現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)及其應(yīng)用

前言

　　近年來(lái)，隨著石油化工、食品、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域?qū)瘜W(xué)成分和結(jié)構(gòu)的測(cè)量與控制需求的增加以及光電子器件、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)光譜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)光譜技術(shù)相比，現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)原位、實(shí)時(shí)、在線、快速地提供分析對(duì)象的定性定量性質(zhì)，尤其是在過(guò)程控制分析中，能快速地反饋測(cè)量結(jié)果，為生產(chǎn)控制提供依據(jù)，具有更廣闊的應(yīng)用前景。本書(shū)旨在通過(guò)系統(tǒng)地介紹現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜原理、技術(shù)、儀器設(shè)計(jì)理論以及應(yīng)用研究，推動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)在更多領(lǐng)域得到關(guān)注和應(yīng)用。全書(shū)共分7章。第1章主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)光譜技術(shù)的產(chǎn)生、特點(diǎn)以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用作了簡(jiǎn)要介紹。第2章介紹了現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)中常用的分析方法。第3章從現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)各組成部分的分析和設(shè)計(jì)人手，詳細(xì)地分析了系統(tǒng)組成以及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題，如光源的選擇、光纖測(cè)量探頭的設(shè)計(jì)以及光譜信號(hào)探測(cè)等。第4章介紹了熒光光譜信號(hào)的采集和處理，包括光譜信號(hào)的處理電路和化學(xué)計(jì)量學(xué)、模式識(shí)別以及遺傳算法等多變量解析方法在光譜中的應(yīng)用。其中，偏最小二乘法（partim least square，PLS）、平行因子算法（parallel factor，PARAFAC）、交替三線性分解（alternatmg trilinear decomposition，ATLD）算法等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法以及以FisheI線性判別分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的模式識(shí)別與熒光光譜的結(jié)合，將現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)的信息處理變得極具生命力，這些信息處理方法讓多組分物質(zhì)的熒光光譜定量和定性分析變得可能。第5章～第7章分別介紹了現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)在環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。其中，第5章的便攜式全光纖熒光計(jì)和三維熒光光譜特征參量法是作者近幾年的研究成果，第6章和第7章介紹了現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜方法在造紙、礦巖分類、石油錄井、生物發(fā)酵、葉綠素?zé)晒獾确矫娴难芯亢蛻?yīng)用情況?！　”緯?shū)的主要特點(diǎn)是理論聯(lián)系實(shí)際，突出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量特點(diǎn)。在對(duì)各種熒光光譜技術(shù)的基本原理與方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)上，著重突出現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)，注意反映當(dāng)前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)的最新動(dòng)態(tài)和研究成果。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)以現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)及其應(yīng)用研究為主線，全面地闡述了現(xiàn)場(chǎng)光譜的概念、特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜的關(guān)鍵技術(shù)及其典型應(yīng)用。全書(shū)由四部分組成：第一部分（第1章、第2章）分析了現(xiàn)場(chǎng)光譜技術(shù)的產(chǎn)生、特點(diǎn)，介紹了現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)中常用的分析方法；第二部分（第3章）介紹了現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述；第三部分（第4章）介紹了現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜常用的數(shù)據(jù)處理方法，包括熒光信號(hào)的采集、光譜的預(yù)處理、化學(xué)計(jì)量學(xué)、模式識(shí)別等多變量解析法在熒光光譜中的應(yīng)用；第四部分（第5章-第7章）重點(diǎn)闡述了現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜技術(shù)在環(huán)境污染檢測(cè)、工業(yè)質(zhì)量控制、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用。　　本書(shū)可供從事光譜傳感、過(guò)程檢測(cè)、監(jiān)控診斷技術(shù)研究與應(yīng)用的高等院校相關(guān)專業(yè)的教師、研究生、研究人員及工程技術(shù)人員參考閱讀。

書(shū)籍目錄

前言第1章　緒論  1.1　前言  1.2　現(xiàn)場(chǎng)光譜技術(shù)    1.2.1　現(xiàn)場(chǎng)光譜技術(shù)特點(diǎn)    1.2.2　現(xiàn)場(chǎng)光譜技術(shù)與傳統(tǒng)光譜技術(shù)的區(qū)別    1.2.3　現(xiàn)場(chǎng)光譜技術(shù)的應(yīng)用  參考文獻(xiàn)第2章　熒光分析法　2.1　常規(guī)熒光分析法    2.1.1　直接測(cè)定法    2.1.2　間接測(cè)定法  2.2　同步熒光光譜分析法    2.2.1　概述    2.2.2　恒波長(zhǎng)同步熒光光譜分析法    2.2.3　恒能量同步熒光光譜分析法    2.2.4　可變角同步熒光光譜分析法    2.2.5　恒基體同步熒光光譜分析法  2.3　三維熒光光譜分析法    2.3.1　三維熒光的表示及特點(diǎn)    2.3.2　三維熒光光譜的獲得及應(yīng)用  2.4　激光誘導(dǎo)熒光光譜分析法    2.4.1　原理及特點(diǎn)    2.4.2　測(cè)量裝置  2.5　固體表面熒光光譜分析法    2.5.1　原理及特點(diǎn)    2.5.2　測(cè)量裝置  2.6　時(shí)間分辨熒光光譜分析法    2.6.1　熒光壽命及其含義    2.6.2　測(cè)量方法與裝置  參考文獻(xiàn)第3章　現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)  3.1　系統(tǒng)組成及特點(diǎn)    3.1.1　特點(diǎn)    3.1.2　系統(tǒng)組成  3.2　自動(dòng)取樣和預(yù)處理裝置    3.2.1　液體樣品的自動(dòng)取樣和預(yù)處理    3.2.2　固體樣品的自動(dòng)取樣和預(yù)處理  3.3　光纖測(cè)量探頭    3.3.1　光纖特性及選擇    3.3.2　光纖測(cè)量探頭的設(shè)計(jì)  3.4　光源    3.4.1　分類及特點(diǎn)    3.4.2　激發(fā)光源的選擇原則    3.4.3　氙燈    3.4.4　氮分子激光器    3.4.5　YAG固體激光器    3.4.6　半導(dǎo)體二極管激光器　3.5　色散與成像系統(tǒng)    3.5.1　色散系統(tǒng)    3.5.2　成像系統(tǒng)  3.6　光電探測(cè)    3.6.1　性能指標(biāo)與選擇原則    3.6.2　光電倍增管    3.6.3　光電二極管    　3.6.4　自掃描光電二極管陣列探測(cè)器    3.6.5　CCD陣列光探測(cè)器    3.6.6　CCD與CMOS光探測(cè)器的異同  　3.6.7　現(xiàn)場(chǎng)熒光光譜中多道探測(cè)器的選擇和應(yīng)用  參考文獻(xiàn)第4章　光譜信號(hào)采集與處理　4.1　光譜信號(hào)處理電路    4.1.1　光電探測(cè)器和放大電路的連接    4.1.2　前置放大器    4.1.3　檢測(cè)器的偏置電路    4.1.4　電子濾波    4.1.5　光譜信號(hào)的采樣保持　……第5章　熒光光譜在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用第6章　熒光光譜技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用第7章　熒光光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

章節(jié)摘錄

　　3．多組分定量分析　　每種熒光化合物具有本身的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，因而在測(cè)定時(shí)相應(yīng)地有激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)兩種參數(shù)可供選擇?！　?）激發(fā)波長(zhǎng)與發(fā)射波長(zhǎng)組合法　　在混合物測(cè)定時(shí)，通過(guò)選擇合適的激發(fā)波長(zhǎng)或發(fā)射波長(zhǎng)組合，可達(dá)到選擇性地測(cè)定混合物中某種組分的目的。例如，當(dāng)混合物中各個(gè)組分的熒光峰相距很遠(yuǎn)，彼此干擾很小時(shí)，可分別在不同的發(fā)射波長(zhǎng)測(cè)定各個(gè)組分的熒光強(qiáng)度。倘若混合物中各組分的熒光峰相近，彼此嚴(yán)重重疊，但它們的激發(fā)光譜卻有顯著的差別，這時(shí)可選擇不同的激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行校正。　　2）其他方法　　在選擇激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)之后仍無(wú)法達(dá)到混合物中各組分的分別測(cè)定時(shí)，可仿照分光光度法中聯(lián)合測(cè)定并解聯(lián)立方程式的辦法。對(duì)于混合物的熒光聯(lián)合測(cè)定，也有不采用解聯(lián)立方程式而采用校正圖的辦法。對(duì)于發(fā)射光譜相互重疊的雙組分或三組分熒光混合物的同時(shí)測(cè)定，在合適條件下，可應(yīng)用類似于雙波長(zhǎng)分光光度法的原理，采用多波長(zhǎng)熒光法進(jìn)行測(cè)定。上述這些辦法提出時(shí)，在當(dāng)時(shí)的儀器條件是有效的，對(duì)拓寬熒光分析的應(yīng)用范圍發(fā)揮了一定的作用，但方法畢竟比較繁瑣。隨著熒光分析在方法學(xué)和儀器方面的進(jìn)展，現(xiàn)在可以采用更為先進(jìn)的方法，諸如本書(shū)后面將要介紹的同步熒光光譜分析法、三維熒光光譜分析法、時(shí)間分辨熒光光譜分析法，以及化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法，來(lái)達(dá)到分別測(cè)定或同時(shí)測(cè)定的目的。　　3）應(yīng)用事例　　多組分定量分析在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中具有很重要的意義。例如，在現(xiàn)場(chǎng)錄井過(guò)程中，通常利用人眼觀察巖屑、巖心的熒光，進(jìn)行熒光錄井。這種常規(guī)手段對(duì)巖樣熒光分析有很大的局限性，由于人眼可見(jiàn)光范圍較窄，特別是凝析油、輕質(zhì)油的大部分熒光都不在肉眼可見(jiàn)范圍內(nèi)，而不同的地質(zhì)人員對(duì)同一樣品的熒光顯示描述不一致，熒光顯示常被忽略，巖樣定量熒光分析法可以有效地解決上述問(wèn)題?！　±碚摲治龊痛罅慷繜晒夥治鼋Y(jié)果表明：油層、油水同層、水層在定量熒光分析圖譜上都出現(xiàn)熒光峰，但其熒光信號(hào)波形（熒光峰值波長(zhǎng)）、熒光強(qiáng)度、峰值之間的比值和含油濃度是不相同的；不同性質(zhì)原油的物理性質(zhì)差異較大，其熒光光譜特征存在較大差別，主要表現(xiàn)在熒光波形、峰值波長(zhǎng)、各峰值間的比值等方面的差異。通過(guò)分析峰的位置、大小及其相對(duì)之間的關(guān)系可以判別油層、水層、含油級(jí)別以及油的件質(zhì)。

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