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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

    基于拉曼光谱结合CNN-LSTM深度学习方法的铁皮石斛总黄酮含量快速检测研究

    刘宗溢张彩虹蒋健康沈斌国...
    1018-1024页
    查看更多>>摘要：铁皮石斛具有很高的商业价值和营养价值,将云南文山、广西金秀、安徽霍山、浙江台州四个产地共130个样品作为研究样本,在785 nm激光下利用便携式拉曼光谱仪获得了铁皮石斛拉曼光谱,采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法测定铁皮石斛总黄酮含量.以每条经过归一化后的拉曼光谱数据作为输入,利用Savitzky-Golay卷积平滑(SG平滑)、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)等不同预处理方法对光谱数据进行处理,以偏最小二乘(PLS)、支持向量机(SVM)和卷积神经网络-长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)模型作为比较,竞争自适应重加权采样(CARS)作为波长选择方法,对不同的机器学习模型进行比较研究.采用以下预测质量指标:校正集、测试集相关系数(Rc、Rp),校正集、测试集均方根误差(RM-SEC、RMSEP),评价铁皮石斛总黄酮含量预测模型的性能.结果表明:光谱在经过SNV预处理之后,CNN-LSTM方法预测铁皮石斛总黄酮含量准确率最高,Rc、Rp分别为0.983和0.964,RMSEC、RMSEP分别为0.032和0.047 mg·g-1.结合拉曼光谱建立的SNV-CNN-LSTM深度学习模型准确可靠,具有很强的鲁棒性,优于传统的机器学习模型(PLS、SVM).利用拉曼光谱结合CNN-LSTM模型对铁皮石斛总黄酮含量进行预测,克服了传统的理化鉴别法的缺陷,具有快速无损的特点.该方法能对铁皮石斛的品质进行区分,并加快药食同源植物市场铁皮石斛产业化,构建自主品牌并增加其影响力,同时此项技术也可应用于消费者和市场监管部门.

    铁皮石斛拉曼光谱卷积神经网络-长短期记忆神经网络总黄酮含量快速检测

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    光谱技术用于泥炭甲烷发酵残渣腐植酸的影响研究

    路亚楠马力通李丽萍李冉冉...
    1025-1030页
    查看更多>>摘要：生物甲烷化可能是泥炭低碳转化最有利的方法,为探索泥炭甲烷发酵残渣再利用提取腐植酸,实现泥炭甲烷发酵耦合腐植酸提取新工艺,需要解析碱液对甲烷发酵残渣腐植酸得率、纯度、结构的影响.以草本泥炭为原料,先进行氢氧化钠预处理再甲烷发酵,残渣采用碱溶酸析法提取腐植酸,分别采用氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂和焦磷酸钠萃取,对得到的腐植酸样品进行产率、纯度分析和紫外-可见光谱、红外光谱、荧光光谱表征.结果表明,不同萃取剂萃取、氢氧化钠预处理甲烷发酵均对泥炭腐植酸产率、纯度、结构有明显影响.氢氧化锂萃取氢氧化钠预处理甲烷发酵与对照组残渣腐植酸产率、纯度均最高,产率分别达43.59％、41.07％、纯度分别是70.4％、70.6％.焦磷酸钠萃取泥炭腐植酸中羟基、甲基、亚甲基、醚键含量较多,芳构化程度较低;氢氧化钠萃取泥炭腐植酸酮、醛、羧酸和苯环等结构含量丰富,芳构化程度较高.氢氧化钠预处理甲烷发酵残渣腐植酸羟基、甲基、亚甲基、醚键含量均降低,羰基、苯环含量较高,芳构化程度增大.甲烷发酵残渣提取泥炭腐植酸的变化特征研究表明,氢氧化钠预处理甲烷发酵对碱溶酸析法提取泥炭腐植酸的结构有明显影响,泥炭甲烷发酵残渣再利用提取腐植酸工艺可行.

    泥炭残渣再利用腐植酸甲烷发酵碱液

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    三维荧光光谱结合IGOA-SVM分类鉴别油类污染物

    程朋飞朱燕萍潘金燕崔传金...
    1031-1038页
    查看更多>>摘要：溢油污染是一种典型的环境污染形式,通过多重渠道危害着生物多样性和人类自身安全.因此,针对油类污染物自身组成成分及其特性,采用多种方法相结合的方式,对其进行实时、精确、高效的检测对生态环境监测具有重要意义.三维荧光光谱分析法以其检测精度高、实时性好、操作简便、干扰性小等优势在荧光类物质检测领域应用十分广泛.三维荧光光谱结合支持向量机等算法在物质分类鉴别和浓度预测方面取得较好的成效,但仍存在收敛速度慢、易陷入局部最优等缺陷.将三维荧光光谱与改进蚱蜢优化支持向量机算法(IGOA-SVM)相结合,提出一种对油类污染物分类鉴别的新方法.首先,以0.1 mol·L-1十二烷基硫酸钠溶液作为溶剂,将0#柴油、95 #汽油和煤油以不同浓度配比配制成0#柴油和95 #汽油、0 #柴油和煤油两组分混合样本20个和18个,三组分混合样本20个,各取一半为训练集和测试集.然后,采用F-7000荧光光谱仪采集混合溶液的荧光数据,分析三种油的标准溶液及配制的混合溶液,发现荧光光谱均在一定范围内存在不同程度的重叠现象,仅利用光谱检测无法准确鉴别.最后,结合混沌初始化、精英优化算法和差分进化算法对蚱蜢优化算法进行改进,提取激发波长270 nm,发射波长270～450 nm范围内的荧光峰数据作为训练的输入值,以三种分类标签作为输出,将数据分别输入到蚱蜢优化支持向量机算法(GOA-SVM)、粒子群优化支持向量机算法(PSO-SVM)和遗传优化支持向量机算法(GA-SVM)中进行训练,IGOA-SVM 模型在收敛速度、稳定性和跳出局部最优能力上明显优于GOA-SVM、PSO-SVM和GA-SVM,为油类污染物的准确鉴别提供了一种新思路.

    三维荧光光谱改进蚱蜢优化算法支持向量机石油类污染物

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    拉曼光谱联合WOA特征筛选的矿井水源识别方法研究

    周茗皓陈小刚崔继峰卞凯...
    1039-1044页
    查看更多>>摘要：在矿井突水灾害防治过程中,准确、快速判别突水水源类型对煤矿安全生产意义非常重大,而传统的水化学方法存在耗时长、检测复杂等不足,为此提出采用拉曼光谱进行矿井突水水源辨识这一新思路.首先从淮南矿区采集老空水、顶板砂岩裂隙水、奥灰水、太灰水和地表水以及它们混合的水样作为实验对象,并借助拉曼光谱系统收集水样的拉曼光谱数据.随后,采用常见的光谱预处理方法对原始拉曼光谱进行降噪.接着,采用鲸鱼优化算法(WOA)对水样的拉曼光谱进行特征信息筛选,得到最能够表征矿井水样的特征拉曼信息.最后,将筛选出的特征拉曼信息作为输入,分别构建BP神经网络(BPNN)、K-近邻算法(KNN)、支持向量机(SVM)、决策树(DT)以及朴素贝叶斯(NB)分类模型,以此来验证拉曼光谱结合WOA筛选特征拉曼信息用于矿井水源识别的可行性.实验证明:利用WOA可以从2 048个拉曼数据点中筛选得到102个特征拉曼信息,将拉曼信息的点数缩减为原来的4.98％,而且WOA筛选的特征拉曼信息的建模精度高于全拉曼数据建模精度,此外,采用WOA筛选的特征拉曼信息构建BPNN、KNN、SVM、DT和NB水源辨识模型时,其分析速度都有着不同程度的提升.研究结果表明,采用WOA筛选矿井水源拉曼光谱的特征信息,可以有效地减少拉曼光谱数据的冗余,提升拉曼光谱分析的速度,这可以为矿井水源的快速检测提供借鉴.

    拉曼光谱矿井突水水源识别鲸鱼优化算法特征筛选

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    基于正交试验的粒子群优化算法对火焰原子吸收光谱法分析金元素参数的优化

    王鹏何涛白金峰冯小娟...
    1045-1051页
    查看更多>>摘要：国内新一轮战略找矿行动全面启动,金矿产资源以其独特的稀有性和战略性具有特殊意义,其分析检测技术直接影响金元素的准确测试.以矿石中金元素为研究对象,采用正交试验设计方案对实验要素中的王水浓度、振荡时间和硫脲浓度进行方法测试,测定结果相对误差为量化指标;按照层次分析法(AHP)中确定要素指标、建立矩阵、一致性判断步骤计算要素权重为(0.252,0.159,0.589),通过客观赋权(CRITIC)法计算正交试验数据的对比强度和冲突性,计算要素权重为(0.452,0.172,0.377),提出基于AHP-CRITIC混合加权算法对要素权重综合分析,其结果为(0.314,0.075,0.611);利用粒子群算法构建粒子多维空间,通过粒子的速度和方向属性迭代位置设计算法流程图,在迭代过程中结合混合加权算法结果通过线性递减的方式校正惯性权重,优化粒子在迭代初期和末期的学习因子,结合正交试验结果利用粒子群算法建立目标适应度函数,改进算法流程,应用MATLAB软件仿真模拟粒子群迭代过程,从全局各位置和方向逐渐向最优组合收敛,得到优化后的粒子群算法寻找原子吸收光谱法分析金元素的最佳条件参数为王水浓度10.62％、振荡时间32.8 min、硫脲浓度9.5 g·L-1.粒子群优化算法验证结果表明,在分析条件最优化参数下对金标准分析物质GAu-15a、GAu-16b、GAu-17b、GAu-18b、GAu-19b、GAu-22a进行11次平行性试验测试,计算其平均值、相对误差和相对标准偏差指标,均满足《地质矿产实验室测试质量管理规范》,表明基于正交试验的粒子群优化算法对于原子吸收光谱法分析金元素参数的优化问题科学可行,验证了该优化算法的正确性和稳定性,对国内新一轮战略找矿事业提供新的研究思路.该方法提出混合加权算法结合进化计算技术对多目标参数寻求最优解,有望拓展于分析实验室其他领域的测试环境,更展望应用于寻求参数优化方向的科学研究中.

    金层次分析法CRITIC混合加权粒子群算法原子吸收光谱法

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    利用ATR-FTIR研究脂质纳米粒的鼻黏液渗透性

    王健敏李雪梅马士超李志勇...
    1052-1060页
    查看更多>>摘要：鼻黏液是影响疫苗和药物经鼻吸收的首要屏障.由于干扰因素复杂多变,在体评价黏液渗透性较难实施,多采用体外评价.现有的药物鼻黏液渗透性检测方法如细胞模型法、多粒子示踪技术等,存在细胞培养周期长、操作繁琐、成本高、可获得信息少且需要进行荧光标记等不足,对鼻黏膜制剂的体外评价具有很大的局限性,因此迫切需要建立一种快速、简便、灵敏的鼻黏膜制剂黏液渗透性评价方法.基于衰减全反射-傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)对药物结构以及粘蛋白二级结构变化的敏感性,利用其对不同性质(粒径与电荷)脂质体的鼻黏液渗透性进行研究,通过FTIR图谱分析不同脂质纳米粒与黏液中粘蛋白的相互作用,建立了鼻黏膜制剂黏液渗透性的体外评价方法.方法学研究表明,对于聚乙二醇10000(PEG10000)、壳聚糖、海藻酸钠脂质体,该方法线性关系分别为Y=2.386 6X+2.154、Y=1.870 3X+0.278 9、Y=1.130 14X+0.060 9,线性相关系数分别为0.995 8、0.994 5、0.990 9,精密度RSD值分别为0.62％、0.73％、0.95％;重复性试验中RSD值分别为0.83％、0.97％、0.88％,说明该方法线性关系良好、精密度高、重复性好,可用于体外评价药物制剂在黏液中的渗透性.研究结果表明,利用ATR-FTIR在不同时间内扫描样品可得到不同脂质体制剂样品的强度增加的吸收带.对于不同粒径PEG脂质体而言,粒径越小其黏液渗透性越强;对于不同电荷脂质体而言,壳聚糖脂质体黏液渗透性最弱,海藻酸钠次之,PEG脂质体黏液渗透性最强.进一步研究表明,不同电荷脂质体黏液渗透性的差异源于其与粘蛋白相互作用,该结论可通过分析粘蛋白酰胺Ⅰ带所包含的各二级结构信息得到.综上,基于ATR-FTIR所建立的体外评价方法灵敏简便,可作为多种不同制剂的鼻黏液渗透性的快速测定,经改进后还可用于药物制剂在其他黏液中的渗透性评价,应用前景广阔.

    脂质纳米粒ATR-FTIR光谱渗透鼻黏液

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    1060页
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    实验室光源的微束X射线荧光成像系统研制及应用研究

    张文星陶芬刘一邓彪...
    1061-1066页
    查看更多>>摘要：微束X射线荧光成像(μ-XRFI)是无损获取样品内部元素微区分布信息的重要方法,主要应用于微米量级区域内的元素分辨成像.同步辐射是μ-XRFI的理想光源,由于其装置庞大、造价高昂,用户机时紧张,并不适宜于常规应用.基于实验室X射线光管、多毛细管聚焦镜、高精度样品台及硅漂移探测器,研制了一套具有元素分辨的μ-XRFI系统,性能测试结果表明该系统可以测量分析元素含量为0.001％量级的溶液样品和优于20μm的空间分辨能力.基于该μ-XRFI系统开展了应用研究,获得了小鼠脑、芯片及古代陶瓷样品中的多种主要元素及微量元素的空间分布,结果表明该系统可满足μ-XRFI的需求,可为生物医学、电子元件检测、瓷器色彩成分鉴定等领域研究提供帮助.

    实验室X射线光管多毛细管聚焦镜荧光成像元素分辨

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    便携式X射线荧光光谱仪对粉丝中KAl(SO4)2的快速检测技术研究

    苏莹周陶鸿刘杰黄徽...
    1067-1072页
    查看更多>>摘要：硫酸铝钾[KAl(SO4)2]又称明矾,常被加入到粉丝的制作工艺中为了改善粉丝韧劲差、易断裂的缺点,也能在一定程度上提升粉丝的口感.硫酸铝钾中的铝元素具有神经毒性,长期摄入过量的铝对人身体健康具有极大危害.常规测定粉丝中硫酸铝钾时,样品需要消解,处理方法繁琐且费时.而便携式X射线荧光光谱仪(XRF)具有体积小、操作简便、检测速度快和灵敏度高等优点还能同时测定多种金属元素.以粉丝为研究对象,以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)为参比,建立了 XRF对粉丝中的KAl(SO4)2的快速检测与鉴别新方法,并将XRF技术用于鉴别粉丝中是否添加KAl(SO4)2.首先使用方程对仪器进行基体效应修正,建立了峰面积和浓度的线性曲线,校正的工作曲线拟合R2＞0.99,可用于粉丝样品的测定.对仪器的检测条件进行优化.将样品直接上机测定时,XRF测试结果相对误差在0.65％～24.33％范围内.针对KAl(SO4)2中铝含量小于100 mg·kg-1的粉丝样品可采用快速碳化处理,将粉丝中低含量的铝富集后再测定,XRF测试结果相对误差为1.36％～15.39％,碳化处理极大缩短了样品直接测定的相对误差.研究发现添加了硫酸铝钾的粉丝标样Al、S和K元素成相关性,三种元素的比例在1∶3∶1～1∶4∶1范围内,而未添加硫酸铝钾的粉丝并不满足这个比例.便携式XRF能高效完成大批量样品分析,单次测试仅需5 min,方法快速、简便、经济、精密度高,同时可快速鉴别粉丝中是否添加KAl(SO4)2,及时发现食品质量安全隐患,为粉丝的质量控制提供了新思路,具有广泛的实际推广意义.

    能量色散X射线荧光粉丝硫酸铝钾碳化

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    改进的局部最值分段多项式拟合算法精确校正拉曼光谱基线

    田超凡李剑君翁国军朱键...
    1073-1080页
    查看更多>>摘要：基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义.目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁琐,处理结果差异较大.同时,在使用过程中,多项式阶数及移动分段窗口难以选择确定,因此处理的结果常出现欠拟合或过拟合现象.针对传统多项式拟合算法的此类局限性,改进了局部最值分段多项式拟合(NPPF)算法用于精确校正拉曼光谱基线.首先采用了改进的基于分段的局部最值算法,选取光谱中最宽峰底部轮廓的近似横向宽度作为背景点窗口宽度,依次选取窗口内的最小两个值作为需要拟合的背景基线点,避免直接比较或者人工选取导致的背景点选取困难,实现更准确地选取每个背景轮廓基线点.然后通过每个窗口三次拟合迭代覆盖的方式,得到三个拟合曲线函数,选取窗口内每个点对应三个曲线函数值,分别计算与前一拟合值的差值绝对值,取绝对值最小的曲线函数值作为此点拟合曲线值,从而较好地避免了传统分段多项式拟合(PPF)算法中的欠拟合和过拟合现象,同时也确定了拟合过程中的阶数和分段窗口.模拟了两种不同背景类型的拉曼光谱,将NPPF与PPF算法分别对两种模拟光谱进行处理比较,发现NPPF处理结果均方根误差(RMSE)小,证实NPPF较于PPF的优越性.最后,对实际样品(烯啶虫胺、罗丹明6G)的拉曼光谱进行了 NPPF和PPF对比处理,发现NPPF的拟合基线较为准确,证实该算法NPPF在拉曼光谱基线校正预处理中具有广泛的实际应用价值和前景.

    拉曼光谱多项式拟合基线校正局部最值

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