DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 风力发电是一种应用较为广泛的新能源发电技术。目前风电机组多采用变速恒频技术。为了最大限度地捕获风能，变速恒频的风电机组常采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking， MPPT)控制策略以使得风电机组在低于额定风速时始终跟踪变化的风速，保持最佳叶尖速比运行，获得最大输出功率。爬山法是最常用的MPPT方法之一，由于其实施简单，不依赖风速测量和风机自身特性，具有良好的自适应性，因而广泛应用于小型风电机组 [ 1 ] [ 2 ] 。 Matlab功能强大，与多种软件均存在接口，是风力发电建模和仿真研究的常用软件。目前，对于风力发电爬山法的建模，多采用Matlab的S函数实现，通过编辑S函数，定义输入输出变量以及运算规则，最终生成一个可以在Matlab/Simulink中直接调用的模块。然而，S函数原理较为复杂，易出错且不易排查，对于初学者来说，十分困难。本文介绍了一种简便的实现方法，只需调用Matlab/Simulink中的基础模块即可实现。仿真分析了风速变化对输出功率的影响，建立的风力发电系统爬山法模型能够正确地找到最大功率点，实现MPPT控制。
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user: 2. 风力发电系统的工作特性 2.1. 风力发电系统的工作特性 风力机吸收风的动能，把外界自然风的动能转化为风力机的机械能。它决定了整个风力发电系统的输出功率。 根据流体力学和风能捕获原理，得到风扫过风轮时所具有的动能为 P w = 1 2 ρ A v 3 (1) 风力机从风能中吸收的能量为 P m = 1 2 ρ A v 3 C p ( λ ， β ) (2) 式中， ρ 为空气密度，1.215 kg/m 3 ； A 为风穿过横截面的面积，单位m 2 ； v 为通过风轮的风速，单位m/s； C p 为风能利用系数，通常为叶尖速比 λ 和叶桨矩角 β 的函数。 根据贝茨理论，风力机将风能转换成机械能的风能利用系数 C p 极限值约为0.593。外加机械损耗和传输损耗，风力发电机的转换效率远达不到理想效果，转换效率约在0.3~0.4之间，风能利用率很低。在额定风速以下时，叶桨矩角 β 保持为0，采用最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking， MPPT)控制算法调节风机转速以获得最佳叶尖速比 λ ，使风能利用系数 C p 最大，从而使风力机尽可能地工作在最大功率点，提高能源的利用率 [ 3 ] [ 4 ] 。
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user: 3. 爬山法的基本原理 根据贝兹理论，特定风速下风力机吸收的功率是风机转速的函数，此时风力机输出的功率-转速曲线如图1所示。图中MPP为最大功率点(Maximum Power Point， MPP)，ω为风机转速，P为风机输出功率。 由图1可知，风力机功率–转速曲线是具有唯一极值的凸函数，爬山法利用该特性，通过主动的周期性施加转速扰动，观察扰动后系统输出功率P e 的改变方向(由于风力机功率P较难测量，在爬山法实施过程中通常用转速扰动响应稳定后的输出功率P e 代替P)，进而确定系统处于“上山阶段”还是“下山阶段”，并确定下一步转速扰动的方向(搜索方向)。如此反复进行直至达到MPP处(山顶)，因此该算法形象的称为爬山搜索算法。其实现过程为：主动扰动转速，检查扰动后P e 的变化方向，若P e > 0，则保持原来搜索方向继续扰动，否则扰动反向；如此反复，工作点将不断接近MPP，最终到达MPP。爬山法的流程图如图2所示，图中n为扰动次数。爬山法的数学描述如式(3)所示。 { Δ ω ( n + 1 ) = s i g n ( Δ ω ( n ) ) * s i g n ( Δ P e ( n ) ) * k Δ ω ( n ) = ω ( n ) − ω ( n − 1 ) Δ P e ( n ) = P e ( n ) − P e ( n − 1 ) (3) 式中k为扰动步长幅值，sign函数运算规则为 s i g n ( x ) = { 1 ， x ≥ 0 − 1 ， x < 0 。 图1. 爬山法原理图 图2. 爬山法流程图 该方法不需要实时测量风速，也不需要知道风机的准确功率特性曲线，对系统参数的依赖性比较低，系统有自动跟随与自适应的能力，比较适合运用在转动惯量小的风电机组。但扰动增量的设计存在一定难度，扰动量太大或太小都会给系统调节带来问题 [ 5 ] [ 6 ] 。扰动量大，则跟踪时间短，系统的动态性能好，但达到稳态后的精度相对较差；反之，扰动量太小，达到稳态后的精度相对较好，但跟踪时间长，系统的动态性能差，对于变化较快的风速该方法的跟踪速度不佳。
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user: 4. 基于Matlab/Simulink的爬山法模型设计 4.1. 爬山法模型的关键参数 爬山法以一定的步长周期性地扰动系统，以扰动后系统输出功率变化量的正负决定下一次扰动的方向。由此可知，爬山法建模的关键环节包括采样(周期性地采样风机转速和系统输出功率，用于计算输出功率变化量)、存储(存储采样值)、计算(根据输出功率变化量获得下一扰动周期的步长和转速目标值)、计算值输出(将计算得到的转速目标值输出给转速控制器)。 以上关键环节涉及的重要参数包括采样周期T和转速扰动步长Δω。T的设置必须大于系统阶跃响应达到稳定值的时间，Δω可以是固定步长也可以是变步长，若为变步长，根据变步长规则进行周期性修正即可。下面以固定步长为例实现风力发电系统仿真模型的计算。 4.2. 爬山法的Matlab/Simulink模型 爬山法的Matlab/Simulink模型如图3所示。主要包括采样、存储和计算模块。其中采样和存储模块采用Simulink中的现有模块，计算模块的内部如图4所示。图中k为固定步长的幅值。计算模块用于根据爬山算法的原理计算扰动步长，若对爬山法进行改进可直接修改计算模块的计算规则。 利用爬山法模型搭建的小型风力发电最大功率跟踪系统的仿真模型如图5所示。 4.3. 仿真研究 仿真算例的风机参数为：风力机半径为2.5 m，额定风速为12 m/s，直驱型，系统等效转动惯量为 22.16 kg×m 2 ，最佳叶尖速比为o pt = 6.325，C Pmax = 0.4382。爬山算法参数：采样周期为T = 0.1 s，扰动步长幅值k = 0.5。图3中存储器Memory， Memory 1和Memory 2的初值分别为0， 1， 7.59。采用阶跃风速进行仿真，获得转速跟踪轨迹如图6所示，风机的实际输出功率与最大功率对比曲线如图7所示。 由图6和图7可知，根据Matlab/Simulink搭建的小型风力发电爬山法模型能够正确地找到最大功率点，实现MPPT控制。 图3. 爬山法的Simulink模型 图4. 固定步长爬山法的计算模块 图5. 爬山法模型与风电系统的连接 图6. 转速跟踪轨迹 图7. 风机实际输出功率 该方法存在以下优点：1) 简单且易于实现，直接采用Simulink中的现有模块搭建，直观易懂；2) 易于与风电系统仿真模型连接且具有独立性；3) 易于进行算法改进，改进算法时只需修改计算模块的运算规则即可。 4.4. 结论 本文对风力机工作特性进行了分析，说明了风力发电系统最大功率追踪的原理，并针对传统风力发电系统爬山法S函数建模困难的缺点，搭建了基于Matlab/Simulink的风力发电系统爬山法实验模型，通过仿真证明了该模型的可行性和有效性。
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user: 摘 要 石墨烯具有极其优异的力学性能，是理想的复合材料增强体。本文以商业纯铝为基体，石墨烯为增强相，通过超声混合法制备石墨烯-Al复合粉末，通过真空热压烧结制备石墨烯-Al复合材料，通过扫描电镜(SEM)、差热分析(DSC)、X-射线衍射分析(XRD)、显微硬度计表征了材料的宏观形貌、微观形貌、反应温度、相组成和显微硬度等。结果表明：石墨烯和Al在400℃时便开始发生反应，但在600℃以下时，两者反应速度较慢，在Al熔点以上时，石墨烯和Al反应速度明显增加，石墨烯和Al反应生成Al 4 C 3 ；少量的Al 4 C 3 可以增强石墨烯和Al基体的结合力，有利于提高材料的力学性能，但是大量脆性Al 4 C 3 生成时，材料的力学性能下降。 关键词 :铝基复合材料，石墨烯，界面反应，机理研究 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 铝合金因其具有低密度、高比强度和成型性能好等特点，在航空领域有着广泛的应用 [ 1 ] ，但目前研制成熟并投入实际应用的高强铝合金的屈服强度都在500 MPa以内，抗拉强度也很难超过700 MPa [ 2 ] ，而同为轻质合金的高强钛合金的抗拉强度却在1000 MPa以上。为了适应航空领域的发展，必须进一步提高铝合金的强度，而采用固溶强化、析出强化等传统强化方式进一步提高铝合金性能的空间已经非常有限，必须寻找新的铝合金强化途径。石墨烯自2004年发现以来，因其优良的电学 [ 3 ] 、力学 [ 4 ] 、热学 [ 5 ] 等性能，被作为添加剂制备石墨烯–树脂复合材料 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 、石墨烯–金属复合材料 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] ，改善树脂或金属基体的力学性能和功能特性，2014年北京航空材料研究院学者在研究石墨烯增强Al合金时，发现石墨烯能够在不降低材料塑形的条件下，大幅提高材料的强度 [ 12 ] [ 13 ] 。但石墨烯增强Al基复合材料仍存在一些问题亟待研究，如石墨烯在Al基体中的分散 [ 14 ] [ 15 ] 、石墨烯-Al复合材料的成型工艺 [ 16 ] 及石墨烯与Al基体反应 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] ，其中石墨烯与Al基体反应研究对石墨烯-Al复合材料的增强机理、成型工艺控制具有重要意义。 本文以商业纯铝为基体，石墨烯为增强相，通过超声混合法制备石墨烯-Al复合粉末，通过真空热压烧结制备石墨烯-Al复合材料，研究石墨烯和Al基体的反应，探究石墨烯增强Al基复合材料的微观机理。
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user: 2. 实验 2.1. 实验原料 本研究采用的基体材料为氮气雾化制备99.9%纯Al粉，南通金源智能技术有限公司，尺寸为300目，微观形貌如图1(a)所示，成分表1如所示；采用的增强材料为石墨烯，采用液相剥离制备 [ 20 ] ，厚度为5纳米以下，微观形貌如图1(b)所示，基本参数如表2所示。实验所用溶剂为无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。 图1. (a) 原始纯Al粉末，(b) 石墨烯的SEM图片 Table 1 The chemical composition of A 成分 Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Al 含量(wt.%) 0.003 0.0021 0.0010 <0.001 0.0028 <0.001 <0.001 余量 表1. 纯铝成分 Table 2 The basic parameters of graphen 原料种类 纯度 灰烬 粉末密度 比表面积 石墨烯 ≥95 wt.% ≤0.2wt.% 0.03~0.1 g/cm 3 90~130 m 2 /g 表2. 石墨烯基本参数 2.2. 实验方法 将石墨烯和纯铝粉在无水乙醇中超声1 h，60℃真空干燥5 h，制备了石墨烯含量为1.0 wt.%的石墨烯-Al复合粉末；将复合粉末置于真空热压烧结炉中，于300℃、400 MPa下热压烧结2 h，制备出1.0 wt.%石墨烯-Al复合材料；将复合材料分别置于400℃、500℃、600℃、700℃或800℃下，空气气氛下热处理1 h，研究不同温度对石墨烯和铝界面反应的影响；对纯Al粉采用相同工艺制备了对比试样。 2.3. 测试表征 通过扫描电镜(JXA-8100)观察样品微观组织，采用X射线衍射仪(Rigaku D/Max 2500v/pc)分析样品中物相变化，通过同步热分析仪(A-449F3)研究石墨烯和Al基体是否发生反应及开始发生反应的温度，通过显微硬度计(UTURE-TECH FM-800)表征材料的显微硬度变化。
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user: 3. 试验结果 3.1. 宏观形貌 石墨烯铝基复合材料和纯铝不同温度热处理后材料剖面如图2所示。 从图2中可以看到300℃热压烧结后的Al块体在不同温度热处理后剖面可分为两类，低于Al的熔点(660℃)和高于Al的熔点。低于Al的熔点温度下热处理后Al块体剖面相对于烧结后Al块体剖面无明显变化，高于Al熔点温度下热处理保温1 h后，Al块体内部出现许多孔洞，且800℃处理后样品比700℃处理后样品孔洞更大。这主要是由于热压时温度较低，块体致密性不高，高于Al熔点热处理后，内部粉体熔化，体积收缩，真实体积略有缩小，但是热处理过程中样品表观体积增大，从而形成孔洞。而石墨 烯铝基复合材料在不同温度下热处理后，块体的剖面均无明显变化，即使在800℃下保温1 h后，块体内部也未出现明显孔洞，这可能是因为经过超声混合处理的石墨烯分散到了Al粉间，阻碍了Al粉的熔化合并过程。 3.2. 微观形貌 图3为热压烧结制备的1.0 wt.%石墨烯-Al复合材料的背散电子SEM图片和EDS能谱结果。 从图中可以看到片层状的石墨烯通过超声混合，热压烧结过程分散到了Al基体间，并呈现一定的定向排列。通过对局部的EDS能谱线扫描分析，可以看到黑色的条状物中C含量相对较高，由于粉体中仅石墨烯中含有大量C，因而可以断定这些黑色条状物为石墨烯。同时从局部放大图中也可以看到，石墨烯的厚度达到了5 μm左右，远大于石墨烯应有的5~20 nm的厚度，这主要是由于石墨烯的团聚造成的，石墨烯大的比表面积使得大量石墨烯垂直于片层方向堆叠在一起，形成表观较厚的片状。 3.3. DSC分析 为了提高DSC测试的灵敏度和DSC峰面积计算时的准确度，采用相同方法制备的5.0 wt.%石墨烯-Al复合粉末进行DSC测试，复合粉末和纯Al粉的DSC曲线如图4所示。 图2. Al和1.0wt.%石墨烯-Al复合材料在不同温度热处理后块体剖面图 图3. (a) 300℃热压烧结2 h后石墨烯-Al复合材料的背散电子SEM图片，插图为局部放大图，(b) 局部放大图中箭头处纵向EDS能谱线扫描结果 由图4可知，相对于纯Al粉，复合粉末在400℃~430℃之间出现了一个小的放热峰，从在400℃保温1 h后样品的XRD图谱(如图5所示)中可以发现微弱的Al 4 C 3 衍射峰，因此可以断定实验中采用的石墨烯在400℃下即开始和Al发生反应生成Al 4 C 3 。通过对复合粉末的热流功率–时间DSC曲线上的峰面积进行定量计算，可以知道在400℃~430℃间参与和Al反应的石墨烯质量约占加入石墨烯总质量的10%，多数石墨烯在此温度下未参与和Al基体的反应。 有研究结果 [ 21 ] 表明石墨等碳材料和Al发生反应主要集中在无定形碳及材料的六元环结构的缺陷处，而完整的六元环结构则很难和Al发生反应。从前人的研究结果 [ 22 ] 可知，石墨粉和Al粉经过球磨均匀分散后，Al-C反应在550℃到720℃之间就开始发生，生成Al 4 C 3 ，并随球磨时间的延长，开始发生反应的温度逐渐降低。这主要是由于：1) 随着球磨时间的延长，石墨被不断磨碎，更加均匀的分布在Al基体中，增加了两者接触的面积；2) 随着球磨时间的延长，石墨中由碳原子组成的六元环结构破坏程度逐渐增加，促进了C和Al之间的反应。制备石墨烯的过程中不可避免的会产生部分无定型碳和破碎的 图4. 纯Al粉和5.0 wt.%石墨烯-Al复合粉末的DSC图谱 图5. 不同温度热处理后1.0wt.%石墨烯-Al复合材料的XRD图谱 六元环状结构，同时均匀分散的石墨烯和Al基体有非常大的接触面积，这些因素共同导致了石墨烯和Al的开始反应的温度降低到了400℃左右。当破碎的表层石墨烯和Al反应结束后，即使升高了温度，短时间内剩余的石墨烯也难以Al发生反应，因而出现了DSC结果中只有10%左右的石墨烯在400℃~430℃间和Al发生了反应的现象。 3.4. 物相分析 300℃热压烧结后石墨烯-Al复合材料块体在不同温度下保温1 h后样品的XRD图谱如图5所示。首先，从图中可以看到不同温度热处理后样品中均含有石墨的特征峰(26.5˚，(002))，说明即使在800℃下保温1 h后，依然有部分石墨烯存在于基体中。但是石墨的特征峰强度随温度的升高逐渐降低，特别是700℃、800℃保温后峰强度急剧降低，这是因为升高温度，石墨烯和Al基体的反应速度加快，特别是高于Al熔点后，反应速度有明显提高。其次，300℃热压后石墨烯-Al复合材料块体的XRD图谱中无明显Al 4 C 3 衍射峰，但是当在400℃保温1 h后，XRD图谱中发现了Al 4 C 3 衍射峰，说明在400℃时石墨烯便可以和Al基体发生反应生成Al 4 C 3 ，和DSC结果相呼应(图4)。从图中还可以看到，随着热处理温度的提高，Al 4 C 3 衍射峰强度逐渐增加，特别是在700℃、800℃保温后，峰强度急剧增加，这和升高温度后石墨特征峰强度降低是相对应的，说明反应生成了大量Al 4 C 3 。从XRD图谱中未发现别的类型化合物的衍射图谱，说明石墨烯和Al基体反应只生成了Al 4 C 3 一种化合物，与Al-C相图结果一致。
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user: 4. 分析讨论 石墨烯和Al基体在一定温度下会反应生成Al 4 C 3 ，为了探究石墨烯和Al基体反应对材料性能的影响，对相同条件制备的纯Al和石墨烯-Al复合材料样品在不同温度下保温1 h后进行显微硬度测试，其结果如图6所示。其中硬度增加百分比Increasement由公式： (1) 其中H Graphene-Al 为石墨烯-Al复合材料的显微硬度，H Al 为相同方法制备的Al的显微硬度。 由图6可知，热压烧结后纯Al样品在不同温度保温后硬度随温度升高而降低，而1.0 wt.%石墨烯-Al 图6. 纯Al和1.0 wt.%石墨烯-Al复合材料在不同温度保温1 h后样品的显微硬度变化曲线 样品在不同温度保温后硬度先升高，然后逐渐降低。对比不同温度下两者硬度值，可以看到，300℃热压烧结后，纯Al的硬度高于石墨烯-Al复合材料的硬度，在400℃、500℃和600℃保温1 h后，石墨烯-Al复合材料的硬度高于纯Al的硬度，并随温度的升高，硬度增加百分比逐渐增大，700℃保温1 h后，两者硬度相当。而800℃保温1 h后，纯Al的硬度又高于石墨烯-Al复合材料的硬度。 出现这一系列硬度值变化的可能原因是：1) 300℃热压烧结时，由于烧结温度较低，粉体致密性较差，石墨烯的加入进一步降低了粉体的致密性，且石墨烯和Al粉间直接堆叠，结合力较差，导致300℃热压烧结后石墨烯-Al复合材料的硬度低于热压烧结后纯Al硬度。2) 400℃保温1 h后，部分石墨烯和Al发生反应生成Al 4 C 3 ，增加了石墨烯和Al基体间的结合力，石墨烯-Al复合材料硬度值升高，并超过了400℃保温后纯Al的硬度。3) 随着保温温度升高，纯Al样品内部应力消除，并伴随再结晶过程使得材料软化，表现出随着温度升高，材料硬度逐渐降低。在400℃~600℃时，石墨烯-Al复合材料也遵循相同的过程，不过随着温度升高，Al 4 C 3 的生成量略有增加，表现出硬度降低速度较纯Al样品慢。4) 当样品在700℃和800℃保温1 h后，由于Al 4 C 3 的大量生成，削弱了石墨烯和Al的界面结合，使得石墨烯-Al复合材料的硬度快速下降，800℃保温后，石墨烯-Al复合材料的硬度甚至低于纯Al样品硬度。
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user: 5. 结论 1) 石墨烯和Al基体在400℃时开始发生反应，生成Al 4 C 3 ；600℃以下时，反应速度较慢；加热到Al熔点以上时，石墨烯和Al反应速度明显增加。 2) 石墨烯-Al复合材料在400℃热处理后，相对于热压烧结后材料硬度明显增加，因为少量Al 4 C 3 的生成有利于增强界面结合力，提高材料性能。600℃以下热处理时，随温度升高，复合材料相对于相同条件得到的纯Al块体的硬度增加百分比逐渐增大，而高于Al熔点后，石墨烯-Al复合材料的硬度显著下降，甚至低于纯Al块体的硬度，主要是因为高温下，大量生成的Al 4 C 3 削弱了石墨烯和Al基体的界面结合力。
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user: 摘 要 安全问题一直是制约化工发展的重要因素，为了从根本上阻止化工安全事故的发生，就必须对化学工业进行安全评价。化工安全评价是一个复杂、严谨的过程，为了使人们能够清晰地理解安全评价，并且准确地选择、运用安全评价方法，本文筛选出七种在化工领域广泛应用的安全评价方法，并对其进行详细的分析与总结：1) 将其分为定性、定量和混合评价法三类，全面地总结其优缺点、适用范围，并结合安全评价方法选择的五项原则对这些方法的选择进行了详细的阐述；2) 对安全评价过程进行详细地剖析，并将这七种安全评价方法在评价过程中发挥的作用进行明确地表述，以促进对安全评价方法的运用。在基础上，本文收集并选取了2010~2016年发生在我国的121例典型化工事故，并对事故原因(即危险源)及比重进行详细地分析与统计，结果发现：违章操作、设备故障、工艺缺陷、意外因素、管理漏洞是化学工业安全事故的五大危险源，将这五类危险源作为七种安全评价方法的评价对象，对其进行具体地应用划分，以加深对化工安全评价的认识。 关键词 :安全评价，化学工业，危险源 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 化学工业从其诞生开始，就伴随着层出不穷的化工安全问题，并造成了重大的人员伤亡和巨大的经济损失。换言之，化工安全问题从一定程度上制约了化工的发展。为了促进化工安全、健康地发展，就必须采取一定的措施预防化工事故的发生。 风险评估，也称为安全评价，它是一个评估人类的活动对具有危险性特征系统所造成的影响或后果的必要和系统的过程 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。具体来讲，安全评价就是对系统中潜在的危险、有害因素进行详尽地分析与辨识，并评估系统发生事故的可能性及其严重程度，以此来提出预防措施或保护手段，而这就意味着对化工进行全面地安全评价，就会在一定程度上促进化学工业安全、健康地发展。 为了使人们能够更加清晰地理解安全评价，并且准确、有效地选择、运用安全评价方法，那么就很有必要详细地剖析安全评价的过程，并对适用于化学工业的安全评价方法进行分析、分类、总结，以促进对安全评价的进一步认识。
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user: 3. 安全评价过程 安全评价方法繁杂多样，当懂得如何从这些安全评价方法中选取符合自己要求的评价方法后，还必须熟悉安全评价过程，以便掌握安全评价方法的运用。 安全评价分两步进行：第一步对所有可能存在的风险进行系统地辨识，第二步评估风险并进行危险等级划分。更具体的来讲，安全评价的分析框架可由三个部分组成，也可以认为其分为三个阶段来进行，分别是辨识、评估、等级划分 [ 18 ] 。 辨识，即对危险源进行辨识。Hammer [ 19 ] 最早将危险源定义为“可能导致发生人员伤害或财物损失事故的潜在的不安全因素”。这个定义说明潜在性是危险源所具有的最鲜明的特点，在一定的条件下危险源会发展成为事故隐患，而事故隐患继续失去控制，则就会演变为为事故。换言之，要想防止事故的发生，就得控制危险源。而制定相关的防护措施来控制危险源的前提条件就是辨识危险源。 评估，即危险评估，也就是对辨识出来的危险源进行危险性评估，一般而言，实现危险评估的方式有两种：一种就是评估危险源演化为事故的可能性，即事故发生的概率；另一种就是评估事故所造成的后果。 等级划分，就是危险等级划分，在分析系统的危险性时，根据系统中各个事故发生的可能性及事故后果的危险程度，将其进行轻重缓急的排序，优先解决最有可能导致事故发生的危险源及事故后果最严重的危险源。 安全评价的分析框架由辨识、评估、等级划分三部分组成，但安全评价方法发挥的作用不一定由辨识、评估、等级划分所构成，它也可以仅由以下组合构成：辨识;辨识和评估；辨识、等级划分。以此对这七种安全评价方法进行划分，见表3。 根据表3，可以十分清晰地发现绝大部分安全评价方法在安全评价中，都具备辨识危险源和评估危险的作用，只有很少的方法仅仅具备辨识危险源的作用或是同时具备辨识、评估、等级划分三个功能。
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user: 4. 安全评价方法在化学工业上的应用 4.1. 化学工业的危险源 危险源是危险的根源 [ 20 ] ，在进行安全评价时，无论采用哪种安全评价方法，无论处于评价的哪个阶 Table 3 The role of seven safety assessment methods in the process of safety evaluatio 序号 安全评价方法 安全评价过程 辨识危险源 评估危险 危险等级划分 1 检查表法 √ 2 假设分析法 √ √ 3 危险与可操作性分析 √ √ 4 故障树分析法 √ √ 5 风险矩阵分析法 √ √ √ 6 人因失误率预测技术 √ √ 7 道化法 √ √ 表3. 七种安全评价方法在安全评价过程中的作用 段，都必须紧紧围绕着危险源，这也足以表明危险源在安全评价中的绝对地位。在化学工业中，存在着各种各样的危险源，为了更好地理解安全评价、使用安全评价方法，就很有必要对危险源进行一定的了解。 从国家安全生产监督管理总局的官方网站上收集、选取了从2010~2016年我国发生的造成重大伤亡或较大影响的121例典型化工事故案例，并对其进行详细的分析与统计。将这些化工事故按照爆炸、火灾、泄漏四种事故类型进行划分，见表4；分析化工事故的原因(即危险源)，将其归纳为五类，并统计这五类危险源在事故中的比重，见表5。 根据表4可知，这121例典型化工事故中爆炸接近一半，其次是火灾为23%、泄漏为19%，三者合起来达到90%，占据着主导地位。由表5可以发现，由于违章操作引起的事故次数最多，管理漏洞次之，工艺缺陷与意外因素导致的事故次数差不多，设备故障造成的事故次数最少。这在一定程度上也说明了违章操作、管理漏洞是造成化工企业安全事故频发的主要原因，因此应该重点加强对这两类危险源的防控。 4.2. 安全评价方法在化学工业上的应用 对于化学工业而言，找到并控制危险源是使促使化学工业健康发展的重要途径，而达到这个目的的前提就是选择何种安全评价方法识别、评估危险源。现将化学工业上的五类危险源作为七种安全评价方法的评价对象，对其进行具体的应用划分，见表6。 由表6，可以发现检查表法、假设分析法、故障树分析法、风险矩阵分析法能够比较完整的识别出绝大部分危险。虽然人因失误率预测技术只能识别出违章操作这类危险源，但在这类危险的评估方面它却比其它方法更具专业性和全面性。对于设备故障和工艺缺陷这两类危险源，除了人因失误率预测技术，其它的安全评价方法都可进行评价。至于意外因素，可以通过假设分析法、故障树分析法进行评价。而对于管理漏洞这个危险源的识别，最为广泛使用的是检查表法。 Table 4 Types of chemical accident 事故类型 事故数量 比重/% 爆炸 58 48 火灾 28 23 泄漏 23 19 其他 10 10 表4. 化工事故类型分布 Table 5 The types and role of hazard sources in chemical industr 危险源的类型 危险源的比重/% 违章操作 57 设备故障 6 工艺缺陷 9 管理漏洞 19 意外因素 9 表5. 化学工业危险源的类型及比重 Table 6 The specific application of seven safety evaluation methods in the hazard sources of chemical industr 序号 安全评价方法 危险源 违章操作 设备故障 工艺缺陷 意外因素 管理漏洞 1 检查表法 √ √ √ √ 2 假设分析法 √ √ √ √ √ 3 危险与可操作性分析 √ √ 4 故障树分析法 √ √ √ √ √ 5 风险矩阵分析法 √ √ √ √ 6 人因失误率预测技术 √ 7 道化法 √ √ 表6. 七种安全评价方法在化学工业危险源上的具体应用
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user: 5. 结论与展望 1) 通过对七种安全评价方法的分类、优缺点、适用范围进行详细阐述，可以充分认识和理解到这些安全评价方法的功能与不足。七种安全评价方法中，除了检查表法和人因失误率预测技术外，剩下的五种安全评价方法均可评估事故后果；人因失误率预测技术、危险与可操作性分析、故障树分析法、风险矩阵分析法均可以预测事故发生的可能性；检查表法、假设分析法几乎可以适用任何系统；故障树分析法特别适合危险源的识别，并且通过树图可以清晰明了地将其呈现出来；风险矩阵分析法和道化法易于操作，通过定量分析，可以得出明确的评价结果；人因失误率预测技术可以比较准确地分析人为失误。 2) 通过对安全评价方法的选择原则及过程进行全面解析，可以知道想要准确地选择出合适的安全评价方法，首先需要详细地分析被评价系统，以确定想要通过安全评价达到的目标，然后应收集尽量多的安全评价方法，并对这些方法进行分类整理以充分了解它们的优缺点、适用范围等，最后再根据所需的基础数据和资料，就能准确选择出所需的安全评价方法。当对一个系统进行评价时，为保证评价结果全面可靠，往往会选用多种评价方法，从不同的角度同时进行评价。 3) 通过对安全评价过程的全面剖析，明确危险源的辨识在安全评价中的绝对地位。从国家安全生产监督管理总局的官方网站上收集、选取了从2010~2016年我国发生的造成重大伤亡或较大影响的121例典型的化工事故案例，并对其进行详细的分析与统计，结果发现：爆炸是最主要化工事故类型，其次是火灾与泄漏；违章操作、设备故障、工艺缺陷、意外因素、管理漏洞是化学工业安全事故的五大危险源，其中违章操作和管理漏洞的比重最大。将化学工业上的五类危险源作为七种安全评价方法的评价对象，对其进行具体的应用划分，结果显示：检查表法、假设分析法、故障树分析法、风险矩阵分析法能够比较完整的识别出绝大部分危险源；虽然人因失误率预测技术只能识别出违章操作这类危险源，但在这类危险的评估方面它却比其它方法更具专业性和全面性；对于设备故障和工艺缺陷这两类危险源，除了人因失误率预测技术，其它的安全评价方法都可进行评价；至于意外因素，可以通过假设分析法、故障树分析法进行评价。 4) 安全评价方法经过数十年的发展，目前已经从定性分析过渡到了定量分析，而从传统的定量分析实现动态定量分析将成为安全评价方法未来前进的方向。时下，人工智能技术兴起，并且发展迅速，将安全评价与其结合在一起，将会极大提高安全评价的便捷性、可靠性。
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user: 摘 要 以稻壳为原料，在550˚C，氮气气氛下热解制备生物炭(RHBC)，通过吸附热力学及动力学实验，考察稻壳生物炭对稀土元素Ce、Y的吸附特性。吸附热力学实验结果表明，RHBC对Ce、Y的吸附行为符合Langmuir模型，对Ce、Y的最大吸附量分别为19.80 mg·kg −1 、8.61 mg·kg −1 。动力学结果表明，RHBC对Ce、Y的吸附动力学过程符合Lagergren二级动力学模型， 吸附过程倾向于化学吸附。反应体系pH在3~7时，RHBC对Y的吸附效率随着pH的增大而增大，RHBC对Ce的吸附效率受溶液pH影响较小，pH3~7吸附效率均达到96%以上。 关键词 :稻壳生物炭，稀土元素，吸附 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 我国稀土资源储量丰富，占全球同类资源的90%，以南方离子吸附型稀土矿和北方轻稀土矿为主 [ 1 ] 。南方离子吸附型稀土矿原矿中60%~90%的稀土以水合或羟基水合离子状态吸附在高岭土及云母中，稀土离子极易在电解质溶液中被交换下来 [ 2 ] ，目前广泛使用开采方式为利用硫酸铵作为浸取，原地浸矿提取稀土母液收集率可达92%，是生态环境破坏较小的开采方式 [ 3 ] ，然而采用硫酸铵浸矿–碳酸氢铵沉淀法 [ 4 ] 提取稀土后，会产生大量的氨氮废水，如果直接排放会严重污染环境，其中含有的0.02~0.05g/L稀土离子资源也被浪费。另外，矿中残留的浸矿剂随淋滤水迁移过程会将矿中残留稀土或下游矿体中的稀土带入溪水、河沟而流失，使水环境中的稀土含量增加，影响生态环境 [ 5 ] 。据统计，江西赣南南部稀土矿区村民饮用井水稀土平均含量为9.18 μg/L，土壤稀土平均含量为869.73 μg/g，蔬菜稀土平均含量为6370.35 ng/g(干重)，是非矿区稀土含量的3.8~24.8倍以上 [ 6 ] 。目前，对于浸矿废水中的稀土处理和回收方法有膜分离技术 [ 7 ] 、化学沉淀、离子交换、吸附法 [ 8 ] 等，其中吸附法简单高效且应用范围广，被认为是最具前景方法 [ 9 ] 。有很多学者研究采用甲壳素、壳聚糖、阿拉伯树胶等高分子聚合物 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 、生物吸附剂 [ 13 ] 、活性炭 [ 14 ] 、生物炭 [ 15 ] 等吸附处理溶液中的稀土元素。近年来生物炭作为一种经济的新型吸附材料，已经成为国内外众多学者研究的热点 [ 16 ] 。 生物炭是在缺氧或无氧环境中经高温热裂解得到的一类富碳的、稳定的、高度芳香化的固态物质，原料储量丰富且再生，主要来自农业废弃物、林业废弃物、畜禽粪便、市政污泥等 [ 17 ] 。我国作为农业大国，稻壳原料丰富，利用稻壳制备生物炭在农业及环境领域已经取得了一定的进展，大量研究 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] 表明稻壳基生物炭含有较多的碱性官能团，pH较高，纤维素、半纤维素、木质素的分解使得其孔隙结构丰富、比表面积大，能够改良酸性土壤理化性质，有效吸附固定重金属、有机物及无机物。有很多学者利用稻壳制备活性炭净化水体中污染物效果接近木质净水用活性炭一级品质标准 [ 21 ] [ 22 ] ，相比较而言，稻壳生物炭的制备不需活化过程，对污染物的去除也能达到较好的效果 [ 23 ] 。 生物炭对重金属等物质的吸附能力主要取决于原料的类型和制备条件，其中原料是直接影响生物炭的吸附能力的重要因素 [ 24 ] [ 25 ] ，制备温度影响生物炭的孔径分布、官能团数量、元素组成以及其pH值 [ 26 ] [ 27 ] ，本研究利用550℃下热解制备的稻壳生物炭，考察其对稀土元素(Ce和Y)的吸附行为与吸附机理，为生物炭应用于稀土废水处理及稀土资源回收提供科学依据。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 稻壳生物炭的制备与表征 稻壳(RH)来自赣州大米加工厂，自然条件下风干后，置于气氛马弗炉，氮气气氛下，升温速率10℃/min，热解温度550℃，保持2 h，得到550℃的稻壳生物炭(记作RHBC)，碾磨过60目筛，去离子水洗净后，105℃条件下烘干后备用 [ 28 ] 。 将稻壳生物炭与去离子水以1:10 (w/v)比例混合后的悬浮液置于恒温振荡器中震荡30 min后采用数显pH计(PHS-3C)测定其pH [ 29 ] ，含水率和灰分的测定根据ASTM D2867-09(2014) [ 30 ] 和ASTM D2866-11 [ 31 ] 方法。元素分析仪(MicroCube， Elementar， 德国)测定稻壳生物炭中的C， H， N元素。比表面仪(ASAP 2460， micromeritics， 美国)上测定生物炭比表面积及孔隙结构。扫描电镜图(SEM， KYKY-1000B， 中国)分析生物炭的表面形貌，傅里叶红外光谱仪(IRPrestige-21， 日本)分析生物炭表面官能团 [ 32 ] 。 2.2. 吸附试验 2.2.1. 吸附等温线 配置浓度梯度分别为1~100 mg·L −1 的Ce(III)和Y(III)溶液，分别取100 ml置于250 ml的锥形瓶中，称取1 g稻壳生物炭(RHBC)与之混合均匀。置于水浴恒温振荡器中，温度25℃ ± 1℃，振荡24 h后3000 r·min −1 离心15 min，取上清液过0.45 μm的针孔滤膜，用ICP-AES(Ultima2， Horiba， Japan)测定溶液中Ce(III)和Y(III)浓度。 生物炭对重金属的最大吸附量及固定效率根据公式(1)和公式(2)计算 [ 33 ] : (1) (2) q t ：在tmin时生物炭吸附的重金属的含量(mg·g −1 )； m：加入的生物炭的质量(g)； V：溶液的体积(L)； c 0 ：溶液中重金属的初始浓度(mg·L −1 )； c t ：tmin时溶液中重金属的浓度(mg·L −1 )； r：生物炭对重金属的吸附效率(%)。 污泥生物炭对Ce(III)和Y(III)的等温吸附数据采用Langmuir模型(LM)、Freundlich模型(FM)以及Temkin模型拟合 [ 34 ] ，见公式(3)、(4)、(5)： (3) (4) (5) c e ：平衡时溶液中重金属的浓度(mg·L −1 )； q e ：平衡时生物炭对重金属的吸附量(mg·g −1 )； b：LM的吸附平衡常数(L·mg −1 )； k F ：FM的吸附平衡常数((mg·g −1 )(mg·L −1 ) −n )； q m ：生物炭对重金属的最大吸附量(mg·g −1 )； n：生物炭吸附强度和吸附率的代表，与吸附剂和吸附质之间的亲和力有关； A：Temkin方程平衡结合常数(mg·L −1 )； B：Temkin方程系数，与吸附热有关。 2.2.2. 吸附动力学 分别取浓度为50 mg·L −1 的Ce(III)、Y(III)溶液100 ml置于250 ml的锥形瓶中，称取1 g稻壳生物炭(RHBC)加入瓶中与之混合均匀。置于水浴恒温振荡器中，设置温度为25℃ ± 1℃，振荡，在1、10、20、60、180、120、240、480、720、1440、2880 min时分别取5 ml上清液，过0.45 μm的针孔滤膜，采用ICP-AES (Ultima2， Horiba， Japan)测定溶液中Ce(III)和Y(III)浓度。 生物炭的吸附动力学采用Lagergren准一级动力学(PF)，Lagergren准二级动力学(PS) [ 25 ] 以及Elovich模型拟合 [ 34 ] ，见公式(6)、(7)、(8)： (6) (7) (8) k 1 ：一级动力学速率常数，(h −1 )； k 2 ：二级动力学速率常数，(g·mg −1 ·h −1 ) a， b：Elovich方程常数，分别表示初始吸附速率(g·mg −1 ·min −1 )及解吸常数(g·mg −1 ) 2.2.3. pH对吸附效率的影响 将100 ml 50 mg·L −1 的Ce(III)、Y(III)溶液加入到250 ml锥形瓶中，用0.1 mol·L −1 HNO 3 或NaOH分别调为3、4、5、6、7，分别称取1 g稻壳生物炭与之混合均匀，置于水浴恒温振荡器中，温度设置为25℃ ± 1℃，振荡24 h后，过0.45 μm的针孔滤膜，采用ICP-AES(Ultima2， Horiba， Japan)测定溶液中Ce(III)和Y(III)浓度。 2.3. 数据分析 本实验所有样品均设置3个平行样分析，并做空白样对照，相对偏差控制在5%以内。所用试剂均为优级纯，水为超纯水。数据分析使用SPSS19.0，吸附数据通过Origin8.5软件拟合。
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user: 4. 结论 (1) 稻壳生物炭RHBC表面含有丰富的孔隙结构，−OH、−COOH等化学官能团，热裂解有助于其微孔的生成以及芳香化； (2) RHBC对两种稀土元素Ce、Y的吸附曲线均更符合Langmuir模型，对Ce和Y的最大吸附量分别为19.80 mg·kg −1 、8.61 mg·kg −1 。 (3) RHBC对稀土元素Ce、Y的吸附均表现为在初始阶段迅速增加，随后逐渐趋于平衡，且吸附动力学曲线能用Lagergren二级动力学模型很好的拟合，R 2 大于0.94。 图5. pH对稻壳生物炭RHBC吸附Ce和Y的影响 (4) 溶液pH对RHBC吸附Y影响较大，吸附效率表现为随着溶液pH的升高而增大，而对RHBC吸附Ce影响并不大，主要是因为RHBC对Ce的吸附效率较高，为96%以上。
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user: 摘 要 (S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙醇是抗抑郁药度洛西汀的重要中间体。本文根据起始原料的不同，将其合成方法概括为：乙酰噻吩法、噻吩法和噻吩甲醛法，分析了各种方法的工艺特点，并指出了(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙醇未来的发展趋势。 关键词 :酶法，均相不对称催化剂，合成，度洛西汀 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 度洛西汀(Duloxetine)是由美国礼来公司(Elililly)开发的一种安全有效的抗抑郁剂，是一种5-羟色胺和去甲肾上腺素双重再吸收抑制剂。随着全球抑郁人数越来越多，对于高效低毒的抗抑郁药的需求越来越大。相比于其他抗抑郁药物，如帕罗西汀、氟西汀和瑞波西汀等，度洛西汀具有更好的安全性和耐受性，更少的不良反应，且具有多样的治疗活性，因而销量逐年提高 [ 1 ] ，现已占据全球抗抑郁药销量榜的第一的宝座。 为此，众多研究者致力于度洛西汀及其中间体的合成路线的探索，旨在寻找一条经济、环保、操作简单以及高收率的合成路线。其中，(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙醇(I)，作为合成度洛西汀的关键中间体(图1)，已成为众多研究者近年来关注热点。
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user: 2. 度洛西汀关键中间体(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙醇的合成工艺 本文根据不同的起始原料，将(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙醇的合成方法分为乙酰噻吩法、噻吩法以及噻吩甲醛法。 2.1. 乙酰噻吩法 以乙酰噻吩为原料，主要有两种方法：一种是与三聚甲醛或多聚甲醛和胺通过Mannich缩合，再经 图1. 度洛西汀的一般合成路线 过不对称还原、进一步脱保护基得到目标产品；或者是通过溴代、还原、水解、环合以及开环得到目标产品。前者根据所用胺分为甲胺盐酸盐法和甲胺保护基法，后者一般为乙酰噻吩溴代法。 2.1.1. 甲胺盐酸盐法 此法将乙酰噻吩、三聚甲醛或多聚甲醛和甲胺盐酸盐通过Mannich法得到(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙酮盐酸盐，再经过不对称催化反应得到目标产品(图2)。其中不对称催化剂常用金属不对称催化剂或酶。常见的金属不对称催化剂有：(1， 5-环辛二烯)四氟硼酸铑(I) [ 2 ] ，二氯{(R)-(+)-二[二(3， 5-二甲苯基)膦基]-1， 1'-联萘基}[(1R， 2R)-(+)-1， 2-二苯基乙烯二胺]钌(II) [ 3 ] ，二氯双(4-甲基异丙基苯基)钌(II) [ 4 ] 等。所报道的酶来源于圆红冬孢酵母菌 [ 5 ] 、酿酒酵母(CGMCC No. 2230) [ 6 ] 、L-肉碱还原酶 [ 7 ] 、羰基还原酶(SEQ ID NO: 28) [ 8 ] 、壳聚糖 [ 9 ] 等。 该工艺是目前研究较热门的方向，其具有收率高、步骤短、反应温和，具有潜在的工业化价值。但问题在于采用酶或者金属不对称催化剂会导致成本较高。 2.1.2. 甲胺保护基法 此法将乙酰噻吩、三聚甲醛或多聚甲醛和甲胺衍生物通过Mannich法合成相应的(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙酮衍生物，通过不对称催化剂还原得到相应的(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙醇衍生物，再通过水解或还原得到目标产物(图3)。其中R保护基为甲酸乙酯基、三氟乙酰基、羟基、甲氧基或者苯乙基，所用的不对称催化剂是(S， S)-N-(对甲苯磺酰)-1， 2-二苯乙烷二胺(对异丙基苯)氯化钌(II) [ 10 ] 、二氯(对甲基异丙苯)钌(II) [ 4 ] 、R-2-甲基-CBS-恶唑硼烷 [ 11 ] 或Ni[(R)-2， 2'-双(二苯基磷)-1， 1'-联苯]二氧化钌 [ 12 ] 。当R基是甲酸乙酯基、三氟乙酰基或苯乙基时，可用氢氧化钾 [ 10 ] 或者碳酸钠 [ 4 ] 进行脱保护；当R是羟基或者甲氧基，可用锌粉/醋酸 [ 13 ] 或者镍粉 [ 14 ] 进行脱保护基。 此法具有较好的专一性，副产物较少，但是由于保护基的存在，使得原料成本和步骤增长，成本增加。 2.1.3. 乙酰噻吩溴代法 此法将乙酰噻吩先与N-溴代琥珀酰亚胺(NBS) [ 15 ] 、液溴 [ 16 ] 或者溴化亚铜 [ 17 ] 反应得到溴代乙酰噻吩，在不对称催化剂氯化(均三甲苯)[(S， S)-N-(对甲苯磺酰基)-1， 2-二苯乙烯基二胺]钌(II) (RhCl[(S， S)- TsDPEN])的作用下得到具有R构型的醇，然后用硼烷二甲硫醚络合物还原得到噻吩丙胺醇，通过N'N- 图2. 以甲胺盐酸盐为原料的合成路线 图3. 以甲胺衍生物为原料的合成路线 羰基二咪唑(CDI)发生分子内缩合得到相应内酰胺化合物，其可以在氢化钠作用下与碘甲烷反应得到目标产物 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] (图4)。 2.2. 噻吩法 以噻吩为原料，先与3-氯丙酰氯发生傅克反应得到2-(氯丙酰基)噻吩 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] ，以此为原料有两条合成路线，分别是叠氮转化法和直接还原法。 2.2.1. 叠氮转化法 此法在合成2-(氯丙酰基)噻吩的基础上，通过与叠氮化钠和硼氢化钠还原得到噻吩叠氮醇，再在脂肪酶作用下转化为立体异构体，然后在10%Pd-C还原下得到噻吩氨基醇，再与氯甲酸乙酯反应将氨基酯化，最后再四氢铝锂作用下得到目标产物 [ 24 ] (图5)。 2.2.2. 直接还原法 2-(氯丙酰基)噻吩直接用脂肪酶还原为噻吩氯代丙醇，然后再与甲胺反应得到目标产品 [ 23 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] (图6)。 图4. 以乙酰噻吩为原料的合成路线 图5. 以噻吩为原料的合成路线I 图6. 以噻吩为原料的合成路线II 图7. 以噻吩甲醛为原料的合成路线 2.3. 噻吩甲醛法 此合成路线是以噻吩甲醛为原料，与N， N-二烯丙基硫代乙酰胺通过组合催化剂[六氟磷酸四乙腈铜(Cu(CH3CN)4PF6)， 1， 2-双((2S， 5S)-2， 5-二苯基膦)乙烷((S， S)-Ph-BPE)和对甲氧基苯氧基锂(Li(OC6H4-p-OMe))]得到R构型的硫代烯丙基胺噻吩醇，再通过四氢铝锂还原，氯甲酸甲酯酯化和四氢铝锂还原三步得到目标产物 [ 30 ] (图7)。
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user: 3. 总结 本文基于合成(S)-3-甲基氨基-1-(噻吩-2-基)丙醇起始原料，将其合成方法分为乙酰噻吩法、噻吩法和噻吩甲醛法。由于噻吩法和噻吩甲醛法按照现有的工艺由于成本高，收率较低(20%~50%)，因而离工业化还较远；而乙酰噻吩法由于路线短，收率较高(60%~80%)，将是今后工业化的发展方向。而所有方法关键点都在于如何将羰基直接转化成手性羟基的方法。一般用到的不对称催化剂有两大类，分别是金属不对称催化剂和酶催化剂，前者由于成本较高，还未有大范围的工业化；而后者由于反应温和又环保，且随着生物技术的提高，其工业化的潜力将越来越大。
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user: 摘 要 本论文详细研究法布里–珀罗多光束干涉和多棱锥产生的多光束干涉，分析探讨了干涉原理和条件、干涉条纹特征以及影响条纹精细度因素。得到了多光束干涉的规律，即平行平面薄膜产生的多光束干涉条纹十分细锐明亮，并且反射率越大，产生的干涉条纹越明亮细锐。此外，增大介质折射率或者增大夹层厚度和介质薄膜厚度，在一定区域内所观察到的干涉条纹数则越多。多棱锥干涉产生的空间多光束干涉图案是沿光束传播方向没有变化的二维周期性图案，并且随着棱数的增加，干涉场将会变为同心圆结构的贝塞尔光束的场分布。应用MATLAB软件对迈克尔逊干涉、法布里–珀罗干涉以及多棱锥多光束干涉设计了GUI界面，形象生动地表征了相关参数变化引起的干涉条纹的变化，且与理论相吻合的结果。 关键词 :多光束干涉，法布里–珀罗干涉，多棱锥，GUI界面，仿真模拟 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着科学技术的进步和发展，光的干涉技术所涉及的领域越来越多，早先被广泛应用的迈克尔逊干涉仪由于在分振幅后形成的是一个双光束干涉系统，其形成的干涉图样并不是理想的清晰明锐的条纹。基于双光束干涉原理开发的光纤传感器已广泛应用在航空航天、桥梁建设和石油化工等领域 [ 1 ] [ 2 ] 。多光束干涉获得了双光束干涉难以达到的明亮细锐的条纹，多光束干涉已应用在激光选模、光谱精密测量等方面 [ 3 ] [ 4 ] 。虽然多光束的获取方法及多光束干涉的理论已经比较成熟和完善了，但是将多光束干涉情形形象化的文章报道较少。本文将对多光束干涉理论进行总结和GUI设计，得到了多光束干涉的人机互动效果，这对于设计GUI界面和应用多光束干涉理论具有积极的指导意义。
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user: 2. 干涉原理 2.1. 光干涉的条件 光具有波粒二像性，若要观察到光的干涉现象要满足一定的条件，即把同一点光源发出的某一频率的单色光分成几束；使这几束同频率的光束相叠加；在叠加处，这几束同频率的光束振动方向相同。满足这些条件后，将会在光束叠加处观察到明暗分布的干涉图案。 2.2. 单色点光源引起的干涉现象 如图1(b)所示，a 1 和a 2 会聚到S’点所产生的光程差为 (2.1) 这里存在半波损失，上式补充为 (2.2) 图1. 光程差的计算。(a) 光路图；(b) 光程差 决定S’点明暗的条件是 (2.3) 2.3. 多光束干涉 图2为一单色平面波入射到透明平行平面玻璃板的反射和透射，对于反射光和透射光来说，相邻两条光线之间的相位差均为 (2.4) 由光传播的可逆性原理可证明 [ 5 ] (2.5) 玻璃板单个表面的透射率和反射率所满足的关系有 (2.6) 其中r，t分别光波从介质到玻璃板的振幅反射比和透射比； 分别为光波从玻璃板到介质的振幅反射比和透射比。 设入射光波的复振幅为 ，则从平行平面玻璃板下表面透射的每个分量波的复振幅为 (2.7) 图2. 单色平面波入射到透明平行平面玻璃板的反射和透射 透射光的起点可以看作是从 开始，所以此时的 。 如果板足够长，则会有无穷多个透射波，透射波的合复振幅为 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] (2.8) 由此便可得到透射光的强度为 (2.9) 同理可得反射光的强度为 (2.10) 当板的上、下表面无吸收时，满足(2.6)式，则(2.9)式可写为 (2.11) 其中 (2.12) 为精细度系数。 (2.10)式和(2.11)式可化为 (2.13) (2.14) 由式(2.13)和式(2.14)可知，当 值一定，且 时，反射光有最小强度 (2.15) 透射光有最大光强 (2.16) 当 时，反射光强有最大强度 (2.17) 透射光有最小强度 (2.18) 由(2.14)式知，当 时，无法判别透射光强度是最大值还是最小值；当 时，只有在 的情况下才会出现最大值，若 ，即 时， 则接近于零。 由(2.13)式和(2.14)式可得 (2.19) 反射光和透射光互补。当反射率趋近于1时，透射光的干涉图案是以几乎全黑的背景下一组很细的亮条纹构成的，而反射光的干涉图案则是由均匀亮背景下很细的暗条纹所构成的。 由图3可知，透射光相对光强度的最大值大小与 无关且始终保持不变。随着 的增大，平行平面镜的透射光相对强度最小值降低，透射光的亮条纹宽度变窄，这表示只要 偏离了 ，那么光强便会急剧的减小，此时条纹的锐度和可见度都将增大。 干涉条纹的精细度特性： 对于干涉级数为 的条纹，两个半强度点所对应的相位为 (2.20) 由图4可以看出，半强度点对应的相位满足 (2.21) 当 时， 很大， 必然很小，则 (2.22) 由(2.21)式和(2.22)式可得 (2.23) 图3. 平行平面玻璃板的透射率曲线 图4. 干涉条纹的相位宽度 两条相邻条纹之间的相位差和条纹的相位宽度之比，即 ，称为条纹精细度，记作 (2.24)
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user: 3. 典型的双光束干涉——迈克尔逊干涉 如图5所示为迈克尔逊干涉原理图， 与平面镜 平行， 和 之间的部分看作是“空气薄膜”，相当于式(2.3)中， ，在空气薄膜中不发生反射，所以 ，且无额外光程差，干涉条件可写为 (3.1) 通过移动平面镜 来改变“空气薄膜”的厚度，可以观察到整个同心圆的干涉条纹也随之发生移动。 图5. 迈克尔逊干涉原理图
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user: 4. 法布里–珀罗干涉 4.1. 基本原理 法布里–珀罗干涉图样的光强分布公式为式(2.11)，由式(2.4)可知，相邻相干光束的位相差的表达式为 (4.1) 其中 为夹层折射率， 为两平行平板间隔，如图6法布里–珀罗干涉原理图所示。若在两平行平板间插入透明介质片，设其厚度为 ，折射率为 ( )，插入的深度为 ，等效厚度为 (4.2) 因为 ，所以 。以干涉图样中心为原点建立坐标系，令 ，上部分的光强分布为 [ 9 ] (4.3) 同理，下部分的光强分布为 (4.4) 其中f为透镜焦距。 4.2. 干涉条纹影响因素 反射率越大，产生的干涉条纹越明亮细锐；增大(减小)入射光波长或增大(减小)介质折射率或减小(增大)等效厚度，一定区域内，所能观察到的干涉条纹的数目越少(越多)；插入透明介质片后，相当于厚度为d和厚度为d x 两部分的干涉，h越大，厚度为d x 的多光束干涉条纹所占的区域越大，反之厚度为d的多光束干涉条纹所占的区域越大。 图6. 法布里–珀罗干涉原理图 4.3. 法布里–珀罗干涉与迈克尔逊干涉的比较 迈克尔逊干涉和法布里–珀罗干涉条纹的间距和径向分布等非常相似，不同的是迈克尔逊干涉是等振幅的双光束干涉，而法布里–珀罗干涉是位相差相同的多光束干涉，这也是为何法布里–珀罗干涉条纹及其细锐的原因。
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user: 5. 多棱锥的多光束干涉 5.1. 干涉原理 当通过多棱锥的各光束之间的夹角满足小角度情况，则近似地认为各光束具有相同的偏振态。设第 束平面波的复振幅为 [ 10 ] (5.1) 其中 是电场强度振幅， 是波矢， 是位矢， 是初始相位。令 与 轴夹角为 ， 在 平面内的投影与 轴的夹角为 ，波长为 ，则 (5.2) 设光束透过多棱锥后会产生 束沿 轴对称分布的平面波，各束平面波的波矢 在 平面的投影均分圆周，即 。各束平面波相干叠加后的电场强度的复振幅为 (5.3) 则光强分布为 (5.4) 5.2. 干涉条纹的影响因素 入射光波长增大，在一定区域内能观察到的干涉条纹数目减少；不同棱数的多棱锥产生的干涉图样各不相同，只有在棱数足够多，棱锥可以看作圆锥的情况下，干涉图样才会相近；由图7可知，波矢与 轴的夹角 越大，在 轴方向的干涉区域越短， 平面内最大干涉直径 越小，致使光学周期变小，因此在一定区域内，所能观察到的条纹数越多。 图7. 平行光通过棱锥的光路示意图