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二维相关吸收光谱法研究多壁碳纳米管与腐植酸吸光组分间非均相吸附行为

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光谱学与光谱分析 2018年第11期38卷 3334-3340页

作者：杨承虎刘洋之孙秀梅刘琴李铁军郭远明浙江省海洋水产研究所浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室浙江舟山316021 浙江大学环境科学系浙江杭州310058

溶解性有机质(DOM)是水环境中一类复杂的溶解性有机混合物,不仅可影响污染物归趋及生物有效性,且DOM自身属于消毒副产物(DBPs)前驱体。为此,如何高效去除水中DOM已成为当前环境污染控制与治理技术研究的热点问题之一。以商品化腐植酸(HA... 详细信息

溶解性有机质(DOM)是水环境中一类复杂的溶解性有机混合物,不仅可影响污染物归趋及生物有效性,且DOM自身属于消毒副产物(DBPs)前驱体。为此,如何高效去除水中DOM已成为当前环境污染控制与治理技术研究的热点问题之一。以商品化腐植酸(HA)为DOM典型代表物质,利用紫外可见吸收光谱结合二维相关光谱法(2D-COS)从动力学、吸附等温线及热力学等角度研究了原始多壁碳纳米管(MWCNT)、羟基化MWCNT及羧基化MWCNT与HA吸光组分间吸附行为。2D-COS提高了HA一维吸收光谱分辨率,经二维相关吸收光谱图分析显示3种MWCNTs对HA吸光组分的吸附变化顺序均为275nm→400nm,表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附行为。动力学结果显示MWCNTs与275nm处HA吸光组分间吸附速率高于MWCNTs与400nm处HA吸光组分间吸附速率,表明275nm处HA吸光组分可优先吸附至三种MWCNTs上。在25和35℃条件下,MWNCTs与HA吸光组分间吸附等温线表现为非线性,且Freundlich模型拟合决定系数R2大于Langmuir模型拟合决定系数,表明Freundlich吸附等温模型比Langmuir吸附等温模型更有利于描述MWCNTs与HA吸光组分间吸附等温线。275nm处HA吸光组分的饱和吸附容量(qmax)及相同给定平衡浓度下单点吸附系数Kd高于400nm处HA吸光组分,进一步表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附。此外,当给定平衡浓度(ce=0.5cm-1和ce=1.5cm-1)越低,MWCNTs与HA吸光组分间结合能力越大,即HA吸光组分浓度较低时更易与MWCNTs上高能吸附位点相结合。相同平衡浓度下MWCNTs与特定HA吸光组分间吸附能力顺序表现为MWCNT8> MWCNT8-OH>MWCNT8-COOH,表明功能化基团可影响MWCNTs与HA吸光组分间吸附特性。另外,相同条件下单点吸附系数Kd与MWCNTs比表面积间无显著相关性(p>0.05),表明比表面积不是造成MWCNTs与特定HA吸光组分间结合能力差异的主要因素;Kd与MWCNTs中孔孔隙度间呈显著正相关(p相关性(p>0.05),这主要是由于HA吸光组分可进入MWCNTs中孔而难以通过MWCNTs微孔。最后热力学分析结果显示Gibbs自由能变(ΔG0)0和熵变(ΔS0)>0,表明MWCNTs吸附HA吸光组分的过程为吸热反应,可自发进行,升温可促进MWCNTs对HA吸光组分的吸附,且吸附过程中固液界面的无序性增加。相同温度及吸光组分下,MWCNT8的ΔG0值小于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH,进一步表明MWCNT8与特定HA吸光组分结合能力强于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH。证明了2D-COS可识别HA中具有不同吸附行为的吸光组分,二维相关吸收光谱技术可作为研究MWCNTs与DOM间非均相吸附行为的有效工具。同时,有助于更好地理解MWCNTs与DOM间相互作用特性及机理,不仅可为水环境中DOM去除研究提供基础数据及新的研究思路,且有利于更好地预测自然环境中MWCNTs及DOM迁移传输及环境归趋。

关键词：腐植酸多壁碳纳米管吸收光谱二维相关光谱法吸附

基于校正光谱序列融合的小麦腥黑穗病籽粒分类方法

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农业机械学报 2024年第5期55卷 263-272页

作者：梁琨宋金鹏张驰梅秀明陈赵越张靖笛南京农业大学人工智能学院南京210031 南京农业大学江苏省智能化农业装备重点实验室南京210031 南京农业大学工学院南京210031 南京市产品质量监督检验院国家市场监管重点实验室(生物毒素分析与评价) 南京210019

针对小麦腥黑穗病轻度患病籽粒易与健康籽粒混淆,人工识别难度大的问题,将校正光谱序列融合技术与深度学习模型相结合,实现小麦腥黑穗病籽粒快速、精准分类。以健康、轻度患病、重度患病各300粒小麦籽粒的高光谱数据为样本,通过多元散... 详细信息

针对小麦腥黑穗病轻度患病籽粒易与健康籽粒混淆,人工识别难度大的问题,将校正光谱序列融合技术与深度学习模型相结合,实现小麦腥黑穗病籽粒快速、精准分类。以健康、轻度患病、重度患病各300粒小麦籽粒的高光谱数据为样本,通过多元散射校正算法(MSC)和标准正态变换算法(SNV)对原始光谱进行预处理,并利用二维相关光谱法(2D-COS)分析SNV与MSC算法处理后的光谱之间的互补性。使用校正光谱序列融合技术将原始光谱、SNV预处理光谱与MSC预处理光谱三者进行融合得到序列融合光谱,以充分利用不同光谱预处理数据间的互补信息。最终,利用序列融合光谱数据建立基于ResNet 50算法的小麦腥黑病分类模型。试验结果表明,序列融合光谱ResNet 50模型总体准确率最高为93.89%,F1值为93.87%,分类性能优于单一预处理光谱建立的ResNet 50模型。为进一步评估模型分类效果,使用序列融合光谱分别建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、支持向量机(SVM)以及集成学习算法模型随机森林(RF)与极端梯度提升树(XGBoost)模型,并进行对比,结果显示:SVM、PLS-DA、RF与XGBoost总体准确率分别为81.67%、84.44%、89.44%与90.55%,F1值分别为81.59%、84.04%、89.49%与90.59%,ResNet 50总体准确率与F1值优于传统光谱分析模型。因此,本研究表明校正光谱序列融合技术结合深度学习模型,能够实现对不同患病程度腥黑穗病籽粒的有效分类。

关键词：小麦腥黑穗病籽粒分类校正光谱序列融合二维相关光谱法深度学习

基于校正光谱序列融合的小麦腥黑穗病籽粒分类

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农业机械学报 2024年

作者：梁琨宋金鹏张驰梅秀明陈赵越张靖笛南京农业大学工学院南京农业大学江苏省智能化农业装备重点实验室南京农业大学人工智能学院南京市产品质量监督检验院国家市场监管重点实验室(生物毒素分析与评价)

针对小麦腥黑穗病轻度患病籽粒易与健康籽粒混淆，人工识别难度大的问题，将校正光谱序列融合技术与深度学习模型相结合，实现小麦腥黑穗病籽粒快速、精准分类。以健康、轻度患病、重度患病各300个小麦籽粒的高光谱数据为样本，通过多... 详细信息

针对小麦腥黑穗病轻度患病籽粒易与健康籽粒混淆，人工识别难度大的问题，将校正光谱序列融合技术与深度学习模型相结合，实现小麦腥黑穗病籽粒快速、精准分类。以健康、轻度患病、重度患病各300个小麦籽粒的高光谱数据为样本，通过多元散射校正算法(MSC) 和标准正态变换算法(SNV) 对原始光谱进行预处理，并利用二维相关光谱法(2D-COS)分析SNV与MSC算法处理后的光谱之间的互补性。使用校正光谱序列融合技术将原始光谱、SNV预处理光谱与MSC 预处理光谱三者进行融合得到序列融合光谱，以充分利用不同光谱预处理数据间的互补信息。最终，利用序列融合光谱数据建立基于ResNet50算法的小麦腥黑病分类模型。试验结果表明，序列融合光谱ResNet50 模型总体准确率最高为 93.89%，F1值为 93.87%，分类性能优于单一预处理光谱建立的ResNet50 模型。为进一步评估模型分类效果，使用序列融合光谱分别建立偏最小二乘判别分析 (PLS-DA) 、支持向量机 (SVM) 以及集成学习算法模型随机森林 (RF) 与极端梯度提升树 (XGBoost) 模型，并进行对比，结果显示：SVM、PLS-DA、RF与XGBoost的总体准确率分别为 81.67%、84.44%、89.44% 与90.55%，F1值分别为81.59%、84.04%、89.49%与90.59%，ResNet50的总体准确率与F1值优于传统光谱分析模型。因此，本研究表明校正光谱序列融合技术结合深度学习模型，能够实现对不同患病程度腥黑穗病籽粒的有效分类，为腥黑穗病籽粒的快速、无损检测算法提供了一种新思路。

关键词：小麦腥黑穗病校正光谱序列融合二维相关光谱法深度学习

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基于高光谱成像技术快速检测茶叶茶多酚含量

食品安全质量检测学报 2022年第17期13卷 5504-5510页

作者：刘翠玲朱锐徐金阳孙晓荣北京工商大学人工智能学院北京100048 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048

目的建立一种精确、高效的多元校正模型,实现快速、无损检测茶叶中茶多酚含量。方法首先利用高光谱成像技术采集单纵茶叶的光谱数据,其次通过二维相关光谱(two-dimensional correlation spectroscopy techniques,2D-COS)波段筛选算法提... 详细信息

目的建立一种精确、高效的多元校正模型,实现快速、无损检测茶叶中茶多酚含量。方法首先利用高光谱成像技术采集单纵茶叶的光谱数据,其次通过二维相关光谱(two-dimensional correlation spectroscopy techniques,2D-COS)波段筛选算法提取特征光谱,最后结合极限学习机(extreme learning machine,ELM)建立茶多酚的预测模型,并与全波段模型进行对比。结果经二维相关光谱算法所提取后的特征波段建立的模型预测效果优于全波段模型。茶多酚模型的决定系数(determination coefficient,R2)从0.89上升到0.94,预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)也从2.37%下降到2.16%。结论二维相关光谱波段筛选算法有效地提取茶多酚的特征波段,适用于茶叶中茶多酚含量的快速、无损预测。

关键词：高光谱成像技术波段筛选二维相关光谱法茶叶茶多酚

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抚顺辽五味子二维相关荧光光谱鉴别方法研究

食品安全质量检测学报 2020年第18期11卷 6702-6706页

作者：陈培云李红莲赵志磊徐唐芸浙江万里学院生物与环境学院宁波315000 河北大学质量技术监督学院保定071002

目的建立对抚顺辽产地的五味子快速识别的方法。方法采用荧光分光光度计检测抚顺辽产地的五味子果实样品的三维荧光光谱,结合不同激发波长和发射波长彼此间波长间隔扰动下的二维相关荧光光谱技术。结果本方法分析抚顺辽产地与其他产地... 详细信息

目的建立对抚顺辽产地的五味子快速识别的方法。方法采用荧光分光光度计检测抚顺辽产地的五味子果实样品的三维荧光光谱,结合不同激发波长和发射波长彼此间波长间隔扰动下的二维相关荧光光谱技术。结果本方法分析抚顺辽产地与其他产地的五味子的二维同步相关光谱的形状、自相关峰及交叉峰的出峰个数、位置、正负和强度等都存在明显不同。结论抚顺辽产地与其他产地的二维相关荧光光谱差别十分明显和直观,可以作为抚顺辽原产地鉴别的一种有效方法。

关键词：抚顺辽五味子三维荧光光谱法同步荧光光谱法二维相关光谱法