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基于碳纳米材料的电化学发光传感器在环境与生物分析中的应用

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基于碳纳米材料的电化学发光传感器在环境与生物分析中的应用

作者：潘常刚江苏大学

学位级别：硕士

碳纳米材料由于易于制备、成本低和毒性低等优点,在传感分析、诊断治疗、催化应用等领域被广泛应用,一直是化学、物理和材料学等领域的研究热点。电化学发光(ECL)将光谱与电化学的传感方法完美结合,电激发产生光信号,信号稳定、背景低... 详细信息

碳纳米材料由于易于制备、成本低和毒性低等优点,在传感分析、诊断治疗、催化应用等领域被广泛应用,一直是化学、物理和材料学等领域的研究热点。电化学发光(ECL)将光谱与电化学的传感方法完美结合,电激发产生光信号,信号稳定、背景低、易于操作,是一种常见的高灵敏分析技术。本文主要以碳量子点(N-CQDs)和氮化碳(g-CN)结合ECL分析技术为主线,展开了一系列对环境重金属污染物(Cu)和肿瘤标志物(端粒酶、miRNA-155)的分析检测研究。论文主要内容如下:(1)构建了以N-CQDs为信号分子检测Cu的ECL传感器。首先通过微波辅助合成了功能化的N-CQDs,并进行表征,探讨了表面功能化对N-CQDs的ECL信号和荧光信号的影响。该N-CQDs表面存在大量的氨基官能团,为Cu提供了丰富的配位作用位点,从而使得Cu能够有效猝灭N-CQDs的ECL信号。在最佳的实验条件下,ECL信号的的猝灭程度与Cu浓度(5×10-10μM)呈良好的线性关系,检出限为2×10μM,并且该传感器具有良好的选择性和稳定性,能够用于实际样品中的Cu检测。(2)设计了基于N-CQDs和鲁米诺检测Cu的ECL比率传感器。首次提出了Cu与N-CQDs形成的复合物作为催化剂增强鲁米诺ECL信号强度的普适性方法,并用于分析检测。在最佳的条件下,传感器比率信号与Cu浓度(0.05-3nM)呈良好的线性关系,检出限为0.02 nM,并且该传感器具有良好的选择性,能够用于复杂样品体系中的Cu检测,表明该传感器在环境分析领域有着巨大应用前景。(3)构建了多重放大策略的ECL端粒酶传感器。本文首次以N-CQDs作为还原剂,合成了金纳米粒子作为载体的新型ECL信号分子Au@N-CQDs,金纳米粒子作提高了N-CQDs和DNA的负载量,并且金是良好的导电材料和催化剂,有利于信号放大;结合核酸内切酶***对DNA双链特异性序列的剪切作用,进行DNA循环扩增,再次实现信号放大。研究结果表明,该传感器的检测线性范围在1.6×10-1.6×10 IU/L,检测限为5×10 IU/L,可检测单个细胞内的端粒酶,与此同时还能针对不同的肿瘤细胞进行筛选,表明其在早期临床诊断中具有巨大潜在应用价值。(4)构建了具有普适性、多重信号放大的免清洗ECL传感器并应用于检测miRNA-155。本体系首次提出了应用单链DNA(ssDNA)辅助增强g-CN催化鲁米诺电化学发光性能,和具有普适性的免清洗电化学发光传感器的方法,并探究机理。结合DNA walker循环扩增技术和温和的磁性分离方法实现DNA的循环扩增,实现信号放大。研究结果表明,传感器在3-1000 fM范围内与响应信号呈良好线性关系,检测限为1 fM。该传感器具有良好的选择性,可用于实际体系中miRNA-155的检测,表明该传感器在生命分析和临床诊断中有着巨大的应用前景。

关键词：电化学发光 N-CQDs Cu2+ 端粒酶 g-C3N4 miRNA-155

计及源荷不确定性的交直流大电网动态安全分级滚动预警

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电力系统自动化 2023年第1期47卷 35-43页

作者：闫炯程李常刚刘玉田电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061

滚动预警可辨识电网未来的不安全运行状态并提供决策指导信息,是化解系统性安全风险的有效手段。考虑源荷双侧不确定性,提出一种数据驱动的交直流混联大电网动态安全分级滚动预警方法。首先,提出基于控制代价的预警分级策略,分析典型控... 详细信息

滚动预警可辨识电网未来的不安全运行状态并提供决策指导信息,是化解系统性安全风险的有效手段。考虑源荷双侧不确定性,提出一种数据驱动的交直流混联大电网动态安全分级滚动预警方法。首先,提出基于控制代价的预警分级策略,分析典型控制措施的控制代价,根据为保障系统安全所需要的控制措施类型区分预警等级;然后,建立多时间尺度协调的滚动预警框架,利用源荷预测精度随待预测时刻临近而提高的特点提高预警结果的精准性,同时配合不同动作时序的控制措施;最后,提出基于增量学习的机器学习模型在线更新方法,利用动态新增的样本数据提高模型评估的准确性,通过有放回抽样训练多个模型以计算给定误差水平下的预警结果可信度。实际电网仿真表明,所提方法能够有效追踪动态安全风险态势,指导适配的防控决策。

关键词：预警不确定性交直流电网动态安全增量学习数据驱动极端天气

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信息技术在上海石化公司涤纶部的应用

信息技术在上海石化公司涤纶部的应用

作者：常刚北京化工大学

学位级别：硕士

本课题是以美国AspenTech公司的多变量预估控制器――DMCplus和软测量仪表开发工具――AspenIQ作为应用平台,设计开发世界第一套日本三井工艺PTA装置的软测量和先进控制系统,以达到提高装置运行平稳率,提高产能,降低消耗,增加企业经济... 详细信息

本课题是以美国AspenTech公司的多变量预估控制器――DMCplus和软测量仪表开发工具――AspenIQ作为应用平台,设计开发世界第一套日本三井工艺PTA装置的软测量和先进控制系统,以达到提高装置运行平稳率,提高产能,降低消耗,增加企业经济效益之目的。课题研究过程分为以下几个阶段:1)借鉴他人在对二甲苯(PX)氧化机理研究的成果,确定影响产品(PTA)质量和消耗指标的主要因素,作为质量软仪表的输入变量;2)采集大量的实际生产数据和质量分析结果,利用AspenIQ的数据分析推理功能,开发了7个质量预测(软仪表);并且不断校验,使其精度到达95%以上;3)改进装置基础控制,减少干扰,如:反应压力和溶剂补充量的波动;4)对装置进行阶跃响应测试,确定调节手段与工艺参数和质量指标之间的响应模型;5)理论和工人的生产经验相结合,设计开发控制器,实现

关键词：聚酯 PTA 软测量 DMCplus 先进控制

深度学习在电力系统频率分析与控制中的应用综述

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中国电机工程学报 2021年第10期41卷 3392-3406页

作者：张怡张恒旭李常刚蒲天骄电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061 中国电力科学研究院有限公司人工智能研究所北京市海淀区100192

低惯量可再生能源的发展及大电网复杂互联导致现代电力系统呈现新特征和新形态,具有典型的强时变性、强非线性、随机不确定性、数据多样性、局部可观测性等特征,电力系统分析方法面临更大挑战。深度学习作为一项新的机器学习技术路径,... 详细信息

低惯量可再生能源的发展及大电网复杂互联导致现代电力系统呈现新特征和新形态,具有典型的强时变性、强非线性、随机不确定性、数据多样性、局部可观测性等特征,电力系统分析方法面临更大挑战。深度学习作为一项新的机器学习技术路径,其强大的数据分析、预测、分类能力在电力系统频率分析与控制等复杂问题中具有独特优势。首先分析深度学习的基本原理与研究进展,介绍深度学习的训练方法、典型模型结构及应用特点,总结频率动态趋势感知、频率安全与稳定评估以及频率控制与调节领域的问题特征及深度学习的应用现状,并探讨针对每类问题深度学习应用的适应性,构建了深度学习在电力系统频率分析与控制中的应用框架。最后,对深度学习的发展趋势及其在电力系统频率问题中的应用前景进行展望。

关键词：深度学习频率分析人工智能智能电网可再生能源

计及扰动不确定性的储能系统容量鲁棒优化配置

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电力系统自动化 2024年第19期48卷 139-147页

作者：曹永吉张恒旭李常刚山东大学智能创新研究院山东省济南市250101 电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061

针对高比例可再生能源接入下扰动不确定性增加和有功功率控制资源不足的问题,提出一种计及扰动不确定性的储能系统(ESS)容量鲁棒优化配置方法。首先,基于扩展系统频率响应模型,提取ESS运行功率与系统频率动态间的耦合关系,由多面体扰动... 详细信息

针对高比例可再生能源接入下扰动不确定性增加和有功功率控制资源不足的问题,提出一种计及扰动不确定性的储能系统(ESS)容量鲁棒优化配置方法。首先,基于扩展系统频率响应模型,提取ESS运行功率与系统频率动态间的耦合关系,由多面体扰动不确定集构造暂态频率偏移安全约束。其次,综合考虑频率稳定控制能力和扰动不确定性,以投资成本最小和运行收益最大为目标,建立ESS容量鲁棒优化模型。然后,利用线性加权法和鲁棒对等变换将模型转化为确定性三层规划的形式,并基于列与约束生成方法、强对偶理论和Big-M法求解。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

关键词：频率动态频率稳定储能系统调频能力鲁棒优化配置不确定性

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基于暂态频率偏移安全性的低频减载方案优化

电力系统自动化 2013年第4期37卷 51-56,61页

作者：李常刚刘玉田邱夕兆山东大学电气工程学院山东省济南市250061 山东电力调度控制中心山东省济南市250001

基于启动频率和动作延时的低频减载方案应用广泛,但传统整定方法的模型高度简化,整定方案较为粗糙,难以适应运行方式变化。以满足系统最大功率缺额为目标,将基本轮启动判据视为暂态频率安全二元表,定量分析暂态、稳态频率约束,提出基于... 详细信息

基于启动频率和动作延时的低频减载方案应用广泛,但传统整定方法的模型高度简化,整定方案较为粗糙,难以适应运行方式变化。以满足系统最大功率缺额为目标,将基本轮启动判据视为暂态频率安全二元表,定量分析暂态、稳态频率约束,提出基于暂态频率偏移安全性的低频减载方案优化整定方法,并考虑电压波动对低频减载方案的影响,将电压波动折算为频率偏移以提高低频减载方案适应性。仿真表明,该方法能准确整定低频减载方案,有效控制系统频率,并给出系统频率稳定信息。

关键词：电力系统低频减载暂态频率偏移安全性平均系统频率频率稳定

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基于可变数据窗口的电力系统惯量估计方法

上海交通大学学报 2024年

作者：曹永吉李常刚山东大学智能创新研究院山东大学电气工程学院

针对固定数据窗口难以适应时变频率波动的问题，提出基于可变数据窗口的电力系统惯量估计方法。首先，分析电力系统惯量响应过程，利用有源自回归（auto-regressive with extra inputs，ARX）模型表征频率动态特性，建立参数辨识模型。... 详细信息

针对固定数据窗口难以适应时变频率波动的问题，提出基于可变数据窗口的电力系统惯量估计方法。首先，分析电力系统惯量响应过程，利用有源自回归（auto-regressive with extra inputs，ARX）模型表征频率动态特性，建立参数辨识模型。其次，基于自适应中值-均值组合滤波（adaptive median-mean combined filter，AMMCF）方法进行数据预处理，并采用模糊逻辑控制器（fuzzy logic controller，FLC）设置带遗忘因子递推最小二乘（forgetting factor recursive least square，FF-RLS）方法的参数。然后，构建量化辨识误差以及连续窗口间辨识结果差异程度的评估指标，分场景在线调整数据窗口长度，以估计系统惯量。最后，通过算例分析验证了所提方法的有效性。算例结果表明：所提方法能够适应惯量参数变化的场景，有效降低惯量估计误差。

关键词：等效惯量频率动态参数辨识在线估计可变数据窗口

武汉市干蘑菇中重金属铅、镉监测结果分析与评估

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现代预防医学 2019年第23期46卷 4396-4399页

作者：黄常刚武汉市疾病预防控制中心

目的调查武汉市干蘑菇样品中重金属铅、镉污染状况,并对监测结果进行分析评估。方法根据随机抽样法采集武汉市干蘑菇样品共130件,根据国家标准方法检测其中重金属铅、镉的含量,并根据《中华人民共和国农业行业标准绿色食品食用菌》(NY/T... 详细信息

目的调查武汉市干蘑菇样品中重金属铅、镉污染状况,并对监测结果进行分析评估。方法根据随机抽样法采集武汉市干蘑菇样品共130件,根据国家标准方法检测其中重金属铅、镉的含量,并根据《中华人民共和国农业行业标准绿色食品食用菌》(NY/T 749-2018)以及单因子污染指数法和综合因子污染指数法进行评价。结果 130件干蘑菇样品中重金属铅、镉检出率分别为93.8%、99.2%,超标率分别为0、3.85%;3种干蘑菇中金针菇镉污染状况较为严重,超标率差异有统计学意义(P=0.003);除金针菇为二级产品外,其他蘑菇均为一级产品。结论武汉市售干蘑菇样品中铅污染较为轻微,香菇和茶树菇镉污染可控,但金针菇中镉污染较为严重,需要引起重视。

关键词：干蘑菇铅镉污染评估

基于SDAE特征提取的含风电电网可用输电能力计算

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电力系统自动化 2019年第1期43卷 32-39页

作者：闫炯程李常刚刘玉田电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061

风力发电的不确定性显著增加了电力系统可用输电能力(ATC)计算的难度。基于点估计的Gram-Charlier级数展开理论和深度学习技术,提出了一种计及越限概率要求的ATC快速计算方法,考虑的约束类型包括静态安全、静态电压稳定和暂态稳定约束... 详细信息

风力发电的不确定性显著增加了电力系统可用输电能力(ATC)计算的难度。基于点估计的Gram-Charlier级数展开理论和深度学习技术,提出了一种计及越限概率要求的ATC快速计算方法,考虑的约束类型包括静态安全、静态电压稳定和暂态稳定约束。假定风电出力概率分布已知,结合两点估计法和Gram-Charlier级数展开,通过两个确定性场景的最大输电能力(TTC)计算结果逼近TTC的累积分布函数。为了快速、准确地获得确定性场景的TTC,利用堆叠降噪自动编码器(SDAE)建立了TTC计算的深度学习模型。获得TTC的累积分布函数后,将断面功率超过TTC的概率定义为越限概率,推导了给定越限概率要求下ATC计算的表达式。实际电网仿真结果表明,所提方法能够有效计及多类安全稳定约束,快速、准确计算不同越限概率要求下的ATC。

关键词：可用输电能力风电功率深度学习堆叠降噪自动编码器 Gram-Charlier级数