基于KPCA-PSO-ELM算法的地表水化学需氧量紫外-可见吸收光谱检测研究

化学需氧量(COD)是水质检测重要指标之一,反映水体有机物含量。传统的COD化学检测方法存在操作繁琐,等待时间长,二次污染等缺点。紫外-可见吸收光谱法是目前水体化学需氧量检测中应用最为广泛的方法之一,具有检测快速、无污染等特点。为了满足地表水化学需氧量快速、实时、在线监测等要求,采用紫外-可见吸收光谱进行测量,提出了内核主成分分析(KPCA)结合粒子群优化极限学习机(PSO-ELM)预测模型,满足当前对地表水化学需氧量快速、实时监测的要求。对光谱进行Savitzky-Golay(SG)滤波以降低随机噪声的影响;用积分光谱代替原光谱,以降低信号波动带来的影响;再将得到的光谱信息归一化,消除不同光谱数据量纲的影响。将预处理后的数据利用KPCA算法将全光谱数据压缩为5个特征,有效解决光谱信息冗余的问题;采用PSO算法对ELM的权重和偏置进行优化极大提高了模型的精度。对217个河流、长江及支流、湖库等地表水样本按照7∶3随机划分成训练集和测试集,并进行建模测试,其中训练集拟合优度(R2)为0.930 2、均方根误差(RMSE)为0.363 0 mg·L^(-1)、测试集拟合优度R2为0.931 9、均方根误差(RMSE)为0.400 7 mg·L^(-1)。为了验证提出的基于KPCA全光谱数据压缩方法对预测模型的提升效果,分别对比了主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)、套索回归(LASSO)等特征处理算法。PCA-PSO-ELM模型的RMSE为0.715 1 mg·L^(-1)、 SPA-PSO-ELM模型的RMSE为0.473 7 mg·L^(-1)、 LASSO-PSO-ELM模型的RMSE为0.412 6 mg·L^(-1), KPCA-PSO-ELM模型较上述三种模型,RMSE分别降低了78.46%、 18.22%、 2.97%,结果表明KPCA是一种高效的光谱降维算法,能够有效消除光谱冗余信息,提升模型预测精度。基于KPCA-PSO-ELM预测模型结合紫外-可见吸收光谱可以实现对地表水COD快速、实时检测,为在线COD检测场景提供方法支撑。

紫外-可见吸收光谱结合化学计量学算法的水体总有机碳浓度快速检测

总有机碳(TOC)指悬浮或溶解于水中有机物的含碳总量,是以单位体积水体中含碳的质量来表示水中有机物的浓度,通过总有机碳可以更全面反映水中有机污染物的总量。总有机碳的监测能够推动我国实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,也对我国海洋地球碳循环的研究具有重要的意义。目前,国标法测量水质TOC主要采用高温催化氧化法和湿法氧化法,这两种方法虽测量准确、可解释性强,但都具有测试方法复杂、测量时间长、易产生二次污染、人力物力消耗巨大等缺点,且仅能在实验室内完成,无法进行TOC的原位在线测量。因此发展水质TOC快速、实时、在线监测技术具有重要意义。为此,建立了TOC标准溶液浓度基于紫外吸收光谱的单波长检测模型,针对物质种类更为复杂的真实水样分别使用ACO-PLS和SPA算法筛选特征波长,对比S-G平滑处理、最小最大归一化、标准正态变换(SNV)、消除常数偏移量、导数校正等多种光谱预处理方法的效果,经过粒子群算法优化的最小二乘支持向量机算法(PSO-LSSVM)建立快速检测模型。结果表明,选取不同数量特征波长,经SNV算法预处理后的建模效果普遍优于其他预处理方法;选用不同预处理算法,最佳特征波长数量普遍为50个,过多或过少的波长数量会使建模精度降低;最佳建模参数为选用SNV预处理方法,经ACO-PLS算法筛选50个特征波长组合并利用PSO-LSSVM算法建模,最优模型结果训练集Rc达到0.984 3, RMSEC为0.457 4,验证集Rp为0.974 5, RMSEP为0.481 1。将最优光谱检测模型应用于新采集水样,预测结果较为准确,具有一定鲁棒性。表明ACO-PLS算法可以有效选取特征波长,结合PSO-LSSVM算法可以实现利用紫外-可见吸收光谱对水体中TOC的测量,为水体TOC含量快速检测提供一种快速、无污染的测量方案,给相应传感器的研发提供了科学支持。

基于紫外-可见吸收光谱的排水管网污染溯源分析

我国各个地区排水管网整改工作全面开展,做好排水管网污染溯源工作非常必要,还能够对工业排水监督质量提高起到一定的促进作用。现在一些市政管网工程、水质净化厂为有效解决水污染问题,应用紫外-可见吸收光谱对管网排查,主要是将探头深入到排水管网中实施检测,可对管网中水质有所了解,据此对污染来源加以确认,本论文针对基于紫外-可见吸收光谱的排水管网污染溯源开展研究。

基于紫外-可见吸收光谱对食品中残留添加剂的检测和分析

利用猪油作为研究对象,探讨常用的抗氧化食品添加剂TBHQ、BHA和BHT的作用机理。采用紫外可见吸收光谱结合MCR-ALS方法,证明随着ctDNA逐渐加入TBHQ中,会改变TBHQ位于260 nm和287 nm的紫外吸收光谱。而TBHQ加入到ctDNA中,同样会使得ctDNA的紫外吸收光谱出现位于262 nm和282 nm的吸收峰,侧面证明食品添加剂是可以与DNA发生反应,进而影响人体健康,需要对食品添加剂的含量加以控制。

基于紫外-可见吸收光谱的排水管网污染溯源研究

排水管网污染溯源对于排水管网整改、工业排水监管都有重要意义。包头市北郊水质净化厂为解决高总氮总磷进水溯源问题,采用紫外-可见吸收光谱探头进行管网溯源排查。通过该探头现场大量快速检测的吸收光谱,可即时判断管网水质类别,再通过对少量代表性水样的实验室检测,最终确认高氮磷污染来源。吸收光谱研究发现该区域生活污水具有典型的250 nm吸收峰肩,而工业废水大多具有230 nm以下的硝态氮吸收峰。通过主成分分析和层次聚类分析,可将管网样本分为6类。对各类样本的实验室检测,发现当地生活污水总氮总磷较高较工业废水更高。利用吸收光谱现场快速识别排水来源类型极大地提高的溯源工作效率。

番茄红素与β-环糊精包结物的紫外-可见吸收光谱研究

采用溶液法和研磨法分别制备了番茄红素与环糊精的水溶性包结物 ,紫外 可见吸收光谱研究表明 ,包结物水溶液的光谱特征不同于 β 环糊精水溶液及番茄红素在四氢呋喃 水混和溶剂中的光谱特征。产物的水溶性以及光谱特征的变化证实了包结物的形成。包结物水溶液的特征吸收谱带 (λmax)出现大的变化 ,可能是面 面聚集的番茄红素分子被环糊精包结后 。

紫外-可见吸收光谱结合高斯多峰拟合技术测定甲基红酸离解常数(英文)

在一定pH值范围内,甲基红(MR)水溶液紫外-可见吸收光谱特征是酸式甲基红(HMR)最大吸收峰((530±15)nm)与碱式甲基红(MR-)最大吸收峰((435±20)nm)叠合在一起.本文用高斯多峰拟合技术实现了HMR和MR-叠合峰的分峰拟合计算.拟合计算输出两个吸收峰的积分面积即峰强度A1和A2,A1和A2之比与MR-和HMR浓度之比.进而计算甲基红水溶液酸离解平衡常数pKa.用本方法测量298.15K时的pKa值为4.76.拟合优度高,拟合度R2、拟合优度χ2分别达到0.998和10-5以下.深入探讨了表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)聚集行为对甲基红pKa的影响.与传统分光光度测量方法相比,紫外-可见吸收光谱结合高斯多峰拟合技术结果更可靠,测量步骤和数据处理过程更简单,更具有普适性.

紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究壳核型CdTe/CdS量子点与盐酸巴马汀的相互作用及其分析应用

合成了巯基乙酸(TGA)修饰的壳核型CdTe/CdS量子点(TGA-CdTe/CdS QDs),利用紫外-可见光谱和荧光光谱研究了TGA-CdTe/CdS QDs与盐酸巴马汀(PC)的相互作用机理.结果表明,在pH=7.4的Tris-HCl缓冲液中,QDs与PC相互作用后使QDs的荧光呈线性猝灭,并有良好的线性关系(r=0.997),线性范围为25～1×104ng/mL,检出限(3σ)为7.7 ng/mL.建立了一种快速简便、可定量测定PC的新方法.

四取代酞菁金属配合物的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究

报道了16种含哌嗪或含哌啶四取代酞菁金属配合物{R4PcM,R=2-[4-(2-磺基乙基)哌嗪-1-基]乙氧基(SPEO—)、2-(哌啶-1-基)乙氧基(PEO—);取代位置分别在α位和β位;M=Zn(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Co(Ⅱ),Cu(Ⅱ)}的UV-Vis吸收光谱和荧光发射光谱的测定,探讨了中心金属离子、取代基种类及其取代位置、溶剂等因素对酞菁金属配合物UV-Vis吸收光谱和荧光发射光谱性质的影响。结果表明:R4PcM的Q带λmax落在681～718nm范围内,与相同中心金属离子的无取代酞菁金属配合物(669～671nm)比较都发生了不同程度的红移,荧光发射光谱与UV-Vis吸收光谱呈镜像关系,特别的是两种β位取代中心金属离子为Zn(Ⅱ)的酞菁金属配合物[β-(SPEO)4PcZn,β-(PEO)4PcZn]具有极高的摩尔消光系数、较大的荧光量子产率和较长的荧光寿命,有望开发成新型的光动力诊疗用光敏剂。

基于血清紫外-可见吸收光谱的胆固醇含量研究

将血清紫外-可见吸收光谱与神经网络理论结合用于血液中胆固醇含量的分析。研究表明,在350～600nm波段范围内,吸收光谱具有以下几个特征:(1)不论胆固醇含量如何,在416nm处均有一个较强的吸收峰;(2)在波段450～500nm之间有一肩峰,其中心波长位于460nm处;(3)在578nm处还有一个较弱的峰;(4)不同胆固醇含量的吸收光谱的形状是明显不同的。血清吸收光谱是胆固醇等多种组分光谱叠加的结果,416nm处的吸光度与胆固醇含量之间无明显相关性,呈现出一种随机的关系,因此不能由416nm处的吸光度来确定胆固醇的含量是否异常。基于波段455～475nm范围内血清的吸光度与胆固醇含量有明显的相关性,文章构建了血清吸收光谱与胆固醇含量之间关系的神经网络模型。

用紫外-可见吸收光谱研究微过氧化物酶-8与La^(3+)相互作用机理

首次用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱技术研究了微过氧化物酶-8(MP-8)与La3+的相互作用的机理。发现La3+优先与MP-8分子中血红素卟啉环上的两个丙酸基团的羧基氧发生键合作用,使血红素卟啉环的非平面性增加,π-π跃迁所需要的能量减少,但几率降低。La3+与MP-8肽链上的羰基氧发生弱相互作用,因此对卟啉环的结构基本上没有影响。

紫外-可见吸收光谱法研究细胞色素C活性中心铁离子与微量元素的相互作用

应用紫外 可见吸收光谱法研究细胞色素C(Fecyt C)活性中心铁离子在pH 7 1的磷酸缓冲液中与 4种微量元素M(Ⅱ )的直接相互作用。结果表明 ,细胞色素C(Fecyt C)活性中心Fe(Ⅱ )离子可被微量元素M(Ⅱ )部分取代 ,形成部分的细胞色素C衍生物 (Mcyt C) ,溶液的吸收光谱的Soret带最大吸收峰发生蓝移 ,且α带与β带最大吸收峰相对峰强减弱。

紫外-可见吸收光谱法现场监测聚苯胺的电化学降解

采用紫外可见吸收光谱法现场监测了苯胺电化学聚合时的动力学降解过程,简单、直观地显示了阳极电位、酸度和苯胺浓度对降解过程的影响,结果表明,阳极电位越正、酸度越强、苯胺浓度越大,聚苯胺的降解速度越快。该方法得到的结果与聚苯胺膜在空白溶液中采用循环伏安法研究其降解动力学时得到的结果类似。

淡海水养殖珍珠的紫外-可见吸收光谱特性研究

用紫外-可见吸收光谱法对淡、海水养殖的珍珠表面的珍珠层进行了吸收谱图的对比研究。结果表明:海水养殖的黑色和金色珍珠与淡水养殖的白色、紫色和粉色珍珠,均在其吸收光谱图中波长280nm处出现特征吸收峰,且在淡水及海水贝壳的内表面珍珠层的吸收光谱图的相同波长处也都能见到此吸收峰。鉴于上述珍珠表面及贝壳的内表面均存在生物成因文石板片和有机质周期性排列的珍珠层结构,初步推测上述特征吸收峰与此结构有关,且认为该吸收峰可作为珍珠染色处理较重要的定性指标之一。

电化学和紫外-可见吸收光谱法研究pH和金纳米粒子对细胞色素c的影响

制备了粒径均匀、平均粒子尺度为(4.7±0.6)nm,表面修饰3-巯基丙酸(MPA)的金纳米粒子(AuNPs).利用电化学和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱研究了pH和AuNPs对细胞色素c(Cytc)结构的影响.UV-Vis吸收光谱结果表明,pH为7.5-3.0时,Cytc和Cytc-AuNPs复合物的结构没有发生明显变化.当pH=2.0时,Cytc和Cytc-AuNPs复合物的Soret谱峰位置均发生明显移动,说明pH诱导其构象发生变化.循环伏安(CV)结果表明,表面修饰了MPA的AuNPs能促进Cytc和电极之间的电子传输,与修饰了柠檬酸根的AuNPs相比,其生物兼容性更好.pH的变化会引起CV中Cytc峰电流的改变和峰电位的移动.随着pH值的降低,Cytc电活性的量逐渐减小,并且pH诱导Cytc发生不可逆变性.AuNPs的引入使自由态的Cytc耐酸性增强,而使得吸附态的Cytc耐酸能力减弱.

工业污水消毒脱色的紫外-可见吸收光谱分析

研究紫外-可见吸收光谱用于工业污水色度表征的替代方法,并用以比较消毒剂对污水的脱色效果。结果表明,对于色度组成变化较大的工业污水,应使用可见吸收光谱(350～600nm)而非紫外吸收光谱表征色度。可见吸收光谱的特征值与污水的真色值相关性良好。三种消毒剂中臭氧和二氧化氯的脱色性能好于氯,但二氧化氯自身色度对脱色有负面影响。可见吸收光谱特征值能有效反映消毒处理后污水色度的变化。

槲皮素与Cu^(2+)反应形成配合物的紫外-可见吸收光谱法研究

采用带有快门的增强型瞬态光谱探测系统ICCD,实时拍摄了槲皮素在中性和酸性条件下与Cu2+反应形成配合物的紫外-可见吸收光谱。光谱每幅曝光时间为0.1 ms,Cu2+与槲皮素的摩尔比分别为0.2,0.5,1.0,2.0,5.0和10.0。实验结果表明不同摩尔比的反应物在其他条件相同时吸收光谱带的变化是相似的,但摩尔比越大反应时间越短;在中性和酸性条件下形成配合物的反应过程不一样,在中性条件下有吸收峰值为428 nm的反应中间产物出现,而在酸性条件下则直接反应生成最终产物,但它们的最终产物都只有一个吸收峰值为296 nm的吸收带;反应物暴露在空气中和隔离空气的反应过程没有差别。文章首次观测到槲皮素与Cu2+反应形成配合物有中间产物出现,且最终产物的吸收峰值为296 nm。结果为研究槲皮素-Cu2+配合物的形成机理提供了实验依据。

紫外-可见吸收光谱研究CdS量子点生长动力学

近年来，CdS、Cdse、ZnS等发光量子点由于其独特的量子尺寸效应和光稳定性在光学生物标记、传感、太阳能电池、发光器件等领域具有广泛的应用前景而受到持续的关注。由于量子点纳米晶的光学和电学性质与其尺寸、表面状态及微观缺陷结构密切相关，如何调控量子点尺寸、表面状态及微观缺陷结构成了获得优质发光性质的关键。

现场紫外-可见吸收光谱研究电解二氧化锰的还原过程

应用现场紫外 可见吸收光谱研究碱性溶液中电解MnO2(EMD)放电机理.结果表明,对EMD电极的放电还原,包括两个单电子过程,其第1电子还原又分为3步:①还原MnO2颗粒表面和阳离子空位附近的Mn4+离子,②还原斜方锰矿中的Mn4+离子,③还原软锰矿中的Mn4+离子.第2电子还原是将溶解的Mn3+还原成Mn2+,进一步转化成Mn(OH)2和Mn3O4.

基于i-motifDNA构型变化和纳米金紫外-可见吸收光谱的pH测定研究

利用纳米金对DNA构型的区分效应设计了一种快速灵敏可视化的pH计。对i-motif DNA-纳米金体系的紫外可见吸收光谱变化进行了系统研究,考察了盐浓度、i-motif DNA浓度、四重体形成时间以及DNA序列对pH响应的影响。在既定条件下,纳米金的紫外-可见吸收光谱在pH 5.3～7.0范围内呈现规律性变化,在520nm处的吸光度逐渐增大,在700nm处的吸光度逐渐减小,纳米金的颜色逐渐由蓝紫色变化至红色。该pH计具有纳米金无需修饰、可视化、成本低、速度快等特点,有望用于某些pH值发生变化的生命过程的监测。