以上,相关性强。通过此研究,为植被覆盖区利用高光谱遥感调查评价金属元素的分布和富集奠定基础。     

生物组织光学参数与热物性参数的相关性研究

基于组织光学和人工神经网络理论,提出了一种全新的确定生物体热物性参数的方法.利用积分球系统测量介质组织光学特性参数,以该特性参数作为人工神经网络输入变量,以热物性参数为目标变量,利用神经网络的自学习系统,最终建立光学特性参数与热物性参数间的非线性映射一黑箱模型.为验证模型,测量了多种热物性参数已知物质的光学特性参数,然后由黑箱模型得到热物性参数计算值,计算值和已知真实值的相对误差均在5%以内.该方法可用于测量生物体的各种热物性参数.     

水质参数遥感反演光谱特征构建与敏感性分析

水质遥感监测是遥感的重要应用方向之一,作为传统水体采样化验的辅助手段,具有快速、大面积、无接触的技术优点。然而,目前内陆河湖水环境监测常用的遥感传感器大多是针对陆地观测或海洋水色观测而设计的,其性能指标的设计和设置并未考虑到内陆水体特性,限制了水质遥感定量监测的应用。针对这一问题,提出了一种基于变异系数和噪声占比指数的水质参数反演光谱特征构建方法,并通过光谱仿真模拟实验,研究光谱分辨率、信噪比以及辐射分辨率对典型水质参数反演模型的影响。选择上海市三项典型水质参数溶解氧（DO）、总磷（TP）和氨氮（NH₃-N）为研究对象,分别构建了水质参数反演光谱特征及相应遥感反演模型,然后开展光谱仿真模拟实验,定义了敏感度S和水质敏感微分指数CI,进行敏感性分析。最终从模型反演准确度和稳定性两个方面来评价仪器参数对水质参数遥感反演模型的影响。结果表明：光谱特征构建方法能有效确定水质参数反演特征波段。光谱分辨率对比值型的水质参数反演模型的影响较小,而信噪比和辐射分辨率对模型影响较大,随着信噪比和辐射分辨率的增加,水质参数模型精度和稳定性都有一定提升。综合仪器指标敏感性分析,可知当信噪比优于56 dB,辐射分辨率不低于9 bit,光谱分辨率适宜,能够较好地应用于内陆河湖水质遥感监测。该研究不仅可以为面向内陆河湖水质监测的传感器的研制提供参考和借鉴,还能为水资源监管部门进行水质遥感监测提供技术支持,有利于加快水环境智能化监测体系的构建。     

冬小麦冠层高光谱对低温胁迫的响应特征

在全球范围内,低温冻害已经成为了冬小麦减产的主要灾害之一,而高光谱遥感技术已成为一种有效的监测与预防手段。为了探究拔节期冬小麦冠层高光谱对低温胁迫的响应规律,通过低温胁迫试验,对同一品种拔节期冬小麦在-2,-4和-6℃等3个温度梯度下处理12h,并测定其冠层光谱反射率,提取红边参数,从而研究低温胁迫对冬小麦冠层光谱特征的影响。结果表明,冬小麦在遭受低温胁迫后,在近红外波段冠层光谱反射率随着低温胁迫程度的加大而升高,而在可见光波段则降低,并出现"绿峰"减弱,"红谷"抬升的现象。另外,对原始光谱进行一阶微分处理后,其一阶微分光谱随低温胁迫程度的加剧,出现向短波方向移动,红边位置也出现"蓝移"现象,红边面积与红边幅值也出现逐渐增大的趋势。研究表明冬小麦在拔节期遭受低温胁迫以后,其冠层光谱对其响应敏感,利用高光谱技术可以实现冬小麦冻害的有效监测。     

马尾松针叶光谱特征与其叶绿素含量间关系研究

以马尾松针叶野外高光谱数据为基础,分析了马尾松光谱变化,构建或借助不同光谱特征参数,在理论和实践分析的基础上,建立了马尾松针叶叶绿素含最与光谱反射率及9个特征参数之间的关系.研究结果表明:(1)马尾松叶绿素含量在527,703,1 364及1 640 nm四个波长附近,与其反射率具有较好的线性关系,为马尾松遥感监测在波段选择上提供了依据;(2)红边位置、红边平均反射率、红边位置附近平均反射率、红边斜率、红边面积、红谷吸收深度、绿峰反射高度、红边归一化植被指数、红边植被胁迫指数等9个马尾松反射光谱特征参数均与叶绿素含量间存在指数函数关系,相关系数绝对值在0.5～0.7之间;(3)采用9个光谱特征参数建立了马尾松针叶叶绿素含量预测模型,且所建立的基于高斯核函数变换的偏最小二乘回归模型对叶绿素含量的预测精度远远大于传统线性回归模型,模型的均方误差为0.008 8,平均绝对百分误差为0.761 7%.     

柴油的透射光谱测量和热辐射物性参数反演

提出了一种基于填充柴油类半透明液体光学腔的透射光谱反演其介质光学常数的新方法(IDTM),通过测量填充水光学腔的透射光谱并反演水的光学常数进行了方法验证。采用Bruke V70傅里叶红外光谱仪实验测量了填充柴油光学腔在波长2~15 μm的透射光谱,基于新方法反演得到柴油在部分波长区域的光学常数,进而计算得到了其热辐射物性参数。研究结果表明：(1)在波段为2.0~2.5 μm,新方法(IDTM)反演水的光学常数同文献结果基本一致。(2)IDTM反演液体光学常数精度同MCDTM基本一致,且明显高于SODTM和SDTM。(3)柴油在波长2~15 μm范围透光性能较差,其中存在2.4,3.4,6.9,7.3和13.8 μm等5个强吸收区域。(4)柴油的光学常数和热辐射物性参数光谱选择性很强,在不同波段其值差距较大。     

土壤金属元素近红外光谱定量校正模型适应性初步研究

为研究土壤金属元素近红外光谱定量校正模型适应性,采用近红外光谱结合偏最小二乘算法,针对风干土壤中的K,As,Hg,Cu,Zn,Pb,Cr,Cd元素,在剔除异常值后,建立定量校正模型;并对风干、烘干处理的外部验证集样品分别预测上述元素含量。结果表明,风干外部验证集样品的预测值-参考值相关系数皆大于相应烘干外部验证集样品的预测值-参考值相关系数;风干外部验证集各元素的预测值-参考值均具有显著的相关关系,烘干外部验证集中K,Hg,Cr的预测值-参考值之间不具有显著的相关关系。对土壤金属元素近红外光谱定量校正模型的适应性进行了初步研究,可为土壤中金属元素快速定量监测方法以及农产品产地环境监测等提供一定的参考。     

一系列金属卟啉化合物的合成及光物理性质的研究

本文合成了一系列金属卟啉化合物并测量了其紫外－可见光谱及其中典型金属卟啉化合物的荧光发射光谱，并将这些光谱结果进行了比较。     

AlO自由基在辐射场中的物理和光谱特性

AlO自由基在金属有机化学、催化材料、燃烧化学及天体物理学等领域受到人们的广泛关注,研究外辐射场下对AlO自由基的物理特性和光谱特征的影响将有助于更深入理解和增强在相关领域的应用。采用密度泛函理论B3PW91方法,在6-311+G(3df,2p)基组水平上优化了不同辐射场(-0.04~0.04 a.u.)下AlO自由基的基态稳定构型,用同样方法计算了该构型的分子结构、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外可见吸收光谱受外辐射场的影响。结果表明,分子结构与辐射场有关。在外辐射场变化范围(-0.04~0.04 a.u.),自由基总能先小幅度增大(-0.03 a.u.达到最大值)后大幅度单调减小;分子键长在负辐射场(-0.04~0 a.u.)没有明显变化,但在(0~0.04 a.u.)正辐射场下单调变长;偶极矩先减小(-0.03 a.u.达到最小值)后增大;而能隙先不断增大(-0.04^-0.02 a.u.),在(-0.02~0.03 a.u.)辐射场能隙基本稳定,随后单调下降。正辐射场(0~0.04 a.u.)对AlO自由基的振动频率和红外强度的影响较大, AlO自由基在0.04 a.u.辐射场下的红外光谱红移74 cm^-1,其对应光谱强度是未加辐射场的80倍;正辐射场(0~0.04 a.u.)的拉曼光谱红移较明显,在0.04 a.u.红移78 cm^-1;负辐射场(0^-0.04 a.u.)对拉曼光谱影响也较大,在-0.03 a.u.辐射场下具有很强的拉曼活性是未加辐射场的688倍;正辐射场(0~0.04 a.u.)下AlO自由基的紫外可见吸收光谱中原来无辐射场下的最大吸收峰(170 nm)蓝移了22 nm且吸收幅度减至一半,在负辐射场范围内(0^-0.04 a.u.)该吸收峰也辐有蓝移其强度也有减弱趋势;AlO自由基的无辐射场下第二个最大紫外可见峰在正辐射场作用下,其波长从282 nm一直递减蓝移13 nm和吸收强度递增至2.2倍,负辐射场范围内(0^-0.04 a.u.)该吸收峰红移10 nm和吸收强度递增了6.2倍,超过了无辐射场下最大吸收波长强度。     

黄芩中金属元素水溶特性和含量特征分析

中药的传统剂型是水煎剂,且金属元素是在体内水环境下浸出、吸收而发挥疗效,因此开展中药中金属元素水溶特性和含量特征的研究具有重要意义。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法,建立了黄芩样品中Ca,Mg,Cu,Zn,Fe,Mn含量测定的方法,对黄芩中六种金属元素的水溶特性和含量特征进行分析。结果发现,10批不同产地的黄芩饮片和水提样中六种金属元素含量差异较显著(p0.05)。但水提样中的六种金属元素含量与其饮片中含量无对应关系。在饮片中,各元素的含量为MgCaFeMnZnCu,而在水提样中含量为MgCaMnZnFeCu。所测黄芩饮片和水提样,基本呈现了低Ca高Mg、高Fe低Mn和低Cu高Zn的含量特征,且这些比值特征与黄芩降压、抗肿瘤等功效密切相关。研究结果为进一步丰富和发展黄芩多指标质量评价体系提供科学依据。     

不同品质怀地黄中金属元素含量的ICP-MS测定及其比较

采用湿法消解对不同品质的怀地黄样品进行处理,利用ICP-MS测定不同品质生(干)怀地黄与相应水蒸法炮制熟地黄中多种金属元素含量。结果表明,不同品质地黄及其炮制加工的熟地黄之间金属元素含量无明显差异; 熟地黄中含有Zn, Cu, Cr, Fe, Mn, Sn, Ni, Mo, Co等人体必需的多种微量元素,其中Ca,Fe,Al,Zn,Cu含量较高;不同品质生地黄中对人体健康有利的金属元素含量相对低于其相应品质炮制产物熟地黄。地黄中含有的Co, Ni, Cr, Mn等虽为人体所必需,但超过一定量对人体会产生毒害作用;而Pb等则是对人体有害的微量元素,应该在地黄炮制工艺中注意控制或降低消除此类元素。不同品质地黄中金属元素含量的测定可以为地黄及其炮制加工产物的综合评价提供有益参考。     

火焰原子吸收法测定海南槟榔叶片中金属元素的研究

严格按照田间采样方法采集海南槟榔园的叶片, 分别采用干灰化法和HNO₃-HCLO₄混合酸消煮法消化槟榔叶片,参考其他植物样品火焰原子吸收法的测定方法, 用火焰原子吸收光谱法测定了海南槟榔叶片中的K, Ca, Na, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn金属元素的含量。研究了不同消化方法对测定金属元素含量的影响、仪器的最佳工作条件、干扰考察、并作了方法的准确度和精密度考察。干法消化的加标回收率在98.36%～102.38%之间,RSD在0.42%～2.33%(n=6);湿法消化回收率在99.22%～103.72%之间,RSD0.58%～1.28%(n=6)。干法消化测定的八种金属元素含量稍低于湿法消化测定的含量,八种元素含量的比值在0.970 3～0.993 4之间。文章为槟榔叶片多种金属元素含量的测定提供了可靠的方法,方便了各种金属元素对槟榔的营养作用研究。     

皮革中鞣性金属元素含量及分布的微波消解-ICP-AES研究

以新型无铬金属鞣剂鞣制的绵羊皮和猪皮为研究对象,以铬鞣绵羊皮和猪皮为对比。采用微波消解法处理试样,电感耦合等离子体-原子发射光谱法测定主要鞣性金属元素在皮革粒面层、中间层和肉面层的含量。锆在绵羊皮革各层的分布均匀性比猪皮好,正常鞣制皮革中粒面层的含量少于肉面层。钛在绵羊皮革粒面层的含量比例高于锆,在猪皮革粒面层的比例低于锆。绵羊皮革和猪皮革中铬的物质的量总量和各层含量都明显多于锆或钛,铬更容易进入猪皮的粒面层,不易进入中间层。     

绿泥石矿物成分与光谱特征关系研究

绿泥石矿物广泛发育于各种岩石和地质环境中,其化学成分的变化,可反映出其形成时的物理化学条件及其光谱特征的变化。为了探索矿物光谱特征与其矿物化学成分间的内在关联性,为利用高光谱技术探测矿物微观信息提供基础依据。通过薄片显微分析,鉴定了岩石样品中的矿物种类及矿物组合特征,圈定出典型的绿泥石矿物颗粒和划分了绿泥石的产状特征;并利用现代电子探针微区分析技术,测定了16件岩石样品中共146个具有典型代表性的绿泥石矿物颗粒的化学成分,据此计算了其n(AlⅣ),n(AlⅥ),n(Fe),n(Mg)与Fe/(Fe+Mg)比值等相关化学参数;此外对测量的岩矿光谱进行分析,提取了岩石样品中绿泥石矿物的特征光谱参量。在以上基础上,对绿泥石矿物的光谱特征参量和其主要晶体化学参数的关系进行分析研究,研究表明绿泥石矿物的诊断性特征吸收波长位置随绿泥石中Fe离子含量的增加而向长波方向移动。研究结果对于利用高光谱遥感技术进行蚀变矿物及造岩矿物种类、成分及结构特征的识别和探测具有重要的指导意义。