光谱学与光谱分析

■ 加入收藏　 ■ 设为首页

返回首页　|　English

　　首页 | 期刊介绍 | 编委会 | 投稿简则 | 投稿须知 | 获奖情况 | 被收录情况 | 影响因子 | 期刊订阅 | 联系我们 | 专利保护知识问答 | 版权转让协议 | 介绍信(格式) | 保密审查单 | 投稿模板

编辑部公告

	第三届光谱技术及应用大会

	期刊引证信息快报

	祝贺《光谱学与光谱分析》副主编常俊标教授当选中科院院士

	本刊声明

	投稿注意事项

	《光谱学与光谱分析》稿件流程

	期刊社决定采用ScholarOne Manuscripts在线投稿审稿系统

	敬告读者——本刊全文上网

忘记密码?

输入电子邮件地址取回您的帐号信息

在线期刊

预出版文章摘要

摘要点击排行

全文下载排行

友情链接

	中国科学技术协会

	中国光学学会

	中国知网(CNKI)

	万方数据

	中国化学会

	中国光谱网

	中国物理学会

文章快速检索

2025年 45卷 01期刊出日期：2025-01-01

论文

论文

	1	光谱辐射照度国际关键比对装置、方法与结果分析
		代彩红，王彦飞，李玲，吴志峰^*，谢一航
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0001-07
		基于高温黑体辐射源和双光栅光谱辐射比较测量系统，中国计量科学研究院自主研制了新一代光谱辐射照度国家基准装置，波长范围覆盖230～2 550 nm，以一组稳定的卤钨灯作为副基准灯组，保存和传递光谱辐射照度量值。黑体的温度溯源至铂-碳Pt-C和铼-碳Re-C共晶点黑体，在3 021 K采用钨碳-碳WC-C共晶点黑体进行验证。采用新基准装置，2017年—2019年NIM参加国际计量局组织的光谱辐射照度国际关键比对CCPR-K1.a，比对由全俄光学物理学测量研究院(VNIIOFI)主导，共有12个实验室参加。比对结果表明：除少数实验室外，在250～290、300～1 300、1 500～2 500 nm波长范围，各参比实验室之间的一致性分别为±2.0%、±1.0%和±2.0%。在紫外、可见和近红外波段，NIM与国际比对参考值的平均相对偏差分别为0.13%、0.28%和0.15%。在250～2 500 nm全波段，NIM与国际比对参考值的平均相对偏差为0.17%，与2004年平均相对偏差0.9%相比，测量能力提升显著。
		2025 Vol. 45 (01): 1-7 [摘要] ( 55 ) RICH HTML PDF (9847 KB) ( 125 )

	8	采用小波变换的空间外差干涉图误差分析方法
		王方原^1，2，李晓静^1，2，叶松^1，2，李树^1，2，王新强^1，2*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0008-07
		空间外差光谱技术（SHS）是一种应用于微弱物质探测、行星勘探以及大气遥感等领域的超光谱分析技术。受实验环境复杂及被测目标信号微弱等因素的影响，空间外差光谱仪的测量结果易出现干涉条纹倾斜、干涉图有斑点噪声等情况，从而最终影响测量光谱的精度。为了尝试解决这些问题，提出了基于小波变换的干涉图误差分析方法，对干涉图的斑点噪声水平和条纹倾斜误差进行有效的评价，从而为后续误差校正提供理论基础。首先对无误差的钾灯仿真干涉图加入不同标准差的高斯噪声，利用小波分解提取复小波系数，采用三种噪声估计法对干涉图数据进行计算，结果表明空域相关小波变换法噪声估计结果与真实值偏差最小，而Donoho估计法在修正截距后与真实值具有更好的吻合度。随后采用Db2小波对噪声水平不同的仿真钾灯干涉图进行一层小波分解并提取水平、对角及垂直三个方向的细节系数，采用Donoho估计法对干涉图进行二维噪声分析，有效表征了三幅干涉图各方向上的噪声水平特征。最后对仿真连续光干涉图进行小波分解并提取系数分析，研究了干涉条纹倾斜角度与小波分解系数的关系。研究结果表明，三个方向的小波细节系数估值变化分别在分解到不同层数时具有相似的变化规律：小波细节系数估值与条纹倾斜方向和小波细节系数的所属方向的夹角成反比，条纹倾斜方向与该小波细节系数的方向夹角越小，估值越大，反之则越小，且水平方向分解到第一层、对角方向分解到第二层、垂直方向分解到第三层符合变化规律。该研究是利用小波分解进行空间外差光谱误差分析的有益尝试，也为后续干涉图条纹倾斜误差的校正提供了一种新途径。
		2025 Vol. 45 (01): 8-14 [摘要] ( 53 ) RICH HTML PDF (31891 KB) ( 62 )

	15	基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究
		李浩然^1，2，曾议^1*，朱磊¹，窦科¹，刘志宏^1，3，常振¹，江宇¹，司福祺¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0015-09
		光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出，21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪，该技术在国内得到关注，部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大，价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口，易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下，研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统，并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件，配合各向均匀响应的光学接收器，经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm，时间分辨率可达0.1 s，可测物质包括NO₂、HONO、HCHO、H₂O₂等，与国外进口测量仪器对比，各气体物质光解速率的测量误差小于5%，相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO₂光解速率变化趋势以及NO₂光解速率与浓度间的相关性进行分析，发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关，晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO₂光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式，相关性大于0.9，可通过测量NO₂光解速率对NO₂浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化，整体结构简单、便携，方便外场试验安装的同时，降低成本，提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑，对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。
		2025 Vol. 45 (01): 15-23 [摘要] ( 58 ) RICH HTML PDF (11858 KB) ( 59 )

	24	基于纳秒LIBS的氢气/空气火焰混合分数测量研究
		刘子晗¹，刘艳²，韩磊¹，单沅¹，鲁政¹，高强^1，李帅瑶^2，李博¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0024-06
		在双碳政策和化石能源短缺的背景下，氢能作为高效环保的清洁能源，受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径，其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与氧化剂混合程度的重要参数，直接影响燃烧的开始、自持以及燃烧化学反应的活跃程度。因此，对燃烧过程中的局部当量比实时在线监测，对于改善燃烧效率、控制燃烧过程具有重要意义。目前，可以实时测量氢气/空气火焰当量比的方法相对较少，激光光谱技术作为一种非侵入式的测量方法，不仅具有实时在线测量的能力，还具有快速、原位、远程分析、多元素同时在线监测等特点，在燃烧测量领域具有重要的应用潜力。采用纳秒激光诱导击穿光谱技术对氢气和空气燃烧场的燃空当量比进行测量研究。氢气和空气在管内混合后，由射流口喷出形成射流燃烧火焰场。激光通过透镜聚焦到射流燃烧场中击穿并产生等离子体，其等离子体的发射光谱由光谱仪采集，实验发现光谱中H 656 nm和O 777 nm具有很强的发射强度，且光谱强度随着当量比的变化，呈现规律性变化趋势。因此，采用H 656 nm和O 777 nm的光谱分别标示氢气和空气，并将其比值作为燃空当量比的测量参量。实验在氢气空气混合均匀的低速流场中测量了不同当量比下H 656 nm与O 777 nm的光谱强度比值，并与当量比建立标定曲线，实验发现该标定曲线对燃烧场和非燃烧场同样适用。基于标定曲线，我们研究了存在外界掺混情况下，射流燃烧场的局部燃空当量比情况。在当量比1.0，流场速度为20 m·s^-1的射流燃烧场中，测量了射流中心位置不同高度的燃空当量比变化情况，并在相同工况下进行了数值模拟。模拟结果与实验测量吻合较好，验证了纳秒激光诱导击穿光谱技术测量氢气/空气混合气的燃空当量比的可行性。该方法可为氢气燃烧基础研究及数值模拟提供技术支持。
		2025 Vol. 45 (01): 24-29 [摘要] ( 45 ) RICH HTML PDF (5452 KB) ( 32 )

	30	基于液晶回音壁模式传感的光谱标定方法研究
		麻镇宇^1，2，李晓强^1，2，3，刘永军^1，2，严云翔^1，2，3*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0030-08
		液晶回音壁模式(WGM)传感技术结合了液晶材料的高敏感性和光学WGM的高精度特性，在物质检测、环境监测和生物医疗等领域具有广阔的应用前景。为提升传感测量的精度和灵敏度，除了改善传感器的结构特性以外，如提高品质因子、实现窄线宽、提升波长移动范围等，准确标定WGM光谱谱线是一个重要内容。然而，实际应用中，WGM光谱的非规则分布给谱线标定带来了挑战。本文针对此问题提出了一种基于Savitzky-Golay(SG)滤波和高斯平滑的WGM非规则光谱标定方法，并提出了光谱标定的对称性、高线性和合理性三原则。将WGM光谱标定分为规则和非规则两类。对于规则光谱，具有良好的洛伦兹线型和高斯包络轮廓，可以选择最高强度谱线或中心波长，或者具有相同自由光谱范围（FSR）的相邻模式谱线作为谐振波长。而对于非规则光谱，可以分为三类：(1)光谱缺峰和强度突变，主要由于谐振条件的损耗变化所致；(2)光谱非规则劈裂，液晶微腔中可能存在微小的缺陷或杂质，导致光谱的非对称劈裂；(3)混合型变化光谱，受到复杂测量环境的影响，可能出现多种不规则变化。通过SG滤波和高斯平滑处理，有效地恢复光谱的对称性，提升拟合线性度，实现光谱标定。为验证该方法的有效性，根据不同类型光谱标定情况，分别设计了利用液晶WGM对不同生物分子的传感实验，包括胰蛋白酶(浓度0.75～2.00 μg·mL^-1)、pH(4.55～6.86)、DNA(浓度90～490 μg·mL^-1)等。实验结果表明，采用本文方法和三原则进行液晶WGM光谱标定和谐振峰选取，传感灵敏度的线性度均在0.99以上，具有较好的可靠性和稳定性。该研究创新之处在于提出了针对液晶WGM光谱非规则分布的有效标定方法和三原则，为提高液晶WGM传感测量的准确性和有效性提供了有效解决方案和重要的理论和方法支持，具有重要的应用和理论意义。
		2025 Vol. 45 (01): 30-37 [摘要] ( 53 ) RICH HTML PDF (5044 KB) ( 26 )

	38	岩芯高光谱成像及勘查指示意义研究——以西藏邦铺大型多金属矿床为例
		吴畅宇¹，代晶晶^1，2*，宋扬^1，2，陈伟^1，2，刘治博¹，刘洪成³，白龙洋¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0038-07
		西藏邦铺矿床是冈底斯成矿带上重要的斑岩-矽卡岩型矿床，矿区东段矽卡岩矿体研究程度较低。高光谱成像技术可以快速获取岩芯样品“图谱合一”的高光谱数据，选取邦铺矿床东段矽卡岩典型岩芯为样品，应用国产核工业北京地质研究院自主研发岩芯扫描仪与国外SPECIM岩芯成像仪，开展短波红外（SWIR）高光谱成像测试及对比分析，揭示典型矿物的短波红外光谱特征，并探讨先进的高光谱成像技术应用于矽卡岩勘探的潜力与优势。对同一批岩芯样品分别进行了国内外仪器的高光谱成像测试，利用最小噪声分离变换以及纯净像元指数进行端元提取，而后结合光谱信息散度法选取不同矿物的训练集和验证集样本，采用光谱角填图法进行蚀变矿物填图。共识别出方解石、绿帘石、绿泥石、角闪石、石英、白云母六种矿物，两种仪器矿物填图的结果大体一致，并反映了不同蚀变矿物之间的组合与分布。SPECIM成像仪对两个钻孔样品的平均填图精度为91.5%，Kappa系数为0.87；核工业高光谱成像仪对两个钻孔的填图精度为75%左右，Kappa系数为0.66。两种仪器获取的高光谱数据信噪比均较高，但是由于核工业仪器的数据空间分辨率相对更低，导致图像中存在更多的混合像元，进而影响了填图精度，其空间分辨率的进一步提高是下一步研发的重点。高光谱成像数据表明ZK0010钻孔绿泥石Fe—OH吸收峰波长变化范围为2 252.3~2 260 nm，ZK0011钻孔绿泥石Fe—OH吸收峰变化范围为2 251.7~2 258.5 nm，由上至下均向短波方向移动，表明了绿泥石远离矿化中心而相对富Mg，其高值指示了矿体中心位置。高光谱成像技术相较于传统的点测法可以提供更加丰富的空间信息和光谱信息，为指针矿物的光谱特征参数提取与变化规律分析提供了技术支撑。利用高光谱成像提供的大量光谱数据进行绿泥石Fe—OH峰位统计分析，进而可以通过其波长高值位置指示矽卡岩矿床勘查。
		2025 Vol. 45 (01): 38-44 [摘要] ( 65 ) RICH HTML PDF (18381 KB) ( 69 )

	45	基于一阶差分光谱的海水硝酸盐氮与亚硝酸盐氮测量方法
		梁星辉^1，2，3，冯巍巍^1，2，3*，蔡宗岐^1，2，王焕卿^1，2，杨剑炼^1，2，3
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0045-07
		硝酸盐氮与亚硝酸盐氮是海洋水质监测的重点参数，也是研究海洋氮循环的重要参考。紫外吸收光谱法操作简单，响应快速，适用于多种水质参数监测，但测量中硝酸盐氮与亚硝酸盐氮存在混叠干扰以及海水离子干扰。提出了一种硝酸盐氮与亚硝酸盐氮快速测量方法，对光谱进行一阶差分等预处理，使用相关系数搜索进行波段优化，使用BP神经网络进行浓度反演，模型的预测值与真实值线性相关系数为0.998。与国外同类设备进行了比对测试，两者线性相关系数为0.982。参加了烟台市海洋环境监测预报中心2023年夏季航次，进行了应用测试，与实验室方法进行了比对分析，两者线性相关系数为0.902，说明本方法能够实现海水硝酸盐氮与亚硝酸盐氮的快速测量，为后续原位监测仪器的研制提供参考。
		2025 Vol. 45 (01): 45-51 [摘要] ( 52 ) RICH HTML PDF (7690 KB) ( 52 )

	52	一种近红外光谱数据预处理组合优化策略
		周宇坤，陈孝敬，谢忠好，石文^*，袁雷明，陈熙，黄光造
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0052-07
		预处理是构建近红外光谱检测模型的重要环节，影响着近红外光谱检测的精度。目前已有的预处理方法种类众多，不同方法用于解决不同类型的噪声和无关信息，从而提高信噪比，如何优化样品的光谱数据和预处理组合的选择对模型结果至关重要。为此，提出一种用于近红外光谱模型校准的预处理组合优化策略，包括挑选常用的八种预处理方法建立预处理方法库，利用偏最小二乘方法（PLS）建立定量模型，以建模交叉验证均方根误差（RMSECV）为迭代标准，从库中简单高效地选出提高模型优良校准能力的预处理组合。基于该策略的结构设计，选用优化领域中的贪婪算法作为寻优手段，通过对每一步的预处理方法进行寻优完成全局优化，简洁高效地完成光谱数据预处理组合的选择。提出的策略在小麦、猪肉等公开数据集上进行了测试，与同类的堆叠策略（Stacked）和多块数据顺序正交融合策略（SPORT）进行比较。结果显示，在小麦数据集上，提出的策略较Stacked和SPORT策略的校正均方根误差（RMSEC）分别降低了12%，6%，预测均方根误差（RMSEP）分别降低了32%，17%；在猪肉数据集上，提出的策略较Stacked和SPORT策略的RMSEC分别降低了49%，48%，RMSEP分别降低了46%、41%，显示出了较好的校准性能。最后，分析了该策略所选出的预处理方法在模型校准中各自的贡献度，讨论了该策略在模型可解释性、防止过拟合方面的潜力。该策略为近红外光谱的预处理方法选择提供了一种新的思路。
		2025 Vol. 45 (01): 52-58 [摘要] ( 53 ) RICH HTML PDF (8037 KB) ( 81 )

	59	非静水压环境对U₃O₈高压拉曼声子行为的影响
		王艺佳¹，吴彬彬¹，刘静仪¹，房雷鸣²，刘本琼²，雷力^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0059-07
		八氧化三铀（U₃O₈）是动力学和热力学最稳定的铀氧化物。研究U₃O₈的高压相稳定性和高压声子行为对其在核工业、催化剂等领域的应用具有重要参考价值。由于铀原子（[Rn]5f³6d¹7s²）和氧原子（[He]2s²2p⁴）核外电子结构存在显著差异，因此很难通过同步辐射X射线衍射技术探测高压下铀氧化合物中U—O 键合的细微变化。然而拉曼光谱对高压下U—O键合变化非常敏感，它能揭示物质在高压下包括键合或者化学计量等方面的重要信息。目前对U₃O₈高压结构相变的研究通常聚焦于静水压环境，而非静水压环境对U₃O₈高压相变的影响尚未得到深入研究。该研究基于金刚石对顶砧的高压拉曼散射技术探究了静水压和非静水压环境对正交α-U₃O₈高压相变与声子行为的影响。研究表明，静水压（8.1 GPa）和非静水压（8.2 GPa）条件下α-U₃O₈高压相变起始压力很接近。但由于非静水压环境中样品内的微区偏应力较大，因此非静水压环境中U₃O₈高压相变结束压力（16.4 GPa）比静水压环境中相应压力（18.5 GPa）约低2~3个GPa。同时本文给出了两对比实验中主拉曼模的一阶压力系数与Mode-Grüneisen参数γ。对比分析可知，高压相变前静水压条件下各主模零压下的一阶压力系数绝对值\|dω/dP\|几乎均大于非静水压条件下的相应值，这表明相变前非静水压环境中各拉曼模对压力响应不明显；一旦高压相变开始，由于较大微区偏应力的存在极大程度增强了铀氧原子外层电子的耦合作用，故相变后非静水压下压力系数绝对值显著增大。零压下B⁽⁶⁾₂模的γ值最小，因此对外部扰动有更积极的响应。此外室温加压时A⁽³⁾₂和A⁽⁴⁾₂模（代表沿a轴氧原子的振动）的一阶压力系数通常小于B⁽⁴⁾₂和B⁽⁶⁾₂模（代表bc面内氧原子的位移），这表明α-U₃O₈高压相变前a轴比b、c轴更难被压缩。该工作深入探究了静水压和非静水压环境对α-U₃O₈高压相变的影响，为了解α-U₃O₈高压相稳定性和晶格动力学行为提供了重要参考。
		2025 Vol. 45 (01): 59-65 [摘要] ( 54 ) RICH HTML PDF (14724 KB) ( 45 )

	66	自激式电感耦合等离子体光源设计及光谱分析
		卢思贤¹，龙开红²，詹陈锐¹，李明^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0066-06
		电感耦合等离子体（ICP）光谱仪是一种应用范围很广的元素分析仪，主要用于元素定性与定量的分析。ICP光源是光谱仪的核心部件，它在光谱仪中扮演着至关重要的角色。目前主流的ICP光源有两种：自激式和他激式，各自具有优缺点。他激式光源电路复杂、体积庞大、阻抗匹配速度较慢、最大输出功率有限。设计了一种基于镀金工艺的高功率MOSFET和变频实现阻抗匹配的自激式ICP光源，该光源采用射频放大和阻抗匹配一体化的设计，把从负载线圈采样的频率信号f₁以及功率放大电路放大后的频率相位f₀进行相位比较，再根据两者相位差的变化，进而控制频率的变化，实现阻抗匹配；设计上采用了镀金工艺的金属化硅N通道型高功率的MOSFET实现功率放大，具有更大的功率密度、更小的体积，最大输出功率超过2 400 W。对研制的ICP光源进行了电学静态测试，给出了鉴相器、压控振荡器以及功率的输出特性，验证了各电路在相应工作状态下的性能表现；同时结合光谱仪进行了包含Ba、Na和Li元素标准溶液的测试，获得了目标元素的光谱信号；另外，对获得的光谱信号进行了处理，使用了基于EEMD特征增强的方法对目标元素光谱信号进行有效增强，信号的线性决定系数（R²）从0.97降至0.99，相对标准偏差（RSD）从6.47%降至1.07%，增强了信号的准确性和可用性。本文所研制的自激式ICP光源，通过射频放大和阻抗匹配一体化设计缩小了体积，变频技术使阻抗匹配速度从毫秒级提升到纳秒级，镀金工艺的MOSFET技术使最大输出功率从原来的1 800 W增加到2 400 W，为ICP光源的进一步优化和应用奠定了基础，具有重要的科学研究和工程实践意义。
		2025 Vol. 45 (01): 66-71 [摘要] ( 48 ) RICH HTML PDF (9241 KB) ( 39 )

	72	定窑遗址出土制瓷原料的科学分析
		陈殿¹，崔剑锋^2，秦大树^3，黄信⁴，李鑫⁵
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0072-10
		首次通过窑址发掘出土的制瓷原料，复原了定窑不同时代的胎釉配方。对2009年定窑作坊遗址考古发掘所出五代至宋金时期二十余种制瓷原料开展了ED-XRF成分分析和XRD结构分析等光谱学分析。ED-XRF成分分析显示，这些原料可能包括单一原料和混合原料两种。其中单一原料包括岩石、粘土以及草木灰。混合原料则包括胎料和釉料两种。XRD结构分析表明用于定窑白瓷生产高岭土类原料是含有蒙脱石和方解石的伴生石英的长石类矿物原料。高铁粘土类原料由于铁含量特别高，应当是用于配黑釉的粘土。钙质原料的分析与康葆强等学者对定窑配釉用的灰料可能使用了40%的白灰和60%的松木灰配制的结论相同。同时，还发现了釉灰，即草木煅烧石灰石后形成的混合灰料。在分析定窑白瓷釉时，认为五代的白瓷釉可能使用了釉灰配制，因此定窑釉灰的使用可能推早到五代，这是目前发现使用釉灰配釉最早的实例。对制胎原料XRD晶相分析的结果表明，除了石英和高岭石占主要比重外，还含有长石、蒙脱石、方解石等岩石类矿物。从对单一原料的X射线衍射的分析结果看，石英是粘土以及岩石这类单一原料中都含有的一类矿物，因此可能石英并非必须要添加的胎体原料。石英和高岭石是粘土原料中的主要成分，因此制胎原料应该主要以岩石类原料和粘土作为主要配料。定窑细白瓷胎料可能使用了粘土类原料配合第一类岩石类原料的配方，其配比在金代时大约为1∶1左右，北宋时期可能约为7∶3（粘土∶岩石），五代时大概为6∶4左右。对制釉原料分析结果表明，定窑配釉原料是岩石类原料与釉灰配合形成的，五代、北宋时岩石和灰的比例约为9∶1，金代时石：灰达到了9.5∶0.5。这使得我们对定窑鼎盛时期的白瓷胎釉配方有了更加清晰的了解，从而为开展定窑的复烧提供了确凿的依据。
		2025 Vol. 45 (01): 72-81 [摘要] ( 50 ) RICH HTML PDF (6481 KB) ( 66 )

	82	SnO高压结构稳定性和电学性能研究
		刘涛，黄宇轩，高金金，王世霞^*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0082-06
		近年来氧化亚锡(SnO)在光、电等方面的应用日益广泛，为了拓宽SnO的应用范围，采用拉曼光谱原位测试和第一性原理计算对高压条件下SnO的结构性能和电子性质进行研究。SnO表征结果：扫描电子显微镜结果显示，所选取SnO样品为具有横向尺寸的片状堆叠，整体呈花状；X射线衍射图谱表明，SnO样品在常温常压下晶体结构为四方晶系结构(空间群P4/nmm)。采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究了SnO样品在高压下的结构性能变化，结果显示：SnO在常压有四种拉曼振动模式(A_1g、B_1g、E_1g和E_2g), 分别位于211、350、113和460 cm^-1波数附近，其中113和211 cm^-1为SnO拉曼特征峰。随SnO样品体系加压至12.5 GPa，压力使Sn分子间和原子间距不断减小，导致Sn—O键长缩短，当原子发生伸缩振动时，缩短的键长使得键能增大，因此活性拉曼振动模(E_1g和A_1g)均向高频方向移动；随着体系压力的继续增大，晶格发生畸变进而使得非弹性散射强度降低，峰型宽化；当加压至8 GPa时，125和216 cm^-1附近振动模峰急剧减小；加压至10 GPa时两个特征峰完全消失，在非静水压环境下8～10 GPa时该物质发生了非晶化；当体系加压至12.5 GPa时，谱图中仍未出现新峰，表明高压下非晶化状态稳定。随后体系进行卸压，卸压至3 GPa后SnO的E_1g和A_1g模重新出现表明样品恢复低压下的晶体结构, 卸至常压特征峰强度明显分别为110和209 cm^-1处与加压前吻合，证明了SnO高压相变行为具有可逆性。为进一步了解压力对SnO电学性能影响，使用第一性原理方法计算了SnO在常压和实验非晶化压力（8 GPa）下的电子性质，通过非晶化前后SnO的带隙宽度变化，探究压力对SnO导电性能的影响。结果显示，在常压下SnO为具有0.43 eV带隙的间接带隙半导体，在费米能级附近态密度没有发生重叠，8 GPa时SnO显示金属性质，由于SnO O-p、Sn-s和Sn-p轨道的态密度在费米能级处重叠，导致带隙的闭合，材料发生金属化。研究结果表明SnO高压下可能产生非晶化及压力所导致的非晶化行为可逆，同时高压导致SnO发生半导体到金属的转变，拓展了SnO高压结构和电学性质的探究，为SnO高压下的应用提供进一步帮助。
		2025 Vol. 45 (01): 82-87 [摘要] ( 40 ) RICH HTML PDF (6483 KB) ( 41 )

	88	霉变烟叶的GC-MS和FTIR分析及鉴别
		叶艳青¹，张海瑜^1，2，沈迪^1，2，乐志伟³，吴玉萍⁴，孔光辉⁴，张建荣²，田孟玉²，陈建华²，张承明^2，王晋^2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0088-07
		采用GC-MS和FTIR分析，结合PCA、PLS等多元分析方法，对霉变烟叶进行评价鉴别。GC-MS分析筛选得到2-乙基己醇等9个烟叶霉变标记物。通过4-羟基丁酸内酯等9个关键化合物构建的线性判别方程，可以实现烟叶霉变准确识别，初始验证准确率100%和留一交叉验证准确率为98.7%。FTIR研究表明，烟叶霉变过程中消耗了烟叶大量的碳水化合物、蛋白质和脂质等。GC-MS和FTIR，分别结合PCA和PLS-DA能实现霉变烟叶的有效判别。
		2025 Vol. 45 (01): 88-94 [摘要] ( 60 ) RICH HTML PDF (4864 KB) ( 45 )

	95	四线法弱发光样品绝对量子产率的测量
		郑永丽¹，张晓东²，周永丰¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0095-06
		弱发光样品量子产率测量困难，提出了四线法的测量方法，采用荧光光谱仪和积分球附件相结合的测量方式，主要利用衰减片的添加来实现样品荧光发射信号的相对增强，较大程度提高了弱发光样品量子产率测量的准确度。采用该装置测定了标准物质YG晶体的绝对量子产率为42.0%，相对误差0.95%，验证了荧光分光光度计和积分球结合的方式用于绝对量子产率测量的可行性。然后介绍了四线法用于绝对量子产率测量的依据、测量过程及数据处理方法。采用四线法测量了标准样品罗丹明6G和硫酸奎宁的绝对量子产率，结果显示相对误差分别为1.3%和1.1%，远小于5.0%（量子产率允许误差），表明该方法具有较高的准确性。详细探讨了实验条件对四线法绝对量子产率测量结果的影响，发现测试的最佳条件为衰减片放于激发端、衰减后的光源强度达到荧光光谱仪检测器光强线性响应区间的上限。采用不同浓度罗丹明6G溶液模拟弱发光、中强发光以及强发光样品，分别用二线法（常规方法）和四线法测量各溶液的绝对量子产率，将测试结果与文献报导数据对比，发现四线法更适用于弱发光和中强发光样品绝对量子产率的测量，尤其用于弱发光样品测量时，相对误差由二线法的10%降至四线法的0.32%。
		2025 Vol. 45 (01): 95-100 [摘要] ( 55 ) RICH HTML PDF (2206 KB) ( 28 )

	101	基于反应气混合物的ICP-MS/MS测定原油中的钒和镍
		蔡松韬¹，黄莹秀¹，袁亮¹，代宇宣¹，莫垚坤¹，黄建华^2*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0101-06
		原油中金属元素钒和镍(V和Ni)的含量和比值可为深入了解原油的沉积环境特征和有机质类型发挥重要作用。在原油炼制过程中，V和Ni作为原油催化裂化过程中的有害金属元素，会降低催化剂的活性，严重时会导致催化剂中毒，会严重腐蚀设备，在精炼之前必须对原油中的V和Ni进行脱除处理。V和Ni具有致突变性和致癌性，识别或监测原油中V和Ni进入环境的潜在危险变得越来越重要，对原油中V和Ni的含量进行高灵敏精准测定具有重要意义。采用电感耦合等离子体串联质谱（ICP-MS/MS）测定原油中V和Ni的新策略。原油样品经航空煤油简单稀释后直接采用ICP-MS/MS进行分析，针对V和Ni受到的质谱干扰，在MS/MS模式下，采用由NH₃/He（He为缓冲气）和H₂组成的反应气混合物（NH₃/He/H₂）作为反应气，基于V⁺与NH₃/He/H₂不发生反应，而V⁺的干扰离子与NH₃/He/H₂发生反应，采用原位质量法消除干扰，选择V⁺进行测定；基于Ni⁺与NH₃/He/H₂发生反应，采用质量转移法消除干扰，选择无干扰团簇离子Ni(NH₃)⁺₃进行测定。通过与NH₃/He反应模式进行对比研究发现，对于V的测定，加入H₂为反应气能快速去除氩基离子的干扰，并能协同NH₃消除氧化物离子的干扰；对于Ni的测定，加入H₂为反应气能促进全氢加合物（—NH₃）的形成，从而提高生成Ni(NH₃)⁺₃的产率。在NH₃/He/H₂反应模式下，V和Ni的背景等效浓度（BEC）更低，Ni的灵敏度更高，V和Ni的检出限（LOD）分别低至0.83和3.76 ng·kg^-1，定量限（LOQ）分别为2.77和12.5 ng·kg^-1。通过分析标准参考物质NIST SRM 1634c并进行加标回收实验评价方法的准确度和精密度，结果显示，方法的测定结果与标准参考物质的认证值基本一致，V和Ni的加标回收率分别为97.7%和103%，相对标准偏差（RSD）分别为1.8%和1.9%。所建立的分析方法避免了繁琐的样品预处理过程，具有操作简单快速、灵敏度高、准确度和精密度好的特点，适用于原油中V和Ni的检测，能为原油深加工中V和Ni的脱除提供理论依据。
		2025 Vol. 45 (01): 101-106 [摘要] ( 46 ) RICH HTML PDF (1787 KB) ( 22 )

	107	多光谱法研究二氢杨梅素对胰脂肪酶的抑制作用
		孟晓慧^1，2，黄旭波¹，夏张晨^1，2，徐娟²，王衍彬¹，程俊文¹，杨柳¹，贺亮^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0107-10
		藤茶中主要黄酮类物质——二氢杨梅素（DMY）具有多种生物活性，而其降血脂机理鲜有报道。采用紫外光谱研究了DMY对胰脂肪酶（PL）的抑制作用，结合荧光光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱及分子对接模拟法研究了二者之间的相互作用及机理。紫外光谱测得DMY对PL的半抑制浓度为2.6×10^-4 mol·L^-1，表明其对PL具有较好的抑制作用，采用Lineweaver-Burk方程得出该抑制剂为竞争性作用，其抑制常数为6×10^-4 mol·L^-1；通过Stern-Volmer方程和静态猝灭双对数公式对293和310 K两者互作的荧光光谱计算，结果表明DMY能猝灭PL的自发荧光，荧光猝灭方式为静态猝灭，猝灭常数K_SV与温度负相关；结合常数K_ａ与温度正相关，结合位点数n约为１，说明DMY与PL结合并形成稳定的配位复合物；采用Van't Hoff方程求出结合过程中的热力学参数ΔS=0.201 4 J·mol^-1·K^-1，ΔH=32.311 kJ·mol^-1，ΔG小于0，表明两者通过疏水作用力自发结合且放热；由Förster非辐射能量转移理论计算出结合距离r=1.475 nm，说明DMY与PL结合生成复合物时发生了非辐射能量转移；同步荧光光谱结果表明，DMY与PL的相互作用对PL的二级构象发生了明显改变，主要作用于色氨酸（Tyr）附近。紫外光谱进一步揭示DMY可使PL发生π→π^*跃迁，导致其氨基酸残基的微环境变化；三维荧光光谱显示DMY可使PL两个特征峰（peak1，peak2）分别红移10和5 nm，荧光强度分别下降51.38%和41.93%，证实两者发生疏水作用后PL的微环境极性增大，构象改变；分子对接模拟结果表明，DMY结合位点位于PL中由PHE77、PHE215、TYR114、ILE209、PRO180氨基酸形成的疏水口袋内，其A环C5、B环C4′、C环C3、C环CO的—OH分别与氨基酸HIS263、TYR114、SER152、PHE215形成氢键，与氨基酸LRU213、GLU179、ALA178、THR78产生范德华力。实验数据有助于深入解DMY的降血脂分子作用机制，其独特的结构为天然抑制剂的药物合成和筛选提供了理论依据。
		2025 Vol. 45 (01): 107-116 [摘要] ( 49 ) RICH HTML PDF (7861 KB) ( 41 )

	117	基于KNN-SVM的混合气体检测方法研究
		孙超¹，胡润泽¹，吴中旭²，刘年松²，丁建军^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0117-08
		当今混合气体检测的研究中，针对多组分气体数据进行分类预测的数学算法百花齐放，如何快速且准确的检测出气体的成分和浓度逐渐成为当今研究的热门。然而在一些研究中，气体数据特征难以捕捉和判断，泛化能力不足，对气体数据进行分类预测的精度和效率表现较差。为此，针对一些数据偏差和泛化误差无界的问题，提出了一种K最近邻-支持向量机(KNN-SVM)算法，对一些难以作出分类的模糊气体数据进行二次分类，采用KNN和SVM两种算法共同抉择，更加全面的捕捉数据特征，根据实验确定各自算法的权重比从而提高判别气体类别的准确率，两种算法的集成也能提高算法的效率，对于不同种类的气体也能有良好的适应性的稳定性。该实验气体组分由12 mg·L^-1的C₂H₂、NO₂、SF₆，10 mg·L^-1的NO₂、SF₆和5 mg·L^-1的C₂H₂(背景气体皆为N₂)以及两瓶纯N₂的气瓶组成；通过互相混合和与N₂配比制备出实验设定的气体浓度。实验过程通过单一气体的检测可分别对三种气体获得60组训练集，并通过这60组数据可进行线性拟合得到每种气体的拟合线，得到气体浓度与气体吸收峰值的关系，通过实验检测得到的三种气体拟合线，其中C₂H₂拟合线的调整后R²为0.991，NO₂拟合线的调整后R²为0.981，SF₆拟合线的调整后R²为0.987，可得气体检测的准确性。再通过互相混合进行检测可分别获得40组训练集，采用KNN-SVM算法对混合气体进行分类和预测，后通过拟合线即可反演出混合气体中每种气体的浓度。将该算法与传统SVM算法进行各种分类指标对比均可显示出该算法的有效性和优越性。实验结果表明，KNN-SVM算法在气体分类预测方面表现出卓越的性能，准确率高达99.167%, AUC(area under curve)值达99.375%。这一算法不仅提高了气体检测的准确性，还增强了泛化能力可适应多样化的气体组分，为实时气体检测系统提供了有力支持。
		2025 Vol. 45 (01): 117-124 [摘要] ( 49 ) RICH HTML PDF (8659 KB) ( 44 )

	125	高光谱预处理方法与多模型在分类判别中的对比研究
		居雷¹，于洁¹，吴炎淼²，李丽²，卢天³，丁亚萍²，束茹欣^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0125-08
		高光谱技术能够快速、无损地获取丰富的信息，在植物研究和监测中已成为一种广泛应用的工具。茄科植物作为一种重要的经济农作物，与高光谱技术结合进行研究具有巨大的应用潜力。本研究采用高光谱技术对茄科植物的初烤后不同部位叶片进行分类研究。采用Field Spec 3光谱辐射仪对293份不同部位的茄科植物粉末样本进行高光谱采样，采用S-G平滑以及一阶导数和二阶导数的方法对数据进行预处理，用于信息增强和去除噪声，并通过偏最小二乘法对数据进行降维，以减少冗余特征。基于降维数据，采样支持向量机、逻辑回归、K近邻、决策树、随机森林和梯度提升决策树这六种机器学习算法建立分类模型。结果显示，在分类任务中，经过一阶导数处理后，支持向量机模型最佳，在训练集和测试集上分别实现了100.0%和84.7%的准确率。经网格参数优化后确定最优参数为：最大深度不限制，最小样本分割数为4，估计器数量为200。参数优化后五折交叉验证准确率为88.1%，训练集准确率为100%，测试集准确率为86.4%。研究结果表明，预处理方法结合降维方法能够增强数据信息使得分类模型能够更好地捕捉茄科植物样本的特征。该研究对于快速、准确、无损地区分茄科植物的部位具有重要意义。
		2025 Vol. 45 (01): 125-132 [摘要] ( 48 ) RICH HTML PDF (5653 KB) ( 31 )

	133	基于DMD的阿达玛变换型近红外光谱仪快速处理系统设计与实现
		王硕^1，2，谢振坤^1，2，魏志鹏^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0133-06
		数字微镜器件(DMD）的近红外光谱仪，具有波长重复性好、分辨率高和抗振动性好等优点，广泛应用于食品安全和农业生产等领域的研究。随着DMD的微小型近红外光谱仪发展逐渐趋于成熟，仪器的成本和性能仍然是研发的关键。尽管大部分将重点放在了软件开发和检测方法的研究，而仪器硬件的处理速度至关重要。只有确保光谱仪能够快速准确的采集并传输数据，才能有效实现光谱分析。在多数研究中，阿达玛矩阵的生成和解码工作通常由上位机完成，并通过FLASH存储的方式导入模板。这种方式可能会限制采集一幅完整光谱数据的时间效率。为了提高光谱采集速度和信噪比，提出一种高速驱动DMD和快速数据采集的方法，并基于DMD微小型近红外光谱仪设计一套硬件电路系统。采用现场可编辑门阵列（FPGA）和ARM的架构，创新性地实现了奇偶阿达玛模板的生成与解码过程在嵌入式系统底层执行，加快了光谱分析的速度并提高信噪比。通过与市面上DMD型光谱仪对比，研究结果显示，所研发的光谱仪完成单次光谱的采集时间仅需214 ms，相比商用DMD型光谱仪，采集效率提升了4倍。在同等3 s的采集时间内，所研发光谱仪的信噪比为4 600，相比商用DMD型光谱仪，信噪比提升了1.5倍。通过所研发的光谱仪对油菜籽样品进行光谱扫描，分析了油菜籽的脂肪、蛋白质和水分的含量，并采用偏最小二乘回归（PLSR）建立了相应的模型。油菜籽脂肪含量的校正相关系数为0.986 5、预测相关系数为0.967 2；蛋白质含量的校正相关系数为0.985 4、预测相关系数系数为0.963 6；水分含量的校正相关系数为0.987 5、预测相关系数为0.961 4。模型评估的结果表明，该光谱仪能够满足油菜籽成分检测的需求，验证该光谱仪在商业领域具有重要的应用价值。
		2025 Vol. 45 (01): 133-138 [摘要] ( 57 ) RICH HTML PDF (7788 KB) ( 27 )

	139	基于荧光光谱和拉曼光谱技术的中药检测研究
		逯美红¹，张凡¹，暴雅婷²，王志军¹，雷海英³，王翔宇¹，高鹏慧¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0139-07
		中医药是中华文化的瑰宝和中华文明的结晶，在全民健康中发挥着重要作用。由于中药生长环境受限及市场需求量的增大，市场上出现了许多以次充好、以假乱真的中药，这对中药发展及质量保障都极为不利。因此，对中药的检测和鉴定非常重要。为了探究中药的荧光光谱和拉曼光谱特性，选取白芷、苏木、山药、地榆四种中药进行分类检测研究。一方面，从化学成分和结构的角度分析中药白芷和苏木产生荧光的可能性，采用F-4600型荧光光谱仪（200~750 nm）分别在不同激发波长和不同浓度下测试了白芷和苏木水浸液的荧光光谱，探究了白芷和苏木水浸液的荧光光谱特性，并对荧光强度与不同浓度、激发波长的关系进行了探讨。另一方面，采用共聚焦显微拉曼光谱仪（100~4 000 cm^-1）对4种不同产地的山药和2种不同产地的地榆中药饮片的拉曼光谱分别进行测试研究。结果表明，白芷水浸液在波长260~350 nm的光激发下，产生较强荧光，最佳激发波长是340 nm，荧光峰值波长为420 nm，其荧光强度随浓度的增大而增强，且样品浓度较低时，荧光强度与浓度成线性关系；苏木水浸液在200~290 nm的光激发下，产生较强荧光，最佳激发波长为220 nm，荧光峰值波长为345 nm，随浓度的增加，荧光强度先增强后减弱，在浓度为0.175 mg·mL^-1时荧光强度达到最大。白芷水浸液和苏木水浸液的荧光强度都与激发波长的关系呈现高斯分布，符合荧光规律。分析山药和地榆的拉曼光谱，发现不同产地的拉曼特征基本一致，确认山药的拉曼特征峰主要集中在477、862、939、1 080、1 258、1 337和1 457 cm^-1处；地榆的拉曼特征峰主要集中在862和1 337 cm^-1处，主要归属与已有的化学成分研究结果相符。部分特征峰处拉曼活性出现差异，可以作为区分不同产地中药的依据。该研究结果不仅为荧光光谱在中药鉴定及质量分析中的应用提供了实验数据和方法参考，也为利用拉曼光谱技术实现中药的快速准确检测及产地归属奠定了基础。
		2025 Vol. 45 (01): 139-145 [摘要] ( 63 ) RICH HTML PDF (3657 KB) ( 58 )

	146	基于拉曼光谱的转炉烟气中多组分气体在线分析方法研究
		郑传新¹，刘晓萌^2*，李泉¹，孟征³，王恩宁³，司星宇⁴，王健年⁴，李振林⁴，王红球⁴
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0146-06
		冶金行业中，转炉烟气的在线分析普遍采用激光吸收光谱法等单组分气体分析技术，实践中需使用多传感器的组合以同时监测CO、CO₂、O₂、H₂等多组分，分析系统整体的复杂程度和成本高，响应速度慢，逐个传感器的日常校正维护工作量大。为简化在线分析系统的复杂度，提高分析效率，实现炼钢流程的降本增效，首创性的建立了一种转炉烟气中多组分气体实时在线分析的拉曼光谱方法，并首次研制了专用于炉气检测的多组分气体分析系统。通过检测CO、CO₂、N₂、O₂、H₂五组分的拉曼光谱特征峰强，对五组分含量进行同时定量分析。检测范围0.1%～100%，检测精密度RSD值均≤0.1%。分析系统中，样气处理模块采用耐高温探头和大功率抽气泵，快速、有效去除进入分析仪的样气中水分和灰尘，保证测试条件稳定；分析模块采用窄线宽532 nm激光器和透射式光谱仪，并通过空间光路设计以提高检测灵敏度，满足气体检测需求。相比于现有的单组分在线分析技术，所提出的多组分检测方法可同时给出五组分的定量结果，不受样气压力、测试条件变化影响，样气前处理难度低，检测准确度高，系统维护简单。N₂标准气体的拉曼散射信号特征峰强在24 h内波动≤0.48%。经标准样品验证，该方法检测误差≤0.3%，达到转炉烟气实时检测的需求。该方法不仅在冶金行业有广阔应用前景，还可通过模型扩展以拓展到其他多组分气体实时在线分析监测领域。
		2025 Vol. 45 (01): 146-151 [摘要] ( 81 ) RICH HTML PDF (5846 KB) ( 79 )

	152	敦煌三危山出产多色颜料的矿物学及谱学特征研究
		李林筱¹，谭宇辰^1*，先怡衡¹，铁付德^1，2，孙满利¹，艾昊¹，梁云¹，孙凤¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0152-08
		敦煌三危山火焰沟发现一处古代多色颜料开采遗址，该遗址的发现对研究我国西北地区古代矿物颜料的来源有着一定的学术意义。为判断三危山出产颜料的矿物种属及其谱学特征，本文应用偏光显微镜、X射线衍射、激光拉曼光谱、X射线荧光光谱多种光谱分析手段对所出产多色颜料矿物开展科学分析。结果表明，三危山古矿出产矿物颜料属天然矿物，主要化学成分为Fe₂O₃（平均含量66％）和SiO₂等，部分样品呈现富硅铝的特征，且均存在不同程度的烧失；主要物相以赤铁矿、针铁矿为主，少许铁矾类，脉石矿物包括石英、高岭石及少许黏土矿物。同时进一步通过拉曼光谱对矿物颜料的显色物相进行分析，2号亮黄色矿物显色物相和前述主要物相一致，均为铁矾类（黄钾铁矾和黄钠铁矾）。除4号样品外，所有呈红棕色的样品主要显色物相均为α-Fe₂O₃即赤铁矿，而4号样品显色物相为针铁矿，呈色本应为黄色，但致其呈色变为红棕色是由于和赤铁矿伴生存在，且赤铁矿显色能力远强于针铁矿，故改变了4号样品的呈色。综上，该古矿遗址所出产的红色矿物颜料主要为赤铁矿，黄色矿物颜料为黄钾铁矾和黄钠铁矾。黄钾铁矾作为优良的颜料，在岩画及壁画也多有使用，但在莫高窟目前已研究的壁画上暂未发现使用，三危山古矿实证了铁矾类颜料矿物的存在，该发现在一定程度上拓宽了对西北地区黄色矿物颜料的维度。同时也为后续研究该矿冶遗址出产颜料的流向，提供了基础性的数据支撑。
		2025 Vol. 45 (01): 152-159 [摘要] ( 63 ) RICH HTML PDF (26571 KB) ( 33 )

	160	光稀释效应对O₂近红外气辉星载测风的影响
		李昊天¹，李发泉²，李娟³，王后茂⁴，武魁军¹，何微微^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0160-10
		利用星载光谱成像干涉仪测量O₂(a¹Δ_g)日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段，观测谱线O₁₉P₁₈（7 772.030 cm^-1）的多普勒频移，可以在40～80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量，然而其探测精度受大气散射的具体影响尚不明晰。文章旨在分析光稀释效应对临近空间大气风场探测的影响，并对其引起的测风误差进行定量评估。首先介绍了O₂(a¹Δ_g)光谱和大气散射的光谱特性。采用最新的HITRAN光谱参数、光化学反应速率常数以及大气模型计算得到O₂(a¹Δ_g)不同反应机制的贡献。结合光化学反应速率计算得到O₂(a¹Δ_g)的体辐射率，并分析了太阳天顶角对体辐射率分布的影响，基于爱因斯坦系数和谱线强度分别计算得到O₂(a¹Δ_g)在不同温度和自吸收效应条件下的光谱辐射模型，并分析了不同地理气象因素对大气散射光谱造成的影响。其次，介绍了临边观测多普勒非对称空间外差光谱仪（DASH）的测量技术原理，描述了如何去除大气散射分量以生成纯净的气辉干涉图，基于DASH仪器概念对获取干涉图像的正演过程进行了阐释。再次，针对反演问题引入了“剥洋葱算法”，在考虑自吸收效应和光稀释效应影响的情况下，消除了目标层上方大气层贡献，解决了干涉图像中目标层信息的提取问题。最后，通过误差分析得到了大气风场探测精度廓线及其随地理气象因素影响的变化规律，证明光稀释效应的存在降低了干涉图对比度并增加了测量噪声，这对临边观测权重和有效信噪比产生了不利影响。研究表明，在45～80 km的切线高度范围内，测风精度受大气散射的影响较小，其误差约为2～3 m·s^-1；而在45 km以下，测风精度受光稀释效应的影响随海拔高度的降低而急剧增大，且受地表反照率、气溶胶和云量等因素的影响而显著升高，在同时考虑三种因素影响的情况下，其探测下限最低约为40 km。
		2025 Vol. 45 (01): 160-169 [摘要] ( 56 ) RICH HTML PDF (12454 KB) ( 16 )

	170	基于SCIATRAN的临近空间氧气光谱敏感性分析
		叶松^1，3，胡双寒^1，3，熊伟²，李树^1，3*，王新强^1，3，王方原^1，3，汪杰君^1，3
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0170-09
		临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义，根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明，氧气作为大气的主要成分之一，广泛分布于临近空间且辐射强度明显，所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测主要是依据太阳辐射的短波红外部分被大气层氧气分子吸收得到的吸收谱线，该谱线携带着氧气含量等重要信息。利用探测器得到的氧气光谱进行高精度反演可以得到温度等信息。探测过程中的太阳天顶角、方位角、临边切高及气溶胶参数等因素对氧气影响不同，基于SCIATRAN模型分析氧气对不同参数的敏感性。通过对探测方式和环境因素引起的辐射亮度变化来分析计算氧气对其敏感性。结果表明：氧气的辐射亮度在天顶角为60°以下是随天顶角增大而增大的，但在超过60°后变化随之相反，一天内的太阳天顶角对于氧气的辐射亮度影响不超过0.01 W/m²/nm/sr，且差值不超过7%；氧气辐亮度随方位角增大而减小；氧气辐射亮度随切线高增加而减小，且减小幅度逐渐下降；气溶胶类型对氧气辐射亮度的影响差值比例在10%以内；气溶胶季节对氧气辐射亮度影响是春夏季节要大于秋冬季节；不同气溶胶类型下的气溶胶光学厚度倍数对氧气辐射亮度影响的差值比例均在30%以内，且农村与海洋型气溶胶下光学厚度倍数与辐射亮度成正比，城市型气溶胶下与之相反。仿真数据的结果与实测数据结果对比分析验证了SCIATRAN模型仿真数据的有效性和可行性。该研究为临近空间的氧气探测提供了科学依据，为临近空间的反演等相关研究领域提供参考。
		2025 Vol. 45 (01): 170-178 [摘要] ( 40 ) RICH HTML PDF (8310 KB) ( 16 )

	179	基于太赫兹-热重光谱的粘土矿物热解特性表征
		栗欣妤¹，刘彩琴¹，黄昊翀^1，郑志远^1，张自力¹，邱昆峰²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0179-04
		粘土矿物是粘土岩和土壤的重要组成部分，是地球表面大部分覆盖物的主要物质单元，深入研究其结构特点、粒径大小及含水量的变化等特征对探究粘土矿物富集地区的环境演变规律和矿物工业应用具有重要指导意义。面对地学领域多样化的实际应用需求，常见的矿物表征方法在挖掘矿物中指针性极强的物理特性时经常受限。作为一种新型非接触式相干测试手段，太赫兹光谱技术利用该波段指纹谱、宽光谱及水敏感等众多优势特性，可对粘土矿物进行无损探测并获得振幅和相位等光学信息，从而区分其晶体结构及成分组成。本文以太赫兹时域光谱技术为主要手段，同时结合热重分析和傅里叶红外光谱技术对粘土矿物的热解特性展开一系列研究。其中，高岭土作为重要原料，其成分组成、粒径大小及煅烧产物都会影响陶瓷质量。实验结果证实不同状态的高岭土在太赫兹波段下的吸收系数和折射率等光学参数会发生明显变化。结构单元为2∶1型层状硅酸盐的滑石和叶腊石因其晶体结构中八面体阳离子的不同，使得光谱差异明显，这很好地反映出典型呈电中性含水矿物的热解产物及含水量指标。值得一提的是，与太赫兹领域的传统认知不同，除却一些化学手段干预，实验过程中发现叶腊石在1.10 THz具备特征吸收峰，该峰的出现既能帮助物质定性表征和光学器件发展，又丰富了太赫兹光谱对矿物的全面了解，为太赫兹光谱学与地学的交叉研究提供新的研究角度。
		2025 Vol. 45 (01): 179-182 [摘要] ( 48 ) RICH HTML PDF (3241 KB) ( 65 )

	183	单一及多组分混合物绿松石仿制品的光谱学特征研究
		杨池玉，汪田田^*，张维肖，汤维茜
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0183-08
		对市场新出现的一类仿制品进行了拉曼光谱、红外光谱、化学成分、紫外-可见-近红外吸收光谱分析，对其主要谱学特征进行了归纳总结。结果表明这类仿制品主要由重晶石、三水铝石、方解石粉末单一组分或多组分混合压制再经环氧树脂类或丙烯酸酯类有机物胶结，并经人工染剂染色而成。红外光谱显示：单一矿物组分仿制品和绿松石差异明显，重晶石仿制品显示[SO₄]^2-的1 078 cm^-1吸收峰等，方解石仿制品显示 [CO₃]^2-的1 476± cm^-1吸收峰等；多组分仿制品可见综合了多种矿物特征的吸收光谱，谱学特征复杂。根据缺失水峰，或仅显示三水铝石结构水OH^-导致的3 623、3 528、3 472和3 388 cm^-1吸收峰，指纹区显示[SO₄]^2-、[CO₃]^2-相关吸收峰，可初步区分于绿松石。显微拉曼光谱测试结果表明多组分仿制品的不同测试位置矿物组成不同，可分别测试到三水铝石(3 360、3 432、3 522、3 614 cm^-1）、重晶石(989 cm^-1）、方解石(1 088 cm^-1）的特征峰，结合显微拉曼光谱及化学分析结果可进一步确认仿制品的具体矿物组成。紫外-可见-近红外吸收光谱表明样品均经人工染剂染色，显示633±、713±nm吸收宽峰或610±、675± nm吸收宽峰。
		2025 Vol. 45 (01): 183-190 [摘要] ( 44 ) RICH HTML PDF (36509 KB) ( 26 )

	191	湿地表层底泥溶解性有机质荧光组分特征及与真菌群落相关性
		史传奇¹，李艳²，孟令波¹，胡钰³，金梁^2*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0191-06
		溶解性有机质（DOM）和微生物群落间具有紧密联系，DOM为微生物提供营养，微生物代谢可转化DOM，两者间相互作用共同影响着生态系统的物质循环与能量流动。采集北方寒区天然湿地（河流湿地，HL；湖泊湿地，HP）和人工湿地（水田，ST；鱼塘，YT）表层（0~15 cm）底泥样品，采用三维荧光光谱法和高通量测序技术，揭示不同类型湿地表层底泥DOM荧光光谱及真菌群落特征，并进一步分析其相关性。结果表明：表层底泥DOM荧光光谱共识别出4种荧光组分，包括类富里酸（C1）、类胡敏酸（C2）和类蛋白质（类色氨酸C3和类酪氨酸C4）。C1和C2成显著正相关，而与类蛋白质间相关性不显著。C1的相对浓度高于C2，C3和C4的相对浓度接近。YT中DOM浓度相对高于其余样品，HL和HP中C2和类蛋白质相对浓度具有显著差异，ST和YT中C1、C2和C3的相对浓度均具有显著差异。湿地表层底泥真菌群落优势门（除未分类类群）为子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、罗兹菌门（Rozellomycota）。YT中真菌群落Chao1丰富度指数、Shannon多样性指数显著较低，而Simpson优势度指数显著较高，HP中Shannon多样性指数显著高于其余样品。C1、C2与真菌群落多样性显著相关，C2与真菌群落组成显著相关，而类蛋白质与真菌群落无显著相关性。C1、C2与子囊菌门均成显著正相关，C1与壶菌门（Chytridiomycota）和单毛壶菌门（Monoblepharomycota）成显著负相关，C2与担子菌门、罗兹菌门、壶菌门、单毛壶菌门均成显著负相关。因此，真菌群落对DOM相对大分子量荧光组分的相对浓度具有显著影响。针对北方寒区典型湿地表层底泥DOM荧光光谱特征及与真菌群落相关性进行分析，为湿地环境监测与评价提供基础数据，并为湿地合理利用提供理论参考。
		2025 Vol. 45 (01): 191-196 [摘要] ( 43 ) RICH HTML PDF (7718 KB) ( 40 )

	197	基于光谱技术的典型互花米草入侵湿地土壤属性预测研究
		陈旭，曹思珩，杨仁敏，陈秋宇，李建国，徐璐^*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0197-07
		为了高效监测互花米草入侵海岸带湿地生态系统的土壤属性变化，选取江苏省盐城湿地珍禽国家级自然保护区的一处典型互花米草入侵湿地作为研究区，利用随机分层采样方法选取15个样点，在3个深度（0~30、30~60、60~100 cm）共采集45个土壤样品，测定了土壤可见光-近红外反射光谱和10种土壤理化属性，研究了偏最小二乘和随机森林两种方法的预测能力，分析了不同光谱变换形式对预测精度的影响，探讨了入侵年限和土壤深度作为辅助预测变量的潜力。结果表明：（1）可见光-近红外光谱技术可以较好地预测有机碳、无机碳、全氮、含水量、pH、容重、盐分和黏粒等属性；（2）偏最小二乘回归法比随机森林法更适合监测互花米草入侵湿地的关键土壤理化属性，利用偏最小二乘法对土壤属性建立的预测模型精度（R²）在 0.341~0.979之间，随机森林方法对土壤属性建立的预测模型精度（R²）最高为0.722；（3）基于原始光谱可以获得土壤全氮的最优预测模型（R²为0.769，RMSE为0.091 g·kg^-1），而其他土壤属性的最优模型多是基于微分变换或倒数变换建立的模型，微分变换和倒数变换可以有效地提高模型预测精度；（4）模型预测精度在加入入侵年限和土壤深度两个变量后总体上有所提高，其中有机碳、全氮、盐分、pH和容重等属性的预测精度对这两个变量更为敏感，土壤有机碳最优模型的精度（R²）从0.794提高到0.806，pH最优模型的精度（R²）从0.838提升至0.884，盐分最优模型的精度（R²）从0.978提升至0.997。综上所述，可见光-近红外光谱技术在互花米草入侵湿地关键土壤理化属性预测方面具有明显的优越性，通过适当的光谱变换、变量筛选、模型选择等方面可以实现互花米草入侵湿地土壤变化的快速监测。
		2025 Vol. 45 (01): 197-203 [摘要] ( 42 ) RICH HTML PDF (9126 KB) ( 31 )

	204	联合FOD-sCARS的土壤有机质高光谱机器学习估测模型
		吴梦红^1，2，窦森¹，林楠²，姜然哲³，陈思²，李佳璇²，付佳伟²，梅显军²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0204-09
		土壤有机质（SOM）含量是表征土壤质量的关键指标，在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力，基于高光谱遥感影像建立SOM估测模型是现在较为合理有效的方法。为探索解决目前高光谱遥感影像建立SOM含量估测模型存在光谱数据冗余、光谱数据特征提取精度低、小样本模型泛化能力不强的问题，选择位于青海省湟中县的研究区，共采集67个土壤样本。获取资源1号02D（ZY1-02D）高光谱遥感影像并进行预处理得到样点像元光谱数据，采用分数阶微分变换（FOD）方法挖掘与SOM含量具有响应关系的敏感波段，以0.2为一个步长，利用相关性阈值法对比分析不同阶次微分处理数据挖掘能力；运用稳定性竞争性自适应重加权采样算法（sCARS）去除高光谱冗余数据获取建模特征波段，选择随机森林（RF）、极端梯度提升树、极限学习机和岭回归机器学习作为建模算法，以全波段和特征波段光谱数据分别作为模型输入变量构建SOM估测模型进行高光谱反演研究工作；最后根据最优特征变量和建模算法，基于ZY1-02D遥感影像进行了SOM空间分布制图。结果表明：采用FOD变换相比整数阶可以大大提高波段与SOM含量间的相关性，挖掘出更多细微的与SOM含量产生响应关系的光谱波段，其中0.8阶微分变换效果最优，较原始波段相比相关系数最大值提高了0.546；相较于全波段光谱数据，采用sCARS特征提取方法获取特征波段构建模型的估测精度得到较大提升，说明sCARS可以有效提升建模数据的质量，提升模型预测精度。建模算法中RF表现最优，R²_p（模型决定系数）达到0.766，RPD达到1.86，较全波段建模结果R²_p提升约7.58%；基于FOD-sCARS和RF实现了区域SOM含量估测制图。研究进一步验证利用星载高光谱遥感影像是实现区域SOM估测制图的可靠途径，研究结果可为估测区域SOM含量提供新思路，为利用星载高光谱遥感影像绘制SOM含量空间分布图提供了数据支持。
		2025 Vol. 45 (01): 204-212 [摘要] ( 50 ) RICH HTML PDF (24874 KB) ( 50 )

	213	一种近红外光谱定量分析软件预测性能评价方法
		李蓉^1，2，郝璐⁴，袁洪福⁴，何桂梅^1，2，邓天龙¹，杜彪^4，5，龚丽⁴，岳欣^2，3*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0213-09
		常用的多元分析模型评价指标尚缺乏评价近红外分析软件多项重要预测性能指标的能力，成为近红外光谱仪预测性能以及实际近红外应用中模型适用性评价的痛点。为此，旨在发展一种近红外定量分析软件预测性能的评价方法。以近红外测定汽油烯烃浓度为研究对象，收集了192个国Ⅵ汽油样品，包括92#、95#和98#；采集其近红外光谱；按照GB/T 30519—2014测定其烯烃浓度作为参考值，分别使用两种不同的多元分析软件（1种是偏最小二乘（PLS）建模软件，另1种是非PLS的软件），建立了两个校正模型。研究发现，与参考值相比，PLS模型对低浓度样品预测值呈正偏差，高浓度的呈负偏差，即“均值化”现象。常用的模型预测性能评价指标尚不能评价模型预测值的均值化程度，也不能评价：（1）预测值与参考值偏差大于参考方法再现性的样本占比，(2)模型泛化能力。本文针对上述问题，提出了4项新评价指标包括均值化指数（AE）、预测偏差超限值样本占比（Ratio）、异常样本预测偏差（DAS）和孤立样品预测偏差（DIS）。综合常用的评价指标和新评价指标（共12项），对仪器选型的近红外光谱定量分析软件预测性能的评价、实际近红外分析应用中模型适用性的评价均具有实际意义，对近红外分析学术研究也具参考意义。
		2025 Vol. 45 (01): 213-221 [摘要] ( 49 ) RICH HTML PDF (4043 KB) ( 42 )

	222	一种基于柱面镜聚焦系统的高灵敏度全谱光谱仪
		陈吉文，陈作儿^，赵迎^
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0222-09
		很多元素的最灵敏谱线主要分布在紫外波段。一些常被作为检测对象的重要元素，例如C、P和S，其谱线甚至位于200 nm以下的真空紫外波段。然而真空紫外波段内的辐射极易受空气吸收而无法在空气中传输。因此为了适用于紫外波段各谱线的检测，常使用光程短、系统精简的罗兰圆光学系统作为光谱仪的色散系统，并且在进行检测分析时，还需对设备腔体内部建立相对真空的环境进行实验，进而减小实验环境对真空紫外波段内各谱线强度的削弱作用。然而即使在该条件下，P和S这两种元素在真空紫外波段的谱线灵敏度仍然较弱。为此为了实现真空紫外波段范围内的高灵敏度，本研究在距离像面前30 mm处位置设计了一个柱面镜聚焦系统。其采用了材料为CaF₂、中心厚度为5 mm以及弧矢面曲率半径为22.06 mm的柱面镜作为核心部件。并利用仿真软件Zemax对设计的光学系统进行仿真与优化，以及从非序列模式下的辐射照度仿真结果可知，柱面镜聚焦系统在几乎不影响分辨率的情况下对各波长成像灵敏度有较大的提升。最后以中低合金钢为检测样品，使用电火花激发光源对样品中各元素在紫外波段内的各谱线进行激发，进而验证光谱仪的各项性能：通过一次拟合、参比拟合以及二次拟合，建立每个元素谱峰强度和实际含量之间的数学模型，并算得各元素的拟合优度R²均在0.99以上；柱面镜聚焦系统显著提高了设备在真空紫外波段的灵敏度，响应提高了1倍以上。实验结果表明，柱面镜聚焦系统的设计方法对于提升罗兰圆色散系统的灵敏度具有一定的参考价值。
		2025 Vol. 45 (01): 222-230 [摘要] ( 32 ) RICH HTML PDF (16413 KB) ( 30 )

	231	使用光谱分析实现弯管中两相流含气率的预测
		车少敏¹，马世一¹，刘雪婧¹，殷雄¹，周延^1*，熊兵²，李锟²，李飞³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0231-08
		空气被夹带进入发动机润滑油系统形成油气两相流后，会严重影响润滑系统的正常运行。因此实现发动机润滑油系统中油气两相流含气率的准确和快速测量具有十分重要的意义。基于光谱匹配方法，对发动机润滑油系统在弯管处的油气两相流含气率进行了测量研究。首先使用近红外、可见光和紫外光谱仪获取油气两相流在2个流速、5个温度工况下0.10%~1.00%含气率范围（间隔0.06%）的吸光度数据并进行分析，确认油气两相流在三个波段下均有吸收，且吸收强度与含气率有关；其次提出将数据预处理结合光谱相似性测度方法并应用于弯管含气率光谱分析中，显著降低了基于原始光谱的含气率预测的最大相对误差。在近红外波段通过使用数据增强方法如中心化（center）和标准化（autoscaling）并结合光谱角余弦方法，得出新润滑油的含气率最大相对误差相对于原始光谱得到的数值从48%降低到36%。利用该方法分别在三个波段进行含气率预测，试验工况包括2个流速、5个温度，分析了两相流的温度和流速对含气率预测的影响。温度30.0 ℃，流速5.1 m·min^-1下，含气率信息在紫外波段（193.5～413.8 nm）与光谱向量的方向或形状差异的联系更为紧密，含气率预测的最大相对误差仅为6%。在近红外和可见光波段，流速或温度一定时，最大相对误差随着温度或流速的增加均有减小趋势。紫外波段下温度对含气率预测效果没有特定的影响规律，随着两相流的流速增加，含气率预测的最大相对误差有增大趋势。结果表明对于透光性较好的新润滑油，使用紫外光谱仪进行含气率数据的采集，含气率的预测选用标准化预处理结合光谱角余弦方法，得到的含气率预测最大相对误差最小。
		2025 Vol. 45 (01): 231-238 [摘要] ( 38 ) RICH HTML PDF (2688 KB) ( 23 )

	239	动车组齿轮箱油中硫含量的红外光谱分析
		杜瑾瑶^1，2，贺石中^1，2*，杨智宏^1，2，张琳颖^1，2，张静茹^1，2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0239-07
		针对高铁动车组牵引系统中齿轮箱润滑油中硫元素损失较快的问题，需要对在用齿轮油硫含量进行监测，以确定最佳的换油时机。分析了红外光谱图中齿轮油含硫添加剂特征吸收峰的衰减机制；选择与硫含量相关性最高的1 164 cm^-1特征峰的峰高作为输入变量构建了一元线性回归模型（LR），采用5折交叉验证下的测试集R²确定最佳主成分个数构建了偏最小二乘回归模型（PLSR），最后根据偏最小二乘回归系数优选了6个特征吸收峰用于构建特征峰优化后的PLSR模型（RF-PLSR）。采用所建的模型分别对预测集39个油样进行预测，结果表明一元线性回归模型和偏最小二乘回归模型均具有很好的预测能力。一元线性回归模型的预测R²为0.961，RMSE为973.1，RPD为5.084。PLSR模型和特征峰优化后的RF-PLSR模型的预测R²分别为0.997和0.994，RMSE分别为250.1和376.3，RPD分别为19.780和13.149。说明经过特征峰优化后建立的RF-PLSR模型在降低模型复杂度的同时，仍可以保持较高的精度和预测能力，由于消除了不相关变量的信息，使模型的可解释性更好。红外光谱技术为齿轮油中硫含量的检测提供了一种可靠而精确的方法，为齿轮油的状态监测提供一种可行的解决方案。
		2025 Vol. 45 (01): 239-245 [摘要] ( 53 ) RICH HTML PDF (6752 KB) ( 40 )

	246	基于注意力机制的高光谱图像降维在纸质文物霉斑识别的研究
		汤斌¹，贺渝龙¹，唐欢^2，龙邹荣¹，王建旭^1，谭博文²，覃丹²，罗希玲¹，赵明富¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0246-10
		纸质文物作为文物传承的重要工具，用于记录不同时期人类历史及人文风貌，其在保存过程中极易受到霉菌等微生物的侵害。霉菌会加速纤维素的降解，在纸张表面生成霉斑，并且散落的孢子会随空气流动大范围传播，增加其他纸质文物发生霉变的风险。因此，定期对纸质文物进行霉斑检测对了解纸质文物现状和纸质文物修复至关重要。高光谱成像技术是一种非接触性、非破坏性的检测技术，能同时获得空间数据和光谱数据，与计算机技术结合可以实现纸质文物的大批次实时无损检测。针对黑曲霉这一广泛出现的霉菌，提出一种基于注意力机制的高光谱数据降维方法，通过采集其高光谱数据，实现了高光谱冗余数据的自适应预处理。采集了来自重庆中国三峡博物馆提供的20份纸质文物黑曲霉霉斑样本，使用ENVI软件分析得出在413~855 nm波段范围内，黑曲霉霉斑感染区域和健康区域的平均光谱曲线，平均反射率差异明显；在855~1 021 nm波段范围内，黑曲霉霉斑感染区域和墨迹区域的平均光谱曲线，平均反射率差异明显。文中将所提出方法与传统主成分分析和独立成分分析预处理方法分别处理原始高光谱数据，并将结果在经典U-Net、SegNet、DeepLabV3+和PSPNet四个语义分割网络上进行了对比。结果表明，该算法预处理的数据在U-Net和SegNet经典网络中有明显优势，相较于主成分分析法和独立成分分析法，霉斑识别精度取得了较大提升达到89.49%和88.46%，验证了本文所提出算法的有效性，为文物保护领域提供有效的支撑和新的思路。
		2025 Vol. 45 (01): 246-255 [摘要] ( 51 ) RICH HTML PDF (44291 KB) ( 22 )

	256	基于多光谱和高光谱的茶树越冬期REC、SPAD和MDA预测模型
		徐阳¹，毛艺霖¹，李赫¹，王玉¹，王双双²，钱文俊¹，丁兆堂^2，范凯^1
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0256-08
		抗寒生理指标的测定是评价茶树抗寒性的重要途径。传统上，茶树抗寒性的评价方法主要是通过测定茶树在低温胁迫下的理化参数。然而，这些方法不仅费时费力，而且具有破坏性。该研究建立了一种基于多光谱和高光谱成像技术的茶树抗寒性REC、SPAD、MDA预测模型。首先，采集了低温胁迫下32份育种材料的多光谱与高光谱图像，并测定相应茶树叶片的REC、SPAD、MDA、SP和SS含量。其次，对其中的高光谱图像数据采用MSC、SNV、S-G、1-D和2-D五种方法进行光谱预处理，采用UVE和SPA两种方法筛选特征波段。最后，分别对多光谱和高光谱数据采用SVM、RF和PLS算法建立茶树抗寒性REC、SPAD、MDA预测模型。结果表明，（1）MSC、SNV、S-G、1-D和2-D联合预处理后的光谱更加稳定，峰谷更加突出，模型的准确性和可靠性更高；（2）UVE算法筛选的特征波段数量最多，而SPA算法筛选的特征波段数量最少，更适合高光谱数据建立回归模型；（3）RF模型在多光谱成像预测叶片的REC（R_p=0.735 2，RMSEP=0.077 1）、SPAD（R_p=0.502 9，RMSEP=6.681 8）和MDA含量（R_p=0.784 6，RMSEP=8.885 3）方面具有最高的精度；SPA-SVM模型在高光谱成像预测叶片的SPAD（R_p=0.734 9，RMSEP=4.154 6）和MDA（R_p=0.685 8，RMSEP=8.548 8）方面具有最高的精度，SPA-PLS模型在预测REC（R_p=0.629 8，RMSEP=0.066 9）方面具有最高的精度。因此，基于多光谱、高光谱成像和机器学习算法的REC、SPAD、MDA预测模型提供了一种准确、无损和高效的方法，对茶树抗寒性评价具有重要意义。
		2025 Vol. 45 (01): 256-263 [摘要] ( 47 ) RICH HTML PDF (14071 KB) ( 28 )

	264	Cu²⁺污染下农作物叶片特征光谱探究
		张超^1，2，3，吴轩^1，3，杨可明^4*，齐钒宇^1，3，夏天⁵
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0264-08
		为探究重金属胁迫下农作物污染响应的敏感叶型及谱段，设计了室外温室环境下的不同铜胁迫梯度玉米花盆试验。以玉米叶片为探究对象，利用仪器测定了出穂期玉米叶片的高光谱反射率数据以及叶片中重金属含量数据，为研究提供了基础数据。从频率域角度，结合时频分析的方法设计了叶片光谱探测法（LSDM），获得了重金属铜胁迫下敏感叶型及谱段，为农作物重金属监测提供技术支撑。根据玉米的生长过程，从老叶（O）、中叶（M）、新叶（N）光谱350～1 300 nm的全谱段和子谱段角度进行探究。(1) 对铜胁迫下玉米叶片的高光谱反射率数据进行双微分（SOD）和包络线移除（CR），转换到频率域上，结合时频分析的方法进行Daubechies小波6层分解。(2) 根据信号异常点、小波高值点和SODCR曲线高值点，定义玉米叶片的光谱异常参数（SAP）。异常变化反射率ACR（异常反射率与其后一个相邻波段反射率差值的绝对值）；异常小波系数AWC（异常小波系数与其后一个相邻波段小波系数差值的绝对值）；异常SODCR值ASV（异常点SODCR值与其后一个相邻波段SODCR值差值的绝对值）。通过光谱异常参数与玉米叶片重金属含量的相关关系，探究对铜污染响应敏感的叶型及谱段。结果表明，叶片光谱探测法LSDM能高效地对玉米叶片弱信息进行增强，并准确定位出重金属铜胁迫引起的光谱异常谱段位置，异常变化范围集中在350～800 nm内；光谱异常参数能定量地衡量玉米叶片在重金属铜胁迫下的光谱异常；在不同铜胁迫梯度下，玉米新叶（N）为敏感叶型，敏感谱段为蓝边、绿峰、黄边、红谷。该研究有望为其他谷类农作物及其冠层尺度重金属监测提供技术支撑。
		2025 Vol. 45 (01): 264-271 [摘要] ( 44 ) RICH HTML PDF (3782 KB) ( 28 )

	272	不同分数阶微分形式在盐渍土电导率高光谱反演中的适用性研究
		周凤玺^1，2，滕祥帅¹，郝君明^1，3，王立业¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0272-10
		近年来，部分学者将分数阶微分理论应用到盐渍土电导率高光谱反演中，取得了较为显著的效果。然而，已有研究多采用Grünwald-Letnikov分数阶微分定义形式，对于Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分定义形式的应用研究较少，Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分定义形式在盐渍土电导率高光谱反演中的适用性尚不明确。基于实测土壤电导率和高光谱数据，考虑常见的Grünwald-Letnikov、Riemann-Liouville和Caputo三类分数阶微分定义形式，通过软件编程实现Grünwald-Letnikov、Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分处理函数，比较分析了不同分数阶微分定义形式下，土样高光谱数据在同阶微分处理后的差异性以及随阶数增加后的变化特征。结果表明：土样光谱反射率曲线在不同分数阶微分定义形式下，同阶微分处理后表现出较大差异；在0.1~1阶范围内，随微分阶数的增加，Grünwald-Letnikov、Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分处理后高度变异波段数量均呈现出增加趋势；当微分阶数趋于1时，光谱反射率微分值逐渐降低且向0值逼近，波动范围逐渐减小，而光谱数据的变异性却随着波动范围的减小而增强；Grünwald-Letnikov分数阶微分处理在0.6、0.7阶相关系数提升9.5%、6.7%，Riemann-Liouville和Caputo分数阶微分处理后，相关系数分别在0.8~0.9阶、0.7~0.9阶提升1%左右。该研究为高光谱数据预处理提供了一种新的研究思路，为更好的将分数阶微分理论应用到土壤盐渍化遥感反演中提供参考。
		2025 Vol. 45 (01): 272-281 [摘要] ( 45 ) RICH HTML PDF (12796 KB) ( 17 )

	282	基于光谱分析的鞣花酸和尿石素A~D与HSA相互作用机理研究
		谢星¹，程鑫鹏¹，张露^1，罗晶¹，王乐怀¹，林文静¹，卢菲艳¹，涂宗财^1，2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0282-09
		采用光谱分析结合分子模拟技术探究了鞣花酸（EA）及其代谢产物尿石素A~D（UA~D）与人血清白蛋白（HSA）的相互作用机理，有助于解析其药理毒性和药效。研究结果表明EA和UA~D能与HSA以1∶1的摩尔比例结合并通过静态方式猝灭HSA的荧光。UA和UC与HSA结合是氢键和范德华力驱动的放热过程，而EA和UD与HSA结合疏水相互作用驱动的吸热过程。三维荧光图谱分析表明UC~D和EA与UA~B分别增加了HSA色氨酸和酪氨酸微环境的亲水性和疏水性。分子模拟分析结果表明，EA和UA~D与HSA的活性氨基酸残基Lys436、Asp187、Lys432、Arg485、Leu430、Leu4、Ile388、Tyr411等形成氢键，与氨基酸残基Ala191、Val456、Lys199和Trp214之间存在疏水相互作用，证明其主要通过氢键和范德华力与HSA结合，屏蔽HSA的糖基化位点，抑制其糖基化。可为EA和UA~D作为糖基化抑制剂用于治疗糖尿病并发症奠定理论基础。
		2025 Vol. 45 (01): 282-290 [摘要] ( 41 ) RICH HTML PDF (20876 KB) ( 18 )

	291	基于改进人工神经网络的多指标冷鲜羊肉新鲜度无损检测
		徐子洋^1，2，姜新华^1，2*，翟成珺³，马学磊^1，2，李靖^1，2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)01-0291-10
		冷鲜羊肉新鲜度受多种因素影响，可通过多个理化和微生物指标综合评价。传统检测方法操作复杂、效率低。高光谱成像作为一种快速且非破坏性的检测技术，可以有效地检测冷鲜羊肉新鲜度改变过程中不同成分的变化。为了研究采用高光谱成像技术实现冷鲜羊肉新鲜度多指标评价的可行性，提出一种改进人工神经网络算法，通过重新定义损失函数加强标记之间的相关性，充分采用多个新鲜度指标对冷鲜羊肉新鲜度分类。试验收集了0～14 d冷鲜羊肉样本在400～1 000 nm范围的高光谱图像，采用实验室方法测定挥发性盐基氮（TVB-N）、pH值、菌落总数（TAC）和大肠菌群近似数（ANC）指标值。通过S-G平滑滤波法和多元散射校正对冷鲜羊肉样本原始光谱数据进行预处理，采用连续投影法（SPA）选择光谱数据的18个特征波长作为输入数据，采用所提出的改进人工神经网络算法建立多指标冷鲜羊肉新鲜度等级模型。结果表明，改进人工神经网络对测试集的分类准确率达96%，三个新鲜度等级样本的识别率分别为100%、89.28%和98.68%，采用汉明损失（hamming loss）、1-错误率（one-error）、排序损失（ranking loss）和覆盖率（coverage）四种多标记模型指标进行评价，评价指标分别为0.008、0.002、0.0025和4.048。改进人工神经网络分类模型的准确率和各项模型评价指标均优于传统ANN，证明改进人工神经网络用于多指标冷鲜羊肉新鲜度的无损检测具有可行性。
		2025 Vol. 45 (01): 291-300 [摘要] ( 49 ) RICH HTML PDF (9753 KB) ( 63 )

　京ICP备18030722号-1
　版权所有 © 《光谱学与光谱分析》期刊社
　地址: 北京市海淀区学院南路76号　邮编：100081
　Tel: (010)62181070　E-mail: chngpxygpfx@vip.sina.com
　本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发　E-mail:support@magtech.com.cn