小分子有机荧光材料在重金属离子检测中的应用研究进展

小分子有机荧光材料由于具有种类众多、结构可调、荧光量子效率高、选择性好和光谱可调节等优点,被广泛应用在环境监测、医学成像等领域。对环境中重金属离子的检测具有高选择性、高灵敏性和良好的稳定性等优势,成为了常用的重金属离子检测方法之一。综述了近年来有机小分子荧光材料应用于环境中汞、铅、铁等金属离子检测的研究进展,介绍了多种荧光探针的合成、反应现象、传感机制、检测能力及实际应用等,并对其发展趋势及应用进行了展望。

有机共轭聚合物荧光材料在重金属离子检测中的应用研究进展

有机荧光共轭聚合物含有离域大π键,电子或能量可以在共轭聚合物主链上快速迁移,这一“分子导线”性质可使荧光信号成倍增大。此外,有机荧光共轭聚合物还具有较大的斯托克位移、良好的稳定性、较高的摩尔消光吸收系数等优点。通过合理设计,将金属离子识别基团键合至有机荧光共轭聚合物,得到的有机共轭聚合物荧光材料比小分子荧光材料更具优势。有机共轭聚合物荧光材料有多种合成方法,从反应合成类型的角度,结合设计理念、传感应用及检测机理等,综述了近年来有机共轭聚合物荧光材料应用于重金属离子检测的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

基于环戊二噻吩的窄带隙聚合物的合成及应用

化石能源的大量使用导致了气候变暖和环境污染,开发清洁新能源迫在眉睫.有机太阳能电池是一种新型的太阳能利用方式,开发新型光电转换材料是提高太阳能电池光电转换效率的主要途径之一.通过钯催化的Stille偶联反应合成了两种基于环戊二噻吩(CPDT)的D-A型共轭聚合物P-TT和P-DPP.由于CPDT的强供电子性、噻吩并[3,4-b]噻吩(TT)的醌式结构和吡咯并吡咯二酮(DPP)的强吸电子性,聚合物P-TT和P-DPP的带隙分别为1.30和1.29 eV,吸收波长延展到近红外区.经过器件工艺优化,基于P-TT和P-DPP的富勒烯太阳能电池器件的最高光电转换效率分别为1.49%和1.83%.

基于随机森林与神经网络的高光谱土壤重金属Zn含量反演

在河北省保定市白洋淀区域采集115个土壤样品进行重金属含量分析和室内光谱测量,分别将BP神经网络、随机森林、决策树、多元线性回归、K近邻回归、AdaBoost回归和偏最小二乘回归法应用于全部原始波谱数据和基于双层随机森林选择后的波段数据。结果表明,基于原始波谱数据的土壤重金属Zn元素含量的反演模型精度较低,而通过双层随机森林选择出光谱数据中与土壤重金属Zn信息相关的波段,减轻了网络模型的过拟合问题,提高了模型预测精度;与其他模型比较,结合双层随机森林和BP神经网络构建的反演模型对研究区土壤重金属Zn含量预测效果最佳。

基于神经网络的河北平原区黏土矿物空间分布定量研究

黏土矿物不仅对寻找黏土类矿物资源具有指示意义,而且对于区域古气候、环境污染、石油勘探等研究都具有重要意义。但黏土矿物空间分布获取较为困难,目前国内积累了覆盖大部分面积的中大比例尺地球化学数据,具有分析元素多、精度高的特征,基于地球化学元素含量开展黏土矿物预测,可以为黏土矿物的空间分布研究提供新思路。如何建立地球化学元素含量和黏土矿物之间的复杂关系,是基于地球化学元素含量开展黏土矿物空间分布预测的关键之一。机器学习和人工智能算法的发展为建立地球化学元素与黏土矿物之间的非线性关系提供了可能,本研究基于河北平原多目标1∶20万地球化学数据和111个表层土壤黏土矿物分析数据,利用BP神经网络建立河北平原区地球化学元素含量与黏土矿物之间的预测模型,对河北平原区高岭石、绿泥石、伊利石的空间分布进行预测。研究发现河北平原区高岭石、绿泥石、伊利石等的黏土矿物分布与研究区地貌特征、土壤类型以及人为因素等都有联系,高岭石、绿泥石、伊利石在整个冀东平原区以及北三县平原区含量普遍偏低,在太行山山前平原区含量普遍偏高;黏土矿物在冲积扇平原、冲积平原含量偏高,在洪积平原含量较低;河北平原区的黏土矿物在保定和唐山等地区富集。

稳健主成分分析在地球化学成分数据处理中的应用

几乎所有的地球化学数据都是成分数据,其特征为各个元素含量的总和为一定值(e.g.,1 000 000 mg/kg or 100%)。成分数据的几何空间为Aitchison空间,其观测点的距离也属于Aitchison距离,它有别于欧式空间和欧式距离。因此,在地球化学数据处理前,需要打开成分数据,使基于欧式空间发展的地球化学处理方法可用来提取地球化学异常。此外,主成分分析是目前使用最广泛的多元统计方法之一。然而,它的第一主成分极易受到异常值的影响。因此,当数据中有异常值时,普通的主成分分析的结果可能有误差。稳健的主成分分析可以克服普通主成分分析方法的不足,其用MCD(reweighed minimum covariance determinant)来代替协方差,以减少异常值的影响。该文首先使用ILR变换(isometric logratio transformation)打开数据,再利用稳健的主成分综合多个元素的异常。结果显示该组合方法可有效识别研究区的地球化学异常。

基于pXRF原位分析的内蒙古兴和曹四夭钼矿床深部岩石地球化学特征

便携式X荧光分析(pXRF)具有原位、无损、快捷、多元素同时分析等优点,是近年来快速发展的一种分析方法。研究能否利用pXRF数据提取深部岩性、矿化信息在深地探测中具有实际意义。本文利用pXRF对曹四夭斑岩型钼矿床钻孔岩芯进行高密度原位测量,获取了34种元素的831个数据,分别求取花岗斑岩、浅粒岩、变粒岩和辉绿岩的读数均值,并将之与实验室分析结果进行对比。结果表明,pXRF数据能有效地刻画不同岩性的化学组分,其读数的变异系数对矿物的成分差异程度具有较好的指示作用。进一步利用主成分分析方法提取出分别代表花岗斑岩、辉绿岩和变质岩的三组元素组合,进行组合元素的分布、富集等与地层、岩体、蚀变矿化等的空间耦合关系研究。结果表明,高密度的原位测量数据能减小pXRF样品代表性影响,有助于获取全面、准确的岩性组分结果,可为深部精密地球化学信息的获取和定量分析提供信息。