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期刊信息/Journal information
光谱学与光谱分析
光谱学与光谱分析

高松

月刊

1000-0593

chngpxygpfx@vip.sina.com

010-62181070

100081

北京市海淀区学院南路76号钢铁研究总院

光谱学与光谱分析/Journal Spectroscopy and Spectral AnalysisCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊系中国光学学会会刊，由钢铁研究总院、中国科学院物理研究所、北京大学、清华大学联合承办的学术性刊物。刊登主要内容：激光光谱测量、红外、拉曼、紫外、可见光谱、发射光谱、吸收光谱、X-射线荧光光谱、激光显微光谱、光谱化学分析、国内外光谱化学分析最新进展、开创性研究论文、学科发展前沿和最新进展、综合评述、研究简报、问题讨论、书刊评述。本刊适用于冶金、地质、机械、环境保护、国防、天文、医药、农林、化学化工、进出口商检等各领域的科学研究单位、高等院校、光谱仪器制造厂家、从事光谱学与光谱分析的研究人员、高等院校有关专业教师和研究生、有关专业管理干部。《光谱学与光谱分析》为我国首批自然科学核心期刊，中国科协优秀科技期刊，中国科协择优支持基础性、高科技学术期刊，是中国科技论文、中国科学引文数据库、中物理文摘、中国学术期刊文摘的统计源刊，被国外的SCI，AA，CA，EI，MEDLINE，AJ等文献结构收录。
正式出版
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    《光谱学与光谱分析》期刊社决定采用ScholarOne Manuscripts在线投稿审稿系统

    《光谱学与光谱分析》期刊社
    133页
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    水化学离子对溶解有机物三维荧光光谱影响及分类预处理方法

    雷宏军杨光潘红卫王逸飞...
    134-140页
    查看更多>>摘要：三维荧光光谱在水环境原位监测领域具有广阔的应用前景.但由于其预处理方法简单,不能完全排除水环境中水化学离子的干扰,会降低水质识别结果的准确性.目前尚无相关研究对这种干扰情况进行分类.为定量解释天然水环境中水化学离子对溶解性有机质(DOM)荧光特性的干扰,本研究以腐殖酸为研究对象,设置不投加离子为对照,其他样品中分别投加3种离子浓度(1～100 mg·L-1)的9种水化学离子(Na+、Cl-、NO-3、Ca2+、Mg2+、K+、CO2-3、HCO-3、SO2-4).通过平行因子法和区域积分法对不同离子浓度下DOM荧光光谱数据进行解析,得到水化学离子对DOM荧光特性(荧光区域积分、组分最大荧光强度、荧光参数)的影响.根据对荧光特性的影响程度,采用系统聚类分类方法,将水化学离子的干扰作用分为三类:第一类(10、100 mg·L-1 CO2-3),增强;第二类(10、100 mg·L-1 SO2-4和100 mg·L-1 NO-3),减弱;第三类(1、10 mg·L-1 NO-3、未添加离子、1 mg·L-1 CO2-3、SO2-4和1、10、100 mg·L-1 Ca2+、Mg2+、K+、HCO-3、Na+、Cl-),无显著影响.结果表明,当天然水环境中的水化学离子属于第三类离子时,可采用三维荧光光谱进行水环境监测.在其他情况下,应优先考虑在预处理过程中去除水化学离子干扰的方法,例如离子回旋共振质谱法等;或者加强三维荧光光谱技术与其他技术的联合,在减少单一技术局限性的同时,获得更全面的信息.该研究为还原真实荧光光谱提供了数据基础,为三维荧光与其他技术的联合应用提供科学依据.

    溶解性有机质三维荧光光谱水化学离子荧光区域积分平行因子分析

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    激光诱导击穿光谱技术对钕铁硼永磁材料中多元素的定量表征

    刘佳郭飞飞于雷崔飞鹏...
    141-147页
    查看更多>>摘要："磁王"钕铁硼是现今性能最为优异的永磁体,因其优异的磁性能被广泛应用于工业互联网、新能源、5G通讯等诸多高新科技领域.目前研究钕铁硼材料中元素成分的主要分析方法有电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线荧光光谱(XRF),其中ICP-OES是湿法分析,样品前处理复杂,测试周期长,而XRF法可实现直接分析,但受制于其轻元素的检测能力很难满足对钕铁硼材料中主要轻元素B的分析需求.激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有分析效率高,样品前处理简单,多元素直接分析,适用于现场分析、在线分析等技术优点,使其在快速定量表征方面展现出其独有的优势.运用LIBS分析技术开展对钕铁硼材料中多元素定量表征的直接、快速分析的方法研究,首先针对钕铁硼材料中定量表征的九个元素Nd、Co、B、Dy、Tb、Pr、Cu、Al、Ga完成特征谱线的筛选,通过对系统激光器电压、激光剥蚀方式等因素在不同条件下对钕铁硼材料光谱信号稳定性的影响分析,优化并确立了分析条件,最终选用720V的激光器电压,15个预剥蚀脉冲15个剥蚀脉冲的激光剥蚀方式为钕铁硼样品的分析条件;其次,选取8个通过ICP-OES法定值的烧结钕铁硼样品,样品具有元素成分的梯度差异化特征,作为建立分析方法的标准样品,采用标准曲线法通过相对强度与浓度的关联方式,建立钕铁硼样品中Nd、Co、B、Dy、Tb、Pr、Cu、Al、Ga九个元素的定量分析校准曲线;最后选取两个烧结钕铁硼试样,运用建立的定量分析方法完成九个元素的定量表征,分析时间小于30 s,其定量结果与ICP-OES法测定结果的比对,具有较好的一致性.运用激光诱导击穿光谱分析技术实现了对钕铁硼材料中多元素成分的直接、同时、快速定量表征,为钕铁硼材料的快速定量表征提供了新的技术思路和表征方法.

    激光诱导击穿光谱钕铁硼定量表征

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    基于改进哈里斯鹰优化算法的光谱特征波段选择模型研究

    鲍浩张艳
    148-157页
    查看更多>>摘要：特征波段选择是近红外光谱分析的关键步骤之一,有效的特征波段选择能提高建模效率与模型性能.传统的特征波段选择算法存在运行时间长、选择特征冗余的缺陷,在实际工程应用中难以达到期望的效果.哈里斯鹰优化(HHO)算法具有原理简单、参数少的优点,但同时也存在收敛精度低且易陷入局部最优的不足.在HHO算法的基础上提出了一种基于改进哈里斯鹰优化(IHHO)算法的近红外光谱特征波段选择模型.针对HHO算法只能用于求解连续空间的优化问题,采用离散化策略对HHO算法进行修正,使其能求解离散形式的特征波段选择问题;考虑到HHO算法初始种群的质量差,使用混沌映射、反向学习提高初始种群的质量,以增强算法的全局探索能力;由于HHO算法在局部搜索时的收敛精度低,提出了新的猎物能量衰减模型与跳跃策略,以进一步增强算法在局部搜索时的寻优能力;为避免算法在寻优过程中落入局部最优,借鉴了遗传算法的变异方式对HHO算法进行扰动.使用竞争性自适应重加权采样法(CARS)、连续投影算法(SPA)、粒子群优化(PSO)算法、遗传算法(GA)、HHO算法与IHHO算法进行比较,并以4个定性分析近红外光谱数据集与2个定量分析近红外光谱数据集分别建立了支持向量机(SVM)识别模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型.在定性分析实验中,IHHO算法得到的平均准确率相对于全波段时分别提高了0.83％、9.55％、17.65％以及0％,平均特征波段数仅占全波段的9.97％、2.59％、1.36％以及0.59％.在定量分析实验中,IHHO算法得到的平均决定系数分别较全波段提高了10.57％、1.47％、4.41％、3.66％以及3.06％,平均均方根误差分别较全波段较低了0.162、1.2663、1.868、1.8694以及0.4084,平均特征波段数仅占全波段的9.24％、10.53％、6.54％、6.91％以及7.14％.实验结果表明,IHHO算法在选择特征波段时能够去冗余,针对性选择最重要的特征波段,其性能均优于比较的几种算法.IHHO算法具有良好的应用前景.

    近红外光谱分析特征波段选择哈里斯鹰优化算法支持向量机偏最小二乘回归

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    基于SMOTE和Inception-CNN的种植和组培金线莲鉴别

    蓝艳王武许文柴琴琴...
    158-163页
    查看更多>>摘要：金线莲是一种珍贵中药材,其治疗、保健作用十分显著.金线莲培育方式主要有种植、组培等,不同培育方式的金线莲,在性状上仅表现出细微差异,但药用、市场价值差异显著,培育方式鉴别能有效保证药用疗效、维护良好市场秩序,然而由于不同品系、产地、培育时间等复合差异的影响,增加了培育方式鉴别难度与复杂度.提出一种基于改进1D-Inception-CNN模型的金线莲培育方式鉴别方法.采用近红外光谱仪采集种植、组培金线莲的光谱,首先使用合成少数类过采样技术(SMOTE)进行过采样以解决种植品、组培品样本比例不平衡问题,其次构建基于改进Inception结构的一维卷积神经网络对来自不同品系、产地、培育时间的金线莲进行种植品、组培品鉴别,最后采用贝叶斯优化方法对构建的卷积神经网络模型超参数进行优化;最终五折交叉验证平均鉴别准确率、精确率、召回率、综合评价指标高达97.95％、96.16％、100％、98.02％.研究表明,实验提出的鉴别模型为快速鉴别金线莲种植品、组培品提供一种有效方法.

    金线莲少数类过采样技术Inception模块一维卷积神经网络贝叶斯优化

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    纤维素拉曼光谱的单体仿真方法研究

    王新强储佩珠熊伟叶松...
    164-168页
    查看更多>>摘要：纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,是世界上最丰富、最便宜、最容易获得的天然聚合物.纤维素作为最古老最丰富的天然高分子在研究中备受关注,纤维素的可控性取决于其分子量、大小和结构,而拉曼光谱具有"指纹特性",可以对不同的纤维素纤维进行鉴别,也能对历史老化的纺织纤维材料进行鉴别.然而纤维素作为大分子多糖对其做理论仿真较为困难,该研究提出采用基本单元模拟大分子光谱这一方案,使用纤维素单体仿真拉曼光谱来分析纤维素大分子的光谱性质.使用Gaussian 16软件基于密度泛函理论,在B3 LYP/6-31 g(d,p)的基组条件下,计算了不同外电场(-0.01～0.03 a.u.)下的纤维素单体的拉曼光谱,以及纤维素双链节的拉曼光谱.研究表明,在无外电场作用下,纤维素单体的拉曼光谱主要在449、597、842、1127、1361、1395和3005 cm-1处有特征峰,对其做振动分析,结果表明这些拉曼峰分别是由环(C6—C4—O20)伸缩振动、C—C—H扭曲振动、环(C4—O20—C2)伸缩振动、糖苷键(C2—O1—C8)的伸缩振动、CH2的弯曲振动、CH2的弯曲振动、CH2的伸缩振动产生.通过与实验值比较,纤维素单体仿真拉曼光谱与天然纤维素的实测拉曼光谱相吻合,故可通过对纤维素单体的第一性原理计算来反映纤维素大分子的拉曼光谱特性.当外电场由负方向变为正方向且逐渐增大时,597 cm-1对应的环C—C—H扭曲振动的振幅无明显变化,以无电场为基准,施加外电场时,振动能量减小光谱红移;1127 cm-1对应的糖苷键(C2—O1—C8)的伸缩振动振幅明显减小,光谱呈蓝移;CH2的弯曲振动在1395 cm-1处的特征峰光谱呈蓝移,在1361 cm-1处产生的光谱先蓝移再红移又再次蓝移,推测是弯曲振动区域更容易受到骨架振动和环境变化的影响.对比纤维素单体与双链节拉曼光谱的差异,除单体明显的特征峰外,双链节分子的在1041和151 cm-1处有明显的特征峰,其分别为仲醇C—O伸缩振动,C—O—H弯曲振动所产生,可对纤维素单体的拉曼光谱进行补充说明.这些结论为研究纤维素在外电场作用下的光谱提供理论依据,同时为其他大分子聚合物的拉曼光谱研究分析提供一种新的方法.

    纤维素电场拉曼光谱

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    新疆和田玉子料表皮次生矿物谱学研究

    刘淑红王露丝王礼胜康志娟...
    169-175页
    查看更多>>摘要：和田玉子料是经过长期的河流冲刷、搬运、沉积而成的和田玉次生矿石,因独特的皮色特征深受消费者喜爱.一段时期以来,和田玉子料价格不断上涨导致市场上出现不少人工制作的和田玉仿子料.对和田玉子料与仿子料的鉴别成为了消费者、从业者乃至鉴定实验室经常面临的难题.选用一组具有代表性的新疆和田玉子料样品开展研究,这些样品来源可靠并根据形态学和皮色分布特征进行了子料属性的确认,在此基础上通过宝石显微镜观察、激光拉曼光谱测试、红外光谱测试、X射线粉晶衍射光谱测试和紫外-可见光漫反射光谱测试对和田玉子料表皮的次生矿物进行了研究.宝石显微镜观察结果表明,和田玉子料表皮除了可见红-黄色皮及棕褐色树枝状矿物集合体外,可见裂隙内存在平行排列的片状矿物集合体,表皮凹坑内存在纤维状矿物、具极完全解理面矿物和不均匀薄膜状分布矿物等次生矿物.拉曼光谱测试表明,和田玉子料表皮基础矿物与其内部主要矿物一样仍为透闪石.和田玉子料表皮拉曼光谱的荧光强度和被测试区域的风化程度有关,强烈风化作用产物的荧光不仅使次生矿物的拉曼谱峰被掩盖,甚至使表皮原生矿物透闪石的次要谱峰也被弱化.红外光谱和X射线粉晶衍射测试显示,和田玉子料样品裂隙内、凹坑内等表皮部位存在的片状集合体、纤维状、具极完全解理以及呈薄膜状分布的次生矿物均为斜绿泥石.红、黄色皮紫外-可见光漫反射光谱的一阶导数谱图具430 nm附近和520～541 nm附近的谱峰,部分样品有575 nm附近的谱峰,指示着致色矿物为针铁矿和赤铁矿.子料的表皮次生矿物谱学研究表明,子料在大气、水等地质营力的长期作用下经历了一系列表生地质作用,形成了斜绿泥石、针铁矿等次生矿物,为子料和仿子料的鉴别提供了科学依据.

    和田玉子料次生矿物光谱学研究斜绿泥石针铁矿赤铁矿

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    新疆和田硬水铝石-蓝宝石谱学研究

    刘佳郑亚龙王成博尹作为...
    176-180页
    查看更多>>摘要：研究一种以籽料形式出现的被称为蓝色和田玉的宝石,其产量稀少,市场价格极高.因无前人研究,无规范命名,交易市场中其商业名称混乱.使用静水称重确定其相对密度为3.85 g·cm-3,长波紫外灯下,白色矿物部分呈橘色荧光,其他部位荧光为惰性.经显微观察,样品可见平直蓝色-白色色带、角状蓝色-白色色带以及深蓝-浅蓝色带,并可见大量白色脉状矿物.经正交偏光及微分干涉观察,确定脉状矿物与基底为不同矿物,且形成于基底之后.使用显微红外光谱仪,确定蓝色基底和白色色带红外吸收峰位于812/817、652/655、613/620 cm-1,符合刚玉特征振动;脉状矿物可见3019、2950、2129、1990、1121、1030、799、733、648和598 cm-1吸收,符合硬水铝石特征振动.通过显微紫外-可见-近红外分光光度计测定样品不同部位吸收光谱,其中白色色带未见明显吸收,脉状矿物见Fe3+的d电子跃迁6 A1→4 E,4 A1(4 G)导致的429和453 nm吸收及OH振动引起的1810、2030和2235 nm吸收,蓝色基底部位分别见Fe3+的d电子跃迁6 A1→4 E,4 A1(4 G)、Fe2+-Ti4+离子对电荷转移及Fe2+-Fe3+离子对电荷转移导致的421/418、562/566和702/709及868/889 nm吸收,且随着颜色加深,蓝区421 nm吸收发生蓝移,500～900 nm吸收发生红移,且吸收峰积分面积增加.通过X射线粉晶衍射定量分析确定样品中蓝宝石占比约66.9％,硬水铝石占比约33.1％,根据国家标准珠宝玉石名称(GB/T 16552—2017),建议命名为硬水铝石-蓝宝石.

    "蓝色和田玉"硬水铝石-蓝宝石红外光谱显微紫外可见近红外吸收光谱

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    墨西哥黄绿色磷灰石的宝石学和光谱学研究

    顾一露裴景成张誉慧尹希严...
    181-187页
    查看更多>>摘要：墨西哥Durango地区是宝石级氟磷灰石最丰富的产地之一,对该地磷灰石的研究集中于地质年代学和矿物学标准,宝石学和光谱学资料较少.作为一种发光材料,早期学者主要利用激光诱导的光致发光光谱对未知产地的磷灰石进行研究,缺乏三维荧光光谱的研究.采用基础的宝石学测试、LA-ICP-MS化学成分分析、红外吸收光谱、激光拉曼光谱、显微紫外-可见-近红外吸收光谱以及三维荧光光谱测试,系统性地对收集到的9颗墨西哥Durango磷灰石进行宝石学和谱学研究,旨在丰富墨西哥磷灰石的光谱学研究数据,并为产地鉴别提供科学依据.化学成分研究表明墨西哥磷灰石中稀土元素丰富,含量较高的La、Ce、Pr、Nd和Sm元素,平均含量分别达3956、5430、472、1596和213μg·g-1,具有明显的轻稀土元素富集,重稀土元素亏损的特点,δEu平均值为0.29,负Eu异常显著,Ca/P摩尔比接近岩浆磷灰石的标准值1.68,为岩浆作用的产物,且形成岩浆处于中等还原状态.红外吸收光谱指纹区606和575 cm-1吸收峰强度随方向的变化具有明显的规律性,能为晶体定向提供依据,官能团区显示3482、3538和3556 cm-1结构水相关的吸收峰.紫外-可见-近红外吸收光谱中,由Nd3+导致的528 nm的单峰和578和585 nm的双峰共同造成了黄绿区明显的透过窗,推测黄绿色体色由Nd3+造成;紫外光区298 nm的吸收峰是造成可见光紫区吸收边的原因,推测由Ce3+导致.三维荧光光谱最强荧光峰(λex300 nm/λem356 nm)由Ce3+的电子跃迁造成,红光区603和647 nm的发射峰由Pr3+和Sm3+的电子跃迁造成,与紫外灯下观察到的暗红色荧光现象相对应,推测暗红色荧光由Pr3+和Sm3+造成.该研究中系统的光谱学特征丰富了墨西哥产地磷灰石的谱学数据,并为产地溯源提供了科学依据.

    墨西哥磷灰石稀土元素UV-Vis-NIR吸收光谱三维荧光光谱

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    唐古特大黄FTIR的双指标序列分析及抗炎谱效关系研究

    郭亚菲曹强叶蕾蕾张成园...
    188-196页
    查看更多>>摘要：对于中药材的质量控制研究是中医药现代化的主要研究内容之一.唐古特大黄是一种常用中药,目前对唐古特大黄的质量控制研究多集中在总蒽醌类成分、游离蒽醌类成分以及指纹图谱,基于抗炎效果的质量标准研究尚为少数.采集不同产地、不同采收时间的18批唐古特大黄药材,对其粉末进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究,发现16个共有峰,18批次之间具有较高的相似性(0.798～0.900),相同产地(甘南产、青海产)的唐古特大黄相似度较高(相似度大于0.900的达80％以上),但两产地之间的相似度相对较低(相似度大于0.900的仅为69.44％),结合聚类分析发现不同产地唐古特大黄FTIR谱图存在一定差异性,产地可能是主要影响因素.建立双指标分析序列,可在一定程度上区分药材不同产地.脂多糖(LPS)刺激RAW264.7细胞建立炎性细胞模型,以NO抑制率作为炎性指标,测定不同批次唐古特大黄的NO抑制率.以共有峰透过率作为X,NO抑制率作为Y,采用SMICA14.1软件构建PLSR模型建立谱效关系,谱图中X14、X15、X11、X2四个共有峰VIP>1,其中X2与抗炎效果呈正相关关系,X14、X15、X11与抗炎效果现负相关关系.进一步建立数学模型得共有峰(X)与NO抑制率(Y)的关系Y=237.618+2.992X2-0.845X4+2.979X6-3.722X7+0.433X8-0.957X12-0.759X14-0.632X15(p=0.003<0.01,R=0.935),p<0.01代表构建数学模型有意义,R=0.935代表所构建数学模型可解释93.5％的数据.可知X2、X6与抗炎效果呈正相关关系,X4、X7与抗炎效果呈负相关关系,可预测体外抗炎效果,准确率达93.5％,但由于样本量过小,仅可用于解释本研究纳入数据.X6是由甲基的β(C—H)产生,可能与大黄素、大黄酸、大黄素甲醚、芦荟大黄素等蒽醌类成分有关.该研究将抗炎活性与红外光谱数据相结合,引入唐古特大黄质量评价体系,为唐古特大黄产业的健康发展提供新思路.

    唐古特大黄傅里叶变换红外光谱双指标序列聚类分析抗炎谱效关系

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