光谱技术论文篇(1)

中图分类号 O6 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）07-0001-01

1 拉曼光谱的发展

1928年，一个叫C.V.Raman的印度物理学家发现一种散射光谱，并称之为拉曼光谱。刚发现该光谱的时候它的聚焦必须要用日光来当光源，后来人们慢慢发现汞弧灯的聚集性更好更方便，就用汞孤灯替代了日光。但是汞弧灯存在强度不太高、单色性差等缺点，这在一定程度上阻碍了拉曼光谱的发展。到60年代后，微弱信号检测技术得到改善，计算机应用普及，又引入激光光源，这些都给拉曼光谱的发展带来了新的转机。再后来，激光拉曼探针的出现使拉曼光谱技术出现了质的飞跃。

2 拉曼光谱的特点

分子的简正振动过程中极化率的变化的大小不能决定红外光谱中的谱线强度，但是能决定拉曼光谱的谱线强度，这也就使得通过拉曼光谱可以检测红外光谱仪中无法检测出来的信息。拉曼效应是所有分子的共性，且其存在的形态不影响这一效应，这也说明拉曼效应具有普遍性。用拉曼散射光谱检测样品时，样品不需要特殊制备，样品数量的多少也无所谓，在探测样品时拉曼散射采用光子探针，这种探针不会损伤样品，可保全样品的完整性。

3 拉曼光谱在不同研究领域的应用

3.1 在无机材料中的应用

在研究低维纳米材料的众多方法中，拉曼光谱法俨然成为了首选。在纳米材料中，包括组成成分、键合类型、制备纳米材料的方法以及制作工程中必要的热处理环节，都能影响纳晶界结构本身又比较复杂，这就使得纳米材料的研究难以进行，而拉曼光谱法恰恰可以解决这一问题，纳米材料的结构信息可以通过拉曼频率表现出来。所以不管是从纳米材料的分子结构去分析，还是从键态特征角度去看，又或者是进行其定性鉴定，都能利用拉曼光谱获得重要信息资料。

3.2 在矿床学中的应用

拉曼光谱法可应用在矿床学中，对沉积有机质或有机碳质物进行研究。沉积有机质会发生热蚀变现象，拉曼光谱对这种变化异常敏感，所以有机质的拉曼光谱会随着演化阶段而发生系统性的变化。根据这一特性，研究沉积有机质时，就可以依靠有机质的拉曼谱图建立拉曼谱参数回归方程，再利用方程计算源岩的埋藏历史、沉积环境，然后综合分析判定其具有的油、气潜力。拉曼光谱在一定程度上促进了矿床学的研究。

4 拉曼光谱技术

4.1 表面增强拉曼光谱技术

在一些特殊的金属良导体表面或溶胶的制备过程中，表面增强拉曼散射的吸附分子的拉曼散射信号远大于普通拉曼散射信号。拉曼光谱最显著的缺点是灵敏度很低，而表面增强拉技术恰好克服了这一缺点，并且能够获得常规拉曼光谱不易获得的结构信息。这也就是表面研究、吸附界面表面状研态究等都运用表面增强拉曼光谱技术的原因。

4.2 高温拉曼光谱技术

运用高温激光拉曼技术时，拉曼光谱的谱峰频率、位移、峰高、峰、峰面积及其包络线的量化解析都会发生变化。因此，工业冶金、制作玻璃、研究地质化学、探究晶体的生长等涉及固体的高温相变过程，熔体的键合结构的研究领域，通常都会使用高温拉曼光谱技术。

4.3 共振拉曼光谱技术

要想提高分子的某个或几个特征拉曼谱带强度，并使其达到正常拉曼谱带的104～106倍，就必须用到共振拉曼光谱技术。共振拉曼光谱不仅弥补了拉曼光谱灵敏低这一缺点，同时它还具有一个非常大的特点，就是只要共振拉曼光谱产生的激光频率与待测分子的电子吸收峰接近或重合时，就可以观察到泛音及组合振动光谱，这在常规的拉曼光谱中是极难见到的。共振拉曼光谱的高灵敏性，用于低浓度检测再好不过，甚至可以不加任何处理就得到人体体液的光谱图。若要其灵敏度可以达到单分子检测，只需将共振拉曼光谱技术与表面增强技术相结合。

4.4 共焦显微拉曼光谱技术

要想提高分子强度，就必须用到共振拉曼光谱技术。共振拉曼光谱不仅弥补了拉曼光谱灵敏低这一缺点，同时它还具有一个非常大的特点，就是只要共振拉曼光谱产生的激光频率与待测分子的电子吸收峰接近或重合时，就可以观察到泛音及组合振动光谱，这在常规的拉曼光谱中是极难见到的。共振拉曼光谱的高灵敏性，用于低浓度检测再好不过，甚至可以不加任何处理就得到人体体液的光谱图。若要其灵敏度可以达到单分子检测，只需将共振拉曼光谱技术与表面增强技术相结合。

4.5 傅立叶变换拉曼光谱技术

从20世纪90开始，傅立叶变换拉曼光谱逐渐发展起来。在1987年，第一台近红外激发傅立叶变换拉曼光谱（N IR FT-R）仪面向世界，由Perkin Elmer公司推出了。为了减弱荧光背景，照射样品采用的是1 064mm的近红外激光。此后，化学、生物学和生物医学样品的非破坏性结构分析研究中都有用到傅立叶变换拉曼光谱技术。

4.6 拉曼光谱与其他仪器联用技术

拉曼光谱与其他仪器的联用与其单独使用相比，可以获得更多的有用信息，且信息的可靠度也得到大大提高。正是如此，拉曼光谱仪和这些不同仪器的联用得到了全球各地的研究单位的密切关注，并且开始着手研究。

5 结论

通过以上理论分析，我们可以总结出来这样一个结论：拉曼光谱技术是所有化学、物理技术中最为卓越的，而拉曼光谱仪的发展对各个领域的研究都有着非凡的意义。

参考文献

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光谱技术论文篇(2)

【关键词】中药黄连饮片；活性成分；检测；光谱成像

文章编号：1004-7484（2013）-11-6864-01

中药饮片是在中药理论的指导下，根据辨证施治和调配制剂的实际需要，对中药材进行一定的加工炮制而形成的产品。由此可以看出中药材的质量也就决定了中药饮片质量的优劣，而中药饮片的质量对临床中药制剂的质量和药效也起着决定性作用。但长期以来国缺乏对中药饮片的质量标准和控制等有效的法律法规。因此，中药饮片质量的检测和控制对于保证中药疗效和广大人民安全使用中药有着非常重要的意义。基于此论文对中药黄连片活性成分进行了检测，现将分析报道如下。

1中药黄连饮片活性成分的检测方法及过程分析

1.1中药黄连饮片活性成分的检测方法分析中药黄连为毛莨科植物黄连、三角叶黄连或云连的干燥根茎，黄连的主要活性成分有小檗碱、黄连碱、甲基黄连碱等，具有清热燥湿、泻火解毒等功效[1]。由于其主要活性成分多数具有荧光，所以采用荧光光谱成像技术对黄连饮片进行检测。光谱成像技术是一门新兴的技术，是传统的二维光学成像技术和光谱技术有机结合的产物[2]。另外，这种技术还集中了光学、光电子学、电子学、信息处理学、计算机科学等领域的先进技术。光谱成像技术运用范围很广，可以进行图像采集、显示、处理和分析解释等[3]。中药黄连饮片活性成分分布的检测主要是通过光谱成像技术构建中药黄连饮片是我光谱成像指纹图谱，从而实现黄连饮片的活性成分空间分布检测，这种检测方法不仅科学，而且可靠、准确。检测结果可以为入药部位选择及饮片质量的评价提供依据。

1.2中药黄连饮片活性成分的检测过程分析在进行实际检测时要先调节系统接收端的高度，以保证达到最大的空间分辨率。然后根据药物的特点设置系统中的参数，主要包括光谱分辨率参数、范围参数和接收器曝光时间参数等，这些参数会根据不同的药品做不同的调整。中药黄连饮片活性成分分布的检测时这些参数的范围是光谱分辨率参数5nm、范围参数480-680nm、接收器曝光时间参数800ms。接着将被检测物品放置到载物台上，要注意调整紫外光源和载物台的相对位置，使其均匀激发显示出若干个狭窄的光谱带。最后用计算机专用软件对检测所得到的数据图像进行处理。2中药黄连饮片活性成分的检测数据分析

中药黄连根部有皮层、木质部、髓部三个部位，这三个部位是可以直接通过肉眼观察到的，但是看不到的是这三个部位中所含有的活性成分是不相同的，甚至存在很大的差异。这种特性的判别只有通过实验才能得出，用光谱成像技术分别在三个人工选取10×10像素的小区域内对这三个部位的活性成分进行检测发现三个部位的光谱曲线存在明显的差异[4]，其光谱曲线平均值如下图所示（图1）。木质部、髓部和韧皮部的峰形和峰位相似显示性较大，而峰面积却存在较大的差异。通过对光谱图像的重构和分类处理，可以清晰地看出中药黄连各部分的活性成分的空间分布状况。统计三个部位中的像素所占面积的对比情况，结果显示，木质部、髓部、皮层各自占的总面积分别为30.3%、18.5%、51.5%。由此可以看出，中药黄连饮片中的主要活性成分在木质部中含量最高、其次是髓部、皮层中的含量最低[5]。3中药黄连饮片活性成分的检测结果讨论

论文对中药黄连饮片活性成分检测的目的是为了观察了解中药黄连饮片中活性成分的分布，有效的对其药用部位进行质量评价。论文以中药黄连饮片为研究对象，结合中药鉴定学与分析化学知识，运用光谱成像分析技术对中药黄连饮片活性成分进行检测。通过对中药黄连饮片活性成分的检测数据的分析，可以看出中药黄连饮片不同组织结构中活性成分的分布差异性比较明显，而且这也直接决定着入药部位的如何选择，但目前中药入药部位的选择主要通过经验来判断的，这对药效的发挥及药品质量的控制都是非常不利的。论文运用荧光光谱成像分析技术对黄连饮片的活性成分进行了检测，实验结果显示可以通过分析黄连饮片不同组织部位的光谱特征，运用主成分分析法确定检品活性成分的空间分布。同时，还可以进一步通过图像分割，获得饮片各组织结构的空间分布及其活性成分的相对含量，这些数据都可以为入药部位的质量控制提供依据。4结语

通过论文的研究发现黄连饮片根茎的不同部位中所含的活性成分量存在一定的差异，其中木质部中含量最高、皮层中的含量最低。同时，论文还可检测出不同部位像素所占的空间面积比例，有效的检测出活性成分具体的分布情况。这些数据不仅有利于确定黄连饮片的主要药效成分，而且可以为其入药提供科学依据。最后，希望论文的研究为相关工作者及研究人员提供借鉴和参考。参考文献

[1]赵静，庞其昌，马骥，等.中药黄连饮片活性成分分布的检测研究[J].光谱学与光谱分析，2012，31（6）：1692-1697.

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光谱技术论文篇(3)

关键词：遥感地址勘查技术；具体应用；研究

0前言

随着信息时代的到来，地质勘查与地质研究技术不断革新，如何利用遥感技术进行地质勘查，受到了越来越多学者的关注。较之其他范畴的地质勘查技术，遥感地质勘查技术具有其独特性，它利用影像直观地分析某区域的地质特性，搜集多元化的地质数据；然而遥感地质勘查技术也具有着一定的局限性，其地质状况分析过程必须经过实验室化验，获取手段较为复杂。因此，对遥感地质勘查技术的研究具有一定的现实意义，在应用过程中应注意扬长避短，发挥其最大效益。

1遥感地质勘查技术概述

1.1遥感地质勘查技术的概念

所谓遥感地质勘查技术，主要是利用飞机与卫星等遥感器等对检测地标的地质数据进行电磁、光谱的扫描与识别，从而深入地分析检测地标的地质特性，从而摸清地质信息与地质特征，为地质勘探工作提供更好的理论与数据依据，以便地质勘探与研究的顺利进行。较之传统的地质勘查技术相比，遥感地质勘查技术凭借其多层次、综合性及宏观性的特点，大大提升了地质勘查检测结果的精准性，具有技术先进、检测结果准确等优势，在现代地质勘查工作中占据着越来越重要的地位[1]。

1.2遥感地质勘查技术的特点

第一，遥感地质勘查技术具有一定的科学性。遥感技术的利用，为地质勘查工作数据采集提供了科学的理论依据。我国的遥感地质勘查技术应用例如卫星、飞机等高端遥感器对检测地标的具体地质状况进行科学的计算与检测，电磁技术、光谱技术同现代化计算机技术与现代化航拍器械的结合，使地质扫描工作更具科学性，为地质勘查与地质研究工作提供了科学的勘查数据与地质资料。第二，遥感地质勘查技术具有较强的精确性。随着矿产需求量不断增大，我国地质勘查工作不断细化，对地质勘查技术的精细化要求也越来越高。遥感地质勘查技术利用电磁技术与光谱技术对地质状况进行扫描与分析，满足了地质勘查工作的精细化需求。

2遥感地质勘查技术的具体应用

2.1对于地质构造信息的获取

在一般情况下，内生矿通常处于地质构造的异常部位与边缘部位，矿产资源主要分布在板块构造不同体的结合部位，这些地质信息都可以利用遥感地质勘查技术进行检测，在遥感器航拍的空间信息可以清楚地检测到板块构造边界地带的矿床。在利用遥感技术提取地质标志信息时，一般选择与检测区域具有成矿几率的线状、带状影像，同时在获取地质构造信息的过程中，对断裂与推覆体这一主要控矿构造模块的信息进行集中处理。在利用电磁与光谱技术扫描地质信息的过程中，由于外部因素与内部因素多方面的影响，图像成像的部分地质纹理信息与地质线性形迹难以清晰显示[2]。对地质构造信息的“模糊作用”可以合理利用专家目视解译或人机交互等科学方法对图像进行处理，利用科学的计算机图像恢复技术或目视比值分析等有效措施，突出重点地质构造信息。在地质构造信息提取的过程中，遥感地质勘查技术可以利用地表岩性特征、地质地貌特征等数据对地质构造隐性信息加以提取。

2.2利用岩矿光谱技术进行识别

岩矿光谱技术是遥感地质勘查技术的理论基础，适用于多光谱技术与高光谱技术，通过对多光谱蚀变信息的提取，对地质进行岩性识别与高光谱矿物识别。由于多光谱技术的光谱分辨率较低，导致岩矿的光谱特征表现力较弱，因此岩矿光谱技术主要基于图像线性信息与图像灰度特征，对岩矿的反射率差异进行分析。高光谱技术可以获取连续光谱信息，直观地识别地质类型，这是区别于多光谱技术的主要特征。岩矿光谱技术可以利用多光谱技术与高光谱技术有效地识别岩矿类型，识别与成矿作用有直接关系的矿物蚀变信息，对蚀变强度进行定量，为地质勘探工作提供技术支持。

2.3利用植被波谱特征进行找矿

矿产资源受到地下水微生物等外部因素的影响，可能使蕴藏的金属资源或矿产资源产生化学反应，使地表层产生一定程度上的结构变化，影响土壤层的成分组成[3]。地表植物对矿产资源存在着不同程度的聚集度与吸收度，使得地表植被的繁盛光谱特征产生不同的差异。基于这一特征，遥感地质勘查技术可以根据提取到的植被光谱异常信息进行分析，将植被光谱的异常色调进行有效的分离与提取，根据异常植被光谱对该地区是否存在矿产进行合理判定，提高矿靶区勘查工作的准确性，指导相关地质勘查工作的开展。针对植被对金属含量呈现的差异性，相关部门可以在既定矿区详细地收集植被样品的光谱特征，通过图像处理技术重点分析较为特殊的植被光谱，在光谱分析过程中，明确波谱测试技术灵敏度的有限性，对植被微弱的金属含量信息进行深入的分析，结合当地地质地貌实际情况科学地判定当时是否存在矿产资源。

3结论

随着我国国民经济的快速发展，国家对于矿产资源的需求量就越来越大，利用有效的矿产勘查技术显得尤为重要。遥感地质勘查技术一方面较之传统的勘查技术确实更具效率与精确性，可以根据实际地质情况进行有效的监测与评价，具有一定的先进性；另一方面随着矿产资源需求量的增大，遥感技术的发展面临着更为严峻的挑战。因此在应用遥感地质勘查技术的过程中，应不断对遥感技术进行完善与创新，实现对矿产资源的有效监控。

作者:缪杰 李凤 马娟 张辉 单位:1. 莒县陵阳地震台 2. 河北省地震局石家庄中心台 3. 昌邑地震台

参考文献：

光谱技术论文篇(4)

【摘 要】近红外光谱分析技术是光谱测量技术、化学计量学和基础测量技术的有机结合，可以快速、高效地对样品进行定性和定量分析。本文介绍了近红外光谱分析技术的特点，并重点论述了其在煤化工行业中的应用。随着计算机技术的快速发展，近红外光谱已成为最有效的分析测试技术之一。

【关键词】近红外光谱煤化工煤炭直接液化

1 引言

近红外(nir)谱区是指介于可见区(vis)和中红外(mir)区之间的电磁波。根据美国试验和材料协会(astm)规定，其波长范围为700～2500nm。近红外光谱为分子振动光谱的倍频和组合频谱带，主要指含氢基团(c-h，o-h，n-h，s-h)的吸收，包含了绝大多数类型有机物组成和分子结构的丰富信息。由于不同的基团或同一基团在不同化学环境中的吸收波长有明显差别，因此可以作为获取有机化合物组成或性质信息的有效载体。近年来，近红外光谱法(nirs)在仪器、软件和应用技术上获得了高度发展，以高效和快速的特点异军突起，被誉为分析巨人。

2 近红外光谱技术特点

现代近红外光谱分析是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机结合。近红外光谱之所以成为一种快速、高效、适合在线分析的测试技术，是由其鲜明的技术特点决定的，主要表现在：（1）分析速度快。由于光谱的测量过程一般可在lmin内完成，因此，通过建立的校正模型可迅速测定出样品的组成或性质。（2）分析效率高。通过一次光谱的测量和已建立的相应校正模型，可同时对样品多个组成或性质进行测定。（3）使用方便，分析成本低，测试重现性好。（4）便于实现在线分析。由于近红外光在光纤中良好的传输特性，通过光纤可以使仪器远离采样现场，另外通过光纤也可测量恶劣或危险环境中的样品。

3 近红外光谱分析技术在煤化工行业中的应用

煤炭作为我国的主要能源，对我国国民经济的发展起着极其重要的作用。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于煤炭的利用和研究也越来越广泛和深入。近年来，如何更加合理、洁净、有效地利用煤炭，是目前煤化学研究领域中所面临的一个重要问题。由于近红外光谱分析技术具有效率高、成本低等自身的优点而备受煤化学工作者的青睐。

3.1近红外光谱分析技术在煤化学结构研究中的应用

近年来很多学者对煤结构的研究虽已做了大量的基础工作，但仍然存在一些争论，部分原因就是煤的非晶态及不均一结构。对煤中某些官能团归属的确认及分析，对煤的反应性研究具有重要的理论和实用意义。随着光栅红外的退出，傅立叶变换红外以其高分辨率和对数据的处理能力的大幅提高，使以前一些含糊不清的，甚至有可能产生错误概念的结论被重新确认和改写。ft-nir分析技术采用模型化合物对标准浓度确定的方法，对影响煤反应性的官能团进行定量分析，如煤中的烃基、芳氢与脂氢的比例、煤中的含氧官能团、ch2的链长等方面，这一方法的优点是一旦有一条高质量的标准曲线，对任一样品中官能团的浓度就可以快速准确地进行标定。

琚宜文等应用傅里叶变换红外光谱(ftir)对不同类型构造煤结构成分的应力效应进行了分析。结果表明在各类构造煤中，芳香结构、脂肪结构以及含氧官能团的结构成分吸收频率几乎一致，但吸收峰的强度却不相同，这正是在构造应力作用下构造煤变形程度及变形机制不同所引起的。在低、中和高煤级变质变形环境形成的不同类型构造煤中，随着构造变形的增强，富氢程度降低，富氧程度也越来越低，而缩合程度增高，但不同类型构造煤结构成分的含量变化又有区别。该法应用于构造煤结构成分应力效应的研究，取得了较满意的效果。

李荣西应用显微傅立叶红外光谱对一煤源岩样中的荧光镜质体、角质体和树脂体进行了分析测试，并采用红外光谱分谱技术，应用计算机曲线拟合方法对其化学结构和生烃性进行了定量分析研究。结果表明镜质体含有较高的c=o结构，而角质体和树脂体含有较高的脂肪烃(ch2+ch3)结构，煤岩单组分化学结构特征决定了它们具有不同的生烃特征。

褚廷湘等对不同温度下的氧化煤样通过红外光谱分析其微观结构及特征，得到煤样在不同低温氧化阶段的基团变化，从微观角度掌握煤样氧化过程的变化规律。通过对唐口煤矿1302工作面煤样的低温氧化和红外光谱分析，得到唐口煤矿煤样在低温氧化阶段的自燃倾向性和氧化过程中微观结构的变化规律，该成果为制定矿井内火灾的防治技术提供了科学依据。

3.2近红外光谱分析技术在煤质分析中的应用

近红外光谱技术具有快速、在线、绿色、廉价等优势可以在不破坏煤样的基础上同时对入厂电煤或入炉电煤的热值、水分、灰分及挥发分等进行检测，也可以按产地对电煤进行实时模式分类。因此，有效地将近红外技术应用在电煤在线快速检测上，一方面，可以解决传统化学方法费时、费力的问题，效率提高显著；另一方面，相对于同类γ射线产品价格便宜近十倍，有助于广泛快速地推广。丁仁杰等通过对元宝山电厂实际用煤的实验，介绍了结合偏最小二乘方法和近红外技术，对煤质指标：水分、灰分、挥发分和热值等进行建模的过程，并证明了其可行性。同时针对电煤建模特点，进一步介绍了先定性后定量建模预测的方法。

燃煤发热量是动力用煤的重要质量指标，也是锅炉运行的一个重要的参考参数。在煤质的研究中，因发热量（干燥无灰基）随煤的变质程度成较规律的变化，所以根据发热量可粗略地推测与变质程度有关的一些煤质特征，如粘结性、结焦性等。因为近红外光谱分析方法对含c-h的有机物比较敏感，而且发热量与挥发分之间有一定的相关性，所以从理论上讲，近红外测发热量可行。李凤瑞等将近红外分析技术应用于煤质在线分析，对某些标准煤样的近红外光谱进行了阅读分析，并采用多元线性回归方法对数据进行分析和处理，建立了多元线性模型，由此得出煤质发热量的预测值与人工化验标准值之间的相关系数为0.92，所建模型的定标标准差为1.58。

3.3近红外光谱分析技术在煤炭转化产品分析中的应用

煤转化产物主要为烃类化合物，官能团为c－h，特别适合于做近红外光谱分析。近红外光谱可以快速分析煤直接液化产品、液体产物以及精制后馏分的组成及物化性质，如汽油的辛烷值(ron、mon)、馏程、密度、雷氏蒸汽压、汽油piona组成（链烷、异构烷、烯烃、环烷和芳烃）、航煤冰点、柴油凝点、十六烷值、闪点、沥青含量等。

张铭金等采用毛细管气相色谱/傅立叶变换红外光谱-色谱保留指数(gc/ftir-ri)联合解析技术，研究了高温煤焦油重油馏分的化学组成。分别从重油馏分300～330℃和330～360℃中分离并鉴定出70和61种化合物，了解到不同配煤工艺对煤焦油组成与性能的影响，从而获得了一些有意义的结果，为煤焦油的集中加工和新产品开发提供了重要依据。

4 结束语

近红外光谱在我国的发展较晚，经过仪器工作者的努力和与国外的交流的日益增多，特别是近年来在各领域的应用效益，人们对近红外光谱技术的认识越来越来深刻，随着近红外光谱技术的进一步开发，其在我国的应用越来越广泛。

参考文献：

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[7]丁仁杰，张笑.基于近红外光谱分析的电厂煤质分类快速检测方法.2007，23(1):32-35.

光谱技术论文篇(5)

【摘 要】近红外光谱分析技术是光谱测量技术、化学计量学和基础测量技术的有机结合，可以快速、高效地对样品进行定性和定量分析。本文介绍了近红外光谱分析技术的特点，并重点论述了其在煤化工行业中的应用。随着 计算 机技术的快速 发展 ，近红外光谱已成为最有效的分析测试技术之一。

【关键词】近红外光谱煤化工煤炭直接液化

1 引言

近红外(nir)谱区是指介于可见区(vis)和中红外(mir)区之间的电磁波。根据美国试验和材料协会(astm)规定，其波长范围为700～2500nm。近红外光谱为分子振动光谱的倍频和组合频谱带，主要指含氢基团(c-h，o-h，n-h，s-h)的吸收，包含了绝大多数类型有机物组成和分子结构的丰富信息。由于不同的基团或同一基团在不同化学环境中的吸收波长有明显差别，因此可以作为获取有机化合物组成或性质信息的有效载体。近年来，近红外光谱法(nirs)在仪器、软件和应用技术上获得了高度发展，以高效和快速的特点异军突起，被誉为分析巨人。

2 近红外光谱技术特点

现代 近红外光谱分析是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机结合。近红外光谱之所以成为一种快速、高效、适合在线分析的测试技术，是由其鲜明的技术特点决定的，主要表现在：（1）分析速度快。由于光谱的测量过程一般可在lmin内完成，因此，通过建立的校正模型可迅速测定出样品的组成或性质。（2）分析效率高。通过一次光谱的测量和已建立的相应校正模型，可同时对样品多个组成或性质进行测定。（3）使用方便，分析成本低，测试重现性好。（4）便于实现在线分析。由于近红外光在光纤中良好的传输特性，通过光纤可以使仪器远离采样现场，另外通过光纤也可测量恶劣或危险环境中的样品。

3 近红外光谱分析技术在煤化工行业中的应用

煤炭作为我国的主要能源，对我国国民 经济 的发展起着极其重要的作用。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对于煤炭的利用和研究也越来越广泛和深入。近年来，如何更加合理、洁净、有效地利用煤炭，是目前煤化学研究领域中所面临的一个重要问题。由于近红外光谱分析技术具有效率高、成本低等自身的优点而备受煤化学工作者的青睐。

3.1近红外光谱分析技术在煤化学结构研究中的应用

近年来很多学者对煤结构的研究虽已做了大量的基础工作，但仍然存在一些争论，部分原因就是煤的非晶态及不均一结构。对煤中某些官能团归属的确认及分析，对煤的反应性研究具有重要的理论和实用意义。随着光栅红外的退出，傅立叶变换红外以其高分辨率和对数据的处理能力的大幅提高，使以前一些含糊不清的，甚至有可能产生错误概念的结论被重新确认和改写。ft-nir分析技术采用模型化合物对标准浓度确定的方法，对影响煤反应性的官能团进行定量分析，如煤中的烃基、芳氢与脂氢的比例、煤中的含氧官能团、ch2的链长等方面，这一方法的优点是一旦有一条高质量的标准曲线，对任一样品中官能团的浓度就可以快速准确地进行标定。

琚宜文等应用傅里叶变换红外光谱(ftir)对不同类型构造煤结构成分的应力效应进行了分析。结果表明在各类构造煤中，芳香结构、脂肪结构以及含氧官能团的结构成分吸收频率几乎一致，但吸收峰的强度却不相同，这正是在构造应力作用下构造煤变形程度及变形机制不同所引起的。在低、中和高煤级变质变形环境形成的不同类型构造煤中，随着构造变形的增强，富氢程度降低，富氧程度也越来越低，而缩合程度增高，但不同类型构造煤结构成分的含量变化又有区别。该法应用于构造煤结构成分应力效应的研究，取得了较满意的效果。

李荣西应用显微傅立叶红外光谱对一煤源岩样中的荧光镜质体、角质体和树脂体进行了分析测试，并采用红外光谱分谱技术，应用计算机曲线拟合方法对其化学结构和生烃性进行了定量分析研究。结果表明镜质体含有较高的c=o结构，而角质体和树脂体含有较高的脂肪烃(ch2+ch3)结构，煤岩单组分化学结构特征决定了它们具有不同的生烃特征。

褚廷湘等对不同温度下的氧化煤样通过红外光谱分析其微观结构及特征，得到煤样在不同低温氧化阶段的基团变化，从微观角度掌握煤样氧化过程的变化 规律 。通过对唐口煤矿1302工作面煤样的低温氧化和红外光谱分析，得到唐口煤矿煤样在低温氧化阶段的自燃倾向性和氧化过程中微观结构的变化规律，该成果为制定矿井内火灾的防治技术提供了 科学 依据。

3.2近红外光谱分析技术在煤质分析中的应用

近红外光谱技术具有快速、在线、绿色、廉价等优势可以在不破坏煤样的基础上同时对入厂电煤或入炉电煤的热值、水分、灰分及挥发分等进行检测，也可以按产地对电煤进行实时模式分类。因此，有效地将近红外技术应用在电煤在线快速检测上，一方面，可以解决传统化学方法费时、费力的问题，效率提高显著；另一方面，相对于同类γ射线产品价格便宜近十倍，有助于广泛快速地推广。丁仁杰等通过对元宝山电厂实际用煤的实验，介绍了结合偏最小二乘方法和近红外技术，对煤质指标：水分、灰分、挥发分和热值等进行建模的过程，并证明了其可行性。同时针对电煤建模特点，进一步介绍了先定性后定量建模预测的方法。

燃煤发热量是动力用煤的重要质量指标，也是锅炉运行的一个重要的 参考 参数。在煤质的研究中，因发热量（干燥无灰基）随煤的变质程度成较 规律 的变化，所以根据发热量可粗略地推测与变质程度有关的一些煤质特征，如粘结性、结焦性等。因为近红外光谱分析方法对含c-h的有机物比较敏感，而且发热量与挥发分之间有一定的相关性，所以从理论上讲，近红外测发热量可行。李凤瑞等将近红外分析技术应用于煤质在线分析，对某些标准煤样的近红外光谱进行了阅读分析，并采用多元线性回归方法对数据进行分析和处理，建立了多元线性模型，由此得出煤质发热量的预测值与人工化验标准值之间的相关系数为0.92，所建模型的定标标准差为1.58。

3.3近红外光谱分析技术在煤炭转化产品分析中的应用

煤转化产物主要为烃类化合物，官能团为c－h，特别适合于做近红外光谱分析。近红外光谱可以快速分析煤直接液化产品、液体产物以及精制后馏分的组成及物化性质，如汽油的辛烷值(ron、mon)、馏程、密度、雷氏蒸汽压、汽油piona组成（链烷、异构烷、烯烃、环烷和芳烃）、航煤冰点、柴油凝点、十六烷值、闪点、沥青含量等。

张铭金等采用毛细管气相色谱/傅立叶变换红外光谱-色谱保留指数(gc/ftir-ri)联合解析技术，研究了高温煤焦油重油馏分的化学组成。分别从重油馏分300～330℃和330～360℃中分离并鉴定出70和61种化合物，了解到不同配煤工艺对煤焦油组成与性能的影响，从而获得了一些有意义的结果，为煤焦油的集中加工和新产品开发提供了重要依据。

4 结束语

近红外光谱在我国的 发展 较晚，经过仪器工作者的努力和与国外的交流的日益增多，特别是近年来在各领域的应用效益，人们对近红外光谱技术的认识越来越来深刻，随着近红外光谱技术的进一步开发，其在我国的应用越来越广泛。

参考 文献 ：

[1]冯杰，李文英，李凡等.煤的结构与其反应性的关系[j].煤炭转化，1996，19(2)：1-8.

[2]flores d, suarez r i ,iglesias m j ,et al. application of ftir to the identification of some minerals present in the lignites from rio maior (portugal) [a].10th international conference of coal science [c].taiyuan:shanxi science and technology press.1999,65-68.

[3]solomon p r, pobert m c, ft-ir analysis of coal aliphatic and aromatic hydrogen concentration [j].fuel,1988,67:949-959.

[4]琚宜文，姜波，侯泉林等.构造煤结构成分应力效应的傅里叶变换红外光谱研究.光谱学与光谱析，2005，25(8):1216-1221.

光谱技术论文篇(6)

关键词：光谱分析法；概念；化学发展；重要作用

1 光谱分析法概念及优缺点

采用光谱学的基本原理与实验的方法来确定物质的基本结构与化学的组成成分的这一种分析方法我们习惯上称之为光谱分析法。具有各种各样结构的物质都具有自身的特征性光谱，光谱分析法就是采用特征光谱来研究物质的结构或者测定化学主要组成成分的一种方法。光谱分析法主要包括有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外和可见吸收光谱法以及红外光谱法等等诸多类型。按照电磁辐射的原理，光谱又可以分成分子光谱与原子光谱。光谱分析的方法开创了化学与分析化学的新的纪元，很多化学元素类型是凭借光谱分析的方法才被人们所发现的。该方法已经广泛地被用于地质、冶金、石油、化工、农业、医药、生物化学以及环境保护等等很多方面。光谱分析法也是近几年来发展比较迅速的痕量分析的一种方法，该种方法具有操作简单、快速、灵敏度高、精密度以及准确度好的特点，而且线形的有效范围很宽，检出限比较低。光谱分析法属于是一种经常被采用的具有灵敏、快速和准确优质特点的近代仪器分析的方法。它与其他分析的方法相比较起来有很多自身优点，分析的速度比较快，原子发射的光谱运用在炼钢炉之前的分析，能够在一到两分钟内，同时分析出二十几种元素的精确的分析结果；同时操作比较简单，有些样品都不用经过任何类型的化学性的处理，就能够直接对其进行光谱的分析，如果结合采用计算机技术的话，有的时候只需要简单地按一下键盘就可以自动进行相关的分析、数据性的处理以及打印出分析的精确结果。在采用毒剂报警或者大气污染相关检测等等方面，运用分子光谱法进行遥测，不需要采集样品，在短短的几秒钟时间内，就可以发出警报或者检测出污染的严重程度；不需要纯样品，只需要利用已知的谱图，就可以进行光谱的定性分析。这是光谱分析法的一个非常突出的特点；能够同时测定出多种元素或者化合物，省去了比较复杂的分离性操作的过程；选择性比较好，能够测定出化学性质相似的元素与化合物。比如测定铌、钽、锆、铪与混合性的稀土氧化物，它们的光谱线能够分开然而不受任何干扰，已经成为了分析这些种类化合物的非常得力的工具；灵敏度比较高，能够利用光谱分析法进行痕量的分析。现在，它的相对灵敏度能够达到千万分之一到十亿分之一；样品损坏比较少，能够用在古物或者刑事侦察等等相关领域当中；伴随着新的技术的广泛采用，进行定量分析的线性的范围变宽了，这样就使得高低含量各异的元素能够同时进行测定。还能够进行微区的分析。光谱定量的分析是建立于进行相对比较的基础之上的，一定要有一整套标准的样品来作为基准，并且要求的标准样品的组成与结构状态应该和被分析的样品要基本上一致，这在很多情况下都是比较困难的。

2 光谱分析法在化学发展中的重要作用

2.1 方法论意义

光谱分析法属于是对物质进行全面认识的一种全新的方法。在对物质进行光谱分析以前，人们主要是通过容量与质量分析的方法来对物质进行分析。然而这两种方式在发现稀有元素和对微量元素的含量进行有效分析等方面都显得无能为力，化学如果想要发展的话，亟待需要进行研究手段与方法的改革。1859年，著名物理学家基尔霍夫与化学家本生进行合作，建立起了第一台把光谱分析作为主要目的的分光镜，这就宣告了光谱分析方法的最终诞生。从此以后，初步上解决了对于化学物质进行细微的微观认识并且进行精确研究的这一难题，从而开创了采用物理的方法来研究化学相关内容的仪器分析的新的时期。

2.2 认识论意义

光谱分析法的最终出现体现了分析领域开始从单纯的经验上升到理论层面的开始，并且以此开创了光谱学。在这之后将近二百多年的时间内，人们对光谱进行深入研究的目的仅仅局限在发现光谱的扩充谱图，但是很少涉及到光谱和物体的结构之间的某些问题，所以能够认为这种对于光谱的相关研究还仅仅处于经验的认识阶段。自从基尔霍夫和本生发明了光谱分析的方法之后，这样就使得研究光谱的动力已经不单单限于来发现新的光谱，并且更加重要的是能够凭借分析光谱的方式来发现新的元素，从而使得光谱学从以往比较盲目的经验认识水平逐渐上升到比较系统的理论层面的研究，从而把认识的水平提高到了理性的新阶段。

2.3 辩证法意义

光谱分析的方法使得揭示物质相互之间的联系有了很大的可能性。由于光谱分析的方法能够深入到物质的内部，这直接反映出了原子结构、组成以及性质，而且准确度比较高，适用的范围比较广。所以，在我们鉴别元素的时候，它大多被用在发现新的元素。这样的话，随着新的元素的不断得被发现从而为揭示出物质的联系提供了很大的可能性。在光谱分析法被发现十年之后的1869年，门捷列夫可以提出元素的周期律，制订出元素的周期表，这在某种意义上能够说是得益于光谱分析法的广泛应用。光谱分析法使得经验的研究与理论的研究实现相互联系。科学的发现一定要以经验事实作为基本依据，但是单单依靠经验不能够达到科学研究的更高的阶段，要凭借理论思维。光谱学起源于对于光谱的经验进行广泛研究，基尔霍夫与本生归纳出了大量的实验结果，把发现的光谱和分析的物质结构和性质相互联系，这才创立了光谱分析的方法。除此之外，基尔霍夫侧重于对理论进行研究，然而本生侧重于对于经验进行研究，两人之间的合作本身就体现出了经验和理论间具有的必然联系，能够说光谱分析的方法搭建起了联系经验和理论之间的桥梁。光谱分析法同时也揭示出了微观世界和宏观世界的相互联系。凭借对光谱进行分析，不单单能够从宏观的物质当中分析出它所包含的微观方面的内容而且还能够把这种微观的内容用宏观的形式来表现出来，反映出了宏观和微观物质相互之间的统一性。光谱分析法很好地沟通了物理学、化学以及天文学之间的相互联系。一方面，光谱分析的方法是由物理学家基尔霍夫与化学家本生两人共同发明的，这也同时说明物理学和化学两类学科相互之间具有着天然的密切联系，值得两个学科的科学家们来共同配合进行研究。另一方面，在地球上存在的物体与天空当中的物体都已经发现了光谱，并且它们当中有很多都是相同的，这也就说明了地球和天空的物体并没有本质上的区别。所以，研究地球的物体性质的物理学和化学与对天体性质进行研究的天文学三者之间都存在着内在的统一性。

参考文献

[1]吴汉福.光谱分析技术的应用[J].六盘水师范高等专科学校学报， 2006.

[2]王桂清，刘敏娜.光谱分析技术的近代进展及其应用[J].综述与专论，2002.

光谱技术论文篇(7)

关键词：大学物理实验；创新性设计实验；光谱仪

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0079-03

一、引言

现代科学技术的飞速发展以及社会的不断进步要求现代教育也必须做出相应的改革，以现代教育的理念去指导教学实践。教育就是对人的培养，人是教育的第一要素，也是教育的核心所在，因此一切教育活动都应该围绕个人展开[1]。大学应该以学生为本，为学生提供良好的环境，教师不应该是知识的灌输者，而应成为服务者，“授人以渔”，引导学生自主学习。而大学物理实验与现代教育理念的结合具有得天独厚的优势，它最能体现学生的探究性与创造性。物理实验的功能，除了测量和验证，还有更重要的一点就是发现与探究。因此大学物理实验的创新是高等教育发展的必然要求。

二、国内外大学物理实验教学的比较

在国内传统的大学物理实验教学中，实验课程的开展往往是教师根据实验教材在实验室里详细讲解实验原理和实验步骤，学生则照搬教师的讲解进行实验，很多情况下，学生做完实验后对诸如实验步骤为何这样确定、实验方法的依据何在等问题不甚明了。真正的实验课程需要学生主动参与，包括主动寻求实验原理和方法、设计实验步骤、对实验数据进行处理与反思，而这方面国内大学物理实验教学却较少要求。在欧美发达国家，实验教学理论可以认为是一种合作学习理论，普通物理实验是一种探究式实验。大学物理实验教学和大学物理课堂教学一般都是整合在大学物理课程之中的。如在MIT普通物理学课程中，学生按照3人一组进行分组，以学生自主学习为主，教师讲解理论知识并指导学生实验[2]。另外，教学方法、教学手段的多样，例如哈佛大学的Home lab很有特色。发给学生一个实验箱，里面有各种小工具，作为家庭作业可以带回家去完成[3]。美国、德国的大学还开有许多根据高新科技设计的趣味性实验，以增加学生的兴趣[4，5]。哥伦比亚大学、麻省理工学院的“upper Division”实验课，斯坦福大学、哈佛大学的“project”实验课，注重为学生提供足够的条件，由学生选择实验题目、拟定实验方案、配置实验设备、测量数据、分析结果、完成报告、对实验的时间和最终结果不作硬性规定，学生可以根据自己的时间、能力及兴趣来安排[1，6]。这类实验强调的是研究、创新、探索未知世界的精神，这是物理实验的根本任务和最终价值，也是物理实验教学追求的崇高目标之一。

三、我校大学物理实验的创新

上海工程技术大学基础教学学院已经开始积极实施物理实验教学改革。在实验课程中，教师简明扼要地讲解实验要求和实验器材的使用注意事项，实验中其他环节交由学生自己处理，而教师从整体上对教学进度进行控制。在物理实验教学中根据不同性质的实验合理应用启发式、讨论式、研究式等教学模式。在教学目标上，通过创新性物理实验，训练学生的科学探究能力以及各种实验操作技巧，如提出假设、设计实验过程、收集数据、作图、推论以及反思批判思考等能力，拓宽其创造性思维，培养团队精神。在教学过程中，教师先详细介绍先进技术设备的应用前景，充分调动学生的学习积极性，再介绍相关的物理学原理。教师为学生提供基本的实验理论的资料和设备说明书，并且加以说明和介绍，学生分组协作，研究资料和设备状况后，先完成一些基本实验内容，而后对实验提出自己的意见，并与教师协商决定创新性设计实验的具体课题内容，提出创新性实验方案，然后组织实施方案，完成创新性实验和报告。而教师对学生的评价主要看学生在实验过程中的创新思维和创新点的实施情况。

四、创新性设计实验的教学实践

上海工程技术大学已经开设五十多种创新性设计实验供学生选择，在此仅举一例说明我校创新性设计实验的教学实践情况。将光谱仪引入创新性设计实验教学，引导学生了解光谱仪的原理，熟悉其操作，并能熟练使用光谱仪进行测试，本实验由学生组成2～3人小组，6学时完成。首先，老师为学生介绍光谱仪的应用范围。光谱分析在物理学、化学、生物等基础学科以及冶金、地质、机械、化工、农业、环保、食品、医药等领域有着极其广泛的应用。光谱仪作为光谱分析中的检测仪器在实际工业生产及科研活动中有极其广泛的应用。正因为如此，我们才将光谱仪引入创新性设计实验中。采用多媒体教学，可以利用互联网随时查找相关资料。第二步，在充分调动起学生的积极性后，向学生介绍光谱仪的构造及其物理原理。本实验室的光谱仪如图1所示，由激发光源系统、分光系统、样品检测系统、数据采集及处理系统与软件系统和计算机系统组成。光源系统为氙灯光源，光谱范围200nm～1800nm。作为核心部件的单色仪（分光系统）采用光栅分光，而多光栅塔台设计，更好地发挥了仪器覆盖UV-VIS-IR全波段光谱范围的优势，并可根据需要更加灵活地选择。检测系统由单色仪和探测器组成，探测器使用光电倍增管，工作波长185nm～650nm。数据采集系统采用单光子计数器，“单光子计数技术”是利用在弱光下光电倍增管输出信号自然离散化的特点，采用精密的脉冲幅度甄别技术和数字计数技术，把淹没在背景噪声中的弱光信号提取出来。这里，重点讲解的是光栅及其分光原理，其余仪器原理由学生在老师的指导下自己查阅。第三步，老师提供仪器设备及软件说明书，实验小组讨论研究仪器的使用，并进行简单实验，如检测汞灯的特征光谱。学生熟悉光谱仪操作后，再与老师讨论提出创新性设计实验的实验方案。我们根据此套光谱仪的特点提出了测量物质荧光光谱的实验方案，最后完成实验和报告。

本文对比了国内外在大学物理实验教学的不同之处，详细介绍了国外大学在教学理念、教学方式方法、教学内容等多方面的先进经验。提出我们需要逐步改变物理实验教学的现状，尽快建立更科学的物理实验教学体系。并且详述了上海工程技术大学物理实验教学创新改革和教学实践的经验。我们在实验教学的开放性、如何激发学生学习兴趣、如何引导学生利用先进仪器进行科研等方面还有待进一步提高，物理实验教学体系还有待进一步完善。

参考文献：

[1]杨德广.高等教育学概论[M].上海：华东师范大学出版社，2011：45-47.

[2]毛康宇.国内外大学物理实验教学的比较研究[C].硕士学位论文，2008：31-35.

[3]沈元华.美国大学物理实验教学考察报告[J].实验室研究与探索，2001，20（1）：89-92.

[4]沈元华.访德报告J].物理实验，2000，13（2）：71-73.