光谱技术论文篇1

2近红外光谱分析技术在煤化工行业中的应用

煤炭作为我国的主要能源，对我国国民经济的发展起着极其重要的作用。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于煤炭的利用和研究也越来越广泛和深入。近年来，如何更加合理、洁净、有效地利用煤炭，是目前煤化学研究领域中所面临的一个重要问题。由于近红外光谱分析技术具有效率高、成本低等自身的优点而备受煤化学工作者的青睐。

2.1近红外光谱分析技术在煤化学结构研究中的应用

近年来很多学者对煤结构的研究虽已做了大量的基础工作，但仍然存在一些争论，部分原因就是煤的非晶态及不均一结构。对煤中某些官能团归属的确认及分析，对煤的反应性研究具有重要的理论和实用意义。随着光栅红外的退出，傅立叶变换红外以其高分辨率和对数据的处理能力的大幅提高，使以前一些含糊不清的，甚至有可能产生错误概念的结论被重新确认和改写。FT-NIR分析技术采用模型化合物对标准浓度确定的方法，对影响煤反应性的官能团进行定量分析，如煤中的烃基、芳氢与脂氢的比例、煤中的含氧官能团、CH2的链长等方面，这一方法的优点是一旦有一条高质量的标准曲线，对任一样品中官能团的浓度就可以快速准确地进行标定。

琚宜文等应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对不同类型构造煤结构成分的应力效应进行了分析。结果表明在各类构造煤中，芳香结构、脂肪结构以及含氧官能团的结构成分吸收频率几乎一致，但吸收峰的强度却不相同，这正是在构造应力作用下构造煤变形程度及变形机制不同所引起的。在低、中和高煤级变质变形环境形成的不同类型构造煤中，随着构造变形的增强，富氢程度降低，富氧程度也越来越低，而缩合程度增高，但不同类型构造煤结构成分的含量变化又有区别。该法应用于构造煤结构成分应力效应的研究，取得了较满意的效果。

李荣西应用显微傅立叶红外光谱对一煤源岩样中的荧光镜质体、角质体和树脂体进行了分析测试，并采用红外光谱分谱技术，应用计算机曲线拟合方法对其化学结构和生烃性进行了定量分析研究。结果表明镜质体含有较高的C=O结构，而角质体和树脂体含有较高的脂肪烃(CH2+CH3)结构，煤岩单组分化学结构特征决定了它们具有不同的生烃特征。

褚廷湘等对不同温度下的氧化煤样通过红外光谱分析其微观结构及特征，得到煤样在不同低温氧化阶段的基团变化，从微观角度掌握煤样氧化过程的变化规律。通过对唐口煤矿1302工作面煤样的低温氧化和红外光谱分析，得到唐口煤矿煤样在低温氧化阶段的自燃倾向性和氧化过程中微观结构的变化规律，该成果为制定矿井内火灾的防治技术提供了科学依据。

2.2近红外光谱分析技术在煤质分析中的应用

近红外光谱技术具有快速、在线、绿色、廉价等优势可以在不破坏煤样的基础上同时对入厂电煤或入炉电煤的热值、水分、灰分及挥发分等进行检测，也可以按产地对电煤进行实时模式分类。因此，有效地将近红外技术应用在电煤在线快速检测上，一方面，可以解决传统化学方法费时、费力的问题，效率提高显著；另一方面，相对于同类γ射线产品价格便宜近十倍，有助于广泛快速地推广。丁仁杰等通过对元宝山电厂实际用煤的实验，介绍了结合偏最小二乘方法和近红外技术，对煤质指标：水分、灰分、挥发分和热值等进行建模的过程，并证明了其可行性。同时针对电煤建模特点，进一步介绍了先定性后定量建模预测的方法。

燃煤发热量是动力用煤的重要质量指标，也是锅炉运行的一个重要的参考参数。在煤质的研究中，因发热量（干燥无灰基）随煤的变质程度成较规律的变化，所以根据发热量可粗略地推测与变质程度有关的一些煤质特征，如粘结性、结焦性等。因为近红外光谱分析方法对含C-H的有机物比较敏感，而且发热量与挥发分之间有一定的相关性，所以从理论上讲，近红外测发热量可行。李凤瑞等将近红外分析技术应用于煤质在线分析，对某些标准煤样的近红外光谱进行了阅读分析，并采用多元线性回归方法对数据进行分析和处理，建立了多元线性模型，由此得出煤质发热量的预测值与人工化验标准值之间的相关系数为0.92，所建模型的定标标准差为1.58。

2煤转化产物主要为烃类化合物，官能团为C－H，特别适合于做近红外光谱分析。近红外光谱可以快速分析煤直接液化产品、液体产物以及精制后馏分的组成及物化性质，如汽油的辛烷值(RON、MON)、馏程、密度、雷氏蒸汽压、汽油PIONA组成（链烷、异构烷、烯烃、环烷和芳烃）、航煤冰点、柴油凝点、十六烷值、闪点、沥青含量等。

张铭金等采用毛细管气相色谱/傅立叶变换红外光谱-色谱保留指数(GC/FTIR-RI)联合解析技术，研究了高温煤焦油重油馏分的化学组成。分别从重油馏分300～330℃和330～360℃中分离并鉴定出70和61种化合物，了解到不同配煤工艺对煤焦油组成与性能的影响，从而获得了一些有意义的结果，为煤焦油的集中加工和新产品开发提供了重要依据。

3结束语

近红外光谱在我国的发展较晚，经过仪器工作者的努力和与国外的交流的日益增多，特别是近年来在各领域的应用效益，人们对近红外光谱技术的认识越来越来深刻，随着近红外光谱技术的进一步开发，其在我国的应用越来越广泛。

参考文献：

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[3]SolomonPR,PobertMC,FT-IRAnalysisofCoalAliphaticandAromaticHydrogenConcentration[J].Fuel,1988,67:949-959.

[4]琚宜文，姜波，侯泉林等.构造煤结构成分应力效应的傅里叶变换红外光谱研究.光谱学与光谱析，2005，25(8):1216-1221.

[5]李荣西.煤源岩单组分化学结构及生烃性定量分析.石油实验地质，2001，23(1):84-88.

[6]褚廷湘，杨胜强，孙燕等.煤的低温氧化实验研究及红外光谱分析.中国安全科学学报，2008，18(1)：171-178.

[7]丁仁杰，张笑.基于近红外光谱分析的电厂煤质分类快速检测方法.2007，23(1):32-35.

[8]李凤瑞，唐玉国，肖宝兰.应用近红外光谱分析技术测量煤质发热量.电站系统工程，2004，20(3):19-20.

光谱技术论文篇2

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

1 前 言

现代遥感不仅能提取地质和蚀变信息, 还能进行其他手段无法进行的有效填图, 结合地球物理、地球化学、野外和实验室光谱等, 并且加深对矿床成因的理解。

2 测谱学基础

反射光谱是化学家和矿物学家在1900年就开始应用的技术,WW Coblenz 1905) 1910年出版了矿物红外光谱数据Farmer出版了理论和实用方面的专著,Marel等编纂了粘土矿物光谱; Hunt等 出版了主要是土壤中的矿物的光谱, 包括氢氧化物, 氧化物, 层状硅酸盐, 碳酸盐和硫酸盐; Hunt等 编辑了矿物短波红外光谱, 目前被广为应用。

除VN IR-SW IR 识别的铁氧化物赤铁矿、针铁矿、褐铁矿和硫酸盐黄钾铁矾外, Thompson等[ 16] 综述了用PIMA-II进行蚀变矿物填图的技术与实例。PIMA-II主要识别粘土矿物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物(表1, 2)。没有识别铁氧化物的波段, 不如ASD光谱仪全面。

表1 SW IR 识别矿物的勘查应用实例

表2 用于矿产勘查的在SW IR有特征吸收的矿物(黑体字为关键矿物)

3 宽波段遥感

TM /ETM是我们工业的关键技术, 主要识别粘土矿物和铁氧化物。1999年发射升空的ASTER, 在粘土区SW IR有5个波段, 提供了区分粘土矿物类型。

3.1 Landsat TM 信息提取技术

用于蚀变填图和区域地质概览和靶区选择。1972年发射MSS, 80 m分辨率, 没有SW IR 波段, 能探测铁氧化物和区域地质概览, Landsat1-4 类似;1982年发射的Landsat5有30m 分辨率, 在SW IR有7波段；999年发射的Landsat7加上了15m分辨率的Pan波段, 探测简单的铁氧化物和粘土；2003年因扫描线校正仪( SLC )故障, ETM 不再接收。Sab ine 对处理技术进行了综述, C rosta等综述了主要的处理技术如下:

(1) Abrams 波段比值算法: 使用指定的影像创建RGB 合成图。R 图层对应粘土比率( B and 5 /Band 7), G 图层对应铁比率( Band 3 /Band2) , B图层对应植被比率( Band 4/Band3)。

(3) 选择性主成分分析: 选择2个波段做主成分分析； 选择B and1和Band3做PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表铁比率；PC2中Band1对应的成分为负值, 应该对PC2* ( - 1), 这样才能使像素值大的像元对应高铁比率；选择Band5 和Band7做PCA 变换, 其中第二主成份PC2代表粘土比率；如果PC2中Band5对应的成分为负值, 应该对PC2* (-1) , 这样才能使像素值大的像元对应高粘土比率。

(4) 定向主成分分析 : 将Band4 /B and3 的结果和Band5 /Band7的结果进行PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表粘土比率; 将Band3 /Band1 的结果和Band4 /Band1的结果进行PCA 变换, 其中第二主成分PC2代表铁比率。

3.2TM /ETM 应用

3.2.1Crosta技术的国外应用

Crosta技术是TM 数据处理的成功突破, 可避免如植被等假信息, 保留原始信/噪比。自Crosta技术提出以来, 该技术被持续应用于矿床蚀变岩增强中 。

内华达是新发现的金矿区。用Crosta技术在详细地质填图的密集勘探区, 新发现了表生蚀变带: 400 m ×600 m 的沸腾脉群, 即方解石后的叶片状石英和角砾。这里从未被填图出来和立桩标界与钻探, 2004年首选钻探。表明1982年来的TM仍可导致新的发现 。

3.2.2 ASTER应用和ASTER与TM /ETM联合应用

ASTER提供UTM投影, 但需要线性移动200 m保证精度。ASTER 矿物提取要结合野外光谱测量。用经验线法等大气校正后的光谱与原始像元光谱往往有大的差异在发射仅2年后的2001年在N evada识别了石膏及其2个矿物种, 鼓舞人心, 后继持续应用。

4 高光谱遥感

4.1高光谱技术的发展

过去40年, 测谱学、机载、星载传感器技术和软件技术长足发展, 使高光谱成为常规的矿产勘查技术。

实验室和野外光谱测量学: 20世纪60~ 70年代Hunt等开始岩矿光谱测量。

20世纪70年代开始用TM 探测粘土矿物和铁氧化物; 80年代JPL 开发了50 kg 重至少2人操作的野外光谱仪: PFRS, GER 也开发了很重的红外智能野外光谱仪: IR IS；10年后, JPL 又开发了便携式红外辐射仪: PFES; 90 年代私人公司开发了轻便的光谱仪: ASD、PIMA, D&P 开发了野外热辐射光谱仪; 野外测量光谱用于定标机载和星载光谱数据。

( 3) 高光谱数据: 高光谱数据量在1景10 km2以1m 分辨率、最小12-b it辐射分辨率要获取5 GB数据, 只有90年代后的计算机才可处理, 数据需要定标、校正, 需要ENV I这样的软件处理。

(4) 高光谱测量科学: 过去20年的经验表明:10 nm光谱分辨率1 000 /1信噪比适合探测大部分端元矿物。但总存在光谱与空间分辨率的交易( T rade-off)。还有大气的影响, 应用4 款软件进行大气校正: ATREM、ACORN、FLAASH、MODTRAN。

4. 2航空高光谱应用

热红外遥感的物理基础是Planck定律, W ien置换定律和K irchoff定律。光谱范围为2. 5 ~ 14 μm。热红外传感器从宽波段、多波段、高光谱测量地表热发射。宽波度热红外测量地面温度和热惯量, 多波段和高光谱作发射率填图。应用于火山、地热温度填图, 岩石、土壤物理性质分析, 岩、矿和火山气体成分分析。闫柏琨等对此进行了综述。热红外遥感对硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、粘土等进行地表矿物填图, 识别蚀变带, 数据处理流程是ENV I 软件上的高光谱数据处理流程。

4.3高分辨率图像

有同行在内蒙古乌拉特后旗三贵口超大型锌铅矿床的勘查和矿山建设设计中制作了1 B5000 和1B2000比例尺Qu ickB ird 图像(图5),

图5 紫金乌拉特后旗三贵口超大型锌铅矿床Quickbird影像

在图像中, 可以清晰地看到不同的岩石地层单元、断层分布、钻机机台、车辆以及以前施工的探槽等, 为勘查钻孔等工程的布设以及矿井选厂布设以及建设提供了强有力的依据。另外, 在坦桑尼亚一些矿权区为新区, 工作程度很低, 借助高分辨率遥感图像, 对矿区的快速评价以及下一步的勘查部署起到事半功倍的作用, 节省了大量的人力、物力和和时间。也就是说高分辨率遥感图像对无论是工作程度很低的地区、高级勘查区以及矿山建设都可以提供快捷有效的帮助。

6 结 语

应用Crosta等技术找矿, 需要围绕主成矿带, 系统研究成矿背景、普适与

局部成矿模型, 选择能形成大富矿床的工业类型, 作为找矿目标, 运用ETM、ASTER、ALOS、Quickb ird等数据和地面、航空高光谱, 系统制图, 凝炼靶区, 集中在不大的重点区, 开展系统深入的野外验证工作。找到矿床, 野外是关键。而且, 野外人员与数据处理人员需要互动。

遥感技术主要应用于前期勘查, 但目前的宽波段、高光谱、高分辨遥感数据也可以应用于“新区开拓”、“老区扩边”、勘探工程规划部署等各个环节。遥感可以从成矿靶区的圈定明确从地面开始的目标；高空间遥感数据, 如Qu ickb ird, 可以应用于1B5 000, 1B2 000大比例尺制图, 应用于大比例尺勘探和勘探工程部署。尤其是在主成矿区(带) , 在不同的矿产勘查、勘探阶段, 可以运用从宽波段到高光谱、高分辨遥感数据, 从1B100 000到1B2 000系统填图、勘查。

参考文献

光谱技术论文篇3

中图分类号：S210 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532017

中国是农业大国，因此农产品的安全与人民的饮食安全和健康息息相关，因此其安全性的检测一直是国内外专家的关注重点。但是一直以来，国内的农产品安全检测一直是以传统的化学方法为主，但是这些方法一般对农产品品质有一定的破坏，同时也难以对产品的多个品质进行无损检测。高光谱成像技术结合了图像和相关的光谱技术优势，在农产品的检测方面取得了很好的效果，也成为未来农产品品质检测的重要手段。

1 高光谱成像技术原理

高光谱是利用相对较窄的电磁波来得到物体的相关数据的技术，所受的区域限制非常少，可以在紫外光、近红外、可见光、中红外的热红外区域中获得连续非常窄的图像数据，进而产生一条连续而且完整的光谱数据。高光谱成像技术最大的特点就是结合二维图像和光谱技术，然后绘制出分辨率高、波段多和图谱合一的图像。

高光谱成像技术相对于其他的成像技术的独特优势是将图像技术和光谱信息结合以来，用“三维数据块”来形象的描述。图像信息是用来描述该产品的外部特征，比如大小、形状等外部特征，比如橙子颜色、大小、农药残留量等相关属性。光谱信息原理就是利用不同特征所吸收的光谱不同，所以也能反应产品内部特征，比如橙子物理特征和化学成分的差异，是否成熟和变质，与其他的橙子存在什么区别等。

2 问题及改进措施

自从高光谱技术在我国广泛使用以来，取得丰硕的成果，不仅可以得到农产品的外部特征，也可以为产品的内部品质进行分析与检测。其中最大的优势在于对农产品的无损检测，因此具有很大的发展潜力和空间。但是因为我国的高光谱检测技术还处于起步阶段，大多是集中于实验室研究的探索阶段，存在很多的劣势和不足，需要进一步的改善。

2.1 农药残留检测研究问题及改进措施

农药的使用对提高农作物的产量方面有很大的帮助，但是由此也产生了环境污染的问题，因此对农产品农药的残留检测已经受到各国政府和环保组织的关注。在我国运用过很多的农药检测方法，比如色谱法，但是这种方法不仅检测方法复杂而且效果不佳，对农产品样品的损害性大。但是高光谱成像技术利用有机分子在光照下活跃的性质和程度，精确地检测出农药的残留，比如Christian Nansen 玉米叶螨虫残留量、Jing Li 检测橙子表面的为农药残留等诸多检测用途。

对农药的残留方面，只能做定性的检测分析，但是对于农药的定量分析的研究还有待加强。因此在使用高光谱农药监测分析的大体趋势之下，选用适合的带有某些特征的波长，提高光谱装置精度，进而实现农产品的快速无损检测。

2.2 高光谱成像技术数据量问题

高光谱成像技术是将多信息融合的技术，由此获得的数据量大、相关性高，这样一来就会导致信息处理的效率相对低下。相对应的解决措施就是寻找一种快速有效的降维方法，以此提高准确率。目前为止我国研究员使用的降维方法主要有4种，PCA、ICA、连续投影和GA 等，这几种方法主要特点在于快速，不但可以将高维数据将至低维，还可以保留数据的主要特征。

3 未来展望与研究

我国是农业大国，农业是我国的基础和传统产业。现如今人类对农产品的品质要求越来越高，所以农产品的加工、出口、消费等有依赖于较高技术的检测技术。所以为了我国农业的健康发展，高光谱成像技术的广泛应用是必然趋势，不仅可以提高我国农业的国际竞争力还可以缓解农药给环境带来的压力。虽然高光谱成像技术系统比较昂贵，但是可以先应用在高价值农产品或者是政府大力扶持的农产品上，还可以与政府和相关的企业合作，寻找投资，建立科研单位，建立高光谱数据库，多方面相互合作，共享资源库，进而降低其应用成本，大大提高高光谱成像技术在农产品检测方面的应用前景。

本文主要论述了高光谱成像技术在农产品使用时的主要原理，对该技术进行了简要的论述。简明阐述高光谱成像技术农产品检测方面存在相关的问题以及怎样处理高容量的数据方面的问题，如何在未来的研究中解决相关的问题，还有待相关科技技术人员的努力和付出。毋庸置疑，该项技术已经得到了包括政府和相关科研单位的高度重视，其应用前景和未来发展趋势不可估量。

参考文献

光谱技术论文篇4

中图分类号：G420 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2012）04-0087-02

制药工程专业要求学生应该掌握制药工程学科的基本理论和基本知识，具有新药研发、药品生产、经营管理等方面的能力，而这些能力的培养主要通过一系列的实验教学来实现。实验教学相对于理论教学具有直观性、实践性、综合性、设计性与创新性的特点，因此，越来越受到各高校的重视[1]。我校分析测试中心是学校设置的为教学、科研提供服务的校级公共平台，同时是分析测试理论、技术和方法研究与培养高层次人才的重要教学和实验基地。由于我中心拥有大量的分析测试仪器，为综合创新性实验课程的开设提供了可能和保障。本文就以我校分析测试中心综合创新性实验课程的开设为例，对高校制药工程专业开设综合创新性实验的必要性、实验平台的建设、实验内容设置以及教学实践效果进行了探讨，以达到优化实验教学过程、提高教学质量的目的。

一、开设综合创新性实验的必要性

制药工程专业主要培养适应社会主义现代化建设需要，德、智、体、美全面发展，掌握制药工程学科的基本理论和基本知识，在医药企事业单位等部门从事医药产品的生产、管理、科研开发、工程设计以及技术服务等领域富有创新精神和实践能力的应用型工程技术人才。由于制药工程专业在90年代才开始发展，在国内外都是一个新兴的专业，其培养目标、课程设置、培养方式等培养方案还处于摸索、改进和逐渐完善的阶段，因此培养方案的各个方面均存在一系列问题。目前，由于制药工程专业需要多种进行药品制备、检测等方面的设备，但各培养单位很难有足够的经费购置所需要的有关设备，因此大多偏重于理论教学，只进行少量、简单的实验教学，难以达到培养实验技能和实际动手能力的要求[2]。同时，各课程缺乏有效的沟通，只是根据本课程教学内容以及本院系所具有的有限资源设计实验内容，常常造成多门课程开设相同或相近的实验，造成院系资源浪费的同时也浪费了老师和学生的宝贵时间和精力，学生学习积极性受到很大影响。因此，制药工程专业必须系统的进行一系列改革，开设出能真正培养学生综合创新性能力的实验课程。

二、综合创新性实验平台的建设

大型公共开放平台可以为综合创新性实验的开设提供有力的支持，而公共开放平台各实验室、检测室以及检测设备的自由共享是开设综合创新性实验的前提[3]。我校分析测试中心（以下简称中心）以日元贷款项目和省部共建项目为契机，先后投入日元贷款、省部共建资金、重点学科资金、配套建设资金和环境建设资金，购置了包括气相色谱、气相色谱―质谱联用仪、液相色谱、液相色谱―质谱联用仪、核磁共振波谱仪、DNA测序仪、PCR仪、紫外―可见―近红外分光光度计、荧光分光光度计、电感耦合等离子发射光谱仪、电感耦合等离子发射光谱―质谱仪、原子吸收光谱仪、傅里叶变换红外光谱、元素分析仪、激光拉曼光谱、微波消解系统等20多套大型精密分析测试仪器及配套运行设施。设置了微区结构分析室、色谱―质谱分析室、谱学性质分析室、物化性能分析室、颗粒特性实验室、生化分析室，能够从事物质的成分分析、结构分析、物相分析、细胞分析等分析测试工作。在一整套科学、规范的质量保证体系和规章制度的保障下，完全共享且全方位开放，全校师生都可以利用本中心资源进行科学研究以及开设创新性实验科目。学生经过充分准备，提出实验方案报告，经指导教师审阅通过后，向中心提出实验课题，经评审即可进入实验室进行研究。这些软硬件条件有利的保证了综合创新性实验的开设和实施。

三、综合创新性实验内容设置

制药工程专业主要培养掌握制药工程学科的基本理论和基本知识，在医药企事业单位等部门从事医药产品的生产、管理、科研开发、工程设计以及技术服务等领域富有创新精神和实践能力的应用型工程技术人才。掌握常见的药物分析检测方法和技术以及熟悉化合物结构表征方法是制药工程专业学生应该具备的技能。对于制药工程专业，常用的检测方法包括气相色谱、液相色谱、紫外―可见―近红外分光光度计、荧光分光光度计、电感耦合等离子发射光谱仪、原子吸收光谱仪、傅里叶变换红外光谱、元素分析仪、多功能显微镜等。对于这些仪器，我中心精心组织基础理论扎实并具有多年从事这些仪器管理、维护、操作的教师进行模块化教学，从仪器的原理、样品的处理、仪器的操作、实验数据的分析处理等各方面系统培训。同时，用实际样品和学生一起分析测试，极大地调动了学生的学习热情。而对于气相色谱―质谱联用仪、液相色谱―质谱联用仪、核磁共振波谱仪、DNA测序仪、电感耦合等离子发射光谱―质谱仪、激光拉曼光谱、X射线荧光光谱仪、扫描电镜、投射电镜扫描探针显微镜、X射线衍射仪等仪器，由于设备投入和运行费用较昂贵，制药企业自身使用较少的设备，我中心只简单介绍其理论和用途，扩大学生知识面，达到使学生遇到相关问题能知道用此仪器或技术来解决的目的[4]。

四、教学实践效果

经过几年综合创新性实验的开设，本教学模式取得了良好的教学效果。综合创新性实验的开设使学生能直接参与到老师的实用科研项目中，拉近了学校教育和企业实际生产需求的距离。学生可以用所学的知识直接解决制药企业所遇到的问题，很好的激发了学生的学习兴趣，增加了学生的学习主动性和创造性，提高了综合素质，为其毕业后步入社会提供了重要的知识保障。我中心培养的许多学生，在毕业后就直接进入和院校老师有合作项目的企业中去工作，通过这种综合创新性实验的培养，使学生和企业同时受益。同时，在整个综合创新性实验实施中，实验内容不同于传统的方法，老师只提出实验目标，其实验方法、技术路线、所用仪器设备等均需通过查阅文献和老师同学谈论来确定实验内容，这样不仅培养了学生分析问题、解决问题的能力，还使学生在这一系列过程中处于一种主动探索的状态，充分发挥了学生的主观能动性，养成了他们独立思考和积极进取的科学精神，整体素质得到很大的提高。

参考文献：

[1]陈志慧.化学创新性实验教学实践[J].内江科技，2007，（6）：139.

[2]陈三宝，朱智勇.制药工程专业实验一体化教学改革的探索[J].齐鲁药事，2010，29（3）：185.

[3]杨玲，沈海龙.谈高校实验教学的综合创新性实验设计[J].教书育人，2010，（2）：46.

光谱技术论文篇5

[中图分类号] X851 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-209-1

随着世界经济的不断发展，工业气体排放日益加重，空气中充斥着大量的二氧化硫以及氮氧化物等有害气体，不但造成空气环境的极端恶劣，也给人们的身体健康造成了严重的影响。当前，各种检测技术方法或大或小的存在弊端、缺陷，随着环境检测理论与技术的进步，差分吸收光谱技术脱颖而出，成为大气环境检测领域的宠儿。

1差分吸收光谱技术在环境检测应用中的发展

自二十世纪八十年代以来，美国、瑞典、德国等诸多国家开发出以常规光源为基础的长光程光谱分析仪，并投入市场使用，我国开始自主研发差分吸收光谱技术则开始于1998年，在2002年一些科研机构开发出相应的环境监测系统，能有效检测出空气中的有害气体，包括二氧化硫、二氧化氮以及氨气等，目前这些仪器主要分布于南宁、北海、桂林以及张家港、怀化等地区。

2差分吸收光谱技术的基本原理

差分吸收光谱技术简称DOAS，根据分子吸收光辐射的原理，不同的分子吸收的光辐射也各不相同，因此当光穿过被检测气体样本时，会被样本中的分子选择性吸收，从而使得光在结构上与没穿过样本之前的光有所不同，通过与原先的光谱进行分析即可得到吸收光谱。分析吸收光谱能够确定样本中是否存在一些特定的成分，同样也可以分析出样本中这些特定物质的含量。

图1为典型的DOAS系统示意图，根据Lambert-Beer吸收定律，当光线穿过均匀且有一定厚度的气体介质时，假设该气体介质厚度为L，浓度为C，可得透射光强I（λ，T，P）和入射光强I0（λ）的关系公式为：

I（λ，T，P）= I0（λ）·e-σ（λ，T，P）·C·L ①

其中σ为气体的吸收截面。

在式②中，σi -第i种气体吸收的截面；Ci -第i种气体在光程L上的平均浓度；εM –米散射系数；εR –瑞利散射系数；A-测量系统与波长关系变换相对平缓的慢变结构

其中，式③中，σB –慢变结构；σ’-快变结构

接着把式③代入式②可得：

式④可改为：

把式④与式⑤相比较，可得差分光学密度OD’：

最后通过最小二乘法对式⑥求解，则可得到各污染物在气体内的平均浓度。

3差分吸收光谱技术在环境检测中的关键

3.1高质量吸收光谱的获取

差分吸收光谱技术作为一种弱光谱检测技术，对屏蔽噪声、杂散光等干扰有较高的要求，并且为了得到精确的分析检测结果，就需要确保测量光谱的质量。吸收光谱在差分吸收光谱技术中占有重要地位，因此为了提高吸收光谱的质量，可以采取以下措施。首先结构上，为了降低太阳光的干扰，可采用大焦距的望远镜；其次，使用双Czemy-Turner结构的单色仪，以减少内部的杂散光；第三，为了使扫描的时间缩短，可以采用快速扫描的方式；第四，使用光电二极管阵列测定谱段光谱可以降低大气扰动带来的影响；第五，保持探测器的恒温、低温，以便减少暗泄漏电流导致的噪声干扰。

3.2光谱的反演计算

反演计算在差分吸收光谱技术中占有重要地位，影响着该技术测量的成功与否。在差分吸收光谱技术中往往会涉及到三个光谱，第一是测量光谱；第二是背景光谱；第三是光源光谱。在计算差分吸收光密度的计算值时，需要对上述三种光谱进行去除暗电流干扰的处理。紧接着在测量光谱以及光源光谱中去除背景光谱，然后再用测量光谱除以光源光谱，所得结果即为预处理光谱。随后对这个预处理光谱进行高通与低通的快速傅立叶变换计算，可得两个光谱，即精细结构的预处理光谱和预处理光谱的慢变化走势光谱。然后在用前者与后者相除，多的结果的对数即为差分光学密度。

3.3差分吸收光谱技术测量精度的主要影响因素

在利用该技术进行环境检测时，还需要充分考虑影响测量精度的因素，具体包括以下两个方面。影响一是标准吸收截面。因为标准吸收截面不仅与波长有关，还受到压力以及温度的影响。所以在进行实时浓度的反演计算过程中，并没有该温度下标准差分吸收截面可供参考。此外，标准差分吸收截面的测定一般在实验室进行，而具体的实际操作中，因为仪器的精度问题，从而出现误差。影响二是噪声以及其他气体的影响。在进行测量时，各式各样的噪音、其他气体对光的吸收等，都会使得测量出现误差。

4总结

作为一种新兴的大气环境检测技术，差分吸收光谱技术有着无可比拟的优势。操作简单、运行成本低廉、维护方便、故障率较低等特点，使得差分吸收光谱技术在环境监测中被越来越多的运用。随着该技术的不断发展与研究，差分吸收光谱技术必将在大气环境检测领域取得良好的效果，成为防治环境污染、保护环境的尖端科技。

光谱技术论文篇6

【中图分类号】 G642.4 【文献标识码】 B【文章编号】 1671-1297（2012）09-0198-01

一 地物光谱重建技术

按照不同的模型及算法，从成像光谱数据中把地物的光谱特性反演出来的过程就是地物光谱重建技术。根据不同的工作情况及条件，采取不同反演模型来重建地物光谱，是实现成像光谱数据遥感定量化分析的第一步。若对其不进行反演，则没有一个统一物理量进行对比。

1.基于大气传输理论的模型

自1960 年，Chandrasekhar 提出了辐射传输理论以来，相继发展了许多方法，如： Ordinate 方法和Variational 方法等来解决辐射传输问题。该算法既能合理地处理大气散射、吸收，又能产生连续光谱，避免在光谱反演中较大的定量误差。它还充分利用了分析表达式和预选大气模式，使计算时间大大缩短。

2.基于统计分析的模型

该模型的建立是在分析不同地物光谱遥感信息在不同光谱波段的传输特点基础上，利用计算机对典型地物的光谱特性进行统计分析后，得到地物光谱特性反演模型。对成像光谱数据进行地物光谱反演常用模型有平滑域反射率模型FFR（ Flat Field Reflectance） ，内在平均相对反射率模型IARR（ Interal Average Reletive Reflectance） ，对数剩余模型LRC（Log ResidualCorrection） 。Gree 和Graig 提出的对数剩余纠正公式如下：

3.经验线性回归模型

利用该方法重建地物光谱技术实质就是通过开展典型地物的同步反射率观测，根据成像光谱数据DNij值与地面实测地物反射率值Rij ，经最小二乘法求出回归方程： Rij=Aj ·DNij+Bj （这里Aj ， Bj是传感器第j 波段的线性回归系数） ， 然后，根据此方程反演地物的反射光谱。这种模型的数学和物理意义明确，方法简便，运算量少，应用广泛。

二 地物光谱特征的量化、提取，定量分析及识别模型

1.地物光谱特征度量、提取与匹配识别模型

（1） 就地物光谱特征（这里指地物反射辐射光谱） 而言，不外乎2 大类型：特征吸收峰（即反射谷） 和光谱曲线的斜率变化（含波形变化） 。目前，对特征吸收峰的分析度量方法是外壳系数法，它通过把光谱曲线归一化后去测量特征吸收峰的波长位置（ Position） 、吸收深度（Depth） 、吸收宽度（FWHM） 和对称性（Symmet ry） 。 （2） 光谱匹配识别模型是不同于多光谱的模式识别的，它是根据光谱特征度量参数来进行匹配识别，是成像光谱数据处理分析的特色之一。

2.成像光谱数据的定量分析及识别模型

定量化分析及识别模型化是当今遥感技术的发展方向之一。应用于成像光谱数据处理、分析的定量化分析与识别模型，除了不断完善和改进已有基于统计分析的定量化及识别模型，其它学科的新思想、新方法也在不断地引入遥感数据分析和理解之中，如人工智能的专家系统，模糊逻辑映射，证据推理、神经网络、分形和分维等（郭小方，1998 年） 。

3.混合像元分解模型

目前，开展高光谱遥感混合像元研究的方法技术，首先从实验着手，进行地物混合光谱的测试、分析、数字模拟、分解模型开发研究，然后将其外推到遥感图像上，进行典型地物混合像元分析，主要包括空- 地同步观测获取典型地物（或可通过人工布标） 数据，经模型分析后，对混合像元的地物进行分解，或混合光谱模拟合成。在实验室里，通过对不同矿物光谱混合含量测试发现，不透明矿物或暗色矿物，其光谱按比例混合到其它矿物中，混合的反射率急剧下降，而不是逐渐下降，说明其混合光谱与其混合的端元矿物光谱是非线性关系（磁铁矿和橄榄石） ，当2 种矿物的色调相近时，实验测试的混合光谱与线性模型合成的混合光谱都呈线性逐渐变化，说明混合光谱可以按线性模型分解端元矿物光谱，在这3 种情况中，第一种非线性关系是由于组合混合光谱的端元成分之间互相作用，互相影响后光谱被光谱仪检测到，第二种线性关系是由于各端元成分之间无互相影响作用，各自独立地反射电磁波能量贡献于混合光谱，第三种情况是2 种关系都存在，二者之间存在临界条件（边界条件） 。在一幅图像中，事先知道有N 种端元（地物种类） ，并且也知道各种端元的光谱反射率，那么就可以用线性模型：

这里DNc 是波段C 上混合像元的DN 值或反射率； Fi 是第i 种端元在混合像元中所占比例（或权系数） ； DNi ， c 是C波段上第i 种端元的DN 值（或反射率） ； Ec 是C波段上拟合误差。对每个像元都按照最小二乘法解方程，进行分解。在图像中，端元的DN 值（或反射率值） 要么可以从训练区取值，要么地面实测。端元成分的确定过程实质上是一个迭代过程，迭代结果使M个波段上总误差ε最小（且N F M） 。

求得像元中各种端元成分之后，就可以定量或半定量地对端元分类，制作丰度等专题图件。

三 总结

成像光谱技术以其高光谱分辨率，超多波段以及图像和光谱（曲线） 合二为一的特点，在数据处理分析以及光谱信息的提取上向模型化、交互可视化、人工智能-专家系统化的技术方向发展，在应用上向定量化、模型化和精细化地分析地物成分和结构的方向发展。

光谱技术论文篇7

中图分类号：TE626.3文献标识码：A

0引言

油在相对运动表面过程中会由于高温高压或氧化应激发生复杂的化学反应；剂能否充分发挥其应用的功效取决于本身的性质和状态；尽管“状态”确实是个很模糊的概念，但却是在用油质量相对于新油变化的一个尺度。从实际状况来看，油性能降低的影响从小到大――例如自行车链条的不良只会导致蹬踏板比较费劲，然而一个喷气式飞机引擎内部轴承的不良则会导致严重的问题。油液监测关注的是影响设备性能和可靠性的因素，提前获取可靠的信息，从而为判断是否换油或者加入新的添加剂提供参考。目前普遍采用的换油方式是依照时间周期或运行周期换油，然而通过油液监测实现“按质换油”可以避免不必要的换油，也可以预防因油性能过早衰减而引起的设备故障。油液监测技术是一项成本低廉、效果明显的故障预测与诊断技术，在军事、航空、航海运输、煤炭开采、港口机械等需要用到昂贵重型机械的领域有着广泛的应用[1-2]。

油液监测包含多项技术手段，包括铁谱分析、颗粒计数、运动黏度、酸值、碱值、积炭的测量等，以及特定添加剂（如抗氧化剂、抗磨剂）的测量，特定污染物（如水分、乙二醇）、油总体氧化程度等项目。傅里叶变换红外光谱作为油液监测的一项重要技术组成，能够在几分钟内检测出油质量相关的众多重要参数信息。由于油的绝大部分成分或污染物都有明确的红外光谱特征，因此红外光谱技术丰富的状态信息能够让油液监测工作者来确定设备或油样是否存在潜在的隐患，也可以通过与参考性油样（如新油）对比或对在用油进行跟踪检测来达到监测的目的。除了定性的功能，红外光谱仪还有定量的功能，例如对酸、碱、水分含量的定量检测。本论文着重讨论了红外光谱技术的优点、局限、可以提升的方面，以及最新的定量方法进展[3-5]。

所有有机分子都能够吸收与其分子振动频率相同的振动频率，每一种化合物都有易于识别的类似“指纹”功能的独特红外光谱特征。与此相似，每一种固定成分的油也有其特征性的红外光谱特征，表现为每一种单独化合物特征峰的相互交叉叠加的多峰图形。

红外光谱技术一个重要的优点是对特征团的识别，例如CH3、CH2、OH、COOH、NH2都有特定的吸收峰，从而确认它们的存在和相互之间的比例。对化学功能团的识别与定量，是红外光谱技术进行状态监测的基本原理之一，因为在用油在使用过程中发生的诸多化学变化会导致某些化合物的形成或减少。与此相似，本论文中提到的油定量分析都是围绕功能团的红外吸收以及其遵循的比尔定律（即样品中某个化合物的浓度含量与该样品中相应官能团的红外吸收量成正比）。

1.1定性红外光谱监测

由于油红外光谱检测结果的可变性和复杂性，在用油的红外光谱状态监测一般采用的是趋势比对法。前提是对在用油进行红外光谱跟踪分析并将分析结果的变化与油品质量的变化相关联。在红外光谱技术发展的早期，此技术已经被认为在在用监测领域有重要应用，但直到美国军方进行了系统的研发之后才得以广泛应用。上世纪中期，红外光谱状态监测技术被进一步研究完善成为美军联合油液分析项目（JOAP）的一个组成部分。JOAP引入红外光谱分析技术的初衷便是用此技术来进行在用油的状态监测，从而最大程度地降低机械故障率并提高剂的使用效果。由Toms领导的这项研究工作，对军用在用油的红外光谱随时间变化的典型特征进行了广泛且深入的研究，各种单独的组分被加入到油样中来观察其红外指标的变化。这个创造性的工作在红外光谱的特征性变化与油品劣化过程之间建立了联系，例如抗磨添加剂的损失、油品水分超标、氧化、积炭等，这些指标现在都已作为状态监测参数应用到了实际中。同时，光谱特征性变化与油品各个性能之间的必要关系，也是ASTM标准E2412-10“利用傅立叶红外光谱监测在用油状态的方法（趋势分析法）”中的监测指标[6-9]。目前，商用的自动傅里叶红外光谱分析仪使在用油快速的集中分析更加便利，监测实验室通常会将油液信息录入专门的设备监测管理系统，通过这个系统对每一个设备取样点位给出相应的准确的分析报告。如果油样分析结果或趋势图显示该设备存在某种故障隐患，系统会给设备使用方做出提醒：例如“换油”、“监控运行”或“防水”等。通过对设备进行油液分析的状态监测，可以减少不必要的换油和机械故障节约成本，尤其是对设备拥有量大的企业来说尤其明显。对于某些没有这样经验性分析数据库的设备使用方来说，完全可以利用商业化的油液分析实验室来进行设备状态监测[10-11]。

1.2定量红外光谱监测

红外光谱并不仅限于提供状态监测的趋势数据，而且能够为关键的油品质量参数（特别是酸值、碱值和水分）提供定量的分析数据。对于在用油品来说，这三种参数都是非常重要的油品质量指标，通常会在状态监测过程发现油品的潜在问题之后对这三个参数进行分析和量化。根据不同用途，在大多数非燃烧相关的应用中，作为氧化过程所导致的结果，油在很大程度上更易于酸化，产生出相对较弱的有机酸，同时在多数燃烧应用中，酸性则是氧化和漏气共同导致的结果，其中后者所产生的是强酸（硝酸、硫酸）。酸值分析法多限用于低灰分油品，此类油品中不含有酸中和碱性添加剂包（例如压缩机油），但是它们的酸性会在氧化过程中慢慢积累起来。碱值分析法与包含碱性添加剂（通常称之为洗涤剂）的高灰分油品相关，从而中和以更快速度积累起来的较强酸性。因此，此类型油品中酸的形成并不会导致酸堆积，相反还可能会导致油品中预储的碱的亏损，而这种亏损可通过碱值分析法进行测量。与这两种测量密切相关的是水分，它不仅是反应物，而且是一种反应介质，与酸性相关的腐蚀以及油品中出现它时会产生的其他各种有害变化有极大的关联。

在ASTM标准中，用于酸值、碱值和水分测定的方法，以及卡尔・费歇尔酸碱滴定法，均存在有各自的局限性，精确度和再现性也都比较有限，而且从设备和试剂方面考虑，检测成本也相对比较昂贵。因此，出现了更加简单、成本较低、更为可靠的自动红外光谱法[12-14]。此外，FTIR 过程中实现的酸度和储备碱度的测量与传统的酸值和碱值测量多有不同，它们各自被重构为酸含量（ACpKa）和碱含量（BCpKa），其中下标pKa表示在红外光谱测定中采用的光谱活性碱和酸。酸含量和碱含量数据各自以mEq acid/g oil和mEq base/g oil表示，可以方便地转换为酸值和碱值的单位mgKOH/g oil；然而，由于红外光谱方法和ASTM 方法中采用的“滴定标准液”的pKa值存在差异，因此两种方法获得的结果不能等同。

红外光谱测出的酸含量与滴定法测出的酸值之间的换算关系可以用下面的线性回归方程表示：

红外光谱测出的碱含量与滴定法测出的碱值之间的换算关系可以用下面的线性回归方程表示：

红外光谱法对于油中水含量的测定采用的是乙腈提取法，实验证明这种简单的提取方法可以进行卡尔・费舍尔水分测定，并且具备可重复性和足够的灵活性[15]。

1.3现行傅里叶红外光谱状态监测的一般程序

目前油样的红外光谱检测都是取样人员从目标设备上取样后送往实验室进行检测，像其他各类状态检测技术一样，取样的周期是按照设备的类型、运行状况、油的种类和历史数据来制定的。检测时，油样被蠕动泵或注射器从油样瓶注入100 μm的硒化锌的投射池中，接着油样的光谱数据将在一分钟内被采集出来。然后光谱仪的软件会将吸收率或吸收峰曲线做出来，这些数据会传输到管理系统中形成报告，投射池随即被用溶剂油清洗后重新进样来进行下一个油样的检测。

2傅里叶红外光谱分析的局限性

傅里叶红外光谱分析过程中一个主要问题是监测结果的数据判读严重依赖于不同的油品配方，因为油品的红外吸收光谱带可能会干涉到在用油的红外光谱检测过程中的光谱变化。在这方面，ASTM标准D7414-09提供了例证――通过使用趋势分析法对在用油品和烃基油中氧化反应进行状态监测的标准试验方法。该方法可对光谱的羰基吸收区（吸收有机酯和有机酸）进行测量。在氧化检测方面，这种测量方法在纯烃基油品光谱中很有效，但在酯基油品的光谱测量中却显得毫无意义，因为酯键的羰基吸收光谱带将覆盖氧化反应产生的所有有机酸和有机酯的羰基吸收光谱带。也正因为如此，上述D7414-09方法的适用范围，如标题所示，仅限于“石油和烃基油”。基于类似的原因，ASTM标准 E2412-10 单独将剂限定为三类（石油基（曲轴箱）油、极压（EP）液和多元醇酯液）。但是，在其中的任一类别中，都包含有许多由各种油供应商推广的不同专用配方以及设计用于特殊用途的独特配方，而这些配方差异将在油品的红外光谱中有所反映，这将使基于红外光谱的油品状态监测数据的判读变得更为复杂。这种背景下，便逐渐形成了两种红外光谱状态监测分析方法：直接趋势分析法和差异趋势分析法，它们各有自己的优缺点。直接趋势分析法基于这样一种假设――能够对油品的光谱特征重叠的不同时间的光谱变化进行追踪，并据此形成油品的衰变曲线和干预标准。差异趋势分析法的步骤则更为精密，包括收集在用油样的光谱，以及从中减去相应“新”油或其他适当基础油的光谱，从而使产生的净光谱变化从差异光谱中分离出来。如果油品组分非常明确，并且能够保证其中并未添加任何其他油品，这种方法就非常适用。直接趋势分析法相比起来较为实用，但是没有那么精密，比如说，对从卡车中获取的油品进行常规检测时，这种方法非常有效。而差异趋势分析法则更精确，也更适用于检验齿轮油或者压缩机油，这些设备中的油品配方极为特殊，同一种油品需要长期使用，而湿度、氧化状态和添加剂成分的变化则是非常关键的衰变指标。然而，这种方法需要适当基础油的光谱信息包含在光谱数据库之内，或者是被记录为样本分析方案的一个组成部分。总而言之，无论是直接趋势分析法还是差异趋势分析法，它们都不能完全适用于每一种油品，前一种是由于配方依赖性，后一种则是出于对油品实际性能和实际工况的考虑。应该注意的是，这些方法都是包含在ASTM的 E2412-10 和 D7418这两个标准里边，以及相关试验方法之内的。

3傅里叶变换红外光谱分析扩大了油品分析范围

鉴于上文所探讨的问题，为油品设计出一种常规光谱分类体系，从而为不同配方的油品选取不同类型的光谱特征的基础上进行状态监测的分析将非常有用。尽管概括来讲，ASTM E2310-04 已提到过光谱的搜索和匹配路径，但在该概念的发展过程中，一些疑难点将不得不做出再一次的强调。其中一个主要挑战是，假定相应的光谱变化反映不同的混合因素，需要最终完成对已产生化学变化的在用油品的正确分类。本文作者应对该挑战的潜在方式是使用区域选择算法，从而在“决策树”的各个分支优化分类；但是，这样就需要进行进一步的研究对该方法进行验证。如果成功的话，不仅油品能够根据它们的光谱相似性进行分组，并相应地进行类别划分，而且能够针对各个油品“类别”形成适当的红外光谱分析状态监测方案，并且依据光谱区（可在其中为适当兴趣参数进行测量）进行验证。如上文所述，ASTM E2412-10 仅为三类油（石油油、EP石油油和多元醇酯）指定了红外光谱分析状态监测测量参数，而且尽管ASTM E2412-10 提到存在将其他油类型涵盖在内的可能性，然而尚难实现这一目标。如果为现有的生产配方设计出一种普遍的油品归类系统，并在新的配方投入使用时及时更新，不断在拓宽红外光谱分析状态监测范围将会大大方便油品红外光谱分析工作。虽然要证明该方法对于红外光谱分析状态监测的广泛可靠性并不是很容易，但是鉴于目前市场上油产品的巨大数量，使用基于光谱的分类系统将有效防止出现样本的错误分类，而在现如今的红外光谱分析状态监测中此类应用则比较缺乏。此外，该系统能够克服与商品名称和“最终使用”油命名相关的常见混淆问题。商品名称和最终使用命名在业界可交换使用，但是产品在基础油或添加剂方面却不一定完全相同，而这一点往往会导致混淆及分析异常。由此，光谱分类系统（包括从矿物到酯基物质及其结合物，以及其他油品类型，例如磷酸酯、聚二醇油品等等）最终将为数以千计的著名品牌的油提供简易的相互参照型化学或功能划分方案，并根据给定用途，为油购买者提供一种在多种产品中做出选择的有效方式。

4红外光谱状态监测技术的改进

以上内容表明，尽管红外光谱分析状态监测的使用非常广泛，成本效益也比较显著，但它仍是一种有着很大提升和改进空间的技术，通过不断的改进，才能成为更加实用的分析工具。对于这个问题，红外光谱分析状态监测最新的光谱重构技术提出了解决方案，这是一种对样品处理量和溶剂使用有重大影响的技术。借助于这种技术，通过使用低成本的含有独特光谱标记的煤油或溶剂油将油样稀释，油样的黏度降低，从而更快地被输送到红外光谱传输池，省去了油样之间的溶剂冲洗流程。然后，稀释液中存在的光谱指标能够通过光谱重构技术，用去除稀释液光谱的方式获取原来净油样的光谱，图1为如何进行光谱重构的示意图。

光谱重构技术在热油连续的油品分析和处理（COAT）系统中已有应用。这是一种综合的自动采样和FTIR分析技术（图2），使用单个的低通量固定容积液体泵将稀释油样装入IR传输池，同时让下一油样流过传输池，这样可将所有的油样冲洗掉。但是，虽然光谱指标的存在还会使稀释变得不那么精确，指标测量却可确定精确的稀释度。至于光谱重构，除了能够在分析速度方面带来大量效益之外（上升到180样/小时，而传统蠕动泵和基于注射泵的FTIR 自动采样系统则仅为20～30样/小时），它还将最大限度地减少磨损，确保KCl试池窗口使用的低成本（相比于ZnSe），并且所需样本和溶剂相对较少，这也使它在与油品和溶剂所带来的废弃物方面将环境影响降至最低。除净油品光谱并非直接测量而是从稀释油样的光谱中重建的之外，红外光谱分析状态监测的工序过程与ASTM D7418-07一致，同时也需要按照要求严格执行。状态监测数据大量的对比结果是在标准条件下使用光谱重构技术和对相应的净油样进行传统的红外光谱分析获取而来的，此结果有力地证明两种程序所提供的数据一致。

5结论

傅里叶红外光谱是用于在用油分析的一种重要的自动化状态监测筛查工具。目前，红外光谱方法已根据样本处理量借助光谱重构技术进行了有效升级，分析速度已高达每小时180个预处理样本。尽管基于红外光谱的状态监测方法目前在很大程度上仅限于矿物源油品，但是可以预见的是，随着技术的发展，红外光谱的应用范围将会得到广泛的拓展，深入到基础油与配方油方面。更重要的是，最常见的定量后续分析：酸值、碱值和水分含量分析已发展成为了完全可行的自动化红外光谱定量分析方法，这就显著增强了红外光谱在油分析方面的实用性能和分析功能。一般来说酸值和水分分析的应用范围远远不限于油自身，而且可被应用到包括燃料油（柴油、汽油和生物柴油）、生物柴油原料、原油在内的各种疏水性物质上。总的来说，红外光谱技术能否被广泛接受很大程度上取决于它的商业化开发。当然，如同其他检测方法一样，红外光谱技术也存在一些缺点和局限性。例如，红外光谱技术只反映分子结构的信息，对原子、溶解态离子和金属颗粒不敏感，也就是说，在对机械设备进行油液监测的过程中，红外光谱仪无法代替原子发射（吸收）光谱仪和铁谱仪的作用；在商用检测中要求红外光谱检测系统具有较高的样品通过量，否则，每次的分析成本较高；此外，红外光谱检测系统对操作结果的再现性要求非常高，否则，谱图采集系统或仪器响应的微小变化会影响结果的准确性和精密度。

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光谱技术论文篇8

引言

传统的X线成像是经X射线透照被检查物件，将影像信息记录在胶片上，在显定影处理后，影像才能在照片上显示。计算机射线照相检测（简称CR）则不同，它是一种模拟数字照相成像系统，将透过物体的X射线影像信息记录在由辉尽性荧光物质制成的存储荧光板上，这种存储荧光板又称影像板或成像板（简称IP板），即用IP板取代传统的X射线胶片来接受X射线照射。拉曼光谱分析技术已经在化工 化学、生物医学、环境科学、和半导体电子技术等各种领域得到广泛应用。很多高 等学校都开设了拉曼光谱的实验课程。本论文主要对IP板的拉曼光谱进行测量，并 对结果进行分析，从而判断IP板的成分[1]。

一、成像板技术简介

（一）数字化的射线照相图像

IP板又称为无胶片暗盒、拉德成像板等，可以与普通胶片一样分成各种不同大 小规格以满足实际应用需要。IP板是基于某些荧光发射物质（可受光刺激的感光聚 合物涂层）具有保留潜在图像信息的能力，当对它进行X射线曝光时，这些荧光物 质内部晶体中的电子被投射到成像板上的射线所激励并被俘获到一个较高能带（半 稳定的高能状态）,形成潜在影像（光激发射荧光中心），再将该IP板置入CR读出设 备（读出器，CR阅读器）内用激光束扫描该板，在激光激发下（激光能量释放被 俘获的电子），光激发射荧光中心的电子将返回它们的初始能级，并产生可见光发射，这种光发射的强度与原来接收的射线剂量成比例（IP板发射荧光的量依赖于一次激发的X射线量，可在 1:104 的范围内具有良好的线性），光电接收器接收可见光 并转换为数字信号送入计算机进行处理，从而可以得到数字化的射线照相图像[2]。 CR技术利用的IP板可重复使用（IP板经过强光照射即可抹消潜影，因此可以重复使用）。

（二）IP 板图像信息的读出经X射线曝光后保留有潜在图像信息的IP板置入CR读出设备内，用激光束以2510x2510 的像素矩阵（像素约 0.1mm大小）对匀速移动的IP板整体进行精确而均 匀的扫描，激发出的蓝色可见光被自动跟踪的集光器（光电接收器）收集，再经光 电转换器转换成电信号，放大后经模拟/数字转换器（A/D）转换成数字化影像信息，送入计算机进行处理，最终形成射线照相的数字图像并通过监视器荧光屏显示出人眼可见的灰阶图像供观察分析。读出器分为多槽自动排列读出处理式和单槽读出处理式，前者可在相同时间内处理更多IP板。读出器输出的图像格式符合国际通用影 像传输标准DICOM 3.0，因此可以经过网络传输、归档及打印。

二、激光拉曼光谱的发现与发展

（一）激光拉曼光谱的发现

激光拉曼光谱得名于印度物理学家拉曼(Raman)。1928 年，拉曼首先从实验中 观察到单色的入射光投射到物质中产生的散射，通过对散射光的光谱进行分析，他 发现散射光除了含有与入射光相同频率的光之外，还包含有与入射光不同频率的 光。以后人们将这种散射光与入射光不同频率的现象称为拉曼散射(Raman scattering)。拉曼本人也因此荣获 1930 年的诺贝尔物理学奖。

（二）激光拉曼光谱的发展

在 1928-1940 年期间。由于可见光分光技术和照相感光技术已经发展起来，拉 曼光谱受到广泛的重视，曾经是研究分子结构的主要手段。1940-1960 年，拉曼光 谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱（光强约为入射光强的 10-6），并要 求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等等。所以到 40 年代中期， 红外技术的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。1960 年以后，激光技术 的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等众多方面的 优点，成为拉曼光谱的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者的重视。

我国科学家在国内开展的拉曼光谱学研究已涉及了广泛的学科领域，并取得了 许多世界一流的研究成果，在高温超导体、新型碳材料、功能晶体和催化剂等方面 的成就举世公认，尤其是在低维纳米材料和过渡金属增强拉曼光谱研究领域已步入 世界前沿。在理论方面，黄昆于 1988 年发表了超晶格拉曼散射的微观模型－黄－ 朱模型。该模型不仅正确地解释了选择定则问题，还揭示了界面模的物质本质，被人们广泛承认为超晶格拉曼散射的最正确的理论，也为更低维体系的拉曼散射理论 打下了基础。在实验方面，目前观察到的6种单声子模中，美国、德国和印度学者 各占一种，而我国学者却占了三种，并且张树霖教授还在国际上第一次观察到了超 晶格微观界面声子的单声子和多声子拉曼散射。因此可以说，我国低维结构的拉曼 光谱研究已进入世界最前沿。另外，我国是世界上最早开展表面增强拉曼光谱研究 的国家之一，近年厦门大学所做的过渡金属表面增强拉曼光谱研究，已两次被国际 拉曼光学大会安排作邀请报告。

（三）激光拉曼光谱的应用 拉曼光谱技术以其信息丰富，制样简单，水的干扰小等独特的优点，在化学、材料、物理、高分子、生物、医药、地质等领域有广泛的应用。拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定和分子相互作用的手段，它与 红外光谱互为补充，可以鉴别特殊的结构特征或特征基团。拉曼位移的大小、强度 及拉曼峰形状是鉴定化学键、官能团的重要依据。

在高聚物方面，拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体（单体异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具，在 高聚物的工业生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的 观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都采用了拉曼光谱。

拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简 单，故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化。拉曼光谱在蛋白质二级结构的研究、DNA 和致癌物分子间的作用、视紫红质在光循环中的结构变化、动脉硬化操作中的钙化沉积和红细胞膜的等研究中的应用均有文献报道。在表面和薄膜方面，拉曼光谱在材料的研究方面，在相组成界面、晶界等课题中可以做很多工作。

参考文献：

光谱技术论文篇9

中图分类号：S 688.4文献标识码：A文章编号：10095500(2014)03006205

基金项目：云南省自然科学基金面上项目（2010CD061），云南省教育厅科学研究基金重点项目（2011Z033）和云南省教育厅科学研究基金项目（2011Y0477）资助

高光谱遥感监测是快速、准确、无损伤探测植物色泽和叶绿素含量的新方法\[1\]。近年高光谱遥感技术被广泛应用于植物氮素营养的定量分析、产量估测以及色素监测等方面。目前，已有研究利用高光谱技术监测植物的叶绿素含量、密度、浓度等信息，进而通过估测叶绿素含量等信息来评价植物的长势、产量和确定最佳施肥量\[2-6\]。也有研究报道利用统计分析的方法分析了植物的氮素营养和叶绿素含量与光谱特征的相关关系，并进一步建立了植物氮素营养和叶绿素含量的高光谱反演模型\[7-12\]。诸多研究表明，应用高光谱遥感技术来监测植物的营养状况确实可行。利用高光谱遥感技术获取植被光合色素信息对于光合能力估测、产量动态观测和精确施肥等有着重要意义。

在草坪色泽、外观质量、水分及营养状况评价方面，张文等\[13,14\]开展了利用高光谱遥感技术评价单播草坪色泽的研究，结果表明，利用高光谱参数评价草坪色泽，操作简单，快捷方便，经过相关参数的计算即可评价草坪色泽，克服了分光光度法等评价草坪色泽手续繁琐，取样不均匀，或因个人喜好而评价精度不高的缺点，适用于大面积的草坪色泽评价，以及草坪草种的外观质量评价。龙光强等\[15\]对干旱胁迫下马蹄金草坪光谱反射特征和叶绿素含量的相关性的研究表明，当马蹄金草坪土壤含水量高于23%，草坪盖度大于30%时，可用可见光某些波段光谱反射率对草坪叶片相对含水量和叶绿素含量进行回归预测。杨峰等\[6\]、钱育荣等\[16\]利用高光谱数据快速估算高羊茅营养状况及光合色素含量的研究，结果表明，利用高光谱特征变量与光合色素含量的相关关系建立的回归模型，为有效、快速、无损伤的探测草坪的营养状况及草坪质量提供了理论支持。许岳飞等\[17\]研究报道，反射光谱技术在园林绿化工程中为快速评价草坪质量提供了新的途径。综上所述，应用高光谱遥感技术来监测黑麦草、高羊茅、草地早熟禾等禾草单播草坪的色泽、外观质量及营养状况确实可行，但高光谱遥感是否能用于马蹄金草坪草等双子叶草本植物营养状况的监测，目前报道较少。以马蹄金为供试材料，研究不同施氮水平马蹄金草坪草光合色素含量和反射光谱特征的变化，分析马蹄金草坪高光谱反射率与光合色素含量的相关性，构建马蹄金草坪草光合色素含量的高光谱监测模型，指导马蹄金草坪的肥料管理，以期促进高光谱遥感技术在草坪营养状况监测中的应用。

1材料和方法

1.1试验设计

试验在云南农业大学草坪基地的温室大棚进行，试验材料为普通马蹄金，土壤为基地采集的酸性红壤，pH 6.7，有机质1.74%，有效氮116.67 mg/kg，速效磷33.11 mg/kg，速效钾65.2 mg/kg。2011年8月将马蹄金播种于口径为22 cm，高20 cm的花盆中，播种量为20 g/m2(折合每盆播量为0.242 g)。正常培养成坪后，于2012年4月8日进行施肥处理，肥料种类为尿素，含N 46.4%，施氮量设计4个水平，即N1 0、N2 4、N3 8、N4 12 g/m2（折合每盆中施氮量为0、0.152、0.304、0.456 g），施肥方法为将肥料溶于100 mL水中进行叶面喷施，每处理10次重复。4月18日施肥10 d后，天气晴朗、无风进行光谱反射率的测定，同步取样测定叶绿素含量。

1.2指标测定

1.2.1光谱反射率（R）的测定

采用美国Ocean公司的HR2000光谱仪（波长200~1 100 nm，分辨率约为1 nm）进行测定，时间为10∶00~13∶00。测定时固定光谱仪探头垂直向下，探头距离草坪10 cm，每处理测量值为10次，平均值作为该处理的光谱反射值。测量时及时进行标准白板校正。

1.2.2光合色素含量的测定

对应观测马蹄金冠层高光谱的叶片，随机剪切叶片0.1 g，按照丙酮∶无水乙醇∶蒸馏水=4.5∶4.5∶1.0的混合液提取叶片色素，测量D663 nm，D646 nm和D470 nm的值，然后计算叶绿素和类胡萝卜素含量\[17\]。

1.3数据分析

用SPSS 13.0进行数据统计分析，用Excel 2003作图。

2结果与分析

2.1施氮水平对马蹄金草坪光合色素含量的影响

与未施氮相比，施氮4，8和12 g/m2后马蹄金草坪的叶绿素及类胡萝卜素含量均显著增加(P

表1不同施氮水平下马蹄金光合色素含量

Table 1Effects of nitrogen levels on photosynthetic pigments contents of Dichondra repens

处理 光合色素含量/mg・g-1

叶绿素a叶绿素b 类胡萝卜素 总叶绿素

N1 1.26±0.04b 0.36±0.02c 0.27±0.002c 1.62±0.06b

N2 1.63±0.02a 0.40±0.03b 0.36±0.03b 2.04±0.02a

N3 1.64±0.11a 0.41±0.04b 0.37±0.03b 2.18±0.14a

N4 1.81±0.02a 0.46±0.27a 0.42±0.004a 2.28±0.05a

注：同列中不同小写字母表示差异显著（P

2.2施氮水平对马蹄金草坪冠层光谱反射率的影响

在绿光510~570 nm时，不同施氮水平马蹄金草坪的冠层光谱反射率差异较大，尤其在绿峰550 nm处反射率差异尤其明显，绿峰处不施氮时马蹄金草坪的冠层反射率最大，达10.74，随着施氮量的增加，绿峰处马蹄金草坪的冠层光谱反射率逐渐降低，当施氮量增加到12 g/m2时，马蹄金草坪的冠层光谱反射率下降为7.59%。

2.3马蹄金草坪光合色素含量与冠层光谱反射率的相关关系

将不同施氮水平下马蹄金草坪光和色素含量与绿波段510~570 nm光谱反射率分别进行相关分析（表2）。结果表明，马蹄金草坪光合色素含量与绿波段草坪冠层光谱反射率呈负相关关系，以570 nm处相关

表2马蹄金草坪光合色素含量与光谱反射率的相关性分析

Table 2Correlation analysis between reflectance and photosynthetic pigments of Dichondra repens

光合色素 光谱反射率/%

510 nm 520 nm 530 nm 540 nm 550 nm 560 nm 570 nm

叶绿素a -0.941 -0.927 -0.888 -0.947 -0.906 -0.961* -0.978*

叶绿素b -0.994** -0.990** -0.962* -0.995** -0.971* -0.994** -0.994**

类胡萝卜素 -0.935 -0.925 -0.895 -0.947 -0.912 -0.963* -0.980*

总叶绿素 -0.871 -0.873 -0.869 -0.903 -0.885 -0.931 -0.952*

注：*为0.05 水平显著相关；**为 0.01 水平极显著相关

图1不同施氮水平马蹄金草坪冠层光谱反射率

Fig.1Effects of nitrogen levels on spectral reflection

rate of canopy

性最高，达显著水平（P

2.4马蹄金草坪光合色素含量的高光谱反演模型

在570 nm处马蹄金草坪光合色素含量与光谱反射率具有较好的线性回归关系，利用光谱反射率的变化来反演光合色素含量的变化可以达到较好的拟合效

图2马蹄金草坪叶绿素a含量与R570 nm之间的相关性

Fig.2Relationship between Chla and R570 nm

of Dichondra repens

图3马蹄金草坪叶绿素b含量与R570 nm之间的相关性

Fig.3Relationship between Chlb and R570 nm

of Dichondra repens

图4马蹄金草坪类胡萝卜素含量与R570 nm之间的相关性

Fig.4Relationship between Cars and R570 nm

of Dichondra repens

图5马蹄金草坪总叶绿素含量与R570 nm之间的相关性

Fig.5Relationship between Chls and R570 nm

of Dichondra repens

果（R2达0.85以上，P

3讨论与结论

（1）植物光合色素含量是植物生长和营养状况的指标器，同时与氮素之间具有较高的相关性\[18\]。试验结果表明，马蹄金草坪光合色素含量和光谱反射率对施氮反映敏感，随着施氮量的增加，马蹄金草坪叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量增加，叶片颜色变深，进而导致可见光区光谱反射率降低。马蹄金草坪在绿波段510~570 nm的光谱反射率与光和色素含量呈显著负相关关系，以绿波段570 nm处的反射率（R570 nm）与光合色素含量相关性最高，利用R570 nm的变化来反演其光合色素含量的变化可以达到较好的拟合效果（R2达0.85以上，P

（2）草坪是覆盖度较高，低矮、致密、整齐、均一的人工植被，土壤背景、枯叶等因素对其影响较小，研究高光谱遥感技术在草坪上的应用比天然植被、农作物具有更高的精确度\[14\]。但试验所用材料马蹄金为暖季型C3 植物，无论从形态、生长习性上都与其他广泛使用的禾本科草坪草建植的草坪有较大的差别\[19,20\]，所以，对于以禾本科草坪草建植的草坪，其营养状况的高光谱监测模型有待进一步研究。另外，在红外长波范围，马蹄金草坪光谱反射率与光合色素含量间的相关性还待进一步研究。

（3）高光谱技术操作简单、结果可靠，与NTEP法和实测法(分光光度法)等评价草坪颜色的方法相比，可节省人力、物力，避免人为因素的影响，并且可以用在大面积草坪营养状况和外观质量的评价上\[17\]。此次试验结果为利用高光谱遥感技术快速的、有效的、无损伤的探测马蹄金草坪的营养状况提供了理论支持和数据储备。

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Effects of nitrogen levels on reflection spectrum

and photosynthetic pigment content

of Dichondra repens

CHU Xiaohui1,CHEN Gong1,ZHANG Yin2,REN Jian1,JIANG Hua1,

CHEN Xingtao1,SHAN Guilian1

（1.Department Pratacultural Science,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China； 2.Yunnan

光谱技术论文篇10

关键词：油；油液监测诊断技术；光谱分析；铁谱分析；颗粒分析

中图分类号：TE626.3 文献标识码：A

0 引言

据统计，一般机械零件的失效形式中，磨损失效占80%以上。若不能及时了解机器的磨损情况，采取有效措施，很可能会导致各种恶性事故的发生。同时，对于用户来说，也应该保证在更换油时，使新油的污染度不超过ISO 20/18的规定。而所换旧油也应该达到一定的污染度要求，否则若油污染尚不严重就更换无疑会导致油的使用寿命利用不充分，而若油污染过重时才更换则会对机器的运行安全造成影响。所以对油进行监测分析，提高油的利用率是很必要的。所谓油液监测诊断技术，是指通过监测设备用油，来获取设备摩擦副的油状况和故障先兆信息，为设备维护提供依据，从而预防设备重大事故的发生。

目前，工程中有很多油液监测方法，从一般的经验分析到光谱、铁谱分析，它们针对不同的生产条件有着各自的优势与劣势，下面将对各种油液监测方法进行比较分析。

1 常用实现手段

1.1 常规理化性能分析

油的主要理化性能监测指标有：粘度、水分、闪点、机械杂质、总碱值等，其主要目的是判断所使用的油牌号是否正确，分析所使用的油液性能是否已经下降而需更换，同时也可对一些简单的故障进行判断。这些指标国家都制定有相应的检测方法和实验分析仪器，读者可以选取其中几项进行检测。对于各项具体参数的检测方法这里就不在赘述了。

常规的理化性能分析是监测条件改变造成机械磨损失效最简单、最直接的方法，但是对于一些定性的试验，如碱值试验，虽然方法简易且便于现场使用，但是需要积累经验才能正确判断，对初涉油液分析的读者来说不易掌握；而对于一些定量的试验，如闪点、粘度的检测，虽然结果精确可靠，但不易掌握和推广。

1.2 光谱分析技术

（1） 原理概述

光谱分析技术目前主要有原子吸收光谱分析技术和原子发射光谱分析技术等。原子吸收光谱分析技术是将待测元素的化合物或溶液在高温下进行试样原子化，使其变为原子蒸汽，当锐线光源发射出的一束光，穿过一定厚度的原子蒸汽时，光的一部分被原子蒸汽中待测元素的基态元素吸收。透过光经单色器将其他发射线分离掉检测系统测量特征辐射线减弱后的光强度，根据光吸收定理就能求得待测元素的含量。原子发射光谱技术则是利用物质受电能或热能激发后辐射出的特征线光谱来判断物质组成。

（2）获取的油液信息及监测内容

在原子发射光谱技术中，我们根据特征谱线是否出现来判断某物质是否存在，根据特征谱线强度的大小来判断该物质含量的多少。在原子吸收光谱技术中，则同样可以测得待测物质是否存在以及该

（注：作者简介：宋轩（1988－），男，2008年毕业于武汉大学动力与机械学院机械设计制造及其自动化专业，目前从事油与液压油的污染度监测研究工作。）

物质的含量。可见，通过光谱分析，可以快速获得油中各种金属磨粒的组成元素和含量，并能根据各元素的含量及其变化情况，依据机器中各摩擦副的材质，来推断机器的磨损部位和磨损程度，从而预报可能发生的故障，并为维修提供指导，提高维修过程的效率和经济性。（3）优缺点

该技术的优点在于分析灵敏度高、适用范围广、取样量少、测试速度快、操作简便，同时由于一些轻便且全封闭仪器的出现，使得该技术也具备了现场监测的条件。但在失效过程太快、以及磨损微粒尺寸较大的情况下，光谱分析也存在一定的局限性，所以光谱分析宜在精密监测或轻度污染的条件下使用。光谱分析不能直接进行油液污染度等级评定。

（4）主要分析仪器

目前，我国生产的一些原子吸收光谱仪分析精度高，分析功能强，而且价格适中，但是加热方式尚存在改进余地。国际上美国baird公司生产的光谱仪，如AFS―2C型直读式发射光谱仪、MOA型油液分析直读光谱仪，美国SPECTRO公司的M型光谱仪，以及美国PE公司的ICP光谱仪在光谱分析领域使用都已相当普遍。

1.3 铁谱分析技术

（1）原理概述

铁谱分析技术就是用磁性方法（采用磁谱仪）把混于油中的铁质磨粒分离出来，并按其尺寸大小依次、不重叠地沉淀到一块透明的基片上（即制作谱片），在显微镜下或用肉眼直接观察，以进行定性分析，即对磨粒的形态特征、尺寸大小及其差异等表面形貌和成分进行监测分析。同时也可利用加装在铁谱显微镜上的光密度计对谱片上大小磨粒的相对含量进行定量分析。

（2）获取的油液信息及监测内容

由以上铁谱分析的原理可以看出，通过铁谱分析既可以监测磨粒的浓度和粒度，也可以分析磨粒的形态特征和成分，同时也可以进一步分析磨粒的增长速度。由摩擦学可以得知，磨粒的浓度和粒度与机器磨损程度有着直接联系，对磨粒形态特征和成分的分析则可以对机器磨损部位、磨损原因、磨损趋势等进行评估，对磨粒增长速度的监测可以分析机器磨损的速度。（3）优缺点

铁谱分析能直观地显示磨粒的分布情况，更能定量地监测机器的磨损情况，它监测速度快，表达信息量多，能为工程提供准确的油液信息。但是，一方面由于它无法监测非磁性污染物，因而有可能会导致测量结果产生偏差，另一方面分析铁谱对个人经验的依赖较强，结论的正确与否与分析者的个人经验关系极大，所以这给现场监测带来了困难。跟光谱分析一样，铁谱分析也不能直接进行油液污染度等级评定。

（4）主要分析仪器

通常我们采用的仪器分为直读式铁谱仪、分析式铁谱仪和旋转式铁谱仪。使用较多的铁谱仪有：国产的L200-X型、TPF-2型、ZPT-X型、TPD-2型铁谱仪等，美国PREDICT公司生产的DRII型、FMII型铁谱仪等。

1.4 颗粒技术

（1）原理概述

颗粒技术是通过测量单位体积内不同粒度污染物的数目（或重量）来进行油液污染度评定的一种技术。不同的颗粒技术所采用的原理也不同。目前使用的主要有：过滤称重法、颗粒自动计数器、电阻型磨粒监测器等，一些新型颗粒分析仪，如美国罗斯韦尔公司的台式油分析系统，也能进行颗粒分析。

（2）获取的油液信息及监测内容

很显然，从上面的讨论中可以看出，无论采用的是什么原理，颗粒技术所监测的对象都是单位体积内油液中不同颗粒大小污染物数目（或重量）分布情况。与其他分析技术不同的是，颗粒技术并不监测污染物颗粒的组成元素与形态特征。对不同时期油液进行的颗粒分析可以得出磨粒的增长速度进而判断机器的磨损速度。

（3）优缺点

颗粒技术具有准确、快速、简便的优点，与铁谱技术比较，它不依赖于个人经验，更有助于在线监测。但是由于颗粒技术只进行了磨粒含量的测定，仅能提供油液的污染度信息，在故障诊断方面存在着缺陷。

（4）主要分析仪器

使用较多的颗粒分析仪主要有美国HIAC/ROYCO公司的PC320型、4100型和8000A型分析仪，英国Coulter公司推出的电阻型颗粒计数器，美国罗斯韦尔公司的台式油分析系统等。1.5 其他技术

除了上面介绍的技术，还有很多其他油液监测技术，如磁塞技术、傅立叶红外分析法等。虽然它们的监测原理各有不同，但是从监测内容看，与上面介绍的方法类似，读者可以查询有关资料进行了解。

2 结束语

无论采用何种分析方法与监测仪器，我们必须明确油液实验的目的，并结合目的与自身条件选择合适的监测技术，使得所选方案满足准确性、经济性要求。

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THE COMPARISON AND ANALYSIS OF DIFFERENT OIL MONITORING TECHNOLOGIES

SONG Xuan1, YANG Cheng1， MA Yuan-hui2

光谱技术论文篇11

引言

为了解决传统农药残留检测方法比较繁琐、耗时、破坏样品、检测单一性等问题，即一种方法或程序只能对一两种农药的残留进行分析。这些方法的分析过程比较复杂，取样时间较长，不能实行现场实时检测等。采用拉曼光谱在检测农药残留进行农药残留检测，首先必须获得各种样品水果的拉曼数据，然后分别测量样品农药的拉曼光谱，分别形成数据库以便识别，最后看喷有农药的水果的拉曼光谱。根据不同分子间的拉曼光谱震动，通过和无农药残留样品光谱对比，峰值对比，来实现检测水果表皮是否有农药残留的以及可能的农药品种。

1 国内外研究现状分析

随着各国经济的飞速发展和居民收入及生活水平的稳步提高，人们的饮食文化的改变，这对食品质量提出了很多要求。实现食品快速无损的农药残留检测需要技术先进、性能优良的设备来实现检测，是满足人们对食品安全健康的需求的发展方向。

目前，国外检测农药残留的方法已经建立健全的检测机制和检测标准，国内只是对一部分使用农药建立了检测标准，大多集中在传统的方法，国内使用拉曼光谱仪器检测农药残留的研究的并多，大多数集中在液体农药，忽视了粉末农药，不是很符合农药残留检测的实际情况。基于拉曼光谱技术检测水果表面农药残留的方法。本研究旨在利用拉曼光谱技术，以水果为研究载体，不探究水果常用农药残留检测的方法，为实现农药残留无损、快速、在线检测奠定技术基础。

2 研究目标

通过对农药残留检测方法的调查研究，建立快速无损的检测数据库主要目标如下：

（1）学习拉曼光谱技术，了解仪器原理和熟练操作拉曼光谱仪器

（2）分析农药残留检测现状，采集样品农药拉曼光谱，掌握样品农药的拉曼光谱特征。

（3）采集水果样品的拉曼光谱图，掌握水果样品表皮的拉曼光谱特征

（4）建立该样品农药在水果样品快速无损检测的光谱特征，为实现快速无损检测提供

3 研究内容

为了解决传统农药残留检测方法比较繁琐、耗时、破坏样品、检测单一性等问题，即一种方法或程序只能对一两种农药的残留进行分析。这些方法的分析过程比较复杂，取样时间较长，不能实行现场实时检测等。采用拉曼光谱在检测农药残留进行农药残留检测，首先必须获得各种样品水果的拉曼数据，然后分别测量样品农药的拉曼光谱，分别形成数据库以便识别，最后看喷有农药的水果的拉曼光谱。根据不同分子间的拉曼光谱震动，通过和无农药残留样品光谱对比，峰值对比，来实现检测水果表皮是否有农药残留的以及可能的农药品种。

4 拟解决的关键问题

4.1 解决传统检测方法的不足

4.2 单一方法检测多样品农药留

4.3 实现农药残留的快速、无损、实时现场检测

5 结束语

首先从理论上查找农药残留的方法，找出各个方法的优缺点，学习拉曼光技术的相关理论知识，同时学习实验仪器的使用为方案实施奠定基础。主要完成农药光谱的采集，水果样品选定和采集样品数据，并通过配套软件对样品采集数据进行分析并得出结论。

参考文献

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光谱技术论文篇12

以往的血糖检测研究多集中于长波近红外(1 100～2 500 nm)[27]，其主要原因是在这些区域，含有葡萄糖的甲基CH对称伸缩振动和 OH伸缩振动的一级、二级倍频，具有较强的葡萄糖特征吸收信号。然而这些区域内水分子也会产生较强的吸收信号，在此干扰条件下使得在长波近红外内实现血糖的无损检测几乎是不可行的。本文则关注短波近红外(700～1 100 nm)的检测分析。在短波近红外处，人体骨骼、肌肉、脂肪、皮肤等的吸收系数很小，该波段被誉为人体“光学治疗窗”[8]，处于该窗口的光学波段可以更有效地携带人体内部的信息。而且短波近红外包含了葡萄糖的甲基CH对称伸缩振动的三倍频和OH伸缩振动的三倍频[9]，具有检测的可能性。长波近红外区域制作成快速并行检测所需的阵列检测器，价格较为昂贵，且检测时间较长。

相比较，短波近红外光谱区域可以使用成本较低的Si基光敏元件，硅阵列检测器CCD的技术也已成熟，可以大幅度提高检测速度，有利于实现检测设备[第一论文 网 dylw.net]的小型化和低成本。本文对短波近红外波段用于血液样本中葡萄糖浓度的定量检测的可行性进行探索。与长波近红外相比，短波近红外是更高倍频(或合频)的振动吸收，谱峰更宽，光谱重叠的情况会更严重。为了充分提取光谱信息，需要研究有效可靠的定量校正方法。本文在640～1 100 nm范围内测量血清短波近红外光谱，采用间隔偏最小二乘法(interval partial least squares，IPLS)和移动窗口偏最小二乘法(moving window partial least squares，MWPLS)分析了吸光度与血清中葡萄糖浓度之间的量化关系。

1原理及方法

偏最小二乘法(partial least squares，PLS)是一种较为常用的近红外光谱数据处理方法[10]，主要用于线型模型的建立。为了更有效利用光谱信息，选择血糖光谱信息最为丰富的波段进行建模，文章采用IPLS和MWPLS技术，其主要原理和步骤如下：

IPLS：

(1)将整个光谱分割成若干个波段，对每个波段进行偏最小二乘分析，根据交叉验证均方差(root mean square error of cross validation，RMSECV)，从中找出最佳主成份数;

(2)改变光谱分割的波段数目，按照(1)中的过程分析;(3)对比(2)中不同波段数时所得到的结果，最终找出最适宜建模的光谱区间。

MWPLS：

选取一个宽度为w的光谱窗口，从整个光谱(假设有n个波长点)的第一个波长点开始依次向右移动一个波长点直至最后，设置一最大主成分数，对每个子波长区分别建立偏最小二乘法PLS 模型，分别得到不同主成分数里对应PLS 模型的预测误差(root mean square error of prediction，RMSEP)，从而找出含有用信息的一个或几个波长区。然后利用这些波长区建立PLS模型。

文章采用IPLS和MWPLS对血清样品的短波近红外光谱进行数据分析和优化时，模型最终的预测能力通过相关系数R，预测均方差RMSEP，偏差Bias的值来检验，其中RMSEP和Bias的定义如下：RMSEP=1Ip∑Ipi=1(y^i-yi)2(1)

Bias=1Ip∑Ipi=1(y^i-yi)(2)其中y^i表示样本的预测值，yi表示样本的实测值，Ip表示检验的样本数。2数据测量及模型建立

2.1数据测量对13名志愿者在午饭后3h各抽取静脉血约5 mL，为了扩大样本血糖范围，每名志愿者第一次抽血后口服葡萄糖50 g，30 min后再次抽血。每个样品取少量全血用血糖仪测量其血糖值作为参考值，血糖浓度范围4.9～8.3 mmol/L，剩余血样经分离得到血清约2.5 mL。使用UV1900紫外可见分光光度计室温下测定样品的吸收光谱，带宽1 nm，测量波长范围640～1 100 nm，采用10 mm光程的石英比色皿，以空气作参比，测量其吸光度。样品中，血清的提取及血清中葡萄糖浓度参考值由上海交通大学校医院采用血糖仪测量后提供。

2.2数据预处理为了避免除血糖浓度以外的因素对血清样本光谱的干扰，根据马氏距离采用最小半球体积法(smallest halfvolume，SHV)[第一论文 网 dylw.net][11]对样本中的奇异样品进行筛选，结果如图1所示。由图1可以发现标记1的样品其马氏距离明显高于其它样品，经检查发现是由于该血清较其它样品混浊，呈乳浊液状，而乳浊液在光谱检测时，由于溶液中颗粒的存在容易导致光线通过样品池时产生散射，因此建立模型时将样品1剔除较好。将奇异光谱剔除后，为了去除高频噪声，基线漂移等影响，对剩余的样品在640～1 100 nm波段内作基线校正，然后采用窗口宽度为10 nm，多项式次数为2的SavitzkyGolay平滑法对光谱作预处理[1213]，处理后的血清光谱如图2所示。

图5可以看出，在915～1 065 nm这个波段建立PLS模型，当主成分数为9时交叉验证均方差RMSECV最小，因此选用这一谱段对血糖浓度进行回归建模。用建立的模型对验证集每一个样品进行预测，其预测结果如图6所示，相关系数R=0.982 2，预测均方差RMSEP=0.163 5 mmol/L，偏差Bias=-0.087 3 mmol/L。3结论本文主要研究了使用短波近红外进行血糖浓度检测的可行性。通过IPLS与MWPLS对640～1 100 nm血清光谱的数据建模，结果表明：(1)根据马氏距离对样品的光谱进行奇异样品筛选，可以提高建模的准确性;(2)采用IPLS方法对全谱进行分析，能够提取葡萄糖分子官能团对应的近红外特征谱段，从而有效提取光谱中有效信息建立较好的预测模型;(3)采用MWPLS的方法，能够找出包含光谱有效信息的精确波长起止点，进一步优化其预测模型。下一步的工作是将样本浓度范围扩大，从而使建立的模型适用范围更广泛，并提高血糖定量分析的准确性。本文的研究结果将为进一步发展短波近红外的无损血糖检测技术提供基础。

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