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。

基于高光谱技术的五味清浊制剂快速无损检测方法研究

目的:采用高光谱技术结合化学计量学方法对蒙古族药五味清浊制剂中胡椒碱、桂皮醛和羟基红花黄色素A进行含量测定,实现快速、无损、全面的五味清浊制剂质量评估。方法:选取2023年度国家药品抽检计划抽检的五味清浊制剂样品33批次(五味清浊散11批次、五味清浊丸22批次),采集其高光谱数据;对比多元散射校正、基线校正、标准正态变换、光谱转化、矢量归一化、光谱降噪、卷积平滑(9)结合一阶导数、卷积平滑(11)结合一阶导数、卷积平滑(9)结合二阶导数和卷积平滑(11)结合二阶导数10种光谱预处理方法,蒙特卡罗无信息变量消除法、竞争性自适应重加权采样法(CARS)2种变量筛选方法,偏最小二乘法、最小二乘法-支持向量机(LS-SVM)2种建模方法用于胡椒碱、桂皮醛和羟基红花黄色素A含量与高光谱数据定量校正模型时的性能。结果:采用CARS建立的胡椒碱和桂皮醛的LS-SVM模型预测能力全局最优,模型的相对预测偏差(RPD)分别为9.2、6.0,验证集相关系数(rpre)分别为0.9935、0.9852,说明模型验证集与测定值具有良好的非线性关系,模型预测效果良好。采用羟基红花黄色素A原始光谱建立的LS-SVM模型性能全局最优,RPD和rpre分别为3.7、0.9762。结论:采用高光谱技术结合化学计量学方法可以快速测定五味清浊制剂中胡椒碱、桂皮醛和羟基红花黄色素A含量,方法操作简便,可为五味清浊制剂的质量控制提供参考。

紫外-可见光谱传感对甘草品种及产地的准确鉴别

甘草是具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳等功能的中药材,由于遗传和地理环境的影响,不同品种和产地的品质及价格差异很大,常有不法商家为了利益以次充好。针对与甘草品质密切相关的甘草酸和甘草苷的结构特性,通过6种能与其发生特异性光学反应的有机染料和金属离子构建了一种甘草品种和产地快速鉴别的光谱传感方法。收集了新疆、内蒙古、宁夏、北京、乌兹别克斯坦五个甘草主产地的175个样品,分别测定甘草提取液和加入不同的金属离子-有机染料的紫外-可见光谱数据,通过比较两者之间紫外-可见光谱的差异,筛选出6种能与甘草提取液发生特异性光学反应的金属离子和有机染料,用于紫外-可见光谱传感点的构建。通过构建的紫外-可见光谱传感方法对采集的所有样品进行检测分析,并结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和随机森林(RF)算法对甘草的品种和产地进行鉴别。结果显示,原始甘草品种和产地的谱峰在多处重叠,PLS-DA分类结果中的Q2仅为0.75,即纯光谱对甘草能进行初步鉴定但预测准确度不高。为了进一步提高其鉴别准确度,在甘草提取液中加入金属离子和有机染料产生谱峰变化,相比于甘草原始紫外-可见光谱,甘草品种和产地的谱峰都有较为明显的差异。采用矢量编码偏最小二乘判别分析(Dummy codes-PLSDA)和随机森林(RF)算法建立甘草品种和产地的鉴别模型,发现6种传感材料的融合光谱的准确率均达到100%,显著提高了金属离子-有机染料传感阵列对甘草的识别能力,RF模型准确率明显高于PLS-DA模型,其中单一传感点的RF和PLSDA模型的鉴别准确率分别大于98.65%和91.30%,远高于原始光谱的65.22%。通过金属离子-有机染料,构建了一种用于甘草品种和产地准确鉴别的紫外-可见光谱传感方法。为其他中药材的快速鉴别提供了一种新思路,有利于消费者的健康和利益的保障,促进中药资源的可持续发展。

可见/近红外联合UVE-PLS-LDA鉴别压榨和浸出山茶油

山茶油是我国特有的优质食用油,而压榨山茶油营养品质优于浸出山茶油。采用可见/近红外光谱技术对压榨和浸出山茶油进行鉴别研究。在350～1 800nm波段范围内采集压榨和浸出山茶油样本的透射光谱,利用无信息变量消除(UVE)方法进行波长变量优选,剔除无用波长变量,并应用偏最小二乘-线性判别分析(PLS-LDA)建立鉴别分类模型。最后,利用鉴别分类模型对未参与建模的26个预测集样本进行鉴别。研究结果表明,UVE-PLS-LDA是一种有效的鉴别分类方法,所建立的鉴别分类模型能较好地对压榨和浸出山茶油进行鉴别,校正集和预测集样本的鉴别正确率均为100%。因此,可见/近红外光谱联合UVE-PLS-LDA方法鉴别压榨和浸出山茶油是可行的。

基于多模型共识的近红外光谱波长选择方法

本文提出了一种基于多模型共识的近红外光谱波长选择方法。该方法首先建立多个无信息变量消除法(UVE-PLS)模型进行波长选择,然后用这些模型的共识结果对波长变量的可靠性进行衡量,进而选择可靠、有效地波长变量。对模拟数据和真实近红外光谱数据的测试结果表明,该方法能够有效地对波长变量进行选择,优于传统的UVE-PLS方法。

热处理对TiO_2溅射薄膜结构和光谱性能的影响

用直流反应磁控溅射法制备了TiO2薄膜,并对热处理前后试样的紫外可见光谱(UV-Visspectrum)和荧光发射光谱(PLSpectrunm)做了研究。发现热处理后试样的紫外可见光谱在496nm处出现了一个较为明显的吸收峰,荧光发射光谱496.5nm处出现一个荧光发射带肩。X射线光电子能谱(XPS)的分析结果表明,热处理可使薄膜中晶格氧扩散出去,生成Ti3+离子和氧空位。结合XPS的分析结果和理论计算,可推断热处理后出现的位于496nm处的吸收峰和496.5nm处的荧光带肩可被指认为薄膜中Ti3+离子的d电子跃迁产生。

高温高压处理钻石的谱学研究

对高温高压处理钻石进行了显微观察及红外光谱、低温紫外 可见 近红外吸收光谱和光致发光谱等谱学研究 ,认为钻石的去色是由于高温高压过程引起晶格结构的重组 ,从而得出天然褐色钻石的致色与位错附近的孤氮 空穴 (N V)的点缺陷有关的结论。同时也提供了高温高压处理钻石的一些谱学特征 ,如红外光谱中较弱的 31 0 7cm-1峰 ,紫外 可见吸收光谱中的 32 5nm宽带 ,光致发光谱中的5 75nm与 637nm峰。

不同类型彩色金刚石的谱学研究及其意义

对25颗不同类别的彩色金刚石进行了傅里叶显微红外光谱、紫外—可见—近红外吸收光谱、光致发光谱、拉曼光谱和X光荧光谱等谱学方法的研究。通过对近200张谱图的综合分析得到天然、合成、高温高压处理和人工辐射处理等彩色金刚石的特征谱,为金刚石类别的鉴定提供了标型,为研究彩色金刚石晶体缺陷引起的晶格畸变、晶格重组,以及色心的产生和消亡提供了新的证据。

PLS—紫外分光光度法同时测定复方阿斯匹林片中三组分含量

本文研究了复方阿斯匹林片中阿斯匹林、非那西丁和咖啡因含量同时测定的紫外分光光度法的最佳实验条件,并简述偏最小二乘法(PLS)在多组分同时测定中的基本原理和应用。三组分模拟试样回收率平均值的置信区间分别为100.1±0.23%,100.0±0.25%和100.1±0.33%(置信度95%)。PLS法是一种理想的多组分测定方法,计算速度较快,结果更准确可靠,尤其适用于成批试样的分析,为微机控制的紫外可见分光光度计提供了一种新方法。

基于PSO-PLS混合算法的水体COD紫外吸收光谱检测研究

化学需氧量(COD)是反映水体受有机物污染程度的重要指标。紫外吸收光谱法是目前水体COD检测研究中应用最为广泛的方法,具有样品无需预处理,成本低,无污染,测定速度快等优点。但是,原始光谱数据维数高,光谱信息中包含大量冗余变量,直接将全光谱数据进行建模存在精度低,计算复杂等问题。针对紫外吸收光谱全光谱建模精度低,光谱数据存在大量共线性的问题,提出了一种基于粒子群算法(PSO)结合偏最小二乘(PLS)优选特征波长建立预测模型的方法,以提高紫外吸收光谱预测模型的精度和适用性,简化模型。利用搭建的紫外吸收光谱装置,采集29份不同浓度的COD标准溶液的紫外光谱数据,每份标准溶液采集5次取平均值并对其进行平滑处理,减少仪器和环境带来的误差。考虑到标准溶液在200~310 nm的光谱范围内存在吸收,故选取该波段范围内246个波长点作为建模数据,每个波长点下的吸光度数据作为一个粒子并按照顺序编号,以PLS为建模方法,相关系数r和均方根误差(RMSE)为评价指标,设置粒子群算法适应度函数f(x)=min(RMSE),取粒子初始种群数为20个,惯性权重w=0.6,自我学习因子c1=1.6,群体学习因子c2=1.6,最大迭代次数为200次,算法终止条件为达到最大迭代次数。算法输出全局最优变量取值为168,94,181,183,175,209,106和142。采用粒子群算法优选的8个波长点建立PLS预测模型的相关系数r和预测均方根误差RMSE分别为0.99998和0.1551。为了验证PSO-PLS建立的预测模型效果,建立了PLS,iPLS和SVR三种预测模型进行对比。验证结果表明,PSO-PLS模型的相关系数r和均方根误差RMSE均优于其他三种预测模型,说明粒子群算法能有效的提取用于PLS建模的特征波长,消除子区间变量的共线性,提高预测模型的精度。该方法为实现水体COD实时在线监测提供了一种有效途径。

聚合物基ZnO纳米线的制备和生长机理研究

采用独特的高分子溶液自组装生长方法,在经化学镀预处理的基底上利用高分子溶液的网络络合效应制备了ZnO纳米线.通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线能谱仪(EDS)等对样品的表面形貌及组成进行了观测表征.结果显示,纳米线直径约50nm,长度达到了数微米;产物Zn、O化学计量比接近1∶1.通过Si基底经化学镀工艺预处理和未经化学镀预处理对ZnO纳米结构、紫外吸收和PL性能影响的分析比较,发现了化学镀Ni对于纳米线长度和直径尺寸的控制更为有效;在PL图谱中,经化学镀预处理的样品在中心波长385nm出现了由激子碰撞复合所形成的近紫外发光峰.进一步还分析了在不同的pH值和反应时间下样品的紫外吸收和光致发光性能.通过以上实验,讨论并提出了ZnO纳米线的生长机理及过程,认为纳米线的生长是在化学镀催化剂和高分子双重作用下进行的.

sol-gel法制备ZAO薄膜的结构与光学性能研究

采用溶胶–凝胶法在普通玻璃衬底上制备了ZAO（ZnO：Al）薄膜，利用XRD、SEM、紫外–可见光谱和光致发光光谱对所制备的AZO薄膜进行了表征，研究了ZAO薄膜的结构和光学性能。结果表明：ZAO薄膜的微晶晶相与ZnO一致，且具有c轴择优取向；ZAO薄膜在可见光区的透过率超过了88%，在350~575 nm范围内有强的发光带。随着Al掺杂量的增加，ZAO薄膜的禁带宽度变大，光吸收边出现蓝移，发射峰强度先变强后变弱；当摩尔比r（Al：Zn）为0.010时，ZAO薄膜的可见光透过率最高，达91%；发射峰强度达46.3。

无效变量消除法在油菜籽芥酸近红外无损速测中的应用

探索改善油菜籽芥酸近红外预测模型准确度与精密度的方法,利用无效变量消除法(UVE),对135个油菜籽样品近红外光谱信号进行筛选,并利用筛选后的光谱对油菜籽芥酸含量进行偏最小二乘法交叉验证。结果表明,UVE法筛选变量后建立的芥酸校正模型对未知样品预测结果的准确度和速度显著优于全波长参与建立的芥酸校正模型。散射校正加一阶导数对光谱预处理,UVE法筛选变量,偏最小二乘法交叉验证建立的校正模型效果最好,其预测值与标准值的相关系数R达到0.92,交叉验证预测均方差为2.2。因此,用UVE进行波长选择后建立的近红外模型,能准确快速地对油菜籽芥酸含量进行定量分析。

1，3，4-噁二唑衍生物的合成与表征及吸电子基团对电子光谱的影响

合成和表征了一类苯环上含—CF_3基团的1,3,4-噁二唑类衍生物,研究了它们的紫外-可见吸收光谱、荧光光谱。结果显示,与不含—CF_3的噁二唑化合物相比,—CF_3加大了化合物的光学带宽,使它们的紫外吸收和荧光发射光谱都发生蓝移。

基于紫外-可见光谱的水质TOC定量分析方法

地表水资源安全关系到国民健康、生态环境稳定和经济可持续发展,具有重要战略意义。总有机碳(TOC)是一种衡量水体中有机物含量的综合指标,其在水环境监管和治理中具有重要价值。传统检测方法通过高温催化氧化测定水样中TOC含量具有耗时较长、操作复杂的局限性,紫外-可见光谱技术具有检测速度快、操作简单的优势,因而在水质在线检测中具有较好的应用前景。国内外对地表水中TOC浓度的在线检测目前大多采用与COD浓度间的相关关系进行间接推算得到,这类方法对水体成分的稳定性要求较高。相比于常规的间接推算方法,采用光谱定量分析方法建立TOC与紫外-可见光谱间的分析模型具有更好的鲁棒性和分析精度,便于实现水质无人值守在线监测。实验配置了TOC样本溶液,设计了为期两天的实验,在4个时间段采集得到样品光谱数据集(分别记为D1,D2,…,D6)。首先,通过分组实验将D1作为训练集建立TOC偏最小二乘(PLS)回归模型,预测同一时间段测试集D2的TOC浓度,得到平均绝对相对误差(MAPE)不超过0.78%,表明建立的TOC定量分析模型具有较高的精度。然后,为验证PLS建立的TOC模型对仪器状态变化的鲁棒性,选择不同时间段采集的光谱数据分别作为训练集和测试集,进行不同仪器状态交叉实验,4组实验中测试集样品TOC浓度预测值的MAPE分别为3.82%,3.75%,3.43%和0.98%。实验表明,采用PLS算法建立的TOC紫外-可见光谱定量分析模型具有较好的分析精度和鲁棒性,分组实验和不同仪器状态交叉实验中预测浓度的MAPE均不超过3.82%,优于常规的间接推算法。此外,建立的光谱定量分析模型不依赖COD与TOC间的推算关系,因此在水环境变化时较常规推算方法具有更好的适应能力。最后,PLS算法建模过程简单,运算速度快,为浸入式在线检测设备的开发和维护提供了便利。

一种基于紫外可见光谱的多金属离子浓度检测方法

针对Cu^(2+),Co^(2+),Zn^(2+) 3种金属离子混合溶液的紫外可见分光光度法(UV-Vis)光谱重叠而难以检测的问题,提出了一种基于改进型Monte Carle无信息变量消除(MC-UVE)方法的多金属离子浓度检测方法。在MC-UVE的基础上引入指数衰减函数(EDF),提出了一种改进的MC-UVE方法,并基于该方法对料液的紫外-可见光谱进行波长筛选;然后,利用筛选出的波长建立PLS模型并进行各组分浓度检测计算;最后,分别对基于MC-UVE方法和改进型MC-UVE方法 PLS模型的计算结果进行对比分析。结果表明:改进型MC-UVE方法可筛选出对模型贡献度高的变量,基于该变量选择方法的PLS模型精度高。

sol-gel法制备ATO薄膜的结构与光学性能研究

采用sol-gel法在玻璃衬底上制备ATO(SnO2∶Sb)薄膜,并用XRD、SEM、紫外-可见光谱和光致发光对薄膜进行了表征,研究了ATO薄膜的结构和光学性能。结果表明:ATO薄膜微晶晶相与SnO2一致,仍然是四方金红石结构;ATO薄膜在可见光区的透过率超过80%,当r(Sb∶Sn)为0.15时,ATO薄膜的透过率最高达87%;ATO薄膜在344～380nm处有一个很强的紫外-紫光发射带,随着Sb掺杂量的增加,发射峰逐渐变强,在r(Sb∶Sn)为0.25时,发射峰相对强度达302.4。

复方磺胺嘧啶银混悬液中两组分含量的同时快速测定法

本文利用偏最小二乘──紫外分光光度法同时测定复方磺胺嘧啶银混悬液中磺胺嘧啶银和醋酸洗必泰的含量，平均回收率分别为：１００．４８±０．１８％和１００．４９±０．３０％（置信度９５％）。实测三批样品，结果准确可靠。测定波长２５４ｎｍ，为４４７三、讨论（一）采用常规最小二乘法［３］处理同样数据，所得结果见表１，由此可知，偏最小二法比常规最小二乘法优越，是一种适用于批量分析和结果准确可靠的方法，而且节省时间和实验试剂，对仪器的要求低，重复性好。（二）处方中醋酸洗必泰的含量相对于磺胺嘧啶银少得多，为了克服低组分含量测定误差大，采用添加法，可以减少测量和计算误差。

无信息变量消除法在近红外光谱测定的应用

本文通过讨论了无信息变量消除法(uninformative variables elimination,UVE)的原理,并用此算法对玉米的近红外光谱数据进行波长变量选择,再使用偏最小二乘法(partial least squares,PLS)建立模型。结果表明,与使用全谱数据建立的模型相比较,筛选变量后建立的校正模型不仅简化了,而且增强了预测能力。

新型9-取代基-N-正辛基苝-3,4-二羧酸单酰亚胺衍生物的合成及光学性能

基于Suzuki偶合反应合成新型9-取代基N-正辛基-苝-3,4-二羧酸单酰亚胺衍生物：9-苯基-N-正辛基-苝-3,4-二羧酸单酰亚胺（C1）,9-（4-甲氧基苯基）-N-正辛基-苝-3,4-二羧酸单酰亚胺（C2）,9-{4-（二苯基胺基）苯基}-N-正辛基-苝-3,4-二羧酸单酰亚胺（C3）,对化合物分子结构进行表征,用紫外可见（UV-Vis）光谱、荧光（PL）光谱研究其光化学性质;在典型溶剂乙酸乙酯中,目标化合物的紫外最大吸收波长（λmaxabs）在490~550nm,相比于C1,化合物C2,C3最大吸收波长都红移了;在典型溶剂乙酸乙酯中,荧光最大发射波长（λmaxf）在525~625nm,与C1相比,化合物C2,C3的荧光最大发射波长（λmaxf）也发生了红移。