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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

    徐州土山二号汉墓中白灰材料的科学研究

    李婷王茜蔓贺康特刘妍...
    1661-1667页
    查看更多>>摘要：徐州土山二号墓是近年来发掘的一座重要的东汉早期诸侯王级墓葬,并成功入选2020年度全国十大考古新发现.该墓葬属于砖室墓,墓葬中多处、大量使用白灰的情况为同时期墓葬中所罕见,代表着当时高度发达的白灰生产和应用的工艺水平.白灰是中国古代应用最为广泛的胶凝材料之一,但目前针对它的科学研究仍存在着较大的空白.为深入探究土山二号白灰的成分和功用,对该墓中白灰的使用情况进行了调查,并利用X射线衍射分析(XRD)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)、扫描电镜显微观察(SEM)、碘淀粉实验和多孔材密度、孔隙率、吸水率测试、X射线荧光光谱分析(XRF)等多种技术手段对各类白灰样品进行了分析测试.研究结果显示,土山二号墓中的所有白灰样品均由天然石灰石经人工煅烧后生成,且没有添加骨料成分,反映出汉代时古人烧制石灰的工艺已经十分纯熟;白灰的原材料都来源于利用徐州本地青石类高钙天然材料烧制的石灰,碳酸钙含量到达了 85％以上,说明当时在煅烧石灰时已经具有优选原材料的意识;石灰在墓中具有多种用途,包括墓室砖石墙体的砌筑灰浆、墓室踢脚线和顶券的装饰抹灰及棺内墓主尸身下防腐吸潮的衬灰等,说明当时人们已经对石灰的性质有了相当的了解并能够将之善加利用;样品由于与外界自然环境接触,发生了明显的侵蚀和风化,亟需进行加固保护处理.该研究对于了解中国东汉时期古人对石灰性能的认识及其在生产生活中的应用等科技文明发展状况具有重要意义,也为后续相关文物的保护提供了科学的参考.

    土山汉墓白灰分析测试科学研究

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    基于CNN与LSTM复合深度模型的恒星光谱分类算法

    李浩赵青崔辰州樊东卫...
    1668-1675页
    查看更多>>摘要：恒星光谱分类是天文学领域中非常重要的研究方向.随着科技的迅猛发展,大型巡天望远镜采集的恒星光谱数据已经达到了 TB或甚至PB级别,传统的分类方法已经无法满足如此庞大数据量的处理需求.正确分类光谱对于研究恒星的物理性质以及演化过程具有重要意义.CNN通过卷积运算学习数据的局部特征,去除冗余信息,并通过最大池化运算对特征进行压缩.然而,由于原始CNN模型的全连接层缺乏长距离依赖挖掘的功能,如果加入LSTM网络,通过其独特的三个"门"的远距离依赖挖掘能力可提取的重要特征,并检测特征中的微小差异,恰好可以解决这个问题.因此,提出了一种基于CNN和LSTM复合的深度模型,用于对LAMOST DR8中的恒星光谱进行分类.这种模型能够更好地学习恒星光谱的特征,为恒星演化研究提供了重要的帮助.为了提高模型的收敛速度,使用了常见的Z-Score标准化方法对数据进行处理.提出的模型在F、G、K三分类实验中取得了 94.56％的分类准确率.同时,与前人使用过的RBM、PILDNN、PILDNN*、DBN、Inception v3、1D-SSCNN、LSTM方法进行对比,结果表明该方法具有更高的分类准确率.在十分类实验中,该方法取得了 97.35％的准确率,并且相比于仅使用LSTM、1D-SSCNN方法的实验结果,该方法的结果更好,且训练时间减少了近十倍.使用F1-score对每类恒星光谱分类准确度进行说明,在三分类和十分类实验中,每类的F1值都在0.9以上.与前人在文献中的实验结果进行对比,该模型的结果更好.通过混淆矩阵的结果,可以得出该模型在光谱种类越多的实验中准确率越高,甚至可以达到100％.综上所述,所提出的基于CNN和LSTM相结合的模型可以有效地对大规模恒星光谱数据进行分类,并取得了优异的分类效果.

    LAMOST恒星光谱分类卷积神经网络长短期记忆网络Z-Score标准化

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    "非洲独龙玉"的矿物成分及谱学特征

    余炼钢郑金宇
    1676-1683页
    查看更多>>摘要："非洲独龙玉"是近年来滇西珠宝市场上涌现的新兴玉石品种.其鲜艳绿色呈脉状和团絮状分布于无色至灰白色基体上,局部存在红褐色.品质优于云南怒江州"独龙玉",市场前景引起业界广泛关注,但其宝石学特征及矿物种属尚不清楚.运用红外光谱仪、拉曼光谱仪、X射线粉晶衍射仪、扫描电子显微镜及能谱、X射线荧光光谱仪、紫外-可见光谱仪等测试方法对其矿物组成及结构特征、化学成分、谱学特征及颜色成因等进行了研究.红外光谱测试表明该玉石的绿色部分显示白云母与石英的红外特征混合谱,其中3 623、694、1 080和1 619 cm-1处特征吸收峰指示白云母.拉曼光谱测试显示玉石基体部分在204、262、355、395和463 cm-1处具α-石英特征峰,绿色部分在261、395、694、3 623 cm-1处具白云母特征峰,表面金属光泽矿物在343、379和437 cm-1处具黄铁矿特征峰,局部浸染状橙黄-红褐色矿物在224、295、409、493和610 cm-1处具赤铁矿特征峰.X射线粉晶衍射测试在3.48、2.98、2.56Á处特征衍射峰指示为2M1型白云母.扫描电子显微镜及能谱面扫描显示白云母呈纤柱状、鳞片状集合体,单颗粒长约25～40 μm,宽约2～4µm;少量杂质矿物辉砷镍矿呈近似立方体晶形,粒径约为10～15 μm,由黄铁矿蚀变作用形成,其中Fe、Co部分类质同像替代Ni,As含量高于S,指示为高温热液矿床成因.综合化学成分及紫外-可见光谱特征表明,致色矿物白云母含Ba、Cr,不含Fe,其中Cr为致色元素.除颜色特征外,利用多种谱学的方法揭示了"非洲独龙玉"与云南怒江"独龙玉"在杂质矿物、化学成分及致色元素方面的差异,可作为区分二者的有效证据,同时丰富了天然绿色石英质玉的成分信息和谱学特征数据,亦为进一步做"非洲独龙玉"的产地溯源及成矿地质条件背景研究奠定了理论基础.

    "非洲独龙玉"矿物组成辉砷镍矿颜色成因谱学特征

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    基于拉曼光谱与色度学的彩色淡水有核珍珠研究

    王子轩杨淼柳迪文孟彬...
    1684-1688页
    查看更多>>摘要：淡水有核珍珠因为其粒径大、圆度好、色彩丰富、光泽强等优点,在珍珠市场上占据了较大份额.目前关于彩色淡水有核珍珠的致色机理尚没有一致的结论,且关于该致色物质如何使淡水有核珍珠呈现多种颜色的研究较少.基于此研究现状,选取多种颜色的淡水有核珍珠进行激光拉曼光谱与色度学研究.拉曼光谱研究发现样品具有三种不同的C—C与C=C峰,且表现出对应关系:1123～1 125 cm 1处的C—C峰常与1 506～1 509 cm-1处的C=C峰同时出现;1 132～1 134 cm-1处的C—C峰常与1 522～1 523或1 525 cm-1处的C=C峰同时出现;1 128～1 131 cm-1处的C—C峰常与1 506～1 509与1 520～1 523或1 525 cm-1的C=C双重峰同时出现.依据拉曼光谱中C=C键峰的差异将全部样品分为P、T、G、P+T、T+G、P+G共6种类型.结合样品的色度学参数,在同类型样品中,建立亮度L或饱和度S与其拉曼光谱中CO3/C—C峰面积比的相关性,发现P型珠的亮度L与CO3/C—C峰面积比有明显的正相关性,而P、T、G型珠的饱和度S都与CO3/C—C峰面积比有明显的负相关性,证实三种不同的C—C与C=C峰是由不同的致色物质所致.并根据拉曼谱峰将彩色淡水有核珍珠中的致色有机物归属为线性多烯类分子.线性多烯分子的拉曼峰位随着有序度的增加而红移,拉曼峰位更靠近红外区的线性多烯分子的碳骨架更长更直,这导致不同类型样品的拉曼光谱中C—C与C=C的峰有所区别.此外,依据色度学参数对彩色淡水有核珍珠进行颜色系列的划分.将色调角h∈(0,15)的珍珠归为红色系列;将色调角h∈(15,45)的珍珠归为黄色系列;将色调角h∈(335,360)的珍珠归为紫色系列.

    淡水有核珍珠拉曼光谱色度学峰面积比线性多烯

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    雪宝顶白钨矿的谱学特征及主微量元素分析

    曹沁元史淼马世玉
    1689-1696页
    查看更多>>摘要：白钨矿是一种稀有宝石,具粒状、块状构造,颜色为白—浅黄色,油脂光泽,荧光性明显.四川平武雪宝顶白钨矿矿床为围岩蚀变较弱的脉状热液巨晶宝石级矿床,产出白钨矿颜色饱和度较高,具完美晶型且色泽纯正,与绿柱石、锡石和白云母共生.该研究选取雪宝顶近无色-橘黄色调白钨矿为研究对象,使用X射线粉晶衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱分析仪、紫外-可见分光光度计、激光拉曼光谱仪、电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)的综合分析,结合矿物学、谱学与主微量元素特征,确定近无色-橘黄色调白钨矿的矿物成分、晶体结构、特征鉴别谱带、致色离子以及主微量、稀土等化学组分含量,探讨白钨矿稀土元素含量与颜色成因关系,为雪宝顶近无色-橘黄色调白钨矿提供诊断性鉴别依据.研究结果表明,白钨矿结晶程度较好,化学成分均匀,无明显间断,矿物成分含量相对集中,共生矿物多为白云母和伊利石.样品具典型的白钨矿红外特征峰440、809和870 cm-1及与Ca2+有关的448 cm-1特征峰,谱峰显示色调越深者吸收度越高;拉曼特征峰909 cm-1和Ca—O晶格振动峰207 cm-1,随色调加深强度加深;紫外吸收峰表现为橙黄区强吸收,尖峰在383、570、584和804 nm附近,近无色调者仅具383 nm尖峰,黄色调较浅者近紫外区Fe3+吸收度较低,黄色调较深者蓝紫区Fe3+强吸收且其橘黄色调由Nd3+所致;白钨矿化学组分WO3和CaO质量比接近甚至超过理想值,近无色者含量相对集中;微量元素中Fe元素与色调呈正相关,黄色调越深者,含量越高;稀土总量变化范围大,轻稀土更为富集,具明显的Eu负异常,Ce异常不明显.浅黄色调受微量元素Si、Fe元素及Fe3+的d—d电子跃迁影响,黄色调受微量元素Mn、Fe元素及Fe3+的电子跃迁所致,橘黄色调受稀土 Nd和Sm元素影响较大.

    雪宝顶白钨矿近无色-橘黄色调谱学特征原位微区主微量元素特征

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    弓长岭磁铁矿拉曼光谱特征及意义

    刘静姚玉增付建飞李梓宁...
    1697-1702页
    查看更多>>摘要：弓长岭铁矿床是我国最大的沉积变质型磁铁富矿,诸多学者对其开展了大量研究工作,但磁铁矿拉曼光谱方面的研究较少.采用HORIBA XploRA PLUS显微拉曼光谱仪对弓长岭铁矿床典型贫铁矿石和富铁矿石中的磁铁矿进行了拉曼光谱测试,结果表明,贫铁矿石中磁铁矿在300、550和670 cm-1处的拉曼峰位向高波数偏移,应与其中磁铁矿的铁平均氧化态升高及微量元素类质同象取代导致矿物晶格尺寸减小有关;富铁矿石中磁铁矿的拉曼峰强明显升高,应为富铁矿形成过程中磁铁矿重结晶致使其内部微量元素整体含量降低而铁离子含量相对升高所致.贫铁矿石中部分磁铁矿出现了微弱的赤铁矿拉曼光谱特征,可能与磁铁矿形成后的表生氧化有关.X射线衍射(XRD)分析表明,富矿中铁氧化物主要为磁铁矿,而贫铁矿石中的磁铁矿有向镁磁铁矿转变的趋势.扫描电镜能谱分析结果表明,富矿中磁铁矿相较于贫矿中的微量元素含量降低,即由贫矿到富矿,磁铁矿经历了"纯化",与前面拉曼结果研究相一致.本次研究表明,拉曼光谱测试具有快速、简单、可重复且无损伤的特点,可有效估计磁铁矿中微量元素含量并可用以鉴别鞍本地区贫、富两类铁矿石.

    磁铁矿拉曼光谱弓长岭富铁矿

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    不同生长时期玉米茎秆强度的无损检测研究

    张天亮张东兴崔涛杨丽...
    1703-1709页
    查看更多>>摘要：针对传统玉米茎秆强度破坏式检测方法费时费力的问题,采用高光谱成像数据结合统计学习方法对灌浆期和蜡熟期的19个玉米品种的茎秆穿刺强度和折断力进行检测,给出适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法.试验在5 000株·亩 种植密度下种植了 19个玉米品种,采集灌浆期和蜡熟期茎秆基部的高光谱图像,使用目标区域分割的方式自动进行光谱图像反射率校正和目标光谱曲线提取.对采集的样本数据使用主成分分析法(PCA)和包裹式特征提取法提取光谱特征,并分别建立了主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)的茎秆强度预测模型.通过对各特征提取方法和各模型交叉验证预测结果的对比,找到适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法.试验结果表明:PCA方法提取光谱特征具有明显的降维效果,但用PCA方法提取特征建立的PCR模型对玉米茎秆强度的预测效果一般,用包裹式特征提取方法建立的PLSR模型在灌浆期和蜡熟期的模型预测效果均优于PCR模型,模型的剩余预测残差(RPD)在2.90～3.93之间,可以用于定量分析预测茎秆强度.

    穿刺强度折断力高光谱成像主成分回归偏最小二乘回归

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    基于全透射可见-近红外光谱的西瓜糖度在线检测研究

    王贺功黄文倩蔡仲磊严忠伟...
    1710-1717页
    查看更多>>摘要：糖度是评价西瓜品质的重要指标之一,影响着西瓜的受欢迎程度和销售价格.但体积大、皮厚的自然生物特征为西瓜糖度的快速、无损评估带来了挑战.为探索西瓜糖度快速无损检测,选择230个西瓜作为试验样本,使用自行研制的全透射可见-近红外光谱系统在线采集西瓜光谱数据,在线检测过程中保持光谱连续检测点在西瓜的赤道部位,并分别测量西瓜整果糖度和中心糖度作为理化糖度参考值.首先对样本在线检测过程中产生的多条光谱数据进行均值化处理,并选取波长范围690～1 100 nm的光谱数据,使用蒙特卡洛方法剔除其中的异常样本,使用多种预处理方法(SNV、SG平滑等)对光谱数据优化,并采用SPXY算法划分样本校正集和预测集以减小因西瓜内部糖度分布差异造成的影响;基于优化的光谱数据构建了线性PLSR模型和非线性LS-SVM模型预测西瓜中心糖度和整果糖度.结果表明,基于SNV和SG组合法预处理光谱构建的LS-SVM模型预测西瓜整果糖度效果最好,其校正集相关系数RC=0.92,建模均方根误差RMSEC=0.37°Brix;预测集相关系数RP=0.88,预测均方根误差RMSEP=0.40°Brix.进一步使用特征波段挑选算法(CARS、UVE、SPA等)对光谱数据优化,结果显示构建的模型效果更好,其中使用CARS和UVE组合算法选取的特征波长构建LS-SVM模型预测西瓜整果糖度时效果最好,其校正集相关系数RC=0.94,校正均方根误差RMSEC=0.31°Brix;预测集相关系数RP=0.91,预测均方根误差RMSEP=0.37° Brix,且建模变量从1524个特征变量缩减到39个特征变量.该研究为实际生产中西瓜糖度快速无损检测应用提供了参考.

    全透射光谱在线检测西瓜糖度模型构建

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    基于PLS-DA和LS-SVM的可见/短波近红外光谱鉴定港种四九、十月红和九月鲜菜心种子的可行性研究

    章海亮聂训廖少敏詹白勺...
    1718-1723页
    查看更多>>摘要：目前市面上菜心的品种复杂,不同菜心种子的品质与发芽率不同,但菜心种子单从外观上差别不大,因此区分菜心种子的类别成为了一大难题.为了实现菜心种子类别的快速区分,探究了基于可见/短波近红外光谱分析菜心种子类别的可行性.从南昌市种子交易场所购买了港种四九、十月红和九月鲜三个品种的菜心种子,从中挑选出品相较好且大小适中的子粒,将每种菜心种子均匀分为30份,按照2:1划分为建模集和预测集,所有样本共计90份.通过近红外光谱仪获取采样间隔为1 nm的菜心种子的光谱反射率,波长覆盖范围325～1 075 nm,将原始光谱数据采用多元散射校正(MSC)、卷积平滑(S-G)和标准正态变换(SNV)三种预处理方法进行预处理,预处理后的光谱变量建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,确定了 SNV是最佳预处理方法.采用主成分分析(PCA)对菜心种子进行了聚类分析,从前三个主成分因子(PCs)得分图可知三种菜心种子存在光谱特征差异.将原始光谱变量、前三个PCs(累计贡献97.15％)和基于随机蛙跳(RF)算法挑选的13个特征波长作为偏最小二乘判别(PLS-DA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型的输入变量,从模型结果可知:三种输入变量中,采用RF筛选特征波长作为模型输入变量时,模型预测效果最好,PCs建立的模型最差,相比于PCA分析,采用RF筛选出的特征波长更能够反映原始光谱信息.比较不同模型预测效果,LS-SVM模型比PLS-DA模型得到的预测精度更好,其中RF-LS-SVM模型是所有模型中最佳的预测模型,建模集和预测集均为100％.采用可见/短波近红外光谱研究菜心种子的类别可行,并且能够获得很好地预测效果,为菜心种子的快速区分提供了理论依据.

    菜心种子主成分分析随机青蛙偏最小二乘判别最小二乘支持向量机

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    《光谱学与光谱分析》编辑部
    1723页
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