光谱学与光谱分析

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2025年 45卷 12期刊出日期：2025-12-01

论文

论文

	3301	基于太赫兹成像技术的皮肤屏障损伤离体分析
		齐济^1，2，黄俊凯³，陈雨昂^1，2，何明霞^1，2，曲秋红^1，2，胡立志^3，张逸竹^1，2*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3301-06
		太赫兹由于其非电离特性以及对物质水分含量的高灵敏度，近年来取得了显著的进展，逐渐应用于肿瘤检测、烧伤评估等诸多领域。正因如此，太赫兹成像在病理学诊断和生物医学研究中的潜能备受关注，展现出了值得进一步开发和利用的价值。皮肤是人体最大的器官，具有保护、调节体温和免疫应答等重要功能。维持其屏障完整性对于预防或缓解皮肤疾病至关重要。为了评估并检测皮肤屏障功能的变化，需要建立一种精准且可靠的新方法。本文以小鼠皮肤为模型，通过胶带破坏方式，在实验组制备了屏障受损的皮肤样本，并以正常皮肤作为对照组。为了更好地展现不同损伤程度及结构层次，实验中采用了包括直接切片法、水浴刮取法与分解酶法在内的多种样本前处理手段，从多角度对皮肤层次进行定位和比对。利用太赫兹二维平移扫描成像系统对样本进行了测量。扫描结果不仅能够在图像上直观地显示出损伤部位与正常区域之间的差异，也可通过对特定区域的平均灰度值进行量化分析，从而体现出皮肤表面及更深层次的太赫兹吸收变化。为了提高对皮肤层的精准定位，利用时域断层扫描技术，对不同深度的反射信号进行分析，将太赫兹反射与相应的皮肤结构对应起来，验证了太赫兹吸收变化与实际皮肤屏障损伤之间的关联性。结果显示，被胶带反复处理后的小鼠皮肤其屏障功能确实受到了显著破坏，呈现在太赫兹成像图中的损伤区域与对照组相比，吸收特征有明显差异；通过对图像灰度值的定量对比，进一步证实了上述差异具有统计学意义。这些发现不仅为利用太赫兹技术快速识别并评估皮肤损伤提供了直接证据，也为后续在临床上监测皮肤屏障变化提供了可行思路。
		2025 Vol. 45 (12): 3301-3306 [摘要] ( 12 ) PDF (20754 KB) ( 22 )

	3307	融合形态学与优化算法的XRF铁矿石品位定量分析检测方法研究
		王兰豪¹，朱震宇²，钟宵³，王红艳^3*，李朝朋⁴
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3307-10
		针对现有X射线荧光光谱（XRF）铁矿石在线品位检测技术受强本底干扰、谱峰重叠解析困难及建模精度不足制约的问题，提出覆盖“信号预处理—谱峰分解—品位建模”全流程的解决方案。在本底扣除环节，开发融合数学形态学与导数迭代多项式拟合（Mor+DIPF）方法，在保障特征峰光谱保真度的同时显著提升基线平滑性与拟合精度，解决传统形态学算法在特征峰区域平滑不足的缺陷。针对复杂谱峰重叠，提出自适应参数更新粒子群算法（APU-PSO）联合EM-GMM的分解框架，通过增强全局寻优能力实现高精度解析，为后续定量分析提供高精度谱峰参数。为解决基体效应导致的非线性误差问题，构建Transformer与双向长短期记忆网络（BiLSTM）融合模型，利用Transformer捕捉工艺变量间的长距离依赖关系，BiLSTM增强时序动态特征学习，通过多源数据融合深度提取品位波动关键影响因素，解决基于XRF铁矿石品位高精度预测瓶颈。实验结果表明，Mor+DIPF算法在四种不同基线（线性、正弦、高斯、指数）下的均方根误差（RMSE）、平均相对误差（MAE）和决定系数（R²）均优于传统方法，其中R²最高达到99.96%。APU-PSO-EM-GMM算法在普通重叠峰、肩部重叠峰和多重叠峰的拟合效果上均优于曲线拟合法、高斯锐化法等对比算法。Transformer-BiLSTM模型对钛铁矿品位的定量分析平均绝对误差为0.217 2，均方根误差为0.280 7，决定系数达99.716 1%，性能优于SVM、Transformer等模型。该系统已在沈阳某选矿厂应用6个月以上，在设定3%相对误差范围内的估计合格率均超90%，展现出高精度、强实时性与优异鲁棒性的综合优势，该研究成果为复杂矿物在线分析提供了理论依据与技术范例，推动XRF光谱分析在工业过程检测领域的智能化应用。
		2025 Vol. 45 (12): 3307-3316 [摘要] ( 10 ) PDF (10560 KB) ( 17 )

	3317	基于激光诱导击穿光谱结合深度学习的鲜肉快速识别方法研究
		孙浩然¹，王思文¹，赵春园¹，林晓梅²，高勋³，方健^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3317-07
		肉类是人类饮食中重要的蛋白质和营养物质来源，而肉类食品掺假问题已成为我国食品安全领域的重大问题，针对传统肉类食品检测方法存在操作复杂、程序耗时、设备造价高昂的问题，提出利用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）结合深度学习网络模型的方法对多品种肉类组织进行快速检测与分类识别。通过LIBS技术分别采集了牛肉、羊肉、猪肉3种肉类光谱数据，选取5种元素9个波段谱线作为分析谱线及模型输入量进行建模识别，设计了1种以ResNet18为主干网络，同时设计3种机器学习模型，对光谱数据进行建模识别。结果表明，深度学习网络模型识别能力最优，精确度达到了98.1%。120组光谱数据中，牛肉、羊肉、猪肉光谱数据分别有117、119、117组光谱数据识别正确，在与同为深度学习网络模型的横向对比中，ResNet18网络模型对肉类光谱数据的识别能力优于GoogLeNet、Vgg16、ResNet50的3种深度学习模型，在此基础上通过重新采集的数据对模型泛化性进行验证，精度达到98.9%，说明模型能够在较高识别精度的基础上，保持较强的跨数据集识别能力，具有良好的泛化性与一致性。以上研究表明，通过LIBS与卷积神经网络结合的方式能够在多品种肉类分类识别任务中提供不同品种肉类客观量化差异信息，并具有快速和原位诊断不同种类肉类组织的潜力。
		2025 Vol. 45 (12): 3317-3323 [摘要] ( 8 ) PDF (10705 KB) ( 14 )

	3324	基于改进窄谱带方法的类核巡航导弹尾焰红外光谱辐射特性研究
		杨杰，白璐^*，李金录，刘睿曦
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3324-08
		提出了一种基于修正函数的改进窄谱带计算模型，用于两类核巡航导弹尾焰红外辐射的计算。该模型将Curtis-Godson(CG)近似中窄谱带参数替换为路径等效的窄谱带参数，以解决处理非均匀燃烧系统时精度下降问题。与文献[1]中实验数据对比，基于修正函数的改进窄谱带模型比传统CG近似下窄谱带模型更符合实验数据，在2.7、4.3和3～5 μm波段精度分别提升了13.29%、18.01%和8.4%。在此基础上，计算类AGM-86B型导弹和类AGM-158B型导弹沿弹道点变化的流场参数，采用“line of sight (LOS)”求解辐射传输方程，建立类核巡航导弹尾焰红外辐射计算模型，对两类导弹1～20 km飞行高度下尾焰的红外辐射特性进行计算与分析。研究结果表明，类AGM-86B型导弹在2.7和4.3 μm波段的辐射强度随高度变化趋势基本一致，在飞行弹道后半段5 km时辐射信号达到峰值。类AGM-158B型导弹在20～1 km飞行弹道内，4.3 μm波段的辐射强度均大于2.7 μm波段。研究结果可为两类导弹发射初期型号识别与拦截提供理论支撑。
		2025 Vol. 45 (12): 3324-3331 [摘要] ( 8 ) PDF (8611 KB) ( 10 )

	3332	基于TabPFN的分数阶高光谱橡胶树叶片白粉病诊断研究
		胡文锋¹，陈周洋¹，李创¹，罗小川¹，赵永臣¹，何勇²，唐荣年^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3332-10
		白粉病(PM)是影响橡胶树健康生长和天然橡胶产量的常见叶部病害之一，快速准确地进行病害诊断分级对实施精准防控和保障天然橡胶产量具有重要意义。利用高光谱成像技术对海南橡胶种植区的染病叶片进行检测分析，采集了不同病害等级的橡胶叶片样本，通过高光谱成像设备获取965.4～1 668.0 nm波段范围的反射光谱数据。高光谱数据存在噪声和信息冗余，采用支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、多层感知机(MLP)三种传统模型和具有自动加权特征能力的表格化先验数据拟合网络(TabPFN)对原始光谱及Savitzky-Golay平滑、标准正态变换(SNV)、分数阶微分(FOD)预处理后的全波段数据进行建模分析，通过多模型评估筛选出最优光谱校正方法。为了验证TabPFN的特征加权能力，基于最优预处理数据，分别采用主成分分析(PCA)、ReliefF、最大相关性最小冗余(mRMR)及HSICLasso算法进行特征选择，提取与白粉病分级相关的敏感波段。对比全波段与特征子集在不同分类模型上的性能差异，确定最优模型架构。最后采用SHAP可解释性分析方法，揭示最优模型中关键特征波段对白粉病分级的主要影响。结果表明：在所有诊断模型中TabPFN均能达到最优，展现其较高的鲁棒性和较好的特征加权选择能力。其中，FOD预处理能有效处理光谱噪声并放大有效细节特征，提升数据质量的效果最优，基于该方法的全波段TabPFN模型分类准确率达95.27%，较传统方法提升3.24%~13.24%，HSICLasso筛选20个关键特征后准确率仍保持94.31%，模型复杂度降低近90%，精度仅降低1.01%。SHAP分析显示1 160和1 400 nm附近波段为关键判别区域，该波段区域与C—H、O—H化学键振动高度相关，对应叶片碳水化合物、木质素以及水分含量，表明该模型能够有效捕捉由白粉病引起的叶片理化参数变化所导致的光谱响应特征。验证了FOD结合TabPFN算法检测白粉病的可行性，所建模型可精准判定病害等级，为胶园精准施药、保障橡胶树健康以提升橡胶产量提供参考。
		2025 Vol. 45 (12): 3332-3341 [摘要] ( 11 ) PDF (7462 KB) ( 13 )

	3342	基于机器学习的手持式LIBS对黑粉的快速分类
		陈楠^1，2*，邹招华¹，罗兹循¹，沈新建¹，刘燕德^1，2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3342-07
		随着新能源汽车及储能装置的快速发展，废弃锂电池数量激增。黑粉作为电池回收过程中最关键的材料，其成分复杂、种类繁多，若不能有效识别与分类，极易造成资源浪费和环境污染。传统检测方法存在耗时长、成本高等局限性，难以满足工业化场景对黑粉实时分类的需求。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)凭借多元素同步检测、快速、高效等优势，为黑粉快速识别提供了新思路。本研究将手持式LIBS光谱仪与机器学习算法相结合，实现对废旧锂电池黑粉的精准识别与高效分类。首先从赣州浩海新材料有限公司购买九种常见锂电池黑粉样品，通过手持式LIBS仪对黑粉样品进行光谱采集；为提升光谱数据的质量与后续建模的准确性，采用最大最小归一化（MMN）、Savitzky-Golay平滑滤波（SG）对LIBS光谱数据进行预处理优化；将预处理后的光谱数据进行降维处理，分别引入主成分分析（PCA）与线性判别分析（LDA）这两种数据降维方法；最后，基于降维后的光谱数据，分别建立随机森林（RF）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和反向传播神经网络（BPNN）三类分类模型；从测试集的分类准确率、精确率、召回率和F1得分四个方面进行比较，选择最优黑粉分类模型。实验结果显示，采用线性判别分析（LDA）与反向传播神经网络（BPNN）相组合的方式所构建的分类模型，展现出了最为优异的识别性能，测试集的总体准确率高达99.70%。验证了LIBS技术结合机器学习方法在锂电池黑粉识别中的可行性与有效性，为废弃锂电池黑粉的高效分类与再利用提供了理论基础和实用价值。
		2025 Vol. 45 (12): 3342-3348 [摘要] ( 8 ) PDF (6527 KB) ( 11 )

	3349	基于模糊规则二元分类器组合的农林物种光谱开集分类识别研究
		何保雄¹，赵鹏^1*，李振宇²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3349-09
		开集分类识别要求分类器不仅能够“辨识”已知类别的测试样本，而且还要有效地“拒识”未知类别的测试样本；在光谱分析中有关的研究与应用相对较少。改进了Ishibuchi提出的经典的闭集框架下的模糊规则多类别分类器，将其应用于开集分类识别领域。首先，使用主成分分析法进行原始光谱曲线向量的光谱维度约简，降维至4维~6维的光谱特征向量。其次，将Ishibuchi提出的模糊规则多类别分类器简化为二元分类器版本，采用1-vs-1二元分类器进行分类处理，并且确定该测试样本在相应类别的得票。最后，将所有二元分类器的投票数进行统计，如果某个已知类别的得票数最高，并且该最高得票数大于预先确定的阈值τ，那么测试样本判决为该已知类别；否则就“拒识”为未知类别，从而实现了多类别的开集分类识别。在实验验证中，对于木材和芒果光谱数据集进行了分组的对比实验，结果表明，本方法优于其他的主流的开集分类识别，包括基于广义基本概率分配(generalized Basic probability assignment, GBPA）的改进的开集框架下的模糊规则多类别分类器；具有最好的评价指标F-Score, Kappa系数及总体识别率。此外，还针对芒果光谱数据集的对比实验进行了双尾McNemar's Test统计检验，进一步表明该方法相对于其他的开集分类识别方法来说，具有统计检验意义的优势。
		2025 Vol. 45 (12): 3349-3357 [摘要] ( 11 ) PDF (4800 KB) ( 11 )

	3358	融合特征空间注意力的卷积神经网络用于酒石酸近红外在线检测
		李志豪^1，2，肖金凤^1，张洪明^2，吕波^2，3*，尹相辉¹，李晓星^1，2，赵明⁴，马飞⁵
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3358-08
		酒石酸作为一种重要的有机酸，广泛存在于葡萄酒、果汁、碳酸饮料及部分糖果等食品中，其浓度直接影响产品的酸甜平衡、口感稳定性。在相关食品生产过程中，酒石酸浓度会因原料差异及配方调整而波动，因此建立能够实时在线监测酒石酸浓度的方法对保障产品质量与生产一致性至关重要。然而，现有检测方法（如滴定法、HPLC）存在响应迟滞问题，难以实现实时在线监测。鉴于工业生产过程的多变量、非线性和动态特性，建立精确的浓度预测模型对方法学提出了更高要求。为此，融合一维卷积神经网络（1D-CNN）与特征空间注意力机制（FSA），构建CNN-FSA混合模型，采集近红外光谱以驱动酒石酸溶液浓度检测实验，探索模型在提升检测速度与鲁棒性方面的潜力，为溶液化学过程的浓度实时在线监测提供创新参考方法。光谱数据先经主成分分析（PCA）结合马氏距离剔除异常，采用标准正态变量变换（SNV）以消除散射与基线漂移，再使用提出的CNN-FSA模型和 PLSR模型对数据集进行训练和评估。模型性能通过决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）进行综合评估。设计了六轮实验，每轮实验初始底料为 500 g（水、酒精、葡萄糖、苹果酸，柠檬酸）混合液体，补料为500 g（475 g 水+25 g 酒石酸）。前四轮实验数据按7∶3比例随机划分为训练集和测试集，后两轮实验数据作为独立预测集以严格评估模型泛化能力。在独立预测集上，CNN-FSA模型取得了优异的性能：R²=0.989 6，RMSE=0.000 702，MAE=0.000 580。相比之下，PLSR模型的性能为：R²=0.968 8，RMSE=0.001 214，MAE=0.001 059。相较于 PLSR，CNN-FSA在独立预测集上的RMSE显著降低了42.17%，MAE 降低了45.23%。结果表明：CNN-FSA在酒石酸浓度预测建模中显著优于PLSR，在预测集上展现出更强泛化性与稳健性。
		2025 Vol. 45 (12): 3358-3365 [摘要] ( 8 ) PDF (4653 KB) ( 9 )

	3366	室温液态金属核壳型纳米药物的制备及光热性能研究
		任星雨¹，陈怀¹，高思博²，王光华²，段良飞^1，杨慧芹^1
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3366-07
		相比传统癌症治疗方法，光热治疗因其毒副作用小、靶向性强、疼痛感轻等优势而备受关注。室温液态金属（LMs）是一类新兴的功能材料，常温下呈液态，兼具金属的导电性与流体的可加工性。其独特的流动性、良好的分散性与溶解性、优异的导热性及光热响应性，以及良好的生物相容性，使其在光热治疗领域展现出独特的应用前景。然而，室温液态金属表面张力大与反射率高等特点严重限制了其光热转换效率。值得注意的是，室温液态金属表面原子具有高度的流动性与可分散性，赋予其较高的表面化学活性。基于此，通过表面化学修饰来调控室温液态金属的表面光学性能，是提升其光热性能的一种理想策略。研究引入无毒、具有良好生物相容性的海藻酸钠（SA）溶液对室温液态金属表面进行功能化修饰。超声作用下，海藻酸钠可均匀包覆于室温液态金属纳米粒子表面，形成稳定分散的液态金属@海藻酸钠（LM@SA）核壳型纳米粒子。海藻酸钠修饰后获得了具有优异光热性能的室温液态金属纳米药物，其在1.5 W·cm^-2的808 nm近红外激光照射下，升温速率达到5.4 ℃·min^-1，4分钟内温度可达63 ℃，光热转换效率高达41.9%。同时，海藻酸钠修饰显著提高了粒子的分散性与热稳定性，在连续8轮光热冷却循环中温升能力未见明显下降。综上所述，本文提出了一种通过生物相容性高分子调控LMs光学性能的新策略，为其在精准、高效的肿瘤光热治疗中的应用提供了有力支撑。
		2025 Vol. 45 (12): 3366-3372 [摘要] ( 9 ) PDF (14324 KB) ( 14 )

	3373	基于ATR-FTIR光谱与机器学习的乳腺癌与卵巢癌差异性诊断研究
		宋澳^1，2，蔡以撒^1，2，蔡李峥^1，4，杨万里¹，庞楠¹，于瑞华¹，王士岩^3，杨超^1，姜峰^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3373-08
		乳腺癌和卵巢癌是女性常见的恶性肿瘤，其代谢活动和蛋白质结构的差异揭示了独特的病理机制。然而，由于二者在症状表现和分子特征上的部分重叠，临床诊断与区分仍然存在挑战。系统研究乳腺癌与卵巢癌在代谢过程和蛋白质构象上的变化，可为疾病的诊断和个性化治疗提供科学依据与指导。基于衰减全反射傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱技术，结合机器学习方法，探索乳腺癌与卵巢癌的差异性光谱标志物，并评估其诊断与区分的潜力。研究共纳入157例女性受试者，包括乳腺癌患者67例、卵巢癌患者41例及健康对照49例，采集血清样本进行光谱分析。结果显示，在1 450 cm^-1波段，乳腺癌组的吸光度显著高于卵巢癌组（p<0.05），并伴随波数蓝移，提示脂质代谢与细胞膜合成异常。酰胺Ⅰ区域分峰拟合分析表明，乳腺癌组的α-螺旋比例显著低于卵巢癌组（p<0.05），而卵巢癌组的β-折叠比例显著高于乳腺癌组（p<0.05），揭示了两种癌症在蛋白质构象变化上的特异性差异。结合A_{1 450}/A_{1 650}相对吸光强度比和酰胺Ⅰ的光谱数据构建的线性判别分析（LDA）模型表现出一定的区分效能（AUC=0.851，特异性=73.2%，灵敏度=80.3%）。研究结果表明，ATR-FTIR光谱技术结合光谱特征分析与分类模型可为乳腺癌与卵巢癌的诊断与鉴别提供有效支持，并为未来癌症分型诊断研究奠定了基础。
		2025 Vol. 45 (12): 3373-3380 [摘要] ( 11 ) PDF (2932 KB) ( 9 )

	3381	模糊双曲余弦判别分析的光谱分类研究
		武斌^1，2*，刘富碑³，武小红³
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3381-06
		传统的线性判别分析（LDA）在直接处理高维的光谱数据时会出现小样本问题，而双曲余弦判别分析方法（HCMDA）能够解决小样本问题。为了进一步提高HCMDA的分类准确率和处理含噪声的光谱数据，在HCMDA的基础上结合模糊集合理论和双曲余弦相似度计算提出了模糊双曲余弦判别分析算法（FHCMDA），并建立了基于FHCMDA和K近邻（KNN）分类器的分类模型分别进行肉类中红外（MIR）光谱和苹果近红外（NIR）光谱的分类，并与HCMDA作比较，对比两者的分类准确率。FHCMDA利用训练样本及其均值计算模糊隶属度，然后计算模糊类内散射矩阵和模糊类间散射矩阵，再计算模糊类内双曲余弦函数和模糊类间双曲余弦函数，最后通过特征分解得到特征向量。首先，获取三种肉类（鸡肉、火鸡和猪肉）样本的MIR光谱和四种苹果（红富士、花牛、黄蕉和加纳）样本的NIR光谱，其中肉类每种有40个样本数据，苹果每种有50个样本数据。其次，对苹果NIR光谱数据采用多元散射校正(MSC)预处理以消除由于散射水平不同带来的光谱差异，增强其相关性。然后确定肉类和苹果的初始聚类中心，计算模糊隶属度。根据计算的模糊双曲余弦函数，分别用HCMDA和FHCMDA计算特征分解，分别对光谱数据进行特征提取。最后利用KNN进行分类，得到HCMDA和FHCMDA的分类准确率并进行对比分析。实验最终结果如下: HCMDA+KNN对肉类品种的分类准确率为90.48%，对苹果品种的分类准确率为76.67%；FHCMDA+KNN对肉类品种的分类准确率为97.62%，对苹果品种的分类准确率为91.67%。以上实验结果表明，采用模糊双曲余弦判别分析结合KNN是一种鉴别食品品种的有效方法，且鉴别准确率明显高于HCMDA+KNN，为食品品种的鉴别和筛选提供了一种新方法。
		2025 Vol. 45 (12): 3381-3386 [摘要] ( 11 ) PDF (1687 KB) ( 9 )

	3387	混合熔剂熔融ICP-OES内标法同时测定铝土矿中铝等十种元素
		张灵火^1，2，阳国运^3，马娜^1，2，张鹏鹏^1，2，陈海杰^1，2，徐进力^1，2，白金峰^1，2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3387-07
		铝土矿是我国战略性矿产之一，准确、高效地分析其主要及共伴生的有益有害元素含量对铝土矿的矿床评价和综合利用有重要意义。目前铝土矿系统分析仍以传统化学法、原子吸收法单元素测定为主，分析效率较低，亟待开发一种简单高效的铝土矿中多元素同时测定方法。电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）同时测定铝土矿中的多元素含量，关键点在于难熔铝土矿样品高效分解方法的选择、高倍稀释条件下提高测定精密度和准确度的方法、基体及共存元素干扰的消除等。提出一种无水碳酸钠-硼酸混合熔剂熔融，超声提取，ICP-OES离线内标法同时测定铝土矿中铝、硅、铁、钛、锶、锂、铬、钒、锆、钪十种元素的分析方法。系统探究了混合熔剂用量、熔融温度对样品分解效果的影响，0.1 g样品加入0.7 g混合熔剂，在1 000 ℃下熔融20 min保证样品分解完全；优化了熔融物提取条件，选择15%盐酸超声提取，提取效率高且不产生硅酸沉淀；根据铝土矿中各元素含量、谱线灵敏度及谱线干扰情况，优选了待测元素分析谱线；通过对比Cd 214.438 nm、Cd 228.802 nm、Co 228.616 nm、Co 345.351 nm对10种元素的校正效果，选择Co 228.616 nm、Co 345.351 nm为内标谱线分别校正不同元素，提高了待测元素测定结果的精密度；系统考察了不同浓度铝对其他元素的干扰情况，发现不同元素受铝干扰的程度存在差异，该方法样品稀释2 500倍后待测溶液中铝的浓度一般不超过200 μg·mL^-1，对其他元素的干扰可以忽略。该方法各元素的检出限为0.5 μg·g^-1~0.1%，通过标准物质验证，除锂元素外，其他元素的相对标准偏差（RSD，n=12）均小于5%。主量元素（Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂）测定结果的相对误差（RE）为-1.81%~1.61%，其中Al₂O₃为-0.65%~0.28%，其他元素测定结果的相对误差为-10.53%~12.78%，测定值与认定值基本一致。该方法方便快捷，检出限低，测定结果准确度高、精密度好，适用于不同含量范围铝土矿样品中多元素同时分析。
		2025 Vol. 45 (12): 3387-3393 [摘要] ( 12 ) PDF (1691 KB) ( 9 )

	3394	冻融与干湿交替作用对秸秆源溶解性有机质光谱特性的影响
		崔嵩^1，2，刘璐^1，2，张福祥^1，2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3394-09
		秸秆作为农业生产的主要副产物，其还田所释放的溶解性有机质（DOM）是农田土壤中DOM的重要来源。老化过程通过改变秸秆释放DOM的含量、组分和结构特征，进而影响其在环境中的功能特性。采用紫外-可见光谱（UV-Vis）和三维荧光光谱（3D-EEM）结合平行因子分析（PARAFAC）技术，系统探究了冻融循环（FT）与干湿交替（WD）两种典型老化作用下的玉米秸秆源DOM光谱特征的演化规律。结果表明：（1）两种老化处理均显著促进了溶解性有机碳（DOC）的释放（FT：6.08→9.14 g·kg^-1；WD：6.42→12.39 g·kg^-1），且WD处理的累积释放量较FT处理高95.10%，表明较高温度和水分变化条件会促进DOM的释放；（2）UV-Vis光谱特征显示，秸秆源DOM中含有双键（C═C，C═O，N═N）化合物，在冻融循环过程中，250~300 nm区域的肩峰逐渐增大且变宽，表明秸秆腐殖化程度增加；而在干湿交替作用下肩峰较窄且吸收强度较高，表明干湿交替下腐殖化程度降低且芳香族化合物和不饱和共轭双键结构含量较高；（3）PARAFAC识别出3种类腐殖质组分（C1、C2、C3），其中芳香性组分C2的相对含量随老化次数增加而降低；（4）光谱参数特征结果表明，老化过程中秸秆源DOM的SUVA₂₅₄和SUVA₂₆₀值减小，E2/E3值逐步上升，荧光指数（FI）上升（FT：1.435→1.446；WD：1.436→1.456），揭示了老化过程中秸秆源DOM分子结构趋于简单化；光谱特征参数的相关性分析发现，随着DOM芳香性结构的破坏，分子量减小且DOM发色团与荧光团性质相似。该研究阐明了老化作用下秸秆源DOM的释放及其光谱特征演变规律，可为秸秆的资源化利用提供科学依据。
		2025 Vol. 45 (12): 3394-3402 [摘要] ( 8 ) PDF (9659 KB) ( 5 )

	3403	面向太空尘埃有机物的激光热解光谱探测与定性定量分析
		吴义健^1，4，徐卫明^1，2，4，许学森^1，4，李鲁宁^2，4，吕文浩^1，4，鄢朋朋²，舒嵘^{1，2，3，4}
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3403-12
		太空微小星体中痕量有机物的探测对研究生命起源具有重要意义，然而传统光谱技术难以一次性激发并释放样本中所有有机物进行全面检测。特别是对于弥散分布的有机物，往往难以有效捕捉其信号，导致其在复杂基质中的检测受到限制。针对这一问题，提出一种激光热解-傅里叶变换红外光谱（LP-FTIR）结合机器学习的分析方法，旨在为深空探测生命痕迹识别提供新的技术方案。首先制备了含6种典型生命相关有机分子（甘氨酸、硬脂酸、胞嘧啶核苷、核糖、脱氧核糖以及大豆卵磷脂）的太空尘埃模拟样品。利用小型化LP-FTIR探测平台，获取热解气体的红外光谱数据。在定性分析中，开发了融合支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、极限梯度提升（XGBoost）、循环神经网络（RNN）和反向传播网络（BPNN）的多模型融合分类算法，结合贝叶斯优化进行超参数调优，最后通过多数投票机制集成预测结果。定量分析方面，创新性地设计了一维卷积神经网络（CNN）结合多头注意力机制的回归模型，利用分段池化锁定关键波段以提升特征提取能力。研究结果表明，多模型融合分类方法在六类有机物识别中准确率达90%，较最优单模型（BPNN 87%）提升显著。改进的注意力CNN对甘氨酸的预测决定系数R²达0.979，均方根误差（RMSE）为0.21 mg，较传统偏最小二乘回归（PLSR，R²=0.969）和基础CNN模型（R²=0.891）性能提升显著。
		2025 Vol. 45 (12): 3403-3414 [摘要] ( 8 ) PDF (21254 KB) ( 4 )

	3415	基于近红外光谱鸡蛋蛋黄掺杂苏丹红Ⅰ定性与定量分析
		尹伟鉴¹，温裕宽¹，董桂梅¹，杨仁杰¹，李留安²，于晓雪²，于亚萍^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3415-07
		苏丹红Ⅰ是一种能使禽蛋蛋黄增艳的非法食品着色剂，快速检测鸡蛋蛋黄是否含有苏丹红Ⅰ具有重要意义。利用近红外光谱仪对蛋黄进行数据采集，共采集了60个未掺杂以及102个掺杂不同浓度[0.5～20 mg·(100 g)^-1]苏丹红Ⅰ的蛋黄样品光谱数据；对数据进行波谱解析及预处理后，按3∶1的比例划分训练集和测试集样品后对蛋黄中苏丹红Ⅰ的掺杂进行定性与定量建模分析，并通过预测正确率、校正集/训练集决定系数（R²_c/R²_p）及均方根误差（RMSEC/RMSEP）对模型进行评估。定性分析，采用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）算法对鸡蛋样品中是否掺杂苏丹红Ⅰ进行分类建模，进行标准正态变换（SNV）预处理后建模效果最佳，训练集和测试集的准确率分别为98.3%和97.6%。定量分析，先利用竞争自适应重加权采样法（CARS）对光谱数据进行特征波长筛选，然后利用线性算法偏最小二乘回归（PLSR）与非线性算法BP神经网络（BP-ANN）建立回归模型对蛋黄中掺杂苏丹红Ⅰ的含量进行预测，PLSR模型性能更佳，其R²_c为0.98，R²_p为0.98，RMSEC为0.79，RMSEP为0.80。结果表明，利用近红外光谱可以快速便捷地对鸡蛋蛋黄中掺杂苏丹红Ⅰ含量进行检测。
		2025 Vol. 45 (12): 3415-3421 [摘要] ( 8 ) PDF (4786 KB) ( 6 )

	3422	基于改进卷积神经网络和高光谱成像技术的同色墨水鉴别
		姜林一，代雪晶^*，李云鹏，汤澄清
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3422-09
		随着文件伪造和经济纠纷案件的增多，同色墨水的精准鉴别在司法鉴定中具有重要意义。传统方法（如薄层色谱法、拉曼光谱法）存在样本破坏、耗时较长等局限性，而高光谱成像技术（HSI）因其图谱合一、无损检测等优势成为研究的热点。然而，现有基于“降维+聚类”的墨水分类方法难以充分挖掘高维数据的非线性特征，浅层机器学习模型的表达能力有限，易受信息损失和误差累积的影响。为此，提出了一种融合多尺度卷积与通道注意力机制的深度学习模型HI-CNN，将其结合高光谱成像用于同色墨水的鉴别。该模型通过多分支并行卷积提取不同尺度的光谱特征，全面感受各个波段的光谱信息；结合通道注意力机制动态增强判别性波段，聚焦关键波段信息；采用残差连接优化梯度传播，避免梯度爆炸和梯度消失的问题，减少误差累积，提高训练效率。实验基于UWA Writing Ink高光谱图像（WIHSI）数据集，探究了最合适的训练数据划分和训练参数设置，并设计消融实验验证了多分支并行卷积结构、通道注意力机制和残差网络连接对模型性能提升的有效性, 最后将本文提出的模型与其他模型架构在当前数据集的性能表现进行对比。实验结果表明, 多分支结构和通道注意力机制分别可提升4.6%和1.0%的准确率；通过残差网络连接使训练周期缩短了34%。在最具挑战的黑色墨水鉴别中，HI-CNN达到了98.07%的准确率（相比最优模型CAE-LR提升了5.3%）；蓝色墨水鉴别准确率达到99.06%，总体优于现有方法。该研究为同色墨水鉴别提供了一种准确、高效的解决方案，减少了司法文件检验对专业人员经验的依赖，在司法鉴定领域具有重要应用价值，推动同色墨水鉴别技术从经验依赖向科学量化的跨越式发展。
		2025 Vol. 45 (12): 3422-3430 [摘要] ( 8 ) PDF (11762 KB) ( 6 )

	3431	基于融合SENet通道注意力机制的残差网络和高光谱成像技术的血迹识别
		陈少阳，代雪晶^*，李云鹏，汤澄清
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3431-10
		犯罪现场遗留血迹的提取与鉴定为案件侦破提供了重要依据，但其快速、无损显现与检验仍是法庭科学领域的研究热点。为提高血迹的显现效率与检测精度，高光谱技术逐渐被应用于血迹的无损识别。然而，现有高光谱成像技术在血迹及类血迹识别中，尤其是针对复杂客体上的血迹时，存在识别准确率低、效率不足等问题。为此，通过将SENet通道注意力机制与一维残差网络（ResNet18-1D）融合，提出了一种基于高光谱成像技术的血迹识别模型，旨在提高血迹的高光谱成像技术识别准确率和效率。SENet通道注意力机制通过学习自动获取每个特征通道的重要性权重，进而增强有效特征并抑制无关特征。针对承痕客体的复杂性，改进传统SENet模块，采用双分支瓶颈模型以提升模型的适用性。为了应对公安实战中复杂多变的情况，在包含多种承痕客体的公开数据集Blood Detection数据集上进行了两组实验。（1）高光谱直推式分类实验场景：训练集与测试集来自同一高光谱图像，重点分析承痕客体对血迹特征的干扰。实验表明，该模型在包含复杂客体的模拟场景中总体精度（OA）与平均精度（AA）分别达96.8%和97.6%，较当前最优的Hybrid CNN模型提升1.3%和1.9%；（2）高光谱归纳式分类实验场景：在基础场景训练后直接迁移到另一幅图像中测试，此实验侧重血迹及类血迹物质的预识别能力，更具挑战性，但更符合实际应用场景。实验表明，模型总体精度与平均精度分别为63.3%和65%，较当前最优的RNN模型提升2.2%和1.6%，并通过错误源分析发现，番茄汁因其在470 nm附近的吸收峰与血液在415 nm的特征吸收峰相似，成为主要干扰源。除横向对比不同算法外，还通过消融实验验证了SENet通道注意力机制模块对模型性能的影响。结果显示，改进后的SENet通道注意力机制模块相较于原始SENet通道注意力机制模块，使模型在两种分类场景中的总体精度与平均精度都有提升。同时，效率测试显示虽然该模型参数量较大，但残差结构与双分支SENet的协同设计显著降低计算成本，训练耗时仅为45 ms·epoch^-1，满足实战的效率需求。
		2025 Vol. 45 (12): 3431-3440 [摘要] ( 8 ) PDF (32522 KB) ( 6 )

	3441	基于多约束优化原理的近红外多波长高温计真实温度反演算法
		张福才¹，丁治宇¹，盛子良¹，孙晓刚^2*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3441-06
		多波长高温计是对被测目标在不同波长下的辐射能量同时进行测量，通过数据处理反演真实温度。多波长高温计是非接触温度测量中重要的测量工具之一，这种测量方法与被测目标没有物理接触，不会对被测目标的温度和温度分布关系造成影响，在高温和甚高温领域中有着广泛的应用。在反演真实温度过程中，通常需要找出发射率与波长或者亮度温度等因素间的关联并以此反演被测目标的真实温度。发射率是辐射体的辐射能力的表征，其数值大小代表了辐射体的辐射能力的强弱。在多波长辐射温度测量中，只要能够测量出某一波长下的发射率和亮度温度，就可以计算出辐射体的真实温度。因此，发射率是多波长辐射温度测量中一个非常重要的物理量，它搭建了辐射体的辐射与黑体辐射之间的桥梁，相应的黑体辐射规律就可以应用在一般辐射体上。历经数十年持续的研究和探究，许多国际国内专家已经取得显著进展。但发射率会随时间而变化，若使用的发射率模型与实际情况有偏差，那么计算出的真实温度可能会出现较大误差。再者，要建立发射率与波长或热度等因素间的关系，需要大量试验和实践经验的支持，这样的数学模型并不具备广泛适用性，特别是在检测对象发生变化的时候，这个数学模型就变得不再有效。提出一种与发射率模型无关、具有一定通用性的多波长高温计真实温度快速反演新方法，该方法在真实温度反演中无需考虑传统的发射率模型，通过分析多波长高温计测量理论中内在的约束条件并与多约束优化理论相融合，建立多波长高温计新的真实温度反演方法。通过理论推导、和实验验证了基于多约束优化理论的多波长真实温度反演方法的可行性与通用性，初步形成一类基于多约束优化理论的多光谱高温计真实温度解决方案。
		2025 Vol. 45 (12): 3441-3446 [摘要] ( 8 ) PDF (2263 KB) ( 5 )

	3447	陕西咸阳东汉墓出土“五石”科学认知及相关问题研究
		张亚旭^1，2，3，朱雨霁¹，董琦¹，秦祎韦华¹，赵占锐^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3447-08
		五石，是汉代墓葬中经常遇到的矿物遗存，但有关五石的化学成分研究却相对薄弱。首次利用超景深显微镜、扫描电镜能谱、傅里叶红外光谱、显微拉曼光谱等多种分析技术对咸阳机场汉墓M3300出土朱书瓶内的五石进行科学检测分析。结果表明，五石中蓝色矿石主要成分为蓝铜矿，即碱式碳酸铜，纯度不高，蓝色颗粒间有明显的石英杂质。红色矿石整体呈现深红色，纯度较高，化学成分为雄黄，但矿石表面部分已发生了光老化，转变为乌宗石和副雄黄。黑色矿石为较纯净的磁铁矿，古代称之为“磁石”或“慈石”。白色矿石为白云石，但含有少量石英，灰色矿石为云母。白云石与云母这两种矿物是首次通过科学检测分析确定出作为汉代五石的重要组成部分。此外，综合朱书瓶表面文字与道教符文，推测M3300朱书瓶中放置的五石是具有相应的镇墓作用，朱书瓶本身也可称为“镇墓瓶”，瓶中所盛五石并非是作为药物服食以达到升仙或治病的功能。结合已经发表的相关文献梳理比较可知，五石作为五种矿物的代名词在汉代文献中是具有明确的物质指向，是曾青、丹砂、白礜、雄黄、慈石五种矿物的组合体，但具体实际放置在墓葬中发挥镇墓作用时，却并不严格按照物质成分，而更多地是关注矿物的外在表现色彩与寓意，相应弱化矿石的具体化学组成。该研究成果对进一步阐释汉代墓葬中五石成分与具体功能提供了新资料。
		2025 Vol. 45 (12): 3447-3454 [摘要] ( 8 ) PDF (19318 KB) ( 4 )

	3455	基于SMART的光纤光谱望远镜中光纤定位闭环控制算法研究
		杨浩杰¹，甘兆虚¹，王安之¹，王佳斌¹，隋响¹，窦智¹，薛维玺¹，罗佳顺¹，严云翔^1，2，耿涛¹，孙伟民^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3455-10
		基于大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）的焦面板上双旋转定位装置的光纤对准需求，结合可以实现光纤实时定位的异形微透镜瞄准器（SMART）结构，提出了一种可以实现光纤闭环定位的控制算法。在闭环控制过程中，当光纤与星象发生错位时，星光会偏离SMART的中心平板，进入异形微透镜，然后异形微透镜会将部分星光偏折进对应方向的反馈光纤中。根据六根反馈光纤收到的光强信号，计算相对反馈光纤的光强对比度，得出错位的方位信息，并发出控制信号反馈给光纤定位单元，驱动双旋转定位装置动态调整角度，从而实现高精度对准；其设计逻辑与双旋转定位装置的光纤对准需求高度契合，因为双旋转装置依赖两个独立旋转轴（中心轴和偏心轴）实现二维定位，而闭环控制通过实时反馈信号动态修正双轴角度，补偿机械误差和环境扰动，最终满足大规模光纤阵列对高精度、高效率对准的要求。首先分析了双旋转定位装置的旋转角度与移动距离的对应关系，设计了一种双旋转定位装置的两轮多步收敛方法。分析了在双转轴不同展开情况下，光纤与星像的对准路径的计算公式。在第一轮定位中单次步长设为30 μm，设置对比度阈值为0.9；第二轮定位中单次步长设为10 μm，对比度阈值根据标定确定。光纤从错位到对准需要经过多次的运动，定位单元每移动一次控制系统都会再次获取探测系统的实时反馈信号，来判断光纤是否达到了阈值要求。在实验室搭建了LAMOST的模拟光路，完成了双转轴长度的标定，对光纤闭环定位系统的定位精度及定位时间进行了测试。结果表明，利用该定位系统可以使任意错位的初始状态光纤在平均27.6 s的校正时间内回到与星像对准的状态，72.5%的光纤校正精度位于10 μm以内，97.5%的光纤校正精度位于30 μm以内。
		2025 Vol. 45 (12): 3455-3464 [摘要] ( 8 ) PDF (19335 KB) ( 4 )

	3465	福建明溪辉石的显微包裹体成分及拉曼光谱特征
		周汇伟¹，张璐²，杨力乙³，徐爽³，沈洪涛⁴，刘云贵^{5，6，7，8}，宋彦军^{5，6，7，8*}
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3465-07
		辉石巨晶是我国东部地区新生代碱性玄武岩体中的常见矿物，这些辉石及其内部所含的包裹体是研究我国东部深部地幔物质组成及深部过程的重要证据。采用电子探针及激光拉曼光谱等方法，对福建明溪地区玄武岩体中的辉石巨晶及其内部显微包裹体进行化学成分和拉曼光谱特征研究。结果表明，明溪辉石属普通辉石，裂隙发育，成分上相对富钙、镁，计算化学式为(Ca_0.66～0.68Na_0.04～0.05Mg_0.27～0.30)(Al_0.25～0.26Fe²⁺_0.18～0.21Fe³⁺_0.04Ti_0.02～0.03Mg_0.49～0.50）[(Si_1.86～1.92Al_0.08～0.14)O₆]，拉曼光谱特征峰位于1 008、670、545、396、338及232 cm^-1；辉石中存在的大量平行排布的线状、虚线状或点状金属矿物包裹体主要为磁黄铁矿和赤铁矿的混合体，裂隙中则存在针铁矿浸染，其中磁黄铁矿为幔源包裹体，计算化学式为FeS（0.81~0.88），赤铁矿及针铁矿为其后期氧化及水化产物；明溪辉石中的流体包裹体主要为CO₂，拉曼光谱测试其费米共振双峰间距Δσ为104.643 cm^-1，根据费米共振双峰与气体密度的线性关系方程以及理想气体状态方程，推导其形成深度约在72 km以上。研究结果可为我国东南地区玄武岩体形成及深部过程的进一步研究提供数据参考。
		2025 Vol. 45 (12): 3465-3471 [摘要] ( 9 ) PDF (34006 KB) ( 4 )

	3472	基于X射线荧光光谱分析斜坡地质灾害发生的化学风化内在因素
		卿展晖
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3472-08
		地质灾害防治是我国一项重要国策，对地质灾害发生的内在驱动因素的认识是防灾减灾的基础依据。广东省作为地质灾害频发的省份，以往研究多关注岩土体的物理力学性质，而对于导致力学性质改变的深层次原因—化学风化作用的影响研究不足。本文对广东省北部和东部典型火成岩与沉积岩区域的6 841处斜坡地质灾害（崩塌和滑坡）隐患点进行了统计分析，并从“水-岩化学作用（CWRI）”的视角出发，基于X射线荧光光谱仪（XRF）测试技术，对其中11个地质灾害点的40件样品（包括风化岩石、风化残积土和坡残积土）进行了主量化学元素测试分析，其中包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O和烧失量（LOI）等；计算了经典的化学风化强度指标硅铝比（Si/Al）、硅铝铁比（Si/R₂O₃）、化学蚀变指数（CIA），以及本文新提出的CIA变率（CIA-rate，定义为风化产物的CIA值与新鲜母岩CIA值之差与新鲜母岩CIA值的比值），探讨了化学风化作用强度对斜坡地质灾害发生的内在驱动因素。XRF测试分析结果表明，火成岩风化产物的CIA变率平均值达71.28，其风化作用强度显著高于沉积岩的风化产物（CIA变率平均值21.26），这与火成岩区灾害密度是沉积岩区的1.4倍相一致。火成岩区域的斜坡地质灾害多发生于CIA值75~85和CIA变率50~70的全风化层与残积层，尤其是球状风化体或风化不均匀夹层之处；沉积岩区域的灾害常发生于CIA值75~85和CIA变率15~25的全风化层与残积层下部，由于受层理构造和“软硬夹层”的影响易形成多级滑坡或深层滑坡。该研究说明，华南地区湿热环境伴随着强降雨带来的地表水和地下水的侵蚀和溶蚀作用，导致岩土体发生显著的化学风化；在脱硅富铝/富铁过程中，钾、钠、钙、镁等元素流失，新生的黏土矿物和氢氧化铁矿物富集，从而削弱了岩土体物理力学性质并破坏了岩土体结构，成为地质灾害发生的深层次内在驱动因素。研究结果为地质灾害早期识别和预警提供了科学依据。
		2025 Vol. 45 (12): 3472-3479 [摘要] ( 8 ) PDF (9805 KB) ( 4 )

	3480	新农科背景下土壤分析实验教学改革：ATR-FTIR与FTIR的比较研究
		吕凤莲^1，2，单晓玲^1，2，李利敏¹，赵冉^1，2，郑伟^1*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3480-08
		新农科建设背景下，提升农业院校本科生实践创新能力成为实验课程改革的核心目标。传统实验课程内容陈旧、技术方法单一，难以满足新农科对复合型人才的需求。以傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）为切入点，首次系统对比了衰减全反射法（ATR-FTIR）与透射法（FTIR）在不同施肥处理土壤官能团测定中的操作流程、数据特征及教学适用性差异。基于土壤分析实验构建“基础认知—方法比较—综合应用”三阶段实验教学模式，通过分组实验与对比分析开展教学。结果表明：①FTIR法对—OH官能团（3 400 cm^-1）检测峰高均值达0.32±0.04（n=3），1 440 cm^-1处C—H振动峰面积比值为ATR-FTIR法的3~4倍，更适用于精准定量分析；②改革后学生期末“ATR-FTIR/FTIR方法选择应用题”得分率从62%提升至89%，FTIR压片成功率从65%提升至88%，自主识别实验误差点从1.8个增至4.2个；③不同施肥处理下，SNPK处理显著降低土壤芳香族化合物含量（ATR-FTIR法：3.16%±0.14% vs. CK：4.27%±0.01%），50%NPK+50%M处理显著提升酚、醇类化合物含量（FTIR法：15.35%±1.93% vs. CK：13.12%±1.29%）。该教学模式通过“技术对比—实践验证—创新应用”的逻辑闭环，显著提升学生的科研认知深度、操作创新能力及科研思维，更有效衔接了FTIR技术原理与新农科土壤研究需求，优化了农业资源与环境实验课程结构，为新农科交叉型人才培养提供了可复制的实践路径。
		2025 Vol. 45 (12): 3480-3487 [摘要] ( 10 ) PDF (2384 KB) ( 5 )

	3488	利用离散小波耦合算法的土壤有机质含量高光谱反演
		李笑芳¹，王金杲¹，霍建鸿¹，李子桐¹，郝红春¹，韩瑞鑫¹，顾晓鹤^2*，朱玉晨⁴，王延仓^2，3
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3488-10
		耕层土壤有机质含量是评价耕地质量的重要指标，即可为作物提供丰富的营养物质，又可改良耕层土壤环境，是耕层土壤重要的组成成分。提出一种光谱数据挖掘算法，以提升光谱对土壤有机质含量的敏感性，提高光谱对土壤有机质含量的估测能力。先利用离散小波算法对土壤光谱依次进行分离、相关性分析、模型构建，并建立土壤有机质含量估测模型；然后利用耦合算法对土壤光谱依次进行数据挖掘、相关性分析、模型构建，并利用模型评价指标估测模型性能；最后，对比分析耦合前、后光谱对土壤有机质含量的敏感性、估测能力。研究结果表明：（1）提出的光谱信息挖掘算法能集各小波基的优点，可明显提升光谱对土壤有机质含量的敏感性，R²平均提升了15.33%。（2）经对比分析耦合前、后的模型精度，表明该研究提出的光谱信息挖掘算法能明显提升光谱对土壤有机质含量的估测能力、降低估测误差。该研究的相关结论可为异地土壤光谱数据的挖掘分析提供支撑，并为相关算法的研发提供参照。
		2025 Vol. 45 (12): 3488-3497 [摘要] ( 9 ) PDF (13049 KB) ( 5 )

	3498	多光谱联用解析Al(OH)₃包覆CaCO₃复合材料的动态界面演变
		徐妍¹，包炜军^1*，韦福广²，蒋宗辰²
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3498-10
		以普通重质碳酸钙（D50≈38 μm）为核相，通过非均匀形核法在过饱和铝酸钠溶液中构建了CaCO₃/Al(OH)₃核壳复合材料。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜-能谱联用（SEM-EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）及X射线光电子能谱（XPS）等多光谱技术，系统揭示了包覆过程中物相组成、界面化学态及键合结构的动态演变规律。实验通过梯度反应时间（2、12和36 h）调控包覆路径，结合SEM-EDS截面形貌分析与XRD物相鉴定，明确了核壳结构的三层模型：方解石型CaCO₃核（≈38 μm）、C₃AH₆中间层（300～500 nm）及致密Al(OH)₃外壳，其形成遵循“CaCO₃→C₃AH₆→Al(OH)₃”的逐步反应路径。FTIR与Raman光谱进一步佐证了界面化学键合路径：FTIR在3 664 cm^-1处检测到C₃AH₆的OH伸缩振动特征峰，而Raman在3 390～3 640 cm^-1区间发现C₃AH₆的晶格振动模式，二者共同证实钙铝间通过Ca—O—Al键实现化学键合，而非物理混合。XPS定量分析表明，表面钙铝摩尔比从2 h的1.45（接近C₃AH₆理论值1.5）降至36 h的0.08，结合Ca(2p)结合能偏移及Al(2p)化学态转变（Al—O→Al—OH），直接揭示了C₃AH₆中间相的动态形成及Al(OH)₃壳层覆盖机制。多光谱联用策略的创新性在于：通过XRD/SEM-EDS实现物相-形貌协同表征，FTIR/Raman解析键合结构演变，XPS定量追踪表面化学态迁移，三者深度整合突破了单一表征技术的局限性，系统揭示了C₃AH₆中间相在界面键合中的桥梁作用。该研究为核壳复合材料可控合成提供了理论依据，例如通过调控铝酸钠溶液浓度与反应时间可精准优化Al(OH)₃壳层厚度与均匀性，进而提升材料耐候性及界面相容性。该研究通过光谱学技术的多维协同，为CaCO₃/Al(OH)₃复合材料的界面化学调控及工业应用提供了关键理论支撑。
		2025 Vol. 45 (12): 3498-3507 [摘要] ( 8 ) PDF (23585 KB) ( 3 )

	3508	基于光致发光成像的光伏电池缺陷检测与性能评估研究
		潘文文^1，2，钱芸生^1，刘雅成¹，孙晓飞^2
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3508-06
		EL成像和PL成像是常用的光伏行业检测技术。其中EL成像具备较高的空间分辨率，但需外接电源，增加了检测难度；PL成像不需要电接触，通过PL光源照射光伏电池后，在光伏电池上产生光致发光信号，再通过使用高灵敏度相机采集信号，可以非接触方式得到高分辨率的图像信息，用于检测缺陷。为验证PL成像方法是否能应用于光伏电池的缺陷检测及光伏电池的表征，基于一套自研PL成像实验平台建立了相应的实验方法和测试流程，通过调节LED激励光源输入电流的方法得到了光伏电池在不同激发条件下的PL图像，并以IV测量结果得到的开路电压作为参考，用PL图像根据广义普朗克方程计算得到电压差，进而验证PL成像的定量分析能力。研究表明，PL成像能够清楚地显示光伏电池中的划痕及材料导致的缺陷；由PL成像计算得出的电压差与IV测量的电压差具有良好的线性关系；PL成像在没有电接触的情况下即可完整地对整个光伏电池成像且在空间分辨率上可达到与EL成像相当的程度，可采用协同激发的方式检测多类型的缺陷。
		2025 Vol. 45 (12): 3508-3513 [摘要] ( 8 ) PDF (23401 KB) ( 4 )

	3514	近红外光谱结合CPO-SVM的硅橡胶吸水率检测方法
		吴田^1，3*，王凌志^1，3，邱中华²，李明典¹，吴晨^1，3，吴滨帆^1，3，谷桐^1，3
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3514-10
		硅橡胶复合绝缘子因优异的绝缘耐候特性和防污闪性能，在架空输电线路外绝缘领域得到广泛应用。然而传统的硅橡胶吸水率检测方法主要依赖品红鉴定法和称重法，这类方法需对绝缘子进行破坏性取样，难以满足作业现场检测和其结构完整性。目前复合绝缘子用硅橡胶材料的吸水特性缺少一种无损和原位的检测方法。为此，引入近红外光谱技术用于复合绝缘子外护套硅橡胶吸水率检测，以新制复合绝缘子硅橡胶试片为研究对象，首先采用局部异常因子算法(LOF)和马氏距离算法(MA)对原始数据进行异常样本剔除后，采用多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)、平滑滤波(Savitzky-Golay)、一阶导数、二阶导数等对近红外光谱数据进行预处理，然后利用竞争性自适应重加权(CARS)算法、区间组合优化(ICO)算法、连续投影(SPA)算法从特征波长中筛除光谱数据中冗余的波长并分别建立SVM模型，最后采用灰狼算法(GWO)、粒子群算法(PSO)和冠豪猪算法(CPO)优化其模型参数。研究结果表明，SNV-CARS-CPO-SVM模型对硅橡胶试片吸水率具有良好鉴别效果，测试集准确率达到96.64%，这说明CARS能筛选出高质量特征，有效去除冗余和噪声，且相较PSO-SVM和GWO-SVM优化模型，CPO-SVM模型分类准确率提升了2.65%和3.68%，展示出显著优势，这为硅橡胶及相关高压绝缘材料吸水率鉴别提供新思路。
		2025 Vol. 45 (12): 3514-3523 [摘要] ( 8 ) PDF (12833 KB) ( 6 )

	3524	地物分类驱动的多目标高光谱波段选择NSGA-Ⅲ改进算法
		袁博
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3524-09
		针对非支配排序遗传算法Ⅲ（NSGA-Ⅲ）在高光谱波段选择中存在的初始种群随机性强、全局收敛性与局部多样性不平衡、局部搜索效率低的问题，提出一种地物分类驱动的多目标高光谱波段选择NSGA-Ⅲ改进算法（INSGA-Ⅲ）。首先，融合拉丁超立方采样（LHS）与参考点引导机制，生成兼顾搜索空间覆盖性与目标空间聚焦性的高质量初始种群；其次，设计基于自适应旋转森林（ARF）的分类精度驱动项与基于皮尔逊相关系数的波段相关性惩罚项，构建多目标适应度函数，平衡全局探索与局部开发能力；最后，引入粒子群优化（PSO）的协同搜索机制，提升局部搜索效率。实验基于Indian Pines（农业场景）、Pavia University（城市地物）、Salinas（植被监测）及Botswana（矿物识别）四类高光谱数据集，选取广泛应用的顺序前向选择（SFS）、竞争性自适应重加权采样（CARS）、多目标粒子群优化（MOPSO）、基于分解的多目标进化算法（MOEA/D）及原始NSGA-Ⅲ算法作为基准算法，验证INSGA-Ⅲ算法的普适优势。实验结果表明，在波段选择性能方面，INSGA-Ⅲ的信息熵与波段相关性指标相较于全部基准算法的均值，信息熵指标提升8.5%，波段相关性指标降低9.7%（冗余度减少）（p<0.01）；在SVM分类任务中，INSGA-Ⅲ的OA与Kappa系数分别领先全部基准算法的均值10.3%与11.6%（p<0.01）；算法效率方面，INSGA-Ⅲ达到90%帕累托前沿近似度的迭代次数较NSGA-Ⅲ减少32%，且在添加25%高斯噪声的数据中（10次重复实验），分类精度波动范围（标准差±1.23%）显著低于基准算法均值（±4.2%）。该算法通过平衡信息量、冗余度与分类精度目标，可为农业作物监测、城市地物分类及矿区矿物识别等任务提供高效、鲁棒的波段选择方案，显著降低高光谱数据处理的维度与成本。
		2025 Vol. 45 (12): 3524-3532 [摘要] ( 8 ) PDF (4279 KB) ( 3 )

	3533	内蒙古集宁路古城遗址出土油滴瓷的产地溯源研究
		贾晓磊，陈永志^*
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3533-12
		为探究内蒙古集宁路古城遗址出土金元时期油滴瓷的窑口来源与技术特征，综合运用X射线荧光光谱（WDXRF）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、扫描电镜（SEM）、拉曼光谱及超景深显微分析，对20件集宁路古城遗址出土油滴瓷样品和10件山西临汾窑对比样品的胎釉化学成分、显微结构进行系统检测。结果表明：集宁路古城遗址出土油滴瓷存在显著技术分化，第一类样品胎体以低Al₂O₃、高SiO₂为特征，其主、微量元素及显微结构均与临汾窑高度吻合，器型特征与装饰工艺具有同源性，证实其为临汾窑输入产品；第二类样品胎体高Al₂O₃、低SiO₂，与介休窑胎料配方相近。研究揭示集宁路古城遗址出土油滴瓷存在“双源供应”模式，证实临汾窑为草原丝绸之路陶瓷贸易的重要供给地，为金元时期窑业技术传播与陶瓷贸易网络提供科学依据。
		2025 Vol. 45 (12): 3533-3544 [摘要] ( 8 ) PDF (47814 KB) ( 4 )

	3545	煤系石墨的微观结构特征和热膨胀行为
		李焕同¹，张谦¹，邹晓艳^2*，张卫国¹，林柯瑾¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3545-11
		石墨是一种由sp²杂化碳原子组成的层状结构碳材料，煤系石墨是由煤经高温变质形成的隐晶质石墨，其微观结构具有显著的各向异性。选取了无烟煤-煤系石墨序列的4个样品，通过X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）、傅里叶红外光谱（FTIR）和紫外-可见光-近红外漫反射测试（UV-Vis-NIR）等手段，分析其微观结构特征及热膨胀行为，并利用高温原位XRD分析二者之间的定量关系。结果表明：随着石墨化程度的增强，煤系石墨微晶尺寸和沿c轴方向的堆砌高度显著增大，各向异性特征更加明显。不同类型缺陷对应的I_D1/I_D2比值不同，基面的I_D1/I_D2高于边缘面。HRTEM显示高变质无烟煤的芳香层片具有局部定向域，堆叠层数较少且延伸长度不稳定，微晶表面或边缘存在无定形碳。含氧官能团主要集中在石墨微晶的缺陷区域，随着石墨化度的提高，氧元素含量降低，羰基C═O比例减少。煤系石墨中多环芳烃的存在使π—π^*跃迁吸收峰蓝移至208 nm附近，仿真颜色分布于Cool Gray 9 CP至2 CP，石墨化程度越高，反光能力越强。热膨胀行为方面，石墨的热膨胀系数表现出明显的各向异性，平行于基平面方向的热膨胀系数小于垂直方向。随着温度升高，石墨微晶在c轴方向的膨胀由层间距的等效膨胀调节，而在a轴方向，晶格缺陷的形成导致平均微晶尺寸（W-H_size）降低。石墨化程度越高，微观结构越完善，各向异性越显著，热膨胀行为也表现出明显的各向异性。
		2025 Vol. 45 (12): 3545-3555 [摘要] ( 8 ) PDF (40272 KB) ( 3 )

	3556	去除水分影响后高光谱定量估测土壤干密度的研究
		李笑芳^1*，霍建鸿¹，姜楠⁵，王延仓^2，3，4，顾晓鹤³，郝红春¹，李子桐¹，韩瑞鑫¹，王金杲¹，盖晓凯¹，王垚鑫¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3556-10
		土壤干密度会直接影响压实土壤的力学性质，为探寻基于高光谱技术的压实土壤干密度的检测方法，深入分析了土壤含水量、土壤干密度对土壤光谱的影响规律，并提出了一种光谱去水方法，以提升土壤干密度的估测精度。通过联合土壤含水量梯度试验、土壤静力压实试验、土壤光谱测定试验获取相关参数与相应光谱数据，并结合光谱处理分析法、相关性分析算法，分析土壤含水量、土壤干密度的光谱响应特征，提出了光谱去水方法；然后利用相关性分析算法、最佳子集构建算法提取筛选最优特征波段，并结合偏最小二乘算法构建土壤干密度估测模型，研究结论如下：（1）含水量是影响压实土壤光谱的主要因素，土壤干密度为次要因素，二者均对压实土壤光谱整体产生影响。（2）与原始光谱和土壤紧实度系数相比，去水(dewatering)法修正后的光谱对土壤干密度的敏感性明显较高，其相关系数R²最高可达0.858，相关系数平均提升了33.7%（小波变换）；表明采用去水方法能有效削弱水分对土壤光谱的影响，提升光谱对土壤干密度的敏感性。（3）与土壤紧实度系数相比，基于SD构建的模型的R²平均提升了3.36%，RMSE平均降低了9.985%；基于Spectral Dewatering法构建的最优模型（7尺度）的R²=0.792，RMSE=0.184，这表明本研究提出的光谱去水法更能提升光谱对土壤干密度的估测能力。该研究的相关结论可为工程地基土壤干密度的快速、无损监测提供基础理论与方法支撑。
		2025 Vol. 45 (12): 3556-3565 [摘要] ( 8 ) PDF (7405 KB) ( 6 )

	3566	利用地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术监测合肥地区大气氨气的柱浓度
		童继平^1，2，谢宇^1，5*，王诗怡^2，3，岳阳¹，李龙¹，谭文卓¹，单昌功²，钱正委^1，2，王薇^2，4
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3566-09
		氨气（NH₃）极易与大气中的酸性污染物发生反应，生成二次无机气溶胶，形成颗粒物，影响大气环境和人类健康，因此探测大气氨气浓度和变化对颗粒物成因研究和细颗粒物污染防治有重要的意义。基于合肥地基遥感站点的高分辨率傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术，获得了2019年至2023年五年间大气氨气柱浓度的时间序列，分析了这五年内合肥站点大气氨气的变化特征及其影响因素，并验证了IASI卫星数据的准确性。结果表明，观测期间合肥地区大气氨气柱浓度整体呈现逐年增长的趋势，尤其是2022年增长幅度高达35.96%。氨气季节变化特征明显，夏季峰值（3.74×10¹⁶ molec·cm^-2）为冬季最低值（0.89×10¹⁶ molec·cm^-2）的4.2倍，主要受农业活动和大气温度的影响。进一步分析了氨气柱浓度与气象因子如大气温度、风向、风速的关系，发现只有春季氨气柱浓度与大气温度表现出中等强度的相关性，其他季节都呈现弱相关性；观测的氨气柱浓度受到当地风向的影响，反映了当地排放与远距离传输的影响。氨气日变化分析显示，春、夏、秋季氨气柱浓度在机动车早晚高峰时段出现双峰特征，反映了城市交通排放等非农业源的贡献。此外，将地基观测数据与IASI三个卫星同期观测的数据进行比对，发现地基和卫星数据具有较高一致性，相关系数在0.65～0.76之间，但因反演算法误差和云干扰等因素，两个数据的相对偏差位于-1.0%到8.7%的范围。研究揭示了合肥地区氨气柱浓度的变化特征及其影响因素，为区域氨减排策略提供了科学依据，并验证了卫星数据在合肥地区观测的准确性。
		2025 Vol. 45 (12): 3566-3574 [摘要] ( 8 ) PDF (11910 KB) ( 8 )

	3575	基于自适应信号分解的农产品太赫兹光谱去噪方法研究
		吴静珠¹，刘宇昊¹，杨一^1*，谢传銮²，吕钟鸣¹，李沂灿¹
		DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2025)12-3575-10
		针对农产品太赫兹光谱信号中复杂基质导致的峰重叠问题及环境与系统噪声引起的动态非线性干扰，该研究探究了基于自适应信号分解的去噪方法提升太赫兹光谱质量的可行性。采用太赫兹时域光谱（THz-TDS）结合衰减全反射（ATR）附件采集了48个花生样品的吸收光谱，以花生水分含量的THz-ATR定量预测模型为研究对象，分别应用小波变换（WT）、经验模态分解（EMD）、局部均值分解（LMD）及其改进方法——分段局部均值分解（SLMD）和分段镜像延拓局部均值分解（PME-LMD）进行光谱去噪，并通过支持向量回归（SVR）模型评估各方法的适用性。实验结果表明：经PME-LMD去噪后构建的花生水分预测模型性能最优，其均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）和平均绝对百分比误差（MAPE）分别达到0.010、0.912和0.040。相较于传统方法，PME-LMD显著提升了光谱质量与模型预测精度。研究提出的PME-LMD去噪策略有效抑制了太赫兹光谱信号中的非均匀噪声干扰，为农产品太赫兹光谱分析提供了高效精准的信号预处理方法，对太赫兹技术在农产品品质检测中的应用具有重要理论价值与工程指导意义。
		2025 Vol. 45 (12): 3575-3584 [摘要] ( 7 ) PDF (10225 KB) ( 12 )

	3585	《光谱学与光谱分析》2025年(第45卷)总目次(第1～12期)
		《光谱学与光谱分析》编辑部

		2025 Vol. 45 (12): 3585-3600 [摘要] ( 11 ) PDF (1187 KB) ( 8 )

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