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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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    高光谱结合深度学习的桑椹采后TSS含量无损检测

    王子轩杨良黄凌霞何勇...
    1724-1730页
    查看更多>>摘要：桑椹起源于中国,是我国最具历史的"药食同源"水果之一.但桑椹采后快速变质和皮薄易腐败的特点制约了其产业化发展.总可溶性固形物(TSS)是决定桑椹风味和品质的重要成分,是其商业化的最基本品质特性之一.借助于近红外高光谱成像技术和深度学习方法优化桑椹采后TSS含量的预测模型,同时评估采后常见储运温度条件对定量模型的影响,为桑椹采后品质快速评价提供依据.选用具有一致商业成熟度的桑椹分别在常温(25 ℃)和低温(4 ℃)储藏,然后在不同储藏阶段对样本进行光谱数据采集和TSS含量测定直至桑椹腐败不适宜食用.基于校正后的高光谱图像提供的空间信息提取感兴趣区域以获得无背景的代表性光谱,然后将标准正态变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、Savizkg-Golag(SG)平滑用于光谱的预处理,以提升光谱信噪比.利用深度学习方法实现了桑椹采后TSS含量的预测.对于常温和低温桑椹样本,最优CNN模型剩余预测偏差(RPD)值分别达到5.828和5.449,预测均方根误差(RMSEP)值分别为1.082和1.099 °Brix,可见低温条件储藏降低了 CNN模型的预测性能.为进一步验证CNN模型的效果,建立了基于传统经典机器学习方法偏最小二乘(PLS)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)的TSS含量预测模型.结果表明,非线性模型LS-SVM更适合桑椹的TSS含量预测.对于两个不同储藏温度,最优LS-SVM模型RPD值分别为4.221和4.423,表明CNN优于经典机器学习方法.综上所述,高光谱成像结合深度学习CNN的桑椹采后TSS预测具有较大潜力,这为桑椹品质快速检测提供了技术支撑.

    桑椹采后总可溶性固形物高光谱成像深度学习卷积神经网络

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    区间值直觉模糊麦克劳林聚合算子的近红外反射波段划分方法

    任维佳杜向军杜玉琴孙荣禄...
    1731-1739页
    查看更多>>摘要：采用不同波段光谱对不同类异性纤维进行识别,可有效剔除异性纤维,提高检出率.针对波段传统划分方法存在的评价指标单一性问题,研究不同异性纤维多种属性间相互影响,结合多属性群决策(MAG-DM)方法的优势,提出利用多属性群决策方法实现棉花中异性纤维最佳检测波段的选取,根据不同异性纤维多种属性指标的关联性,综合考虑多种属性指标,确定波间可分度、相关性和ABS指标作为异性纤维属性的评价指标.首先,针对多属性群决策方法中评价准则不准确问题,构建评价准则函数线性方程组,使其增广矩阵的秩等于未知量个数,保证方程组具有唯一解,从而提高决策结果的准确性.接着,使用幂等(PA)算子消除不合理评价信息数据值对决策结果的负面影响,结合麦克劳林对称平均(MSM)算子综合考量多个数据间的相互关系,推导加权区间直觉模糊幂等麦克劳林对称平均(WIVIFPMSM)聚合算子,拓展TOPSIS方法确定异性纤维权重信息,聚合不同异性纤维多种属性的评价信息,根据所建立的评价准则确定决策结果,进而构建基于区间值直觉模糊集(IVIFS)的多属性决策方法,实现多种异性纤维多种属性指标的最佳波段选取.将区间值直觉模糊幂等麦克劳林聚合算子与类间可分性波段选择(ISBC)方法和自适应选择(ABS)方法进行了对比,分析了不同波段划分方法对结果的影响,总结了现有研究中存在的问题和不足.为提高多属性群决策方法的决策精度,分析了参数k对决策结果的影响,证明区间值直觉模糊幂等麦克劳林聚合方法稳定性更好,为复杂环境下异性纤维波段划分研究提供了新思路.最后,通过实验验证近红外波段W3:780～1 100 nm为最佳检测波段.该方法对波段选取领域的理论扩展和多属性群决策方法的应用具有一定的指导意义.

    异性纤维反射率光谱WIVIFPMSM聚合算子多属性决策波段选择

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    典型铅锌矿区土壤重金属含量高光谱反演模型研究

    吴艳花赵恒谦毛继华金倩...
    1740-1750页
    查看更多>>摘要：矿区开采造成的土壤重金属污染严重影响作物产量、引发人体疾病;有效预防土壤重金属污染对健康的损害非常重要.高光谱快速、动态获取地物连续光谱信号的特点,为发展基于遥感的土壤重金属含量监测提供了新的思路.针对河北省涞源县典型铅锌矿区,实地采集矿区及周边土壤样本,基于SVC HR-1024i地物光谱仪(350～2 500 nm)获取土壤光谱反射率,通过对光谱数据进行平滑、一阶导数、多元散射校正、标准正态变换、多元散射校正后一阶导数、标准正态变换后一阶导数六种光谱数据组合变换,使用差值指数、比值和归一化方法从六种预处理数据中提取光谱指数,通过实验室化学测试分析得到土壤重金属镉、铅、锌含量,对不同重金属元素使用不同光谱变换方式进行预处理,得到不同类型重金属元素的最优光谱变换方式.采用差值指数、比值指数和归一化植被指数,提取不同光谱指数下的最优波段组合,从而得到用于不同重金属元素建模使用的最优自变量.基于随机森林和偏最小二乘回归法分别构建重金属元素反演模型.研究表明,通过对光谱数据预处理,可以有效地降低噪声,增强光谱特征.从结果来看,经过预处理后光谱数据与重金属含量相关性有所提高.对不同重金属元素建模选择对其最优的光谱指数自变量,增加了反演建模的有效特征.对三种重金属镉、铅、锌利用随机森林算法和偏最小二乘回归法建立预测模型,最优模型的R2分别达到了 0.90、0.91、0.84,证实了该方法的有效性.该研究可为铅锌矿区土壤重金属含量反演建模提供依据,为矿区土壤重金属含量检测提供方法参考.

    矿区重金属污染光谱变换光谱指数反演模型

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    草甸草原植物beta多样性高光谱遥感估算方法

    杨星晨雷少刚徐军苏兆瑞...
    1751-1761页
    查看更多>>摘要：目前,全球生物多样性的状态非常堪忧,因此,利用光谱技术估算生物多样性成为了生态学家和遥感学家共同关注的热点.目前关于植物alpha多样性的研究很多,而关于beta多样性的研究较少,仍存在一些问题值得去探索.为了探究利用遥感技术估算植物beta多样性的最佳光谱指数以及最佳影像空间分辨率,以草甸草原为研究区,基于无人机高光谱遥感影像,从光谱距离、光谱角度、生物多样性概念三个方面计算了 6种beta多样性估算指数(4种为我们构建的新指数,2种为已有的指数),并采用Mantel tests和相关系数筛选最佳的光谱指数.然后将筛选出来的指数应用于不同空间分辨率的影像,以期得到最佳观测尺度.另外,为了提高指数的估算能力,对比了一阶导数变换和Savitzky-Golay滤波两种光谱变换方法,以及相关系数法、连续投影法、竞争性自适应重加权法三种特征波段选择方法.结果表明,不论是采用亚尺度观测(像元大小＜样方大小)还是等尺度观测(像元大小=样方大小),最佳的光谱指数均为光谱距离指数,且光谱距离指数在不同影像空间分辨率下均表现良好.在草原地区,当影像空间分辨率约为0.25 m时,该指数可以取得最佳的估算结果.经一阶导数变换并用相关系数法提取特征波段后构建的光谱距离指数与beta多样性拥有最强的相关性,今后可利用该指数构建估算模型或者直接表征beta多样性.该研究对于科学的选取光谱指数和影像空间分辨率去估算植物beta多样性具有一定的指导意义.

    beta多样性高光谱遥感光谱指数观测尺度光谱曲线

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    基于多光谱技术对原儿茶酸抑制低密度脂蛋白氧化及其与牛血清白蛋白相互作用的研究

    王晨雨陈成诚甘宇鑫张平平...
    1762-1772页
    查看更多>>摘要：植物多酚被称作人类健康的"第7类营养素",在医药、食品和营养保健等多个领域受到广泛关注.红心猕猴桃果皮(RKP)中多酚含量丰富,是提取植物多酚的优良原料,但常被视为加工废料遭弃用.该研究拟通过脉冲超声(PU)辅助天然深共晶溶剂(NADES)提取RKP多酚,并通过荧光光谱和紫外-可见光谱探究RKP中重点多酚—原儿茶酸(PCA)抑制低密度脂蛋白(LDL)氧化功效及其与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用机制.结果表明,NADES对RKP多酚的提取率显著高于常规溶剂(如水或乙醇).在超声功率400 W、料液比1∶40(g·mL-1)、温度70 ℃、提取20 min及含水率20％(ω/ω)条件下,所筛选的6种NADES溶剂中,氯化胆碱-乙二醇组合提取率最高(29.84 mg GAE/gDW).光谱实验结果表明,PCA具有较强的DPPH自由基清除能力,清除率最高可达94.39％.PCA能够显著延长LDL氧化过程中共轭二烯(CD)生成的延滞时间及达到峰值时间,有效抑制脂质氧化过程中脂褐素及总荧光产物生成,减少LDL氧化过程中色氨酸(Trp)及赖氨酸(Lys)残基的氧化修饰,显示出对LDL氧化极强的抑制效果.多光谱法对PCA与BSA相互作用研究发现,两者之间存在相互作用,具有较强的亲和力,且只有一个结合位点,疏水作用力在相互作用过程中起主要作用;相互作用后酪氨酸(Tyr)周围微环境几乎不发生改变,而Trp周围微环境极性降低、疏水性增加;三维荧光光谱进一步证明二者之间存在相互作用,并由此引起蛋白质结构发生变化;综合荧光光谱和紫外-可见光谱的实验结果,PCA与BSA相互作用猝灭机理为静态猝灭.该研究为开发RKP及PCA提供参考.

    多光谱技术红心猕猴桃果皮天然低共融溶剂原儿茶酸低密度脂蛋白

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    基于水质荧光指纹技术的复合污染河道溯源研究

    熊秋燃沈鉴胡远柴一荻...
    1773-1780页
    查看更多>>摘要：复合污染水体的污染源组成解析是当前水污染溯源领域难题,基于三维荧光光谱的水质荧光指纹技术是解决该难题的关键方法.采用水质荧光指纹技术对苏南地区Y河开展溯源分析.通过平行因子分解与水质荧光指纹比对有效识别Y河中印染废水荧光信号来自上游河道异地输入.利用氨氮浓度划分重污染区域,依托水质荧光指纹对Y河流域内109个排口开展筛查,通过污染路径溯源法精准定位35家主要责任单位.落实整改要求后,Y河水质由劣Ⅴ类迅速提升至Ⅲ类,并持续稳定达标.Y河河道治理工程取消,降本增效效果显著.针对复合污染河道提出了以水质荧光指纹技术为抓手的精准溯源与微创治理新模式,对实现精准治污、科学治污、依法治污具有重要指导意义.

    三维荧光光谱水质荧光指纹复合污染溯源污染路径溯源法精准治污

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    基于MAX-DOAS观测的鹤山地区对流层甲醛廓线反演研究

    钱园园罗宇涵周海金窦科...
    1781-1788页
    查看更多>>摘要：甲醛(HCHO)是大气中一种十分重要的痕量气体,它不仅与人类健康和环境密切相关,还在对流层光化学反应中扮演着极其重要的角色.近年来,我国珠三角地区的秋季对流层臭氧及甲醛污染问题较为严重,而对流层甲醛也是分析边界层臭氧形成机理的关键性指标之一,因此,在珠三角地区开展甲醛观测实验具有十分重要的意义.利用多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演了鹤山超级站2019年9月20日至10月3日期间的氧气二聚体(O4)与HCHO的差分斜柱浓度(DSCD),使用几何近似法得到了甲醛的大气质量因子(AMF),进而获得了对流层甲醛的垂直柱浓度(VCD).结果显示,观测期间的对流层甲醛VCD在4.99×1013～6.48×1016 molec·cm-2之间波动,平均值为 2.18×1016 molec·cm-2.将 MAX-DOAS 反演的对流层甲醛VCD与TROPOMI结果进行了对比,结果表明,MAX-DOAS与TROPOMI结果近乎一致,相关性系数R为0.80,但9月25日与28日的TROPOMI结果偏低了约25％,这可能是由于观测方式不同所导致的.此外,该研究还基于反演的O4与甲醛DSCD,使用基于最优估计算法的海德堡大学廓线反演算法(HEIPRO)反演了观测期间的对流层气溶胶及甲醛廓线,结果表明,甲醛污染主要集中在近地面0～800 m内,观测期间的甲醛污染主要来源于当地的工业及机动车尾气排放.将MAX-DOAS技术反演的近地面甲醛结果与2,4-二硝基苯肼色谱技术测量结果进行了对比,结果表明,两种技术的近地面甲醛结果的一致性较高,均观测到了 9月27至29日的近地面甲醛高值(峰值达到了 14.31 μg·m-3),且相关性系数R为0.88,斜率为0.98,验证了 MAX-DOAS技术反演的近地面甲醛结果的可靠性.MAX-DOAS技术可实现对流层甲醛VCD的实时监测,可作为验证星载观测结果的一种重要手段,结合最优估计算法,MAX-DOAS技术还可以实现对流层甲醛廓线的反演.

    多轴差分吸收光谱技术对流层甲醛最优估计算法鹤山卫星校验

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    甲乙基化植物油对藻荧光法检测三嗪类除草剂阿特拉津、扑草净与特丁通生物毒性的增敏性能研究

    杨瑞崔建升马小龙王合宇...
    1789-1800页
    查看更多>>摘要：为了提升藻叶绿素荧光对痕量三嗪类除草剂的检测效果,以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻为试验藻种,通过水样叶绿素荧光仪(WATER-PAM-WALZ)测量四个藻叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm、Y(Ⅱ)、NPQ和qP作为毒性评价指标,研究微藻对阿特拉津、扑草净与特丁通三种三嗪类除草剂毒性的响应时间和甲乙基化植物油对藻荧光法检测除草剂生物毒性的增敏效果.实验结果显示:①蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻对三种除草剂的生物毒性最佳响应时间分别为20、10和10 min;增敏效果最显著时甲乙基化植物油浓度分别为0.25％、0.5％和0.25％.②斜生四链藻对三种除草剂的响应敏感性最高,而铜绿微囊藻对除草剂的适应性和抗性较强,在20 μg·L-1的扑草净暴露下,实验组斜生四链藻和蛋白核小球藻的Fv/Fm抑制率均达到23％,而铜绿微囊藻Fv/Fm抑制率只达到8％.③甲乙基化植物油的作用下,Y(Ⅱ)和NPQ对除草剂的毒性响应灵敏度最高.40 μg·L-1的扑草净对斜生四链藻Y(Ⅱ)抑制效果达到了 56％,对Fv/Fm抑制率最高达到41％,是对照组的2.5倍,而除草剂浓度至200μg·L-1时,三种藻类NPQ值均提升了 1.5倍以上,参数值qP的响应程度受甲乙基化植物油的增敏效果较小.实验结果表明甲乙基化植物油扩大了除草剂与藻细胞的接触面积,增强了除草剂的渗透力,提升了藻荧光对除草剂的毒性响应,可降低除草剂的检出限值.研究中首次将甲乙基化植物油应用于藻荧光法检测三嗪类除草剂中,并且在甲乙基化植物油的作用下,藻荧光法表现出良好的检测效果,解决了某些情况下叶绿素参数响应不灵敏的问题,为快速、灵敏地检测环境中的痕量三嗪类除草剂的生物毒性提供了一种新的方法.

    三嗪类除草剂藻类叶绿素荧光参数甲乙基化植物油灵敏度提升

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