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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
收录年代

    多光谱法和分子对接模拟法研究茶碱和胃蛋白酶的相互作用

    王晓霞马力通孙吉盛聂智华...
    714-721页
    查看更多>>摘要:在模拟生理条件下,通过紫外可见吸收光谱法、傅里叶红外光谱、荧光光谱、三维荧光光谱、同步荧光光谱、圆二色谱等方法以及分子对接模拟法对茶碱(TPL)与胃蛋白酶(PEP)的结合机理进行了研究,在分子层面探讨TPL与PEP相互作用的机制,有助于对TPL的药理毒性、药效进行深入研究.根据Stern-Volmer方程,计算在298、303和308 K三种温度下TPL对PEP的动态荧光猝灭速率常数Kq远大于最大动态荧光猝灭常数2.0×1010 L·(mol·s)-1,证明TPL对PEP的猝灭方式为静态猝灭.随着TPL浓度的不断升高,PEP的动态猝灭常数Ksv呈规律性下降趋势,TPL可以有效对PEP的内源荧光进行猝灭,进一步判定作用机制为静态猝灭.三维荧光图谱分析表明,体系中随着TPL浓度的不断升高,PEP中代表色氨酸残基与酪氨酸残基以及肽链骨架结构的荧光强度峰值明显降低,且峰位发生红移,表明TPL对PEP的二级结构产生影响.同步荧光图谱分析表明TPL与PEP结合时,主要集中在色氨酸的残基上.红外光谱表明TPL引起PEP内官能团伸缩振动,使PEP的二级结构发生改变.紫外吸收光谱表明随着混合体系中TPL浓度增大,吸收峰峰值逐渐增大,表明TPL可以改变PEP的二级结构.分子对接模拟法表明,TPL与PEP中氨基酸残基GLU13、VAL30、TRP39、GLY76、GLY78、PHE117的结合作用力为范德华力,与氨基酸残基THR77、GLY217形成氢键,与氨基酸残基TYR75、LEU112、ILE120、PHE111之间存在疏水作用力,证明两者主要通过范德华力与氢键结合,进一步证明TPL改变了 PEP的二级结构.圆二色谱分析显示PEP中β-折叠的占比从50.2%下降至48.8%,α-螺旋结构的占比从8.1%上升到8.4%;β-转角的占比从18.3%上升到18.7%;无规则结构的占比从29.1%上升到29.2%,表明TPL改变了 PEP的二级结构.实验研究结果有助于了解TPL与PEP的结合作用机制,为TPL的使用及研究提供了数据依据.

    茶碱胃蛋白酶多光谱法分子对接模拟

    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

    李煜毕卫红孙建成贾亚杰...
    722-730页
    查看更多>>摘要: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0.4811.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.

    总有机碳紫外-可见吸收光谱蚁群-偏最小二乘算法粒子群-最小二乘支持向量机

    基于近红外光谱数据的一维卷积神经网络模型研究

    唐杰罗彦波李翔宇陈云璨...
    731-736页
    查看更多>>摘要:近红外光谱技术已被广泛应用于各种检测行业,但传统方法难以汇集光谱关键信息,导致模型预测误差较大.为减少误差,基于452个茄科植物,以化学成分为目标,探索了一维卷积神经网络(1DCNN)在近红外数据上的回归模型研究.经参数优化,总结了一套兼顾精度与训练效率的1DCNN模型参数,为后续模型研究提供参考.模型测试集的均方根误差为0.02~0.49,平均相对误差为0.8%~1.7%,远小于历史文献.相比传统方法,1DCNN可充分利用全部近红外谱图数据,且建模简单,模型预测能力强.该工作能为近红外光谱相关研究提供新的数据处理思路,也能促进该技术的应用与发展.

    一维卷积神经网络近红外光谱深度学习

    基于Lasso-Huber的近红外光谱特征波长选择方法及应用

    郭拓徐凤捷马晋芳肖环贤...
    737-743页
    查看更多>>摘要:在近红外光谱(NIRS)波长筛选过程中,当变量数目远大于样本量时,特征波长的选择是一个极具挑战性的问题.Lasso与Elastic Net算法虽被用于大维小样本数据的变量选择,但二者均以最小平方误差作为损失函数的度量方法来选择特征变量.因此,当样本中含有异常点时,经两种算法建立的模型对异常点更加敏感,导致模型向异常点偏移,鲁棒性降低.针对上述问题,采用Huber函数作为损失函数,提出了 Las-so-Huber 法进行近红外特征波长选择,结合偏最小二乘(PLS)方法建立安胎丸质控指标成分的定量校正模型,并与全波长建模、Lasso与Elastic-Net方法波长选择后建模的模型性能进行对比.本实验采集21批安胎丸的近红外光谱数据共116条,其中101条数据作为校正集,采用留一交叉验证法对模型进行内部验证,另外15条数据则作为验证集用于外部验证.对于校正集中的异常光谱,使用基于主成分分析(PCA)的马氏距离法(MD)进行检测.以安胎丸的质控指标成分之一阿魏酸为例,采用Lasso、Elastic-Net和Lasso-Huber方法分别筛选了安胎丸样品无异常光谱中69、155和87个特征波长.其中Lasso-Huber法结合PLS建立的预测模型效果最佳,外部验证的R2p和SEP分别为0.953 1和0.058 7.此外,通过对校正集中是否包含异常光谱的校正模型预测性能对比发现,Lasso-Huber法在包含异常光谱的建模中更具优势.结果显示,Lasso-Huber 算法优选出最佳波长点数为88,结合PLS建立的模型性能R2v为0.967 3,而Lasso方法的R2v为0.840 5,Elastic-Net方法的R2v为0.834 7,全波长建模的R2v为0.852 0.可见,在含有异常光谱的样本中,Lasso-Huber法不仅减少了特征波段的数量,同时降低了算法对异常光谱的敏感性,提高了模型的准确度和鲁棒性.从简化模型的角度上比较,Lasso法和Elastic-Net法的建模时间分别为61.826 0和79.959 9 s,而Lasso-Huber建模时间仅为1.360 8 s,因此,该算法更有望未来集成于实际生产应用的近红外光谱建模软件中.

    近红外光谱波长选择大维小样本定量校正模型Lasso-Huber

    改进遗传算法嵌入经典分类算法实现润滑油添加剂微小量多种类同步识别

    夏延秋谢培元NAY MIN AUNG张涛...
    744-750页
    查看更多>>摘要:在润滑油中加入微少量添加剂就能使润滑油获得某种新的特性或改善润滑油中已有的某些特性的性质.针对机械设备润滑油中微小量添加剂多种类识别问题,基于python语言进行模型建立,采用基础油PAO-10和三种商用润滑油添加剂T321、T534、T307按照不同比例配制了 8种不同样本.采用Thermo Sci-entific Nicolet iS5型傅里叶变换红外光谱仪采集了样本4 000~400 cm-1范围附近的中红外光谱信息,并对样本中红外光谱数据采用Min-Max归一化进行预处理.使用两种经典分类算法,包括一对多支持向量机(OVRSVMs)、随机森林(RF),嵌入遗传算法(GA)实现中红外光谱特征波段筛选.为避免GA收敛过快和易陷入局部最优解,对GA的选择算子进行了改进,形成基于局部搜索算子的遗传算法(LGA),从而建立多类别分类模型的构建方法.结果显示:嵌入GA筛选波段后的新模型的种类识别准确率从利用经典分类算法对原始波长数据的 OVR SVMs(83.33%)、RF(87.50%)提升至 OVR SVMs+GA(100%)、RF+GA(100%);而嵌入LGA的新模型在保持原模型高准确率的情况下,RF+LGA筛选得到的特征区间长度为原光谱数据长度的36.7%,并且与添加剂物质的红外吸收峰有很好的对应情况.新模型不仅适用于只含单一添加剂的情况,对含有两种及两种以上添加剂的同步识别仍然具有近100%的较高识别率.表明所构建模型可以有效实现微小量润滑油添加剂的快速、准确、多种类同步识别.

    润滑油添加剂中红外光谱经典分类算法改进遗传算法特征波段筛选

    地氯雷他定的光谱检测方法研究

    葛学峰时斌唐梦圆籍康...
    751-755页
    查看更多>>摘要:地氯雷他定(DL)是一种治疗过敏性鼻炎和慢性荨麻疹的经典抗组胺药,在采用光谱法研究其结构相关的N—H键时,检测结果会受到不同预处理方式及测试方法的影响.采用透射模式傅里叶变换红外法(TR-FTIR)对DL进行检测,常规氯化钾压片法获得的光谱在3 325和3 304 cm-1处出现2个较弱的峰高约为1∶1的N—H伸缩特征吸收峰;石蜡糊法没有明显信号;样品先与石蜡混合成糊状再加入氯化钾压片,则会在3 327和3 304 cm-1处出现2个峰高约为1∶2.3的特征吸收峰;采用衰减全反射式傅里叶变换红外光谱法(ATR-FT1R)对DL进行检测,无论是改变ATR晶体类型还是改变仪器的检测器,此区间几乎检测不出特征峰;采用漫反射式傅里叶变换红外光谱法(DRS-FTIR),不需要对样品进行预处理,能检测出3 327和3 304 cm-1处2个峰高比约为1∶5的特征吸收峰.采用傅里叶变换拉曼方法(FT-Raman),无需预处理,信噪比高,能检测出3 327和3 304 cm-1处2个峰高比约为1∶6的特征峰;而分别采用激发波长为532、633和785 nm的激光拉曼,荧光信号很强,1 700 cm-1以上观察不到任何有用信号.为了进一步研究预处理过程对DL的影响,采用差示扫描量热法(DSC)对不同预处理后的样品进行了熔点测试,结果显示:(1)DL原样熔点为156.4 ℃,DL进行研磨后的样品熔点为156.6 ℃,DL与氯化钾进行物理混合后的样品熔点为156.6 ℃,说明研磨及物理混合对DL的晶型没有造成破坏;(2)DL与氯化钾一起混合研磨的样品,熔点为153.0 ℃,与石蜡混合后熔点为141.5 ℃,先石蜡制糊再加入氯化钾研磨的试样,熔点为145.0 ℃,熔点均比原样明显偏低且熔程变宽,说明这些预处理可能使原样的结构发生了变化.为避免预处理过程引入的不确定性,在对DL进行光谱检测时建议选用DRS-FTIR及FT-Raman方法.

    地氯雷他定红外光谱拉曼光谱热分析

    双波长近红外拉曼光谱仪及在腐蚀产物分析中的应用

    王茂成李赣程浩姜维...
    756-761页
    查看更多>>摘要:在拉曼光谱测试中某些物质存在荧光发射背景,由于荧光强度一般比拉曼散射强度高几个数量级,在荧光干扰时几乎无法获得有效的拉曼光谱信号.为抑制荧光背景,可选用近红外波段激光作为激发光源,而硅基探测器在1 000 nm以上波段时光量子效率严重下降,导致近红外拉曼光谱仪器难以探测3 000 cm-1以上的波段,存在荧光抑制效果与检测范围无法兼顾的问题.由于高波数的拉曼特征峰是识别材料种类和解析材料结构的重要依据,如氨基的N—H伸缩振动峰在3 300 cm-1附近、OH-伸缩振动峰在3 650 cm-1,这些基团是分析材料腐蚀产物、水合物、有机物等的重要依据.因此,迫切需要开发一种解决拉曼光谱仪器无法兼顾荧光抑制效果和检测光谱范围问题的方法.该工作提出一种采用光谱仪固定检测波段、730和830 nm双波长激光"接力"激发的方案(即830 nm激发低波数拉曼、730 nm激发高波数拉曼).通过双激光波长"接力"激发、固定检测波段的新设计,可有效拓宽检测范围至200~3 700 cm-1,并且不会降低光谱分辨率(达到6 cm-1),与此同时整机光路无机械可动部件,可靠性高便于实现便携式设计.通过样机进行测试,证明该技术方案具备高灵敏度、较好荧光抑制效果、宽检测范围和较高光谱分辨率等优势.通过研制的双波长近红外拉曼光谱仪获得了铀腐蚀产物、有机涂层下的LiH潮解产物的清晰拉曼信号,解决了特种材料无损检测的技术难题.该技术也适用于其他研究及检测领域,特别是拉曼散射截面小、荧光背景高的物质检测.由于双波长近红外拉曼光谱仪可覆盖200~3 700 cm-1检测范围,为多数水合物、含羟基及氨基官能团物质的拉曼检测提供了一种可行的技术途径.

    荧光抑制高波数无损检测便携式拉曼光谱仪双波长激发

    乌兹别克斯坦拜松市拉巴特墓地出土珠饰的分析研究

    吴晨刘松梁云赵凤燕...
    762-769页
    查看更多>>摘要:2017年-2018年度,中乌联合考古队在乌兹别克斯坦共和国拜松市拉巴特墓地进行了考古发掘,发掘墓葬94座,出土了丰富的遗迹遗物.考古学初步研究表明,该墓地为公元前2世纪末到公元2世纪的一处月氏文化墓地,文化因素丰富,为古代月氏文化面貌研究及北巴克特里亚地区公元前2世纪至公元2世纪的古代文化研究提供了重要的考古新资料.拉巴特墓地发掘中出土各类材质珠饰1 500余件,选取了其中典型人造硅酸盐质珠饰残样13件,采用超景深三维显微系统(OM)、能量色散型X射线荧光光谱(EDXRF)、扫描电子显微镜能谱分析(SEM-EDS)、激光拉曼光谱(Raman)等方法对其进行了科技分析,确定了这些人造硅酸盐质珠饰的材质属性和部分制作工艺相关信息,结合材质和工艺特点探讨了拉巴特墓地人造硅酸盐质珠饰可能的产地.结果表明,该遗址人造硅酸盐质珠饰包括富钠费昂斯、泡碱型钠钙玻璃、植物灰型钠钙玻璃、高镁钠钙玻璃、矿物碱型钠铝玻璃、植物灰型钠铝玻璃和钾玻璃等多种材质.其中,富钠费昂斯的产地与西亚有关;已分析出的六类玻璃产地涉及西亚、地中海周边、印度、巴基斯坦、中亚等多个地区.研究表明拉巴特墓地所处区域在公元前2世纪末期到公元2世纪文化面貌丰富,与西亚、地中海、南亚等地的经济贸易往来频繁、人群间文化互动丰富.

    拉巴特墓地珠饰费昂斯古代玻璃

    基于冬小麦高光谱图像的天然气微泄漏胁迫区域提取

    李辉刘姁升蒋金豹陈绪慧...
    770-776页
    查看更多>>摘要:天然气在能源结构中逐渐占据重要地位.由于天然气管道和储气库常年埋藏于地下,无氧腐蚀、自然灾害、注入井和管道口松懈等因素会导致气体发生泄漏.在地下储存天然气大规模泄漏之前确定泄漏点的位置并做出早期判断和预警十分必要.以冬小麦为研究对象,采集4期高光谱图像数据,融合其图像、空间、时相特征,探寻天然气胁迫下冬小麦胁迫范围半径和时长之间的关系,并间接探测天然气微泄露点.一方面对连续统去除后的冬小麦高光谱图像数据进行连续小波变换并利用CWTmexh指数[CWTmexh=CW2770/(1-CW487)× CW550]对高光谱胁迫组图像进行微泄露点信息提取,另一方面提取高光谱图像数据的PCA特征,基于SVM分类器提取天然气胁迫区域.最后将天然气微泄露识别结果进行数学形态学分析,并利用最小二乘对胁迫区域进行圆曲线拟合,探索天然气泄漏胁迫半径与胁迫天数的关系.结果表明:(1)CWTmexh指数应用到成像高光谱数据表现出较好的识别性能;(2)SVM分类器可基于光谱差异性特征识别冬小麦胁迫区域,分类精度较好,最大分类精度可以达到99.25%,Kappa系数为0.97,且识别精度随天然气胁迫持续而增加;(3)冬小麦受胁迫区域半径和通气天数呈现强烈的线性相关.因此,结果表明,在冠层尺度和低空尺度通过高光谱遥感监测地表植被间接识别天然气微泄漏点具有可行性,可以预测地下天然气微泄漏随着时间变化引起的胁迫区域变化.该工作为星载高光谱遥感监测地下储存天然气泄漏点提供科学依据,为以后的工程应用提供技术支持.

    天然气微泄漏冬小麦高光谱图像空间特征

    黄绿色羟基磷铝锂石的谱学特征及其颜色成因

    张娟李可心秦冬梅包德清...
    777-783页
    查看更多>>摘要:磷铝锂石为含F和OH的连续固溶体矿物,属于一种稀有宝石品种,然而国内对其鲜有研究报道,尤其对快速无损估计F含量从而确定宝石名称以及宝石颜色成因研究较少.对市场上收集的黄绿色宝石级磷铝锂石分别进行常规宝石学、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)测试与分析.常规宝石学测试结果显示较高的折射率和较低的相对密度的特征均指示研究样品属于羟磷铝锂石端元.研究样品在400~1 500 cm-1的红外光谱指纹区表现为430 cm-1的吸收谱带,归属Li—O键的弯曲振动;494、546、604和664 cm-1的吸收为PO43-的弯曲振动和A1O6键的伸缩振动共同作用所致;~832 cm-1为OH的弯曲振动(δOH);~1 032、~1 090、~1 211 cm-1为PO43-的伸缩振动.~3 386 cm-1左右,是OH的伸缩振动(vOH).拉曼光谱显示样品具有305、430、489、648、806、893、1 013、1 058、1 107、1 193和3 367 cm-1等典型拉曼峰.在3 367 cm-1左右的相对较宽的峰是典型的OH伸缩振动,1 000~1 200cm-1之间的一组峰是PO43-的非对称伸缩振动(V3).在600 cm-1以下的拉曼光谱峰,为PO43-的非对称伸缩振动和Al—O键的伸缩振动所致.通过利用折射率高值指数、红外和拉曼光谱指数对磷铝锂石F含量进行了综合估算,折射率高值指数nγ、拉曼光谱中3 367 cm-1左右的峰值和1 058 cm-1左右的峰值之差以及3 367 cm-1附近拉曼峰的半高宽(FWHM)指数是氟磷铝锂石-羟磷铝锂石系列中F含量的良好指标,可被用于快速和间接地半定量估计磷铝锂石刻面宝石的F含量.激光剥蚀电感耦合等离子体质谱LA-ICP-MS结果显示,研究样品的主要元素组成为P2O5、Al2 O3和Li2O外,还含有微量的Fe,与羟磷铝锂石的化学成分相符.Fe在磷铝锂石中以类质同象取代Al,O2-—Fe3+之间电价转移,Fe3+—Fe2+价键间电荷转移和Fe3+的d—d轨道的自旋禁阻跃迁同时对蓝紫区和橙红区的吸收,与紫外-可见光谱测试结果反映出蓝紫区(300~420 nm)和黄橙区(590 nm附近)的吸收较为一致,可能是导致羟磷铝锂石呈黄绿色调的主要原因.

    羟基磷铝锂石LA-ICP-MS紫外-可见吸收光谱拉曼光谱颜色成因