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便携式重金属智能分析仪的设计与实现

便携式重金属智能分析仪的设计与实现

作者：宾俊中南大学

学位级别：硕士

摘要：在科学日益发展的当代社会,随着人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动的日益增多,重金属污染越来越严重,重金属环境污染问题已成为一个刻不容缓的世界性课题。而痕量重金属的定量分析是重金属污染检测方面的重要内容,电... 详细信息

摘要：在科学日益发展的当代社会,随着人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动的日益增多,重金属污染越来越严重,重金属环境污染问题已成为一个刻不容缓的世界性课题。而痕量重金属的定量分析是重金属污染检测方面的重要内容,电化学分析方法是一种公认的快速、灵敏、准确的痕量分析方法,而且仪器简单、价格低廉、易于推广。故而研发出一种痕量重金属的电化学分析仪器,满足国内环境和食品安全快速检测的需要已经迫在眉睫。基于目前社会需求特点和现有电化学分析仪现状,本设计根据电化学分析原理,结合化学计量学的数据处理新方法,研制开发了一种便携式的重金属智能电化学分析仪。开发的电化学智能分析仪对痕量重金属的检测具有快速、灵敏、准确的特点,而且可以同时测定多种重金属元素,与光谱检测方法具有一致性。该仪器小型化设计,携带方便,性能稳定,质量可靠,操作简单易用,便于非分析专业人员的使用。仪器高度智能化,能自动完成各类繁琐的信号测量、电流重叠峰分离、畸形峰校正、浓度的计算等功能。可实现现场检测铅、汞、镉、铬、砷等重金属危害物,能广泛用于土壤、食品、饮水安全和空气污染物中重金属离子的检测。硬件方面,采用先进的集成运放设计的恒电位电路,结合功能强大Arduino硬件平台、精确的DA电路、AD电路和基准电压电路构成整个重金属分析仪;软件方面,采用功能强大的Python语言编写的上位机数据处理系统并植入化学计量学算法与下位机数据采集系统一同形成了分析仪的智能化。与传统的电化学工作站相比,本设计在硬件方面采用了优良的集成电路和电磁兼容性设计,系统误差小,性能优越;在软件上集成了实用的化学计量学算法,使得数据处理更加精确高效。因其具有成本低、高度便携、智能化程度高、准确度好等优势,使用价值和市场前景广阔。

关键词：重金属电化学分析智能仪器化学计量学

智能优化算法应用于近红外光谱波长选择的比较研究

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光谱学与光谱分析 2017年第1期37卷 95-102页

作者：宾俊范伟周冀衡李鑫梁逸曾湖南农业大学生物科学技术学院湖南长沙410128 中南大学化学化工学院湖南长沙410083

近红外光谱(NIRS)是一种间接分析技术,其应用需建立相应的校正模型。为了提高模型的解释能力、预测准确度和建模效率,需要对NIRS进行波长选择,优选最小化冗余信息。智能优化算法是以生物的行为方式或物质的运动形态为背景,经过数学抽象... 详细信息

近红外光谱(NIRS)是一种间接分析技术,其应用需建立相应的校正模型。为了提高模型的解释能力、预测准确度和建模效率,需要对NIRS进行波长选择,优选最小化冗余信息。智能优化算法是以生物的行为方式或物质的运动形态为背景,经过数学抽象建立算法模型,通过迭代计算来求解组合最优化问题,其核心策略是以某种目标函数为标准,基于多元校正建模并以逐步逼近的方法筛选出有效的波长点。选用蚁群优化(ACO)、遗传优化(GA)、粒子群优化(PSO)、随机青蛙(RF)和模拟退火(SA)5种智能优化算法对烟叶总氮和烟碱近红外光谱数据进行特征波长选择,结合偏最小二乘(PLS)算法,构建了多个烟叶总氮和烟碱的校正模型,结果显示:所选用两个数据集的总氮最优模型分别为PSO-PLS和GA-PLS模型,烟碱最优模型分别为GA-PLS和SA-PLS模型,五种智能优化算法所建模型预测性能并非全部优于全谱PLS模型,但是通过智能优化算法进行波长选择后建立的PLS模型大大简化,模型的预测精度、可解释性和稳定性均有所提高。同时也对优选波长进行了解释和分析,烟叶总氮特征波长优选组合为4 587~4 878和6 700~7 200cm-1;烟叶烟碱特征波长优选组合为4 500~4 700和5 800~6 000cm-1,优选出来的特征波长具有实际物理意义。

关键词：近红外光谱智能优化算法波长选择总氮烟碱

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电网连锁故障分阶段建模与阻断控制策略研究

电网连锁故障分阶段建模与阻断控制策略研究

作者：宾俊吉西南交通大学

学位级别：硕士

能谱CT对痛风患者尿酸盐沉积的定量分析价值

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能谱CT对痛风患者尿酸盐沉积的定量分析价值

作者：宾俊杰广州医科大学

学位级别：硕士

【目的】1.分析不同时期痛风患者（无症状高尿酸血症患者、急性痛风性关节炎发作患者、慢性痛风患者）足部第一跖趾关节能谱CT的表现,找出不同的影像学表现,进行影像学的分组研究。2.对比各组间年龄、血尿酸值有无差异,对比各组间足部... 详细信息

【目的】1.分析不同时期痛风患者（无症状高尿酸血症患者、急性痛风性关节炎发作患者、慢性痛风患者）足部第一跖趾关节能谱CT的表现,找出不同的影像学表现,进行影像学的分组研究。2.对比各组间年龄、血尿酸值有无差异,对比各组间足部第一跖趾关节关节旁软组织、骨皮质及骨松质基物质中的尿酸盐沉积浓度情况,判断各组别尿酸盐浓度高低,了解尿酸盐沉积在不同组织的分布情况。3.分析血尿酸值与不同组别尿酸盐沉积浓度的关联性,了解血尿酸值对尿酸盐沉积分布的影响。4.评估治疗前后慢性痛风患者疗效。【方法】选择2016年10月-2017年6月在我院检查并经临床证实的高尿酸血症患者84例入组研究。根据不同影像学表现分为影像学正常患者36例（A组）、单纯骨质破坏患者23例（B组）、骨质破坏+尿酸结晶形成患者25例（C组）。比较三组的年龄、血尿酸值有无差异。采用GE宝石能谱CT对A、B、C三组患者的足踝部行GSI-CT扫描,分别测量三组患者第一跖趾关节骨皮质、骨松质及关节旁软组织的尿酸（钙）的基物质浓度,并比较有无差异性。运用线性回归方法分析本次所有高尿酸血症患者的血尿酸值与其第一跖趾关节骨皮质、骨松质及关节旁软组织尿酸（钙）浓度的关联性。对2例慢性痛风患者进行治疗前后的尿酸盐沉积浓度、尿酸结晶体积总量及最大尿酸结晶个体体积情况进行对比分析。【结果】1.尿酸盐结晶沉积物在能谱CT尿酸（钙）基物质图显示为高密度区,并向邻近骨质侵蚀,在钙（尿酸）基物质图显示为低密度区,同时显示受侵蚀骨质边缘清晰的硬化带。在尿酸（钙）基物质图基础上使用伪彩色对高尿酸密度区进行标记可以更加直观地显示尿酸盐结晶沉积的分布。能谱CT能显示尿酸盐结晶沉积物的尿酸（钙）浓度、体积总量及最大尿酸盐结晶个体体积。2.三组的年龄、血尿酸值及第一跖趾关节关节旁软组织尿酸（钙）浓度均存在统计学差异（P0.05）。年龄:A组（39.1±11.1）,B组（48.5±13.9）,C组（43.2±12.5）;血尿酸值:A组（489.5±90.6）μmol/l,B组（494.7±77.2）μmol/l,C组（581.3±69.2）μmol/l;第一跖趾关节关节旁软组织尿酸（钙）浓度:A组为（1169.6±7.9）mg/cm,B组为（1193.1±16.4）mg/cm,C组为（1308.2±85.9）mg/cm,第一跖趾关节骨皮质尿酸（钙）浓度:A组（1324.8±31.4）mg/cm,B组（1335.6±37.3）mg/cm,C组（1320.4±43.5）mg/cm;第一跖趾关节骨松质尿酸（钙）浓度:A组（1134.3±13.3）mg/cm,B组（1145.8±23.3）mg/cm,C组（1145.8±30.9）mg/cm。3.所有高尿酸血症患者的血尿酸值与第一跖趾关节关节旁软组织尿酸（钙）浓度呈线性正相关,与第一跖趾关节骨皮质、骨松质的尿酸（钙）浓度没有相关性。4.2例慢性痛风患者在规范治疗后尿酸（钙）浓度均有下降,尿酸结晶体积总量均减少,最大尿酸结晶个体体积均减少。2例慢性痛风患者治疗前尿酸（钙）浓度分别为（1340.3）mg/cm、（1360.5）mg/cm,治疗后分别为（1318.6）mg/cm、（1348.8）mg/cm;治疗前足踝部尿酸结晶总体积分别为23.93cm、30.56cm,治疗后分别为21.56cm、29.46cm;治疗前最大尿酸结晶个体体积分别为11.65cm、22.71cm,治疗后分别为11.16cm、20.26cm。【结论】1.能谱CT基物质图可以为痛风患者提供更丰富的影像信息,在定量测量关节内外基物质浓度,明确不同组织尿酸盐沉积情况具有独到优势,从而更好地协助临床作出判断。2.痛风患者第一跖趾关节关节旁软组织的尿酸（钙）浓度能较敏感的反映关节周围的尿酸水平。3.40岁以后的高尿酸血症患者出现影像学异常的可能性更大。4.血尿酸值与痛风患者第一跖趾关节关节旁软组织的尿酸（钙）浓度有关联性,即血尿酸值越高,患者第一跖趾关节关节旁软组织的尿酸（钙）浓度越高。5.慢性痛风患者可以通过定期监测治疗前后尿酸盐沉积浓度、测量尿酸结晶体积总量及最大尿酸结晶个体体积变化,进一步为临床评价疗效及评估病情提供更多重要依据。

关键词：宝石能谱CT 高尿酸血症尿酸盐结晶对比研究

氯化汞引起的急性肾功能衰竭机能和形态学的观察

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氯化汞引起的急性肾功能衰竭机能和形态学的观察

作者：宾俊毅内蒙古农业大学

学位级别：硕士

实验目的:采用急性肾功能衰竭兔模型,通过对家兔血液和尿液一些生物化学指标的检测,研究家畜在急性肾功能衰竭时机能的变化情况,并通过对机体各个组织器官的组织病理学检查来阐述急性肾功能衰竭时肾脏形态学变化,及氯化汞对机体的损伤... 详细信息

实验目的:采用急性肾功能衰竭兔模型,通过对家兔血液和尿液一些生物化学指标的检测,研究家畜在急性肾功能衰竭时机能的变化情况,并通过对机体各个组织器官的组织病理学检查来阐述急性肾功能衰竭时肾脏形态学变化,及氯化汞对机体的损伤情况。材料与方法:健康雄性的獭兔15只,全部家兔随机分为ARF模型Ⅰ组、ARF模型Ⅱ组和正常对照组三组。模型组每只家兔背部皮下注射1 %氯化汞,不同的组按照相对应的剂量(0.9 ml/kg,1.7ml/kg)一次注射。24h后收集血液和尿液进行血、尿肾功能,尿常规检测、血气分析测定、血清离子检测。处死家兔进行肾重指数与肾脏及全身主要脏器的组织形态学检查。结果:急性肾功能衰竭的家兔血肌酐(SCr)、血清尿素氮(BUN)、半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cys-C)、尿-微球蛋白(β2—MG)、尿微量蛋白(MAlb)含量上升,血清钙离子的含量明显降低,但尿酶、血气分析变化并不显著。肾重量增加,近曲肾小管上皮细胞变性坏死,呈现一种典型的高位肾单位肾病;肝脏细胞呈现从肿胀变性到逐渐消融的变化;其它组织细胞也出现不同程度的损伤。结论:联合三至四项早期肾损伤的敏感指标,对于肾损伤的早期诊断,肾功能损害程度及部位的判定均具有较高的价值。中毒性肾功能衰竭病程持续下去就会变为缺血因素和中毒因素共同作用综合性肾功能衰竭。其它组织器官与肾脏一样损伤程度与直接接触汞浓度的大小、作用的时间有关。

关键词：急性肾功能衰竭氯化汞机能形态学

多种外源性化学物质对烤烟幼苗生长影响及影响差异分析

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核农学报 2015年第12期29卷 2425-2432页

作者：李鑫周冀衡宾俊王丰李强张毅湖南农业大学生物科学技术学院湖南长沙410128 湖南农业大学烟草研究院湖南长沙410128 贵州省黔西南州烟草公司贵州兴义562400

为研究烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长的影响,在烤烟幼苗生长过程中施加不同浓度与烤烟根系分泌物主要组成成分相同的3种外源性化学物质（苯甲酸、水杨酸和烟碱）,模拟烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长的影响,对比三者的影响差异。结果表明... 详细信息

为研究烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长的影响,在烤烟幼苗生长过程中施加不同浓度与烤烟根系分泌物主要组成成分相同的3种外源性化学物质（苯甲酸、水杨酸和烟碱）,模拟烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长的影响,对比三者的影响差异。结果表明,水杨酸、苯甲酸和烟碱3种物质促进烤烟幼苗根系生长和幼苗光合特性的浓度范围主要集中在0~200、0~400、0~800μmol·L-1（其中根表面积达到1 000μmol·L-1,气孔导度和蒸腾速率达到600μmol·L-1）,促进烤烟幼苗叶绿素荧光参数的浓度范围主要集中在0~200、0~800、0~800μmol·L-1,而3种外源物质的PSⅡ实际光合效率在200μmol·L-1时均达到最大。由此可知,在烤烟幼苗生长过程中,3种外源性化学物质对幼苗的根系形态结构、光合特性和叶绿素荧光参数表现为低浓度促进、高浓度抑制,且浓度越高抑制程度越大,但不同组分对烤烟幼苗生长影响不同,相同浓度下3种物质的促进作用表现为烟碱〉苯甲酸〉水杨酸。本研究可为解决烤烟连作障碍提供理论依据。

关键词：外源性化学物质烤烟根系形态结构光合特性叶绿素荧光参数

计及源荷随机性的连锁故障高维模型及风险评估

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电力系统及其自动化学报 2023年第6期35卷 148-158页

作者：宾俊吉廖凯李波西南交通大学电气工程学院成都610031

针对传统事故链模型无法适应新能源的随机性,提出基于随机潮流和层次分析法的高维事故链模型。首先,建立新能源及充电站的概率模型,并采用半不变量法和Cornish-Fisher级数确定电网内的随机潮流;其次,基于层次分析法从有功越限、电压越... 详细信息

针对传统事故链模型无法适应新能源的随机性,提出基于随机潮流和层次分析法的高维事故链模型。首先,建立新能源及充电站的概率模型,并采用半不变量法和Cornish-Fisher级数确定电网内的随机潮流;其次,基于层次分析法从有功越限、电压越限及非正常气候3个维度构建高维事故链模型,并依据综合风险值推测事故链初始环节集和中间环节的演化;然后,基于本文所提模型开展连锁故障风险评估工作;最后,以改进的IEEE39节点算例进行仿真验证,仿真结果表明所提模型能较好地适应新能源的随机性并能统筹多个影响因素。

关键词：连锁故障随机潮流层次分析法事故链模型风险评估

近红外光谱检测烟叶化学成分的整叶采样方式研究

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中国烟草科学 2018年第3期39卷 89-97页

作者：宾俊范伟刘仁祥贵州大学烟草学院贵阳550025 贵州大学贵州省烟草品质研究重点实验室贵阳550025 湖南农业大学生物科学技术学院长沙410128

为了解决近红外漫反射光谱分析技术用于烟叶整叶检测时,由于烟叶叶面积大、化学成分分布不均,光谱采集代表性和重复性无法保证的问题,对烟叶整叶采样方式进行了系统研究。首先通过信息散度与梯度角正切相结合的光谱相似性方法(SID-GA)... 详细信息

为了解决近红外漫反射光谱分析技术用于烟叶整叶检测时,由于烟叶叶面积大、化学成分分布不均,光谱采集代表性和重复性无法保证的问题,对烟叶整叶采样方式进行了系统研究。首先通过信息散度与梯度角正切相结合的光谱相似性方法(SID-GA)计算了7种整叶采样方式获得光谱的相似程度,并采用排序差异和值方法(SRD)对不同采样方式下烟叶总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾和氯的偏最小二乘(PLS)定量模型进行了评估。结果表明,B2F、C3F、X2F烟叶样本的最适宜采样方式分别为"8点法"、"6点法"和"8点法",综合考虑采样点数与模型预测性能,"8点法"被认为是烟叶的最佳光谱采集方式,"6点法"次之。采样点数少、代表性高、重复性好的烟叶整叶近红外光谱采样方式,对提高烟叶品质现场快速分析效率和准确性具有现实意义。

关键词：近红外光谱 SID-GA 排序差异和值法 PLS定量模型整叶采样 8点法

近红外光谱混合模型定量分析不同物理状态样品的研究

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分析化学 2017年第7期45卷 958-964页

作者：李鑫宾俊范伟周冀衡陈沃若湖南农业大学生物科学技术学院中南大学化学化工学院

近红外光谱(NIRS)以漫反射模式对非均质样本进行测量时,由于其光谱散射和吸收系数差异较大,建立的校正模型准确性和稳健性较低,因此,本研究提出了一种基于均质样本和模型转移方法建立混合模型的策略,解决非均质样本近红外光谱检测的问... 详细信息

近红外光谱(NIRS)以漫反射模式对非均质样本进行测量时,由于其光谱散射和吸收系数差异较大,建立的校正模型准确性和稳健性较低,因此,本研究提出了一种基于均质样本和模型转移方法建立混合模型的策略,解决非均质样本近红外光谱检测的问题。以烟叶样本为研究对象,分别建立了基于Shenk专利算法(Shenk’s)、分段直接标准化(PDS)和基于典型相关分析的模型转移算法(CTCCA)的烟粉+烟丝、烟粉+烟片混合模型,用于烟丝和烟片样本中烟碱含量的预测。结果表明,混合模型对烟丝和烟片样本的预测均方误差(RMSEP)较直接建模分别降低了1.39%和2.73%,预测结果有一定的改善,稳健性提高,3种方法中CTCCA表现最优。因此,采用近红外光谱均质模型和模型转移方法建立的混合模型对非均质样本的测定具有可行性,有利于在线近红外光谱分析技术的发展,可为近红外光谱模型的共享提供参考。

关键词：校正模型均质样本不同物理状态模型转移混合模型