2025年, 第37卷, 第1期　刊出日期：2025-03-30

  

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  通过龈沟液SERS检测早期诊断牙周炎的研究进展*

  娜密牙, 白丽娜, 冯美玲, 韩斯琴高娃, 哈斯乌力吉

  光散射学报. 2025, 37(1): 1-7. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501001

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  牙周炎是由菌斑生物膜引发，宿主免疫失衡介导的非特异性慢性炎症性疾病。我国牙周炎患病率远高于全球平均水平，因而牙周炎的早期诊断及预后监测具有重要意义。龈沟液（GCF）是指从牙龈结缔组织通过龈沟上皮和联合上皮渗透到龈沟的液体，临床研究表明GCF的变化可以在一定程度上反映出牙周炎的炎症程度。本文在查阅文献及前期工作基础上，综述了表面增强拉曼光谱（SERS）技术结合机器学习方法通过检测龈沟液早期诊断牙周炎的研究进展，该技术有望成为牙周炎的早期诊断及预后监测提供一种快速、灵敏、准确、无痛、简便的新方法。
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  基于酶剪切策略的疏水纸基SERS传感器用于快速和高灵敏检测胃癌中miR-21

  张冬, 陈淼, 曹小卫, 王彪, 卜迟文, 谢峰, 陈宇华, 刘永霞

  光散射学报. 2025, 37(1): 8-17. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501002

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  基于AuNCs疏水纸质基底和酶剪切策略，建立了一种快速、高灵敏、特异性检测胃癌（GC）相关miRNA标志物的方法。首先，将金纳米笼（AuNCs）组装到疏水特性的离型纸表面，形成“热点”丰富的阵列式AuNCs基底。接着在阵列式AuNCs基底表面修饰miR-21互补的单链核苷酸ssDNA-21，然后连接4-MBA标记的金银纳米梭（Au-AgNSs），形成Au-AgNSs@4-MBA@ssDNA-21@AuNCs基底的复合结构。最后在ssDNA-21与miR-21杂交后使用双链特异性剪切酶（DSN）选择性剪切ssDNA-21-miR-21双链中DNA磷酸二酯键，进行SERS检测。该SERS微流控芯片检测miR-21的线性范围为1 fM~1 nM，检测限（LOD）0.34 fM。此外，该SERS传感器操作简单，整个测试过程仅30分钟，并且展现出良好的特异性和重现性。使用该SERS传感器成功检测和区分了健康人和GC患者血清中miR-21表达水平的差异。实时定量聚合酶链反应（qRT-PCR）证实了SERS的准确性。
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  两种芬太尼类物质拉曼光谱的理论与实验研究

  王树栋, 田仁奎, 王立雄, 郑璇, 张艳

  光散射学报. 2025, 37(1): 18-22. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501003

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  基于密度泛函理论，在B3LYP/6-311++G(d,p)水平对呋喃芬太尼和异丁酰芬太尼进行结构优化，并在相同水平计算了其拉曼光谱。使用标准样品，实验测定了呋喃芬太尼和异丁酰芬太尼的拉曼光谱，实验结果与理论计算吻合良好。势能分布(potential energy distribution，PED)分析对拉曼峰进行了归属，实验和理论研究对照表明，呋喃芬太尼的拉曼特征峰为1472、1003和1642 cm-1，最强特征峰为1472 cm-1；异丁酰芬太尼拉曼特征峰为1004、1451和1608 cm-1，最强特征峰为1004 cm-1。从研究的结果看，芬太尼类物质的取代基团对其拉曼光谱有显著影响，这也是区别芬太尼类物质的关键。本研究为呋喃芬太尼和异丁酰芬太尼拉曼光谱快速检测提供了准确实验数据以及可靠理论支持，PED分析为芬太尼类物质拉曼光谱特点研究提供了重要参考，并将有助于芬太尼类新精活物质拉曼检测标准的制定以及毒品拉曼光谱数据库的建立。
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  MIL-101(Cr)改性的薄层色谱-表面增强拉曼光谱联用法原位检测染色的西红花

  张彬彬, 徐云龙, 王璞, 庞纪磊

  光散射学报. 2025, 37(1): 23-29. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501004

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  为克服传统薄层色谱-表面增强拉曼光谱联用法依赖金属溶胶基底的困扰，本文利用AuNPs/MIL-101(Cr)复合物优异的SERS性能，将其与色谱层析硅胶混合制成匀浆后铺制在载玻片上，制备得到兼具内在SER活性和较好稳定性的MIL-101(Cr)改性薄层色谱板。将MIL-101(Cr)改性薄层色谱板联合便携式拉曼光谱仪，建立MIL-101(Cr)改性的薄层色谱-表面增强拉曼光谱联用法。该联用法的创新之处在于对样品实施SERS检测前，只需滴加0.01mol/L盐酸溶液润湿样品斑点，无需添加任何SERS基底，便可采集到强烈的SERS信号。结果表明，本文搭建的MIL-101(Cr)改性的薄层色谱-表面增强拉曼光谱联用法，通过SERS原位检测，成功检测出经4种常见染料染色的西红花，可用于中药材染色掺伪的简单、快速、灵敏的识别。与传统传统薄层色谱-表面增强拉曼光谱联用法相比，能更好地满足中药材现场快速、灵敏检测的需求。
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  半导体材料CuAlO2中声子非谐效应的研究

  郎宇航, 胡启威, 张尹, 解应华, 李胜男, 林柏宇, 雷力, 袁玉全

  光散射学报. 2025, 37(1): 30-38. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501005

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   CuAlO2作为一种罕见的具有p型透明导电氧化物材料，能广泛应用于透明电子器件和太阳能电池等领域，但其低导电性限制了实际应用。在半导体材料中，声子的非谐效应与电导率之间有着直接的联系，使得可以通过调节声子来调控电导率，而CuAlO2的声子非谐行为仍不清晰。本文中，我们利用固相反应方法制备了CuAl1-xCrxO2 (x=0~0.4)材料，并结合了X射线衍射、拉曼散射光谱和第一性原理计算，研究了不同压力和温度下CuAl1-xCrxO2 (x=0~0.4)样品的声子非谐效应。X射线衍射晶体结构精修表明，随着Cr掺杂浓度的增加，Cu原子的热振动因子先增加后减小，在x=0.1时热振动因子最大；拉曼散射光谱和第一性原理表明，Eg和A1g模主要为是三声子过程，但A1g模的四声子过程随着掺杂浓度的增加而增强。我们的研究结果为进一步提高CuAlO2的电导率具有重要的指导意义。

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  基于小波变换和Transformer模型的病原菌拉曼光谱分类研究

  姚琦, 杨晶晶, 黄铭

  光散射学报. 2025, 37(1): 39-46. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501006

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  病原菌的定量分析对于预防和治疗传染性疾病关重要。相较于传统微生物学识别方法，拉曼光谱技术具有快速、无损和高灵敏度的优势，但存在分析时间长、对专业知识需求高等限制。针对上述问题，本文提出了一种结合小波变换和Transformer模型的方法，以实现病原菌的精确检测。本文对公开病原菌拉曼光谱数据集进行验证，选用随机森林、VGG19、ResNet和AlexNet四种算法进行对比。结果表明，相比于原始数据，小波变换后的光谱数据在Transformer模型上的准确率提升了3%，在30类病原菌分类任务中准确率达到了95.21%，在8类抗生素分类任务中准确率达到了99.2%，在几种对比算法中具有最高的分类精度，同时具有较高的召回率和F1分数。这项研究提高了细菌感染快速诊断的效率和准确性，为生物医学检测研究提供了一种新的工具。
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  基于偏最小二乘回归法和原位拉曼光谱技术在线检测奶粉成分的研究

  王利祥, 郭向伟, 郎沁争, 赵诵

  光散射学报. 2025, 37(1): 47-53. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501007

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  奶粉成分的在线非接触式原位光谱探测技术对乳制品生产企业非常有益，这对于加工商实时评估生产产品的品质至关重要。拉曼光谱是一项极具商业价值的原位光谱探测技术，本文分析了原位拉曼光谱法检测奶粉主成分（脂肪、蛋白质和乳糖等）的可行性。针对性开展了不同混合比例的脱脂奶粉和全脂奶粉的拉曼光谱实验，研究了拉曼光谱特征谱峰与脂肪含量的统计学规律。建立了基于偏最小二乘回归法的预测模型，并基于回归模型预测了脂肪含量，回归模型的决定系数大于0.9886，均方根误差小于0.6248。总之，基于原位拉曼光谱技术对在线评估奶粉品质具有潜在的商业应用价值。
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  罗格列酮拉曼光谱、紫外光谱的理论和实验研究

  陈玉锋, 李雨桐, 韩金玲

  光散射学报. 2025, 37(1): 54-59. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501008

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  罗格列酮(Rosiglitazone，RSG)，C18H19N3O3S，是一种噻唑烷二酮类胰岛素增敏剂。本文基于密度泛函理论(Density functional theory，DFT)，在B3LYP/6-31+G(d,p) (C,H,N,O,S)，Ag原子采用LanL2d赝势基组水平上对RSG及其银配合物进行结构优化。通过频率计算，获得RSG分子及其银配合物的拉曼光谱，对400-1800 cm-1波段内的拉曼光谱特征峰进行了指认。对RSG分子的表面静电势、原子电荷、前线轨道进行计算，分析可能发生化学反应的位点。采用含时密度泛函理论（Time Dependent density functional theory，TDDFT）对RSG分子激发态进行了计算分析，使用电荷转移光谱对RSG分子内部片段之间电荷转移关系进行了研究，并与实验测得的紫外光谱进行了对比。这为理解RSG分子的作用机理提供了重要信息。
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  面向鱼油掺假的ElasticNet定量反演算法和拉曼光谱检测研究

  路玉君, 徐刚, 刘华东

  光散射学报. 2025, 37(1): 60-68. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501009

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  鱼油是目前大众消费追求的保健品之一，国内鱼油消费市场的体量也与日俱增，鱼油的掺假行为也日益突出。为实现鱼油掺假行为的量化分析，本文提出了一种基于近红外显微拉曼光谱技术结合ElasticNet定量反演算法实现不同动物油脂掺假鱼油的研究工作。详细开展了不同动物油拉曼光谱特征峰的分析，分别建立牛油、猪油、羊油及鸡油掺假鱼油的拉曼光谱数据库，并建立了与之对应的ElasticNet定量反演模型，结果表明4个定量模型对测试集预测的R2分别为0.9848、0.9876、0.9886及0.9880，RMSE分别为0.0389、0.0352、0.0339及0.0347。因此，面向鱼油掺假问题，本文提出的ElasticNet定量反演算法和拉曼光谱相结合的技术方法对鱼油质量检测领域具有重要的借鉴价值和研究意义，该方法可指导未来鱼油检测的现场原位快检应用。
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  基于GA-GRNN算法和显微拉曼光谱的城市河流微塑料识别方法研究

  李静, 张媛, 张莹, 刘家伟

  光散射学报. 2025, 37(1): 69-76. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501010

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  微塑料污染已成为一个全球性的环境问题，加强对城市水域中微塑料污染的监管是解决微塑料污染的关键环节，因此本文开展了快速、实时的城市河流微塑料识别方法的研究。本工作提出了一种遗传算法优化广义回归神经网络（Genetic Algorithm-Generalized Regression Neural Network，GA-GRNN）算法结合显微拉曼光谱的技术方法，开展了微塑料颗粒的实验探测和理论计算，分析了微塑料颗粒拉曼光谱特征峰的振动模式和隐藏峰的拟合解译，评估了不同浓度微塑料悬浮液的拉曼光谱，通过GA-GRNN算法建立了微塑料识别分类模型，其模型的分类准确率为100%，实现了对河流中分离的微塑料颗粒的准确识别。本文提出将GA-GRNN算法与显微拉曼光谱相组合的技术方法非常具有实用性，在未来城市水域微塑料污染的监管指导方面具有很好的借鉴意义。
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  基于FA-XGBoost算法的拉曼光谱预测沙棘籽油含量

  王照, 刘斌, 吴军

  光散射学报. 2025, 37(1): 77-85. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501011

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  沙棘籽油具有很高的营养价值和药用价值，高额利润驱使不法商家以次充好、以假乱真，目前缺少沙棘籽油掺假鉴别的方法学研究。因此，本文提出一种基于FA-XGBoost算法赋能拉曼光谱技术实现沙棘籽油掺假检测的技术方法。采用葵花籽油按不同体积分数掺假沙棘籽油，使用近红外显微拉曼光谱仪测量所有样本的拉曼光谱，定性分析了沙棘籽油与葵花籽油的拉曼光谱特征峰。通过FA-XGBoost算法构建了针对葵花籽油掺假沙棘籽油的回归模型，使用测试集评价了FA-XGBoost模型的预测效果，其中决定系数为0.9798，均方误差为0.0031。总之，本文提出了一种面向沙棘籽油掺假的定量检测方法，通过FA-XGBoost算法与拉曼光谱的结合实现了葵花籽油掺假沙棘籽油的浓度预测，该方法对规范国内沙棘籽油消费市场具有潜在的应用价值和现实意义。
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  应用MDS-SVM算法和拉曼荧光光谱技术快速鉴定天麻的掺假行为

  张翠萍, 张军惺, 刘业炜, 何学峰, 周明辉

  光散射学报. 2025, 37(1): 86-93. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501012

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  天麻是一种重要的中药材，天麻粉常被用于中药制剂、保健品和食品添加剂等领域，然而不法商贩为降低成本或提高重量会在天麻粉中掺入其他成分。为实现一种快速、无损、高灵敏检测天麻粉掺假行为的激光光谱检测技术，本文开展了天麻粉掺假的拉曼荧光光谱的实验研究，通过对纯天然天麻粉和淀粉的谱学研究，分析了淀粉拉曼光谱的特征，提出采用多维尺度变换结合支持向量机（MDS-SVM）的定量模型，通过测量模拟掺假粉末的拉曼荧光光谱，建立了天麻粉掺假预测的MDS-SVM定量模型，模型预测效果较好，其中模型对测试集的预测结果的决定系数为0.8933，均方根误差为0.0131。结果表明拉曼荧光光谱技术具有表征天麻粉成分信息的性能，且结合MDS-SVM算法可以实现快速鉴定天麻粉的掺假行为。本文为天麻粉的快速鉴别提供了一种快速、非侵入式的方法，为相关部门执法应用提供了参考。
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  使用随机森林回归的拉曼光谱技术量化天然蜂蜜的糖掺假行为

  罗福侠, 周东, 马宋苏

  光散射学报. 2025, 37(1): 94-100. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501013

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  蜂蜜掺假的方式在不同地区和市场可能存在差异，但是全球范围内都存在蜂蜜掺假的问题。针对白砂糖掺假蜂蜜的问题，本文通过显微拉曼光谱、随机森林回归算法检测蜂蜜中掺入的白砂糖，开发了一种面向蜂蜜掺假定量检测的非侵入式、无损伤、高效率的激光光谱检测技术。实验测量了21种不同掺伪浓度的蜂蜜样本，分析了白砂糖和蜂蜜拉曼光谱的特征谱峰及其对应的振动归属，基于随机森林算法构建了白砂糖掺假蜂蜜的量化分析模型，发现425、680、854和2910 cm-1附近的拉曼光谱特征信息是影响随机森林模型准确度最高的特征峰位，通过测试集验证了随机森林模型的预测精度，其中决定系数为0.9998，均方根误差为0.0026。综合以上结果，本文提出的使用随机森林回归的拉曼光谱技术具有量化糖掺假天然蜂蜜行为的能力，该研究对于保障消费者合法权利，促进蜂蜜市场健康发展具有积极的影响。
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  基于表面增强拉曼光谱和机器学习的滴眼液中硫酸阿托品的定量分析研究

  包琳, 徐子轩, 方国强, 韩斯琴高娃, 哈斯乌力吉

  光散射学报. 2025, 37(1): 101-108. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501014

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  本文应用表面增强拉曼光谱技术（SERS）结合轻量级梯度提升机（LGB）算法建立了硫酸阿托品注射液的定量分析模型，用于快速、准确的检测滴眼液中硫酸阿托品的浓度。首先制备了尺寸均匀地银纳米颗粒（Ag NPs），实验上表征了Ag NPs的形貌和消光光谱，理论上利用Comsol仿真软件计算了银溶胶二聚体的电场分布。以硫酸阿托品注射液为研究对象，分析了促凝剂对Ag NPs检测硫酸阿托品的影响，优化了促凝剂的种类和浓度，为硫酸阿托品的定量分析奠定基础。采用LGB算法，结合不同浓度的硫酸阿托品注射液的光谱数据，建立了定量分析模型。最后，将建立的定量分析模型应用于滴眼液中硫酸阿托品的SERS光谱分析中，结果表明，决定系数R2达到了0.998，表明了模型的高准确性。研究结果可为市场上硫酸阿托品滴眼液的生产、质量监控等方面提供参考。
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  碳氢燃料火焰特征光谱分析

  李瑜, 唐洪昌, 孙文梅, 王贤彬, 唐毅, 石丽芬

  光散射学报. 2025, 37(1): 109-115. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501015

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  采用ICCD探测系统和化学激波管，在压力为1.5 atm，温度为1500 K条件下，测得了正庚烷、正癸烷、二甲苯和异辛烷燃烧时从紫外到近红外的瞬态发射光谱。结果表明：燃烧过程在此波段内的主要发射光谱带归属于反应中间产物 CH、OH和C2自由基，确定小自由基CH、OH和C2是正庚烷、正癸烷、二甲苯和异辛烷燃烧过程中重要的反应中产物,其结果与燃烧动力学机理保持一致；确定了CH、OH和C2自由基特征光谱对应的电子能级跃迁；结合燃烧动力学理论从化学反应角度分析了小自由基CH、OH和C2产生机制。本结果为了解碳氢燃料燃烧反应微观过程和验证其燃烧反应机理提供了实验依据。
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  基于多光谱成像技术实现低照度下非接触式心率检测研究

  王禹, 任玉, 李栋梁, 王婷婷, 赵一卓, 李腾

  光散射学报. 2025, 37(1): 116-122. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501016

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  为了解决现有的非接触式心率检测精度低的问题，实现低照度环境下心血管疾病的监护，本文提出了利用多光谱成像技术与成像光电容积描记法（IPPG）相结合的心率检测方法，利用蜂鸟V1多光谱相机的宽光谱波段范围（350 nm~950 nm）和高能量利用率等特点，实现非接触式心率检测的同时提高检测结果的灵敏度和准确性。本文利用蜂鸟V1和同款CMOS的RGB相机在低照度条件下同时采集人脸的视频图像，通过空间像素平均、独立成分分析等算法实现心率检测并对比分析志愿者的标准心率参数。实验结果表明，多光谱相机可以在6 Lux照度下实现心率检测，比RGB相机降低了10 Lux的照度要求，并且在18.5 Lux条件下其误差≤5 bpm，比RGB相机平均误差降低了5.84 bmp。因此多光谱成像技术可以有效提高低照度下的非接触式心率检测的准确性。
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  扩散映射联合K最近邻法算法助力空间偏移可见近红外光谱快速鉴别阿胶种类

  薛小瑞, 张凯萍

  光散射学报. 2025, 37(1): 123-128. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501017

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  阿胶是一种传统名贵的中药材，主要原料有驴皮、牛皮等，不同的原材料决定了阿胶的药性功效。为实现阿胶原料的无损检测，本文采用空间偏移可见近红外光谱技术结合扩散映射联合K最近邻法算法开展阿胶原材料的鉴别分类研究。本研究实现了一种基于空间跃迁理论的空间偏移可见近红外光谱技术，开展了驴皮、牛皮阿胶及其不同浓度混合物的空间偏移光谱实验，通过扩散映射算法实现了高维光谱数据的降维和光谱特征提取，然后基于K最近邻法算法完成了对驴皮和牛皮阿胶的鉴别，通过分类算法的综合评价指标-混淆矩阵和准确率评价了模型的识别效果。结果表明本研究提出的扩散映射联合K最近邻法算法对助力空间偏移可见近红外光谱技术识别阿胶种类具有很高的可行性和可靠性。本文提出并验证了一种快速鉴别阿胶种类的新方法，为相关技术人员提供了一种新的方法学参考。
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  LED荧光光谱结合卷积神经网络算法预测核桃油与葵花油的混合浓度

  崔亮, 占军贵, 贺常涛

  光散射学报. 2025, 37(1): 129-135. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501018

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  核桃油是一种营养丰富且价格较高的坚果植物油，使用较便宜的油掺入核桃油是目前核桃油掺假的主要手段之一。为实现一种快速高效的核桃油掺假的定量分析方法和检测技术，本文提出采用紫外LED荧光光谱结合卷积神经网络算法预测核桃油与葵花油的混合浓度。首先，制备了一系列核桃油和葵花油混合样本，并通过紫外LED激发混合油样的荧光光谱，采用EMD-PSO优化阈值算法可去除了荧光光谱中的噪声信息，理论计算并分析了荧光光谱的叠加谱峰，建立了混合油样的荧光光谱数据库。然后，基于荧光光谱数据库构建了预测混合油样中核桃油浓度的卷积神经网络模型。实验结果表明，本文提出的检测技术不仅表征了两种植物油的荧光光谱差异，基于卷积神经网络的定量分析方法在预测混合浓度方面也具有良好的准确性和稳定性，模型对测试集预测的R2和平均误差分别为0.9853和0.0783。总之，本研究为快速、非破坏性地检测核桃油与葵花油的掺伪浓度提供了一种新的方案，有望在食品和油脂行业中得到广泛应用。
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  银纳米颗粒分散液中瑞利散射光强的研究

  马建丽, 杨博, 杨光薇, 张萌, 李灿, 刘科, 祝建琦

  光散射学报. 2025, 37(1): 136-143. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202501019

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  瑞利散射是当限度远小于散射体的光线入射到不均匀的介质中而产生的一种特殊的光散射现象。瑞利散射光强分布特点的研究对分析微粒内部性质具有重要意义。本文设计并搭建了一套低成本、易操作、应用范围广泛的瑞利散射实验装置。系统研究了银纳米分散液在不同浓度、不同入射光强、不同测光距离下瑞利散射光强的变化规律。实验结果表明，由波长为650 nm的红光照射粒径为2~10 nm的银纳米颗粒分散液产生的散射光为瑞利散射；当银纳米颗粒分散液浓度小于60 ppm时，散射光强与浓度呈线性关系，当浓度大于100 ppm时，散射光强与浓度无明显关系；此外，散射光强与入射光强成正比，与测光距离平方的倒数成正比。该研究结果对瑞利散射相关研究及微粒性质的分析具有重要意义。
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  X射线衍射仪和X射线荧光仪对西夏彩绘木座椅颜料的分析

  唐文娟, 王艳玲

  光散射学报. 2025, 37(1): 144-148. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202404020

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  利用X射线衍射仪和X射线荧光仪对拜寺口西塔出土西夏彩绘木座椅颜料进行分析，结果表明，西夏彩绘木座椅使用的红色、橘红色及黄色是由朱砂、铅丹和黄金制成，检测结果为西夏彩绘木座椅的保护修复提供了可靠的科学依据，也为保护修复时提供准确的颜料使用依据。