光散射学报

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微米-亚微米尺寸单液滴光镊测量技术

孙久乂, 张韫宏

光散射学报. 2024, 36(4): 363-374. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404001

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微米Ｇ亚微米尺寸单液滴的操控与测量,是实现大气气溶胶复杂物理化学过程精确原位测量的关键, 已成为精密仪器研发的新方向.光镊技术可以利用激光的光梯度力控制悬浮单液滴,单液滴的自发和受激拉曼信号提供了颗粒物理化学组成、浓度、折射率和半径等方面的信息,为大气气溶胶提供了一个独特的原位精确测量方法.本文介绍几种不同类型的光镊技术,及其自发和受激拉曼测量技术在大气气溶胶领域中的应用.

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拉曼光谱技术在血液物种鉴别中的研究进展

王锦秀¹, 胡春立², 沈媛媛, 张先彪³, 陈昌³, 田桢干², 李深伟,

光散射学报. 2024, 36(4): 375-383. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404002

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拉曼光谱能够提供被分析样本的分子组成和结构信息，用于分析和检测生物组织的生化成分以及探索生物大分子的结构，具有无损、灵敏度高、检测快速等优势，广泛应用于法医鉴别、口岸样本检测等领域。本文简要概述了拉曼光谱的基本原理，并从检测方法、数据预处理和数据分类三个方面详细介绍了拉曼光谱技术在血液物种鉴别方面的发展及最新研究成果。同时，指出了该技术目前存在的一些局限性，讨论了在数据收集、处理、分类及图谱库建立方面遇到的挑战。最后，对拉曼光谱技术的未来研究与发展前景进行了展望，为该领域的后续研究提供必要参考。

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基于AAO 的异构二聚体阵列制备及表面增强拉曼特性研究

张晶晶, 李晨露, 方子清, 董军

光散射学报. 2024, 36(4): 384-391. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404003

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本文提出一种基于多孔氧化铝(Anodic Aluminum Oxide,AAO)基板为模版，采用交流电场组装技术在AAO 纳米孔内组装被十六烷基三甲基溴化铵(Cetyl-trimethylammonium bromide,CTAB)包覆的大金球纳米颗粒，分析交流电场频率、电压对组装结果的作用影响，得到在孔内组装单颗粒的最佳制备条件。在此基础上，将前述制备衬底浸泡NDT 分子溶液进行处理后，再将其浸泡在柠檬酸钠修饰的小金球胶体溶液中，小金球与1,9-壬二硫醇(1,9-nonanedithiol,NDT) 分子修饰后的大金球嫁接组装，得到异构二聚体@AAO 阵列衬底。选用罗丹明6G、结晶紫、阿斯巴甜为探针分子，探究所衬底具有高拉曼活性和增强均匀性，所得结果为拓展拉曼光谱技术的工程应用提供实验支撑。

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丛林伪装用水滑石材料合成与近红外光谱的RBF 神经网络研究

裘城聪, 樊鑫宇¹, 潘国祥, 徐博¹, 徐敏虹¹, 李金花

光散射学报. 2024, 36(4): 392-398. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404004

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本文采用水热合成方法制备了一系列水滑石材料，应用可见-近红外光谱仪测试了其近红外光谱水吸收峰，用于模拟丛林伪装涂层材料中水峰，探讨了实验条件改变对水峰大小的影响。通过部分水滑石光谱数据搭建PSO-RBF 预测模型，并对模型的可靠性进行验证；研究结果表明，模型预测准确率达到90%以上，具有优异的预测能力。用预测模型对水滑石研发进行预测得到最佳制备条件，有效提升了丛林伪装用水滑石材料的筛选。

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基于红外和拉曼光谱的氟碳铈矿热稳定性研究

石羽钧, 张家晟, 何超, 李林,

光散射学报. 2024, 36(4): 399-409. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404005

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碳酸盐是地球深部碳循环的重要载体和研究对象。造山带和大陆边缘碳酸岩型稀土矿床中最常见矿石矿物一氟基稀土碳酸盐(氟碳铈矿)与羟基稀土碳酸盐晶体结构相似，常以不同比例形成类质同象。本文综合运用高温氘代示踪、单晶X 射线衍射、红外和拉曼光谱分析技术，从实验矿物学角度厘定了氟碳铈矿发生氘代反应的条件，研究了氟碳铈矿在不同温度和氘代过程中的结构状态、热稳定性和其表面氟基被羟基置换的条件。结果表明，氟碳铈矿在548K 和280 ml/min的CO₂气流量条件下发生氘代反应；在293 K~548K 范围内增温过程中结构型不变，在573 K 、598 K时发生部分分解；将氘代实验后的样品在实验室常温压下放置6个月后，测得样品表层氟基和羟基发生类质同象置换，形成含羟基氟碳铈矿，且表面有吸附水。氟碳铈矿是碳、氟(-羟基)和稀土元素在地球浅部成矿的产物，本实验结果对于理解碳、水、氟和稀土元素组合的地球化学循环与富集机制具有重要意义。

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利用原位拉曼光谱和化学计量学方法快速检测牡丹籽油真伪和掺假

张凯萍

光散射学报. 2024, 36(4): 410-417. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404006

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针对牡丹籽油市场中存在的制假贩假问题。采用原位拉曼光谱和化学计量学方法对牡丹籽油的真伪进行快速分类和鉴别。制备不同掺伪浓度的牡丹籽油混合油品并采集其拉曼光谱，采用小波算法对光谱数据进行去基线处理，基于主成分分析提取拉曼光谱的特征信息，利用多元线性回归(MLR) 、主成分回归 (PCR) 和偏最小二乘回归(PLSR)3 种化学计量学方法，建立牡丹籽油和菜籽油的掺假定量模型，其中 MLR、 PCR及 PLSR 的 R² 分别为0.9675、0.9839以及0.9846,RMSE 分别为0.057、0.041及0.040。结果表明 PLSR 算法预测效果最优。本文提出并实现了一种利用原位拉曼光谱和化学计量学方法快速检测牡丹籽油真伪和掺假的方法，这为牡丹籽油掺假的快速检测提供方法学的参考和指导。

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PSO-BP算法组合 SERS 量化护肤品防腐剂

任甜甜¹, 王静, 李静

光散射学报. 2024, 36(4): 418-426. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404007

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随着消费者对护肤产品成分的关注，以及对天然和无添加产品的偏好，护肤品防腐剂的添加问题成为分析化学的热点领域之一。本文针对护肤品防腐剂的快速无损定量分析问题，提出一种基于粒子群优化反向传播神经网络算法组合表面增强拉曼光谱技术实现护肤品中苯甲醇、苯氧乙醇等防腐剂的定量预测。采集并分析了苯甲醇、苯氧乙醇等防腐剂纯化物及其在护肤品中的拉曼光谱，并通过密度泛函理论预测了苯甲醇、苯氧乙醇等防腐剂的振动光谱。对比了不同纳米颗粒对苯甲醇、苯氧乙醇等防腐剂的增强效应，检测了护肤品中不同浓度防腐剂的拉曼光谱，分别构建了粒子群优化反向传播神经网络算法模型的苯甲醇、苯氧乙醇等防腐剂定量分析模型，通过决定系数和均方根误差评价模型的预测能力，其中PSO-BP 模型对测试集的最优预测结果为R²=0.9518,RMSE=7.669×10-6 。总之，本文提出的粒子群优化反向传播神经网络算法组合表面增强拉曼光谱的技术方案对量化护肤品防腐剂具有较好的性能表现，该研究可为相关执法部门或质量监督部门提供强有力的技术参考和支撑。

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PSO-GRNN 算法辅助拉曼光谱解译牡丹籽油的复杂掺假行为

邵换峥¹, 孙继红¹ , 刘奇付¹ , 张晓娟¹ , 刘世明, 张海华

光散射学报. 2024, 36(4): 427-435. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404008

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目前针对牡丹籽油掺假量化的研究工作仍集中于单一普通植物油的掺假行为，因此有必要考虑更加复杂的掺假造假情况。本文采用便携式近红外拉曼光谱技术结合粒子群优化广义回归神经网络算法(PSO- GRNN) 助力解译牡丹籽油复杂掺假行为。首先，采用廉价葵花籽油和玉米油的混合油品作为掺假对象，并制备涵盖由低到高的牡丹籽油掺假浓度，且浓度梯度变化相对均匀。其次，使用便携式近红外拉曼光谱仪分别采集所有油品样本的拉曼光谱信号，并基于谱学分析对拉曼光谱进行人工降维和权重修正。最后，建立基于 PSO-GRNN 算法的定量分析模型。结果表明基于便携式近红外拉曼光谱技术结合PSO-GRNN 算法可以实现对牡丹籽油复杂掺假行为的解译，该方案不仅可以实现对牡丹籽油浓度的预测，还可以有效评估多种掺假廉价植物油的浓度，其中测试集R²>0.94,RMSE<0.036 。本文深入研究了牡丹籽油可能存在的复杂掺假行为并提出了相应的解决方案，该方法对牡丹籽油市场监管和品质检测具有一定的借鉴意义。

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基于一维卷积神经网络结合便携式拉曼光谱特级初榨橄榄油掺假定量分析

张焕俊¹, 戴臻² , 费洪晓

光散射学报. 2024, 36(4): 436-444. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404009

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针对造假手段的不断提升的现状及廉价的橄榄果渣油很可能成为特级初榨橄榄油掺假的潜在原材料等问题。因此，本研究重点围绕深度学习算法辅助非接触式无损伤光谱检测技术量化特级初榨橄榄油的掺假行为。将过期橄榄果渣油和特级初榨橄榄油按不同体积比例混合，从而制备出不同浓度的掺假混合油品。使用785 nm 便携式拉曼光谱仪对这些混合油品进行拉曼光谱采集，并结合一维卷积神经网络算法建立掺假量化模型。采用密度泛函理论基于B3LYP/6-31+G(d,p) 基组计算亚油酸分子的理论振动光谱，以进一步解析特级初榨橄榄油的拉曼光谱。结果表明，基于具有深度结构的前馈神经网络与785nm 便携式拉曼光谱技术联用的技术方案是定量分析植物油掺假的有力工具，80个混合油品的4000条光谱数据量化模型的决定系数均优于0.97,其中评价模型测试集定量分析的决定系数达到了0.9704,均方根误差小于0.0499。该技术在快速评估特级初榨橄榄油掺假方面具有很好的应用潜力，为规范国内橄榄油市场和维护消费者合法权益提供了一种有益的参考方案。

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利用一维卷积神经网络模型和原位显微拉曼光谱定量分析牛油果油

张雪松¹, 孙铭思² , 刘换峥

光散射学报. 2024, 36(4): 445-453. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404010

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牛油果油是从牛油果果肉中提炼的一种新型植物油，由于其价格昂贵和大众认知度有限，市场上很可能会出现制假贩假的现象。为实现快速、无损和高通量的检测需求，本文提出一种利用一维卷积神经网络模型和原位显微拉曼光谱定量分析牛油果油的检测方法。采用菜籽油和葵花油的混合物作为牛油果油掺假的主要成分，并使用原位显微拉曼光谱技术检测了纯植物油和混合油品的光谱，分析并解译了牛油果油的拉曼光谱特征谱峰的化学信息，通过协方差和相关系数遴选了与牛油果油浓度变化存在协同性和相关性的光谱信息，并将其作为网络模型的输入。构建的一维卷积神经网络模型在测试集中预测效果良好，总体的R²> 0.915,RMSR<0.0755 。基于一维卷积神经网络模型结合原位显微拉曼光谱技术预测牛油果油掺伪浓度的检测方法可行性较好，满足市场应用的检测需求，该成果对于规范国内的牛油果油市场，加快市场监督的职能性管理具有重要的价值。

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基于PCA-ACO-SVM 算法和FTIR 技术的植物油种类鉴别

贾丹I, 明米娜, 雷蕾², 周锐³, 侯金亮⁴

光散射学报. 2024, 36(4): 454-460. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404011

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植物油种类的准确鉴别对油品的质量控制、欺诈检测、营养健康及粮油贸易等领域具有重要的意义。准确、快速鉴别植物油的种类对保证油品质量和维护市场监督至关重要。本文提出一种主成分分析结合蚁群优化支持向量机(Principal component analysis-Ant colony optimization-Support vector machine,PCA-ACO- SVM) 算法结合傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)技术快速识别植物油种类。实验采集了6种不同种类的植物油，并利用FTIR 测量了样品的吸收、透射红外光谱。通过PCA 对红外光谱数据进行降维，实现油品红外光谱特征的提取。运用ACO-SVM 分类算法的核心参数进行参数优化，优化后的 SVM 分类模型核心参数C=1.1024043 和 Gamma=0.1476193 。在该研究中使用PCA-ACO-SVM 算法建立了植物油种类的识别模型。利用已知种类的油品进行分类模型训练和参数优化，进一步应用该模型对未知油品进行识别，通过与其他算法的对比，验证PCA-ACO-SVM 算法在植物油种类识别中的准确性和高效率。结果表明PCA-ACO-SVM 算法结合FTIR 技术能够快速、准确地对植物油的种类进行识别。该方法不仅具有较高的分类准确率，而且在数据处理方面表现出较高的运算效率，非常适合大规模植物油种类识别的实际应用。综上所述，本文提出的PCA-ACO-SVM 算法结合FTIR 技术为植物油种类的快速识别提供了一种可行的解决方案，具有较高的效率和准确率。该方案在食品工业和质量监管等方面具有广阔的应用前景，并对植物油的质量监管具有重要意义。

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贝叶经水渍污染的综合无损检测方法研究

邵慧琪¹, 成小林¹, 杨琴, 李娜², 吕强¹, 吴娜¹, 李游

光散射学报. 2024, 36(4): 461-469. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404012

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贝叶经是最古老的文献典籍形式之一，具有重要的历史文献价值，因其特殊的叶片材质极易受到外界因素影响而产生病害。水渍是贝叶经文物最常见的病害之一，这种渗透性的污染沉积直接影响贝叶经的外观形貌，甚至危害到文物本体稳定性。本文针对两函馆藏贝叶经文物，采集其可见反射图像和紫外荧光图像，使用便携式pH 计、色度仪对水渍和无水渍区域的物理性质参数进行测试，结果表明紫外光条件下水渍线更加明显，水渍区域容易区分，且水渍区域的pH 值降低，出现了明显色差。大面积微区X 射线荧光成像和傅里叶变换红外光谱ATR 测试结果表明，水渍区域K、Ca、P、S、Mn等元素出现聚集，纤维素和半纤维素的相对含量降低。本研究首次采用基于无损技术的贝叶经水渍污染综合表征方法，对贝叶经水渍污染开展综合的认知分析，为贝叶经的科学合理保存提供了基础，对贝叶经水渍污染的清洗和去除具有重要的指导意义。

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一件战国蟠螭纹马首铜鉴的科学分析、修复与研究

李蔓¹, 陈慧

光散射学报. 2024, 36(4): 470-478. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404013

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张庄桥墓群赵王M1 出土的蟠螭纹马首铜鉴为战国早期铸造、东汉入葬的国家一级青铜文物，基于偏光显微、拉曼光谱、X射线衍射、扫描电镜-能谱等方法对其表面的绿色、蓝色、灰白色锈蚀物进行科学分析，确定分别为孔雀石、蓝铜矿和石英，经过清洗、除锈、修复、封护处理，状态达到稳定。作为邯郸地区赵国贵族追捧的实用器具，马首铜鉴具有重要的考古、史学研究价值，其以马首作为耳部装饰纹样，是马在赵文化发展、传承、演变中起重要作用的微观写照。

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基于反射变换成像技术探究姊妹线笔痕特征

孙林杰¹ , 陈维娜, 郑宇, 刘宁

光散射学报. 2024, 36(4): 479-488. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404014

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为解决法庭科学文件检验领域中的笔迹鉴定问题，我们首次采用反向变换成像技术观察姊妹线的三维特征并进行量化分析。本次实验利用写字机器人控制写字力度、书写角度、方位角、笔纸夹角，统一在笔纸夹角30°、45°、60°、90°,方位角0°、30°、45°、60°的条件下利用21种国内常见的笔制作“林”字样本，共计336组实验样本，在法线可视化模式下对样本进行成像分析，分析各组样本的姊妹线特征从而得出姊妹线出现的最佳条件。随后，在最佳条件下基于RTI 技术的三维重建和量化分析探究影响姊妹线的因素。最后对不同笔纸夹角下样本姊妹线的出现概率进行方差分析。初步实验结果表明，滚珠类的笔在以纸张为衬垫物方位角为 45°、笔纸夹角为45°时姊妹线特征最为明显，重复实验时姊妹线的出现概率高达99%;笔纸夹角对姊妹线的形成具有决定性的影响，方位角则只会影响姊妹线的显现效果，RTI 技术与姊妹线的结合为笔迹检验方法体系的补充和丰富提供了新的可能性，在文件检验领域具有广阔的发展前景。

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2024年, 第36卷, 第4期　刊出日期：2024-12-30

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