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2016年 36卷 09期
刊出日期：2016-09-01
光谱学与光谱分析
 
         光谱学与光谱分析
2725 MAX-DOAS仪器观测大气Ring效应及对气溶胶参数的敏感性研究
牟福生1, 3，谢品华1, 2，李 昂1，王 杨1，吴丰成1，徐 晋1，张 杰1，陈 浩1，孙友文1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2725-07
Ring效应是指大气中O2和N2分子对太阳光的转动拉曼散射致使太阳夫琅禾费结构变浅(被填充)的现象。大气气溶胶能够改变光子在大气中的光程和大气散射性质，进而影响到光子发生转动拉曼散射的几率(RSP)，最终影响填充效应。通过观测RSP在不同气溶胶状态下的变化，可以反演得到气溶胶参量信息。采用地基多轴差分吸收光谱(multi-axis differential optical absorption spectroscopy, MAX-DOAS)方法在晴朗无云天气下对Ring效应进行了观测，并把测量值和模型值进行了对比，两者一致性较好;选取大气辐射传输模型McArtim研究了在不同大气条件下Ring效应对气溶胶参数等的灵敏度，结果表明在大多数测量情况下，气溶胶光学厚度和边界层高度对RSP影响较大，在90°仰角时，AOD从0.1增加到1，RSP减少了24.6%，边界层高度从1 km增加到3 km，RSP增加了4.4%。研究表明，Ring效应对气溶胶光学厚度和边界层高度较为敏感，这为反演气溶胶的垂直分布提供了一种新方法。
2016 Vol. 36 (09): 2725-2731 [摘要] ( 394 ) PDF (6609 KB)  ( 328 )
2732 基于经验模态分解提高太赫兹频率分辨率的方法
卢 敏1，李小霞1，2*，尚丽平2，邓 琥1，2
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2732-04
太赫兹频率分辨率是影响物质鉴别的重要因素，但是由于太赫兹时域光谱系统中存在器件反射，使得参考信号和测量信号出现多个反射峰，时域信号长度截断导致频率分辨率很低。为了去除反射峰的影响，提出基于经验模态分解去除时域反射峰，从而提高太赫兹频率分辨率的方法。通过与太赫兹主峰的互相关定位时域反射峰，计算反射峰的上下包络和求平均值，获取本征模函数并代替反射峰，增加时域信号有效长度，提高太赫兹频域分辨率。空气中水蒸汽的太赫兹透射谱实验结果表明，该方法具有自适应去除多个反射峰的能力，对太赫兹时域信号修复效果良好，频率分辨率提高了12倍，而且未丢失有用的吸收谱信息，吸收峰的位置和个数与真实谱一致，很好地保留了太赫兹谱的鉴别能力。
2016 Vol. 36 (09): 2732-2735 [摘要] ( 321 ) PDF (1762 KB)  ( 313 )
2736 海洋气溶胶多光谱偏振特性研究
杨 斌1，2，颜昌翔1*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2736-06
为提高海洋气溶胶的反演精度，定量研究了气溶胶在可见近红外波段的多光谱偏振辐射特性。首先建立了合理的海洋气溶胶及海面模型，基于逐次散射法准确模拟了光在气溶胶中及大气—海洋交界面处的矢量辐射传输过程，接着从光谱角度定量分析了典型波段处的反射率和偏振反射率，在此基础上提出了海洋气溶胶偏振辐射的光谱分布模型，并用卫星数据对模型进行验证，最后研究了气溶胶光学厚度、观测角度、海水叶绿素a浓度和海面风速对气溶胶多光谱偏振辐射的影响。研究表明，在可见近红外波段不考虑大气吸收和耀斑效应时，气溶胶偏振辐射的光谱变化符合幂函数模型;在不同波段处，海洋气溶胶的偏振辐射受海水叶绿素a浓度和海面风速的影响不同;海洋气溶胶的多光谱偏振辐射信息有效体现了气溶胶的自身特性，且与反射率相比，偏振反射率随各因素的变化存在更明显的谱段差异性。因此，可以运用气溶胶的多光谱偏振信息反演海洋气溶胶参数，多光谱探测的加入对提高气溶胶反演精度具有重要意义。
2016 Vol. 36 (09): 2736-2741 [摘要] ( 355 ) PDF (3920 KB)  ( 579 )
2742 一种简单而有效的防止高温光谱实验中显微物镜温度过高的装置：空气吹扫装置
王 霏，刘 曦*，吕明达，张彦垚，张立飞，郑海飞
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2742-07
地球内部是一个高温高压环境。温度对于矿物的物理-化学性质有着非常重要的影响。随着温度的升高，矿物的分子振动、弹性模量、地震波波速等诸多性质有可能发生显著的变化，从而对地球内部的相关物理-化学过程产生非常重要的影响。高温谱学研究(如高温红外及高温拉曼)对了解矿物在高温下的物理-化学性质有着非常重要的意义。尽管高温谱学研究中常用的加热台带有冷却装置，能够确保加热台在很高温度下也能正常运转 (如1 500 ℃)，然而加热元件在高温下辐射出的大量热量可能使相关光聚焦物镜系统的温度急剧升高，从而造成热损伤，进而限制了高温谱学研究的温度范围。本文的创新点在于为克服这个困难，我们提供了一种简单而有效的防止高温光谱实验中显微物镜温度过高的装置，从而扩展高温谱学研究的温度范围。通过在物镜系统的附近添加了一套空气吹扫装置，加速空气流动而带走多余的热量，从而降低物镜系统的温度。测试表明：尽管这一装置非常简单，但却非常有效;当实验温度为～1 000 ℃时，物镜下表面的温度由原来的～235 ℃下降到～68 ℃。利用该空气吹扫装置，我们对镁橄榄石进行了温度高达～1 300 ℃的原位拉曼光谱研究，实验结果与其他研究报道的结果一致。这一事实表明，通过添加该空气吹扫装置，高温谱学研究可以比较容易地在超过1 300 ℃的高温下进行，所用物镜系统基本没有热损伤，从而避免采用能承受更高温度的不同材质的物镜或者运用长焦距物镜的昂贵办法。
2016 Vol. 36 (09): 2742-2748 [摘要] ( 360 ) PDF (2035 KB)  ( 411 )
2749 基于前向散射核函数拟合冰雪反射光谱各向异性
瞿 瑛1, 2，刘 强3, 4，刘素红2, 4
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2749-06
对地表反射光谱的各向异性进行建模和拟合，是遥感对地观测的重要研究内容。传统的线性核驱动模型拟合方法使用的核函数是基于植被覆盖地表辐射传输模型导出的，因此难以准确地描述冰雪覆盖地表前向散射强的特征。提出一种在线性核驱动模型中增加前向散射核函数的拟合方法，并采用地面多角度观测架测量的冰雪反射光谱对该方法的有效性进行了验证。验证结果表明该方法能够较好地拟合冰雪反射光谱的各向异性(R2=0.997 5, RMSE=0.022 6)，准确地反映冰雪前向散射较强的特征。通过对提出的方法与经验函数法、传统线性核驱动模型拟合方进行比较，可以发现线性核驱动模型方法明显优于经验函数拟合法，其中增加前向散射核函数能够显著提高对冰雪覆盖地表二向反射因子的拟合精度，并在各波段都有稳定的拟合效果。
2016 Vol. 36 (09): 2749-2754 [摘要] ( 376 ) PDF (3473 KB)  ( 442 )
2755 光泵THz激光器输出频率稳定特性研究
黄人帅，郭晓阳，孟庆龙，张 彬*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2755-05
在太赫兹(THz)成像、雷达探测、相干通信等许多应用领域中，THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型，推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。以光泵甲醇(CH3OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线，定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响，并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。研究结果表明：随着泵浦光功率的增加，THz激光频率的漂移量逐渐增加;随着THz腔内工作气体压强升高，THz激光的频率漂移逐渐下降;当泵浦光频率漂移量在一定范围时，将出现THz激光的频率漂移量极值，且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时，THz激光输出的频率漂移达到极值。由此可见，在实际工作中，不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、温度)，而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内，以提高THz激光的输出频率稳定性。
2016 Vol. 36 (09): 2755-2759 [摘要] ( 340 ) PDF (1946 KB)  ( 306 )
2760 不同变质程度煤燃烧反应性及FTIR分析其热解过程结构变化
李 娜1，刘全生1*，甄 明2, 赵 斌1，冯 伟1，宋银敏1，智科端1，何润霞1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2760-06
利用TG/DTA 6300的热重分析仪对胜利褐煤(SL)、神华烟煤(SH)与塔旺陶勒盖无烟煤(TT)三种不同变质程度的原煤进行空气气氛下燃烧反应;通过FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析了三种煤样及不同终温下固定床热解半焦的官能团组成;运用数学高斯函数对FTIR曲线重叠吸收峰进行分峰拟合，利用拟合峰面积计算FTIR的芳香度指数(R)、芳香结构稠合指数(D)及有机成熟度指数(C)结构参数。结果表明： SL，SH与TT煤着火温度分别为299.3，408.2及441.0℃;最大失重速率峰温度分别为348.6，480.5及507.0 ℃，即随煤样变质程度的不同，着火点和最大失重速率温度都不同程度提高。煤中官能团结构较复杂，不同变质程度的煤样的红外光谱曲线中均可以观察到羟基(—OH);脂肪烃(—CH2，—CH3);芳环(CC); 含氧官能团(CO， C—O)等主要官能团的振动吸收峰。随着热解炼焦温度的升高，三种煤样中脂肪烃类(—CH2—，—CH3)红外振动吸收峰均逐渐减小;炼焦后CO在1 700 cm-1伸缩振动峰在炼焦温度到达550 ℃时基本消失;SL原煤样在1 000～1 800 cm-1 含氧官能团吸收峰区域红外曲线更为复杂，随炼焦温度升高较之其他煤样变化最为显著;而SH及TT煤芳环CC吸收峰在温变过程中峰位及峰强度均无显著变化。通过R，D及C值随热解终温的变化曲线，三种变质程度煤在热解反应过程中主体官能团变化趋势存在差异。
2016 Vol. 36 (09): 2760-2765 [摘要] ( 339 ) PDF (2898 KB)  ( 646 )
2766 20种氨基酸近红外光谱及其分子结构的相关性
陶琳丽1，黄 伟1，杨秀娟1，曹志勇2，邓君明1，王姗姗1，梅凤艳1，张名伟1，张 曦1*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2766-08
旨在研究20种氨基酸的分子结构与其近红外光谱的相关性，为氨基酸近红外光谱在动物科学、食品和医药等方面的推广应用奠定一定的理论基础。应用岛津傅里叶变换红外光谱仪IRPrestige-21及其近红外附件FlexIRTM Near-Infrared Fiber Optics module，采集20种氨基酸标准物质在1 000～2 502 nm波长范围内的近红外光谱，分辨率8 cm-1，每个样品扫描3次，每次扫描50遍，取其平均值为氨基酸标准品的近红外光谱。根据氨基酸侧链基团的不同，分别比较脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸中各氨基酸分子结构与其近红外光谱的相关性。研究表明，20种氨基酸在1 000～2 502 nm区域有非常明显的近红外光谱吸收且差异显著。分子量较大的脂肪族氨基酸其近红外光谱受侧链基团的影响较大，而甘氨酸近红外光谱受羧基和氨基的影响较大;两种芳香族氨基酸近红外光谱的差异主要来自于苯环，酪氨酸苯环上的—OH基团降低了苯分子的对称性，导致更多振动吸收峰的出现;杂环氨基酸因其侧链上杂环分子基团构成不同，其近红外光谱在1 600～1 800 nm区域差异较大。综上，20种氨基酸主要存在4个特征光谱区：第1特征光谱区为1 050～1 200 nm主要由C—H基团的二级倍频构成;第2特征光谱区为1 300～1 500 nm主要由C—H基团的组合频构成;因侧链基团分子构成不同，在第3特征光谱区1 600～1 850 nm和第4特征光谱区2 000～2 502 nm表现出差异较大的特征吸收峰。因此，可以利用此4个近红外光谱特征区域对氨基酸进行定量和定性分析，提高氨基酸近红外光谱模型预测的准确性。
2016 Vol. 36 (09): 2766-2773 [摘要] ( 604 ) PDF (5030 KB)  ( 930 )
2774 稀疏降噪自编码算法用于近红外光谱鉴别真假药的研究
杨辉华1, 2，雒志超1，蒋淑洁1，张学博3，尹利辉3
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2774-06
近红外光谱分析技术作为一种快速、无损检测技术十分适用于真假药品现场鉴别。自编码网络作为当前机器学习领域研究的热点受到广泛关注，自编码网络是一种典型的深度学习网络模型，它比传统的潜层学习方法具有更强的模型表示能力。自编码网络使用贪婪逐层预训练算法，通过最小化各层网络的重构误差，依次训练网络的每一层，进而训练整个网络。通过对数据进行白化预处理并使用无监督算法对输入数据进行逐层重构，使网络更有效的学习到数据的内部结构特征。之后使用带标签数据通过监督学习算法对整个网络进行调优。首先对真假琥乙红霉素片的近红外光谱数据进行预处理以及白化预处理，通过白化处理降低数据特征之间的相关性，使数据各特征具有相同的方差。数据处理之后利用稀疏降噪自编码网络针对真假药品光谱数据建立分类模型，并将稀疏降噪自编码网络模型与BP神经网络以及SVM算法在分类准确率及算法稳定性方面进行对比。结果表明对光谱数据进行白化预处理能有效提升稀疏降噪自编码网络的分类准确率。并且自编码网络分类准确率在不同训练样本数量下均高于BP神经网络，SVM算法在少量训练样本的情况下更有优势，但在训练数据集样本数达到一定数量后，自编码网络的分类准确率将优于SVM算法。在算法稳定性方面，自编码网络较之BP神经网络和SVM算法也更稳定。使用稀疏降噪自编码网络对真假药品近红外光谱数据进行建模，能对真假药品进行有效的鉴别。
2016 Vol. 36 (09): 2774-2779 [摘要] ( 353 ) PDF (2425 KB)  ( 233 )
2780 基于FTIR，FT-Raman的脱毒繁育和硫磺熏制祁菊花的药用成分分析研究和光谱表征
王玉田，曹丽芳，杨 哲*，严 冰，张丽娟
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2780-04
采用傅里叶变换红外(FTIR)和拉曼(FT-Raman)光谱技术直接、快速地测定了脱毒繁育和硫磺熏制的三组不同祁菊花样品有效药用成分及含量的变化。对所测样品的FTIR，FT-Raman光谱进行分析对比，结果表明，三组祁菊花样品的FTIR光谱在1 800～500 cm-1区间多个红外吸收峰的强度存在明显差异，特征峰形状也略有差异。FT-Raman谱特征峰的形状有明显差异。FTIR和FT-Raman谱直观地反映出茎尖脱毒繁育会使祁菊花的挥发油、黄酮类物质等药用成分含量升高，硫磺熏制使其减少。FTIR和FT-Raman光谱技术为检测脱毒繁育及硫磺熏制引起祁菊花有效药用成分的变化建立科学依据，也为检测其物质成分含量提供一种有效方法。
2016 Vol. 36 (09): 2780-2783 [摘要] ( 371 ) PDF (1172 KB)  ( 127 )
2784 近红外光谱定量分析的改进ELM算法
张红光，卢建刚*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2784-05
极限学习机理论(extreme learning machine, ELM)作为一种新的化学计量学方法，在近红外光谱定量分析中的应用研究，已引起学术界的高度重视。然而，由于光谱数据维数较高，建立ELM模型时需要大量的隐节点，导致隐含层输出矩阵维数高且存在高度共线性，用现有的Moore-Penrose广义逆算法求取隐含层输出矩阵与待测性质间的回归模型往往会存在病态问题。基于ELM建立光谱波长变量与性质之间的回归模型，提出以ELM模型隐含层输出矩阵作为新的变量，采用作者最新提出的基于变量投影重要性的改进叠加PLS算法(stacked partial least squares regression algorithm based on variable importance in the projection，VIP-SPLS)，建立新变量与待测性质间的回归模型。VIP-SPLS算法充分利用了每个隐节点的输出信息，能有效解决高维共线性问题，同时具有模型集成的优点，从而改进了ELM模型的性能。将提出的改进ELM算法(improved ELM，iELM)应用于标准近红外光谱数据集，结果表明iELM模型的精度相对于现有的PLS模型和ELM模型分别显著提升了29.06%和27.47%。
2016 Vol. 36 (09): 2784-2788 [摘要] ( 321 ) PDF (1880 KB)  ( 500 )
2789 邻苯二甲酸二丁酯中红外吸收光谱的理论分析及检测
衣玲学，高 磊*，赵丽君，姜 晨，赵 昆
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2789-04
邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为邻苯二甲酸酯类(PAEs)，是一种常用的塑化剂。DBP极易转移进入大气、水体、土壤和食品中，对环境与人体健康造成伤害。应用第一性原理，采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法，在6-31G*基组水平上对DBP分子基态的平衡几何构型和能量进行优化，利用Gaussesview 5.0软件得到了DBP的红外(infrared, IR)振动光谱。与实验得到的DBP溶液的傅里叶变换红外光谱相比较，在400～4 000 cm-1波段范围内，理论模拟与实际测得的红外光谱的特征吸收峰基本保持一致，且实验测得的基团振动位置也可与红外理论基团特征峰位置相对应。考虑到实验条件以及温度等因素的影响，理论光谱与实验光谱吻合得较好。通过对实验光谱相对于理论光谱对应峰值的线性拟合发现，其相关度≥99%。这为DBP的检测与分析提供了一定的理论依据。
2016 Vol. 36 (09): 2789-2792 [摘要] ( 423 ) PDF (2281 KB)  ( 465 )
2793 基于LVQ与SVM算法的近红外光谱煤产地鉴别
李 明，陈 凡，雷 萌*，李 翠
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2793-05
传统煤产地鉴别方法一般以发热量、挥发分、粘结指数、哈氏可磨指数和坩埚膨胀序数作为分类指标，过程复杂耗时较多、耗费巨大的人力、物力并且无法直接快速的得到煤样产地等问题，借助近红外光谱技术快速无损检测的优势，利用基于SVM的留一算法对光谱数据集进行异常样本剔除，得到包含正确光谱信息的煤样光谱数据集，构造基于SVM算法与LVQ算法的定性分析模型，完成基于近红外光谱分析技术的煤产地的快速鉴别，无需对煤样的各种指标进行汇总并且人为预测。针对SVM分析模型中存在随机参数优化问题，引入PSO算法对SVM模型中的损失参数C和核函数半径g进行改进，得到最优参数，最后引入计算准确率的方法对比以上模型并进行评价分析。实验一共收集了加拿大、俄罗斯、澳大利亚、印度尼西亚、中国内蒙等5个地区的煤样光谱数据集，数据集共计305组煤样样本，其中异常样本共计10组，分别选择各国煤炭光谱的前31组作为训练样本，后6组数据作为测试样本，结果表明各分类模型的分类准确率均能达到75%以上，其中基于PSO算法改进的SVM分析模型的准确率可达到96.67%，仅一个样本出现问题，可快速高效地实现基于近红外光谱分析技术的煤产地的鉴别。
2016 Vol. 36 (09): 2793-2797 [摘要] ( 370 ) PDF (2990 KB)  ( 128 )
2798 基于近红外光谱的橄榄油品质鉴别方法研究
刘国海，韩蔚强，江 辉
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2798-04
目前市面上销售的橄榄油主要分为特级初榨橄榄油和普通初榨橄榄油两类，为了鉴别两种不同品质的橄榄油，提出了一种应用siPLS-IRIV-PCA算法的橄榄油品质鉴别的新方法。基于橄榄油的近红外光谱数据，应用联合区间偏最小二乘法(siPLS)对橄榄油的近红外光谱进行了波长区间优选，使用交叉验证均方根误差(RMSECV)评估模型的性能并选择最优波长区间，通过迭代保留信息变量(IRIV)算法从最优波长区间中选择特征波长，根据选择的特征波长构建主成分分析(PCA)模型。对90组特级初榨橄榄油和90组普通橄榄油样本进行了判别鉴定。PCA将1 427个波长变量作为输入变量，前两个主成分贡献率为51.891 8%和26.473 2%;siPLS-PCA将408个波长变量作为输入变量，前两个主成分贡献率为56.039 1%和36.235 5%;siPLS-IRIV-PCA将6个波长变量作为输入变量，前两个主成分贡献率为66.347 6%和32.304 3%。结果表明，与PCA和siPLS-PCA鉴别方法相比，siPLS-IRIV-PCA具有最佳的鉴别性能。
2016 Vol. 36 (09): 2798-2801 [摘要] ( 362 ) PDF (1779 KB)  ( 631 )
2802 常见皮革的近红外光谱快速判别分析
周 莹1，徐晓春1，陈启群1，傅霞萍2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2802-05
皮革种类的鉴定对生产控制、贸易过程和市场管理都具有重要意义，目前尚未有皮革种类鉴定的正式检测标准，皮革种类鉴定主要依靠感官法、燃烧法、化学溶解法、显微镜法等综合判定，对人员要求高，主观性强。利用近红外光谱技术对市场五种常见皮革样品(头层牛皮革、剖层移膜革、羊皮革、再生革和人造革)进行分析，利用判别分析法(discriminant analysis, DA)结合标准正态变量变换(multiplicative signal correction，MSC)、多元散射校正(standard normal variate，SNV)、一阶微分(first derivative)、二阶微分(second derivative)等光谱预处理方法进行分类鉴别。结果显示：上述五种革类在同一空间中重叠严重，但是利用样本反面光谱数据可以轻易将人造革和其他革类进行区分，误判率为1.2%，余下四种天然或加工革类重叠稍显严重，在同一个空间内同时对四种革类区分效果不是很理想，两两分组的分类效果较好，误判率13%～17.9%。而不同的数据处理方法在不同的判别分析模型中带来的效果也不尽相同，未发现一种能持续稳定为模型提供优化效果的预处理手段。上述数据说明采用近红外手段对于皮革种类进行判别是具有可行性的，由于本次取样来自于市场上的皮包、皮衣、皮带等最终产品，已经过染色、压花、覆膜等各种复杂处理，可能对模型带来一定的影响，如果能采取一些手段，如扩大样本量等，减弱这些影响，应该能得到更满意的结果。
2016 Vol. 36 (09): 2802-2806 [摘要] ( 332 ) PDF (2389 KB)  ( 250 )
2807 红外光谱技术在物证鉴定中的应用
余 静1*，张 云1，庞松颖2，王继芬3
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2807-05
物证鉴定过程中，利用仪器分析技术快速准确的检测物证的化学组成会有助于获取更多案件相关的信息，常用的技术手段有色谱、质谱和光谱技术。法庭科学实验室涉及鉴定的物证种类繁多、情形复杂，需要根据物证的种类和仪器特性决定使用何种分析方法。比如气相色谱-质谱联用技术具有高分辨率、高灵敏度、强鉴别能力的优点，常被用于火灾现场易燃液体等物证的检测分析。法庭科学实验室更常见的应用情形是对与案件有关的各种有机物证(墨迹、油漆、塑料等)及无机物(矿物、无机填料等)进行快速有效分析。红外光谱法是鉴定化合物和测定分子结构的最有效的常规分析方法之一，尤其在法庭科学领域物证鉴定中被广泛应用，红外光谱技术可用来确定物证的种类，同时红外光谱又是一种有效的比对检验手段，检验结果可以为法庭断案提供证据。该文综述了红外光谱技术在法庭科学文件检验、油脂检验、塑料检验、油漆检验、纤维检验以及常见毒品等物证检验领域的应用现状及最新的研究进展，并对红外光谱技术在物证鉴定领域的应用前景进行了展望，以期从实际应用的角度为法庭科学研究人员提供红外光谱技术在该领域的研究概貌。
2016 Vol. 36 (09): 2807-2811 [摘要] ( 359 ) PDF (889 KB)  ( 640 )
2812 PS微球阵列的制备与表面增强拉曼散射研究
李 彬1，2，牛 高2*，易 勇1，周秀文2，刘旭东2，叶 鑫2，王朝阳3*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2812-06
为了研究不同直径PS微球(表面溅射Ag膜)基底的表面增强拉曼散射(SERS)效应，制造了一个新的表面增强拉曼散射(SERS)基底。通过在n型(100)单晶硅片上采用旋涂的方法，得到不同直径的呈六角形有序排列的单层PS微球阵列，然后在PS微球阵列表面磁控溅射一层约30 nm的Ag膜。利用拉曼光谱仪以罗丹明R6G为探针进行了SERS光谱测定，分析比较了不同直径PS微球阵列的表面增强拉曼散射效应，结果表明，溅射有Ag膜的PS微球基底在不同直径下均有不同程度的SERS效应。随着微球直径的增加，PS微球阵列的起伏程度不断加强(粗糙度不断增加)，SERS信号逐渐增强，当球直径达到600 nm时，峰的增强信号达到最大，进而获得了一个最优化的SERS基底。同时发现在基底上获得了高信噪比的R6G的SERS光谱, 与苯环相关的一系列CC双键伸缩振动特征谱以及与苯环相关的面内、面外变形振动特征谱均获得了明显增强。这种单一的大区域的拉曼散射基底，呈现出高低相间起伏分布的微观形貌，不同PS微球之间的空隙和深度有很明显的不同，能够显著改善表面Ag膜颗粒的大小和分布，进而提高了PS微球基底的SERS活性。该基底所具有的特殊阵列结构使其在利用SERS探究化学和生物等领域的单分子结构有很大的应用潜力。
2016 Vol. 36 (09): 2812-2817 [摘要] ( 410 ) PDF (3200 KB)  ( 394 )
2818 拉曼光谱技术研究男性生殖生育
黄祖芳1*，曹 刚1，孙 艳2，杜生荣2，李永增1，林居强1，冯尚源1，雷晋萍1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2818-05
拉曼光谱通过记录光与物质作用时频率的改变，进而获得物质分子振动、转动信息，从而实现物质分子结构及其变化的检测。相比于常规生化检测分析方法，拉曼光谱技术具有无损、非标记检测及对检测样品要求低等优点。 拉曼光谱技术已广泛应用于生物医学领域的研究，如人体组织、器官、细胞以及人体体液的各种疾病诊断、检测研究。本文主要综述了拉曼光谱技术在人体精液的研究进展，首先介绍了拉曼光谱技术(包含表面增强拉曼光谱)在法医学领域针对精液整体开展的研究及相关的数据处理方法，然后重点介绍拉曼光谱在男性生殖生育方面的研究，即分别介绍了可客观反映精液质量及男性生殖生育能力的基于精液(精浆)拉曼光谱的定性和定量检测分析;另外，介绍了基于显微拉曼光谱技术开展的单精子水平的精子质量的刻画和评估，以及目前研究初步获得的有望用于优质精子判别的拉曼光谱标记指标，最后展望了拉曼光谱技术在生殖生育领域的应用发展前景。
2016 Vol. 36 (09): 2818-2822 [摘要] ( 314 ) PDF (1804 KB)  ( 627 )
2823 清代绿色蟠龙邮票印刷材料无损分析
甘 清1，季金鑫1，姚 娜1，王纪刚1，周文华1*，周 忠1,2，施继龙1*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2823-04
利用超景深三维视频显微镜， 激光显微共聚焦拉曼光谱仪和扫描电镜-能谱仪对一张清代绿色蟠龙邮票样品的纸张， 油墨等印刷材料进行无损分析。结果表明，该样票采用手工雕刻凹版印刷，所用承印物为长纤维机制纸，未经过涂布， 无水印， 背胶;纸张填料中含有Al， Si等元素，推断纸张填料可能是高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)之类的物质。绿色油墨包含了蓝色普鲁士蓝(Prussian Blue，Fe4[Fe(CN)6]3·14-16H2O)和黄色铬酸铅[Lead(Ⅱ) chromate，PbCrO4]颜料，根据印刷色彩学色料减色和色光加色理论分析，邮票样品呈现的绿色是由蓝色颜料普鲁士蓝和黄色颜料铬酸铅混合呈色的结果;油墨填料中含有Na， Mg， S， Cl， K， Ca， V， Zn， Ba等元素，推断油墨填料为MgCO3， CaCO3， BaSO4等物质。上述三项技术联用，在邮票等纸质品的无损分析中具有广阔的应用前景。
2016 Vol. 36 (09): 2823-2826 [摘要] ( 332 ) PDF (2951 KB)  ( 318 )
2827 东营凹陷岩盐原生流体包裹体中子矿物类型的拉曼光谱分析及其地质意义探讨
王鑫涛，陈 勇*，周瑶琪，何 川
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2827-08
准确鉴定赋存于流体包裹体中的子矿物对于揭示沉积、成岩和成矿等地质过程中相关流体的地球化学信息具有重要的意义。而应用显微激光拉曼光谱技术分析子矿物的类型具有原位无损、灵敏度高、稳定性好以及简便快捷等优势，目前已得到了广泛地应用。利用显微激光拉曼光谱技术，首次对东营凹陷始新统沙四下亚段岩盐原生流体包裹体中子矿物的类型进行了准确地鉴定，并在此基础上，详细地探讨了子矿物对东营凹陷始新世盐湖古卤水地球化学特征的指示意义。研究结果显示： 东营凹陷沙四下亚段岩盐原生流体包裹体中普遍发育有硬石膏(CaSO4)和四水泻盐(MgSO4·4H2O)两类子矿物。其中，硬石膏子晶以1 018 cm-1的拉曼特征峰强度最大，同时还存在其它5个附属拉曼特征峰，依次为500，611，629，676和1 131 cm-1;而四水泻盐子晶以1 000 cm-1的拉曼特征峰强度最大，并且还存在其他三个附属拉曼特征峰，分别为462，618和1 156 cm-1。这两类子矿物的存在表明岩盐的原始析盐母液中含有少量的CaSO4和MgSO4成分，且此时正值盐湖古卤水的早期蒸发析盐阶段，即： 硫酸盐析出阶段的结束与氯化物盐析出早期阶段的开始，以析出石盐为主。此外，结合硬石膏和四水泻盐的沉淀温度，明确了东营凹陷始新世盐湖在早期蒸发析盐阶段时期，古卤水的温度介于37~61 ℃之间，表现为干旱的沉积环境。
2016 Vol. 36 (09): 2827-2834 [摘要] ( 359 ) PDF (5639 KB)  ( 258 )
2835 基于银溶胶表面增强拉曼光谱对菠菜毒死蜱农药的快速检测
翟 晨，徐田锋，彭彦昆，李永玉*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2835-06
利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术，建立了一种用于菠菜中毒死蜱农药残留的非破坏、快速检测方法。以碱性环境下盐酸羟胺还原法制备的银溶胶作为表面增强剂滴涂于菠菜样品表面后，采用实验室自行搭建的拉曼系统直接采集样品的拉曼信息，该方法无需对样品进行前处理，可以实现菠菜中毒死蜱含量的实时在线定量分析。采集24片不同毒死蜱含量的菠菜样品拉曼光谱，每个样品采集20个点。拉曼信号采集后，用气相色谱法对24个菠菜样品中毒死蜱含量进行检测。为了消除光谱噪音以及荧光背景对分析建模的影响，分别采用Savitzky-Golay平滑和有效峰线性拟合法对原始拉曼光谱进行预处理。该表面增强拉曼方法具有较好的重复性，实验中对50个相同毒死蜱含量，但不同状态的菠菜进行光谱采集，其相对标准偏差为13.4%，说明该方法具有一定的普适性。光谱预处理后，选取615.5~626.4 cm-1波段为感兴趣区域，建立0.05~37.4 mg·kg-1浓度范围内毒死蜱含量的多元线性预测模型，结果表明感兴趣区域的拉曼信号和毒死蜱浓度呈良好的线性关系，其校正集和验证集相关系数RC和RP分别为0.961和0.954。该方法的最低检出含量为0.05 mg·kg-1，低于国家标准规定的农药残留最大限量。该方法简单快速，无需样品前处理，可以实现果蔬的农药残留快速、定量检测。
2016 Vol. 36 (09): 2835-2840 [摘要] ( 336 ) PDF (2782 KB)  ( 603 )
2841 2,2′-联苯醚二甲酸和邻菲啰啉构筑的单核铽(Ⅲ)配合物：荧光性质及对Fe3+的发光传感
张德春1，2，3，周 鑫2，李 夏2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2841-05
采用水热法合成了一种新的配合物[Tb(2,2′-oba)2(phen)2]-(H+3O) (2,2′-oba=2,2′-联苯醚二甲酸，phen=1,10-邻菲啰啉), 并用X-ray单晶衍射仪测定了晶体结构。配合物是由两个邻菲啰啉和两个2,2′-联苯醚二甲酸铽离子构成的单核分子。配合物的荧光光谱在489，546，584和622 nm处出现发射峰，归属为中心Tb3+5D4→7FJ(J=6-3) 跃迁产生的特征荧光。在546 nm处的发射最强，对应于5D4→7F5跃迁，为绿光。探讨了不同金属阳离子对配合物的荧光效应影响。实验结果表明Fe3+对配合物具有显著的荧光猝灭作用，在生理环境pH 4.0～8.0范围内仍然适用，因此配合物可用于生命体系中的Fe3+作荧光探针。
2016 Vol. 36 (09): 2841-2845 [摘要] ( 330 ) PDF (2381 KB)  ( 156 )
2846 氮掺杂碳量子点的合成及作为荧光探针对Hg2+的检测
李玲玲，倪 刚*，王嘉楠，李 静，李 微
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2846-06
与传统量子点相比，碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料，由于其良好的生物相容性、易于表面功能化、低毒性等优点受到了广泛关注。采用柠檬酸为碳源，氨水为氮源，热解法制备出水溶性好的氮掺杂碳量子点(NCDs)。透射电镜(TEM)观察NCDs的粒径在3 nm左右;X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FIIR)证明NCDs的表面被羧基、氨基、羟基、羰基等官能团功能化，说明NCDs有很好的水溶性。研究还发现Hg2+对NCDs的荧光有良好的猝灭作用，可作为荧光探针检测水中Hg2+含量。在PBS缓冲液中(0.1 mol·L-1 pH 7.0)，NCDs的荧光猝灭率(F/F0)与汞离子浓度在0.001～0.1 μmol·L-1之间存在良好的线性关系，检出限为2.1 nmol·L-1。该方法灵敏度高、选择性好、方法简便，可应用于Hg2+快速、灵敏的检测。
2016 Vol. 36 (09): 2846-2851 [摘要] ( 382 ) PDF (4495 KB)  ( 632 )
2852 金盏菊根际圈黄土溶解性有机质对Pb/Cd赋存形态原位调控机制的光谱学证据
范春辉1，徐慧荟1，张颖超2
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2852-06
在污染场地植物修复过程中，植物根系通过释放活性分泌物主动适应和抵御污染胁迫，直 (间) 接影响根际圈土壤DOM的结构组成。现阶段，植物修复的关注点主要集中于污染物的吸收、转运、累积和解毒行为，对于根际圈土壤DOM的探讨略显不足。以Pb/Cd复合污染黄土区金盏菊幼苗为研究对象，分析根际圈黄土Pb/Cd赋存形态、金盏菊生长状况等宏观差异，借助紫外可见光谱(UV)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)明确Pb/Cd胁迫前后根际圈黄土DOM的微观性质。结果表明：根际圈黄土Pb/Cd以残渣态和可交换态为主，金盏菊生长周期结束后可交换态Pb/Cd含量有所升高。Pb/Cd胁迫抑制了金盏菊株高和出苗率，其生长周期有助于改善黄土理化性质。胁迫后金盏菊根部呈现细长、弯曲且萎缩的迹象;DOM紫外光谱最大吸收区间位于200～240 nm，但胁迫后的图谱波峰更加尖锐，峰强更大。Pb/Cd胁迫导致DOM红外吸收峰分别从3 444和1 637 cm-1移动至3 440和1 645 cm-1，其中存在重金属离子与OH和CO结合效应。DOM荧光峰集中在λex/em=240/430附近(紫外区类富里酸荧光峰)，Pb/Cd胁迫对荧光峰强干扰较大，而对荧光峰位基本没有影响。金盏菊根际圈黄土DOM能够提供重要的微生态环境信息，光谱学手段能够一定程度上揭示其与Pb/Cd赋存形态的构效关系。
2016 Vol. 36 (09): 2852-2857 [摘要] ( 368 ) PDF (2543 KB)  ( 296 )
2858 LIF技术与PLS-DA算法联合辨识矿井涌水水源类型的研究
闫鹏程1，周孟然1*，刘启蒙2, 3，王 瑞1，刘 骏1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2858-05
快速的矿井涌水水源辨识对于矿井的水灾预警及灾后救援意义重大。常规方法使用离子浓度做为判别因子，耗时过长，因此提出一种激光诱导荧光光谱(LIF)技术与偏最小二乘判别分析(PLS-DA)算法联合快速辨识矿井涌水水源类型的方法。实验使用405 nm激光对被测水体进行激发，获取矿井5个不同含水层100组水样的荧光光谱，根据光谱曲线特征，对数据进行压缩处理，获取合适的光谱数据。每种水样使用15组共75组光谱数据作为建模集，剩余的25组水样的光谱数据作为测试集。为验证实验结果，设计了簇类的独立软模式(SIMCA)算法与PLS-DA算法构建的实验模型进行对比。实验发现矿井不同含水层水样的荧光光谱差异较大，在不进行任何预处理的情况下，以PLS模型为基础的PLS-DA算法较SIMCA算法的建模正确率高，达到了100%，其校正及验证结果与实际分类变量的相关系数均大于0.951，校正集均方根误差(RMSECV)和验证集均方根误差(RMSEP)均小于0.123，利用模型对测试集中五种水样样本的识别正确率均为100%。
2016 Vol. 36 (09): 2858-2862 [摘要] ( 316 ) PDF (2547 KB)  ( 125 )
2863 泾渭河交汇区域平水期水体和表层沉积物溶解性有机质的光谱性质
范春辉1，常 敏1，张颖超2
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2863-07
溶解性有机质是环境生态学者关注的典型对象，其对环境质量的指示作用以及修复策略的效果评价具有重要参考价值。现阶段，对于河流和沉积物DOM的研究略显不足，尤其考虑到目标组分的动态差异 (时空、水文、环境、尺度等)，相关方面的精细化研究便显得尤为必要。以泾渭河交汇区域(陕西西安高陵段)水体和表层沉积物为研究对象，通过光谱联用技术(元素分析、UV、FTIR、Raman、3D-EEMs和NMR) 深度揭示其微观特征。研究表明：沉积物DOM的H/C和N/C比都高于水体DOM，说明沉积物DOM碳氢饱和度更高，同时含有更多含氮组分。DOM紫外吸光度随吸收波长的增加逐渐下降;水体DOM吸收平台极弱，但沉积物DOM发现较明显的吸收平台(240～310 nm)。DOM含有—OH，CC， C—O等基团，沉积物DOM官能团性质略为复杂，具体体现在峰形和峰强的局部差异上。水体和沉积物DOM的Raman图谱相似，基本无法给予有效的区别信息。水体DOM荧光峰归属为可见光区类色氨酸和紫外区类富里酸，以陆源有机质为主;沉积物DOM荧光峰均属于紫外区类富里酸荧光峰，没有发现类蛋白组分特征峰。水体和沉积物DOM具有类似的C骨架，但沉积物DOM的脂族特性更明显。1H NMR结果表明碳水化合物H含量较高，而芳香族H、γ-H等含量较低。总体认为水体DOM的陆源性更加明显，沉积物DOM组分更为复杂和“年轻”。相关结果有助于深度明晰典型环境体系DOM的微观性质和环境行为。
2016 Vol. 36 (09): 2863-2869 [摘要] ( 384 ) PDF (2290 KB)  ( 529 )
2870 NS-乙酸酐法制备TBSI及其光谱分析
侯绍刚1，贾太轩1*，张换平1，李红良2，赵 凌1，田大勇1，王 体1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2870-04
研究采用乙酸酐为溶剂，NS-乙酸酐法制备N-叔丁基-双(2-苯并噻唑)次磺酰胺(TBSI)，通过FTIR，XRD，UV-Vis和TG-DTA对其进行检测和表征，揭示出TBSI的微观结构和内在规律性。FTIR揭示了TBSI分子内部各元素之间的化学键键型。XRD从晶胞参数、晶面指数等晶体学数据，变换出TBSI晶体微观结构，完成TBSI物相组成和结构的定性鉴定。UV-Vis检测出了TBSI在228.3，281.3和298.3 nm有三个吸收峰，分别为TBSI分子中的n→σ*，π→π*，n→π*的电子跃迁产生的，为企业TBSI产品质量检测，提供了基础数据。TG-DTA检测出TBSI的质量变化与热效应两种信息，DSC曲线在46.5，188.9和368.5 ℃分别出现了吸收峰，46.5 ℃吸收峰是样品残留少许溶剂的挥发产生的，188.9和368.5 ℃分别为相变峰和分解峰，TBSI分解温度偏高，为采用硫化仪研究TBSI的橡胶硫化性能提供参考。研究为企业选定工作标准品，对TBSI工业化生产进行跟踪检测，评判TBSI的产品性能指标，填报立项TBSI化工行业标准的申报，撰写标准草案提供基础实验数据。
2016 Vol. 36 (09): 2870-2873 [摘要] ( 331 ) PDF (1495 KB)  ( 230 )
2874 大豆硒蛋白构象的光谱法研究
胡 勇，吴小勇*，钟南京，徐金瑞
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2874-05
采用荧光光谱、紫外光谱并结合红外光谱对比研究了大豆硒蛋白和大豆蛋白的结构区别，并用荧光相图法分析了脲诱导下两种蛋白的去折叠过程。考察了温度、pH值对大豆硒蛋白质构象的影响，同时对其乳化稳定性能进行了测定。结果表明，与大豆分离蛋白相比，大豆硒蛋白分子中的共价二硫键受到破坏，分子内氢键作用减弱，疏水相互作用增强，蛋白质分子发生伸展。大豆硒蛋白在溶液中只呈现“折叠”和“松散”两种状态，与大豆蛋白相比更容易被水解变性。升高温度，大豆硒蛋白溶液存在明显荧光热猝灭效应，疏水性逐渐增强，蛋白质分子趋于折叠。在pH值2.8～8.0的范围内，大豆硒蛋白的Trp残基主要分布于其分子外部的极性环境中，并随pH值变化在等电点两侧呈现不同的构象变化。在酸性环境中大豆硒蛋白较易发生从松散到折叠的构象转变，碱性条件则较有利于大豆硒蛋白以松散的结构存在。此外，基于紫外光谱数据分析了大豆硒蛋白乳化特性，结果表明降低温度有利于增强大豆硒蛋白的乳化性能，但使其稳定性能下降。
2016 Vol. 36 (09): 2874-2878 [摘要] ( 310 ) PDF (2427 KB)  ( 308 )
2879 共振光散射法研究硫酸粘杆菌素与牛血清白蛋白间的反应机理
张秋菊，刘保生*，李改霞，韩 荣，吕运开
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2879-05
在pH 7.40缓冲溶液条件下，以牛血清白蛋白(BSA)为检测对象，利用共振光散射法分别研究了298，310，318 K三个温度下BSA和硫酸粘杆菌素(CS)之间的相互作用机理。结果证明：该体系在反应过程中，主要的猝灭方式为生成新物质的静态猝灭;n值约为1，表明CS与BSA发生作用时只有一个结合位点;由热力学参数得知该体系的反应过程是自发进行的，药物与蛋白质主要是通过静电力结合;Hill系数约等于1，表现为零协同作用。将所得实验数据与荧光猝灭法所得数据进行比较，比较显示：利用共振光散射法所计算的猝灭参数(Ksv，Kq，n，Ka)与荧光猝灭法所得猝灭参数数值相似，猝灭结论一致，验证了该方法的正确性，说明共振光散射法用于研究蛋白质与药物的相互作用是可行的。共振光散射法与检测物质本身有无内源荧光无关，因此也可以用于没有内源荧光物质的研究，这使小分子与蛋白质相互作用的研究方法得到拓宽。
2016 Vol. 36 (09): 2879-2883 [摘要] ( 555 ) PDF (1450 KB)  ( 304 )
2884 利用荷花与睡莲对沉积物中重金属的修复研究
宋 力1,2，黄勤超2，黄民生2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2884-05
选取水景植物荷花、睡莲对黑臭河道沉积物中重金属进行修复，用ICP-AES全谱直读电感耦合等离子发射光谱法测定沉积物、植物中重金属镉、铬、铜、镍、铅的总量与形态的量，重金属在植物中分布。结果表明：荷花对沉积物中重金属平均去除率为20.42%，睡莲为18.23%;睡莲、荷花种植后沉积物重金属形态的量呈减小趋势，经植物修复后沉积物中铬、铅、镍的主要形态为残渣态，镉、铜的主要形态为弱酸溶解态。铜、镍在睡莲中的分布特征为茎<叶<根，镉和铅为叶<茎<根，铬为茎<根<叶。铬、镍在荷花中分布为根<叶<茎, 铜为叶<根<茎，镉、铅主要积累在荷花的叶部组织。
2016 Vol. 36 (09): 2884-2888 [摘要] ( 359 ) PDF (2053 KB)  ( 283 )
2889 非接触式颜色测量参数的最优化研究
万晓霞1，付 马1，黄新国2，谢 伟1，李俊锋1，刘 强1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2889-05
颜色测量设备获取的光谱数据或色度数据应能够真实客观的表征物体的颜色信息。针对不能直接与测量仪器接触的测量目标，需要采用非接触式颜色测量方法获取其颜色信息。根据光谱辐射度理论分析可知，非接触式颜色测量过程中照明距离、测量距离及曝光时间的变化对测量结果有较大影响，而已有研究成果中并未深入研究测量参数的变化对测量结果的影响。为了在非接触式颜色测量过程中得到准确的结果，提出了一种基于正交试验的非接触式颜色测量参数的最优化方法。实验通过光谱辐射度计(PhotoResearch705, Photo Research 公司, 美国)获取不同参数组合条件下标准色卡(GretagMacbeth ColorChecker Rendition Chart)的颜色信息，结合极差分析法和方差分析法，实验结果显示测量值与标准值的色差CIEDE2000最小为0.878 8ΔE，最大为1.543 1ΔE，表明该方法能有效的选取最佳参数组合，并能分析各参数对测量结果影响的大小。
2016 Vol. 36 (09): 2889-2893 [摘要] ( 361 ) PDF (2250 KB)  ( 556 )
2894 新型羧酸卟啉锌(Ⅱ)配合物与人血清蛋白的作用
江怿雨1，王湘利1，汪华华1，张 蕾2*，王 惠2*，计亮年2,3，刘海洋1, 2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2894-07
卟啉是一种潜在有效的光动力治疗癌症的光敏剂，部分已用于临床实验中。人血清蛋白(HSA)是药物的运输载体，详细研究两者的相互作用对于阐述卟啉类药物的药代动力学行为具有重要的意义。合成了一种新型水溶性羧酸锌(Ⅱ)卟啉配合物(2-Zn)，并通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色(CD)光谱和分子对接模拟研究了其与人血清蛋白(HSA)的相互作用。结果表明：2-Zn以静态猝灭的方式猝灭了HSA的内源荧光，通过计算得到其与HSA在298和310 K下相互作用的猝灭常数分别为1.96×104和1.37×104 L·mol-1、结合常数分别为1.93×104和1.50×104 L·mol-1、结合位点数均为1，两者间的结合作用力以静电作用为主，同时也存在氢键和疏水作用。位点竞争实验表明2-Zn主要结合在位点Ⅱ处;根据Forster非辐射能量理论得到两者的结合距离和能量转移效率分别为4.01 nm和0.163。紫外吸收光谱，同步荧光和CD光谱显示2-Zn与HSA的相互作用影响了HSA 的构象，表现为α-螺旋的含量降低;分子对接模拟结果表明2-Zn通过疏水、静电和氢键作用嵌入HSA分子的亚结构域IIIA(site Ⅱ)的疏水腔内，与位点竞争实验和热力学判据所得的结果相一致。
2016 Vol. 36 (09): 2894-2900 [摘要] ( 332 ) PDF (2751 KB)  ( 139 )
2901 可拓神经网络模式识别对成品油的鉴别与测量
张立国1，3，陈至坤1, 2，王 丽1*，曹丽芳1，严 冰1，王玉田1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2901-05
燃油存在“消耗量大”、“相对低质”、“前端缺少清洁”、“末端排放缺乏控制”四大问题, 我国的空气污染60%以上来自煤和油的燃烧，雾霾问题很大程度上取决于能源问题。快速准确地实现汽油、柴油、煤油等成品油的鉴别与测量，对于实施空气污染监测及治理具有重要意义。在精确地表征成品油种类信息的基础上，为了提高网络模型的识别效率，采用主成分分析方法将高维空间进行降维处理。对最常用的三维荧光光谱基于激发-发射矩阵(excitation-emission matrix, EEM)数据进行主成分分析以提取更精细、更深层的特征参量。分类过程中应用交叉验证的方法避免发生“过拟合”现象。设计鉴别和测量双重处理的神经网络，将神经网络模式识别结果反馈到浓度网络的输入端，与相对斜率、综合本底参数、相对荧光强度一起测量相应种类的浓度输出，利用可拓神经网络模式识别技术实现成品油的鉴别与测量。应用可拓神经网络方法实现成品油种类模式识别的平均识别率达到0.99，浓度平均回收率为0.95。模式识别平均耗时为2.5 s，仅为PARAFAC模型分析方法的48.5%。该方法显著提高了运算速度，且应用效果理想。需要指出的是，在分析诸如成品油、茶叶、农药等成分复杂的混合物时，应针对具体待测物制作相应的校正样本，用以确保分析的准确性与精度。
2016 Vol. 36 (09): 2901-2905 [摘要] ( 326 ) PDF (1631 KB)  ( 247 )
2906 唾液中富组氨酸多肽的免标记快速检测
肖赛金1，左 军1，董晓峰2，赵晓静1，张 立3*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2906-05
唾液中含有多种生物活性成分，包含部分可用于疾病诊断的生物标志物。相比于血液和尿液，唾液的收集过程更为简便且其收集过程具有完全无创的优点。唾液代替血液、尿液在无创疾病诊断中的作用已日益显现。富组氨酸多肽是由唾液腺分泌的一类富含组氨酸的小分子阳离子多肽，与口腔健康密切相关。近年研究更表明，唾液富组氨酸多肽的浓度与HIV-1、艾滋病等疾病相关。因此，富组氨酸多肽的检测对于口腔健康监控、疾病诊断等具有重大的意义。根据叠氮基与富组氨酸结构域发生较强的氢键作用后给电子能力减弱的原理，建立了富组氨酸多肽的免标记、快速检测方法。实验结果表明，富组氨酸多肽——Histatin 5与3-叠氮基香豆素相互作用后，荧光强度显著增加，当Histatin 5浓度为0.23～31.05 μmol·L-1时，荧光增加值与浓度呈现很好的线性关系，线性相关系数r=0.994，检出限为72 nmol·L-1(3σ/k)。唾液中常见的游离氨基酸和蛋白质不干扰Histatins 5的测定。本方法已成功地测定了唾液中的富组氨酸多肽，加标回收率在96.7%～111.6%之间，表明本方法具有很好的准确性。与现有的唾液分析方法相比，本方法具有简单快速、成本低的优点，并有望为基于唾液的无创、非侵入性诊断提供新方法。
2016 Vol. 36 (09): 2906-2910 [摘要] ( 324 ) PDF (2193 KB)  ( 602 )
2911 基于光谱特征的北京城区植被滞尘分布反演
王皓飞1,2，房 娜3，晏 星4，陈凡涛1,2，熊秋林1,2，赵文吉1,2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2911-08
植被叶片的滞尘量可以表征空气污染的程度, 分析城市植被滞尘的空间特征对于制定更为有效的空气污染控制政策具有重要的现实意义。基于北京市主城区采集的大叶黄杨、国槐、毛白杨和山桃等四种典型绿化植被叶片的滞尘量、光谱反射率和叶面积等数据，比较四种植被叶片滞尘前后的光谱曲线，进行窄波段与卫星波段滞尘前后叶片光谱反射率比值与滞尘量的相关分析。然后，分别建立相关性最大的卫星波段反射率和NDVI与滞尘量之间的回归模型, 选取拟合较好的模型反演北京城区植被的滞尘量分布，进而插值得到整个北京城区的尘埃分布。最后，根据高滞尘区域周围的土地覆盖和土地利用以及滞尘期间PM10浓度的空间分布对反演的的合理性进行检验。结果表明：在780~1 300 nm波段，大叶黄杨、国槐、毛白杨和山桃四种植被的滞尘叶片反射率均明显低于干净叶片;窄波段反射率与滞尘量在520~650 nm波段和1 390~1 600 nm波段具有较高的相关性，相关系数的绝对值最高达到0.626;利用Landsat8的green波段和NDVI构建的滞尘反演模型，决定系数(R2)分别为0.446和0.465。NDVI模型反演的北京城区植被的滞尘量分布结果表明，北京城区滞尘含量呈现出北高南低，东高西低，中心城区高于郊区的空间分布格局。该研究通过高光谱和遥感影像数据反演滞尘量，可以为快速全面监测城市地区尘埃分布提供参考。
2016 Vol. 36 (09): 2911-2918 [摘要] ( 361 ) PDF (5843 KB)  ( 486 )
2919 基于邻域分割的空谱联合稀疏表示高光谱图像分类技术研究
王彩玲1, 2，王洪伟3，胡炳樑1，温 佳4，徐 君5，李湘眷2
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2919-06
传统的高光谱遥感影像分类算法侧重于光谱信息的应用。随着高光谱遥感影像的空间分辨率的增加，高光谱影像中相同类别的地物在空间分布上呈现聚类特性，将空间特性有效地应用于高光谱遥感影像分类算法对分类精度的提升非常关键。但是，高光谱影像的高分辨率提供空间聚类特性的同时，在不同地物边缘处表现出的差异性更加明显，若不对空间邻域像素进行甄选，直接将邻域光谱信息引入，设计空谱联合稀疏表示进行图像分割，则分类误差较大，收敛速度大大降低。将光谱角引入空谱联合稀疏表示图像分类理论中，提出了一种基于邻域分割的空谱联合稀疏表示分类算法。该算法利用光谱角计算相邻像素的空间相似度，剥离相似度较低的邻域像素，将相似度高的邻域像素定义为同类地物，引入空谱联合稀疏表示模型中，采用子联合空间追踪算子和联合正交匹配追踪算子对其优化求解，以最小重构误差为准则进行分类。选取AVIRIS及ROSIS典型光谱影像数据进行实验仿真，从中可以看出，随着光谱角分割阈值的提高，复杂的高光谱影像分类精度和平滑区域的高光谱影像分类精度均逐步提高，表明邻域分割在空谱联合稀疏表示分类中的必要性。
2016 Vol. 36 (09): 2919-2924 [摘要] ( 329 ) PDF (3388 KB)  ( 360 )
2925 基于高光谱图像和偏最小二乘的羊肉pH值特征波段筛选研究
朱荣光1，段宏伟1，姚雪东1，邱园园1，马本学1，许程剑2
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2925-05
波段筛选方法的选取以及随后的光谱特征波段的提取对高光谱模型效果的影响较大。为了快速准确检测羊肉的pH值，开展并讨论了利用两种特征波段筛选方法对羊肉pH值高光谱模型的影响研究。本研究采用二阶导数(2D)、多元散射校正(MSC)和中心化处理(mean-centering)相结合的方法对所提取纯肌肉部分的代表性光谱进行预处理，利用联合区间偏最小二乘(siPLS)和联合区间偏最小二乘结合遗传算法(siPLS-GA)对全波段473～1000 nm范围光谱进行特征波段的提取，并分别建立相对应特征波段范围羊肉pH的PLS预测模型，同时与全波段的PLS模型效果相比较。结果表明采用siPLS-GA提取的特征波长建立的PLS模型效果最优，其选取的特征波长点数为56，校正集相关系数(Rcal)和均方根误差(RMSEC)分别为0.96和0.043，预测集相关系数(RP)和均方根误差(RMSEP)分别为0.96和0.048。siPLS-GA方法既能够减少建模使用的光谱变量，又可以提高模型精度，因此利用高光谱图像技术结合siPLS-GA可以实现羊肉pH的特征波段筛选和快速准确检测。
2016 Vol. 36 (09): 2925-2929 [摘要] ( 398 ) PDF (2559 KB)  ( 649 )
2930 马铃薯光谱及数字图像特征参数对氮素水平的响应及其应用
何彩莲1，郑顺林1, 2*，万年鑫1，赵婷婷1，袁继超1, 2，何 卫3，胡建军3
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2930-07
为准确、快速地掌握马铃薯氮素状况，提高马铃薯对氮素的利用率，采用便携式高光谱地物波谱仪、数码相机与SPAD-502叶绿素仪获取马铃薯冠层图像、叶片光谱、叶片SPAD值，分析不同施氮水平下马铃薯两个关键生育时期数字化指标、叶片光谱指标、SPAD、产量的变化状况，以SPAD为辅助验证指标，以产量为氮素施用效率评价，分析数字化指标、叶片光谱与SPAD、产量的关系，明确最佳施氮水平下数字化指标、叶片光谱指标的临界值，以期探讨快速、简便进行马铃薯氮素营养诊断的方法。结果表明：(1)随着施氮水平的增加红边位置出现了“红移”，红边参数REP，Lwidth，FD_Max增加，Lo减小。(2)随着施氮水平增加数字化指标G/B和(G-B)/(R+G+B)逐渐降低，B/(R+G+B)逐渐增加。(3)SPAD随施氮量增加而提高，施氮量增加低氮水平增产效果明显，高氮水平增产效果不明显。光谱、红边参数、数字化指标与SPAD、产量相关性较好，据此建立了各个指标评价马铃薯氮营养丰缺的量化标准。表明运用数字图像与光谱技术进行马铃薯氮素营养诊断具有可行性，为马铃薯精准氮素营养监测提供研究思路与技术支撑。
2016 Vol. 36 (09): 2930-2936 [摘要] ( 319 ) PDF (4281 KB)  ( 202 )
2937 高光谱技术的羊肉品种多波段识别研究
王松磊1，2，吴龙国1 ，马天兰2，陈亚斌2，何建国1, 2*，贺晓光2，康宁波1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2937-09
利用可见/近红外(400～1 000 nm)及近红外(900～1 700 nm)高光谱成像技术对宁夏地区滩寒杂交、盐池滩羊、小尾寒羊三个品种羊肉进行识别研究。针对不同波段光谱特点，分别优选出Baseline及SG卷积平滑光谱预处理方法，并运用连续投影算法(SPA)提取特征波长，结合线性判别分析(LDA)及径向基核函数支持向量机(RBFSVM)模型进行全波段及特征波长识别分析。结果表明不同波段高光谱对羊肉品种识别均获得较好效果，其中400～1 000 nm波段采用Baseline-Fullwave-RBFSVM及12个特征波长下准确率为100%与98.75%，900～1 700 nm波段采用Baseline-Fullwave-RBFSVM及7个特征波长下准确率为96.25%与87.80%;RBFSVM非线性分类准确率高于LDA线性判别结果，400～1 000 nm波段识别准确率优于900～1 700 nm波段，说明三种羊肉在色泽纹理上差异比成分含量显著，利用高光谱成像技术结合RBFSVM方法能够获得较优的羊肉品种识别效果。
2016 Vol. 36 (09): 2937-2945 [摘要] ( 325 ) PDF (5583 KB)  ( 245 )
2946 基于高光谱的环首都地区数字高程模型与可吸入颗粒物的空间相关性研究
毛海颖
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2946-05
空气中可吸入颗粒物浓度的增加与众多综合因素相关，其空间分散程度与高程DEM间也有一定的相关性。为了研究雾霾的污染与高度的空间相关关系，以环首都地区100 km范围内为研究对象，利用矩形格网尺度法对所研究区域进行不同边长及不同尺度的格网划分，通过无人机获取可见光影像数据和高光谱POS信息数据，对所研究区内的空气污染因子和高程因子进行提取和整合。同时利用地统计学GS+软件的克里格插值法对所提取的变量数据进行空间相关性研究，并利用MODIS遥感影像数据和无人机获取的POS数据与实地调查相结合的方法对地形和环境数据进行非线性回归拟合分析。计算在不同格网尺度下环首都地区空气中的可吸入颗粒物及高程因子的空间相关效应的影响变程，建立二者间的空间相关性优化模型，从而确定可吸入颗粒物浓度随着高程变化的整体趋势。结果表明：高程DEM与空气污染指数API的最大相关影响距离为14.74 km，且随着样本点间的距离增大，DEM的空间自相关性呈现逐渐减弱的规律，即可吸入颗粒物浓度随着高程的增加而减小的整体趋势。同时，建立了高程DEM与环境间的空间相关性模型，该模型符合地统计学的高斯球状模型，相关系数r均高于90%，模型拟合度较高。试验为日后相关部门控制空气污染指数随着高度的变化选择不同树种进行绿化提供了一定的理论和实践指导依据。
2016 Vol. 36 (09): 2946-2950 [摘要] ( 318 ) PDF (3182 KB)  ( 191 )
2951 KClO4/Zr在石英管内的燃烧发射光谱与燃烧产物分析
朱国灵1，2，康晓丽2，罗江山2，易 勇1，易 早1，谭秀兰2，唐永建2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2951-05
为了研究燃烧条件对KClO4/Zr烟火剂燃烧过程中光辐射性能的影响，考察了KClO4/Zr在开放环境和不同规格封闭石英管内的燃烧发射光谱和燃烧产物。借助光纤光谱仪、光电二极管和示波器测试了烟火剂燃烧过程中的光辐射能量分布和闪光时间-强度曲线，分析了所得发射光谱在(590±10)，(750±10)和(808±10) nm三个主吸收波段内的光谱效率，借助SEM表征了不同燃烧条件下KClO4/Zr燃烧产物的形貌。结果表明：在开放条件下燃烧时，KClO4/Zr的燃烧发射光谱在可见光到近红外的宽波段内，最强辐射出现在730~820 nm波段。在石英管内封闭燃烧时，随着石英管体积的减少，在石英管外检测到的燃烧发射光谱强度逐渐减弱，光谱能量分布也呈现不同的变化规律，而且对火焰发射光谱分布进行处理后，随着石英管体积的变化，得到(590±10)，(750±10)和(808±10) nm波段的光谱效率也呈现不同的变化规律。但是，随着石英管体积的减少，KClO4/Zr烟火剂的爆燃闪光辐射时间逐渐缩短，峰值辐射强度逐渐提高。增加石英管的直径，有利于在管外获得更高的有效光辐射能量，减少石英管的直径，则有利于提高烟火剂的峰值辐射强度。随着管直径的增大，KClO4燃烧更加充分，产物粒径较小，呈规则的球状。而管长度的改变对反应并无太大影响。
2016 Vol. 36 (09): 2951-2955 [摘要] ( 334 ) PDF (3231 KB)  ( 212 )
2956 基于发射光谱及成分分析的激光除漆机理研究
陈康喜，冯国英*，邓国亮，刘彩飞，王德良
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2956-05
基于激光诱导击穿光谱和X射线能谱技术，测量了激光与油漆作用时发射光谱及作用前后元素成分的变化，以此研究了激光除漆的机理。实验测量了不同纳秒激光能量下激光诱导击穿油漆表面的光谱，计算了等离子体的电子密度和温度。通过扫描电子显微镜对油漆烧蚀形貌进行了分析，采用X射线能谱仪测量了烧蚀前后油漆成分的变化。研究结果表明，等离子体电子密度、温度以及烧蚀区域大小都随着入射激光能量的增加逐渐增加。在激光作用前后油漆中碳(C)含量明显降低，原子百分比从78.25%降低到67.07%，说明激光与油漆作用过程中发生了烧蚀。通过对比钛(Ti)元素、C元素和铝(Al)元素的相对原子比例，表明更高的激光能量下油漆烧蚀的更剧烈。该工作对深入研究激光除漆机理有重要意义。
2016 Vol. 36 (09): 2956-2960 [摘要] ( 306 ) PDF (2236 KB)  ( 485 )
2961 新疆巴里坤石人子沟遗址群出土玻璃珠的成分分析
温 睿1，赵志强1, 2，马 健1，王建新1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2961-05
巴里坤县位于新疆东部哈密地区，是连接内地与北疆的重要通道，巴里坤县境内的石人子沟遗址群是新疆东天山地区的古代游牧民族大型聚落遗址，其中西沟遗址M1墓和石人子沟遗址M011墓分别出土了一批战国晚期至西汉早期的古代玻璃珠，为了解这批玻璃珠的来源，采用激光剥蚀电感耦合等离子体发射光谱(LA-ICP-AES)和激光拉曼光谱(LRS)方法对这两批玻璃珠样品进行化学成分分析。结果表明，西沟遗址M1墓出土玻璃珠均为钠钙玻璃体系，以植物灰作为助熔剂，同时其中七件绿色玻璃珠样品均以锑酸铅作为乳浊剂;石人子沟遗址M011墓出土玻璃珠均为铅钡玻璃体系，以含铅矿物作为助熔剂。与同时期其他已经发表的玻璃数据进行比较，显示西沟遗址出土玻璃珠在成分上与美索不达米亚及古埃及钠钙玻璃不同，推测西沟遗址出土玻璃珠在中亚或新疆地区制作而成;石人子沟遗址出土玻璃珠的化学组成相对集中，应在同一地点制作而成，可能为中原地区传入。本研究证实了新疆巴里坤地区是古代东西方物质文化交流的重要节点，而游牧民族在玻璃制品传播和交流过程中扮演着重要的角色。
2016 Vol. 36 (09): 2961-2965 [摘要] ( 479 ) PDF (1141 KB)  ( 578 )
2966 磁力搅拌和激光辐照处理水溶液对ICP辐射的增强作用
陈金忠，徐丽晶，苏红新，李 旭，王 颖
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2966-05
在电感耦合等离子体原子发射光谱法中，仍然是以溶液方式把样品引入到光源。为了提高对水溶液的处理效果，改变其物理性质，采用磁力搅拌与激光辐照相结合的手段，测量了不同实验条件下水溶液的表面张力和粘度。将处理后的溶液引入到电感耦合等离子体(ICP)中，测量了样品元素的谱线强度和信背比以及等离子体的激发温度和电子密度。实验结果表明：在磁力搅拌器的转速为1 197 r·min-1、激光输出功率密度为0.227 6 W·cm-2和样品处理时间为15 min的优化条件下，溶液的表面张力和粘度比未经处理时的分别减小了27.85%和8.66%;样品元素谱线As 188.980 nm，Cd 214.439 nm，Cr 267.716 nm，Cu 324.754 nm，Hg 253.652 nm和Pb 220.353 nm的强度分别提高了32.07%，65.36%，18.27%，32.29%，19.38%和54.28%，信背比分别增大了25.13%，60.97%，18.18%，27.69%，21.11%和48.93%。通过测量等离子体的激发温度和电子密度两个主要参数，在一定程度上解释了水溶液被处理以后等离子体辐射增强的原因。这种预处理水溶液的方法能够明显提高ICP发射光谱强度，而且与单独利用激光辐照水溶液的方法比较，明显缩短了处理样品的时间，有利于提高工作效率。此方法操作简便，在处理样品溶液过程中不存在二次污染问题，便于推广使用。
2016 Vol. 36 (09): 2966-2970 [摘要] ( 331 ) PDF (2089 KB)  ( 327 )
2971 福州盆地第四纪钻孔XRF连续扫描的元素特征及沉积相指示意义
章桂芳1, 3, 4，郑 卓1*，乐远福1，Barry Rollet2，黄康有1，朱光骐1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2971-07
对福州盆地河口地区一个39 m钻孔岩芯进行X-Ray Fluorescence(XRF)扫描，通过XRF元素连续扫描结果探讨福州盆地海陆交互地层在不同沉积单元中各元素的变化特征及其沉积相指示意义。钻孔岩芯从晚更新世晚期至全新世共经历了5个沉积阶段：湖泊相—河流冲积相—淤泥质滨海潮滩相—河口潮滩相—河流冲积相。XRF扫描结果表明：元素Co, Fe, Ti, Si及其与Rb的比值受到沉积物粒度影响较大，对陆相(河流相)和海相(潮滩相)中粒度特征相近的层位进行了元素均值统计显示，近岸河口湾海相沉积物中的Ca, Ti, Mn, Fe, Co等元素是陆相地层中的3～10倍，Si元素则在陆相层中相对富集。说明除了粒度因素，海-陆沉积环境的变化对元素的富集也起到了重要作用。Ca，Ti，Mn，Fe，Co等元素是较好的海相沉积指示元素，而Si则是较好的陆相沉积指示元素，K，Rb，Sr对陆相沉积具有一定的指示意义。研究结果表明XRF元素连续扫描可以识别沉积物的元素变化细节，并根据元素的强度变化进一步判断沉积相，可以作为沉积相划分的重要辅助手段。该研究为XRF连续扫描方法在海陆交互带的应用提供了实例。
2016 Vol. 36 (09): 2971-2977 [摘要] ( 377 ) PDF (4019 KB)  ( 161 )
2978 一种新型绿松石仿制品的谱学特征研究
李 舒1，狄敬如1*，王笑娟2，曹百慧1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2978-06
近年来，一种绿松石的伴生石矿物作为绿松石仿制品在市场上出现，被称为“紫罗兰”、“白水牛”等，日益受到消费者的欢迎。通过常规宝石学基本测试及X射线荧光光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线粉晶衍射仪、扫描电镜、紫外-可见光分光光度计等测试技术，对市场上这种称做绿松石伴生石的玉石进行了化学成分、矿物组成、微观结构和光谱特征的综合测试分析，并对其呈色机制进行了探讨。X射线荧光光谱显示样品的化学成分较复杂, 不同颜色的样品所含元素基本一致，主要有Ca，Al，P，Cu，Si，K，Fe和Ba等元素;根据样品红外光谱的峰位及强度可以推断样品所含的阴离子团主要是PO3-4;由样品的X射线粉晶衍射可推断该玉石主要矿物为纤磷钙铝石、磷钙铝石;扫描电镜显示样品致密，由无数鳞片状、叶片状及不规则粒状集合体组成;通过对可见光吸收光谱的分析，推测样品是由Fe3+离子中的电子跃迁致色，Fe3+含量不同导致样品颜色不同。
2016 Vol. 36 (09): 2978-2983 [摘要] ( 308 ) PDF (3211 KB)  ( 512 )
2984 用于光谱基准定标传递技术的传递辐射计研究综述
赵维宁1, 2，方 伟2，姜 明2，骆 杨2，王玉鹏2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2984-07
传递辐射计是实现卫星遥感仪器在轨光谱辐射定标传递的核心设备，也是地面实验室高精度光谱定标系统的关键。介绍了不同机构研制的覆盖350～700, 700～2 500 nm谱段的多个传递辐射计的结构组成、工作原理及辐射定标基准传递方式，及其异同点的比对，再通过它们在不同谱段的定标过程中所应用的关键技术的分析，说明每种技术的优缺点和所能达到的精度，及其应用条件。文中通过对国际上标准计量机构采用的光谱辐亮度基准定标传递过程的介绍，突出了传递辐射计系统的重要作用，再结合其对光谱仪等遥感器定标光源的定标监测应用，说明了传递辐射计在航天辐射定标领域的不可或缺性。最后，通过国内设计的新型传递辐射计的介绍，对传递辐射计未来研究的发展方向和关键问题进行了展望，并对传递辐射计搭配低温辐射计组成的未来实现可溯源国际单位制在轨基准定标传递系统所存在的研究难点予以预测分析。
2016 Vol. 36 (09): 2984-2990 [摘要] ( 360 ) PDF (2069 KB)  ( 240 )
2991 基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计
郭 嘉1, 2，卢启鹏1*，高洪智1，丁海泉1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2991-06
血液成分检测是健康诊断的重要手段，常规的血液成分检测采用抽血的方法，不仅给病人带来痛苦，还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求，设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器，控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号，采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中，然后转存至外部SRAM芯片中，最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明，在19 531 Hz的采样频率下，该系统能够高速并行采集16个通道的信号，重复性信噪比可达40 000∶1。此外，在该采样率下，系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号，采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中，FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集，解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题，使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲，实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。
2016 Vol. 36 (09): 2991-2996 [摘要] ( 304 ) PDF (2012 KB)  ( 826 )
2997 基于Gabor变换的TDLAS检测信号的降噪研究
崔海滨1，杨 柯1, 2，张 龙1，吴晓松1，刘 勇1，王 安1，李 慧3，计 敏1*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-2997-06
可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术结合波长调制光谱(WMS)技术是用于痕量气体检测的重要技术手段。通过锁相放大器进行谐波检测，对解调得到的二次谐波信号进行分析可获得气体吸收的信息。但由于二次谐波信号受到噪声的影响，降低了检测系统的精度和稳定性。为了提高TDLAS检测系统的信噪比(SNR)，提出了一种基于Gabor变换对二次谐波信号进行数字滤波降噪的方法。以CH4在1 653.72 nm处的吸收光谱为例，通过仿真和实验对该降噪方法的有效性进行了验证。仿真结果表明，通过Gabor变换对信噪比为0dB的二次谐波信号进行处理后，系统的信噪比可提高15.73 dB。实验结果表明，基于Gabor变换进行降噪处理后，CH4浓度在0.001%～0.02%区间内与二次谐波峰值的线性相关系数r达到了0.996 59，且系统的检测精度和稳定性明显提高。
2016 Vol. 36 (09): 2997-3002 [摘要] ( 387 ) PDF (3580 KB)  ( 273 )
3003 红外光谱发射率测量系统的温漂修正方法
张宇峰1，戴景民2，陆晓东1，邵珠峰1，吴元庆1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3003-05
针对探测器光谱响应度温漂现象对红外光谱发射率测量系统重复性的影响，分析探测器温度与输出电压之间的变化规律，提出了基于多项式拟合的光谱响应度温漂修正方法。研究探测器自身温度与其光谱响应度的函数关系，对探测器光谱响应度随温度变化的曲线进行数据拟合，得到探测器温度-光谱响应度的拟合方程，计算光谱响应度的温漂修正系数，修正探测器的输出电压，消除光谱响应度温漂现象对探测器输出电压造成的影响。研制光谱响应度温漂修正装置，测得探测器光谱响度的温漂曲线，对比指数拟合曲线和多项式拟合曲线与测量曲线的吻合度，结果表明6阶多项式拟合曲线的一致性较好，提高了基于积分球反射计的光谱发射率测量系统的重复性。
2016 Vol. 36 (09): 3003-3007 [摘要] ( 409 ) PDF (1909 KB)  ( 453 )
3008 光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器
邵 敏1, 2，乔学光3，傅海威1，李 岩1，姚 妮4，贾振安1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3008-06
提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode, SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时，SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移，而光纤布拉格光栅对湿度不敏感，其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模，通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律，理论计算了不同环境折射率时，多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明，随着环境折射率变化，SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究，实验结果表明多模纤芯长35 mm、纤芯直径为85 μm的传感器在45%～95%RH湿度变化范围内，湿度灵敏度为0.06 dBm·(%RH)-1。在20～80 ℃温度范围内，传感器的温度灵敏度为0.008 nm·℃-1，温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃-1。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点，在湿度测量领域有一定的应用价值。
2016 Vol. 36 (09): 3008-3013 [摘要] ( 326 ) PDF (2948 KB)  ( 246 )
3014 用于风场探测的非对称空间外差干涉数据处理方法研究
沈 静1, 2, 3，熊 伟1, 2, 3*，施海亮1, 3，李志伟1, 3，胡广骁1, 3，乔延利1, 3
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3014-06
利用非对称空间外差光谱技术和多普勒效应，通过测量中高层大气气辉谱线的干涉图，采用傅里叶变换的方法求解相位，获得大气的风速信息。分析了干涉数据的处理方法，并针对干涉相位的求解进行推导。相比于传统观空间外差数据处理，不仅要考虑噪声和系统误差，而且要考虑用于光谱隔离的窗函数引入的相位误差。通过软件模拟了窗函数的类型和窗长度对干涉数据和风速误差曲线的影响;在此基础上选择合适的窗函数模拟了对干涉图添加噪声和平场因子情况下的风速反演误差。结果说明，虽然窗函数造成了干涉图和相位的畸变，但是使用汉宁窗在合适的光程差处能够使其引入的误差低于5%;同时，噪声的仿真说明，风速误差随着系统噪声的增加而增大，在实验过程中控制噪声以及实验数据预处理对于控制风速精度的必要性。数据处理方法的研究和相关的仿真，对于提高空间外差风速测量精度及系统设计提供了理论参考，具有一定的指导意义。
2016 Vol. 36 (09): 3014-3019 [摘要] ( 317 ) PDF (4162 KB)  ( 155 )
3020 动态光谱信号质量的评估与筛选
李 钢1，付志刚2，关 洋2，林 凌3，李 刚3，赵 静4，毕 平1, 3*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3020-06
近红外光谱分析作为一种无损、实时、连续检测的方法，为血液成分无创检测提供了思路。为了保证采集到的光谱数据的准确性和可靠性，本文通过动态光谱脉搏波时域有效单沿数和频域品质因数Q值相结合的方法对405例采集的样本进行了评估，剔除异常的样本，筛选出218例可靠样本。对筛选出的218例样本和对照组的218例样本的动态光谱数据与相应的被测对象的血红蛋白浓度值进行了建模分析，每组选取200例样本作为校正集，18例样本作为预测集。有效单沿数和Q值联合筛选的实验组的预测准确率达到93.8%，有效单沿数或Q值单一评估的两个对照组的预测准确率分别为65.6%和67.7%，未经过筛选的三个对照组的预测准确率分别为53.7%，33.3%，42.6%;实验组的预测平均相对误差为0.067 5，单一评估的两个对照组分别为0.072 3和0.072 2，随机选取的对照组分别为0.082 3，0.078 9，0.082 8，较其他各组相比为最小。结果表明时域频域联合法对光谱数据样本筛选具有可靠性和有效性，这将为动态光谱的无创检测的精准性研究提供了方法。
2016 Vol. 36 (09): 3020-3025 [摘要] ( 286 ) PDF (3405 KB)  ( 338 )
3026 CuSin与CuSi-n (n=4~10)团簇电子结构和光学性质的理论研究
林 琳1，2, 杨桔材2，3*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3026-07
基于密度泛函的B3LYP/ 6-311+G (d)方法研究基态结构CuSin (n=4~10)和 CuSin 阴离子团簇的电子结构和紫外吸收谱。计算结果表明：(1)中性CuSin团簇的带隙要比阴离子团簇的带隙要小，说明阴离子团簇比中性的要稳定;(2)阴离子CuSi5团簇要比相邻的其他团簇稳定;(3)紫外吸收谱可看出中性CuSin团簇属弱吸收而阴离子则表现出很强的吸收。对阴离子来说，随着硅原子的增加有红移现象发生。
2016 Vol. 36 (09): 3026-3032 [摘要] ( 275 ) PDF (53360 KB)  ( 146 )
3033 Spectroscopic Analysis of Organophosphorus Pesticides Using Colorimetric Reactions
Amit Kumar Sharma
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3033-06
The UV-Vis and infrared (IR) absorption spectra of organophosphorus (OP) pesticides have been studied. A correlation in spectra was developed to optimize the OP pesticides in the environments. The spectroscopic (UV-Vis and IR) spectrum of OP pesticides like methyl parathion, malathion and parathion has been interpreted in detail. A complete calculation of the normal frequencies and absolute intensities of UV-Vis and IR absorption bands are interpreted with the help of corresponding experimental data. In the colorimetric reactions, the bands appear at 2 077, 1 637, 1 455, 1 015, 655 cm-1 for malathion; 2 081, 1 639, 1 316, 1 015, 794, 683 cm-1 for parathion; 2 078, 1 632, 1 032, 794 cm-1 for methyl parathion were used for quantitative or qualitative analysis. All these IR spectra were acquired by averaging 100 scans at a resolution of 4 cm-1. It is determined experimentally in the region 200～450 nm for UV-Vis absorption bands and in the region 400～4 000 cm-1 for IR absorption bands. It is concluded that the mainly optically active groups (P—OH, CO, PO, C—O—C, P—O—C, PS, —OH) present in pesticides which are responsible in change in significant data for quantitative and qualitative analysis. The various optical properties like wavelength, band energy, wave number, and frequency, also are calculated.
2016 Vol. 36 (09): 3033-3038 [摘要] ( 391 ) PDF (1861 KB)  ( 201 )
3039 基于原油配比混合实验的显微荧光光谱特征研究
苏 奥1，陈红汉1，贺 聪2,3*，雷明珠4，雷 川2，王 萍1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3039-08
显微荧光光谱已经成为流体包裹体系统测试分析中较为成熟的一项技术，可用于区分不同类型的原油与油包裹体，从而为研究含油气盆地的油气成藏历史提供重要依据。不同来源的原油在运聚的过程中可能会发生不同程度的混合作用，为了有效识别这一类地质过程，基于不同比例的原油配比混合实验，研究原油混合后的显微荧光光谱的具体变化特征。结果表明: 原油混源使得显微荧光光谱参数λmax，QF-535和CIE-XY发生了非线性变化，具体表现为混源后原油的荧光光谱参数均介于两个端元油之间，混源油中某一端元油的比例越大，其荧光光谱参数越靠近这一端元油。在CIE-XY色品图中主要表现为非线性渐变的荧光颜色特征。光谱谱形的改变主要表现为谱形由“单峰型”变为“双峰型”和“三峰型”，同时主峰波长和次峰波长保留了两个端元油的信息;QF-535与混源比例可建立曲线用来定量计算两端元油的相对贡献度。综合上述荧光光谱参数和谱形的变化特征，利用原油和油包裹体的显微荧光分析，识别出东海盆地西湖凹陷A气田有三种不同类型原油充注，中间还发生了一次原油混源作用，即蓝绿色荧光原油和黄色荧光原油发生了混合，定量计算其混源程度为介于47%~55%。
2016 Vol. 36 (09): 3039-3046 [摘要] ( 327 ) PDF (4286 KB)  ( 284 )
3047 黄河上游水体中重金属分布特征及重金属污染指数研究
左 航1,3，马小玲1，陈艺贞1，刘 颖1,2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3047-06
为了研究黄河上游地区水体中重金属含量分布特征及评价该区域重金属污染水平，分别于2014年4月(枯水期)和10月(平水期)，在12个采样点采集了24个黄河表层水样。由电感耦合等离子质谱仪ICP-MS测量水样中As，Cd，Cr，Co，Cu，Mn，Ni，Pb和Zn的含量，并确定黄河上游水体中重金属分布特征和重金属污染指数。结果显示枯水期重金属的平均浓度顺序是：Cr(18.56 μg·L-1)>As(2.95 μg·L-1)>Ni(1.87 μg·L-1)>Mn(1.20 μg·L-1)>Cu(1.12 μg·L-1)>Zn(0.59 μg·L-1)>Pb(0.08 μg·L-1)>Cd(0.01 μg·L-1)，平水期的重金属平均浓度顺序是：Mn(596.89 μg·L-1)>Zn(52.46 μg·L-1)>Cu(36.27 μg·L-1)>Ni(25.11 μg·L-1)>Cr(23.19 μg·L-1)>Pb(19.51 μg·L-1)>As(7.30 μg·L-1)>Cd(0.37 μg·L-1)。将重金属含量测定结果与中国和国际水质参考值以及同地区丰水期重金属含量数据进行了比较，结果显示Cr，Mn，Pb和Cu含量高于标准值。同时，用重金属污染指数(HPI)评估所有金属对整个水体的影响，结果表明各选点枯水期HPI值为6.46～11.95，平水期HPI为4.53～210.53。两个季节的重金属分布特征和HPI都显示了明显的季节性变化。研究结果表明黄河研究流域水体重金属含量及HPI均显示平水期重金属污染程度较枯水期高，可能与季节性生产及降水变化有关。研究结果可为相关部门制定环保政策提供可信的实验数据和理论依据。
2016 Vol. 36 (09): 3047-3052 [摘要] ( 387 ) PDF (1839 KB)  ( 135 )
3053 丹参酚酸A和丹参酚酸B与胰岛素相互作用的分子光谱学研究以及葡萄糖的影响
杨文月1，崔 琳1，渠玲玲1，许 宁1，黄 芸1,2*，崔力剑3*，詹文红1，赵 丁1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3053-09
采用紫外-可见光谱、荧光光谱和傅里叶变换衰减全反射红外光谱等技术，研究在模拟人体生理Ph值条件下，丹参酚酸A(或丹参酚酸B)与胰岛素分子之间的结合作用，以及丹参酚酸A(或丹参酚酸B)对胰岛素二级结构的影响，并考察葡萄糖对它们的影响。实验结果表明，丹参酚酸A和丹参酚酸B均能导致胰岛素内源性荧光静态猝灭;同步荧光和三维荧光谱图表明胰岛素与丹参酚酸A(或丹参酚酸B)结合后，构象没有发生明显变化。红外光谱研究表明，胰岛素与丹参酚酸A(或丹参酚酸B)结合后二级结构发生了一些改变，β-转角和无规则卷曲的相对含量略有增加，α-螺旋和β-折叠没有发生明显改变。葡萄糖的加入会改变丹参酚酸A(或丹参酚酸B)与胰岛素的结合程度，并加剧胰岛素构象变化以及二级结构中α-螺旋相对含量改变，从而影响丹参酚酸A(或丹参酚酸B)-胰岛素体系中胰岛素的生物活性。
2016 Vol. 36 (09): 3053-3061 [摘要] ( 347 ) PDF (5062 KB)  ( 145 )
3062 聚乙二醇辅助下的La-Co-O 复合氧化物合成及其对苯的完全氧化性能研究
魏笑峰1, 2，李达林1，肖益鸿1，蔡国辉1，戴 武1，谢增鸿2*，魏可镁1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3062-06
以聚乙二醇(PEG)作为分散剂，采用共沉淀法合成La-Co-O复合氧化物，考察添加不同分子量的PEG (0, 2 000, 6 000, 20 000 g·mol-1) 对复合氧化物的物化性质及苯完全氧化性能的影响。采用N2物理吸附、XRD、SEM、H2-TPR、O2-TPD和XPS进行催化剂表征。苯完全氧化反应结果显示催化剂活性顺序为LCO-PEG6000>LCO>LCO-PG20000>LCO-PG2000， LCO-PEG6000催化剂在383 ℃时对苯的转化率达到99%，比LCO低126 ℃。N2物理吸附实验表明所制备的样品的SBET均为9～10 m2·g-1。XRD分析显示合成的催化剂均为LaCoO3钙钛矿主相伴生少量La2O3和Co3O4杂相，但添加PEG有利于钙钛矿主相的形成。尤其是添加PEG6000有效地抑制了催化剂颗粒的团聚，合成的样品颗粒均匀且尺寸最小。H2-TPR和O2-TPD结果表明该催化剂具有更高的还原性能和晶格氧迁移能力，同时XPS分析显示表面活性Co3＋含量最高，这些性质使其具有最高的催化氧化活性。
2016 Vol. 36 (09): 3062-3067 [摘要] ( 308 ) PDF (2023 KB)  ( 192 )
3068 内蒙古农村地区育龄妇女头发中21种元素含量水平及相互作用
周珊珊1,2，刘 颖1,2*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3068-07
近年来育龄妇女矿物质缺乏的风险增加，特别是农村地区妇女。研究使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和原子荧光光谱法(AFS)测定内蒙古乌兰察布市兴和县健康育龄妇女头发中21种元素含量(Ca，Mg，Cu，Zn，Fe，Mn，Cr，Ti，B，Co，Mo，Si，V，Ni，Cd，Al，Pb，Ba，Sr，Sn和Se)。结果显示，21个元素的浓度水平明显地不同于文献报道的平均水平。育龄女性存在微量营养素缺乏和有毒元素明显过剩的现象。当地矿产及土壤种类导致镁和铝的含量较高而硒含量较低。通过相关分析和逐步多元回归分析研究了元素间的相互作用，性质相似的金属元素具有显著的相互作用，且最强的是镁与钙、铬与硼、硅与铅、锰与铅、铁与锰。研究地区镉、铅没有显著的相关作用，这可能与工业暴露少有关。同时其他因素也影响元素在人体内的代谢水平。多元回归分析发现：Ca＝f(Mg，Se)(Se为负相关，β<0)，Fe=f(Cu，Mn，Ti)，Zn=f(Ca，Se，Fe，Ni)(Fe，Ni为负相关，β＜0)，Cu=f(Pb，Fe，Cd)，Al=f(Mg，Pb)，Se=f(Zn，Cr，Ca)(Ca为负相关，β＜0)。这些参数可以用于研究生物体内不同元素之间的关系。聚类分析法进一步对不同元素的来源进行分类，结果表明该地铅暴露主要来源于自然环境。研究结果将为改善农村地区育龄妇女宏观和微量元素水平提供可靠的依据，同时，也有助于制定更有效的提高妇女生殖健康和妊娠结局的策略。
2016 Vol. 36 (09): 3068-3074 [摘要] ( 339 ) PDF (771 KB)  ( 130 )
3075 Cr-MnOx/堇青石催化剂制备及催化降解邻二氯苯性能研究
张文睿1，唐爱东2，薛建良1
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3075-08
采用溶胶凝胶法、浸渍法、共沉淀法以及流变相法制备了新型Cr-MnOx/堇青石催化剂，同时采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重和差热分析(TG-DTA)、H2-程序升温还原(H2-TPR)以及元素能谱(EDS)技术对催化剂进行表征。经筛选发现，以共沉淀法制备的Cr-MnOx/堇青石催化剂(Cr/Mn=2∶5)催化活性最高。通过表征结果可知，以共沉淀方法制备的催化剂主要活性成分为Mn2O3和Cr2O3，并且具有特殊的球形和较好的氧化还原性能，协同作用的存在有助于催化降解目标污染物邻二氯苯(o-DCB)性能的提高;在60 h之内，o-DCB降解率仍保持在80%以上，具有较好的催化稳定性。
2016 Vol. 36 (09): 3075-3082 [摘要] ( 311 ) PDF (2618 KB)  ( 125 )
3083 云南省不同产地茯苓菌核中汞元素含量研究
Anna Wiejak1，王元忠2，张 霁2，Jerzy Falandysz1*
DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)09-3083-04
茯苓菌核在亚洲具有悠久的药用历史，也是北京传统小吃“茯苓夹饼”原材料。研究旨在测量和评价中国云南地区茯苓菌核的总汞含量。与其他种类蘑菇子实体相比，茯苓菌核汞含量较低。汞含量(干物质)的范围为0.004 1~0.019 mg·kg-1，中位数为0.011 mg·kg-1，总体平均值为(0.011±0.004) mg·kg-1，表明云南不同产地茯苓菌核中Hg含量受到复杂山地类型的影响较大。对每天食用含有50 g茯苓菌核的茯苓夹饼Hg摄入量进行健康评估，人均每天Hg摄入量为0.000 003 4~0.000 016 mg·kg-1，按成人体重60 kg计算，人均每天Hg摄入量为0.000 009 2~0.000 55 mg。研究结果显示，茯苓菌核中Hg元素含量较低，其摄入量低于健康限量标准。同时，煎煮后的茯苓菌核中Hg摄入量也低于健康限量标准，由茯苓菌核制成的茯苓夹饼Hg含量较低。
2016 Vol. 36 (09): 3083-3086 [摘要] ( 314 ) PDF (768 KB)  ( 154 )

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