不同土壤物理性质下石油类污染物LIF发射特征研究

利用激光诱导荧光技术可对土壤中石油类污染物快速检测,不同土壤物理性质下,污染物荧光发射特征具有一定差异。为实现外场检测时快速制备合适的土壤样品,实验研究了土壤疏松度、颗粒度、湿度与土壤中石油类污染物荧光强度及光谱稳定性之间的关系。压片机压强大于2 MPa时土壤样品荧光光谱的稳定性较好,九种不同疏松度的土壤样品荧光强度的相对标准偏差为3.51%。不同粒径的机油土壤样品荧光强度差异较小,其中100目土壤样品的荧光光谱RSD值为2.25%。结果表明,土壤样品表面呈平整洁净时,所得样品荧光光谱的稳定性较好,土壤疏松度和颗粒度对荧光光谱的影响较小。湿度对土壤样品荧光发射的影响较大,当土壤湿度低于10%,荧光强度变化较小;湿度范围大于10%时,荧光强度变化较大。为利用LIF技术对外场土壤中石油类污染物检测时,快速有效制备土壤样品及准确测量提供参考。     

基于卷积神经网络的烟叶近红外光谱分类建模方法研究

卷积神经网络(CNN)在图像分类识别领域应用广泛,但其在近红外光谱分类中的研究还未见报道,对基于CNN的近红外光谱分类建模方法进行了研究。针对近红外光谱数据的特点,提出了一种改进的卷积神经网络建模方法,对CNN经典模型LeNet-5所做改进：①将方形矩阵卷积核改为适用于一维近红外光谱的向量卷积核;②简化网络结构,将LeNet-5结构中C5,F6及输出层改为单层感知机。同时,采用隔点采样的方法对近红外光谱降维,加快收敛速度;并对卷积核尺寸对建模结果的影响进行了研究。以我国东北、黄淮、西南三大烤烟产区的600个中部烟叶样本的近红外光谱为实验对象,建立烟叶产区分类NIR-CNN模型。该模型对训练集和测试集的判别准确率为98.2%和95%。实验结果表明,应用卷积神经网络可对近红外光谱数据准确、可靠地判别分类;烟叶产区NIR-CNN建模方法可为卷烟企业烟叶原料科学合理利用提供指导,为维护卷烟产品的质量稳定有重要意义;基于卷积神经网络的近红外光谱判别方法也可推广到其他农产品的分类应用中。     

漫谈半导体材料及异质结器件

半导体材料与器件在当代信息社会中扮演着核心角色,相关产品几乎渗透了人类生活的各个角落。文章简要回顾了半导体的研究历史,介绍了半导体材料与相关应用,阐述了半导体异质结器件的工作原理,并展示了半导体自旋电子学及低维窄禁带半导体纳米结构的研究现状与发展前景。     

基于密度泛函的甲醇和乙醇荧光特性研究

使用英国爱丁堡FLS920P荧光光谱仪,对甲醇、乙醇的紫外吸收光谱和荧光光谱进行实验检测,得到二者的光谱特征参数。分别采用密度泛函理论(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)对二者分子的基态和激发态结构进行优化,并比较两种分子在不同能态下的差异。应用含时密度泛函理论(TD-DFT)的不同泛函结合极化连续介质模型(PCM)在6-31++G(d, p)水平上分别计算了二者的紫外吸收光谱和荧光光谱,与实验结果吻合。分析了甲醇、乙醇荧光产生机理,同时分析了不同泛函对于计算光谱的影响。结果表明：甲醇、乙醇在紫外波段有微弱吸收,在紫外激发下能产生拉曼峰和微弱的荧光峰。甲醇、乙醇的吸收光谱是由里德堡激发产生,产生荧光的轨道跃迁为σ*→π*。泛函OLYP能够较好地重现实验吸收能,而泛函MPWK能够较好地重现实验发射能,并且发现不同的纯泛函计算跃迁能也具有差异性。结果可为醇类分子的分子特性研究提供参考。     

VIP分析简化近红外光硬膜血肿检测的研究

多通道近红外光光密度差异检测硬膜血肿的方法具有快速、无创等优点,光源周围检测器数量与位置对降低硬膜血肿程度预测模型的病态性,提高血肿检测精度至关重要。提出了基于变量投影重要性(VIP)分析的检测器位置筛选方法。通过对距离光源位置2.0～5.0 cm范围内的30个检测器获得的光密度差异数据进行VIP分析,分析比较确定VIP阈值后从中筛选出4个检测器。以偏最小二乘法(PLS)建立基于4个检测位置获得的吸光度差预测血肿发生部位吸收系数的预测模型,检测器VIP优化后血肿位置吸收系数预测结果平均相对误差由4.08%降低到2.06%。可见利用VIP分析对检测器筛选后所建立预测模型仍可较好的对硬膜位置血肿程度进行判断。该研究为近红外光硬膜血肿检测中检测器位置的选择提供了新的思路和重要参考。     

基于三维荧光光谱和四元数主成分分析的食醋品牌溯源研究

提出基于四元数主成分分析的三维荧光光谱特征提取新方法,并将其运用于品牌食醋溯源研究。首先利用F7000荧光光谱仪测得不同品牌食醋样本的三维荧光光谱数据,获取样本的等高线图和三维投影图,并进行三维荧光等高线图分析;然后利用激发波长分别为380,360和400 nm下的发射光谱数据建立食醋三维荧光光谱数据的四元数并行表示模型,对四元数荧光光谱矩阵进行四元数主成分特征提取,并基于乘积运算、模值运算和求和运算三种方法对提取出来的四元数主成分特征进行特征融合;最后将融合特征作为K近邻分类器的输入,得到不同食醋品牌的最优分类模型。分别讨论三种不同特征融合方法和四元数主成分个数与最终模型分类正确率之间的关系。针对四个不同食醋品牌120个样本的分析结果可得：基于求和特征融合运算所得到的融合特征可以利用最少的特征数目,建立最优的溯源模型,样本预测集溯源正确率可达100%。研究结果表明：四元数主成分特征提取和特征融合方法能够并行表示三维荧光光谱数据所蕴含的丰富信息,为三维荧光光谱数据分析提供新思路。     

传统光谱变换与连续小波耦合定量反演潮土有机质含量

以北京地区的96个潮土土样的有机质含量为研究对象,以传统光谱变换为参照,研究分析传统光谱变换与连续小波的耦合在估测土壤有机质含量的可行性;首先采用传统光谱变换与连续小波处理土壤光谱数据,然后将处理后的光谱数据与土壤有机质含量进行相关性分析,提取敏感波段,并采用偏最小二乘法构建土壤有机质含量估测模型。结果表明：耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可大幅提升光谱对有机质含量的敏感性,其相关系数R2最高可达0.714,这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可深入挖掘光谱内的有益信息;与传统光谱变换技术相比,基于耦合传统光谱变换技术与连续小波技术构建的模型精度更高,稳定性更好,其中以微分变换构建的模型最优,其R2=0.772,RMSE=0.223,这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可有效压制噪声的负面影响,提升光谱的稳定性。     

藻类叶绿素荧光对除草剂生物毒性响应特性的研究

以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻、斜生栅藻为敏感藻,研究了莠去津、敌稗、敌草隆、灭草松四种除草剂及其混合剂对藻类光合特性的影响规律,实验同时确定了三种微藻荧光对除草剂的最佳响应时间。实验结果表明,除草剂显著降低了藻细胞类囊体膜中光系统Ⅱ的最大光合效率(Fv/Fm)、实际光合效率(Y(Ⅱ))、绝对电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP),而非光化学猝灭系数(qN)呈现上升趋势,400 μg·L-1敌草隆使蛋白核小球藻Fv/Fm参数值下降了41%。实验选用的三种实验藻在四种除草剂单独和混合胁迫下均发生了不同程度的光抑制效应,表现出光合效率、电子传递速率、光合活性的降低和光保护能力的增强,藻类自身具有一定的光保护机制可以降低除草剂的影响。除草剂能够影响藻细胞叶绿素荧光强度,其中灭草松对蛋白核小球藻的影响最为显著,在400 μg·L-1灭草松影响下蛋白核小球藻的叶绿素荧光强度下降了44%。     

重离子冷却储存环CSRm双电子复合实验研究类锂36,40Ar15+离子同位素移动

配备电子冷却装置的重离子储存环为开展高电荷态离子的双电子复合（dielectronic recombination,DR）精密谱学研究提供了绝佳的实验平台。本工作在兰州重离子加速器冷却储存环主环（HIRFL-CSRm）上开展了类锂36,40Ar15+离子的双电子复合实验,实验观测了电子-离子质心系能量范围为0~35 eV的双电子复合速率系数谱。通过外推法获得了36,40Ar15+离子2s_1/2→2p_1/2和2s_1/2→2p_3/2的跃迁能量。同时利用GRASP2K程序理论计算了36,40Ar15+离子2s_1/2→2p_1/2和2s_1/2→2p_3/2跃迁的质量移动因子和场移动因子,进而得到双电子复合谱的同位素移动值。36,40Ar15+离子2s_1/2→2p_1/2和2s_1/2→2p_3/2同位素移动分别为0.861 meV和0.868 meV。它们均小于目前CSRm上双电子复合实验的实验分辨为~10 meV,进而解释了实验测量的DR谱上未能观察到同位素移动的原因。然而,高电荷态离子的同位素移动场效应与原子序数Z5成正比,因此,在重离子加速器冷却储存环实验环（HIRFL-CSRe）以及未来大型加速器--强流重离子加速器装置（HIAF）上有望通过DR精密谱学方法研究高电荷态重离子甚至放射性离子的同位素移动,进而获得相关原子核的核电荷半径等信息。The cooler storage ring is equipped with an electron-cooler. It is an excellent experimental platform for dielectronic recombination (DR) experiment of highly-charged ions. In this paper, the dielectronic recombination experiments of lithium-like Ar15+ ions with mass number 36 and 40 are conducted at the HIRFL-CSRm(main ring of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou). The experimental electron-ion collision energy scale is from 0 eV to 35 eV. Extrapolation method is exploited to obtain the excitation energies of transitions 2s_1/2→2p_1/2 and 2s_1/2→2p_3/2 of the 36,40Ar15+ ions from experimental data. Meanwhile, GRASP2K program is utilized to calculate the mass shift factors and field shift factors of 36,40Ar15+ ions for 2s_1/2→2p_1/2 and 2s_1/2→2p_3/2 transitions to obtain isotope shifts in DR spectra. In theoretical calculation, isotope shifts of 36,40Ar15+ ions corresponding to 2s_1/2→2p_1/2 and 2s_1/2→2p_3/2 are 0.861 meV and 0.868 meV, respectively. They are both less than the experimental precision (~10 meV) of these dielectronic recombination experiments at the CSRm, which explains that isotope shifts cannot be distinguished from the experimental dielectronic recombination spectra. However, the field shift of highly-charged ions is proportional to Z5. In the future, the dielectronic recombination experiments of highly-charged heavy ions even radioactive ions will be conducted at the HIRFL-CSRe (experimental ring of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou) and the future large accelerator facility--HIAF(High intensity Heavy-ion Accelerator Facility) to measure isotope shifts to obtain the nuclear charge radius information.     

基于散斑干涉的光滑表面变形快速检测

针对目前光滑表面力学性能测试困难的情况,建立了一种改进的数字激光散斑干涉测量系统。首先通过新的散斑干涉光路设计实现散斑照射,同时采用空间载波傅里叶变换法,对光滑零件加载变形的动态散斑干涉图像进行处理,最后得到光滑表面的变形场分布情况。该方法不对被测表面进行任何处理,可实现光滑表面的高精度全场变形测量。实验结果表明:最大变形处为镜面板的中央,测得最大变形量分别为1.936、1.861和1.797μm,与中心变形预设值接近。该方法光路简单、测量方案切实可行,能够实现光滑表面变形的快速动态测量。