紫外-可见光谱水质检测系统的多束LED光纤耦合研究

针对紫外-可见光谱水质检测系统单个LED光源输出功率低、光束质量差的问题,提出了一种多束紫外LED光源与光纤合束耦合的结构设计方案。运用ZEMAX光学分析软件开展了仿真设计研究,针对紫外LED光源与光纤耦合发散角较大的问题,设计了非球面准直透镜,准直后发散角为0.403mrad;针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了消色差双分离聚焦耦合透镜的设计。实验结果表明,合束LED光束汇聚的弥散斑的RMS尺寸为186.412μm,GEO点尺寸为290.071μm,光束中95%以上的能量集中在300μm以内,实现了多束LED光源与光纤的高效耦合。

紫外-可见光光谱法测定COD几种典型算法研究

紫外-可见光谱法是当前检测水体中化学需氧量(COD)的重要方式之一,文中在介绍紫外-可见光谱法的基本原理的基础上,综述了偏最小二乘法、线性回归法、PB神经网络法等几种典型的算法的原理及其在紫外-可见光谱测定COD中应用现状,并浅析了各算法的优缺点。

紫外可见光纤光谱仪在合成祖母绿鉴定中的应用

紫外可见光谱分析是鉴定珠宝玉石的常规项目,目前合成祖母绿主要通过包裹体特征与红外吸收光谱特征进行鉴定;然而,合成祖母绿的紫外可见吸收光谱也具有一定的鉴定意义。文章中采用的测量仪器,是以微型光纤光谱仪作为核心检测器,基于反射测量的光谱分析仪,通过测量分析几种市场上常见合成祖母绿在紫外可见光纤光谱仪下呈现的光谱特征,旨在表明紫外可见光纤光谱仪在鉴定合成祖母绿应用中的可行性与重要性。各种仪器的互相鉴证有利于防范未知的检测风险,进一步提高鉴定结论的准确性。

基于SPA和多分类SVM的紫外-可见光光谱饮用水有机污染物判别方法研究

快速、有效地识别饮用水中污染物类别对于降低突发饮用水污染事件影响十分重要。目前基于紫外-可见光光谱法的饮用水污染物判别模型大多使用主成分分析(PCA)进行特征提取,然而,对于光谱相似度较高的有机污染物,仅从数据驱动的角度提取其方差最大的方向作为特征进行识别效果往往不佳。针对有机污染物光谱数据多重共线性以及谱峰重叠干扰的问题,开展了基于连续投影算法(SPA)和多分类支持向量机(M-SVM)的紫外-可见光光谱饮用水有机污染物判别方法研究。首先,使用紫外光谱仪测量苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯二胺的原始光谱数据并进行预处理,在对四种污染物进行了波长与浓度的相关关系对比分析后,发现苯酚和间苯二酚、对苯二酚和间苯二胺的谱峰重叠较为严重;特征提取时,引入SPA筛选有机污染物紫外-可见光光谱数据的特征波长组合,并对不同波长个数时的光谱吸光度进行多元线性回归分析,选取对应最小预测标准偏差的参数及波段组合作为最优参数组合;基于最优特征波长组合,构建基于多分类SVM的饮用水有机污染物分类识别模型;最后,对比分析了全光谱、 PCA及SPA特征提取后的光谱数据在不同分类方法及不同污染物浓度下的分类效果,进一步说明了SPA的适用性和稳定性。实验结果表明, SPA作为一种提取光谱数据原始特征波段的方法,可以有效的对有机污染物的紫外-可见光光谱进行特征提取,提升不同物质之间的差异,在一定程度上消除多重共线性和谱峰重叠干扰,从而提高分类模型的准确率。该方法对于解决饮用水中谱峰重叠的污染物类型判别问题具有参考价值。

日盲紫外-可见光双光谱照相机系统

为准确检测电晕放电的位置和强弱,考虑电晕放电会发出日盲紫外波段(240～280nm)光,对这一波段的目标进行检测可以避免太阳光的干扰这一特点,研制了一种基于分光方式的日盲紫外-可见光双光谱照相机。设计了一种孔径为68mm、焦距为180mm的高分辨率折反射结构的日盲紫外镜头,并设计了基于TMS320DM642的DSP芯片的图像处理电路。借助DSP/BIOS实时内核和RF5框架,实现了图像采集、图像输出显示、和压缩存储任务的调度,采用加权平均算法实现了图像融合。在阳光强烈的夏天对90m处的汞灯紫外点光源和背景进行了野外成像实验,获得了较为清晰的紫外图像、可见光图像以及合成图像。此外,提出了相机的改进建议。

武夷山不同海拔土壤水溶性有机物的紫外-可见光谱特征

水溶性有机碳（WSOC）是土壤中活跃的C库，在土壤有机质分解转化等过程中有着重要的作用。对武夷山不同海拔植被土壤水溶性有机碳的浓度和紫外-可见光谱进行研究，结果表明：在波长230～665nm间，不同海拔植被土壤水溶性有机物的紫外可见光吸收值均随波长的增加而减小，最大吸收值在230nm处；不同来源的吸光值E240／E420和E230／E250存在显著差异，同一海拔不同土层的水溶性有机碳浓度与E230有极显著的线性正相关关系（R为0．819～0．999，P〈0．01），据此，可用E230估测武夷山土壤水溶性有机碳的浓度。

金红石型纳米TiO_2及改性聚丙烯的紫外-可见光谱特性研究

采用荧光紫外灯对金红石型纳米TiO2改性聚丙烯材料进行了加速老化试验,并用紫外-可见分光光度计分析了金红石型纳米TiO2、纳米TiO2改性聚丙烯等材料的紫外-可见光谱特性。结果表明金红石型纳米TiO2在紫外光区有很强的屏蔽特性,添加0.5%就能够将聚丙烯的紫外线屏蔽性能提高2倍;当与受阻胺光稳定剂(HALS)复合使用时能够产生协同作用,将聚丙烯的紫外线屏蔽性能提高9倍,人工加速老化14 d后的紫外屏蔽性能未发生改变,从而能够赋予聚丙烯长效的抗紫外光老化性能。

几种炸油的紫外及可见光吸收光谱和介电常量变化的研究

本文报道了几种实际采集的炸油的紫外及可见光吸收光谱和介电常量的测量结果 .对检测炸油使用后质量变化所采用的几种物理方法进行了分析和讨论 .

紫外/可见光下海洋溢油油种光谱识别方法

为了考察高光谱技术对海洋溢油种类的鉴别能力,进行了模拟溢油实验。利用紫外三种波长光源（254nm、302nm、365nm）和可见光两种光源（日光灯和阳光）照射海水上的油墨,使用AvaSpec-2048地物光谱仪采集5个油种（汽油、柴油、煤油、机油、花生油）的高光谱数据（200~1160nm）,基于这些数据,通过PCA进行特征优化,使用前10个主分量构建了支持向量机的油种识别模型,使用网格法对支持向量机参数C和gamma进行参数寻优,通过5折交叉验证法进行了结果测试。结果表明,阳光下的光谱识别率最高,日光灯下的识别效果最差,三种紫外灯在波长302nm透射下识别率较高,在254nm和365nm下的识别效果相当。由此可见,在油种鉴别过程中光源的类型、照射方式、光强都会影响到油种的识别效果。

紫外／可见光纤光谱在线过程分析系统

项目采用全光谱分析、光纤传输和化学计量学算法等技术，发明了多层递减孔径直孔过滤技术、高温电捕焦油探头技术、入出气流共轴线射流技术、全固化原位抽取热湿法连续监测技术、

基于监督学习的紫外-可见光光谱水质在线异常检测方法研究

水资源关系到国计民生,近年来时有发生的水污染事件使污染物入侵预警得到了广泛的社会关注。针对现有基于紫外-可见光光谱的水质异常检测方法存在的检出下限偏低的问题,提出一种基于监督学习的紫外-可见光光谱水质异常检测方法。该方法首先获取不同数据集中的正常样本差异性空间,再使用正交投影方法去除差异性空间中的光谱数据分量,以达到基线校正的目的;然后采用偏最小二乘判别分析从校正后的光谱中提取特征,利用训练集得到的最优阈值确定离群点;最后采用序贯贝叶斯滚动更新每个时刻上的异常概率,确定水质报警序列。实验选用苯酚作为模拟污染入侵事件的注入试剂,采样2周内的紫外-可见光光谱数据,在实验平台上对提出的方法进行了验证。实验结果表明,采用的正交投影基线校正方法可以消除不同批次水质光谱的背景差异,更为充分的利用了光谱信息,降低了对特征污染物的检出下限。

紫外—可见光纤光谱仪在无色宝石检测中的应用

物质对不同波长的光会进行选择吸收,紫外—可见光纤光谱仪利用这一特征来对物质进行定性分析,通过紫外可见吸收光谱帮助判断物质的结构及化学组成。紫外可见吸收光谱作为需要检测的项目也列入现行国家标准GB/T 16553-2017《珠宝玉石鉴定》,成为实验室目前常见的检测手段之一。许多无色宝石品种外观差异较小,肉眼很难区分,但因成分、结构等差异,呈现出不同的紫外可见吸收光谱特征。因此,紫外—可见光纤光谱仪是检测鉴定工作不可或缺的设备之一,具有无损、准确的特点。本文通过查阅文献,以及对多种无色宝石样品测试,综合论述了紫外可见吸收光谱在天然无色宝石检测中的应用,如钻石、锆石、托帕石、水晶;紫外可见吸收光谱在鉴别合成宝石、处理宝石方面的应用,如合成钻石;以及紫外可见吸收光谱在宝石研究方面的应用,如钻石结构类型判断、结构特征分析等。同时本文得到了多种无色宝石的紫外吸收光谱特征,丰富了光谱数据,为检测鉴定提供参考。

紫外及可见光探测器光谱响应测试系统的研制

设计与研制了紫外及可见光探测器光谱响应测试系统。系统包括:复合光源室;三光栅单色仪和复合探测器室,由计算机配套专用软件对光源、单色仪和信号接收进行自动控制和处理。测试原理采用了参考探测器替代法测定待测探测器的光谱响应度,重点解决测量精度和稳定性的技术关键,通过反复测试证明,系统性能稳定并具有结构紧凑,全自动和操作方便等特点。

含铁宝石的紫外-可见光光谱特征研究与计算

从矿物物理学角度出发,对含铁宝石中铁离子进行能级分裂分析和电子轨道跃迁能量计算,得到其在紫外-可见光谱范围内的理论谱带,与实际检测到的紫外-可见的吸收谱带相对照,对实际中出现的吸收谱带进行合理指派。应用矿物物理学的相关理论及引用文献数据对含铁宝石中铁离子电子间相互作用参量B、C进行了计算,计算结果为B=614,C=3212。结果表明,利用Dq、B、C参量对铁离子电子跃迁的理论计算值与实验测试值十分吻合,从而实现了对含铁宝石中铁离子电子跃迁吸收带的合理指派。

紫外吸收光谱式SO_2光纤传感器的设计

以电化学传感器为核心的便携式烟气监测系统在使用中易受其他气体的干扰,造成监测结果误差较大;本文将反射式光纤传感技术、紫外吸收光谱方法、光纤光谱仪和计算机数据处理技术相结合,设计出能检测SO2气体的便携式烟气检测系统,经分析光电探测器的暗电流限制最低检测限,SO2检测限分别为2 mg/m3.

合成变石的宝石学特征及紫外-可见光吸收光谱分析

运用紫外-可见光吸收光谱等测试方法对合成变石样品的颜色特征进行了分析,初步研究了合成变石的致色元素及其质量分数对变色效应的影响。分析结果表明:合成变石常见的紫色调现象与吸收光谱中紫区未被完全吸收有关,通过添加少量有利于紫区吸收的致色元素,有望减弱合成变石的紫色调;随着V元素的增加,橙黄区吸收带的分布趋于合理,使红光与绿光的透过更趋平衡,有利于产生较理想的变色效应;合成变石的紫外-可见光吸收光谱与其结晶学方向有密切关系,(001)方向的吸收光谱在橙黄区有强吸收带,具有明显的变色效应特征,(100)和(010)方向虽有强二色性,但对变色效应贡献不大。

β-环糊精与依托泊苷相互作用的紫外-可见光谱研究

目的：研究β-环糊精（β-CD）与依托泊苷（VP-16）之间的超分子包结作用机理，建立新的定量检测微量VP一16的方法。方法：采用紫外-可见光光谱法研究了β-CD与VP-16之间的超分子包结作用。考察了时间、温度和浓度对包结反应的影响。结果：VP-16在284nm处有最大吸收光，与B—CD形成1：1的超分子包结物后，其吸收光强度增大，β-CD对VP-16有吸收光增敏作用。在20℃，pH7．0时，包结常数K=5．32×10^4L·mol^-1，且包结常数随温度升高而减小，该包结反应属焓驱动的自发的放热反应。

基于基线校正和主元分析的紫外-可见光光谱在线水质异常检测方法

近年来,饮用水安全问题引起社会的广泛关注。采用紫外-可见光吸收光谱对水质进行异常检测,具有现场原位、无需试剂、分析快速等优点,适合快速在线监测。然而,紫外-可见光光谱数据量大,且易受仪器和水质正常波动的干扰,从而影响水质异常检测结果。提出一种基于基线校正和主元分析的紫外-可见光光谱法来检测污染物引起的水质异常,该方法利用非对称最小二乘校正基线,采用主元分析法从基线校正后的光谱矩阵中降维并提取特征,然后根据残差子空间的Q统计量评估测试样本的离群点,最后采用累计概率来更新异常报告结果。通过苯酚注入的实验,验证了该算法的有效性,实验结果表明,提出的方法与单波长法相比,有效地提高了污染物的检出下限;与未经基线校正采用主元分析进行的异常检测方法相比,提高了检出率,降低了误报率。

一种紫外-可见光谱法水质监测系统的可变光程光谱探头设计

根据紫外-可见光谱法水质多参数实时监测需要,提出了一种可变光程光谱探头设计方案。针对氙灯光源光斑直径大难以耦合至光纤的问题,设计了一套组合透镜置于光源出射端。针对光纤出射光线发散性强且发散光线源于光轴不同点的问题,使用Zemax的多重结构优化准直透镜的设计。通过采用Zemax和Trace Pro光学软件分析工具仿真研究,结果表明,优化设计的光路系统将粗光束变为细光束后,再经聚焦透镜耦合至光纤,提高了光源与光纤的耦合效率,其辐射通量效率相对于初始结构提高了13.89%。同时,将本文设计的光谱探头与美国Ocean Optics公司的光谱测量系统进行对比实验,本文设计的可变光程探头的辐射通量效率较之于海洋公司光学系统的辐射通量效率,提高了3.26%-9.58%,验证了本文设计的光谱探头的可靠性及高效性。

特殊变色蓝宝石的紫外-可见光光谱研究

坦桑尼亚Umba出产颜色丰富的刚玉,该研究对象是一颗来自Umba的具有特殊变色效应的蓝宝石,D65光源(色温6500K)下呈现淡黄色,A光源(色温2856K)下呈现淡紫红色。为了研究这颗变色蓝宝石紫外-可见光光谱中的谱峰归属与变色成因,该研究使用电荷补偿理论来分析此样品紫外-可见光光谱中的谱峰归属。采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对这颗变色蓝宝石进行了测试。结果发现,变色蓝宝石紫外-可见光光谱中存在位于377,388和450nm处的3个吸收峰和1个以560nm为中心的宽缓吸收带。样品的颜色主要受450nm处吸收峰和以560nm为中心的吸收带影响,其中以560nm为中心的吸收带造成了这颗蓝宝石的变色效应。根据激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪的测试结果,样品中主要杂质元素有Fe,Ti,Cr,V和Mg等。样品紫外-可见光光谱中377,388和450nm处的吸收峰是由Fe^3+导致。蓝宝石中的Cr^3+,V^3+,Fe^2+-Ti^4+对都可以在560nm附近产生吸收,结合电荷补偿理论分析,刚玉中的Mg^2+会优先和Ti^4+进行电荷补偿,样品中Mg含量要稍微高于Ti,推测样品中几乎所有Ti^4+会与Mg^2+进行电荷补偿,因此样品中几乎不会存在Fe^2+-Ti^4+对。Fe^2+-Ti^4+对电荷转移产生的吸收特征具有很强的偏振性,尤其是在580nm以后的吸收特征会随着偏振方向的改变而有很明显的变化。偏振紫外-可见光光谱测试发现以560nm为中心的吸收带没有明显的偏振性,进一步验证了样品中几乎没有Fe^2+-Ti^4+对,因此以560nm为中心的吸收带主要是由于Cr^3+和V^3+造成的。样品的颜色主要是由Fe^3+,Cr^3+和V^3+引起的,而变色效应主要是由Cr^3+和V^3+导致。结合电荷补偿机制与偏振-紫外可见光光谱来解释这颗变色蓝宝石的紫外-可见光光谱中以560nm为中心的吸收带的归属,为研究刚玉紫外-可见光光谱中较为常见的位于560nm左右吸收带的归属提供了一种新的研究思路。