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。

紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法的水体磷酸根离子检测研究

在工业锅炉中随着水蒸气蒸发,大量的钙镁离子留在炉水中,如果不加处理,在水冷管中会形成水垢,造成爆管停炉。为了保障设备的安全运行,消除安全隐患,工业上通过维持水中一定含量的磷酸根离子来去除锅炉中的钙、镁水垢。传统的磷酸根离子检测技术主要有比色法、分光光度法、色谱法、电位法等,这些方法前期处理步骤较繁琐且耗时较长。光谱法是通过测定物质的吸收光谱并建立和浓度关系的数学模型,对物质浓度定量的一种分析方法。为了满足磷酸根离子快速、实时测量的要求,提出了一种基于紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法快速测量磷酸根离子的方法。按照我国《工业锅炉水质GB/T 1576—2018》中所规定的进入热水锅炉前的水质参数要求,配置37份浓度范围在5~100 mg·L^(-1)磷酸根溶液,使用搭建的实验装置,采集紫外吸收光谱。使用SPXY将样品按照7∶3的比例随机划分训练集、测试集;使用Savitzky-Golay(S-G)滤波对数据预处理以提高光谱的信噪比;通过连续投影算法(SPA)压缩光谱数据,筛选出5个与磷酸根强相关的特征波长;使用极限学习机(ELM)将特征波长处的吸光度与样本浓度进行拟合,以决定系数R2和均方根误差RMSE作为模型评价指标,建立磷酸根离子的回归模型。采用所提出的建模方法所建立的模型训练集的R2与RMSE分别为0.9972和1.3015 mg·L^(-1),测试集的R^(2)与RMSE分别为0.9995和0.5174 mg·L^(-1)。为了验证所提出的SPA-ELM预测模型效果,另外建立了LASSO-ELM、PCA-ELM、SPA-PLS和SPA-SVR四种预测模型进行对比。实验结果表明,SPA-ELM建立的预测模型的R2和RMSE均优于其他四种预测模型,说明采用的特征选择方法和回归方法均为最优,能够对磷酸根浓度范围为5~100 mg·L^(-1)的水体进行准确预测,为水中磷酸根离子的检测提供了一种新的解决方法。

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。

超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱法检测婴幼儿配方奶粉中苯并三唑类紫外线吸收剂

目的建立超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱法检测婴幼儿配方奶粉中苯并三唑类紫外线吸收剂。方法样品经乙腈提取,-20℃冷冻1 h,离心取上清后上机测定。以ACQUITY UPLC BEH C8色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.7μm)为分析柱,甲醇-5 mmol/L乙酸铵为流动相进行梯度洗脱分离,采用电喷雾电离源正离子模式,高分辨质谱全扫描模式检测,基质匹配外标法定量。结果6种苯并三唑类紫外线吸收剂在0.05~10.00ng/mL范围内线性关系良好,相关系数均大于等于0.9977。空白样品的加标回收率为50.39%~109.00%,相对标准偏差为2.88%~17.99%,方法检出限为0.01~0.97ng/g,定量限为0.04~3.23ng/g。结论该方法操作便捷、快速,能够准确检测婴幼儿配方奶粉中6种苯并三唑类紫外线吸收剂的含量,对于婴幼儿食品安全监测具有良好的现实意义。

表儿茶素的碳酰化改性及其紫外吸收和抗氧化活性

为增强表儿茶素衍生物的紫外吸收性能、改善其在油脂等非极性溶剂中的溶解度,以甲烷磺酸为溶剂和催化剂,由表儿茶素和对羟基苯甲酸合成了2,2'-二(对羟基苯甲酮基)-表儿茶素,经柱层析分离得到目标产物,采用高效液相色谱(HPLC)验证纯度,运用紫外-可见光(UV-vis)光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、液相色谱-质谱联用(LC-MS)和核磁共振(NMR)波谱等表征手段确证目标产物结构。评价了2,2'-二(对羟基苯甲酮基)-表儿茶素的紫外吸收性能,以及对2,2-联氮-二(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐阳离子自由基、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基和超氧阴离子自由基清除能力。结果表明,合成的2,2'-二(对羟基苯甲酮基)-表儿茶素与常用紫外线吸收剂4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)具有相似的紫外吸收范围和相当的摩尔吸光系数,有望成为一种性能优良的UVB波段紫外线吸收剂;2,2'-二(对羟基苯甲酮基)-表儿茶素具有良好的体外抗氧化活性,其体外抗氧化能力高于维生素C(VC)、略低于表儿茶素,有望应用于化妆品领域。

育龄男性尿中二苯甲酮型紫外线吸收剂浓度与精液质量的关联性研究

目的 了解生殖中心就诊的育龄男性尿中二苯甲酮型紫外线吸收剂暴露与精液质量之间的关系。方法 选取2018年至2019年在广东省深圳市人民医院生殖医学中心进行精液检查的445名育龄男性人群,分别进行问卷调查及5种尿液二苯甲酮型紫外线吸收剂[包括2,4-二羟基二苯酮(2,4-dihydroxybenzophenone, BP-1)、2,2′,4,4′-四羟基二苯酮(2,2′,4,4′-tetrahydroxybenzophenone, BP-2)、二苯酮-3(benzophenone-3,BP-3)、2,2′-二羟基-4-甲氧基二苯酮(2,2′-dihydroxy-4-methoxybenzophenone, BP-8)、4-羟基二苯酮(4-hydroxybenzophenone, 4-OH-BP)]浓度的检测,采用计算机辅助精液分析系统对精液质量进行分析。依照世界卫生组织人类精液检测与处理实验手册(第五版),将精液质量分为异常组和正常组。采用多元线性回归及Logistic回归模型分析育龄男性尿中二苯甲酮型紫外线吸收剂暴露与精液质量之间的关系。结果 精液质量正常组和异常组人群的年龄、BMI、禁欲时间、吸烟、饮酒情况均无统计学差异(P>0.05)。精子浓度异常组的年龄显著高于正常组,而精子数量异常组的年龄明显低于正常组。正常组的BMI高于精子总运动率异常组,且两组间的禁欲时间差异有统计学意义(P=0.028)。在校正了年龄、BMI、禁欲天数、吸烟和饮酒情况后,多元线性回归结果显示,与最低三分位组(<0.05μg/g肌酐)相比,BP-1最高三分位组(>0.13μg/g肌酐)与精子不运动率存在正向关联(β=0.16,95%CI:0.004~0.30),与高激活精子百分率存在负向关联(β=-0.24,95%CI:-0.54~-0.01)。Logistic回归模型显示,BP-1最高三分位组(>0.13μg/g肌酐)精子前向运动率异常的风险为最低三分位组(<0.05μg/g肌酐)的1.74倍(OR=1.74,95%CI:1.03~2.93),趋势性检验具有统计学意义(P=0.029)。与最低分位组(<0.03μg/g肌酐)相比,4-OH-BP位于第二分位组(0.03~0.07μg/g肌酐)时精子前向运动率异常的风险校正OR(95%CI)值为1.91(1.13,3.24)。结论 生殖中心就诊的育龄男性人群尿液BP-1和4-OH-BP水平可能与精液质量下降有关,主要影响精子的动力学指标,而潜在机制有待于进一步探究。

紫外吸收光谱法的水质参数预测模型研究

紫外吸收光谱法是一种快速、简便且无二次污染的水质检测技术,借助孪生卷积神经网络构建的水质化学需氧量和浊度预测模型,在小样本情况下能够实现高精度的预测。在实际水样的预测中,R2值可高达0.97,相较于其他模型,具有更高的预测精度和更广泛的适用范围,为在线监测水体中化学需氧量和浊度的污染程度提供了一种全新的技术支持。

UV-A紫外线吸收剂阿伏苯宗的研究进展

阿伏苯宗是一种安全、有效的防晒剂,也是使用最多的UV-A紫外线吸收剂,它可以阻断广谱UV-A对皮肤的伤害,被广泛应用于防晒霜、化妆品、乳液等护肤产品。但是,在太阳光(紫外光)的辐照下,阿伏苯宗很容易发生异构化和光降解反应生成多种不能吸收紫外线的产物,显著降低其防护能力,而且部分光降解产物可能对人类健康和环境造成伤害。因此,阿伏苯宗的光化学和光物理性质被研究者们进行了大量的研究。总结了近20年来阿伏苯宗的研究进展,重点阐述了阿伏苯宗的结构特征,影响阿伏苯宗稳定性的关键因素,以及阿伏苯宗对生态环境的影响。同时,指出目前阿伏苯宗研究中存在的问题,并对其未来的研究方向提出思考和展望,为后续研发高效、光稳定的防晒产品提供依据和参考。

具有紫外吸收功能芳香微胶囊的制备及其在棉织物上的应用

采用界面聚合法制备了含有香茅油(CTO)和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(BP-3)的聚脲微胶囊。该微胶囊具有香味和紫外吸收双功能,热稳定性好,封装效率高达85.3%。棉织物经微胶囊处理后,初始UPF值达到326.63;洗涤15次后,棉织物的UPF值依旧能达到40以上,并且CTO在棉织物上的残留量达到2 mg/g以上,说明该微胶囊具有良好的耐洗性。

基于新绿原酸的紫外吸收和电化学双信号响应的Al^(3+)分析新方法研究

目的 利用新绿原酸(NCGA)与Al^(3+)的相互作用,建立一种基于NCGA的紫外吸收和电化学双信号响应的Al^(3+)分析新方法。方法 基于NCGA与单壁碳纳米管(CNTs)之间的π-π堆积作用,构建了NCGA/CNTs/GC电极。利用差分脉冲(DPV)技术和修饰电极在+0.23 V的氧化电流的下降对Al^(3+)进行定量分析。基于NCGA对Al^(3+)在325 nm处的吸收降低同时伴随365 nm新峰生成的紫外光谱响应,并且在277和340 nm处出现等吸收点,利用365 nm和325nm处的吸光度值之比(A_(365)/A_(325))对Al^(3+)进行定量分析。结果 基于NCGA的分析方法对Al^(3+)的紫外吸收在0.1~100μmol·L^(-1)呈现出良好的线性关系,检测限为0.034μmol·L^(-1);基于NCGA的修饰电极对Al^(3+)的电流响应在0.01~0.1,0.1~10和10~100μmol·L^(-1)呈现良好的线性关系,检测限为0.45 nmol·L^(-1)。生理浓度的其他金属离子和生理活性物质对两种信号测定方法均无明显干扰。在NCGA的紫外分析方法和电化学分析方法下,大鼠血清的加标回收率分别为97.4%~101%(n=3)和98.5%~99.4%(n=3)。结论 本方法具有良好的线性、选择性和准确度,并被成功用于大鼠中Al^(3+)的准确定量。该方法有望应用于Al^(3+)相关的生理和病理事件研究。

PET片材水浸泡液紫外吸收强度的研究

通过对PET片材水浸泡液紫外吸收强度的研究,探讨了在波长220~360 nm范围内引起浸泡液出现吸收峰的原因。通过对PET片材加工过程的控制和助剂的加入,可以有效地减弱在所关注波长范围内的紫外吸收强度。

紫外吸收剂在三醋酸纤维素酯膜中的性能研究

三醋酸纤维素酯膜(triacetyl cellulose acetate film,TAC)作为偏光片的保护膜,具有良好的光学特性、机械强度和光学各向同性等优良特性,成为液晶显示器中不可缺少的功能性光学膜。紫外吸收剂是TAC膜中常用的功能助剂,可以防止紫外线对偏光片的伤害。本文对多种紫外吸收剂进行分析,详细分析了紫外吸收剂在TAC膜中的吸收性能,重点进行紫外吸收剂复配性能的测试,从吸收性能、颜色值和卤素值方面进行分析,优选出效果最佳的紫外吸收剂。

1,3,5-三嗪类紫外线吸收剂的研究进展

1,3,5-三嗪类紫外线吸收剂是一类新型光稳定剂,具有优异的稳定性和广谱吸收能力。本文介绍了1,3,5-三嗪类紫外线吸收剂的结构特征,重点阐述1,3,5-三嗪类紫外线吸收剂的合成方法及其在材料和防晒护肤品中的应用研究,并对其未来的研究方向提出思考和展望。

不同紫外线吸收剂在聚碳酸酯中的应用对比

聚碳酸酯(PC)作为工程塑料广泛应用于室外,在太阳光长期暴晒下会发生光氧老化,影响使用性能。为了延长制品寿命,采用3种紫外线吸收剂通过共混挤出的方式与PC共混挤出造粒,对比分析了3种紫外线吸收剂的热稳定性和与抗氧剂的配伍性,并且分析了紫外线吸收剂种类与用量对PC性能的影响,研究其在PC中的使用性能。采用紫外老化试验箱进行人工加速老化,研究了紫外线吸收剂应用于PC中的抗紫外老化效果,从而得到适用于PC的紫外线吸收剂。结果表明:紫外线吸收剂1UV在PC加工温度条件下的热损失率较大,热稳定性较差,初期易着色;紫外线吸收剂2UV和3UV对PC使用性能影响较小,但用量过高会使其黄色指数升高,影响制品的外观色泽;在紫外老化过程中紫外线吸收剂2UV和3UV对PC的颜色有很好的保护作用,2UV对PC韧性保护比3UV效果更好。

抗氧化和紫外吸收剂对皮革加脂剂的影响

文章着重研究了添加抗氧化和紫外吸收组份后,它们对皮革加脂剂外观及性能产生的影响。通过在皮革加脂剂中添加不同类型的市售抗氧化剂及紫外吸收剂作为功能组份,研究其对皮革加脂剂外观及整理后皮革性能的影响,提出最佳产业化应用的策略,为皮革制造企业提供技术支持。

紫外吸收法测定固定污染源废气二氧化硫的不确定度评定

目的测量不确定度是与测量结果紧密相关的参数,在实验室数据质量控制上不可或缺。本文通过对固定污染源排气中二氧化硫排放浓度不确定度的来源进行分析,找出影响测定结果的各个不确定度分量,进行测量不确定度的分析评定,为分析判断环境监测数据的准确性提供重要参考,以校准结果。方法按照紫外吸收法测定测定固定污染源废气中二氧化硫排放浓度。结果测定结果的扩展不确定度为6.9%。结论因仪器系统效应引入的不确定度分量较大。除定期送技术监督部门检定外,仪器的使用者也要定期进行维护保养,进行必要的期间核查,以保证仪器的准确度和测量重复性。

紫外—可见吸收光谱法实验的改进探索

以紫外—可见吸收光谱法实验为例,从经典实验课程内容出发,结合科研前沿热点—光催化技术,对经典实验课程进行改进。引入探究式教学法,引导学生主动参与实验方案设计和实验结果分析。同时,将思政元素渗透于实验课程,为推动人才培养模式创新提供参考,以期实现理工类实验课程立德树人的目标,提高学生的科研素养。

超声提取-高效液相色谱法测定化妆品中5种苯并三唑类紫外线吸收剂

建立了一种利用高效液相色谱同时测定化妆品中甲酚曲唑(UV-P)、奥克三唑(UV-329)、布美三唑(UV-326)、甲酚曲唑三硅氧烷(DTTSO)、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚(UV-360)的方法。其中,水状化妆品经甲醇/四氢呋喃溶解、超声提取、微孔滤膜过滤后进样;乳液状、霜状化妆品经甲醇/四氢呋喃溶解、涡旋振荡、超声提取、微孔滤膜过滤后进样。使用ZORBAX SC-C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm),柱温23℃,以0.1%的甲酸水溶液为A相、甲醇为B相、四氢呋喃为C相进行洗脱,流速1.0 mL/min,检测波长340 nm,进样量5μL。结果表明,5种紫外线吸收剂在11~176 mg/L的质量浓度范围内线性关系良好(R2≧0.9994),检测限分别为6.72,11.94,13.80,18.47和23.49μg/L,相对标准偏差小于1.7%(n=6),加标平均回收率达到93.7%~104.5%。该方法能满足化妆品中5种苯并三唑类紫外线吸收剂的测定。

气相色谱法测定化妆品中4种苯并三唑类紫外线吸收剂的含量

提出了气相色谱法同时测定化妆品中甲酚曲唑(UV-P)、布美三唑(UV-326)、奥克三唑(UV-329)、甲酚曲唑三硅氧烷(DTTSO)等4种苯并三唑类紫外线吸收剂含量的方法。取样品0.300 0 g置于10 mL比色管中,用体积比1∶2的甲醇-四氢呋喃混合液稀释至刻度。若样品为水状化妆品,则超声提取10 min;若样品为乳液状、霜状和蜡状化妆品,则涡旋振荡5 min,超声提取10 min,离心2 min,取上层清液。得到的上述溶液经0.45μm有机滤膜过滤后,加入1 mL 4.00 g·L^(-1)内标(邻苯二甲酸二正辛酯)溶液,用乙醇定容至10 mL。采用HP-50+型石英毛细管色谱柱和氢火焰离子化检测器按照柱升温程序对溶液中4种苯并三唑类紫外线吸收剂进行分离,内标法定量。结果表明,UV-P、UV-326、UV-329和DTTSO与内标的质量比在一定范围内与峰面积比呈线性关系,检出限分别为23.64,12.03,39.88,57.46 mg·L^(-1)。按照标准加入法进行回收试验,回收率为90.6%~103%,测定值的相对标准偏差(n=6)小于5.0%。方法用于分析12份不同基质化妆品,仅在2份乳液状化妆品中检出了UV-326和UV-329,检出量分别为9.56 mg·g^(-1)和5.48 mg·g^(-1)。

高效液相色谱法测定化妆品中5种水杨酸酯紫外吸收剂

建立了高效液相色谱法测定化妆品中5种水杨酸酯紫外吸收剂的检测方法。样品经四氢呋喃-甲醇-0.1%(体积分数)甲酸溶液混合溶液(体积比为60∶30∶10)超声提取,使用CAPCELL PAK MGⅡC18色谱柱(250 mm×4.6mm,5μm)分离,柱温为30℃,流动相为四氢呋喃-甲醇-0.1%甲酸溶液,流量为1.0 mL/min,进样体积为10μL,检测波长为305 nm,梯度洗脱分析。乙二醇单水杨酸酯、水杨酸苯酯、水杨酸苄酯、水杨酸己酯、丁基辛醇水杨酸酯5种水杨酸酯紫外吸收剂在质量浓度为10~200μg/mL范围内与色谱峰面积具有良好的线性关系,相关系数不小于0.999 5,检出限为2 ng,定量限为6 ng,平均回收率为93.7%~105.1%,相对标准偏差为1.1%~4.5%(n=6),对照品溶液在2个月内量值稳定。该方法操作简便、灵敏度高,可用于化妆品中紫外吸收剂的检测。