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第1篇：光譜學分析范文

關鍵詞：光學多道分析器；氫原子光譜；巴耳末系；里德伯常量

中圖分類號：G307 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）15-0262-01

1 引言：

電子從高能級躍遷到低能級時，發射的光子能量hv為兩能級間的能量差，

hv=E(m)-E(n) （m > n）

以波數?啄＝1/?姿表示， 則上式為 ?啄＝■=T(n)-T(m)=R■(■-■)

式中RH為氫原子的里德伯常數。

從圖1中可知，從m≥3至n =2躍遷，光子波長位于可見光區，其光譜符合規律?啄=R■（■-■） （m=3，4，5…）

這就是1885年巴耳末發現并總結的經驗規律，稱為巴耳末系。

2.實驗原理：

OMA光路見圖2。光源S經透鏡L成像與多色儀的入射狹縫S1，入射光經平面反射鏡M1轉向90°，經球面反射鏡M2反射后成為平行光射向光柵G。衍射光經球面反射鏡M3和平面鏡M4成像于觀察屏P。由于各波長光的衍射角不同，P處形成以一波長λ0為中心的一條光譜帶，使用者可在P上直觀地觀察到光譜特征。轉動光柵G可改變中心波長，整條譜帶也隨之移動。多色儀上有顯示中心波長的波長計。轉開平面鏡M4，可使M3直接成像于光電探測器CCD上，它測量的譜段與觀察屏P上看到的完全一致。

由于Hα線波長為656.28nm，Hδ波長為410.17nm，波長間隔246nm超過CCD一幀159nm范圍，無法在同屏中觀察到，故需分兩次觀察測量。第一次測量Hβ、Hγ、Hδ三條線，第二次單獨測量Hα線。第一次測量使用汞燈的546.07nm（綠光）、435.84nm（藍光）、404.66nm（紫光）三條譜線作為標準譜線手動定標；第二次用汞燈的546.07nm（綠光）、576.96nm（黃光）、579.07nm（黃光）及三條紫外光的二級光譜線312.567×2=625.13nm、313.17×2=626.34nm、334.17×2=668.34nm來定標。

3 實驗步驟：

1)將多色儀起始波長調到390 nm、入射狹縫S1的寬度為0.1mm。

2)用筆形汞燈作光源，調節L·S與多色儀共軸，并令光源S成像于入射狹縫處，這時在多色儀的觀察屏P上觀察到清晰、明亮的水銀譜線。

3)轉動M4使光譜照到CCD上，調節入射狹縫，使譜線變銳。選擇適當的曝光時間以獲得清晰、尖銳的譜線。由于譜線強度不同，對不同的譜線可選用不同的曝光時間。

4)用水銀的幾條標準譜線定標，使橫坐標表示波長（nm）。

5)改用氫燈，轉動M4，使譜線成像于觀察屏P上，調節氫燈的位置，使譜線強度為最強。

6)轉動M4，測量Hβ、Hγ、Hδ線的波長。

7)將多色儀的起始波長調至540nm，用汞燈定標后，測出Hα線的波長。

4 實驗數據及處理： 圖3（a）中1、2、3號譜線對應氫光燈Hβ、Hγ、Hδ三條線;（b）中1號譜線對應Hα線

實驗數據記錄如下表 以δ為縱坐標■-■為橫坐標經過Origin擬合后，可見斜率即為里德伯常量RH=1.10215×107 ，與標準值的相對誤差僅為0.435％。

參考文獻:

第2篇：光譜學分析范文

關鍵詞：自編課間操；普通中學；推廣；調查分析；建議

1.研究對象及研究方法

綿陽市各中學共7所，其中縣城中學3所，市級中學2所，鄉鎮中學2所。查閱各種文獻資料，借助網絡搜集自編課間操推廣的相關資料，整理分析。通過專家對編寫的問卷進行信度效度檢驗后，對綿陽市7所中學進行自編課間操推廣狀況進行問卷調查，共發放問卷400份，收回300份，回收率為75%，有效問卷280份，有效率為70%。對問卷調查的結果進行數據的綜合分析處理。通過訪問體育老師、教練以及各學校校長，了解推廣自編課間操存在的原因以及推廣措施。

2.結果與分析

2.1綿陽市自編課間操的特點

2.1.1自編課間操的適應性

自編課間操主要以健美操、啦啦操和太極拳為主，在近幾年隨著各式各樣的健美操，啦啦操比賽、健美操節目在中小學中的舉行，受到了中小學生的強烈歡迎，有些學校將其作為學校的特色項目。

2.1.2自編課間操的趣味性

自編課間操是在音樂的伴奏下跟著音樂的節奏而跳動的新型課間操，它區別于傳統廣播體操的口令，這樣的課間操能激發學生的興趣，在不知不覺中也培養了學生的音樂的節奏感和學生做事集中精神的穩定性，同時動作的豐富多樣性彌補了傳統廣播體操的單一性，大大的鍛煉了學生的協調性，靈敏性。

2.2綿陽市中學自編課間操的普及現狀

通過上表我們可以看出在綿陽市7所中學里，對健美操進行了教學推廣的中學有2所，占了總數里的29%，對啦啦進行教學推廣的中學有0所，占總數的0%，對太極拳進行教學推廣的中學有0所，占總數的0%，對傳統廣播體操進行教學推廣的中學有5所，占總數的71%。由此可見綿陽市還沒有對啦啦操和太極拳在校園里進行普及，傳統廣播體操的普及率稍高于健美操。在調查中我們發現這7所中學中專業的健美操老師只有一名，啦啦操和太極拳的專業老師沒有，還有就是學校的領導和教育有關部門不重視課間操，教師師資配備不合理，因此自編課間操的推廣受到阻礙，更談不上普及，所以只能采用傳統的廣播體操。

2.3綿陽市中學自編課間操的開展現狀

在調查中看到，綿陽市中學普遍缺乏體育教師，農村中學的情況更為嚴重。在7所中學中發現只有一所中學有一位專業的健美操教師，其他中學的體育教師基本上是以田徑和籃球老師為主，在有些農村中學的體育課是由其他科任老師代替的。針對農村地區和那些邊遠地區缺乏體育教師的現狀，多層次、多渠道、有針對性地實行定向培養，解決分配不合理的問題，從實質上解決中學體育師資的問題。在很多普通中學里場地是一個比較嚴重的問題，很多學校場地都不符合規范，大多數的體育場地只有兩個籃球場地大小，廣播體操做起來連人都沒法散開，所以只能分幾批做，或是不做，其他體育活動也只能在這個狹小的場地上進行了。在一些農村和邊遠地區連音響設備都沒有，更別說做廣播體操了。

2.4自編課間操在綿陽市普通中學推廣的建議

2.4.1學校要積極采取措施

要全面貫徹德智體全面發展的方針，結合中學的教育方針，減輕學生的學業負擔，重視體育教育，將課間操作為評估學校的教育工作的一個重要內容，將班主任的工作成績和體育掛鉤，關新學生的身體健康，培養四有人才，提高全民素質，推動全民健身熱潮。

2.4.2學校配套設備的投入

要推廣自編課間操最重要的就是場地和音響設備，現在很多場地都被侵占，尤其在城市里的學校尤為嚴重，而在農村一般場地的容納量都無法將學校所有的學生包含在其中，建議有計劃的對侵占學校場地的單位或個人進行查處，對農村場地不夠的情況進行擴建，為學生提供一個良好的鍛煉環境。

2.4.3在學校開展自編課間操社團

為提高自編課間操的質量，在學校組建社團，培養一批自編課間操的骨干，可以充分利用課余時間進行自編課間操的學習，不僅豐富了課余生活還學習了知識，有利于自編課間操的推廣，提高學校的體育水平。還可以開展一些以班級為單位自編課間操的比賽，比賽成績好的可以代表班級在學校進行匯報演出，這樣不斷的提高自編課間操的水平，同時也為班級的自編課間操的學習推廣起到了指導作用。

3.結論與建議

3.1結論

自編課間操反應了中學生的積極要求，可以提高課間操的質量，以便達到鍛煉的效果，同時可以有效的克服學生的消極心理，可以豐富課堂的體育教學內容，使學生認識到體育的重要性，因此自編課間操的推廣迫在眉睫。自編課間操是各種體育運動和體育舞蹈融合而成的，其普及性很強，隨著社會的發展，學校領導逐漸認識到自編課間操對學生具有很大的鍛煉價值，因此在學校里將自編課間操代替傳統廣播體操的普及和發展是很有必要的。3.1.3從調查結果來看，學生在自編課間操和傳統廣播體操中，更加喜歡自編課間操，這就很好的說明了自編課間操的鍛煉價值，在對比中發現，自編課間操的多樣性和時效性等都比傳統廣播體操更有價值些，要不然也不會有那么多學生選擇用自編課間操代替廣播體操，也說明自編課間操具有很高的推廣價值。

3.2建議

在各個學校適當的增加自編課間操學習的內容，隨著在各中學的廣泛推廣，自編課間操代替傳統廣播體操是一個很明智的舉動，在推廣形式和內容是哪個還在不斷的充實和完善，為全民健身起到推進作用。運用自編課間操的多樣性，對廣播體操進行改進，將其注入新的元素，拋開陳舊古板的模式，讓自編課間操在推廣中帶著這種時代感走向全民健身的行業。（作者單位：綿陽師范學院體育與健康教育學院）

參考文獻

第3篇：光譜學分析范文

關鍵詞：吉首市 陽光體育 現狀 建議

1.1 研究對象

以吉首市普通中學陽光體育運動開展現狀為研究對象，結合隨機與整群抽樣的方法抽取吉首市一中，四中,雅思中學三所學校中的學生共600人為調查對象，其中男生315人，女生285人，體育教師共28人。

1.2 研究方法

文獻資料法;訪談法;問卷調查法;數理統計法;邏輯分析法

2.研究結果與分析

2.1吉首市普通中學開展陽光體育運動現狀調查

2.1.1吉首市普通中學師資力量現狀調查

體育教師是學校體育活動的主導者，是“陽光體育”運動運行好壞的“指揮棒”，因此學校體育的師資情況直接關系到學生“陽光體育”的落實情況，教師學歷的高低、體育教師的數量從一定程度上影響著教學質量的提高，從調查來看吉首市普通中學教師學歷有待提高， 96%的體育教師均為大學本科，而碩士研究生僅占一小部分，其中大部分學校體育老師兼雙職。此外由于體育教師的結構性缺編，體育教師和在校學生比例嚴重失調。這給陽光體育的開展造成一定影響。

2.1.2吉首市普通中學師生對陽光體育運動的了解程度調查

從調查得知，大部分體育教師對陽光體育這一概念還是比較了解，但學生對陽光體育的了解卻不容樂觀。在調查中有36% 的學生完全不了解這個概念;46% 的中學生只是基本了解;真正比較了解“陽光體育運動”的僅有18%。由此可知學生對陽光體育這一概念不清晰，學校和體育教師應加大宣傳力度，使學生理解陽光體育的真正含義，自愿參與陽光體育運動，把身體鍛煉得更好。

2.1.3吉首市普通中學學生參加體育鍛煉時間的情況

從表1可以知，大部分學生不同程度地參加了體育活動，只是每周運動的次數偏低，每次活動的時間大部分都在三十分鐘以下。其中每周活動五次以上的僅占一小部分。離我們“每天活動1 h”的要求還有一定的差距。

2.1.4 吉首市普通中學有無陽光體育運動專項撥款的調查

據調查得知，沒有專項撥款的學校達到64%，而有專項撥款的為35%。在資金方面，大部分學校還不到位，這直接影響到學校陽光運動的開展。通過訪談得知，小部分學校有一定的體育活動經費，可資金很少。這是導致陽光體育未能很好實施的一個重要原因，原因主要是學校領導對陽光體育運動的不重視，把大量的人力，物力和財力用在其他科目上。

2.1.5吉首市普通中學場地器材現狀情況調查

據調查可知，學生進行體育活動的主要場所與器材的配備明顯不足，這與教育部規定的每生活動場地面積為3平方米相比，明顯不成比例，通過我們對老師和學生的交談得知學校的體育器材比較缺乏，并且有些體育器材已經比較陳舊，學校沒有進行及時的更新體育設備。學校應在體育的硬件和軟件上進行改善。使學校體育能更好的發展。讓學生能有更加寬敞的活動環境和更加標準的體育場地。

2.2 影響吉首市普通中學陽光體育運動開展的原因分析

2.2.1 吉首市普通中學學校領導對開展“陽光體育”運動的態度

學校領導對“陽光體育”運動的重視程度，直接影響到學校體育活動的組織和開展，因此學校領導對開展“陽光體育”運動的態度是影響吉首市普通中學陽光體育運動開展的一個直接原因。

2.2.2 吉首市普通中學體育教師師資力量狀況

目前吉首市普通中學體育教師存在結構性失調，體育教師的數量無法滿足學生的需要；因此，吉首市政府要加大教師人事改革，增大體育教師數量，注入年輕新力量，改革管理機制，以便更好的開展陽光體育運動。

2.2.3 吉首市普通中學學校場地器材配備及資金情況

陽光體育運動的開展必須依賴于體育場地和器材，而體育器材的使用頻率高，需要投入大量的資金作為購買器材和維修,通過訪談與調查發現吉首市普通中學缺乏資金保障,體育器材得不到更新.因而使陽光體育運動沒有收到預期的效果.

3.結果與建議

3.1 結果

3.1.1吉首市普通中學的體育師資力量不足，體育教師和學生對陽光體育運動了解不透徹。每天的體育活動時間達不到一小時。

3.1.2學校領導對陽光體育運動在校園的開展，還沒有形成足夠的重視，學校的場地器材條件有限。

3.1.3學校對開展陽光體育運動的經費缺乏；沒有充足的資金保障，另外，體育教師工作量大,新生力量補充不足。

3.2 建議

3.2.1學校領導重視關心陽光體育運動，各級部門加強宣傳，制定詳細和長遠的實施方案，設立專項資金，為陽光體育運動進一步開展提供條件保障。

3.2.2教育部門重視，建立和完善學校體育的管理制度，將學生每天一小時體育活動納入學校督導內容及評估體系，把學生體質健康狀況作為評價教育工作的重要指標。

3.2.3繼續升化學校體育改革，加大課程資源開發與利用，把課外體育活動開展得豐富多彩，使之成為全體學生參與實踐陽光體育運動的主要形式。（作者單位：1.上海體育學院，體育教育訓練學院；2.上海體育學院，中國乒乓球學院）

參考文獻

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［2］ 苗秀麗.開展億萬學生陽光體育運動的認識與思考［J］.哈爾濱體育學院學報，2002(2)：43-44．

［3］ 朱志軍.陽光體育”伴新世紀青少年健康成長［J］.管理論壇,2007(8):47-48.

第4篇：光譜學分析范文

微觀量子“攝影師”的成長之路

聶博士于2007年畢業于中科院長春光機與物理研究所，凝聚態物理專業。他博士階段的工作側重于材料合成和發光動力學研究。從微觀上來說，發光是接受能量躍遷到高能級的電子回到低能級并將能量以光的形式放出的過程。電子回到低能級之前，往往首先要經過一系列密集的電子組態或振動能級馳豫到一個亞穩態能級，而后通過發光釋放能量回到基態。聶博士意識到，他研究的發光過程其實是整個過程后期階段的表現，而當時他的實驗條件不具備足夠高的時間分辨來觀察電子前期弛豫的超快動力學過程。拓展來講，人們研究的各種現象往往都是事件發展過程中的某一個階段的表現，那么事件的整體特征是什么，常常令人困惑。即使是對某一階段的表現，由于時間分辨的逐步提高，人們對它的認識也是層層深入的，愈“深入”愈精彩。人們認識事件的時候，要么只是個大概，要么只是抓住了“大象”的一個“尾巴”或“耳朵”，對整頭“大象”好似一無所知。聶博士常常問自己：我們真的可以認識這個世界嗎？這個在聶博士現在看來近似幼稚的問題在他心中纏繞了很多年。

聶博士表示，他很幸運地遇到了他的恩師張家驊研究員和王笑軍教授，他們都是激光光譜學專家，并且張家驊研究員還負責講授《激光光譜學》這門課程。通過這門課程的學習他認識到，超短脈沖激光的持續周期可以為飛秒（1飛秒=10-15秒）甚至亞飛秒，這為我們研究超快現象提供了刻度非常精細的時間“尺”，由此成為多種時間分辨光譜技術的核心。這些超快激光技術就像“攝像機”一樣，可以使人們能夠對自然界的一些瞬態現象進行“錄像”，以幫助人們了解這些超快現象變化的過程。這門課程的學習，在他心里種下了利用超快激光光譜學研究微觀超快動力學的種子。

這顆種子在聶博士畢業后的時間里，一直成長了8年。在這期間，他先后在韓國（延世大學和國立忠北大學）、日本（電氣通信大學小林孝嘉研究組）和新加坡（南洋理工大學Loh Zhiheng研究組）從事相關的超快和超強光物理研究。聶博士一路高歌猛進，直到2016年回到祖國懷抱，在廣東工業大學物理與光電工程學院任“百人計劃”特聘教授。回顧以往，他的研究工作涉及超快動力學、超快光學技術、高密度光存儲、發光材料和發光動力學等多個交叉學科。累計共發表文章39篇，包括ACS Nano， Phys. Rev. B， J. Phys. Chem. Lett.， Appl. Phys. Lett.， Opt. Lett.等業界廣泛認可的文章37篇（SCI或EI收錄）。小種子已開花，這些工作已經引起超強和超快激光光譜學及材料物理學等研究領域的廣泛關注。

回顧過去，量子“舞臺”上看好“戲”

在國外近五年的研究工作中，聶博士沉浸在電子和聲子的世界里，研究這些量子們的“表演”與宏觀物理現象的必然聯系。電子，聲子，以及電-聲子耦合是凝聚態物理中許多現象的核心問題。在這個世界里，最關鍵的過程往往發生在皮秒、飛秒甚至亞飛秒量級。人類本身視覺的分辨能力只有1/24秒，根本不滿足這方面的要求。而亞10飛秒的時間分辨可以滿足這一層次大部分動力學觀察的需要。比如，它可以有效地觀察載流子傳輸和弛豫、化學反應過程中化學鍵斷裂和重新組合，還可以研究生物學上的光合作用等等。聶博士的工作主要是利用亞10飛秒的時間分辨泵浦-探測研究低維半導體納米材料和生物分子的超快電-聲子動力學過程。

他的成果主要包括：（1）用亞10飛秒時間分辨光譜學技術，在國際上首次通過實驗得出MoS2載流子熱能化時間小于20飛秒，同時發現載流子之間和載流子與聲子之間的兩種散射模式對載流子熱能化過程都有重要影響。（2）以往泵浦-探測光譜學的研究工作往往只考慮三階非線性極化率虛部的貢獻。聶博士采用亞5飛秒泵浦-探測光譜學，重新評估了實部對碳納米管聲子振幅譜的貢獻。這有利于人們深入理解當時國際上尚有爭議的碳納米管聲子產生機理。（3）基于伯恩-奧本海默近似，電子和聲子的動力學過程通常被認為是相互獨立的。聶博士采用亞5飛秒激光脈沖，在碳納米管中實現了通過控制電子運動來誘導納米管軸向聲子振蕩模式的改變。這啟示人們重新理解電-聲子耦合現象。（4）到目前為止，大多數飛秒泵浦-探測光譜學注重了正向時間（泵浦光到達樣品的時間早于探測光）的動力學分析，聶博士進一步研究了沿負向時間的動力學過程，討論了碳納米管激發電子態的電子失相和振動相位弛豫動力學。這加深了人們對超快激光光譜學的理解。（5）通過非線性多光子吸收的原理，實現了在有機玻璃材料內部不同深度層面上的多層數據點刻錄，并誘導數據點本身的光致發光。這種三維存儲模式可大大提高存儲密度和信噪比。所用材料成本低，穩定性高，使用周期長，具有潛在的商用價值。

談到超快動力學的研究意義，聶博士表示，超快動力學的研究往往不會直接帶來實用的產品，但它是一項能協助多種學科在更深層次上認識客觀世界本質的技術。如今，人們已經認識到，飛秒超快動力學的研究可以在實驗和理論上，對光功能、新能源，化學反應，生命現象等諸多領域提供重要的機理性指導。

第5篇：光譜學分析范文

關鍵詞：火焰原子吸收光譜；沼液；濕法消解；礦質營養元素

中圖分類號：S182 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）12-2914-03

Determination of Mineral Nutrition Elements in Fermented Liquid by Temperature-Controlled Wet Digestion and Flame Atomic Absorption Spectrometry

JIANG Zhong-yuan1，HU Ming-hua1，AO Ke-hou1，WEI Jing-xu1，LUO Yan-wen2

（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Zunyi Normal College， Zunyi 563002，Guizhou，China；

2. Court of Zunyi Product Quality Inspection Detection， Zunyi 563002，Guizhou，China）

Abstract： Temperature-controlled HNO3-H2O2 wet digestion and flame atomic absorption spectrometry were employed for determination of mineral elements in the fermented liquid residue of livestock dung. The mineral elements， including K， Mg， Na， Fe， Ca， Mn， Cu and Zn in fermented liquid were analyzed. The results showed that the correlation coefficient（r） of each mineral element’s quantitative standard curve was above 0.999 3， the quantitation limit was 0.90～67.0 ng/L， the relative standard deviation was 0.79%～2.51%， and the standard addition recovery rate was 95%～103%. It was found that the average content of the 8 mineral elements in fermented liquid was in a descending order of K， Na， Ca， Mg， Fe， Mn， Zn and Cu.

Key words： flame atomic absorption spectrometry； fermented liquid； wet digestion； mineral element

隨著低碳經濟的發展，沼氣技術的應用與推廣日益廣泛，沼氣發酵殘留物的開發應用問題也倍受人們關注。而沼液作為人畜糞便等有機物在厭氧條件下充分發酵后的液體殘余物[1]，不僅含有N、P、K等營養元素，而且含有豐富的腐殖酸、有機質、氨基酸、生長激素及有益菌群等營養物質，其營養全面，養分利用率高，是一種多元的速效復合肥[2]。沼液在作物種植中不僅能顯著地改良土壤，確保農作物生長所需的良好微生物環境，還有利于增強作物抗凍、抗旱能力，減少病蟲害，提高作物產量[3]。原料中含有的礦物元素在發酵過程中，參與了微生物代謝過程，但最后又殘留于沼殘液中。因此，開展針對沼液中礦質元素及其含量范圍的分析研究，將有助于促進畜牧養殖糞污發酵殘留物在肥料、飼料、浸種、植物生長激素和生物農藥等方面的應用，并為相關應用提供科學參考。

必需礦質元素K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca及Mg對動植物正常生長和生產不可或缺，在動植物體內具有重要的營養生理功能。目前，已建立了上述元素在環境、食品、醫藥、生物、地質等樣品中的檢測方法[4-11]，但是溫控濕法消解-火焰原子吸收光譜測定法應用于沼液的礦質元素及其含量檢測方面的報道較少。本試驗通過溫控濕法消解-火焰原子吸收光譜，建立了沼液中多種礦質元素的分析方法，以期為腐熟水溶性速效肥中的礦質元素檢測提供有益探索，也為肥料中礦質元素含量檢測提供一種快速、便捷、靈敏的方法。

1 材料與方法

1.1 試劑

H2O2、HNO3、HCl均為優級純試劑，購于國藥試劑有限公司，試驗用水為去離子水。

標準儲備液： 1 000 μg/mL Mn、Cu、Zn、Ca、Mg、K、Na、Fe標準溶液（中國計量科學研究院）。

1.2 儀器

TAS-990型原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）；電子天平（上海越平科學儀器有限公司生產）；AKDL-II-16超純水儀（成都康寧實驗專用純水設備廠）。所有器皿均用4 mol/L HCl浸泡24～48 h，然后用去離子水沖洗3～4次，待用。

1.3 方法

1.3.1 標準溶液的制備 取適量K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg標準溶液，逐級稀釋成標準系列工作溶液（表1），在儀器工作條件下測定各標準溶液的吸光度及樣品溶液的吸光度。

1.3.2 樣品采集及處理 將采集的不同地區沼液樣品渦旋混勻，準確量取10 mL沼液樣品于50 mL燒杯，用少許5%（m/V，下同）HNO3潤洗移液管內壁并移入燒杯中，加入10 mL 30%（V/V）H2O2和20 mL濃HNO3，蓋上表面皿，于控溫電熱板上逐漸升溫至120 ℃。消解至消解液澄清、透明且無懸浮物，剩余溶液體積≤10 mL，取下冷卻至室溫，用5% HNO3定容于15 mL比色管中，過水系濾膜（？準=0.45 μm）后，按表2條件測定[12]。

2 結果與討論

2.1 標準曲線

對1.3.1中標準系列工作溶液進行測定，由儀器自動繪制標準曲線和確定線性相關系數，確定檢出限，結果見表3。

2.2 樣品測定

對來自于4個地區畜牧養殖糞污經厭氧發酵的剩余沼液中的礦質元素含量進行了測定，結果見表4。

2.3 回收率和準確度分析

為考察方法的可靠性，采用標準品加入法測定各元素的平均回收率來確定方法的準確性。設定0.5、1.0、2.0 mg/kg 3個添加水平，按照優化條件檢測，K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg回收率都在96%～101%，相對標準偏差在1.56%～3.01%。結果表明，采用溫控HNO3-H2O2濕法消解-火焰原子吸收光譜分析方法測定上述8種礦質元素穩定性好，結果可靠準確，能夠滿足檢測要求。

2.4 精密度分析

按照1.3.2處理，對某地區沼液樣品平行測定6次，計算測定方法的相對標準偏差。結果表明，相對標準偏差均小于3%，誤差在痕量分析允許范圍內，表明方法精密度良好。

3 結論

建立了沼液中礦質元素的溫控HNO3-H2O2濕法消解-火焰原子吸收光譜檢測8種礦質元素的分析方法。試驗中采用強氧化性物質的氧化作用破壞樣品中的有機物質，使待測元素溶解于溶液中，使混合酸與樣品中有機物大分子作用完全，消化省時、徹底、不容易造成損失。由結果可知，在沼液中的礦質元素中K、Na、Ca含量較高，而Cu含量最低。該方法操作簡便，分析速度快，精密度和準確度都符合要求，可為腐熟水溶性速效肥中礦質元素的檢測提供有效的分析方法。

參考文獻：

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第6篇：光譜學分析范文

4 246．7 cm－1優化光譜范圍內，所建的偏最小二乘法分析模型的內部交叉驗證均方差RMSECV僅為0．767，決定系數R2達到0．827 9。所建模型能較準確地預測臍橙的糖酸比，為臍橙糖酸比的測定提供一種快速簡便的無損檢測方法。

關鍵詞：臍橙；糖酸比；近紅外光譜；模型優化

中圖分類號：O657．33；S666．4文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2011）13－2753-03

Nondestructive Determination of Sugar－acid Ratio of Navel Orange by Near

Infrared Spectroscopy

HU Run－wen1，GAO Hai－zhou2，XIA Jun－fang1

（1． College of Engineering， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070，China；

2． School of Electrical and Electronic Information Engineering， Huangshi Institute of Technology， Huangshi 435003，Hubei，China）

Abstract： In order to measure sugar－acid ratio of navel orange fast， a calibration model between the information of the near infrared （NIR） spectra of navel orange samples and chemical analysis of the sugar－acid ratio was established by scanning the navel orange samples with near infrared diffusive spectroscopy， and the effects of different spectral data preprocessing methods and different spectral range on near infrared spectroscopy （NIRS） nondestructive determination of sugar－acid ratio were analyzed． The results showed that Multiplicative Scatter Correction（MSC） was obviously superior to the other spectral data preprocessing methods． In 7 502．1～5 446．2 cm－1 and 4 601．5～4 246．7cm－1 optimized spectral range， the Root mean square errors of Cross－Validation （RMSECV） obtained by Partial least squares（PLS） model was 0．767， the correlation coefficient R2 between prediction and true values was 0.827 9． The model could accurately predict the sugar－acid ratio of navel orange， and a fast and convenient method of sugar－acid ratio determination was established．

Key words： navel orange； sugar－acid ratio； near－infrared； model optimization．

臍橙品質優良、無子、色澤鮮艷，且營養豐富，含有人體所必需的各類營養成分，是世界各地競相栽培的柑橘良種。甜酸度是臍橙果實風味品質的重要指標，它在很大程度上取決于果實內所含糖的種類、數量以及有機酸含量和糖酸比，而且糖酸比還反映了果實總糖和有機酸的相對含量［1，2］。在貯藏過程中，臍橙內部品質會隨著時間的變化而變化，為了適時地掌握臍橙內部品味，貼牌銷售，提高臍橙的商品價值，簡單、快捷、準確的檢測方法和手段是必要的。

近紅外光譜分析技術（Near infrared spectroscopy）是利用近紅外光譜區包含的物質信息進行有機物質定性和定量分析的一種分析技術。由于其光譜信號容易獲取、光譜分析信息量豐富、檢測快速無損等特點，使近紅外光譜分析成為一類新型的分析技術。近紅外分析技術已在石油、醫藥、農業等眾多領域得到了廣泛地應用［3，4］。夏俊芳［5］已提出了臍橙內部品質近紅外光譜快速無損檢測方法，包括總糖、總酸、維生素C、可溶性固形物等。國內外學者利用近紅外光譜分析技術對臍橙的定量無損檢測和分級均取得了很好的效果［6－10］，然而近紅外光譜快速檢測臍橙糖酸比的研究國內外報道得還不多。研究旨在應用近紅外光譜分析技術，建立臍橙糖酸比的預測模型，為臍橙的糖酸比快速檢測及在線分級提供依據。

1材料與方法

1．1臍橙樣品收集與光譜采集

從江西省定南縣果園里隨機采集90個臍橙作為試驗樣品。臍橙樣品由德國布魯克儀器公司生產的BRUKER Fr－NIR（VECTOR22N型）傅立葉近紅外光譜儀進行近紅外光譜掃描。將掃描參數設置為：光譜掃描范圍為10 000～4 000 cm－1，鍍金漫反射體作背景，分辨率為8 cm－1，掃描次數為64。掃描時將臍橙整果的橫向最大直徑部位置于旋轉樣品杯上，在臍橙“赤道”上相對90°方向做4次光譜采集，得到每個樣品的4條普通光譜，并將每個樣品的4條普通光譜在OPUS軟件中計算得到平均光譜，以每個樣品的平均光譜作為原始光譜數據。90個樣品的原始光譜見圖1。

1．2樣品糖酸比的化學測定

將掃描光譜后的臍橙樣品分別測定其可溶性總糖和總酸的含量。可溶性總糖的測定方法為硫酸苯酚比色法［11］，測得樣品的濃度范圍為9．768％～

15．159％；總酸含量的測定參照文獻［12］采用酸堿滴定法，測得樣品的濃度范圍為0．454％～1．094％。用可溶性總糖與總酸的比作為糖酸比，測得樣品糖酸比的范圍為14．398～24．133。

2結果與分析

應用德國布魯克儀器公司的OPUS定量分析軟件，將樣品光譜與化學分析值結合，建立偏最小二乘法（PLS）校正模型，并利用驗證集樣品預測模型的有效性。有效的光譜預處理方法和有效的光譜波段范圍是影響模型預測精度的關鍵因素。用于建模的原始光譜在采集過程中可能受測量條件、光譜儀器狀態和周圍溫度等影響，導致原始光譜可能存在不同的噪聲，因此在利用光譜數據建模前，須分析比較不同光譜預處理方法對臍橙糖酸比定量模型的影響。另外，還需要對建立模型的有效光譜波段范圍進行選擇，對不同波段范圍內的定量分析模型進行對比分析，確定最優波段組合，找出光譜與待測信息之間的關系。

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2．1異常樣品的剔除

采用OPUS 5．5定量分析軟件，將90個臍橙樣品劃分得到校正集樣品78個，驗證集樣品12個。由于采集光譜數據、進行化學分析測定標準值時會因操作、環境溫度引起誤差而產生異常樣品，這些異常樣品對校正模型的影響很大，必須將其從校正集中剔除。采用基于預測濃度殘差準則［13］逐個剔除異常樣品，經過異常樣品剔除后的校正集樣品74個。

2．2預處理方法的選擇和光譜波段的優化

儀器狀態、樣品狀態與測量條件在掃描過程中的差異會造成NIR光譜發生細微的變化，通過對光譜信號進行預處理可以消除這些影響，改善模型的性能。連續譜區的近紅外光譜數據雖然可以應用基于全光譜數據分析的偏最小二乘法（PLS）建立數學模型，但選擇合適的譜區范圍是必要的。建模前對光譜波長范圍進行篩選，可以避免引入多余的信息，改善數學模型的性能，提高計算速度。試驗在OPUS 5．5軟件中采用了10種光譜預處理方法消噪，并結合PLS進行建模。由表1可知，采用不同的光譜預處理方法及不同的光譜范圍得到的決定系數R2和內部交叉驗證均方差RMSECV有顯著不同。

由表1可以看出，各種光譜預處理對所建模型的預測效果存在較大的差異。所建模型效果最好的預處理方法是多元散射校正（MSC），其內部交叉驗證相關系數R2達到0.827 9，內部交叉驗證均方差（RMSECV）僅為0．767。其次是MMN，決定系數R2為0.821 8，RMSECV為0．780。這兩種光譜預處理方法均比在沒有光譜預處理情況下所建的PLS模型效果好。效果最差的是二階導數，其PLS模型的相關系數R2僅為0.634 0，RMSECV高達1．120。試驗表明，MSC有效地去除了光譜噪聲，提高了分析信號質量，是適合建立臍橙糖酸比PLS模型的最佳光譜預處理方法。MMN在要求不高的情況下也可用來作臍橙糖酸比PLS模型的預處理方法。

2．3臍橙糖酸比模型的建立

經模型優化后得到的PLS定量校正模型：光譜預處理方法為多元散射校正，光譜波段范圍為

7 502．1～5 446．2 cm－1和4 601．5～4 246．7 cm－1，最佳主成分數為9，決定系數R2為0.827 9。內部交叉驗證均方差（RMSECV）為0．767。校正集的真實值和預測值的關系如圖2所示，可以看出臍橙光譜與糖酸比之間具有良好的相關性。

2．4對驗證集樣品中臍橙糖酸比的預測

使用上述建立的PLS模型對驗證集中的12個樣品進行預測，以檢驗模型的準確性。驗證集中的臍橙糖酸比真實值與預測值的關系見圖3，其驗證集的決定系數R2為0.833 5，預測均方差（RMSEP）為0．934，從圖中也可以看出，樣品的真實值與預測值之間具有良好的線性關系，建立的模型可以滿足臍橙糖酸比的快速檢測要求。

3討論

通過對臍橙糖酸比近紅外光譜模型的建立，探討了不同的光譜預處理方法、不同的譜區范圍和不同主成分數的選擇對建立近紅外光譜模型的R2值與RMSECV值的影響。并由此可知，選擇合適的預處理方法、恰當的譜區范圍和最佳主成分數對校正模型的建立是非常必要的。優化后的模型有效地消除了由于儀器狀態、樣品狀態與測量條件對采集到的光譜的影響，利用優化好的模型，建立了臍橙的糖酸比近紅外光譜分析模型。試驗表明本研究建立的臍橙糖酸比近紅外光譜分析模型具有較好的預測能力，為臍橙糖酸比的預測提供了一種可行的快速無損檢測方法。

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第7篇：光譜學分析范文

關鍵詞：光譜法；農藥；DNA；相互作用

中圖分類號：TQ450.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）01-0005-03

Spectroscopic Analyses on the Interaction of Pesticides and DNA

XU Hang-jie，LI Jing，ZHANG Quan，ZHOU Cong，LU Mei-ya，YE Jing-jia

（Environmental Science Research Center， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310032， China）

Abstract： Analyzing the interaction of DNA and pesticides with spectrometry including ultraviolet-visible absorption spectroscopy， fluorescent spectroscopy， circular dichroism spectroscopy， infrared spectroscopy， resonance light scattering spectroscopy and Raman spectroscopy was reviewed. Results showed that spectroscopy was highly effective and powerful for studing the interaction of DNA and pesticides， and would promote understanding molecular mechanisms of the genotoxicity of pesticides.

Key words： spectroscopy； pesticide； DNA； interaction

收稿日期：2013-06-25

基金項目：中國博士后科學基金面上項目（2012M521180）

作者簡介：許杭杰（1989-），男，浙江杭州人，在讀碩士研究生，研究方向為農藥與DNA的相互作用，（電話）0571-88320265（電子信箱）

；通訊作者，張 全，博士，（電子信箱）。

農藥是一類由人類主動投放到環境當中用來防治農作物病蟲草害和其他有害生物的藥劑的統稱。隨著社會的發展和農業集約化要求的不斷加強，對農藥的需求也在不斷增加，在今后相當長的時間內農藥的作用是不可替代的。然而大量的事實證明，農藥的廣泛使用已經成為環境污染的重要原因之一。DNA是生物體的重要組成部分，是生物遺傳信息的主要載體。農藥能通過飲食、呼吸、皮膚接觸等途徑進入機體，可能與DNA相互作用后不同程度地導致DNA的結構及其功能的變化，對生物體產生持久性危害[1-4]，進而引發潛在的生態安全和健康風險。因此，關于農藥與DNA之間相互作用而導致遺傳物質誘變已成為當今研究的熱點[5]。

農藥與DNA的作用方式主要有三種：非共價鍵結合、共價鍵結合和剪切作用。其中非共價鍵結合又可分為靜電結合、溝槽結合和嵌插結合[6]。農藥與DNA作用后可能導致DNA構象變化、鏈聚合或斷裂、堿基脫落、堿基被修飾、交聯、重組等[7-9]，亦即體系的結構和化學性質會發生一定變化（圖1）。人們采用多種方法（生物學方法、光譜法、電化學法和色譜法等）從不同角度探索這些變化，進而判斷作用方式和闡述作用機理[10]。本文綜述了常用于研究農藥與DNA相互作用的光譜方法原理和應用。

1 紫外可見光譜法

紫外可見光譜法是研究農藥與DNA相互作用的一種最方便、最常用的技術[11]。小分子與DNA的相互作用會引起吸收帶的紅移（藍移）現象或增色（減色）效應。增色效應是DNA雙螺旋結構被破壞的結果，減色效應則是DNA分子軸向收縮、構象變化的結果。吸光度減小、吸收帶紅移以及等吸收點的形成是小分子與生物DNA發生嵌插作用的光譜標志[12]。嵌插作用對DNA的雙螺旋結構起穩定作用，可導致熔鏈溫度Tm值增大5～8 ℃，而非嵌插作用的小分子不會使Tm值增大得如此明顯。邵華等[11]已采用紫外光譜法研究農藥的DNA加合作用，結果表明馬拉硫磷、呋喃丹、氯氰菊酯及兩兩混配后均可能與哺乳動物DNA結合，引起DNA的紫外譜圖發生明顯的波長位移，甚至產生新的波峰[12]。Farhad等[13]也利用紫外和熒光光譜法發現二嗪農能使小牛胸腺DNA（Calf thymus DNA，ct DNA）光譜產生藍移。此外，劉偉等[14]研究了農藥毒死蜱對小牛胸腺DNA和蠶豆根尖細胞的損傷作用。結果表明，它使得小牛胸腺DNA吸收光譜在207 nm處的吸收峰出現紅移現象，隨著藥劑濃度的增加，譜圖出現了減色效應。

2 熒光光譜法

熒光光譜法作為一種快速、靈敏的光譜分析方法也廣泛用于農藥與DNA相互作用的研究。通過對熒光參數（如熒光偏振、熒光強度等）的測定，可獲得許多關于農藥與DNA相互作用的信息。農藥與DNA作用后熒光偏振的變化是判斷農藥是否與DNA發生嵌插作用的標志之一。借助熒光強度的變化，可測得農藥與DNA的結合常數、結合位點數和作用方式等。

對于熒光很弱的農藥，可借助熒光探針進行研究。溴化乙錠（Ethidium bromide，EB）是較為常用的一類探測農藥與DNA相互作用的熒光探針，利用EB-DNA體系的熒光變化，可判定農藥與DNA的作用方式。孟慶翔等[15]選用溴化乙錠（EB）為熒光探針，考察了阿特拉津濃度、磷酸鹽、離子強度以及碘化鉀對系統熒光的影響。結果表明，阿特拉津對ctDNA-EB體系的熒光存在淬滅現象，并同時存在靜態和動態兩種淬滅方式。張立金等[16]對農藥甲萘威（Carbaryl）對ct DNA的損傷作用也進行了初步的探討，證明甲萘威的確對DNA具有一定的損傷作用，而這種損傷可能和甲萘威與DNA的相互作用有關。

3 圓二色光譜法

圓二色光譜（Circular dichroism，CD）是測定樣品對左、右旋偏振光的吸光度差。樣品是否有圓二色性取決于樣品的發色團是否具有手性。一般可通過農藥對DNA的圓二色信號的改變判斷DNA構象的變化，如果DNA在280 nm附近圓二色信號無變化，可排除農藥與DNA作用方式是嵌插作用。Soheila等[17]對二嗪農對DNA的CD光譜進行了研究，結果在280 nm處發現峰形未發生變化，表明二嗪農與DNA的作用是非嵌插作用。Farhad等[18]用CD證明了有機氯殺蟲劑2，4-D與DNA亦可發生作用。

4 紅外光譜法

當紅外光照射時，物質的分子將吸收紅外輻射，引起分子的振動和轉動能級間的躍遷，所產生的分子吸收光譜成為紅外吸收光譜。近年來，傅里葉變換紅外光譜法在小分子與DNA相互作用的研究中得到了廣泛應用。文獻[19]報道了致癌物質Diethylstilbestrol（DES）與ct DNA之間的作用模式、結合常數、序列選擇性以及DNA結構和構象的變化情況。當DES濃度較低時，A·T富集區是DES與DNA發生嵌插作用的主要位點，伴隨著這種嵌插結合過程，DNA逐漸由B型向A型轉變；當DES藥物濃度較高時，DES與G·C堿基發生作用，并削弱了DNA雙螺旋結構的穩定性。Zhou等[20]通過紅外等光譜手段研究了聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）與DNA之間的作用方式。紅外光譜研究結果表明，PDDA與DNA分子中的堿基和磷酸基團發生了作用，且DNA/PDDA復合物的形成導致DNA二級結構構象發生了變化。

5 共振光散射和拉曼光譜法

共振光散射技術一般檢測物體的共振瑞利光信號。利用農藥誘導DNA共振光信號的變化可探測DNA的構象變化、聚集和超螺旋結構的形成，進而推斷農藥與DNA的作用方式[21，22]。拉曼光譜屬于振動光譜，共振拉曼效應極大提高了拉曼光譜的靈敏度。拉曼光譜法對農藥與DNA的分析主要研究其構象的變化、堿基的損傷、氫鍵的斷裂和單雙鏈的斷裂等。周殿鳳等[23]的研究結果表明，ct DNA在253.7 nm處受到紫外輻射的損傷作用最嚴重，DNA的構象受到破壞，DNA的構型發生變化，部分單雙鍵發生斷裂，出現了各種各樣由于DNA鍵斷裂產生的多核苷酸。Wen等[24]運用拉曼光譜對病毒DNA在不同波段處的吸收進行了研究。

綜上所述，光譜方法在農藥與DNA相互作用的研究中應用十分廣泛，不同的光譜法互相驗證可提供更準確的信息。紫外方法檢測紫外吸收的差別有簡單、準確的特點，但紫外可見光譜反映的信息量有限；熒光光譜有多種熒光參數可利用，能推斷農藥與DNA的結合常數、結合位點數和作用方式等；而且紫外方法和熒光方法又常受限于一些物質，如紫外吸收信號或熒光信號弱，又或與DNA光譜重疊等問題。圓二色譜、紅外色譜、共振光散射和拉曼光譜法都是檢測DNA結構變化的有效方法，圓二色譜對手性分子的檢測具有一定的優勢，有可能在手性農藥與DNA相互作用的研究中發揮更大的作用。紅外光譜由于受水的紅外吸收的影響而限制了其在水溶液體系中的應用。因此，研究農藥與DNA的相互作用常要求結合多種光譜方法互相驗證。

6 展望

目前，關于農藥與DNA相互作用的研究主要集中在少數幾種農藥上，且基本上使用紫外光譜法、熒光光譜法和彗星實驗這三種方法來評價農藥對DNA的損傷作用。如果再結合其他的分析技術如電化學方法等從不同角度進行多方位、多層次的研究，對農藥與DNA作用的方式和機理的了解會更加深入。此外，隨著手性農藥在目前使用的農藥中所占比例越來越大，以及它們在生物體上表現出的潛在生物效應如毒性、致癌性、致突變性等對映體的選擇性[25]，建立一種能夠準確可靠的研究手性農藥對映體水平上遺傳毒性的差異的快速評價方法將顯得尤為重要，因此開展手性農藥與DNA相互作用研究的光譜法研究是一個重要的領域，能為手性農藥的環境安全性評價提供更為寶貴的科學依據。

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第8篇：光譜學分析范文

關鍵詞：懸浮物； 差分探測； 光散射

中圖分類號： TN 249 文獻標志碼： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.06.004

Abstract：A method based on laser difference detection for measuring suspended matter concentration is introduced in the paper. It can be used for the concentration measurement of suspended particles such as smog， dust and other aerosols. Based on the light scattering effect of the suspended particles， realtime monitoring of the suspended particles without changing their properties can be achieved. By means of a direct amplification of the differential signal of the test and reference light， fluctuations of the laser energy can be reduced. The measuring principles and methods are presented in detail. Through the study of the light decaying mechanism during laser propagating in the suspended particles， the relationship between the suspended matter concentration and light intensity attenuation is deduced. We also build a laser differential detection system for the measurement of the suspended matter concentration. By measuring the smog of known concentration， practical feasibility of the measurement method is verified.

Keywords： suspended matter； difference detection； light scattering

引 言

隨著工農業的發展，大氣中懸浮物的污染越來越嚴重，極度危害著大氣環境質量和人類健康。因此，懸浮物質量濃度的測量在環境保護、工業生產和科學研究等領域有著十分重要的意義[1]。

目前，國內外對于粉塵質量濃度檢測技術的研究越來越重視，經過對懸浮物質量濃度檢測技術的多年研究，可將其質量濃度的檢測方法分為兩大類：非光學分析法和光學分析法。其中非光學分析法主要有黑度法、超聲波技術、氣敏法、熱催化法等；光學分析法主要有光干涉法、差分吸收光譜技術、可調諧激光二極管激光吸收光譜技術和拉曼散射激光雷達技術等[2]。非光學分析法已經在這一領域得到了廣泛的應用，但由于檢測設備響應速度慢，處理復雜，難于對懸浮物濃度進行實時監測，也無法進行遙感監測，其應用范圍受到限制。

相比較于非光學分析法，基于光學分析的氣體濃度檢測技術具有探測靈敏度高、選擇性強、可探測的氣體種類多、響應速度快等特點，適合現場實時監測，成本較低，必將成為未來懸浮物質量濃度檢測的理想工具。光干涉法是利用光的折射率與被測氣體的含量來檢測氣體體積分數，測量環境，如溫度、濕度、壓力等會對測量結果產生較大影響。差分吸收光譜技術是根據大氣中衡量氣體成分在紫外和可見光譜波段的特征吸收性質來反演其種類和質量濃度[34]。差分技術可消除大氣湍流對信號的影響，不同污染物之間的干擾和濕度、氣溶膠的干擾，能夠滿足連續監測的要求，但是該方法要根據吸收光譜的變化快慢對光譜進行分解，只適用于具有窄帶吸收結構的氣體，對不同的氣體監測需要安裝不同的光程和接收裝置，操作過于復雜[5]。可調諧激光二極管激光吸收光譜技術是最近發展起來的一種高靈敏、高分辨率的大氣衡量氣體吸收光譜檢測技術，但是該方法調諧范圍有限，限制了可探測的氣體種類。拉曼散射激光雷達是根據激光拉曼散射光頻率相對于入射光頻率發生變化，產生拉曼頻移，其頻移量取決于大氣中的氣體成分而實現測量的，該方法的檢測精度、線性度和信噪比還有待進一步提高。

為了能夠實現對懸浮物的實時探測，使相對誤差控制在15%之內，根據懸浮物顆粒對光的散射信息來測量散射顆粒的質量濃度、大小及尺寸分布情況[67]，提出一種基于激光差分探測的懸浮物質量濃度測量方法，采用光散射的方法進行差分檢測，將單光源分為雙光路既可消除檢測時光強等的干擾，又避免了使用雙光源檢測而引入的差異，同時考慮在適當的散射模型中改變激光頻率大小來觀察測試結果的變化，以改善對懸浮物質量濃度的測量精度。

2 激光差分懸浮顆粒質量濃度探測系統與差分探測電路設計

根據激光在懸浮物顆粒中傳播的散射原理，當光通過不均勻介質以后，光強要發生衰減。當一束單色平行光照射到懸浮物顆粒中并傳播一定長度的距離時，由于微粒的散射作用，出射光強會有一定程度的衰減，由朗伯-比爾（LambertBeer）光透射定律可得到出射光強與入射光強的關系。

系統總體方案如圖2所示，采用雙光路差分探測方法。該懸浮物濃度檢測系統包括光源穩定控制模塊、半導體激光器、λ/2波片、偏振分束器、反光鏡、光電差分探測器、濾波電路、A/D轉換模塊、單片機等。除探測光光路暴露于測試環境之中，整個懸浮物質量濃度檢測裝置位于一個密閉腔體之內。半導體激光器用于產生功率穩定的線偏振激光輸出。λ/2波片用于調整激光的偏振方向，使之以適當的偏振角入射到偏振分束器上。偏振分束器將偏振光分為兩偏振方向相互垂直的線偏振激光，配合λ/2波片，可以得到功率完全相等的兩束激光。一束激光作為參考光送入差分探測器的一個光電傳感器上，另一束光作為探測光經過待測環境中的懸浮物后照射到差分探測器的另一個光電傳感器上[910]。

探測光光強經過測試環境中的懸浮物時會發生衰減，與未經過測試環境的參考光光強產生差分信號。光電差分探測器接收到這兩路光信號后輸出相應電壓信號，經過放大、濾波、采樣后，獲得懸浮物質量濃度的觀測數據。

在物質擴散之前，首先對大氣環境進行測量，通過調節半波片使差分探測器輸出信號為零。再在此基礎上將待測物質釋放并進行測量，從而可以獲得懸浮物的實際質量濃度。

參考光路的作用是補償大氣環境與探測光路參數不對稱、溫度變化對測量精度的影響。一方面用來作為未衰減光束的參考標準，另一方面可以消除激光器輸出功率波動造成的測量誤差。

圖3所示的是三運放高共模抑制比光電差分放大電路，經過此電路可將光電轉換后得到的兩路電壓信號進行差分放大，使其達到可檢測范圍。它由五個集成運算放大器組成，其中AR21、AR22為性能一致（主要指輸入阻抗、共模抑制比和增益）的同相輸入的通用集成運放器，構成平衡對稱差動放大輸入級，AR23構成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進一步抑制AR21、AR22的共模信號。由于該電路具有高共模抑制比，所以差分電路對溫漂具有很強的抑制能力，測量結果準確度較高。電路中光電二極管輸出電流約為幾毫安，為了便于觀測，將光電差分放大電路的放大倍數設定為500倍，其中光電轉換模塊放大50倍，差分放大模塊放大10倍。

由于激光器脈寬可調，實驗中所采用的調制頻率為100 Hz，即激光信號脈沖寬度最小為10 ms，由式（6）可得放大電路帶寬應大于89 Hz。光電轉換電路中AR21、AR22單位增益帶寬為1.6 MHz，為了獲得50倍的閉環增益，則運放在理論上可處理矩形脈沖信號的最大頻率為1.6 MHz/50=32 kHz。又由于差分放大模塊中AR23增益帶寬為0.5 MHz，因此放大電路的設計滿足帶寬限制。

當AR21、AR22性能一致時，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓相關，而其共模輸出、失調及漂移均在R205兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，同時不要求外部電阻匹配。為了消除AR21、AR22偏置電流等的影響，通常取R201=R2011。另外，本電路還具有增益調節功能，調節R205可以改變增益而不影響電路的對稱性。通過Multisim對光電差分放大電路進行仿真，仿真結果如圖4～6所示。

由仿真結果可知V1out處電壓脈沖值為76.6 mV，V2out處電壓脈沖值為153.1 mV，經過差分放大后輸出電壓脈沖值為1.515 V，則認為光電差分放大電路可實現對差分光路的探測。

3 激光器調制頻率和探測波長選擇

3.1 激光調制頻率選擇

為了便于在示波器中觀測并有利于后續電路處理，對半導體激光器的頻率進行調制，使其輸出方波信號，即利用信號發生器產生的調制信號去改變激光器的振蕩參數，從而改變其輸出特性。

在待測懸浮物顆粒質量濃度一定的情況下，隨著激光光源調制頻率的變化，會引起光信號接收裝置（光電差分探測器）接收到的光信號改變，從而使光電差分探測器輸出的電壓信號發生變化。為了得到理想的探測信號，在實驗之前，首先需要確定激光光源的調制頻率。分析激光光源頻率與光電差分探測器輸出信號之間關系時，將探測光完全遮擋，通過改變激光光源的輸出頻率，得到光電差分探測器電壓輸出信號與頻率的關系如圖7所示。

由圖可知，隨著激光光源頻率的升高，光電差分探測器輸出信號會逐漸降低，在0～50 kHz范圍內輸出信號與光源頻率呈線性關系，當激光頻率達到50 kHz或者更大時，光電差分探測器輸出的電信號發生驟降，因此50 kHz認為是探測器所能檢測到激光信號的截止頻率。最終實驗中選擇調制頻率為100 Hz。

3.2 最佳探測波長選取

圖8為BPX65光電二極管光譜響應曲線。BPX65作為光電探測器，具有光譜靈敏度高，響應速度快，頻響范圍寬的特點。為了獲得較高的檢測靈敏度，提高檢測精度，分別針對405 nm、658 nm、780 nm這三種波長的可調制半導體激光器輸出光通過物質后的散射特性做了測試。由于在絕大多數情況下，實驗產生煙霧粒度成分及大小與實際測量時的煙霧顆粒成分及大小都是不相同的。不過一些典型應用場合下的煙霧顆粒成分及大小都會表現出共同的特征，因此可針對這些典型應用場合，分別進行標定，并將標定結果預置于測量電路之中。實驗時選擇對粒徑為0.1～2 μm的煙霧粒子進行標定，經過后續檢測可得出激光通過煙霧后所顯現的共同特征。測試中物質的標準質量濃度由質量濃度標定儀給出。標定儀測量范圍為0～500 mg/m3，測量精度為±1%。經過對煙霧質量濃度檢測，分別得到了輸出電壓隨質量濃度變化的關系，并對測試結果做了非線性擬合，如圖9所示。

4 實驗測量與分析

比較標定后激光差分探測系統的輸出結果與標定儀器的輸出結果，如圖11所示，可以看到在較小質量濃度條件下，兩曲線有明顯偏離，而標準濃度超過6.95 mg/m3后，實測值與參考值非常接近。對于較小質量濃度條件下的偏離，應是較稀薄質量濃度與較高質量濃度對激光的不同散射規律所致。

其中，實線對應激光差分探測系統標定后的實測擬合結果，圓點對應標定儀器的結果以作參考。標準質量濃度超過6.95 mg/m3之后，激光差分探測系統輸出相對于標定探測儀器輸出的相對誤差，如圖12所示。

由實驗結果可知，將粉塵儀測得的質量濃度值作為標準值，由光電差分探測器輸出信號計算得到的質量濃度值作為實際測量值，實測質量濃度值與標準質量濃度值的相對誤差可維持在12%之內。

因此，經過標定之后，激光差分探測系統可以對超過30 mg/m3的較高質量濃度的煙霧類氣溶膠懸浮物實現相對誤差在12%以內的質量濃度測量。

5 結 論

本文提出了一種基于激光差分探測技術的懸浮物質量濃度測量方法。通過對激光在懸浮物顆粒中傳播時衰減原理的研究，獲取了懸浮物顆粒質量濃度與光強衰減的關系，激光光源頻率與響應度的關系以及激光器波長與探測器響應度的關系。通過標準氣溶膠質量濃度測試儀對系統進行了標定，并以人工方式產生煙霧為實驗媒質使用該系統進行懸浮物質量濃度測量，對超過30 mg/m3的較高質量濃度的煙霧類氣溶膠懸浮物實現了相對誤差在12%以內的質量濃度測量。經過適當的改進，該測量系統可用于煙霧、粉塵等空氣懸浮顆粒含量的實時測量。

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第9篇：光譜學分析范文

關鍵詞：土壤重金屬；高光譜遙感；估算方法；統計分析；預測精度

中圖分類號：TP79；S158；S153.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1248-06

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態環境的重要組成部分[1]。隨著工業的發展和農業生產的現代化，大量污染物進入土壤環境，其中重金屬是重要的污染物質之一[2]。土壤污染中重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的物質，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等，目前最令研究者關注的重金屬是汞、鎘、鉛等。土壤重金屬污染不僅會造成農作物減產，質量下降，嚴重者會通過食物鏈影響人體健康，因此對土壤重金屬含量進行監測非常必要。傳統的野外采樣和室內化學分析方法具有測量精度高、準確性強等優點，但相對費時費力，而且很難獲取大面積空間上連續的污染物含量分布信息。遙感技術因其多時相、大面積等特點逐漸被研究者應用于土壤性質的監測，高光譜遙感則以其多且連續的光譜波段特點被應用于監測土壤重金屬含量，可以實現大范圍、非破壞性和非接觸元素的快速測樣[3，4]。

由于土壤中重金屬含量低，對土壤光譜曲線影響微弱，直接分析土壤樣品重金屬元素的特征光譜來估算其含量比較困難。通過借助重金屬元素與土壤有機質、黏土礦物、鐵錳氧化物、碳酸鹽礦物之間的吸附或賦存關系，可以間接反演土壤重金屬元素含量，反演精度在一定程度上取決于重金屬元素與這些組分之間的相關性[5-7]。

近年來國內外學者在土壤重金屬遙感反演研究方面已經取得長足進展，多數研究基于實驗室的土壤光譜分析。例如有學者基于土壤可見-近紅外、近-中紅外反射光譜特征，實現了對礦區用地[8，9]、農業用地[10，11]、潮灘[12，13]等研究區土壤重金屬元素含量的反演研究。如Kemper 等[8]利用土壤反射光譜反演了Aznalcollar礦區土壤As、Hg、Pb以及Fe元素的含量。國內的Wu等[10]利用實驗室土壤的反射光譜模擬Hymap、Aster以及TM影像波段，實現了大面積監測南京江寧地區土壤Hg污染，發現估測土壤中Hg的最佳波段和土壤Fe的吸收波段一致，且相關分析表明土壤Hg的含量與土壤反射率成負相關關系。另外Moros等[12]在研究中發現了土壤重金屬元素和有機物質之間的相關性，基于土壤可見-近紅外和中紅外反射光譜，建立偏最小二乘回歸模型，實現了對河灘土壤中As、Cd、Co等元素污染水平的定量監測。

土壤反射光譜特征與重金屬元素含量之間的定量反演研究，可為進一步應用空間或航空遙感技術進行高光譜遙感定量監測土壤重金屬污染提供技術和理論支持，為土壤中重金屬含量的快速監測和大面積的土壤重金屬污染評價提供技術支撐。

1 土壤光譜特性及特征波段的提取

土壤光譜信息是土壤表層各種屬性的綜合反映，其中土壤顏色、質地、有機質含量和各種礦物質成分等對土壤光譜的影響作用較為明顯[14]。土壤屬性與實驗室實測反射光譜的相關關系已得到證實：在可見光和近紅外波段，土壤光譜的吸收特征主要是由金屬離子的電子躍遷形成，在短波紅外區域，土壤的吸收主要歸因于有機質、層狀硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等礦物質的各類分子團中化學鍵的伸展、彎曲、變形等振動[7]。

土壤中有機質、氧化鐵、黏粒比例的增加，會降低土壤光譜反射率；土壤有機質與反射率較強的相關關系主要反映在可見光波段，而土壤氧化鐵和黏粒則在近紅外波段可以得到更精確的區分[15]。在可見光波段，土壤光譜曲線斜率較大，429、490 nm附近是土壤氧化鐵微弱的吸收峰，470 nm附近則是土壤氧化錳微弱的吸收峰，波長600 nm附近是土壤有機質典型的反射峰，815 nm附近則是有機質的次反射峰，在近紅外波段，反射光譜的斜率較小，接近水平。900 nm附近的吸收峰是土壤中3價鐵所致，1 000 nm附近的吸收峰是土壤中鐵的氫氧化合物特征譜帶，1 400、1 900、2 200 nm附近的吸收峰是土壤硅酸鹽礦物中水分子羥基伸縮振動和Al―OH彎曲振動的合頻譜帶，濕度降低了所有光譜段的反射率并在1 400、1 900 nm處產生較強和較寬的吸收帶。2 455 nm附近的吸收峰則是土壤碳酸鹽中CO32-基團振動產生的譜帶[16，17]。圖1為土壤樣品的原始光譜曲線示意圖。

通常土壤反射光譜需要預處理以突出光譜信息中的細微特征，常見預處理方法有光譜反射率的微分、倒數對數和連續統去除等，以此來獲得表征不同土壤成分的特征波段。但實際工作中需要針對不同的土壤背景條件，不同的重金屬污染類型，更加系統地分析土壤反射光譜特征差異，運用合適的預處理方法和統計方法提取研究區土壤特征波段，建立土壤重金屬的光譜特征數據庫。土壤重金屬特征光譜的確定，可為區域土壤重金屬含量反演模型的建立（包括特征波段參數選擇）打下基礎[11]。

2 土壤重金屬含量反演的主要方法

土壤中重金屬元素含量很低，在土壤反射光譜的各波段沒有明顯的吸收特征，且土壤組成成分復雜，每個組分對反射光譜的影響是非線性混合，致使土壤的反射輻射過程復雜。用物理模型進行反演較難，通常采用統計方法分析土壤重金屬含量與反射光譜特征之間的相關性，間接實現對土壤重金屬元素含量的估算。常用方法主要包括單變量以及多元統計分析方法，多元統計方法較之單變量方法反演精度要高[16，18，19]。也有研究同時采用以上兩種方法來計算土壤重金屬含量[10，18]。

2.1 單變量統計分析方法

單變量統計法主要運用相關分析方法來探討土壤重金屬含量與光譜反射率之間是否存在較為顯著的相關性，選擇相關性最顯著的波段建立模型來預測土壤重金屬含量。根據波段選擇方法不同可分為單波段分析方法和波段有效變換后的分析方法。

如李淑敏等[11]利用光譜分析的方法探討北京地區農業土壤中重金屬含量與可見-近紅外光譜反射率的相關關系，通過對土樣原始反射光譜及其一階、二階微分光譜與各土壤重金屬含量進行單波段分析，確定了Cr、Ni、Cu等8種土壤重金屬的特征光譜，建立了估算土壤重金屬含量的回歸模型。任紅艷[18]研究分析了礦區農田土壤原始反射光譜和經過連續統去除后的光譜信息，確定了土壤光譜反射率與重金屬元素含量相關性最大的波段，得到了反演Cu、Cd等重金屬元素含量的最佳擬合模型。

由于土壤的高光譜反射率極易受到環境差異的影響，單波段反射率建立反演模型穩定性不足，因此可用敏感波段均值處理或組合等變換后的光譜波段與土壤重金屬含量進行相關分析，提高模型的穩定性，達到更高的預測精度。蔣建軍等[20]通過對敏感波段511 nm處對應的有機質診斷指數R/R450-750進行間隔10 nm的均值化處理，以敏感范圍均值R507-516/R450-750取代敏感波段R/R450-750作為自變量x，建立了有機質含量的預測模型，然后根據有機質含量和重金屬含量之間的關系間接反演Cd含量。此外，根據不同波段反射率提供的信息可以互相補充的特點，解憲麗等[7]提出利用波段組合方法能夠顯著提高光譜變量和重金屬含量間的相關性的論點，所建立Pb、Zn等元素的反演模型的可靠性要優于單波段預測方法。

2.2 多元統計分析

多元統計分析是光譜學研究中預測光譜特征物質的常用方法，因其綜合使用較多的波譜段，提高了統計預測的精度[18]。多元逐步回歸分析、主成分回歸（PCR）分析和偏最小二乘回歸（PLSR）分析是目前分析土壤組成與反射光譜間關系常用的統計方法[16]。此外，還有研究用人工神經網絡方法[9]或多種多元統計分析方法相結合[21，22]來反演土壤重金屬含量。

2.2.1 多元逐步回歸法 多元逐步回歸法是根據土壤重金屬含量與土壤反射光譜的相關分析，找出與重金屬元素相關性較好的光譜特征波段，對各重金屬含量與特征波段的光譜變量進行多元回歸分析。根據回歸系數和F統計量最高、均方根誤差最小的原則，選擇土壤重金屬高光譜遙感監測的最佳回歸模型。多元逐步回歸分析方法簡單明了，常被用來確定對于某種化學成分敏感的波段，并說明敏感波段值與這種化學成分濃度有較好的相關性，據此可以用這些確定的波長位置來估計化學成分的濃度[19]。

龔紹琦等[17]通過對濱海鹽土土壤光譜進行處理，通過對鎘、銅、鎳等重金屬含量與反射光譜變量的相關分析，獲得了反演土壤成分的特征波段為429、470、490、1 430、2 398、2 455 nm，利用逐步回歸分析方法分別建立了反演上述幾種重金屬元素的最佳遙感模型。另外王維等[23]運用土壤光譜反射率、一階微分、倒數對數這3種光譜數據對土壤銅含量進行了多元逐步回歸分析，并比較了不同光譜預處理方法對模型精度的影響。

2.2.2 主成分回歸法 主成分回歸分析是一種多元回歸分析方法，被廣泛應用在化學與測譜學分析中[22]。它利用全部光譜信息并進行壓縮，將高度相關的波長點歸于一個獨立變量，提取為數不多的獨立變量建立回歸方程，通過內部檢驗來防止過度擬合。用預測均方根誤差（RMSEP）來評價模型的預測能力。

其中：ym是土壤重金屬含量實測值，yp是對應的模型預測值。

部分學者用主成分回歸分析方法取得了很好的預測效果。Wu等[10]用 PCR 法建立了室內土壤光譜與Hg含量的反演模型， 二者相關系數R=0.69，均方根誤差RMSE=0.15。任紅艷等[22]利用在實驗室獲取的礦區農田土壤可見-近紅外反射光譜與土壤As和Fe的濃度數據構建了反演As和Fe的PCR預測模型，并指出其預測能力要優于偏最小二乘回歸預測模型。但現有研究也證明PCR預測能力要受重金屬種類的影響[24，25]，如Islam等[24]用紫外-近紅外-可見光譜反演了農業土壤中Ca、Mg等元素的含量，但對K、Na元素的反演能力就差。

2.2.3 偏最小二乘回歸法 偏最小二乘回歸方法作為一種有效的光譜分析方法，在光譜數據處理中已得到廣泛應用。該方法提供一種多對多線性回歸建模的方法，當兩組變量的個數很多，且都存在多重相關性，而觀測數據的數量又較少時，與傳統的多元線性回歸分析方法相比，PLSR方法解決了多元線性回歸方法所面臨的多重共線性問題，可概括提取光譜信息，從而較為準確地定量反演重金屬元素含量。而且與主成分回歸分析相比，PLSR方法不僅很好地概括光譜信息，而且還要求新生成的成分對因變量（重金屬）有最強的解釋性。在某種意義上，PLSR模型綜合了多元線性回歸和主成分分析兩種方法。此外，與人工神經網絡法（ANN）相比，PLSR 的因子負荷可以形象地揭示自變量與因變量的關系，從而有助于理解利用反射光譜反演無明顯光譜特征重金屬的機理。基于上述原因，目前研究中廣泛采用PLSR來反演土壤重金屬元素含量，并取得了很好的反演效果[26-30]。模型的反演能力同樣由預測均方根誤差來評價。

國外Kooistra等[31]發現利用河灘土壤的反射光譜可以較好地反演土壤重金屬Zn、Cd的污染水平，指出利用土壤可見-近紅外反射光譜建立的PLSR模型是定量分析河灘土壤成分及重金屬含量的有效途徑。國內Ren等[32]應用PLSR方法，分析長江口鹽沼土壤的反射光譜，定量反演了土壤重金屬As和Cu的含量，并取得了極顯著相關的結果。鄭光輝等[33]用PLSR方法建立反射光譜與土壤As含量之間的模型，通過交叉驗證、估算檢驗建模精度，證明了利用反射光譜反演土壤As含量的可行性。表1列舉了用反射光譜定量反演土壤重金屬含量的主要統計分析方法。

3 模型精度的影響因素分析

在土壤重金屬含量反演模型建立過程中，很多因素會對模型精度產生影響，所以很難全面地估計所建立的光譜模型精度。在不同的研究區域，由于土壤類型[32]、組分和污染水平的不同[34]，模型的應用會受到限制，精度也會受到一定影響。對于同一研究區域，重金屬元素種類、樣品集數量、元素的分析形態及化學分析誤差[9]、高光譜波段范圍的選取[35，36]及高光譜數據的處理方法等因素都會對模型的反演精度產生影響。以下主要就高光譜數據處理方法對模型精度的影響進行總結討論，采取合適的光譜數據處理方法會提高光譜模型的響應預測能力。

3.1 合適的光譜分辨率

合適的光譜分辨率能提高模型反演精度。劉華等[37]通過對光譜采樣間隔為1 nm的土壤反射率和EO-1衛星Hyperion高光譜波段建模效果比較發現，不論是比較預測值與實測值的相關系數，還是相對誤差，前者所建模型對土壤重金屬含量的反演要好于后者，說明光譜分辨率高，對土壤定量反演能力較好。

但研究也證實并不是光譜分辨率越高，重金屬預測精度就越高。有些學者通過對重采樣后降低了光譜分辨率的數據進行分析也取得了較好的預測精度。因重金屬元素光譜特征較寬，不需尖銳的吸收峰，且相對較低的光譜分辨率增強了光譜信噪比， 從而提高了預測精度。鄭光輝等[33]采用經過多元散射校正處理后的數據反演土壤砷的含量，進行2、4、6、8、16、32和64 nm重采樣，分別進行建模、驗證和反演，表明土壤的4 nm分辨率光譜的建模、驗證和估算結果最佳。其他研究也得出類似結論，如Kemper等[8]認為寬的采樣間隔（10或20 nm）減少了噪聲的影響，得出較好的反演結果。但過大的采樣間隔也會損失部分光譜信息，降低模型精度。如黃長平等[38]證實在使用經驗方法估算沒有明顯光譜特征的成分時，光譜分辨率不是一個必要條件，這為模擬衛星傳感器波段反演土壤重金屬含量提供了理論依據。

同時有研究結果表明，不同重金屬元素最佳采樣間隔不同[39]。在實際工作中要根據重金屬種類、土壤理化性質來選取合適的光譜分辨率而提高模型的精度。

3.2 不同光譜預處理方法

為了提高模型預測精度，建模之前先對初始反射光譜進行預處理。研究證實最佳預測結果與光譜預處理方法有關，土壤光譜數據預處理可以消減光譜中因受隨機因素影響而產生的誤差，增強相似光譜之間的差別、突出光譜的特征值，提高重金屬含量的響應能力、回歸模型的穩定性和預測能力[40，41]。然而并非所有的預處理方法都可以取得理想的預測結果。目前常用的光譜預處理方法有一階微分（FD）、二階微分（SD）、光譜倒數對數[log（1/R）]、連續統去除（CR）和多元散射校正（MSC）等。

微分光譜是光譜分析中常用的預處理方法，可消除基線漂移或平緩背景干擾的影響，并可提供比原始光譜更高的分辨率和更清晰的光譜輪廓變換，增強土壤重金屬的光譜信息，提高模型的精度。如王維等[23]證實應用一階微分處理后的光譜逐步回歸表現較好，預測精度高于原始反射率和光譜倒數對數的處理方法。但Wu 等[39]認為一階微分不能明顯提高估算精度，未經任何處理的原始光譜同樣可以表達土壤屬性。Kooistra等[13]研究發現，導數變換并不能顯著提高預測效果，與Volkan等[42]的研究結果一致。

光譜的倒數對數處理方法也具有較理想的處理效果。土壤反射率經對數變化后，不僅增強可見光區的光譜差異（可見光區的原始光譜一般偏低），而且趨向于減少由于光照條件、地形等變化引起的隨機因素影響，提高模型精度。王璐等[16]對天津污灌區土壤光譜特征預測土壤重金屬含量的能力進行了分析和評價，結果表明光譜的倒數對數log（1/R）是估算土壤重金屬元素含量較理想的指標，尤其是對Cd和Pb，檢驗精度R2超過0.8。

多元散射校正方法由于可以有效去除散射影響，提高信噪比，也可以得到最佳建模、驗證和反演結果。任紅艷等[22]利用主成分回歸方法研究礦區農田土壤砷含量與反射光譜的關系時發現多元散射校正可顯著提高模型的估算能力。鄔登巍等[35]通過對樣品的中紅外（MIR）漫反射光譜進行多種預處理，結果表明，依次經平滑、基線校正、多元散射校正預處理能顯著提高中紅外光譜數據的反演精度。

4 高光譜模型在模擬多光譜數據方面的應用

利用現有多光譜遙感傳感器可以進行土壤重金屬元素的監測。不少研究建立了土壤重金屬含量與模擬HyMap、TM、ASTER以及 Quickbird 光譜的關系，雖然模型精度比高光譜數據模型精度略低，但可以進行大面積監測。

王璐等[16]采用PLSR方法對模擬的TM和ASTER多光譜數據進行分析，發現土壤重金屬Cd、Hg和Pb都與TM數據的第三波段（661 nm）和ASTER的第二（658 nm）、第四（1 655 nm）、第五（2 166 nm）波段有較高的相關性，而這些波段與土壤中有機質、氧化鐵以及黏土礦物對光譜的影響波段較接近。同樣李巨寶等[43]通過對土壤樣品重金屬含量和ETM+數據的模擬光譜數據STM進行相關分析，發現位于短波紅外的TM7波段是預測土壤Fe、Zn、Se含量的最佳波段。另外劉華等[37]也用不同的模型進行了土壤室內光譜與相關高/多光譜數據波段匹配模擬的研究。

光譜模擬數據是理想狀態下的結果，實際遙感應用中土壤光譜特征成分（總鐵、有機質以及黏土礦物等）在高/多光譜遙感數據上的表現必然受到植被及大氣等背景信息的干擾和影響。從模擬光譜層次的研究到遙感影像層次的應用還需要考慮更多因素的影響。但以上研究同樣可以為利用遙感技術快速、大面積、有效地進行土壤重金屬動態監測提供理論依據和技術途徑。

5 土壤重金屬含量遙感反演中出現的問題及研究前景

近年來在應用高光譜數據定量反演土壤重金屬含量的研究取得了較大的進展，但存在建模形態單一，特征光譜數據庫數據不足及準確性不高，應用范圍較窄及降噪程度不夠等原因造成的對目標物定量反演準確度不高等方面的問題。總體來說，運用高光譜技術估算土壤中重金屬元素含量，其模型擬合總體精度能達到75%～80%，平均相對誤差30%～40%，驗證精度60%～70%[15]。

因野外獲取反射光譜或者高空遙感應用會受到很多因素影響，如地表狀況（粗細度、土壤濕度、植被覆蓋等）、大氣吸收和光照情況等，目前用遙感手段對土壤重金屬理化特性研究的工作多局限于實驗室的光譜分析。以實驗室反射光譜預測研究為基礎，介于實驗室反射光譜和高空遙感應用之間的野外土壤反射光譜研究將是未來研究重點。隨著遙感技術的不斷創新，遙感反演土壤重金屬含量的方法也越來越多。建立更適合于現有遙感技術的模型來反演土壤重金屬含量以及提高模型的模擬精度將是未來研究的主要目標。

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