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光谱学分析范文1
关键词：光谱匹配系数，四值编码算法，光谱角度匹配
一、引言
就人造环境的概念提出来看，我们可以大致引出两种源头。
其一，我们今天所常见的几种因为人类活动而导致的自然环境问题十分重大且对人类的生活有着重要的影响，例如挖空煤矿导致的山体崩塌以及地震，再比如，大量的砍伐树木，不仅造成沙漠化严重，还导致大量的水土流失。这些问题都随时影响到人类的生活甚至生命，在这种前提之下，人造环境被提上了命题。在重大的灾难来临之时，人们所创造的避难所均设在地下，例如核辐射，而在这种条件之下通过分析光谱与类生物机械进行结合制造的人造环境，在视觉上做到与真实自然环境别无二致便为重点。
其二，人类对于太空的探索不断的进步。人们对于太空星球的探索以及资源的争夺都是愈演愈烈，所提出来的论点之中有两个极为重要，一是太空移民，一是太空资源开采。适宜人类居住的星球最重要的是哪些呢？大气，水，除此之外的一部分环境问题我们均可以用人造环境结合类生物机械来进行处理，利用分析光谱制造应急人造环境，对于刚刚登陆开发移居星球的前几批工作者来说是不可缺少的重点，在刚开始的恶劣环境之中可以用人造环境来改善进行星球开发的工作人员的生活环境。
二、可行性分析
1、光谱匹配系数
根据光电阴极的光谱响应特性曲线，我们可以计算出光谱响应率Sλ，将Sλ对其最大化Smax归一化，可得相对光谱响应率为
S（λ）=Sλ/Smax――（1）
此时，光电阴极面接受的夜天光经过景物反射后的辐射，即
ωλ= ρλPλ――（2）
其中（2）式中的ωλ为景物反射辐射光谱分布；ρλ为景物的光谱反射系数，他随波长λ而变化；Pλ为夜天光辐射光谱分布，将景物的反射辐射光谱分布ωλ对其最大值ωmax归一化，得到其相光谱分布为
ω（λ）=ωλ/ωmax――（3）
由此，我们可以从关系式定义光电阴极于景物反射辐射的光谱匹配系数为
α（S，ω（λ））=∫S（λ）ω（λ）dλ/∫ω（λ））dλ――（4）
那么我们分析式（4）可以知道，光谱匹配系数其实反映的是各种光谱响应的光电阴极对不同的辐射源的光谱利用率的高低，也就是说，这个利用率越高，越能够得到与实际物体所产生的光谱一样的光谱。分析可知当α越大时，匹配越好，从而微光夜视系统的观测效果也就越好，反之越差时匹配越差观测效果也就越差，根据式子我们可以知道α的值域在（0，1），越靠近1，越与实物反射产生的光谱相近，即越能体现出辐射源与实物之间的差别之小。达到以假乱真的效果。
2、光谱匹配基本模型算法
使用计算机软件通过算法制作光谱比较模型，通过所测物体的光谱度和已知的物体世纪光谱互相对比，来判别被测物体的种类，那么同样，我们可以通过对比从模拟人眼的光学仪器中的两条光谱曲线来使得目标物体在视觉上与实际地物一模一样。
2.1四值编码算法
首先对已知地物类别的光谱辐射至取平均值，得到阈值A，然后将光谱辐射值已A为边界分为[Xmin，A][A，Xmax]两个区间，在重复上步再划分得到总共四个区间。用同样的方法对待目标光谱曲线进行四值编码。使用异或方法，进行目标光谱和已知光谱匹配（即有区别为1，没区别为0），最后比较相等的个数，将目标分到波段数目相似最多的类别。
2.2光谱角度匹配
光谱角度定义为两地物光谱矢量之间的广义夹角余弦为相似函数，将像元N个波段的光谱响应作为N维空间中的矢量，通过计算他与最终光谱单元之间的广义夹角来表示它的匹配程度，夹角越小匹配程度越高，二者越相似。
日本kansai电力公司研制成功了一种新型太阳能辐射模拟系统，它不仅能模拟太阳光，还能模拟太阳热。这套系统用计算机控制等和加热器，一边产生接近自然的太阳辐射。它还配有人工的自然环境分系统，可模拟不同的气象条件。系统由氙灯，卤素灯和加热器组成，模拟阳光的波长范围从可见光（0.38到0.78微米）到红外线（0.78到20微米），而且光谱分布和自然阳光基本一样。
三、人造环境光学
就目前形似来看，高光谱图像在空间以及电磁谱维度中所利用较为广泛，尤其在遥控领域。
基于成像光谱仪在众多窄波段获取数据的特点，可以用已知地物类型的反射光谱，通过光谱频率曲线或特征匹配比较以达到识别地物类型的目的。长期的高光谱实验也收集了大量的实验室标准数据，建立了许多地物标准光谱数据库；那么从另一方面来说，人们可以用已知的数据伪造出与真实光谱无二的光谱已达到以假乱真的目的。
四、结束语
光谱识别技术是以物质构成的光谱唯一性为基础， 将目标的识别以光谱信息为第一特征，利用光谱的分析来得到现实生活中的自然物体在不同环境时所发射的光谱，对比获得正确的光谱，利用光电器件发射出对应的光谱。光谱识别技术的发展，包括计算机算法的发展，使得利用光谱制作更加逼真的人造环境得到可能。
参考文献：
[1] 蔡燕.光谱匹配算法的实现与比较.中国矿业大学环境与测绘学院.江苏徐州（221008）
光谱学分析范文2
[关键词] 拉曼光谱；定量分析；实验教学
[中图分类号] G642
[文献标识码] A
[文章编号] 2095-3712（2014）22-0058-03[ZW（N]
[作者简介]张焕君（1982―），女，河南许昌人，硕士，郑州轻工业学院教师；程学瑞（1982―），男，河南安阳人，博士，郑州轻工业学院副教授，研究方向：材料物理。
拉曼光谱的强度、频移、线宽、特征峰数目以及退偏度与分子的振动能态、转动能态、对称性等特性有紧密的联系，即与分子的结构紧密相关。而且拉曼光谱具有制样简单，分析快速、无损，所检测的样品仅需微量即可满足测量要求等诸多优点，因而成为研究分子结构的强有力工具，广泛地应用于分子的鉴别、分子结构的研究、分析化学、石油化工催化和环境科学等各个领域[1-2]。然而，相对于气相、液相色谱法的较高精度而言，较大的分析误差率限制了拉曼光谱定量分析的应用。在实际应用中，拉曼光谱分析技术多用于样品的定性分析，尤其是在实验教学当中，更多的是强调其定性分析的作用，而忽略其定量分析的功能[3-4]。尤其是对具有强荧光背景物质，如乙醇及其混合溶液的定量分析，更是拉曼光谱定量分析中的难点问题。
为帮助学生克服这样单一的认识，我们在教学实验环节增加了相关实验内容，采用拉曼光谱对乙醇溶液的浓度进行定量分析。在教学过程中，我们向学生介绍了拉曼光谱定量分析的理论依据、分析过程，并着重分析了误差来源，以加深学生对拉曼光谱的认识，尤其是让学生对其定量分析功能有了进一步的了解。
一、理论依据
拉曼光谱定量分析的理论依据为：
I=KΦC∫b[]0e（[WTBZ]ln[WTBX]10）（k+k）zh（z）dz
在上式中，I为光学系统所收集到的样品表面拉曼信号强度；K为分子的拉曼散射截面积；Φ为样品表面的激光入射功率；k、k′分别是入射光和散射光的吸收系数；Z为入射光和散射光通过的距离；h（z）为光学系统的传输函数；b为样品池的厚度。由上式可以看出，在一定条件下，拉曼信号强度与产生拉曼散射的待测物浓度成正比，即I∝C。
二、实验过程
实验样品材料为国药集团化学试剂有限公司生产的浓度不低于99.7%的分析纯乙醇、四氯化碳和去离子水。把不同体积的去离子水加入乙醇样品中，配制成不同浓度的乙醇-水二元体系溶液；用激光功率为50mW（100%）的拉曼光谱仪采集纯乙醇溶液、水、四氯化碳溶液的拉曼光谱图；用拉曼光谱仪采集不同浓度的乙醇溶液的拉曼光谱图，对每种浓度的样品重复扫描3次，试验结果取三次扫描的平均值。
三、结果讨论
把配制好的不同浓度的乙醇溶液加入未受污染的样品池，把不同浓度的样品分别放在拉曼光谱仪上测出其拉曼光谱。荧光背底扣除后不同浓度的乙醇-水溶液的拉曼光谱图如图1所示。
图1荧光背底扣除后不同浓度的乙醇-水溶液的拉曼光谱图
表1中的数据进一步显示出，随着乙醇浓度的增加，特征峰强度的比值在不断增加。纯水的3200cm-1峰的强度I2与不同浓度乙醇的884cm-1峰的强度I1之比R1和面积比R2与乙醇浓度的关系见表1。拟合图如图2所示，R1和R2与乙醇浓度有较好的线性关系，其线性相关系数分别为0.98554和0.97558。
四、误差分析
激光功率、样品池、聚焦位置等因素会对定量分析结构有重要影响。
（一）激光功率的影响
不改变聚焦样品的位置，激光功率分别选取100%、50%、10%、5%、1%和0.5%（100%为50mW），对50%的乙醇-四氯化碳溶液进行测试，结果如表2所示。
由表2可以看出，随着激光功率的改变，两个特征峰（峰459cm-1和884cm-1）的强度比值基本上在2.3左右，面积比值基本上在3.0左右。然而可以看出，当激光功率很小时（1%或0.5%），由于激发光源本身很弱，导致散射的拉曼信号强度本身也非常弱，而且信噪比很大，所以相对误差比较大。而且当激光功率很强（100%功率）时，两个特征峰的强度比值和面积比值都稍微偏离2.3和3.0，其原因可能是，激光功率很强时，其信号强度和荧光信号也比较强，而荧光对拉曼散射的干扰非常大，导致在扣除荧光背底过程中出现较大的偏差。
（二）样品池的影响
如图4是毛细管样品池的拉曼光谱图，实验过程中用毛细管吸取待测溶液。毛细管作为样品容器，在激光激发下也存在拉曼光谱和荧光背底，在基线处理和背底扣除过程中难以完全消除其影响，进而产生误差。
图4毛细管样品池的拉曼光谱图
（三）聚焦位置的影响
在同一样品不同点进行多次测量，分析结果发现，混合溶液的特征峰强度的比值存在较大的偏差，主要原因可能是本次试验使用的是显微共聚焦激光拉曼光谱仪，3次测量的聚焦位置不同，以及数据处理过程当中荧光背底的扣除都会引起较大的误差。对同一浓度的溶液测量3次，所得强度之比的不确定度为0.117，相对强度之比与乙醇浓度拟合直线的不确定度为0.024，相对面积比与乙醇浓度拟合直线的不确定度为0.858。
综上所述，激光功率、样品池、聚焦位置等因素会对拉曼光谱定量分析结构产生一定的影响。另外，乙醇的挥发、激光功率的稳定性、实验仪器的固有误差等因素也会对测试结果带来影响。然而，拉曼光谱定量分析的结果仍然有较大的可信度，可以作为一种有效的定量分析方法。
参考文献：
[1]谭红琳，李智东，张鹏翔，等.乙醇、甲醇、食用酒及工业酒精的拉曼光谱测定[J].云南工业大学学报，1999（2）.
[2]杨丹，徐文艺.CuCl2-H2O体系和FeCl3-H2O体系络合物拉曼光谱研究与溶液拉曼定量分析探索[J].光谱学与光谱分析，2011（10）.
光谱学分析范文3
【关键词】 幼儿血清； 血清苯丙氨酸； 血清酪氨酸； 苯丙酮尿症
血清苯丙氨酸（Phe）和血清酪氨酸（Tye）均参与蛋白质的合成，也是哺乳动物必需的氨基酸和生酮生糖氨基酸，科学测定两种物质在苯丙酮尿症（PKU）的诊断、治疗和预后方面具有非常重要的参考价值[1]。本研究采用高效液相色谱-荧光检测法测定确诊PKU和健康新生儿Phe浓度、Tye浓度及Phe/Tye比值，现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 本研究所有资料来源于郑州市妇幼保健院2010年1月-2012年7月期间检验科，空腹静脉采血时间均在上午7∶30-10∶00，按照实验室操作规范待血清自然析出后行离心分离，然后在-30 ℃冰箱中保存待测。将21例经实验室确诊的PKU新生儿作为观察组，其中男12例，女9例；出生3～28 d，平均（16.4±4.5）d。选择同期22例健康新生儿作为对照组，其中男12例，女10例；出生3～28 d，平均（16.5±4.5）d。组间性别和出生时间比较差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。
1.2 测定设备、试剂和方法 所有新生儿均采用高效液相色谱-荧光检测法测定Phe和Tye浓度，并计算Phe/Tye比值。高效液相色谱仪及其附件由安捷伦公司提供；实验用水为超纯水，经美国Millipore公司Milli-Q纯水器处理；苯丙氨酸和酪氨酸标准品由美国Sigma公司提供；其他试剂为常规实验室优级纯或分析纯。测定方法参考蒋姣伏等[2]研究，按照实验室规范进行操作，色谱柱为Hypersil C8注，流动相为100：900体积比的乙腈-水，流速1 ml/min，荧光波长303 nm，激发波长210 nm。苯丙氨酸批内CV为4.08%，批间CV为7.11%，线性范围12.21～1220.03 μmol/L，最低检测限3.00 μmol/L，平均回收率102.52%；酪氨酸批内CV为2.98%，批间CV为5.24%，线性范围5.52～550.11 μmol/L，平均回收率102.19%，最低检测限0.82 μmol/L。
1.3 计算方法 血清苯丙氨酸（酪氨酸）=苯丙氨酸（酪氨酸）峰面积×标准液中苯丙氨酸（酪氨酸）浓度÷标准液中苯丙氨酸（酪氨酸）峰面积。
1.4 统计学处理 所有数据采用SPSS 19.0统计软件包进行分析，计量资料以（x±s）表示，采取t检验，P
2 结果
3 讨论
作为人体不能自身合成的必须氨基酸和芳香族氨基酸之一，苯丙氨酸具有非常显著的生理活性，在机体内可被辅酶四氢生物蝶呤不可逆地转化为酪氨酸，再经酪氨酸途径代谢为肾上腺素和黑色素，最终经转氨基生成少量苯丙氨酸。当机体内辅酶四氢生物蝶呤合成缺陷或编码聚羟基脂肪酸酯途径的基因发生改变时，酪氨酸羟化生成系统被破坏，降低或消失了聚羟基脂肪酸酯活性，肾上腺素和黑色素未能正常代谢而大量蓄积，从而增多了苯丙酮酸的生成，如果经实验室检测发现血和尿中出血高浓度苯丙酮酸，则严重影响婴儿的智力发育，表现为PKU。现代研究证实，大量苯丙氨酸能够抑制神经元突触的形成和其他氨基酸进入大脑，从而影响大脑的发育，同时苯丙氨酸循旁路途径代谢为苯丙酮酸随尿液排出，表现为苯丙酮酸尿症[3]。因此，科学测定正常幼儿血清苯丙氨酸、酪氨酸水平及比值对诊断和鉴别PKU尤为重要。
目前实验室检测的方法较多，主要有细菌抑制法、高效液相色谱法或荧光法等，其中细菌抑制法由于操作简便和成本低等因素适用于大规模检测Phe浓度，但半定量的检测耗时较长，检测结果容易受血清标本中抗生素影响较大；单纯荧光法测定血清Phe浓度定量优势明显，在自动化处理系统下灵敏度和精确度等方面优于细菌抑制法，但检测时间在4 h左右，同时荧光试纸空白校正非特异荧光能够提高精确度，当不同厂家试剂盒和仪器检测值差距较大，参考价值有效；高效液相色谱法对仪器和检验人员要求较高，不仅可以同时定量检测Phe浓度和Tye浓度，而且具有快速、高效和灵敏度高等特点，是早期诊断和预防PKU的有效方法之一。高效液相色谱-荧光检测法能够同时检测Phe浓度和Tye浓度，在短时间内经色谱柱分离后用荧光检测器在选定激发和发射波长完成检测，临床检测和诊断更加简便、快捷和准确。本研究观察组Phe浓度、Phe/Tye比值明显低于对照组（P
参考文献
[1] 李影林.中华医学检验全书（上卷）[M].北京：人民卫生出版社，1996：672.
[2] 蒋姣伏，唐爱国，洪敏.正常幼儿血清苯丙氨酸、酪氨酸水平及比值测定[J].中国现代医学杂志，2004，14（12）：95-96.
[3] 杨志峰.苯丙酮尿症的临床研究进展[J].中国现代医药杂志，2012，14（2）：131-132.
光谱学分析范文4
关键词高浓度U胁迫；空心莲子草；落葵；菊苣；FTIR；半定量分析
中图分类号O657.3 文献标识码A 文章编号10002537（2013）05005906
核能利用的发展促进了铀矿的大量开发，铀矿的开发和加工，导致铀尾矿及铀废物的大量污染.我国湖南铀尾矿库矿渣及土壤的U含量变化[15]在26.11～122.1 mg·kg-1.污染环境中的铀，因生物富集作用在人体中积累，人体肾中铀含量超 3 mg·kg-1，就会产生损害[6].人们通过各种技术来治理铀污染，植物修复是最简洁有效并对环境污染最小的生物修复技术[7].植物在吸收和富集铀的同时，铀对植物种子萌发、幼苗生长和酶活性[810]以及叶绿素含量、植株体积大小等产生影响[11]，但对植物体内物质成分有无影响，目前尚未见报道.
傅里叶变换红外光谱法（FTIR）是一种基于化合物中官能团和极性键振动的结构分析技术，可以帮助判断分子中含有何种官能团，更重要的是可以比较不同样品的红外光谱差异，从而反映样品在植物化学组成上的差异程度[12].目前，FTIR已广泛应用于许多研究领域，如中药材的质量鉴别[13]、高等植物的系统分类研究[14]以及重金属胁迫对植物的影响[1518].本研究采用FTIR法分析高浓度U胁迫下空心莲子草、落葵和菊苣茎叶和根系的化学组成变化，探讨高浓度U胁迫对植物物质成分的生物学效应，为铀污染土壤的植物修复提供相关参考.
1研究材料与方法
1.1实验材料
苋科的空心莲子草（Alternanthera philoxeroides），落葵科的落葵（Basella rubra），菊科的菊苣（Cichorium intybus L.）.U以UO2（CH3CO3）2·2H2O的形式加入.
1.2实验方法
盆栽试验，每盆土壤1 kg.按U元素含量500 mg·kg-1土壤溶解于350 mL水（预备试验得到的土壤饱和持水量）中，均匀浇淋于每盆，以清水为对照（control），重复5次.在阴凉干燥处放置8周[19]，待土壤充分吸附后播种，播种2个半月后分茎叶和根系收获，在105 ℃下杀青20 min，80 ℃烘干至恒重，研磨粉碎.
1.3测定方法
1.3.1FTIR测定在西南科技大学分析测试中心，准确称取1.5 mg样品粉末与300 mg KBr在玛瑙研钵中混匀研磨，全部转移到模具中用压片机制备出均匀、透明锭片，用美国P.E.公司的Spectrum one FTIR （扫描范围4 000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1）测定3种植物茎叶和根系的傅里叶变换红外光谱信息.
1.3.2U含量测定将干燥碾磨好的样品，准确称取0.3 g，加入7 mL浓硝酸，2 mL 30%双氧水，于微波消解仪中（Mars，美国CEM 公司）消解，消解好的样品，在西南科技大学分析测试中心采用ICPMS（Agilent 7700x，美国安捷伦公司）测定U含量.
1.4数据分析
根据空心莲子草、落葵、菊苣吸收峰的吸光度值特点筛选出11个比较典型的吸收峰，并记录不同波数的吸光度.原始数据采用Origin 7.5软件作图， Nicolet Omnic 8.0软件对不同样品的FTIR谱图进行数据处理.
2结果与分析
2.13种植物茎叶和根系的FTIR图谱分析
红外光谱分析（FTIR）显示，空心莲子草在高浓度U处理和对照组的峰形基本保持不变，茎叶和根系的吸光度在高浓度U胁迫下都低于对照，根系的吸光度低于茎叶（图1）；落葵（图2）和菊苣（图3）与空心莲子草类似.
3结论
（1）空心莲子草、落葵和菊苣在高浓度U胁迫下和对照相比，吸收峰峰形基本未发生较大改变，吸收峰波数相对固定，说明高浓度U胁迫并未改变3种植物的基本化学组分，但吸光度有较大差异，说明高浓度U对3种植物各化学成分含量有所影响.
（2）3种植物的羟基、空心莲子草和菊苣的孤立羧基、3种植物的酰胺基吸收峰发生了明显位移；半定量分析发现：空心莲子草、菊苣的羟基含量增加，空心莲子草、落葵的孤立羧基含量减少，落葵的蛋白质二级结构中肽键间氢键的结合力减弱、蛋白质含量减少，菊苣的蛋白质二级结构中肽键间氢键的结合力增强、蛋白质含量增加，说明这些基团与U的吸收、络合、运输密切相关.这些变化阐明了U对这3种植物物质成分的影响机理.
（3）空心莲子草和菊苣糖类物质降低，而落葵根系糖类物质大量增加，说明落葵抗高浓度U胁迫较其他两种植物更强，植物的耐高浓度U的能力越强，则通过生理生化反应来抵御不良环境的迫害能力也越强.
（4）FTIR能够作为探究植物对高浓度U胁迫下物质成分响应的一种快速、灵敏的检测手段，可以应用于U等核素对植物物质成分的生物效应研究.
致谢西南科技大学分析测试中心贾茹博士和王树民博士帮助进行样品测试，特表谢意.
参考文献：
[1]王瑞兰，易俗，陈康贵，等.夹竹桃（Nerium indicum）等四种植物放射性核素U、226Ra的含量研究[J].湘潭师范学院学报：自然科学版， 2002，24（2）：7377.
[2]聂小琴，丁德馨，李广悦，等.某铀尾矿库土壤核素污染与优势植物累积特征[J].环境科学研究， 2010， 23（6）：719725.
[3]向阳，向言词，冯涛.3种植物对铀尾渣的耐受性研究[J].矿业工程研究， 2009，24（3）：7073.
[4]向言词，官春云，黄璜，等.在铀尾渣污染土壤中添加磷对植物生长及重金属积累的影响[J].作物学报， 2010，36（1）：154162.
[5]黄德娟，徐卫东，罗明标，等.某铀矿九种优势草本植物铀的测定[J].环境科学与技术， 2011，34（3）：2931.
[6]SHEPPARD SC， SHEPPARD M I， GALLERAND M O， et al. Derivation of ecotoxicity thresholds for uranium[J]. J Environ Radioact， 2005，79：5583.
[7]王校常，施卫明，曹志洪.重金属的植物修复——绿色清洁的污染治理技术[J].核农学报， 2000，14（5）：315320.
[8]胡劲松，吴彦琼，谭清清，等.铀对蚕豆种子萌发及幼苗SOD和CAT活性的影响[J].湖南农业科学， 2009（10）：1517.
[9]聂小琴，李广悦，吴彦琼，等.铀胁迫对大豆和玉米种子萌发和幼苗生长及SOD与POD活性的影响[J].农业环境科学学报， 2010，29（6）：10571064.
[10]严明理，冯涛，向言词，等.铀尾沙对油菜幼苗生长和生理特征的影响[J].生态学报， 2009，29（8）：42154222.
[11]SINGH S， MALHOTRA R， BAJWA B S. Uranium uptake studies in some plants[J]. Radiat Measurem， 2005，40：666669.
[12]李星，刘鹏，张志祥.两种水生植物处理重金属废水的FTIR比较研究[J].光谱学与光谱分析， 2009，29（8）：945949.
[13]索婧侠，孙素琴，王文全.甘草的红外光谱研究[J].光谱学与光谱分析， 2010，30（5）：12181223.
[14]徐晟翀，曹同，聂明.不同蒴齿类型藓类植物的FTIR光谱分析及系统学意义初探[J].光谱学与光谱分析， 2007，27（9）：17101714.
[15]任立民，成则丰，刘鹏，等.美洲商陆对锰毒生理响应的FTIR研究[J].光谱学与光谱分析， 2008，28（3）：582585.
[16]薛生国，黄艳红，王钧，等.采用FTIR法研究酸模叶蓼对锰胁迫生理响应的影响[J].中南大学学报：自然科学版， 2011，42（6）：15281532.
[17]迟光宇，刘新会，刘素红，等.Cu污染与小麦特征光谱相关关系研究[J].光谱学与光谱分析， 2006，26（7）：12721276.
[18]陈思宁，刘新会，侯娟，等.重金属锌胁迫的白菜叶片光谱响应研究[J].光谱学与光谱分析， 2007，27（9）：17971801.
[19]唐永金，罗学刚. 植物吸收和富集核素的研究方法[J]. 核农学报， 2011，25（6）：12921299.
[20]顾艳红，刘鹏，蔡琪敏，等.FTIR结合生理特性研究镉胁迫对果灰藓的影响[J].光谱学与光谱分析， 2009，29（3）：620623.
光谱学分析范文5
（蚌埠学院 数学与物理系，安徽 蚌埠 233030）
基金项目：基金项目：专业结构调整服务地方发展计划（2013zytz077）、校级大学物理团队项目（2013jyxmo5）、蚌埠学院2015年院级科研项目（2015ZR17）、蚌埠学院2012年院级重点教研项目（JYLZ1205）
摘 要：较化学检测法等传统环境污染检测方法，光学测量方法以其无可比拟的优势广泛应用于环境污染物的检测及监测，近几十年来发展迅速，并具有广泛的应用前景。随着激光技术和计算机技术的发展，光学测量方法也随之变革。例如激光光谱对特定气体的检测（LASAIR系统），紫外差分光学吸收光谱仪（DOAS系统）和傅里叶变换红外干涉仪（FTIR系统）等，都为这一变革提供有力的佐证。论文介绍光学显微镜检测方法，光学分析方法以及光电检测技术，重点分析光学显微镜检测方法在环境监测中的应用、光学分析方法在水质检测领域的应用、光电检测技术在环境监测中的应用，光学测量方法的最新发展方向。
关键词 ：光学显微镜；光电检测技术；光谱学分析法；DOAS系统；FTIR系统；LASAIR系统
中图分类号：O439文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0005-04
随着现代科技的不断更新与物质生活的高度发达，环境污染物的排放量日益增多，人们在享受着丰富物质生活的同时，也受到了环境污染带来的冲击，例如酸雨的侵害，雾霾天气的影响，全球变暖导致的海平面上升等问题。传统的检测方法（如化学法），由于用时长、花费高、操作复杂，需要各个部门相互协作，甚至在检测时都可能会产生环境污染物，越来越受到抵制。而光学测量方法在环境检测方面，更能有效地避免这些弊端的产生。
在环境中，对于水质，有关部门主要通过对水质采样、化验、分析的方法实现对水质的监控。对于水体富营养化的这种情况，有关部门通过光学显微镜直接对水体进行观查即可。而对于重金属污染过的水源，往往光学显微镜很难直接观测出来，还要通过物理或化学的方法使重金属沉积，沉淀或“染色”，才有可能观察到。但是这种方法用时长，不利于及时了解水污染的情况，而且在使重金属沉淀的方法中，有可能又会产生新的污染物，样品处理又带来了困难。由于光学显微镜很难实现对空气的检测，所以在环境监测中用处并不大。这时人们联想到，也可以通过光的其他特性来实现对环境的实时的监控。而光电检测技术（如外光谱法，激光光谱法等），人们可以直接检测环境中的污染物，无需费时费力，既能实时地反映出污染物的量和浓度，又不会产生附加污染物，且在环境监测中实用性很强。光电检测技术利用光的光谱特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工厂的排气烟囱中使用，甚至可以专一地检测某种气体，例如，甲烷气体，二氧化碳气体，含硫化合物气体等[1]。
1 光学显微镜检测方法在环境监测中的应用
在现实生活中，我们最易受到水污染带来的侵害，水体富营养化一直是我们关注的重大问题，而光学显微镜在这方面的检测应用极其广泛。环境保护部门在水污染地需要将水质进行抽样、化验、分析、观察，这时就要用到光学显微镜[2]。
1.1 细菌、霉菌检测
水体细菌含量是人们辨别水质是否利于饮用的重要标准，如人们会对水中的大肠杆菌群检测做一个革兰氏染色镜检。
1.2 生物群落检测
浮游植物是水域的初级生产者，繁殖速度很快。水体富营养化会促进其繁殖能力，从而影响水质的饮用安全。对浮游植物的检测，离不开光学显微镜。光学显微镜直接对水质进行观察监测，每过一段时间，镜检跟踪浮游植物的群落状况，以判断水体是否富营养化。
1.3 特殊物质检测
石棉纤维被动物体吸入肺部后，容易沉着在肺泡内，影响动物体的呼吸，对动物体的健康影响很大。在用光学显微镜检测时，必须用高倍镜才能观察到石棉纤维，因此，对光学显微镜的分辨率要求比较高。为确定肝癌细胞的使用量，需要用光学显微镜镜检肝癌细胞的复苏状况。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃烧后产生的脂溶性物质，不能被生物分解，具有很强的危害性。利用离体肝癌细胞的EROD与二噁英的复合毒性效应是生物学中的一种检测方法。环境监测部门也利用这种方法对环境中的石棉尘（石棉纤维）进行监测。
在受污染的水体中，培养鱼（一般选择生长速度快的青鱼）的受精卵，在鱼卵孵化过程中，使用光学显微镜监测受精卵的孵出率，并观察胚胎发育过程中畸形胎所占比重。
1.4 环境毒性测试
根据所知的生物学，单细胞藻类有很强的繁殖能力。可以在水体中培养藻类，用光学显微镜观察，监测藻类世代的生长情况和藻类种群的变化情况，判断水体中是否存在急性的毒性物质[3]。
2 光学分析方法在水质检测领域的应用
物质在吸收光波后，会在某一波段有一个吸收峰，通过分析这个波段，就可以得出该物质的光谱特性，光学分析方法就是在此研究基础上找到的一种测量方法[4]。反应灵敏度高，检测速度快的优点是人们在采用这种光学测量方法时首要的考虑因素。某些光学分析方法，人们往往既不需要像传统检测方法一样去使用试剂，又不需要花费太多的精力去维护相关的仪器设备。近几十年来，光学分析方法随着科技的脚步，在水质检测方面也跨上了一个新的台阶[5]。
2.1 比色分析法
比色分析法是指利用物质与物质之间的化学反应，获得深颜色的溶液后，通过比较前后溶液的颜色深浅度来测量所含物质浓度的方法[6]。比色分析法主要用于水质中，有色重金属离子的浓度检测。但是，有些重金属离子却是无色的，例如一价铜离子溶液，这时可以根据其易被氧化的化学特性，将一价铜离子溶液氧化成蓝色的二价铜离子溶液。比色分析法可分为目视比色分析法和光电比色分析法，两种方法的测量原理均为朗伯－比尔（Lambert-Beer）定律。但是，目视比色分析法中，人的主观判断会影响未知量的测量，因此目视比色分析法准确度不高。而采用分光光度法的光电比色分析法，弥补了主观判断造成的失误，未知量的准确度和灵敏度得到了提高。
通过了解，可以看出，使用比色分析法时，必须建立在显色反应的基础上，因此对溶液离子的化学性质要求比较高。人们可以采取目测的手段，也可以采用与离子反射或吸收波长相对应的单色光源进行检测，还可以使用与高速计算机联接的摄像头进行图像综合对比分析。利用显色剂的不同反应，比色分析法可被广泛地应用在水质监测方面以及测定受污染水质中的各类污染物浓度。
2.2 紫外光谱分析法
紫外光具有波长短，能量大，透过力强的特点，利用这一特点，人们可以通过紫外光谱区进行检测。有机分子在紫外光谱区的吸收较强（其实就是高能量脉冲杀死了有机活性物质），因此适用于检测水体有机污染物。紫外光谱分析法，分为单波长法，经过多年探索研究后，发展为双波长法，循序渐进到如今比较全面的全光谱法。对单波长法进行改进的双波长法，在测量时，无需参比溶液即可消除混浊度的影响。全光谱法是在光谱分析仪的基础上研究出的一种对待测溶液比较全面的检测方法，包含了吸光度在全紫外光谱区所有有机污染物。
2.3 间接测定法
水质中，对重金属离子的浓度还有一种间接检测方法荧光分析法[7]。顾名思义，荧光分析法就是获取重金属离子的荧光图像，再通过计算机编程处理，由此间接地测量出重金属离子的浓度。在这一过程中，需要用到与重金属离子相匹配的试剂。
2.4 直接测定法
直接测定法省去了间接测定法中匹配试剂的过程，检测速度有所提高，但是却要满足物质本身就发射荧光（如叶绿素、水中有机物等）这一苛刻条件。不管是间接测定法还是直接测定法，都无法忽略光源的重要作用。尤其是在直接测定中，要求光源的发射光波长与物质的吸收光波长一致。激光光源由于其得天独厚的优点（单色性好、能量集中），受到了研究人员的高度关注，激光诱导荧光技术就是采用激光作为光源的荧光检测技术。目前，激光光源在直接测定法中几乎已经取代了传统光源的检测地位。
3 光电检测技术在环境监测中的应用
虽然光学显微镜在水体污染的监测中可谓崭露头角，但在空气污染物的监测中却显得捉襟见肘。空气污染物通常指以气态形式进入大气层来物质（主要是人为污染，例如含硫化合物，二氧化碳气体等等），其对人体或生态系统具有很不好的效应，例如酸雨，雾霾等等。随着光学的发展，光电检测技术逐步应用到现实生活中，尤其在环境监测中，以其独特的优势获得了人们的青睐。
3.1 光电检测技术的原理
光电检测是指利用各类光电传感器，将被测量的物理信息转换成光信息，再通过A/D转换器转换成电信号，再综合利用信息传输技术和计算机编程处理技术，完成信息获取。当光照射到物体表面时，使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势等。这种因光照而引起物体特性发生变化的现象称为光电效应光电检测系统以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，对载有待测物体信号的光信息进行处理，即通过光电检测器件接收光信息并转换为电信号。由输入电路、放大滤波等电路提取待测物的信息，再经过A/D转换器输入计算机运算和处理，最后提取出待测物体的几何量或物理量等所需信息（如图1的光电检测系统）。
3.2 光电检测系统在环境检测中的应用
光与物质的相互作用，改变了物质的某些物理特性。利用这种特性，制作的光电检测系统可以分为两大类：使用能覆盖宽光谱区的宽带光源的监测系统；使用激光或窄光谱光源，因而只能覆盖窄光谱区的监测系统[8-9]。在宽带监测系统中，傅里叶变换红外干涉仪（FTIR）或紫外差分光学吸收光谱仪（Uv-DOAs，又名DOAs系统）测系统可同时监测未知混合物中的多种化合物。通常这些化合物是包含在宽谱带内的，宽带监测系统能“观察到多种化合物的存在，但分辨率不高，不能将这些化合物从复杂混合物中直接区分开来”。但是，当宽带监测系统的分辨率低于欲观察的光谱线中的精细结构时，就不能观察到真正的吸收峰，且会限制对气体浓度值的检测。
激光监测系统由于分辨率高，扫描光谱范围窄，所以检测灵敏度相当高，但是激光监测系统发出的波长必须与被检测化合物吸收谱线的光波长相匹配。由于激光监测系统发出的激光波长是单色的，扫描波段被限制在极窄的范围内，一般情况下只能对应的检测出一种化合物。若检测的是混合物，则需要另加对应的监测装置。在目前的环境监测中，宽带监测系统和激光监测系统，这两种类型的监测装置都有其应用。例如，FTIR监测系统，它可提供对企业事故中泄漏出的某些有害化合物进行检测。这时对所有的可能的有害化合物来说，检测灵敏度就不如检测范围重要。但如果要连续实时监测从污染源（如烟囱向大气层中排放污染物，汽车尾气排放的污染气体时）释放出的有害气体，则监测装置抗其他化合物干扰的能力和高检测灵敏度就是重要因素了，这时，激光监测系统就成为了理想的监测系统。激光雷达像其它激光监测系统一样，能检测的样品不多，但它具有空间分辨力，是迄今为止，唯一能提供空间信息技术的检测系统，因此，探索污染物的发源地，激光雷达系统是最好的检测系统。诸如高空大气层中臭氧的消耗情况，可以使用激光雷达系统进行计算机模拟绘图。使用激光雷达系统提供大气层中空气分子成分分布的垂直剖面图，可以对大气传输和扩散过程有更透彻的了解。
DOAS系统可以测量多种化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根据光的反射定律，光源发射的光波经过某些物质后，经吸收的光波与光源光波一起被反射镜反射回来，利用计算机高速运算的能力分析光波的差异性，故而称作差分光学吸收光谱技术。调取吸收光谱数据库中已知数据，与吸收光谱数据相比较，从而分析物质中存在的化合物种类。
LASAIR系统是激光技术与计算机技术相结合的高新技术[11-12]，利用激光的单色性和计算机的高速运算能力，提高了检测效率。可调二极管激光吸收光谱分析仪发射出的激光光波长，足以满足吸收峰在中红外区（320um的范围内）的物质检测，适合大多数的工业环境监测。可调二极管激光吸收光谱仪，已在全球范围内有毒有害气体的检测上发挥了重要作用。LASAIR能测量的气体分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每种气体对光波的吸收峰值不尽相同，必须要使用发射对应吸收峰值波长的激光光源。
4 结束语
随着时代而发展的光纤通讯和光电子信息技术被应用于环境监测中，尤其是具有体积小、寿命长和光电转换效率高的近红外二极管激光器[13-14]，目前已经迅速商品化，成为了检测空气污染物质的最合适光源。而调谐二极管激光吸收技术利用分子的吸收光谱单一分立吸收线这一原理，可以采样到被检测气体的每种光学信息。当激光通过被检测气体时，光电磁波会被吸收和散射而衰减。利用被测量物质分子的吸收能力远远高于物质分子对光的散射能力，我们可以忽略掉物质分子散射的这一衰弱影响。经过近30年的发展，调谐二极管激光吸收技术日益成熟，被广泛的应用在空气污染物质的检测和监测中。随着光谱学分析技术和激光技术的完美结合，特别是在近些年来，制作半导体材料和器件的工艺长足进步的情形下，激光光谱学分析技术在环境监测方面的应用越来越成熟。
红外半导体激光器可以在常温下工作，取代了传统光源的地位[15]。研究结果表明，红外半导体激光器的发射波长与很多环境污染气体的吸收波长相同。由于红外半导体激光器具有谱线窄、单频、功率大、工作可靠的优点，也为制作高质量，高水准的气体检测仪打下了坚实重要的基础。根据其对环境的抗干扰能力强，经常不需要标定，可直接安装在管道上检测等实用性的特点，被大量使用在工业生产过程中检测污染气体方面。
从光学显微镜早期在环境监测中的应用（主要在水质检测方面），到后来应用光学分析方法监测环境，直到现在人们又通过光的其他特性发明了各式各样的监测仪器，如：激光监测仪（DOAS系统），傅里叶变换红外干涉仪（FTIR监测系统）。可以说，光学测量方法是随着光学的发展而发展变化的。随着量子力学的发展，人们对光的认识不仅仅只是停留在了光谱层面上，而且也通过实验验证了人们对光的本质的假设。人们相信，现在我们所知的光学只是其冰山一角，光学测量方法也会随着光学的发展而日新月异。
参考文献：
（1）刘楚明.光学的发展史，应用与展望[J].科技创业家，2014，43（09）：700-721.
（2）水源守护者.光学显微镜在环境监测中的应用[EB/OL].（2010-7-23）[2015-4-1].http：//bbs.Instrument.com.cn/shtml/20100723/2679312/.
（3）刘允，解鑫.水体生物毒性检测技术研究进展综述[J].净水技术，2013，32（5）：5-10.
（4）李震，张金松，胡泓，宛如意.水质检测中的光学分析方法[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学深圳研究生院，2014.
（5）杨开武.气体浓度光学分析方法研究的进展[J].光谱学与光谱分析，2000，20（2）：134-135.
（6）沈继忱，王雪晴.基于图像比色法的有色溶液浓度检测方法的研究[J].光学仪器，2008，30（2）：9-12.
（7）陈国珍.荧光分析法[M].北京：科学出版社，1975（02）：236-245.
（8）李红.国外新型环境监测光学技术的发展趋势[J].现代科学仪器，2000，11（02）：356-402.
（9）耿玉珍.工业中的光学环境检测技术[J].光电子技术与信息，1995，8（03）：34-39.
（10）美国热电子公司.DOAS2000仪表说明书[Z].美国，1995.
（11）Schiff，H.I.MacKay，G.I.and Bechara.The use of tunable diode laser spectroscopy for atmospheric measurements[J].Air monitoring by spect roscopic techniques，1994，5：239 -333.
（12）Unisearch Associates Inc.Stack measurements of Hydrogen fluoride using the LASAIR instrument[R].America，1994，6：123-159.
（13）石媛，陈宪伟.环境监测技术的应用现状及发展趋势研究[J].科技与业，2012，32（24）：162-165.
光谱学分析范文6
关键词 测量；传感器；电磁计量
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0110-01
随着我国社会经济和科学技术的稳步发展，各个学科领域都普遍应用了传感器技术。在生产流程中，很多生产企业也都使用到传感器测量系统，主要例如：大型电子衡器、转速控制系统、远程压力控制系统、测试控制系统等。为了确保企业生产出产品的质量，传感器测量系统发挥出极大作用。在非电量测试技术中，转速、压力、温度等参数都属于非电量，传感器的作用就是能够将非电量转换为电量。
1 电磁计量
应用设备、仪表和电磁测量仪器，对被测量采用相应的方法进行定量分析，确保计量学分支的准确和电磁量测量的统一，就是电磁计量。作为一种能源，人们在认识电能后，将其应用与科学技术的研究中，而点与磁性材料和磁场等的存在有着密不可分的关联。和电磁现象相关的物理量为电磁两，它分为磁学量和电学量，在不断探索电磁应用的过程中，大量的电磁设备、仪表、测量仪器就此诞生。电磁计量所研究的主要内容如下：研究并制定出相应的技术规范、检定规程、检定系统等，对进行电磁量量值传递的专用测量装置和标准量具进行研究，对测量电磁量的方法进行研究，对电磁学单位制的确定，对于电磁量相关的物理常数进行精密测定。以上研究按照定义保存、复现电磁学单位的计量标准和基准进行。电磁学计量主要包括磁矩、磁通、磁感应强度、电感、电阻、电流、电压等。而电磁学计量有波形、材料电磁特性、仪器与比率标准、电磁测量仪表和仪器、电磁基本量等。其中电磁基本量如磁矩、磁通、电流、电压等。除此之外，电磁计量的重要内容还有环境安全、电气、静电、非电量的电测量等电磁干扰参数。在电磁计量中，常用的设备有电流源、标准电压、稳流源、稳压源等；常用的仪器仪表包括电阻箱、电位差计、电桥、电压表、电流表等。
在此，通过对例子的说明，来了解传感器测量系统中所应用的电磁计量技术。先来介绍传统传感器热电偶的工作情况。由两根不同的导线组成了常用的热电偶，热电偶属于电能量传感器，将两根导线一端焊接，放入被测介质中，通常作为测量端使用。而未被连接的自由端称为冷端，连接于测量仪表所引出的导线。当冷端与热端存在温差时，热电偶则会将温差电动势生产出来，介质的温度也被测量仪表测出。热电偶的分度号根据材料的不同也会有相应的不同，温度与电动势的对应关系可以通过查表的方式找出。mV信号就是输出热电偶的信号。所以，若将对应的mV值输入倒测量仪表的输入端，便能够对温度测量仪表的准确性进行检测。mV信号的提供就是数字毫伏或者点位差计信号发生器，这种温控仪表检测方法使常规中经常使用的。当发生系统故障时，可以将测量仪表的任意一端断开，将标准的mV信号值输入倒两端，对测量仪表的准确性进行判断，这样就很容易对热电偶出现故障与否进行推断了。
2 传感器
传感器能够感受到被测量的信息，还能按照一定的规律将所感受到的信息转换成为所需形式的信息或电信号输出，属于一种检测装置，能够满足信息的控制、记录、显示、存储、处理、传送等要求，因此，可以说传感器是实现自动控制和自动检测的首要环节。网络化、系统化、多功能化、智能化、数字化、微型化等都是传感器的特点，传感器对新型工业的建立起到促进作用，并成功推动了传统产业的更新换代及改造，成为新时期新的经济增长点。若按照输出信号标志进行分类可将传感器分为数字传感器、开关传感器以及模拟传感器。若按照原理进行分类，可分为生物传感器、真空度传感器、气敏传感器、磁敏传感器、湿敏传感器、振动传感器等。按照能量转换原理可分为无源传感器和有源传感器。按照工作原理进行划分，可分为电势式传感器、电容式传感器、电感式传感器、电阻式传感器等。若按照输入物理量又可分为气敏传感器、温度传感器、速度传感器、压力传感器、位移传感器等。通过电磁计量技术可以完成对电量的测量，而电脉冲信号、电阻、电流、电压等电量为传感器最后的输出。当今在传感器测量系统中应用较为普遍的就是电流和电压信号。
3 传感器测量系统中磁计量技术的应用
随着我国社会经济和科学技术水平的不断发展，诞生了集接口电路、存储器、微处理器、A/D转换器、传感器为一身的智能化数字仪表，该仪表能够支持线性电流、线性电压、热电阻、热电偶等输入的多种信号，对仪表可利用标准电流、电压源或者标准电流、电压表来进行检测。将压力转换成为电信号的传感器就是压力传感器，井数字显示控制器将电信号输出，或者通过数字表将数据显示出来，可达到控制压力的目的，有效对电气执行器件进行控制。文章以SCS100型大型电子称为例进行介绍，使用称重显示器作为装置的显示器，在仪表的内部有串型通讯部分、打印部分、显示部分、单片机以及与单片机相接连的控制面板、A/D转换、放大电路，-30 mA至30 mA作为输入信号值。将分辨力超过1 ?V的毫伏表接在显示器信号输入端，可以看出重量显示与毫伏指示具有一定的线性关系，从分析测量数据和应用电磁测量仪表来看，可以对显示器或传感器是否处于正常工作状态进行判断。
4 结束语
文章对传感器测量系统的基本知识进行了简要的介绍，通过最常用的大型电子衡器，压力、温度传感器测量装置等设备，从工业生产的角度看待问题，利用电磁计量技术排除故障以及准确测试，阐述在传感器测量系统中如何应用电磁计量技术。为了确保企业生产出产品的质量，传感器测量系统发挥出极大作用。传感器系统具有线性化处理非线性信号、补偿信测数据及其误差、调节、分析、处理信息等功能，其正朝着多功能化、智能化、微型化的方向发展。传感器不仅达到高性能指标，还将接口电路、存储器、微处理器、A/D转换器、压敏电阻传感器集于一身，为测量提供了便捷。
参考文献
[1]张春熹，梁生，冯秀娟，等.光纤分布式扰动传感器中瑞利和受激布里渊散射光谱特性及其影响研究[J].光谱学与光谱分析，2011（7）.
[2]陶栋梁，李慧珍，崔玉民，等.具有荧光传感器性能的稀土配合物制备和性能研究[J].光谱学与光谱分析，2012（9）.
[3]郝晓剑，李科杰，刘健，周汉昌.蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器测量系统特性参数研究[J].仪器仪表学报，2010（10）.
[4]高广凤.转速检定装置校准磁电式传感器测量低转速性能的改进[J].热能动力工程，2010（1）.
