光谱技术论文范文
时间：2023-03-21 17:18:42
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篇1
煤炭作为我国的主要能源，对我国国民经济的发展起着极其重要的作用。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于煤炭的利用和研究也越来越广泛和深入。近年来，如何更加合理、洁净、有效地利用煤炭，是目前煤化学研究领域中所面临的一个重要问题。由于近红外光谱分析技术具有效率高、成本低等自身的优点而备受煤化学工作者的青睐。
2.1近红外光谱分析技术在煤化学结构研究中的应用
近年来很多学者对煤结构的研究虽已做了大量的基础工作，但仍然存在一些争论，部分原因就是煤的非晶态及不均一结构。对煤中某些官能团归属的确认及分析，对煤的反应性研究具有重要的理论和实用意义。随着光栅红外的退出，傅立叶变换红外以其高分辨率和对数据的处理能力的大幅提高，使以前一些含糊不清的，甚至有可能产生错误概念的结论被重新确认和改写。FT-NIR分析技术采用模型化合物对标准浓度确定的方法，对影响煤反应性的官能团进行定量分析，如煤中的烃基、芳氢与脂氢的比例、煤中的含氧官能团、CH2的链长等方面，这一方法的优点是一旦有一条高质量的标准曲线，对任一样品中官能团的浓度就可以快速准确地进行标定。
琚宜文等应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对不同类型构造煤结构成分的应力效应进行了分析。结果表明在各类构造煤中，芳香结构、脂肪结构以及含氧官能团的结构成分吸收频率几乎一致，但吸收峰的强度却不相同，这正是在构造应力作用下构造煤变形程度及变形机制不同所引起的。在低、中和高煤级变质变形环境形成的不同类型构造煤中，随着构造变形的增强，富氢程度降低，富氧程度也越来越低，而缩合程度增高，但不同类型构造煤结构成分的含量变化又有区别。该法应用于构造煤结构成分应力效应的研究，取得了较满意的效果。
李荣西应用显微傅立叶红外光谱对一煤源岩样中的荧光镜质体、角质体和树脂体进行了分析测试，并采用红外光谱分谱技术，应用计算机曲线拟合方法对其化学结构和生烃性进行了定量分析研究。结果表明镜质体含有较高的C=O结构，而角质体和树脂体含有较高的脂肪烃(CH2+CH3)结构，煤岩单组分化学结构特征决定了它们具有不同的生烃特征。
褚廷湘等对不同温度下的氧化煤样通过红外光谱分析其微观结构及特征，得到煤样在不同低温氧化阶段的基团变化，从微观角度掌握煤样氧化过程的变化规律。通过对唐口煤矿1302工作面煤样的低温氧化和红外光谱分析，得到唐口煤矿煤样在低温氧化阶段的自燃倾向性和氧化过程中微观结构的变化规律，该成果为制定矿井内火灾的防治技术提供了科学依据。
2.2近红外光谱分析技术在煤质分析中的应用
近红外光谱技术具有快速、在线、绿色、廉价等优势可以在不破坏煤样的基础上同时对入厂电煤或入炉电煤的热值、水分、灰分及挥发分等进行检测，也可以按产地对电煤进行实时模式分类。因此，有效地将近红外技术应用在电煤在线快速检测上，一方面，可以解决传统化学方法费时、费力的问题，效率提高显著；另一方面，相对于同类γ射线产品价格便宜近十倍，有助于广泛快速地推广。丁仁杰等通过对元宝山电厂实际用煤的实验，介绍了结合偏最小二乘方法和近红外技术，对煤质指标：水分、灰分、挥发分和热值等进行建模的过程，并证明了其可行性。同时针对电煤建模特点，进一步介绍了先定性后定量建模预测的方法。
燃煤发热量是动力用煤的重要质量指标，也是锅炉运行的一个重要的参考参数。在煤质的研究中，因发热量（干燥无灰基）随煤的变质程度成较规律的变化，所以根据发热量可粗略地推测与变质程度有关的一些煤质特征，如粘结性、结焦性等。因为近红外光谱分析方法对含C-H的有机物比较敏感，而且发热量与挥发分之间有一定的相关性，所以从理论上讲，近红外测发热量可行。李凤瑞等将近红外分析技术应用于煤质在线分析，对某些标准煤样的近红外光谱进行了阅读分析，并采用多元线性回归方法对数据进行分析和处理，建立了多元线性模型，由此得出煤质发热量的预测值与人工化验标准值之间的相关系数为0.92，所建模型的定标标准差为1.58。
2煤转化产物主要为烃类化合物，官能团为C－H，特别适合于做近红外光谱分析。近红外光谱可以快速分析煤直接液化产品、液体产物以及精制后馏分的组成及物化性质，如汽油的辛烷值(RON、MON)、馏程、密度、雷氏蒸汽压、汽油PIONA组成（链烷、异构烷、烯烃、环烷和芳烃）、航煤冰点、柴油凝点、十六烷值、闪点、沥青含量等。
张铭金等采用毛细管气相色谱/傅立叶变换红外光谱-色谱保留指数(GC/FTIR-RI)联合解析技术，研究了高温煤焦油重油馏分的化学组成。分别从重油馏分300～330℃和330～360℃中分离并鉴定出70和61种化合物，了解到不同配煤工艺对煤焦油组成与性能的影响，从而获得了一些有意义的结果，为煤焦油的集中加工和新产品开发提供了重要依据。
3结束语
近红外光谱在我国的发展较晚，经过仪器工作者的努力和与国外的交流的日益增多，特别是近年来在各领域的应用效益，人们对近红外光谱技术的认识越来越来深刻，随着近红外光谱技术的进一步开发，其在我国的应用越来越广泛。
参考文献：
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[8]李凤瑞，唐玉国，肖宝兰.应用近红外光谱分析技术测量煤质发热量.电站系统工程，2004，20(3):19-20.
篇2
1 引言：
随着遥感技术的发展，现代遥感技术为对地观测提供了多空间、多光谱、多时相分辨率的海量遥感影像数据广泛的应用于各个领域。与单源遥感影像数据相比，多源遥感影像数据所提供的信息具有冗余性、互补性和合作性。[1]由此可见，多源遥感影像数据融合不仅是一种遥感影像数据处理技术，而且是一种遥感信息综合处理和分析技术，是目前遥感应用研究的重点之一。一般来讲，一般情况下计算机论文，多光谱图像的光谱分辨率较高，但空间分辨率比较低。全色图像具有高空间分辨率， 但光谱分辨率较低。 为了增加图像信息提取的精确性和可靠性， 提高图像的解译能力，可以将低空间分辨率的多光谱图像和高空间分辨率的全色图像进行融合， 使融合后的多光谱图像在保留光谱特性的同时具有较高的空间分辨率。而HIS变换是一种最常用的多源遥感影像数据融合的方法，融合的影像在空间分辨率和清晰度上比原多光谱影像都有了一定的提高，且较大程度上保留了多光谱影像的光谱特征，有利于提高制图精度。Haydn 等(1982)[2]首次将IHS 变换法应用于两种不同平台遥感数据源的融合 ，这种方法也被用于TM 和SPOT 全色图像数据以及SPOT 多光谱和全色波段数据的融合。 因此如何获得高清晰的图像已成为一个重要研究课题。本文提出了一种经过改进的HIS 变换法，从而获得更为清晰的图像。
2 研究区域和数据源
本文的研究区域为江西省抚州市市区。数据源为抚州市区2000年9月的ETM图像和SPOT图像cssci期刊目录。研究区域图像如下：ETM图像为Band 5、Band 4、Band 3波段合成。
图A 原始图像图B SPOT全色图像
3 试验方法与评价
3.1 传统的HIS变换
从RGB模型转换到IHS模型的变换就是IHS 变换。 而IHS 变换法的主要原理就是将多空间分辨率低的3波段图像经过HIS变换得到I（亮度） ， H（色度） ， S（饱和度） 三个分量， 然后将高分辨率的全色图像代替I 分量， 把它同H、S进行HIS 反变换得到具有高空间分辨率的多光谱图像。
3.3 低通滤波HIS变换
卷积运算进行图像平滑导致图像空间分辨率的降低, 是由于原始RGB 图像的空间信息与其它信息没有分离。如果在卷积运算前首先对原始RGB 图像进行HIS变换, 将空间分量I 分离, 只对色度H 和饱和度S 平滑,则不会引起图像空间分辨率的降低。因此钱永兰等提出一种改进的低通滤波变换[3] 。首先对原始多光谱图像进行IHS 变换,将包含空间信息的I
分量分离, 只对色度、饱和度分量H、S 进行低频卷积运算, 得到新的H′、S′分量, 将I、H′、S′做HIS 逆变换, 得到新的多光谱图像。
3.4 直方图匹配HIS变换
直方图匹配是一种对数字图像进行增强的处理方法。 直方图匹配时对图像查找表进行数学变换计算机论文，使一幅图像某个波段的直方图与另一幅图像对应波段类似，即以一幅图像的直方图作为参照对象,去调整另一幅图像的直方图, 使之尽可能与参照图像保持一致。伍娟、卢凌[4]提出不直接用全色图像代替TM 图像的I分量, 先将全色图像同TM 图像亮度图像( I 分量)进行直方图匹配, 生成与亮度分量具有相似直方图分布特征的图像I″,然后用I ″代替I 分量, 由I″,H , S 进行反变换得到融合图像。这种方法不仅可部分消除全色图像和TM 图像获取时光照条件差异和地形起伏的影响, 而且生成的图像与亮度图像相关性增大, 复合图像的光谱特征与原TM 图像的光谱特征接近。
3.5 改进的 HIS 变换
针对传统HIS变换法的清晰度不强的问题，本文提出一种改进方法，即不直接用高分辨率的全色图像代替多光谱的亮度（I）分量，而是用分辨率融合后的第一主成分代替亮度（I）分量。并进行高通滤波和直方图匹配。对H、S分量进行低通滤波后于第一主成分进行IHS反变换。具体步骤如下：
1.首先将高分辨率全色图像进行高通滤波，生成新图像SPOT′。
2.将原始图像进行主成分分析，生成PC1
3.将原始图像第一主成分PC1与新图像SPOT′进行直方图匹配得到PC1′
4.将原始TM图像进行IHS变换，提取H、S分量。
5.将H、S分量进行低通滤波生成H′、S′。
6.将PC1′、H′、S′进行IHS反变换，生成融合图像
4 试验结果与评价
下图中图C为传统HIS变换、图D为低通滤波HIS变换、图E为直方图匹配HIS变换、图F为本文提出的HIS变换。
图C 传统HIS变换图D 低通滤波HIS变换
图E 直方图匹配HIS变换图F 本文提出的HIS变换
图像融合结果的评价分为主观评价与客观评价。 主观评价是通过目视来比较分析； 客观评价是利用图像的统计特性参数来进行判定，下面简要介绍各种参数的定义及其物理含义。
1）图像均值 图像均值是像素的灰度平均值，对人眼反映为平均亮度。其定义为
式中：M，N 为像元的行列数。
2）标准差标准差(Standard Deviation) 也称均方差(meansquare error)标准差反映了图像灰度相对于灰度平均值的离散情况，若标准差大，则图像灰度级分布分散，图像的反差大计算机论文，可以看出更多的信息。标准差小，图像反差小，对比度不大，色调单一，看不出太多信息。
3）信息熵[5] 根据仙农(Shannon)信息论的原理，一幅8bit 表示的图像x的信息熵为：
式中： x 为输入的图像变量， Pi 为图像像元灰度值为i的概率cssci期刊目录。熵越大，图像所包含的信息量越丰富
4）平均梯度 平均梯度可敏感地反映图像对微小细节反差表达的能力，可用来评价图像的清晰程度，同时还可以反映出图像中微小细节反差和纹理变换特征。其计算公式为
图像评价参数结果下表：
方法
波段
最小值
最大值
平均值
标准差
熵（bit）
Band543
熵之和（bit）
平均梯度
原始TM图像
Band5
218
74.661
24.811
6.2726
17.5765
8.6366
Band4
100
63.589
15.519
5.6872
4.8941
Band3
181
63.738
18.245
5.6167
5.2615
传统HIS变换
Band5
255
227.355
2.743
3.2006
12.384
0.65117
Band4
255
71.384
12.298
5.4488
2.3645
Band3
255
15.010
3.906
3.7346
0.6966
低通滤波
Band5
255
85.715
28.323
6.4831
19.5576
9.3466
Band4
255
153.754
36.468
6.8617
9.952
Band3
255
89.276
25.058
6.2128
8.0971
直方图匹配
Band5
255
73.156
18.381
6.0857
19.5338
4.5971
Band4
255
132.423
27.471
6.6110
6.7384
Band3
255
125.977
32.808
6.8371
6.0906
自己方法
Band5
255
72.945
20.423
6.2020
19.523
12.503
Band4
255
121.641
27.210
6.3912
17.452
Band3
255
114.032
篇3
一、引言
铂族金属是世界上最稀有的贵金属之一，地壳中的含量约为一亿分之一，同时也是航天、航空、航海、兵器和核能等高科技领域以及汽车制造业不可缺少的关键材料。如一氧化钯（PdO）和氢氧化钯[Pd(OH)2]可作钯催化剂的来源。四硝基钯酸钠[Na2Pd（NO3）4]和其它络盐用作电镀液的主要成分。钯在化学中主要做催化剂；钯与钌、铱、银、金、铜等熔成合金,可提高钯的电阻率、硬度和强度,用于制造精密电阻、珠宝饰物等。近年来钯的分析在矿物、催化剂和工业用品中的应用已经有许多研究并取得取得很大进展：(1)分析采用了立体、全方位研究，凡是可能涉及的对象如催化剂、汽油、土壤、沉积物、水体、大气、生物组织及体液等均进行分析和研究；（2）样品的预处理技术不断改进，处理办法日益成熟；（3）分离富集手段多样化；（4）各种仪器联用技术不断发展，并且和分离、富集技术相结合。本文对该课题进行系统的综述，以供广大同行参考。
二、铂族元素分离和富集
1.负载泡沫塑料分离[1]
泡沫塑料（简称泡塑），其疏水而亲有机物、比表面积大、空隙多且互相联通，其中大量的（―NH2）等官能团对金属络阴离子有较强的吸附能力。对于泡沫塑料不能完全吸附的无机离子，则可负载各种有机络合剂或萃取剂（也可称为辅助络合剂）形成易为泡沫塑料吸附的络合物，从而达到定量吸附，醋酸丁酯就是一种痕量贵金属的萃取剂，用负载醋酸丁酯的泡沫塑料，是SnCl2+存在下，富集Au（Ⅲ）、Pt（Ⅳ）、Pd（Ⅱ），以2%HCl、2%NH4HF2和水洗去杂质。吸附率分别达到100%、98.3%和96.5%。该方法的特点是：操作简便、快速，成本低，对设备无特殊要求，检出限和准确度均能满足化探分析要求。
2.弱碱性阴离子交换树脂吸附分离[2]
在盐酸介质中，钯与氯离子发生反应生成配合物[PdCl6]2-，该配合物能被大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂吸附。方法检出限为0.12n/g(10.0g样品)。方法经国家一级标准物质验证，测定值与标准值相符，精密度(RSD，n=12)为8.9~13.9％，回收率为89~118％。方法已用于测定水系沉积物中的痕量钯。
3.活性炭分离富集[3]
对精矿湿法冶金氧化浸出液采用控制分取体积，制成10％盐酸介质，以活性碳分离富集铂、钯，标准加入回收率铂为98.9％，钯为96.0%。，吸附容量为Pd≤150μg、Pt≤200μg，标准偏差钯为0.52％，铂为2.0％。
4.溶剂萃取[4]
溶剂萃取技术由于具有生产量大，操作简便，分离效果好，回收率高，产品纯度高，成本低，易于实现自动化等优点而越来越受到人们的重视。对钯的萃取，人们做了大量的研究，并取得了一定的进展。对于浸出钯的水溶液，以从酸性氯化物介质中萃钯研究最多，同时也有部分从硝酸和硫酸介质中萃钯的研究。从有机相看，采用的萃取剂包括中性 、酸性、碱性和螯合萃取剂等。近几年，也有一些二元协同萃取剂萃取钯的研究报道。现简介如下
4.1中性萃取剂：中性萃取剂如亚砜、硫醚、烷基氧化膦、磷酸酯等，它们在水中一般显中性在贵金属提取和分离方面占有重要地位。
4.2酸性萃取剂：主要包括羧酸和酸性含磷、硫萃取剂等。在水溶液中一般显酸性。
4.3胺类萃取剂：包括伯胺、仲胺、叔胺、季铵盐和酰胺。
4.4螯合萃取剂：指能与金属生成螯环萃合物的萃取剂，包括 二酮类、 羟基喹啉类、肟类等，其萃取能力强、选择性好，及分离系数大，是钯的有效萃取剂。
4.5协同萃取剂：是指体系中含有一个或一个以上的萃取剂萃取金属时，会产生协同萃取效应的一类萃取剂。
三、铂族元素的测定技术
1. ICP-MS和ICP-AES[5]
ICP-MS综合了等离子体极高的离子化能力和质谱法的高分辨、高灵敏及多元素同时检测，已成为铂族元素分析最强有力的检测手段。四极杆ICP质谱仪和具有磁扇场和电扇场结合的双聚焦的高分辨率质谱仪的应用，对于一些样品的测定可以不经过分离富集而直接进行测定，方法所具有的特有功能显示了极其诱人的发展前景，而同位素比测定更是ICP-MS所具有的特有功能。ICP-AES也应用于污染的生物样品中的铂族元素的分析。Vlasanvoka等分析了空气颗粒物中的Pt和Pd，对于50ml中含1~20ng的Pt和Pd 纯溶液，加标回收率分别为97%~103%(Pt)和99%~101%(Pd)。
2.分光光度法[6]
水溶性试剂M间甲苯基N，-(对氨基苯磺酸钠)硫脲(MMPT)在HAc-NaAc缓冲介质和CTMAB（溴化十六烷基三甲胺）存在下，与铂(Ⅳ)和钯(Ⅱ)反应形成绿色和褐色水溶性络合物，其最大吸收波长分754.4和304.6nm。符合朗伯-比尔定律的浓度范围分别为0.00~1.25μg/ml和0.00~1.00μg/ml。摩尔吸光系数为εPt=8.6×104L・mol-1・cm-1和εPd=7.4×104L・mol-1・cm-1。在754.4和304.6nm波长分别测定铂、钯混合液的吸光度。计算出铂、钯的含量。50种共存离子中，仅有Cu2+和Co2+对钯的测定有干扰。该法选择性好，用于合成样品、矿石和催化剂样品中铂、钯含量的测定，其相对标准偏差RSD小于2.0％；回收实验回收率是96~104％。由于试剂铂、钯形成的络合物都易溶于水，不需予先分离即可同时测定，操作简便，快速，环境友好。
3.发射光谱法[7]
本法操作简便，检出限低，对设备无特殊要求，适用于化探样品测定。方法选用WPG-100型光栅摄谱仪，刻线1200条・nm-1，中间光栏3.2nm，狭缝12μm，交流电弧，220V预燃10A 2s，起弧18A 15s，光谱纯石墨电极，上电极锥形，下电极规格Ф2.5×1.5×0.5mm，对电极摄谱。常规洗像，显象20℃,3.5s在此条件下可得背景较浅的谱线。为使摄谱时的弧焰稳定，加入光谱纯石墨粉作缓冲剂。由于是多元素连测，很难找到一种合适的内标元素。可选用背景作内标，基本消除了测定条件波动对谱线的影响。本法检出限为（ng）Au：1.0，Pt：1.5，Pd1.7。RSD分别为35.38%，29.94%，12.5%。
4.石墨炉原子吸收光谱法 [8]
采用王水和氢氟酸熔矿，用石墨炉原子吸收光谱法直接测定铂含量。方法简单、快速、测定准确。本法采用日立Z-8000偏振塞曼原子吸收分光光度计，仪器条件为：波长265.9nm，灯电流12.5mA，光谱通带0.4nm，载气流量200ml/min，进样量20μL，石墨炉升温程序见表1。
测定时加入铜离子可以提高测定灵敏度消除其他离子干扰，本法加入400mg/L的铜溶液。在一定浓度下Fe3+、Ni2+等7种干扰离子对测定结果影响很小。在上述条件下方法的RSD为0.73%，加标回收率99.4~100.3%，检出限0.044mg/L
5.其他方法[1]
液相色谱、毛细管电泳、离子色谱和TXRF（全反射X射线荧光）等技术也应用环境和生物样品中的铂族金属元素测定。国外有报道使用TXRF测定空气粉尘中的铂和钯，检出限为0.40ng/m3（Pt）和0.08ng/m3（Pd）。Lucena等采用激光诱导破坏光谱法标记汽车尾气处理装置中三效催化剂里的铂族金属元素，获得满意的效果。
四、结语
今后，铂族元素分析的主要研究领域可能是：对于某些复杂样品，不同的样品处理方式，分析结果差异较大 。因此，仍需研究取样、样品贮存及防止污染和损失等；仪器造价较高，但是今后研究发展的方向之一，尤其是不经过分离富集并同时测定多元素的课题；随着铂族元素应用范围日益扩大，其生物效应和环境效应尚需深入研究。
表1 石墨炉升温程序
参考文献：
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篇4
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2013.15.071
拉曼光谱是在分子水平上研究物质结构的一种重要的工具，已广泛应用于分析科学领域[1]，表面增强拉曼光谱克服了普通拉曼光谱检测灵敏度低的缺点[2]，是灵敏度较高的研究界面效应的技术之一，能最大限度地应用于研究吸附分子在表面的取向及吸附行为、吸附界面表面状态、生物大分子的界面取向及构型、构象和结构分析[3]。在商品化的实际应用中，需要强调产品的可再生利用性，需采用真正可行的抗体抗原分离方式，同时不影响抗体抗原的活性与特异性[4]。
在以上理论的基础上，本实验在SERS检测中引入合适的生物洗脱体系——甘氨酸-HCI缓冲体系，以探究本方法的洗脱效果、稳定性和重复使用性。
1 材料与方法
1.1 材料 用Frens法制备得的金溶胶，粒径大约30～40 nm。
浓度1 mmol/L的苯硫酚和浓度1 mmol/L的4，4’-联吡啶分子溶液。3.34 mg/L的羊抗人IgG。小牛血清白蛋白（BSA）（5%p）。pH 9的硼砂缓冲溶液。美国Full Moon BioSystems公司的生物芯片。TBS/0.1%Tween、TBS和三次水。
1.2 方法
1.2.1 制备金溶胶作免疫标记 用Frens法制备得到紫红色浑浊的金溶胶，粒径大约30～40 nm。将浓度1 mmol/L的苯硫酚1 μl和浓度1 mmol/L的4，4’-联吡啶0.4 μl两种标记分子溶液分别加入金溶胶中做标记，同时对标记溶胶进行多次离心，之后重新悬浮，以去掉多出来的标记分子。把3.34 mg/L的羊抗人IgG 5 μl加进标记溶胶中，在室温下充分反应后，对标记溶胶再次离心，使其悬浮。选择5%p的BSA即小牛血清白蛋白把表面的空位进行封闭，然后离心，在硼砂缓冲溶液（pH 9）的作用下，再实现溶胶的悬浮。
1.2.2 制作固相抗体 抗体使用的稀释液是硼砂缓冲溶液（pH 9），稀释的浓度以每毫升200～500 μg为宜，之后把稀释好的液体滴在美国Full Moon BioSystems公司的生物芯片所做的固相基底上，形成拉曼光谱的采集点。环境湿度维持65%～75%，把上面所制作好的芯片放入，12 h后拿出，然后放在普通室温中，干燥0.5 h。
1.2.3 组装三明治结构的复合物和进行SERS检测 把之前制得的抗体分别在BSA溶液（5%）中、人抗原的缓冲溶液中和标记免疫金溶胶溶液振荡0.5 h、2～4 h和2 h，在每次震荡后分别用三次水以及TBS/0.1%Tween、TBS和三次水依次冲洗，再分别用氮气吹干。制得“固相抗体-待测抗原-标记免疫金溶胶”，它是三明治结构的复合物，可以用该抗体来进行SERS检测。
1.2.4 仪器 使用的仪器与设备有LEO-1530型扫描电子显微镜、法国Jobin Yvon公司的HR800共聚焦激光拉曼散射仪、He-Ne激光器、电荷耦合检测器和100倍的长焦镜头物镜。
1.2.5 选择洗脱体系 先用人抗原和羊抗人抗体制备抗原和抗体的复合物，第一次选择强酸的盐酸溶液（pH 2）进行洗脱，让基底在强酸溶液中震荡，震荡2 h，把4，4’-联吡啶作为免疫标记分子，第二次组装三明治结构的复合物，用来进行SERS检测，观察SERS谱图。在看到生物缓冲体系的作用后，采用甘氨酸-HCI（0.2 mol/L）生物缓冲体系，调节体系的pH 值，使pH为2，再把已制备好三明治夹心结构的基底浸入其中。观察洗脱之前、洗脱5 h、洗脱10 h、洗脱24 h后测得的SEM图。
1.2.6 洗脱后基底的稳定性 选择羊抗人抗体抗原和苯硫酚，把后者作为标记分子，制备抗原抗体复合物。然后再用用甘氨酸-HCI体系对复合物洗脱，分别在暗处放置在10 d、1个月、2个月后，第二次制备三明治结构。分析经过静置再次组装的三明治结构SERS谱图。
1.2.7 观察载体的重复使用性 洗脱基底1、5、10次，再分别进行组装，第二次抗原检测以苯硫酚作为免疫检测标记分子，通过分析之后的SEM图来研究基底的可重复使用次数。
2 结果
首先通过改变pH值来试图解离抗体抗原复合物，把洗脱2 h之后第二次组装的三明治夹心结构复合物进行SERS检测，谱图上显示有3个样点有明显的标记分子信号。洗脱后预期目的已基本达到，但是在少部分区域出现与标记分子4，4’-联吡啶特征峰不一样的杂峰和比较复杂的谱峰。该结果提示，只有强酸体系解离复合物并不利于维持生物环境。因此，分离的高选择性和彻底性和保护体系生物活性的重要性是SERS检测可再生性的关系因素，而使用生物缓冲体系后，既能防止pH变化对提取效果的影响，又能防止因pH值变化过度而导致的某些活性物质的变性。
之后采用甘氨酸-HCI（0.2 mol/L）生物缓冲体系进行洗脱，通过洗脱之前、洗脱5 h、洗脱10 h、洗脱24 h后测得的SEM图进行分析得知，洗脱时间的选择与抗体抗原分离的彻底性密切相关，且在洗脱时间为24 h时，抗原和抗体能充分分离，因此清除了抗体上的标记免疫溶胶和抗原，洗脱效果较好。
把洗脱后的基底分别静置在阴暗处10 d、1个月、2个月后，第二次制备抗原抗体复合物。通过分析处理后二次制备的复合物SERS谱图，可见a1振动模式特征谱峰在999和1 573 CTn-1的位置，而具有苯硫酚特征的峰值清晰。
洗脱基底重复1、5、10遍，然后再分别组装，这一过程的SEM图中，基底上的纳米粒子和洗脱基底再组装的次数呈反比，这与基底活性点被洗脱次数增加有关。基于上述结果，第二次抗原检测以苯硫酚作为免疫检测标记分子，基底洗脱后再组装的次数增加，可达10次左右。在这一过程的SERS谱图上，挑选重复1、5、10次的谱图，这些图谱在1000～1600/cm处具有分辨率不良的、较复杂的杂质峰。
3 讨论
自从1974年Fleisehmarm发现吡啶的表面增强拉曼散射光谱（SERS）以来，SERS已经逐渐成为一种研究物质结构性质的快速有效的手段[5]。SERS标记免疫检测是将SERS与标记免疫学相结合，利用SERS的高灵敏度和光谱选择性，结合抗体抗原的特异反应作用而进行的纳米标记免疫分析技术[6]，能避免溶液中类似物质的信号干扰，从而轻易获取高分辨的表面分子信号[7]，由于具有高灵敏度、快捷、方便等特点[8]，SERS标记免疫检测已被广泛用于表面科学相关的领域，其应用领域的有效拓宽直接与活性基底的制备和增强机理的研究密切相关[9]，SERS免疫检测已逐渐有成为新的免疫技术的趋势[10]。
本次研究中，对抗原抗体复合物采用的洗脱的方式选择的是甘氨酸-HCl缓冲体系，在洗脱1 d后，抗原和抗体能充分分离，因此清除了抗体上的标记免疫溶胶和抗原。优良的再生效果体现在复合物在经过重新组装后，识别标记分子从而进行SERS检测的能力不变，仍能使用的次数大约为10次。经过本研究的实验结果证明，通过甘氨酸-HCI生物缓冲体系洗脱是一种洗脱基底再生效果好和稳定性强的方法。
参考文献
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[10] 钟亮.表面增强拉曼光谱学理论研究及其在免疫检测中的应用[D].华南师范大学学位论文，2010.
篇5
九天揽月鸿鹄志 步步为营创辉煌
在通往科学高峰的路上,张教授一路前行,品尝着希望与困难,交融着荣耀与汗水,深造期间,他用不懈的努力换来了中国光学科技前沿领域的重大突破。读研期间,他同导师刘树田教授一起在国内率先开展光学分数傅立叶变换的研究。为利用光学分数傅立叶变换进行信息处理铺平了道路。在中科院物理所攻读博士学位期间,开拓了分数傅立叶变换在光学信息处理领域中的应用,被评价是国内在现代光学技术科学领域研究工作中的优秀成果具有国际先进水平。
1999-2001年,他获得日本学术振兴会博士后基金资助,在日本山形大学工学部从事生物成像研究,被应用在实际的仪器上。2001-2002年,他在香港理工大学电子工程系从事光纤气体传感器研究。其研究内容被收录在《光纤传感技术新进展》一书中,已出版发行。2002-2003年,他在德国洪堡基金的资助下在德国斯图加特大学应用光学研究所任洪堡研究员,从事数字全息重建算法的研究,提出了利用相位恢复算法来进行数字全息重建的新方案,引起了同行的重视和肯定。这部分内容作为美国Nova Science出版社的新书《New Developments in Lasers and Electro-Optics Research》中的一章,已经出版发行。
2003年,他进入首都师范大学物理系工作,先后获得了北京市科技新星计划,北京市留学人员择优资助等人才项目的资助。作为北京市“太赫兹波谱与成像”创新团队的核心成员,主要从事太赫兹波谱与成像,太赫兹波段表面等离子光学和微纳光电子器件设计研究。他提出的多波长成像方法得到了美国Rice大学太赫兹研究者Mittleman的认可,被评价为不仅可以有效地增加成像范围,还可以提高信噪比。多篇论文被太赫兹领域的虚拟期刊收录。并于2007年和2009年分别到美国伦斯特理工大学和德国康斯坦茨大学进行访问研究。
篇6
1. 引言
近年来随着激光技术的飞速发展，国内外分别对半导体激光器在532nm和808nm波段及红外区1064nm、1550nm 高反膜进行了深入的研究[1] [2]。但是对于在0°角入射条件下，可见532nm波长范围内平均反射率高于90%,在±45°角入射条件下近红外波段1064nm处的反射率高于99%，并具备较高损伤阈值薄膜的研究比较少见。
2.膜系设计
2.1膜料的选择
我们常用TiO2、Ta2O5、HfO2、H4等作为镀膜的高折射率材料。常用的低折射率材料有MgF2、SiO2[3]。考虑膜层要具备较高的激光损伤阈值，本膜系采用H4为本论文的高折射率材料，SiO2为本论文的低折射率材料。
2.2膜系设计
周期膜系采用25层高反膜系S|(HL)^12 H|A 其中H为H4、L为SiO2。
理论透过率曲线如图1所示：
3. 膜层的制备
薄膜制备采用国产900型真空镀膜机。先擦拭镀件表面，装入夹具，放在基片架上，抽真空。当真空度达到要求时，对基底表面加烘烤，温度为250℃。当真空度高于1.0×10-3Pa开始蒸镀，采用电子枪加热蒸发，为提高膜层的激光损伤阈值，在整个膜层的制备过程中使用考夫曼离子源。膜系前十层用MDC-360C石英晶体控制仪对膜层厚度进行监控，后十五层用光电极值法控制膜厚。
4. 测试结果与分析
分别采用上海光谱SP-1702紫外可见分光光度计测量范围190nm-1000nm和天津拓普TJ270-60近红外分光光度计测量范围800nm-2500nm进行测试。532nm处实验光谱曲线如图3所示，1064nm处实验光谱曲线如图4所示。
当光线以45°角入射时波长整体会向短波漂移100nm此膜系满足使用要求。
5.结论
通过选择高低折射率材料的匹配，调整镀膜工艺参数提高了系统整体的抗激光损伤阈值，所镀制的薄膜满足了军用光学仪器的使用要求。
参考文献
篇7
衍射是光学教学中一个非常有趣和令人激动的内容。在当前的教学中,教师在黑板上推导出光强度公式后,根据该公式在黑板上画出光强分布曲线，或利用PPT将预先准备好的光强分布图片投影在屏幕上。经验表明并不是所有的学生都能通过这种静态的结果去理解衍射的中的物理规律。随着计算机性能的提高及模拟仿真技术的发展,在课堂上利用计算机软件对光学过程进行仿真已经成为一种可能。
MATLAB软件是当今最优秀的科技应用软件和开发环境之一[1]，它以强大的科学计算与可视化功能，简单易用、可开放式、可扩展环境等特点在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。在众多的使用matlab软件模拟光学现象的文章中[ 2 - 5 ],作者只是对单一波长进行模拟，模拟结果为该波长下光强分布的灰度图，无法体现可见光波段波长连续变化时的光学现象。此外没有使用Matlab图形用户界面( Graphical User Interfaces,GUI)，无法实现交互式模拟。
本文利用可见光的光谱图，采用MatlabGUI对圆环和矩形环的夫琅禾费衍射在可见光波段进行仿真职称论文，仿真结果与实验结果一致。GUI中采用交互式滚动条动态的展现各物理量对衍射结果的影响，有利于加深学生对物理规律的理解和认识。
1 圆环衍射的光强公式
如图1所示，衍射屏上有一个内外半径分别为和的圆环区域，设该衍射屏的透射率为
本文利用单位振幅的平面波入射到衍射屏上，根据标量衍射理论[6]，圆环在观察平面上的夫琅禾费衍射光强分布为：
式中是入射光波长，是观察平面与衍射屏的距离。根据远场近似的要求，本文中z取50米，观察区域是一个0.2米×0.2米的正方形。是观察平面上观察点到该平面原点的距离，表示一阶贝塞尔函数。
2 矩形环衍射的光强公式
如图2所示，衍射屏上有一个内外边长分别为d和D的矩形环区域，该衍射屏的透射率为
当单位振幅的平面波透射过该衍射屏，在远离该屏的观察平面上产生的夫琅禾费衍射光强分布为：
式中x,y是观察点在观察面中的坐标。
3 Matlab GUI 模拟
3.1 界面的设计
本程序将实现两个不同衍射屏下的仿真，为了编程的方便和界面的简洁，我们使用了matlab的容器控件—面板（Panel），加上初始界面，总共使用了3个面板。当其中一个界面出现时职称论文，另外两个界面是隐藏的。图3所示为程序执行后的初始界面。为实现仿真对象的转换，在界面中使用了2个按钮(PushButton)，“Circle with Obsuration”实现圆环的仿真，“Rectangle with Obsuration”实现矩形环的仿真，界面上还有一个标示为“Exit”的按钮用于程序的推出论文提纲格式。
3.2 颜色的仿真
我们用imread命令读入图4所示的可见光谱，并将光谱保存在color_spectrum这个变量中，该变量是一个3维数组，前面2维对应着空间的行、列坐标，第3维对应该坐标下像素点的红、绿、蓝颜色值。每个像素点的颜色就是由这三个值混合而成[7]。为仿真不同波长所对应的色彩，我们先将该波长的衍射光强与该波长所对应的红、绿、蓝的颜色值分别相乘，然后再将结果混合起来，最后用imagesc命令即可得到与该波长相对应的颜色的光强分布图。
处理光谱的代码如下：
spectrum= imread('VisibleColorSpectrum.jpg');
color_spectrum= double(squeeze(spectrum(5,:,:)));
3.3 回调的处理
图5为圆环的仿真界面，界面右边自上而下的三个滚动条分别控制入射光波长，圆环外径和内径，因此涉及到三个回调函数。第一个回调函数是对波长改变的响应。代码如下：
functioncallback_slider_wavelength(hObject,eventdata,handles)
% 从滚动条获取当前的波长值
lambda = get(hObject,'Value');
%在滚动条上面的静态文本标签中以两位小数的浮点数显示当前波长值，
set(text_wavelength,'string',['Wavelength:',num2str(lambda,'%3.2f'),'nm'])
%从光谱中取出与当前波长对应的颜色
color= color_spectrum(round((lambda-380)/370*1834)+1,:)/255;
lambda = lambda * 1e-9;
%用自定义的函数fraun_obsuration计算圆环衍射，输出振幅和光强分别保存在A_pattern和 %I_pattern两个变量中。
[A_pattern, I_pattern] = fraun_obsuration(lambda,w1,w2);
% 将光强和颜色信息联系在一起
I_pattern_color(:,:,1)= I_pattern * color(1);
I_pattern_color(:,:,2) = I_pattern * color(2);
I_pattern_color(:,:,3)= I_pattern * color(3);
% Pc是初始化时通过imshow命令产生的图像对象的句柄。CData中保存着该图像的颜色信息
set(Pc,'CData',I_pattern_color);
axis square
end
后面两个回调函数是对外径改变的响应职称论文，颜色信息以及调用fraun_obsuration计算光强与上面的callback_slider_wavelength函数一样。不同的是这两个回调函数获取的是内外径的当前值。具体代码是：
Er = get(hObject,'Value') ;
set(text_External_radius,'string',['ExternalRadius: '，num2str(Er,
'%3.1f'),'mm'])
对应外径的改变。
Ir = get(hObject,'Value') ;
set(text_Internal_radius,'string',['InternalRadius: ',num2str(Ir,
'%3.1f'),'mm']);
对应内径的改变。
图6是矩形环夫琅禾费衍射的仿真界面，回调函数的处理方法与圆环的方法相同，由于篇幅的限制，本文不给出具体的代码。
以上两个模拟在内径为零时，可分别仿真圆孔和矩形孔的夫琅禾费衍射光强分布。结果如图7、图8所示。
4 结论
本文利用MATLAB图形用户界面的开发功能对圆环和矩形环的夫琅禾费衍射进行了仿真。仿真界面是交互式的，光强分布图可随入射波长以及衍射屏的几何参数的改变而变化，仿真结果与实验观测结果[8]一直，但清晰度更高。本程序可以对不同参数条件下的实验结果进行动态对比，从而将抽象的物理规律直观的展现在学生面前，为学生加深对此类光学问题的理解提供了有力的帮助。
参考文献：
[1]P.Marchand , O.Thomas Holland. Graphicsand GUIs with MATLAB ( third edition)
篇8
中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-12-0091-1
本文主要研究受稻飞虱和穗颈瘟而倒伏的水稻冠层做光谱研究，使用支持向量分类机针对倒伏和正常得水稻分别给与主分量光谱分析，以增加灾害评估、病虫害监测与遥感估测中可见光光谱技术的使用。
1 材料与方法
1.1 试验准备
仪器使用ASD公司观测仪器的高光谱辐射仪（FieldSpe Pro FRTM），在350-2500nm的波段范围中350-1000nm的波段宽(光谱采样间隔)为1.4nm，3nm的光谱分辨率；1000-2500nm的波段宽(光谱采样间隔)为2nm，10nm的光谱分辨率。
选取穗京4号水稻品种，其易感稻瘟病。2009年4月10日播种，5月12日移栽（机插），稻穗颈瘟自然发病较重，引起水稻植株倒伏，黄熟期光谱观测。
1.2 研究方法
在观测点于2009年8月20日上午10:00-11:00测定穗颈瘟危害倒伏水稻的冠层光谱，各样点采集3次光谱，测定10条光谱曲线，取其平均值作为该样点的光谱反射值，测定正常水稻光谱。
在View Spec Pro2.14（一种光谱分析软件）中，使用光谱平滑处理（五步滑动平均法）。在Matlab7.0中可以实现光谱数据分析，选用400-1800nm之间的波段进行分析，去掉1341-1450nm之间的吸收水汽的光谱带。
2 分析与结果
2.1 水稻田间冠层光谱特征分析
水稻因受穗颈瘟和稻飞虱的危害而倒伏，而改变了原有的群体结构，致使植株受光条件和各组分(如茎秆、稻穗等)对冠层光谱的贡献比例都发生变化。
图 1 正常和倒伏的水稻冠层光谱曲线
由图1可知，在可见光400-1800nm的谱段内，正常水稻和倒伏水稻的反射光谱有一定得的增加，在可见光400-690nm的普段内提高了2-10%。说明对倒伏与正常这不同生长状态的水稻可以使用冠层光谱进行识别。
2.2 C2 SVC对倒伏水稻的识别与验证
图2 前二个主成分分量
首先从观测点观测70个正常和倒伏的水稻中随机选取75%的样株，作为训练C2 SVC的数据，输入向量使用前两个主分量光谱，对正常与倒伏得水稻进行划分。由于LIBSVM 2.83有很多默认的参数，使用默认参数立即可以解决大量分类与回归问题，分别影响模型运行精度和速度的重要参数是核函数类型和交互检验阶数。长时间测试后发现，每当惩罚系数C为1、交互检验阶数是3、核函数使用径向基函数RBF并且保持其他参数不改变时，模型的平均精确度到达到100%，可训练数据中可以实现对正常和倒伏水稻完美识别。
在LIBSVM 2.83中，训练完成后的网络，它的参数权值总是恒定的，为了检测构建模型的普适性，使用黑龙江友谊农场的22个样株作为数据验证，测试水稻不同生长状态时的识别效果，利用C2 SVC对倒伏与正常水稻的生长状态进行识别时，倒伏水稻没有被错分为正常，反之亦然，精度是100%。
3 结论
本研究中观测点的水稻倒伏都是着地倒，并没有其他倒伏角度的情况。另外，本研究中的的光谱测试只有地面测试，没有其他高光谱影像数据。所以，结果能否用于其他研究，还需验证。
参考文献
[1] 刘良云,王纪华,宋晓宇,等.小麦倒伏的光谱特征及遥感监测[J].遥感学报,2007,9:323-327.
篇9
[中图分类号] X851 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-209-1
随着世界经济的不断发展，工业气体排放日益加重，空气中充斥着大量的二氧化硫以及氮氧化物等有害气体，不但造成空气环境的极端恶劣，也给人们的身体健康造成了严重的影响。当前，各种检测技术方法或大或小的存在弊端、缺陷，随着环境检测理论与技术的进步，差分吸收光谱技术脱颖而出，成为大气环境检测领域的宠儿。
1差分吸收光谱技术在环境检测应用中的发展
自二十世纪八十年代以来，美国、瑞典、德国等诸多国家开发出以常规光源为基础的长光程光谱分析仪，并投入市场使用，我国开始自主研发差分吸收光谱技术则开始于1998年，在2002年一些科研机构开发出相应的环境监测系统，能有效检测出空气中的有害气体，包括二氧化硫、二氧化氮以及氨气等，目前这些仪器主要分布于南宁、北海、桂林以及张家港、怀化等地区。
2差分吸收光谱技术的基本原理
差分吸收光谱技术简称DOAS，根据分子吸收光辐射的原理，不同的分子吸收的光辐射也各不相同，因此当光穿过被检测气体样本时，会被样本中的分子选择性吸收，从而使得光在结构上与没穿过样本之前的光有所不同，通过与原先的光谱进行分析即可得到吸收光谱。分析吸收光谱能够确定样本中是否存在一些特定的成分，同样也可以分析出样本中这些特定物质的含量。
图1为典型的DOAS系统示意图，根据Lambert-Beer吸收定律，当光线穿过均匀且有一定厚度的气体介质时，假设该气体介质厚度为L，浓度为C，可得透射光强I（λ，T，P）和入射光强I0（λ）的关系公式为：
I（λ，T，P）= I0（λ）·e-σ（λ，T，P）·C·L ①
其中σ为气体的吸收截面。
在式②中，σi -第i种气体吸收的截面；Ci -第i种气体在光程L上的平均浓度；εM –米散射系数；εR –瑞利散射系数；A-测量系统与波长关系变换相对平缓的慢变结构
其中，式③中，σB –慢变结构；σ’-快变结构
接着把式③代入式②可得：
式④可改为：
把式④与式⑤相比较，可得差分光学密度OD’：
最后通过最小二乘法对式⑥求解，则可得到各污染物在气体内的平均浓度。
3差分吸收光谱技术在环境检测中的关键
3.1高质量吸收光谱的获取
差分吸收光谱技术作为一种弱光谱检测技术，对屏蔽噪声、杂散光等干扰有较高的要求，并且为了得到精确的分析检测结果，就需要确保测量光谱的质量。吸收光谱在差分吸收光谱技术中占有重要地位，因此为了提高吸收光谱的质量，可以采取以下措施。首先结构上，为了降低太阳光的干扰，可采用大焦距的望远镜；其次，使用双Czemy-Turner结构的单色仪，以减少内部的杂散光；第三，为了使扫描的时间缩短，可以采用快速扫描的方式；第四，使用光电二极管阵列测定谱段光谱可以降低大气扰动带来的影响；第五，保持探测器的恒温、低温，以便减少暗泄漏电流导致的噪声干扰。
3.2光谱的反演计算
反演计算在差分吸收光谱技术中占有重要地位，影响着该技术测量的成功与否。在差分吸收光谱技术中往往会涉及到三个光谱，第一是测量光谱；第二是背景光谱；第三是光源光谱。在计算差分吸收光密度的计算值时，需要对上述三种光谱进行去除暗电流干扰的处理。紧接着在测量光谱以及光源光谱中去除背景光谱，然后再用测量光谱除以光源光谱，所得结果即为预处理光谱。随后对这个预处理光谱进行高通与低通的快速傅立叶变换计算，可得两个光谱，即精细结构的预处理光谱和预处理光谱的慢变化走势光谱。然后在用前者与后者相除，多的结果的对数即为差分光学密度。
3.3差分吸收光谱技术测量精度的主要影响因素
在利用该技术进行环境检测时，还需要充分考虑影响测量精度的因素，具体包括以下两个方面。影响一是标准吸收截面。因为标准吸收截面不仅与波长有关，还受到压力以及温度的影响。所以在进行实时浓度的反演计算过程中，并没有该温度下标准差分吸收截面可供参考。此外，标准差分吸收截面的测定一般在实验室进行，而具体的实际操作中，因为仪器的精度问题，从而出现误差。影响二是噪声以及其他气体的影响。在进行测量时，各式各样的噪音、其他气体对光的吸收等，都会使得测量出现误差。
4总结
作为一种新兴的大气环境检测技术，差分吸收光谱技术有着无可比拟的优势。操作简单、运行成本低廉、维护方便、故障率较低等特点，使得差分吸收光谱技术在环境监测中被越来越多的运用。随着该技术的不断发展与研究，差分吸收光谱技术必将在大气环境检测领域取得良好的效果，成为防治环境污染、保护环境的尖端科技。
篇10
1 傅立叶红外光谱（FTIR）在纤维检验中的基本原理
傅立叶变换红外光谱仪（简称FTIR）具有扫描速度快、高分辨率、测定光谱范围宽等特点，并配备有功能很强的计算机系统，已经成为最有用的分析手段之一。在纺织品纤维检验中，当连续波长的红外光照射到纤维样品时，纤维分子就会选择吸收与其所含官能团固有振动频率相等的红外光，发生能级的跃迁，从而产生红外吸收光谱。红外光谱中的每一个特征吸收谱带都包含了试样分子中基团和化学键的信息。不同纤维的官能团不同，或单体的连接方式和空间相对关系不同，其产生的红外吸收峰的峰位和强度都会有所差异，将试样的红外光谱与已知红外光谱进行比较从而鉴别出纤维来[1]。
傅立叶变换衰减全反射红外光谱法（ATR-FTIR）是分析物质表层成分结构信息的一种技术，它具有对样品无破坏性、操作方便迅速、灵敏度高等优点[2]。ATR-FTIR可以有效地得到聚合材料的红外图谱，制样简单、非破坏性、能够保持样品原貌进行测定，可以实现原位、实时、无损测量，这对于各种纤维成分的定性鉴别特别方便。ATR 光谱法是一种表面取样技术， 所获得的主要是样品表面层的光谱信息， 因此尤其适合观测样品表面的变化[3]。
2 在纤维成分检验中常用的红外光谱技术
2.1 FTIR透射光谱技术
常规FTIR透射光谱分析方法不仅可以鉴定未知纤维的种属，还可以对简单的混纺样品进行混纺率的定量测定等，该方法比较成熟，被广泛地应用在纤维检验实践中。透射红外光谱分析方法，重点是样品的制样过程，不同的纤维要选择不同的制样方法，否则就会得不到预期的效果。制样方法主要有溴化钾压片法和溶解薄膜法、熔融铸膜法。溴化钾压片法适用于可用切片切成粉末的纤维，溶解薄膜法适用于锦纶、醋纤、氯纶等纤维，熔融铸膜法适用于热塑性合成纤维。上述制样方法都存在过程繁琐的缺点，近年来各种现代化红外附件的成功应用，为FTIR纤维检测提供了很大的便利[1]。
2.2 衰减全反射红外光谱技术
为克服红外光谱制样繁琐以及某些样品难以制样的不足，20 世纪 60 年代初出现了衰减全反射（ Attenuated Total Refraction，ATR） 红外附件。80 年代初将 ATR 技术开始应用到傅立叶变换红外光谱仪上，产生了傅立叶变换衰减全反射红外光谱仪（ Attenuated Total internal Reflectance Fourier Transform Infraredspectroscopy，简称 ATR-FTIR） [4]。ATR 的应用极大地简化了测试的流程，使纤维成分的检测变得方便而快捷。ATR技术对于分析纺织纤维样品，分析速度快、对样品无损坏、不消耗化学药品，结果准确可靠。
当二组分混合纤维的混合比在30%～70%范围内时，多数混合纤维的ATR谱图中出现两种纤维的独立特征峰，据此可以鉴别混纺纤维。少数难以鉴别的混纺纤维，可以先确定一种纤维，再以其作为参比光谱做差谱分析，从而对第二组分纤维进行定性分析。由于对光谱差减的次数越多结果越不可靠，因而目前运用ATR法鉴别混纺织物主要二组分织物和少数三组分织物，四组分以上的就很困难了。这也是红外光谱仪不能大量有效应用在纤维定性分析上的主要原因之一[5]。
2.3 近红外漫反射光谱分析
因为物体对光的散射率随波长的减少而增大，近红外谱区光的波长比中红外区短，其散射的效率比中红外区高，因此近红外谱区适合做漫反射光谱或散射光谱分析，可以得到较高的信噪比和较宽的线性范围。适用于固态、液体和气态样品的检测。近红外光谱的信息量丰富、图谱的稳定性高、取得图谱比较容易，结合现代数学方法和计算机技术，可以从复杂背景中提取微弱信息[6]。通过将近红外光谱所反映的样品基团或组成与用参比方法测得的数据采用化学计量学方法建立校正模型，然后通过对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成[7]。近红外漫反射光谱分析是一种极有发展前途的光谱技术。
2.4 显微红外光谱技术
傅立叶变换红外光谱加一个红外显微镜附件就可进行显微红外光谱分析，可以进行单根纤维的检测。显微傅立叶变换红外光谱法是一种微量分析技术，它的特点有：灵敏度高，检测限低，极少的样品（几纳克）就能获得很好的红外光谱图；样品制备简单，对不透光样品可直接测定反射光谱；显微镜光路调节简单，容易实现显微镜对样品待分析部位定位；分析过程不会对样品有任何损坏。在纤维检验中能够进行种类鉴别，同时能够鉴别单根双组分纤维的成分，从而为各种混纺纤维的鉴别提供简便有效的方法。
3 红外光谱技术在纤维成分检验中的研究进展
3.1 红外光谱技术在纤维定性中的应用研究
关于红外光谱技术在纤维定性中的应用已经比较成熟。近来的文献主要集中在快速检测技术上。烟台市产品质量监督检验所的孙琳琳等人利用傅立叶红外光谱（ ATR）对某单位送检两件未知纤维样品进行鉴别，并且对比了傅立叶红外光谱（ ATR） 法和依据纺织行业标准 FZ /T 01057. 8―1999 红外光谱法两种方法所得纤维样品的红外谱图，所得测试结果一致。证明ATR法具有分析速度快、样品需求量小、对样品无损、不消耗检材、结果准确可靠的特点[8]。
辽宁警官高等专科学校的阎巍等人利用傅立叶红外光谱（ATR） 法对不同品牌不同厂家以及同一品牌不同颜色的各组的羊绒、腈纶等纤维样品进行检测，其试验可以快速、准确地鉴定出上述各组纤维[9]。
浙江省纺织测试研究院的王晓晴等人采用傅立叶衰减全反射红外光谱技术（FTIR-ATR）对新型功能性纤维――海藻纤维进行红外光谱扫描，对比了散纤维和无纺布两种外观形态下的海藻纤维红外光谱图，其分析得出：在3300cm-1左右出现的宽峰、1200 cm-1～1000 cm-1处的较强吸收峰、1610cm-1～1560cm-1和1440cm-1～1360cm-1之间的强吸收尖峰可以一同构成鉴别海藻纤维的特征峰。试验结果表明， 用FTIR-ATR技术可以快速、有效地鉴别出海藻纤维[10]。
3.2 红外光谱技术在纤维定量中的应用研究
在红外光谱技术中，近红外光谱在纤维定量分析中应用相对较广。在混纺纤维含量测定方面，2010年，吕丹[11]利用近红外光谱技术，利用主成分分析法和多元线性回归方法建立了不同产地羊绒-羊毛混纺纤维的定量分析模型，研究结果表明：定量分析模型的相关系数和预测标准偏差达到了1.2061，能够对羊绒-羊毛混纺纤维的含量进行准确的预测。
同年，杨萌[12]用46个棉/氨混纺样品建立了分析精度较高的近红外光谱分析模型，用于检测棉/氨混纺产品中氨纶含量，模型的相关系数达到0.99，预测结果证实了利用近红外光谱技术快速检测棉/氨混纺产品的可行性。
与近红外相比，中红外更多地应用到定性分析，随着红外光谱研究的不断深入，中红外也被应用于混合物的定量分析。2010 年陶丽珍等[13] 选取 2900cm-1、1717cm-1、721cm-1特征吸收峰作为定量分析峰，用溴化钾压片的制样方法，对比分析了运用峰面积比测定涤/棉混纺比的方法，得出结论是比值法测试精度更高。
纤维混纺比定量分析主要集中在两组分混合物的分析。对于多组分的定量，国内研究并不是很多。陈斌、蔡斌[14]采用信号分析理论中的相关分析技术，将三组分的涤纶-棉-毛样品与二组分的棉-毛样品进行相关分析，建立了基于偏最小二乘（PLS）方法的近红外校正模型，并对余下样品进行了预测分析。结果表明，借助相关分析算法，毛含量的预测相对均方差和相关系数分别从3.5575、0.9855提高到2.7835、0.9876。试验证明，多组分相关分析技术可以在复杂混合样品中提取出待测组分的近红外光谱信息，为建立较高精度的校正模型创造了条件。
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篇11
[中图分类号] R285.5 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2014）08（c）-0111-04
Detection of concentration from Epimedium brevicornum Maxim. in processing line with AOTF near-infrared spectroscopy
YANG Li LI Jing LIU Cuihong XU Dingzhou LI Yu ZHONG Ming
Guangzhou Hanfang Pharmaceutical Co.， Ltd.， Guangdong Province， Guangzhou 510240， China
[Abstract] Objective To achieve online detection of the Epimedium brevicornum Maxim. concentration process using the AOTF near infrared spectroscopy. Methods The near infrared spectroscopy of Epimedium brevicornum Maxim. in the concentration process was obtained with acousto-optic tunable filter （AOTF） near-infrared spectrometer. Meanwhile the real-time sample was measured using off-line UV spectrophotometer. The calibration models were built up by adopting the first-order differential equation and partial least-squares （PLS1） and the accuracy of the models was evaluated through external validation and internal validation. Results The near-infrared spectroscopy data and the off-line UV-detected data were correlated and the result was satisfactory. The correlation coefficient was 0.98. The relative deviation of the flavonoids concentration was 0.596 mg/mL via internal validation and 1.380 mg/mL via external validation using the established model， which satisfied the demands of the concentration progress. Conclusion AOTF near-infrared spectroscopy technology provides effective real-time monitoring on the product quality， solving the problems of hysteresis with off-line detection.
[Key words] AOTF near-infrared spectroscopy； Online detection； Epimedium brevicornum Maxim.
近红外光谱分析仪产生于20世纪50年代后期，经过50多年的发展，先后经历了滤光片、光栅扫描、傅立叶变换、多通道、声光可调滤光器（AOTF）五代技术。目前已广泛应用于农业[1-3]、石油化工[4]、食品工业和制药工业及临床医院[5-7]等领域。近红外技术在制药行业最初用于测定溶液中的胺和酰胺化合物的含量和氢键的研究[8]。1966年，Sinsheimer等[9]利用近红外光谱分析了压制药粒中活性组分铵盐的含量。1977年Zappala等[10]采用近红外光谱测定了药片、胶囊、注射液和悬浮液中眠尔通的含量[10]。1984年，马氏距离被应用于鉴别药品原材料的种类[11]。1986年，Whitfield[12]建立了测定兽药粒丸中林可霉素含量的方法，这是美国食品与药物管理局（FDA）认可的首个近红外方法[13]。1987年，Ciurczak[14]发表了近红外光谱法应用于鉴别药品原材料的种类。在国内，应用近红外定性定量方法，李睿等[15]研究了中国伞形科阿魏亚族植物的分类；何淑华等[16]对吉林人参进行定性分析；李国辉等[17]对栽培和野生中药材灯盏花进行鉴别；李彦周等[18]近红外光谱技术在中草药分析中的应用中对中草药定量和定性分析进行了综述。
本研究表明，近红外光谱技术可应用与中药生产浓缩环节的质量实时监控，为中药生产和质量控制提供新的方法和思路。
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篇12
化学需氧量(COD)是评价水体污染的重要指标之一。COD测定的主要方法有高锰酸盐指数法(GB11892-89)和重铬酸钾氧化法(GTB11914-89)。高锰酸盐指数法适用于饮用水、水源水和地面水的测定。重铬酸钾氧化法(CODCr)适用于工业废水、生活污水的测定,但此法要消耗昂贵的硫酸银和毒性大的硫酸汞,造成严重的二次污染,且加热消解时间长、耗能大,缺点十分明显,已不适应我国环境保护发展的需求。为此,人们从不同方面进行了改进。
1标准法的改进
1.1消解方法的改进
为缩短传统的回流消解时间,早期进行的工作包括密封消解法、快速开管消解法、替代催化剂的选择等;近期的工作主要包括采用微波消解法、声化学消解法、光催化氧化法等新技术。
1.1.1替代催化剂的研究重铬酸钾法所用的催化剂Ag2SO4价格昂贵,分析成本高。因此,毕业论文研究Ag2SO4的替代物,以求降低分析费用有一定的实用性。如以MnSO4代替Ag2SO4是可行的,但回流时间仍较长。Ce(SO4)2与过渡金属混合显示出很好的协同催化效应,如以MnSO4-Ce(SO4)2复合催化剂代替Ag2SO4[1],测定废水COD,不但可降低测定费用,还可降低溶液酸度和缩短分析时间,与重铬酸钾法无显著差异。
1.1.2微波消解法如微波消解无汞盐光度法测定COD;微波消解光度法快速测定COD;无需使用HgSO4和Ag2SO4测定COD的微波消解法;氧化铒作催化剂微波消解测定生活污水COD等。Ramon[2]等采用聚焦微波加热常压下快速消解测定COD。
与标准回流法相比,微波消解时间从2h缩短到约10min,且消解时无需回流冷却用水,耗电少,试剂用量大大降低,一次可完成12个样品的消解,减轻了银盐、汞盐、铬盐造成的二次污染[3]。专著[4]对此作了较全面的总结。
1.1.3声化学消解法尽管微波消解时间短,但消解完后要等消解罐冷却至室温仍需一定时间。而超声波消解方便,设备简单,且不受污染物种类及浓度的限制,近年来已有一些应用研究[5]。钟爱国[6]使用自制的声化学反应器对不同水样进行了声化学消解试验,提高了分析效率,减少了化学试剂用量,COD测定范围150mg·L-1～2000mg·L-1,标准偏差≤615%,加标回收率96%～120%。超声波消解时,超声波辐射频率和声强是两个重要的影响因素。试验表明,超声波辐射标准水样30min时,低频(20kHz)、适当高的声强(80W·cm-2)有利于水样的完全消化。
1.1.4光催化氧化法紫外光氧化快速、高效,在常温常压下进行,不产生二次污染,因此对水和废水分析的优势特别突出。近几年来,半导体纳米材料作为催化剂消除水中有机污染物的方法已引起了人们的广泛关注。当用能量等于或大于半导体禁带宽度(312eV)的光照射半导体时,可使半导体表面吸附的羟基或水氧化生成强氧化能力的羟基自由基(·OH),从而使水中的有机污染物氧化分解。艾仕云等[7]提出纳米ZnO和KMnO4协同氧化体系,并据此建立了测定COD的方法,所得结果的可靠性和重现性与标准法相当。他们还使用K2Cr2O7氧化剂、纳米TiO2光催化剂测定COD[8]。通过光催化还原K2Cr2O7生成的Cr3+浓度变化,可以获得样品的COD值。但反应仍需恒温搅拌,反应液需离心过滤。操作烦琐,且不能在线快速分析。
1.2测定方法的改进
1.2.1分光光度法分光光度法测定COD是在强酸性溶液中过量重铬酸钾氧化水中还原性物质,Cr6+还原为Cr3+,英语论文利用分光光度计测定Cr6+或Cr3+来实现COD值测定。Inaga等以Ce(SO4)2作氧化剂,加热反应后测定吸光度,计算出COD值。Konno使用自制的比色计与PC机相联测定COD,所得结果与标准法基本一致。光度法测得COD值快速、准确、成本低等。目前,国内外不少COD快速测定仪均是基于光度法原理。如美国HACH公司制造的COD测定仪是美国国家环保局认可的COD测量方法。
1.2.2电化学分析法
(1)库仑法库仑法是我国测定COD的推荐方法,该法利用电解产业的亚铁离子作库仑滴定剂进行库仑滴定,根据消耗的电量求得剩余K2Cr2O7量,从而计算出COD。广州怡文科技有限公司和中国环境监测总站研制的EST22001COD在线自动监测仪,采用库仑滴定原理,测量范围5mg/L～1000mg/L;测量时间30min～60min,测量误差≤±5%FS;重复误差≤±3%FS,与手动分析具有很好的相关性。
(2)电解法此法既不外加氧化剂,也不加热消解水样,而是利用电化学原理直接测量水中有机物的含量,是COD测定方法的突破。方法原理基于特殊电极电解产生的羟基自由基(·OH)具有很强的氧化能力,可同步迅速氧化水中有机物,较难氧化的物质(如烟酸、吡啶等)也均能被·OH氧化。羟基自由基被消耗的同时,工作电极上电流将产生变化。当工作电极电位恒定时,电流的变化与水中有机物的含量成正比关系,通过计算电流变化便可测量出COD值。作者在这方面作了一些探索工作,取得了初步的结果[9,10]。由于水样不需消解,极大缩短了分析流程,还克服了传统方法中“二次污染”的问题。目前,这类仪器代表产品是德国LAR公司的Elox100A型COD在线自动监测仪h[11]。仪器测量范围从1mg/L～10000mg/L,最大可到100000mg/L,测量周期2min～6min。此仪器在欧美各国已得到较广泛的应用,在我国也获得国家质量监督检疫总局计量器具型式批准证书。
(3)其他电化学分析法Dugin[12]提出以Ce(SO4)2为氧化剂,利用pH电极和氧化还原电极直接测定电势从而测定COD值的方法。Belius2tiu[13]以两种不同的玻璃电极组成电池,通过直接测定电池电动势,对水样中COD值进行测定。赵亚乾[14]以一定比例的反应溶液回流10min后,冷却稀释,用示波器指示终点进行示波电位滴定测定COD。
Westbroek等[15]提出Pt-Pt/PbO2旋转环形圆盘电极多脉冲电流分析法,通过电化学方法产生强氧化剂,硕士论文有机污染物在圆盘电极表面直接氧化或与产生的氧化物质反应而间接被转化。伏安计时电流法和多脉冲计时电流法测COD,可在几秒中获得结果,而且可以在线监测。形成的强氧化媒介可使工作电极表面保持清洁。但方法检测限较高,不适合地表水或轻度污染水的测定。但德忠等[16]提出混合酸消解和单扫描极谱法快速测COD的方法。该法基于用单扫描极谱法测定混合酸(H3PO4-H2SO4)消解体系中过量的Cr6+,从而间接测定COD。混合酸消解回流时间只需15min。Venkata等[17]使用示差脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)进行电化学配位滴定确定有机金属络合物的络合能力,从而测定COD。
.2.3化学发光法根据重铬酸钾消解废水后其最终还原产物Cr3+浓度与COD值成正比关系,以及在碱性条件下,Luminol-H2O2-Cr3+体系产生很强的化学发光的原理,文献[18,19]提出一种用光电二极管做检测器测定水体化学需氧量的新方法。
1.2.4紫外吸收光谱法紫外吸收光谱法是通过测量水样中有机物的紫外吸收光谱(一般用254nm波长),直接测定COD。已有工作表明,不少有机物在紫外光谱区有很强的吸收,在一定的条件下有机物的吸光度与COD有相关性,利用这种相关性可直接测定COD。这种方法不像COD、总有机碳(TOC)方法那样明确,但在特定水体中有极高的相关性,也能真实反映有机物含量。基于紫外吸收原理测定COD的仪器已有生产。这类方法均不需添加任何试剂、无二次污染、快速简单,但前提条件是水质组成必须相对稳定。此方法在日本已是标准方法,但在欧美各国尚未推广应用,在我国尚需开展相关的研究。
2自动在线分析技术
流动分析(FA)用于水样COD的测定可将样品消解和测定实现一体化,留学生论文使整个过程实现在线化、自动化。Korinaga[20]提出以Ce(SO4)2为氧化剂,采用空气整段间隔连续流动分析法对环境水样中的COD进行测定,采样频率达90次/h,但需特制的阀,且管长达18m。陈晓青等[21]提出测定COD的流动注射停流法,系统以微机控制蠕动泵的启停,并记录分光光度计检测到的信号。由于停流技术的引入,解决了慢反应中样品的过度分散问题。
Cuesta等[22]提出COD的微波消解火焰原子吸收光谱-流动注射分析法。用微波加热消解样品,未被样品中有机物质还原的Cr6+保留在阴离子交换树脂上,Cr6+经洗脱后用火焰原子吸收光谱法测定。这种方法在检测中没有基体效应的影响。
尽管流动注射分析的优势突出,但仍免不了传统加热方式。为了提高在线消解效率,不得不加长反应管或采用停留技术,这又导致分析周期延长或低的采样频率。医学论文微波在线消解效果虽好,但去除产生的气泡使流路结构复杂化。但德忠等[23]将流动注射和紫外光氧化技术引入高锰酸盐指数的测定中,建立了紫外光催化氧化分光光度法测定高锰酸盐指数的流动分析体系,并对多种标准物质(葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾、草酸钠等)进行了研究,反应仅需约115min,回收率8310%～11110%,检测限为016mg/L。用此方法成功测定了COD质控标准(QCSPEX-PEM-WP)和英格兰普利茅斯Tamar河水样品。
Yoon-Chang[24]将光催化剂二氧化钛铺助紫外光消解与流动分析技术联用测定化学耗氧量,获得了好的相关性。李保新等[25]把化学发光系统和流动分析法结合测定高锰酸盐指数,有机物在室温条件下发生化学氧化反应,KMnO4还原为Mn2+并吸附在强酸性阳离子交换树脂微型柱上,同时过量的MnO-
4通过微型柱废弃。吸附在微型
柱上的Mn2+被洗脱出来使用H2O2发光体系检测。若换用职称论文重铬酸钟氧化剂,在酸性条件下,重铬酸钾还原生成的Cr(Ⅲ)催化Luminol-H2O2体系产生强的化学发光可测定COD。该方法已用于地表水样COD的测定。
基于流动技术,综合电化学技术、现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术、现代光机电技术研制的COD在线监测仪,一般包括进样系统、反应系统、检测系统、控制系统四部分。进样系统由输液泵、定量管、电磁阀、管路、接口等组成,完成对水样的采集、输送、试剂混合、废液排除及反应室清洗等功能;反应系统主要有加热单元或(和)反应室,完成水样的消解和的反应;检测系统包括单片机(或工控机)、时序控制和数据处理软件、键盘和显示屏等,完成在线全过程的控制、数据采集与处理、显示、储存及打印输
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