DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 恶性肿瘤已经成为严重威胁人类生命健康的疾病之一 [ 1 ] [ 2 ] ，对于肿瘤治疗特别是化疗的研究具有重大的社会和经济效应。随着科技的发展，一些新的化疗药物不断问世，在临床治疗中取得了一定的成果。然而，目前使用的化疗药物普遍存在着水溶性及稳定性差、体内半衰期短、易产生耐药性等缺点，而且它们一般缺少选择性和专一性，在杀死肿瘤细胞的同时，也会杀死正常细胞，所以存在着很大的毒副作用。 近年来，利用纳米粒子作为药物载体构建肿瘤给药系统引起了极大关注 [ 3 ]。因其特有的物理结构和理化性质，纳米给药系统能够提高药物稳定性，减少毒副作用，增强治疗效果，并且显示出灵敏度高、生物相容性好和靶向性等优势。常见的纳米系统有脂质体、胶束、微囊、微球和无机纳米粒子等，分别具有各自的独特优势，为肿瘤治疗提供了许多新的思路 [ 4 ]。 研究发现，肿瘤组织中存在着肿瘤微环境，即肿瘤细胞形成和生活的微环境，包括肿瘤部位细胞及所分泌的活性因子等。它与肿瘤细胞的关系如同土壤与种子的关系，可以促进肿瘤形成、增殖和转移，诱生新生血管，抑制免疫反应，孕育肿瘤干细胞，导致药物耐受性等。肿瘤微环境对肿瘤的这种支持和促进作用，促使研究者开始尝试改变“土壤”微环境从而抑制肿瘤生长达到治疗肿瘤的目的。肿瘤微环境具有一些和正常细胞的生理环境不同的特点，比如低pH值、低氧、高温、高浓度的还原型谷胱甘肽(GSH)和高表达的酶等 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。因而，利用肿瘤微环境的这些特点作为刺激因子，设计敏感性的纳米给药系统就有可能显著提高抗肿瘤药物的治疗效果。在此，我们分别介绍温敏性、pH敏感性、氧化还原敏感性以及多重敏感性等肿瘤微环境敏感性给药系统的研究进展。
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user: 2. 温敏性纳米给药系统 温敏性材料的分子结构上一般同时存在着亲水基团和疏水基团。当温度较低时，亲水基团与溶剂水分子之间存在较强的氢键作用，因而分子整体表现出亲水性，体积发生溶胀；当温度升高时，氢键会逐渐遭到破坏，因而分子的亲水性逐渐减弱，分子整体逐渐由亲水性向疏水性转变，体积发生收缩。因而，利用温敏性材料构建的纳米给药系统的结构、分子大小和理化性质等也会随着环境温度的变化而相应的发生改变，使得内部负载的药物的释放速率发生变化，因而可以利用温度调控药物的释放。有研究表明，许多肿瘤组织的局部温度比正常组织略高5℃~10℃，且肿瘤组织对热敏感，在高热时血液流动加快，血管的渗透性能提高。因而，通过调节温敏性纳米给药系统的理化性质，可以使药物在高热的肿瘤组织部位快速释放，从而杀死癌细胞。自报道以来，温敏性纳米载体如温敏性胶束、脂质体和纳米粒等，在抗肿瘤药物的递送上一直受到密切关注 [ 8 ]。 聚(N-异丙基丙烯酰胺) (PNIPAM)是现在被研究得最多的一种温敏性材料 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]。其低临界相转变温度(LCST)在32℃左右，接近生理温度 [ 13 ]。当环境温度高于它的LCST时，PNIPAM类温敏性载体表现出较强的疏水性；当环境温度低于LCST时，其表现出较强的亲水性 [ 14 ]。Li等 [ 12 ] 通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合和自由基聚合，合成了低分子量的NIPAM低聚物(NOS)，并用于制备温敏性脂质体，发现药物的释放得到了更好的控制和加强。Dai等 [ 13 ] 通过开环聚合(ROP)和RAFT聚合，合成了以卟啉为核的聚丙交酯-聚异丙基丙烯酰胺(SPPLA-PNIPAM)嵌段热敏星形聚合物。随着PNIPAM嵌段长度的减小，SPPLA-PNIPAM共聚物在水溶液中的形态由球形胶束经蠕虫状胶束分层转化为囊泡，对应的LCST分别为37.9℃、37.2℃和35.9℃，在肿瘤治疗中显示出良好的应用前景。Asghar等 [ 14 ] 将温敏性的PNIPAM引入到介孔的磁性纳米粒子表面，用于亲水性阿霉素(DOX)和疏水性姜黄素(CUR)的联合给药。结果显示，两种药物的体外释放呈现温度依赖性，在LCST以下释放较慢，在LCST以上持续释放。细胞实验表明单纯的载体无细胞毒性，载药后抗癌活性明显提高。 除了PNIPAM以外，其它温敏性载体材料在肿瘤的治疗中也发挥着重要作用。如Sudhakar等 [ 15 ] 以N-乙烯基己内酰胺(NVCL)为原料，聚合制备了一系列温敏性纳米凝胶，并将姜黄素作为抗癌药物成功负载到其中。药物释放实验表明，PNVCL在抗肿瘤药物的释放中具有潜在的实际应用价值。Enaam等 [ 16 ] 将聚乙二醇(PEG)类的温敏性聚合物P (MEO2MA-co-OEGMA)引入到四氧化三铁磁性纳米粒子表面，以抗肿瘤药物阿霉素作为模型药物，发现其可在生理温度条件下显著性的释放抗癌药物。Seo等 [ 17 ] 将聚L-丙交酯接枝到普鲁兰上制备得到了温敏性的纳米凝胶聚合物，发现可以通过控制温度调控阿霉素模型药物的释放，有望作为癌症治疗的长程药物传递系统。 由于具有良好的生物相容性且毒性较低，且利用温敏性能够控制药物的释放速率，温敏性纳米给药系统在肿瘤的治疗中具有非常重要的应用前景。但是温敏性纳米给药系统也存在一些局限，如成本高、温敏性易受制备工艺影响、较难降解等，这也是后续研究中需要不断解决和面对的。
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user: 3. pH敏感性纳米给药系统 体内正常组织和血液的pH值约为7.4，而肿瘤组织的细胞间质和肿瘤细胞内部均为弱酸性，内涵体内pH值可低至5.5，溶酶体内约为5.0。利用这种肿瘤组织和细胞的pH值显著降低的特点，设计pH敏感性纳米给药系统已成为肿瘤治疗中的热点研究内容 [ 18 ]。pH敏感性材料的分子结构上通常含有一些酸碱性基团，比如羧基、氨基、亚胺键、腙键等。当利用其作为载体递送抗肿瘤药物到达肿瘤部位时，由于pH值的变化，这些酸碱性基团的电离或水解程度将会发生改变，从而引起载体的电荷、溶胀度、渗透压等发生变化，使药物的释放加快并获得足够高的药物浓度，从而有效的杀死癌细胞。 聚合物胶束因其能够溶解疏水性药物、易于制备且能控制药物释放而日益受到关注。目前，pH敏感性胶束的设计与开发已广泛应用于抗肿瘤药物输送系统 [ 19 ] [ 20 ]。Li等 [ 21 ] 通过pH敏感性的苯甲酸-亚胺键将抗肿瘤药物DOX连接到PEG上，在中性条件下可以自组装形成稳定的球形胶束。该胶束在肿瘤组织(pH 6.8)和溶酶体(pH 5.0)的低pH值条件下会逐渐发生解体，从而触发DOX的快速释放。Zhang等 [ 22 ] 制备了具有pH敏感性的由PEG和乙醛化葡聚糖组成的嵌段聚合物胶束，以DOX作为模型药物，发现在pH = 5.5的酸性条件下，可以快速释放出90%的药物，而在中性条件下，仅有少量药物被释放出来。Liu等 [ 23 ] 为克服紫杉醇的多药耐药性，开发了一种内涵体pH敏感和CD44受体靶向的双功能化透明质酸-脱氧胆酸-组氨酸胶束。该胶束对耐药肿瘤细胞的毒性明显增加，能有效抑制MCF-7/Adr荷瘤小鼠肿瘤细胞的生长，具有较好的克服多药耐药的能力。 其它类型的pH敏感性的纳米给药系统在肿瘤的治疗中也受到了极大关注。Ali Pourjavadi等 [ 24 ] 设计合成了pH敏感的聚(丙烯酸-co-衣康酸)和人血清白蛋白(HSA)的新型双层涂布的介孔二氧化硅纳米粒子(MCM-41)，用于吉西他滨的输送。结果显示，由于外层的收缩和pH敏感性，MCM-41在pH 5.5 (内涵体pH)处的释药量最大。Gu等 [ 25 ] 制备了NGR肽修饰的负载紫杉醇的pH敏感性脂质体(DTX/NGR-PLL)用于紫杉醇的靶向运输，药物包封率约为70%，且药物释放具有pH敏感性。体内外实验表明其对人纤维肉瘤细胞具有特异性靶向能力和增强的抗肿瘤活性。Tyagi等 [ 26 ] 采用聚乙烯吡咯烷酮纳米粒子建立了一种简单易行的石墨烯片的剥离方法，得到的石墨烯片GRP-PVP-NP具有pH敏感性药物载体和抗肿瘤试剂的双重作用。通过超分子相互作用负载DOX，并能在模拟肿瘤微环境的低酸碱度和低氧浓度条件下有效释放DOX。 pH敏感性纳米给药系统是癌症治疗中用于药物递送系统的强有吸引力的载体，也是目前肿瘤研究和治疗中的热门。但是其pH敏感性容易受到一些因素的影响，比如载体的粒径、形态、zeta电位、表面性质以及所负载的药物等，因而，pH敏感性纳米给药系统还需要进一步的系统研究，以逐步完善性能。
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user: 4. 氧化还原敏感性纳米给药系统 人体的许多生理和病理过程均与活性氧直接相关。譬如，肿瘤组织与正常组织之间存在着天然的氧化还原生理差异，即肿瘤细胞的细胞质和内涵体中存在着大量的还原型谷胱甘肽(GSH)，其浓度介于0.5~10 mmol/L，远高于正常组织(2~20 μmol/L)。针对这种差异，设计敏感性的纳米给药系统在肿瘤治疗中具有重要的应用价值 [ 27 ]。研究者一般通过各种物理或化学的方法将敏感性的二硫键引入到纳米载体材料中使其具有氧化还原敏感性。当其负载药物并通过内吞进入细胞后，由于胞内较高浓度的GSH的还原作用，二硫键发生断裂，载体结构遭到破坏，从而将药物迅速释放出来。 Song等 [ 28 ] 通过在亲水性的聚乙二醇和疏水性的聚乳酸间引入二硫键制备了新型氧化还原敏感性嵌段聚合物(MPEG-SS-PLA)，并利用优化的水包油乳液/溶剂蒸发法制成装载紫杉醇(PTX)的纳米颗粒。实验结果显示，当GSH的浓度介于肿瘤细胞内水平时，MPEG-SS-PLA纳米粒子可在96小时内释放几乎90%的PTX，而在血浆GSH水平时仅仅释放极少量的PTX。细胞实验也证实MPEG-SS-PLA纳米粒子具有良好的氧化还原敏感性，可作为潜在的抗肿瘤药物递送系统。 Fang等 [ 29 ] 通过引入二硫键将D-α-生育酚聚乙二醇琥珀酸酯(TPGS)与聚(乳酸-co-羟基乙酸) (PLGA)偶联，与修饰了APDTKTQ靶向肽的泊洛沙姆混合形成了氧化还原敏感性的混合胶束。结果显示，负载冬凌草甲素的胶束的释药速率明显提高，并能够诱导更多的肝癌细胞发生凋亡。这种氧化还原敏感性的混合胶束在肝癌治疗中显示出良好的潜力。 Chi等 [ 30 ] 为改善骨肉瘤的化疗效果，开发了一种氧化还原敏感性的CD44靶向的脂质体。通过引入二硫键将胆固醇(Chol)和PEG偶联，合成了具有氧化还原敏感性的Chol-SS-mPEG阳离子型脂质体，并通过非共价作用将CD44靶向的透明质酸包裹在其表面，形成具有氧化还原敏感性的Chol-SS-mPEG/HA-L靶向脂质体。以DOX作为模型药物，体外药物释放实验发现在含有10 mM GSH的情况下可以观察到60%的爆发释放；MTT细胞活性测定显示，载药的Chol-SS-mPEG/HA-L对MG63骨肉瘤细胞的细胞毒性明显高于非还原敏感性的载药脂质体；动物实验表明，载药敏感性脂质体显示出最有效的肿瘤抑制作用，且肝脏摄取量最小。Chol-SS-mPEG/HA-L是一种良好的细胞内传递系统，具有GSH触发的细胞质药物释放功能，是一种较为理想的抗肿瘤药物载体。
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user: 5. 多重敏感性纳米给药系统 上述分别介绍了温敏性、pH敏感性和氧化还原敏感性纳米给药系统的特点及发展趋势，总结如表1所示。然而，实际上，肿瘤微环境中的温度、pH值、GSH浓度等各种因素并不是独立变化的，而是会发生相互影响。因而，为了更加精确的控制药物的释放，发挥最佳的抗肿瘤作用，将多种肿瘤微环境刺激响应的机制整合到同一纳米载体中，构建多重敏感性的纳米给药系统具有非常重要的临床应用价值 [ 31 ]。 Table 1 Characteristics and development trends of several tumor microenvironment sensitive nano drug delivery system 给药系统 刺激因子 敏感性原理 缺陷及发展方向 温敏性纳米给药系统 温度 亲水-疏水转变 成本高，温敏性易受制备工艺影响，较难降解 pH敏感性纳米给药系统 pH值 酸碱性基团的电离或水解 pH敏感性易受影响，稳定性较差 氧化还原敏感性纳米给药系统 GSH浓度 二硫键的断裂 载体种类较少，应用范围有限 多重敏感性纳米给药系统 多重 多重因素共同影响 设计和制备较复杂，多种刺激因素易相互干扰，研究不够深入 表1. 几种肿瘤微环境敏感性纳米给药系统的特点及发展趋势 目前，双重敏感性纳米给药系统的研究较为广泛和深入。Fundueanu等 [ 32 ] 采用戊二醛交联制备得到了聚乙烯醇(PVA)微球，在其表面接枝温敏性的PNIPAM类聚合物赋予其温敏性，通过未接枝的聚乙烯醇羟基与丁二酸酐的反应，引入了pH敏感性的羧基，从而得到温度和pH双敏感性的微球。该微球显示出良好的载药性能，通过温度可以控制药物的释放。Teo等 [ 33 ] 以具有不同分子量的PEG作为引发剂，通过功能环状碳酸酯的有机催化开环聚合以及二硫键的引入，合成具有pH和氧化还原双敏感性的聚合物胶束。通过离子相互作用负载DOX，当暴露于pH为5.0的环境时，DOX释放速率至少加快两倍；GSH的引入进一步加速了DOX的释放。动物实验表明，该载药胶束具有较高的DOX释放率，增强了对癌细胞的细胞毒性，显示出优良的抗肿瘤效果。这种pH和氧化还原双敏感性胶束显示出作为抗肿瘤药物递送载体的良好潜力。 近年来，三重敏感性纳米给药系统由于可实现的控释手段更多、敏感性更好，受到了越来越多的关注。Yang等 [ 34 ] 利用N，N’-双(丙烯酰基)胱胺(BAC)作为交联剂，构建了基于NIPAM和丙烯酸(AA)的具有温度、pH、氧化还原三重敏感性的P (NIPAM-ss-AA)纳米凝胶。在体外和肿瘤细胞中，纳米凝胶表现出pH和氧化还原敏感性的药物释放，在溶酶体pH值(pH 4.5)和细胞质还原(10 mM GSH)条件下DOX能够快速释放。MTT分析表明，该纳米凝胶能有效抑制HepG2细胞的增殖。动物实验表明，与游离DOX相比，负载DOX的纳米凝胶在肿瘤组织中的积累和渗透效率更高，并具有较强的抑瘤活性，副作用较少。Li等 [ 35 ] 以BAC作为交联剂，通过两步沉淀聚合法制备得到了聚甲基丙烯酸/聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-缩水甘油基甲基丙烯酸)三重敏感性微球，通过表面叶酸修饰使其具有靶向性。以DOX作为模型药物，载药率高达208.0%，包封率高达85.4%。所得微球具有低细胞毒性、低降解性、精确的分子靶向性和多重刺激响应控制药物释放等特点，是一种很有前景的抗癌药物载体。 目前，多重敏感性纳米给药系统常因几种刺激因素的相互干扰导致另一种因素的作用减弱或消失，且多重敏感性纳米载体材料在设计和制备工艺上更为复杂，在实际应用中常受到限制。这也是今后研究和发展的重点方向。
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user: 6. 结论与展望 近年来，尽管化疗药物在肿瘤治疗方面取得了良好的效果，然而其在使用过程中缺乏选择性、存在耐药性及副作用等问题是不容忽视的。肿瘤微环境敏感性纳米给药系统利用纳米载体负载抗肿瘤药物，能够在血液中保持稳定的长循环，而且受肿瘤微环境如低pH值、高温、高浓度的GSH等刺激因素的影响，能够快速地释放抗肿瘤药物，提高药物的疗效，具有重大的应用前景和临床意义。进一步深入研究和探索肿瘤微环境，设计和发展更为精确的多重敏感性药物控释系统是未来该领域的研究重点。
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user: 摘 要 为有力地促进政府部门的住房保障资格标准化与规范化管理工作，实现实时、高效的动态管理，本文设计并构建了一种以Activiti工作流引擎为核心，结合SpringBoot、Apache Shiro、Restful API等多门技术的保障性住房资格管理系统，降低管理部门在资格审核中的工作难度，确保保障性住房更加公平的分配。首先通过Activiti工作流引擎设计审核流程定义，并提出了基于负载均衡的列表式工作流调度算法进行任务分配，然后通过Web界面部署流程定义，Spring MVC解析流程部署；采用Apache Shiro实现权限控制，后端提供Restful API接口实现可靠的数据交互。经过测试和应用结果表明，本文设计的保障性住房管理系统稳定可靠，达到了预期目标。 关键词 :保障性住房，资格管理，工作流引擎，权限控制，Restful API Copyright © 2019 by author(s) 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 为有效解决中低收入住房困难家庭的住房问题，实现“住有所居”的目标，近年来国家不断加大保障性住房的建设。“十一五”期间全国完成了1000万套保障性住房的建设，“十二五”期间完成了3600万套保障性住房的建设计划，“十三五”期间将完成2000万套城镇棚户区住房改造。随着大规模保障性住房建设的陆续竣工，如何做好公平分配成为保障性住房政策实施的关键。公平分配是保障性安居工程的“生命线”，也是保障性住房政策落实的核心，加强资格管理，实现公平分配是对政府执政能力的一种考验。 虽然我国各省、市、地区均已建立住房保障管理信息系统，借助该管理信息系统，各省、市、地区基本实现了对保障性住房计算机化及互联网化的管理，但依然存在信息难以实现动态更新与快速共享、公示与投诉信息处理不透明等问题，对于保障性住房资格审核过程中的业务流转、明细分工、信息更新和智能决策等方面依然存在不足之处。本文针对以上问题，在SpringBoot容器框架上，提出了基于Activiti工作流引擎的资格管理方案，并在Activiti工作流引擎的基础上通过Restful API实现可靠的数据交互与信息共享，通过Apache Shiro实现严格的权限控制管理。
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user: 2. 需求分析 保障性住房分为经济适用房、中低价商品房、共有产权房、公共租赁房，申请时包括购买和租赁方式。面向的对象包括：拆迁户(集体土地、国有土地)、中低收入家庭、首次置业的无房户、新就业大学生和外来务工人员，不同类别的申请人申请保障性住房资格时所需要满足的条件和申请材料是不同的，系统需要分门别类的进行管理。 保障性住房资格管理包括资格申请管理、资格审核管理、资格复核管理、资格变更管理、资格取消管理，实现资格申请的业务流转，分别申请人提交申请后，经过街道办的初审、区房改办复审、市房改办终审后进行公示，通过公示后核发通知书，一个流程结束。每年都需要对受保对象的资格实施复核，根据情况进行资格变更和资格取消。系统需要提供流程中所需的申请表、审批表、通知书。其中申请表包括申请人基本信息、家庭成员基本信息，拆迁户需要提供拆迁的基本情况数据，中、低收入家庭需要提供资产情况，大学生需要提供毕业证书和劳动合同。审批表内容包括初审、复审和终审时各部门的意见和结果。通知书内容包括申请人姓名、申请表编号、保障性住房所在位置、建筑面积。
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user: 5. 结束语 本文以规范管理、优化流程为目标，开发了保障性住房资格管理系统，该系统采用Java语言在Intellij IDEA 2017集成开发环境中实现，嵌入式集成Activiti引擎，实现保障性住房资格管理的工作流程控制，着重研究了Activiti工作流引擎任务分配算法，考虑了业务人员能力因素，提出了基于负载均衡的工作流引擎启发式算法，达到了均衡任务数量并缩短审核时间的目标。经测试系统功能和性能指标都满足设计需求，从系统实际运行效果来看，各项指标正常，达到了预期目标，提高了保障性住房资格管理的效率。后续还会在此基础上继续深入研究和开发，例如提供智能决策服务，实现保障性住房资格预判等功能，从而更大程度上优化流程，提高公平分配效率。
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user: 摘 要 随着体内脂肪塑形技术的不断发展，激光辅助融脂得到广泛应用。本文设计研发了激光辅助融脂中1064 nm/1320 nm双波段带通滤光膜，选择Ti 3 O 5 和SiO 2 作为高低镀膜材料进行膜系的设计与优化，利用分拆镀膜技术在衬底实现双面镀膜。采用离子辅助真空沉积技术，通过工艺优化，制备出满足光谱特性要求、牢固度要求及环境测试的双带通滤光膜。 关键词 :光学薄膜，双带通滤光膜，激光辅助融脂，工艺优化，环境测试 Copyright © 2019 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 随着生活品质的提升，拥有匀称健康的身材是所有爱美之心人士的共同愿望，由于造成肥胖的原因有很多，单纯依靠锻炼和食疗控制很难达到理想的状态 [ 1 ] ，激光融脂以其数字定位、安全、损伤小、不见血、纯脂率高(达90%)、平滑紧致等优点在瘦身方面广泛应用 [ 2 ] [ 3 ] 。激光融脂是运用一定能量的特殊激光，经过数字定位后在体外对着肥胖部位照射数分钟，以此将体内脂肪融化掉，从而达到明显的瘦身效果。激光融脂技术通常采用的激光波长为1064 nm和1320 nm，例如20瓦的1064 nm激光与10瓦的1320 nm激光混合，可用于深部大块脂肪溶解；10瓦的1064 nm激光与10瓦的1320 nm激光混合，可用于加热浅层真皮组织中的胶原纤维(水分)。高铁血红蛋白对1064 nm波长激光的吸收是血红蛋白的3~5倍(很可能导致血凝结)，而1064 nm波长激光与水的亲和力较1320 nm波长激光低，但是前者的穿透性更强，能量分布更加广泛。1320 nm波长激光与此恰恰相反，它在脂肪及胶原(水)组织的吸收参数更高，并且热能分布明显较1064 nm波长激光局限，集中。因此，通常需要将这两种混合后使用，来弥补独自使用的缺陷。 本文主要针对激光融脂系统中带通滤光片进行研制，针对1064 nm和1320 nm研制了双带通滤光片。虽然1064 nm和1320 nm都是激光波段，但是在激光融脂技术中激光的功率都很小 [ 4 ] [ 5 ] ，因此在膜系设计中不需要特别考虑膜层的激光损伤阈值问题。依据膜系设计理论，以多通道带通膜系为基础膜系，采用双面镀膜的拆分技术设计双波段带通滤光片，并通过工艺优化，研制出满足激光融脂系统技术要求的双波段带通滤光膜。
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user: 2. 膜料选择与膜系设计 2.1. 膜料选择 根据激光融脂系统的技术要求，1064 nm/1320 nm双带通滤光膜的技术参数如表1所示。 Table 1 The technical parameter requirements of dual-band-pass filte 名称 波长范围/nm 技术参数 透过波段 1064 ± 10以内 T ≥ 96% 1320 ± 12以内 T ≥ 96% 900~1040 T ≤ 0.5% 截止波段 1080~1300 T ≤ 0.5% 1340~1500 T ≤ 0.5% 表1. 双带通滤光膜技术指标 根据表1技术参数可知，使用波段集中在近红外区域，且依据膜系设计理论，滤光膜设计至少需要高、低两种折射率材料的进行匹配优化设计。在近红外区常用的高折射率材料有H 4 、Ti 3 O 5 、Ta 2 O 5 、ZrO 2 等，常用的低折射材料有MgF 2 、SiO 2 、YF 3 等，其中Ti 3 O 5 透明范围在300~10，000 nm、折射率在2.3~2.4@550 nm，折射率、吸收损耗小、光学常数稳定；SiO 2 膜料透明区200~4000 nm、无吸收、牢固度好、光学特性稳定，与Ti 3 O 5 匹配良好 [ 6 ] 。再镀膜机及镀膜工艺条件，选择Ti 3 O 5 和SiO 2 分别作为高低折射率材料进行膜系优化设计。Ti 3 O 5 和SiO 2 镀膜材料均采用沈阳飞创光电科技有限公司提供的颗粒1~3 mm的优质镀膜材料。 2.2. 膜系设计 由于该滤光片的光谱曲线要求严格，采用常规制备工艺很难实现。因此利用拆分技术在两个面上实现薄膜的设计与制备。经过设计发现采用双带通加长波通的设计方案设计与制备难度最低。经过拆分，前表面实现1051~1071 nm及1310~1330 nm双波段高透，1080~1300 nm及1340~1500 nm波段高反，900~1040 nm不做重点优化；后表面实现900~1040 nm波段高反，1051~1071 nm及1310~1330 nm双波段高透，双面组合实现表1所示的技术要求。 1) 前表面膜系设计 根据对前表面技术要求的分析，结合膜系设计基本理论，采用多带通对称膜系作为基础膜系，有利于膜系优化，达到更好的设计结果。基础膜系表达为：S|HLHLHLH2LHLHLHLHLHLHLHLH2LHLHLHL HLHLHLHLH2LHLHLHLHLHLHLH2LHLHLH|A，其中S代表K 9 衬底，H代表Ti 3 O 5 ，L代表SiO 2 ，A代表空。理论设计光谱曲线如图1所示。 图1. 理论设计光谱曲线 由图1可以看出，基础膜系的光谱曲线已经呈现前表面光谱曲线的基本形状，在1080~1300 nm和1340~1500 nm波段实现高反射，在1320 nm波段附近实现高投射，在1064 nm附近有三个透过峰带。但是仍然不能满足前表面的技术要求，故需要对基础膜系进行优化分析，根据要求设计优化参数如表2所示。 Table 2 The parameters of front surface optimizatio 名称 波长范围/nm 技术参数 容差 透过波段 1055~1072 T ≥ 96% 1 1310~1330 T ≥ 96% 1 900~1040 T ≤ 0.5% 4 截止波段 1080~1300 T ≤ 0.5% 1 1340~1500 T ≤ 0.5% 1 表2. 前表面优化参数 根据表2所设置的优化参数，对基础膜系进行优化，优化后的光谱曲线如图2所示。 图2. 优化的理论光谱曲线 由图2可以看出，设计光谱曲线在1051~1071 nm波段平均透过率为95.5%，在1310~1330 nm波段平均透过率为95.6%，在1080~1300 nm波段平均透过率为0.1%，在1340~1500 nm波段平均透过率为0.1%，均满足设计要求。但是在913 nm及960 nm附近有窄的透过带，因此需要后表面进行设计滤光。 2) 后表面膜系设计 结合前表面膜系设计的结果，后表面设计需要在900~1040 nm波段实现高反，在1051~1071 nm波段和1310~1330 nm波段实现高透，基本光谱曲线接近长波通，因此采用长波通作为基础膜系，基础膜系的表达式S|(0.5HL0.5H)^9|A，其中S代表K 9 衬底，H代表Ti 3 O 5 ，L代表SiO 2 ，A代表空。对基础膜系进行优化，优化参数设置900~1040 nm透过率小于5%，1051~1071 nm和1310~1330 nm波段透过率大于96%，容差设置均为1，优化后的光谱曲线如图3所示。 图3. 优化的理论光谱曲线 由图3可以看出，设计光谱曲线在900~1040 nm波段平均透过率14.5%，1051~1071 nm波段平均透过率为95.0%，在1310~1330 nm波段平均透过率为95.04%。虽然在高反射波段透过较高，但是结合前表面综合考虑，可以满足技术要求。 将前后两面结合起来，设计光谱曲线如图4所示。 由图4可以看出，在1051~1071 nm平均透过率为99.5%，在1310~1330 nm平均透过率为99.7%，在900~1040 nm平均透过率为0.37%，在1080~1300 nm平均透过率为0.1%，在1340~1500 nm平均透过率为0.1%，均满足技术要求。
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user: 3. 薄膜制备 薄膜的制备是在成都西沃克1100型真镀膜机上完成，该机配有IC/5石英晶体膜厚监控仪、双电子枪及考夫曼离子源。离子源主要有两个作用：1) 蒸镀前对衬底进行预处理，可有效去除二次污染，活化 图4. 双面设计光谱透过率曲线 基底表面，有助于提高膜层与基底之间的结合力 [ 7 ] ；2) 沉积过程中，提高膜层致密性、改善膜层牢固度 [ 8 ] 。 离子源工艺参数如表3所示。薄膜制备在过程中的主要工艺参数如表4所示。 Table 3 The cleaning parameters of ion sourc 屏极电压/V 420 加速电压/V 280 阳极电压/V 54 中和电流/A 20 阴极电流/A 15 离子束流/mA 60 表3. 清洗处理离子源参数 Table 4 The deposition process parameter 材料 衬底温度(/℃) 本底真空度(Pa) 沉积速率(Å/s) 沉积氧压(Pa) Ti 3 O 5 250 2.5 × 10 − 3 3 9.0 × 10 − 3 SiO 2 250 2.5 × 10 − 3 8 1.0 × 10 − 2 表4. 沉积工艺参数
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user: 4. 结果与分析 4.1. 光谱特性测试 采用美国PE公司lamda950型分光光度计对薄膜光谱特性进行检测，测试前表面结果如图5所示。 由图5可以，测试结果不理想，特别是高透过波段透过率较低，无法满足设计要求。采用逆向反演工程对该结果进行分析，存在两方面原因：1) 膜系47层和49层膜层厚度较为敏感，经过模拟当47层厚度增加25 nm，49层厚度增加15 nm，光谱透过率曲线就会接近如图5所示的结果；2) 由于薄膜层数较多共59层，随着膜层厚度的累积，石英晶体控制法监控积累误差增加同时监控灵敏度下降，特别是50层之后，该现象表现的更为明显。针对这两种原因提出以下解决办法：1) 沉积47层时，厚度由原先的140.67 nm减少到119.44 nm；沉积49层时，厚度由原先的141.35 nm减少到127.80 nm；2) 合理分配监控探头的使用，使得后10层薄膜采用一个新的监控探头，可有效减少监控误差。重新制备的膜系测试结果如图6所示。 图5. 前表面测试光谱曲线 图6. 前表面测试光谱曲线 由图6可以看出，在1051~1071 nm波段平均透过率为94.3%，在1310~1330 nm波段平均透过率为94.5%，在1080~1300 nm波段平均透过率为0.1%，在1340~1500 nm波段平均透过率为0.1%，在913 nm及960 nm附近存在窄的透过带。与设计光谱比较，虽然在透过波段透过率下降约1%，但是可以满足使用要求。 后表面测试光谱如果7所示。 由图7可以看出，设计光谱曲线在900~1040 nm波段平均透过率13.5%，1051~1071 nm波段平均透过率为94.5%，在1310~1330 nm波段平均透过率为94.6%，满足设计要求。 前后表面制备在同一个衬底上的测试结果如图8所示。 由图8可以看出，在1051~1071 nm平均透过率为97.5%，在1310~1330 nm平均透过率为97.8%，在900~1040 nm平均透过率为0.37%，在1080~1300 nm平均透过率为0.1%，在1340~1500 nm平均透过率为0.1%，均满足技术要求。 4.2. 薄膜附着力测试与分析 利用粘性强度大于3 N/cm 2 的3M胶带紧贴薄膜表面，然后沿膜层表面垂直方向迅速拉起，重复50次后，测试结果如图9所示，其中图(a)为测试前，图(b)为测试后，发现膜层没有脱落现象，符合检测要求。 图7. 后表面测试光谱曲线 图8. 前后表面测试光谱曲线 图9. 附着力测试图 4.3. 环境测试 依据GB/T 26332-2015检测标准对光学薄膜进行以下测试： 1) 高低温测试：在无包装的情况下，将样件放入试验箱中，在−40℃ ± 1℃低温环境中保持5小时，在60℃ ± 1℃高温环境中保持5小时，样件未出现龟裂、脱落、起皱等现象。 2) 湿度测试：将样品放置在50℃ ± 1℃，相对湿度为95%的常温环境下48小时，膜层光谱曲线基本没有变化。 3) 盐水测试：将无包装样件浸在5%的食盐水中，并放入烘箱内，调温到40℃ ± 1℃保持24小时。之后取出样件，清洁表面并进行检测，膜层满足使用要求。
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user: 5. 结论 本文采用Ti 3 O 5 和SiO 2 作为高低折射率材料在K 9 衬底上研制了满足激光融脂系统使用的双波段带通滤光片。利用膜系设计软件，基于双面拆分镀膜技术，将复杂的光谱要求的膜系分别镀制在衬底前后两面，降低膜系的制备难度；通过逆向反演工程分析膜层沉积过程中存在的问题，并采用敏感层单独控制和分探头监控的方法，提高膜层制备的精确度。所制备的双带通滤光膜光谱特性、牢固度及环境测试均满足使用要求。但是双透过波段透过率平均下降约2%，如何进一步提高双带通滤光片透过波段的透过率是以后研究的重要方向。
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user: 摘 要 本文依据现代农业需求开发设计了一款基于物联网技术的植物生长状况检测系统。该系统基于STM32F103VE芯片，设计了图像采集器以及开发了相应的数据分析算法，其中图像采集器包含对应的智能图像处理算法。数据分析算法通过STM32F103VE芯片以及对应的外设实现检测植物生长状况的功能，并通过Wi-Fi以及GPRS技术实现数据的传输，最后通过移动终端或者管理终端显示结果。 关键词 :植物生长状况检测，STM32F103VE，GPRS Copyright © 2019 by author(s) 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 农业作为我国主要的经济产业，是人类社会发展的基础，而农作物的生长状况决定了农作物的产量的，因此用现代科技技术提高农作物的产量势在必行，从而打造智慧农业。智慧农业即以最高效率整合利用各种农业资源，最大限度减少农业的能耗和成本、农业生态破坏以及实现农业系统整体最优为目标。结合物联网与大数据使农业入网，打造智慧农业，不仅是时代的需求，也是现代农业的发展趋势。
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user: 2. 传统植物生长状况检测装置的主要问题 肥料为农作物生长提供必需的营养元素，对保持农作物高产、稳产起到了重要作用。但是，由于施肥不当或过量施肥带来的环境污染问题也愈发突出。其中，由农田中的氮磷流失引起的水体富营养化问题也越来越受到人们的普遍关注，不适时施肥、过量施肥、化肥施量过高不仅仅破坏环境，同时还提高了农作物的生产成本。因此，现急需一种能给出合理施肥，从而提高肥料的利用率、降低肥料流失造成而水体富营养化的方案或装置，从而有利于检测农作物的生长状况。 目前，对植物生长状况的检测装置有传统的植物生长信息检测仪、叶绿素仪和植物营养测定仪。其中，植物生长信息检测仪需要从植株上提取样本，用药剂和仪器进行化学分析，得出植株的氮素、磷素、钾素等含量，从而判断植物生长状况，操作十分复杂。而叶绿素仪原理是通过测量叶片在两种波长范围内的透光系数来确定叶片当前叶绿素的相对数量，也就是在叶绿素选择吸收待定波长长光的两个波长区域，根据叶片透折射光的量来计算测量值。叶绿素仪虽然能够精确地测定农作物的叶绿素含量，但在使用的时候需要用仪器夹住植物叶片，不利于自动测定，并且不能实时检测。植物营养测定仪和叶绿素仪类似，但能同时测定植物叶绿素含量、氮素含量和水分含量等，能够为施肥提供依据。植物营养测定仪原理和叶绿素仪原理相同，即通过测定的SPAD值推断植物的氮含量，但使用时同样需要仪器夹住植物叶片进行测定 [ 1 ] 。 由此可见，传统的植物生长信息检测仪检测过程复杂，而叶绿素仪和植物营养测定仪都需要人工手持式操作，需要用仪器夹住叶片进行测定，不能进行自动检测，并且价格极高，操作也有一定的复杂性，一般在科研中使用，难以在实际农业生产中推广。
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user: 3. 植物生长状况检测系统的技术设计 3.1. 植物生长状况检测系统的整体设计 植物生长状况检测系统如图1所示，应用于服务器，所诉服务器能够与移动终端和图像采集器通信。其中服务器包括植物生长状况检测装置、处理器和存储器三个模块，移动终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品。 图1. 植物生长状况检测系统设计示意图 该系统中服务器能够通过网络与移动终端通信，以进行数据通信或交互。同样，服务器也能够通过网络与图像采集器进行数据通信或交互。而服务器为该系统主要的模块，其中处理器模块和存储器模块能够之间或间接的电性连接，而植物生长状况检测装置中包括至少一个可以软件或固件的形式存储于存储器模块的软件功能模块，处理器模块则处理执行存储器中存储的可执行模块。 3.2. 植物生长状况检测装置的设计 植物生长状况检测装置如图2所示，分为三个模块图像获取模块、生长状况模块、培育指导分析模块。其中图像获取模块从图像采集器获取图像后，之后在生长状况分析模块中进行分析，将分析结果利用培育指导分析模块输出植物的生长状况以及培育指导建议方案。 图2. 植物生长状况检测装置设计示意图 3.2.1. 图像获取模块 图像获取模块主要用于控制处理图像采集器获取的植物图像，图像采集器每隔一段预设时长自动获取所诉植物图像，并发送至服务器，图像获取模块接收该植物图像。 图3. 图像获取模块设计示意图 如图3所示，图像获取模块首先通过摄像头位置调整单元根据植物图像，判断图像采集器的摄像头位置是否符合预设拍摄标准，若是，则将该图像传入到下一个标识信息提取单元，若否，则按照预设调整计划调整摄像头，并接收调整摄像头后图像采集器获取的植物图像，对调整后的摄像头位置是否符合预设拍摄标准进行判断，直到根据再次接收到的植物图像，判断得出摄像头位置符合预设拍摄标准为止。 当获得符合标准的植物图像后，便开始进行标识信息提取与分析。标识信息提取模块用于提取标准 图4. 生长状况分析模块设计示意图 植物图像中携带的标识信息，再通过种类信息查找单元根据所提取的标识信息查找出与该标识信息对应的植物种类信息，最后开始进行该植物的生长状况分析。 3.2.2. 生长状况分析模块 生长状况分析模块主要通过接受图像获取模块所得到的植物种类信息及图像信息，进行特征分析。 如图4所示，生长状况分析模块包括生物特征提取单元和生长状况信息获取单元。其中生物特征提取单元用于提取植物图像的RGB值和纹理特征，同时为了提高检测结果的准确性，还提取了植物图像的几何形态特征和小波特征等。将生物特征提取单元获得的植物图像特征经过生长状况信息获取单元分析其RGB值和纹理特征，并结合植物种类信息，根据预设的运算规则获得植物的生长状况信息。 3.2.3. 培育指导分析模块 培育指导分析模块通过获得生长状况分析模块所分析出来的植物图像生长状况信息生成培育指导建议，更好的向用户提供科学的施肥指导建议。在植物培养过程中，植物缺少氮素、磷素、钾素时，对植物生长状况都会有不同影响。具体表现在，在缺少氮素的情况下，植物叶片发黄，生长缓慢，并且伴有早熟早衰的情况产生。在缺少磷素的情况下，植物叶片和根茎会出现紫红色的斑点，新根少，并且生长缓慢。在缺少钾素的情况下，植物枝干高度较低，叶片焦黄，边缘干枯严重。由此，通过获得的植物的生长状况信息，即可判断其缺肥情况，从而生成具有针对性的培育指导建议，并发送至移动终端。 图5. 培育指导分析模块设计示意图 如图5所示，培育指导分析模块包括培育指导建议生成单元和培育指导建议发送单元。培育指导建议生成单元用于根据生长状况信息，并结合植物种类信息，生成培育指导建议并存储。培育指导建议发送单元接收到移动终端发送的信息获取请求时，将生成的该植物培育指导建议发送至移动终端。需要说明的是，该移动终端发送的信息获取请求可以是实时获取请求，以获取该植物的当前生长状况信息和培育指导建议，也可以是历史信息获取请求，以获取该植物的历史生长状况信息和培育指导建议，从而得到该植物整个生长过程的生长状况信息和培育指导建议。 3.3. 植物生长状况检测流程 植物生长状况检测流程如图6所示，刚开始植物生长状况检测装置要控制图像采集器以获得正确标准的植物图像，然后接收图像采集器获取的植物图像，通过标识信息提取模块提取植物图像中携带的标识信息，以种类查找单元根据标识信息查找出与该标识信息对应的植物种类信息，接下来进行生长状况分析，由生物特征提取单元提取植物图像的RGB值和纹理特征，并通过生长状况信息获取单元分析RGB值和纹理特征，并结合植物种类信息，根据预设规则获得植物的生长状况信息，最后根据生长状况信息，生成培育指导建议，并发送至移动终端由客户根据生长状况信息以及培育指导建议进行培育植物。 图6. 植物生长状况检测流程
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user: 4. 植物生长状况检测系统硬件设计 植物生长状况检测系统硬件设计如图7所示，基于嵌入式CPU的中央处理单元以图像采集器采集的图像为检测背景，可以实现对植物生长状况进行采集分析和处理，进而给出植物生长培育指导建议等功能。除此之外，该系统还可以对植物生长环境的基础数据温湿度进行采集传输和显示，并具有防盗功能。 图7. 植物生长状况检测装置硬件设计图 4.1. 电源模块 电源我们采用太阳能供电方案，结合蓄电池，以更便捷地将该检测系统应用于农田中。根据阳光情况选择并切换功率源，在阳光充足时由太阳能电池供电，在阳光不足时由蓄电池供电。 图8. 太阳能供电系统总体框图 如图8，控制系统作为中枢，来控制太阳能电池、蓄电池和负载之间的连接关系，控制系统主要实现两个功能： 1) 当控制系统判断光照充足，太阳能电池的功率足以供给负载时，则控制太阳能电池板单独向负载供电，同时给蓄电池充电 2) 当控制系统判断光照不足时，太阳能电池功率不足以供给负载，则由太阳能电池充电，同时由蓄电池单独向负载供电 太阳能供电系统主电路如图9所示。 图9. 太阳能供电系统主电路 如上图所示，稳压模块的输出电压为12 V，其输出电压有三个等级，分别为±12 V和5 V。其中±12 V输出直接采用输入电压，不进行处理，−12 V和5 V输出需进行电压等的变换 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。 4.2. 温湿度检测模块 温湿度传感器：采用TI HDC2010温湿度传感器，该传感器是一款采用超紧凑WLCSP的集成式温度和湿度传感器，能够以超低耗提供高精度测量。同时该传感器经过工厂校准，温度精度为0.2℃，相对湿度精度为2%，并配备了加热元件，可消除冷凝和湿气，从而增加可靠性。这为精准检测植物的生长环境提供了极大帮助。 4.3. 图像采集模块 如图10所示，图像采集器通过摄像头，以图片方式间隔性、周期性地记录作物生长，并将图像数据通过GPRS模块传输至服务器，系统首先对图像进行直方图增强、图像去噪、边缘检测、锐化等预处理，然后进一步对图像数据处理分析，得出植物静态叶片的颜色(灰度)、色泽(图片明暗度对比)、纹理等能够表征作物生长情况的相关信息。在作为培育指导建议反馈给用户的同时，还便于用户观察植物情况 [ 5 ] 。 图10. 图像信息采集处理 4.4. 数据传输模块 本植物生长状况检测系统不仅可以用于温室大棚内，也可以在室外田间工作，在温室大棚内可通过 Wi-Fi将采集的信号发送到互联网，再通过服务器接收，将采集的数据进行分析处理。 数据传输结构如图11所示。如果在室外无Wi-Fi覆盖，就需要用GPRS进行数据传输。GPRS网不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP/IP协议，无需经过PSTN (公用电话交换网)等网络的转接，可直接与Internet网互通 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。 图11. 数据传输结构图 4.5. 主模块 本项目采STM32F103VE单片机该款芯片采用ARM32位Cortex-M3的处理器，最高工作频率可达72 MHz，1.25 DMIPS/MHz，因此其处理速度快。存储器方面，片上集成512 KB的Flash存储器，64 KB的SRAM存储器，其自带的存储器使其即使不外接存储芯片也可以存储很多的数据；该芯片具有3种低功耗模式：休眠、停止、待机模式，因此非常适合应用于在野外采用太阳能供电的系统当中。 4.6. 其他模块 该系统除了上述模块以外，还具有外围显示模块，可以显示系统的电量、系统采集时间、系统工作频率等参数；由于该系统放在田间工作，因此它需要具有防盗功能，我们为此设计了GPS定位跟踪系统当系统被移动以后，会自动实时发送位置信息，为找回被盗系统、减少被盗情况提供了有力帮助 [ 9 ] [ 10 ] 。
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user: 5. 植物生长状况检测系统软件设计 5.1. 功能软件部分 本系统使用Keil MDK集成开发环境和C语言、汇编语言进行工程开发。编写好.hex文件后，最后通过ST-JTAG将生成的二进制可执行性文件烧写进单片机。本系统包括了预热自检、显示浓度、时间调节、GPRS/WiFi数据传输、GPS定位等功能。 系统软件框图如图12所示： 图12. 系统软件框图 1) 预热自检：金属氧化物传感器在长时间的放置后需要进行一段时间的预热才能产生正确的信号。检测各个传感器的信号电压和加热电压是否正常，通过测量其电压值来判断。 2) 显示浓度：测得的数据可以显示在植物生长状况检测装置上，也可以通过移动终端显示。利用互联网实时查看被检测地点的植物生长状况信息以及培育指导建议。 3) 时间调节：可显示当前时间，也可调整。 4) GPRS/Wi-Fi数据传输：将植物生长状况信息通过GPRS系统或者Wi-Fi模块传入互联网中，以作为大数据的数据基础和后期分析处理使用。 5) GPS定位功能：加入GPS模块可实时查看系统所处位置，当系统被移动时，会产生报警信息，以防检测系统被盗，即使被盗，也可根据GPS定位到我们的系统位置。 5.2. 数据库及人机界面 如图13所示，为实现跨区域、跨时间地获取植物生长状况情况的信息，同时能够让更多的人共享，也为了使数据存储起来，便于更好地分析植物生长情况，我们设计了相应的人机界面和数据库系统，可以将试验地中测量仪器采集的数据和植物的收成情况记录下来，以便于进一步分析处理。 图13. 数据库与人机交互界面实现流程图
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user: 6. 结语 该系统立足于农业方面的应用，据了解，农村确有存在盲目施肥、过量施肥的情况，故该系统可以说极大帮助了并可以改善用户对植物的了解情况，起到因材施教的作用。该系统采用各种新颖算法，并结合当今物联网和智能仿生技术的流行趋势，最大限度减少农业的能耗和成本、农业生态破坏以及实现农业系统整体最优。打造智慧农业，不仅是时代的需求，也是现代农业的发展趋势。
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user: 摘 要 本文依据环氧乙烷检测仪的原理和应用，提出了环氧乙烷检测仪的计量校准方法，对计量特性、校准条件、校准项目和校准方法进行探讨。并对校准项目包括外观检查、示值误差、重复性、响应时间进行了详细的论述。本文描述的环氧乙烷检测仪的校准方法及结果评价将为相关仪器的校准提供一个良好的指导，从而保证未来的测量结果准确可比，量值可溯源。 关键词 :环氧乙烷，检测仪，测量不确定度，示值误差 Copyright © 2019 by author(s) 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 环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，分子式为C 2 H 4 O，是一种最简单的环醚，属于杂环类化合物，是重要的石化产品。环氧乙烷在低温下为无色透明液体，在常温下为无色带有醚刺激性气味的气体，气体的蒸汽压高，30℃时可达141 kPa，这种高蒸汽压决定了环氧乙烷熏蒸消毒时穿透力较强。环氧乙烷有杀菌作用，对金属不腐蚀，无残留气味，可作为材料的气体杀菌剂。环氧乙烷的危害：对人及动物的毒性高于四氯化碳和氯仿，和氨气相似。对眼、呼吸道有腐蚀性，可导致呕吐、恶心、腹泻、头痛、中枢抑制、呼吸困难、肺水肿等，还可出现肝、肾损害和溶血现象。皮肤过度接触环氧乙烷液体或溶液，产生灼烧感，出现水疱、皮炎等，若经皮吸收可能出现系统反应。环氧乙烷属烷基化剂吸入过多有致癌的可能。 目前，针对环氧乙烷成熟的检测方法有气相色谱法、比色分析法、电化学分析法等 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。其中环氧乙烷检测仪主要由电化学传感器以及电子部件和显示单元组成。采样方式分为泵吸式和扩散式，当环境中的环氧乙烷扩散或抽吸到达传感器时，传感器将环氧乙烷的浓度大小转换为一定大小的电信号，再通过显示单元将浓度值显示出来，是一种成熟的环氧乙烷测定仪器。近年来，随着安全意识的增强和对环保的重视，越来越多的环氧乙烷检测仪运用于工业生产和环境监测领域。然而，我国目前对环氧乙烷检测仪未有相关的计量检定规程和校准规范，所以研究环氧乙烷检测仪的校准方法，对于环氧乙烷浓度的量值溯源和量值传递很有必要。 由于环氧乙烷属于有毒有害气体，对人体、环境危害大，并且同一氧化碳的检测原理类似。因此本文参考了JJG 915-2008《一氧化碳检测报警器》国家计量检定规程 [ 5 ] 及GB 12358-2006《作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求》部分技术要求 [ 6 ] ，采用比较法研究并编写了环氧乙烷检测仪的校准方法。即在规定的条件下，由提供约定真值的测量标准对被评定的测量仪器进行一定次数的测量或比较，有的情况下则是被评定仪器对给定的测量标准进行一定次数的测量。仪器的示值误差是通过氮中环氧乙烷气体标准物质对一定的浓度值输出的环氧乙烷检测仪进行测量，由测定的表示值的平均值和已知的标准值之差得出。环氧乙烷检测仪的校准方法及结果评价将为相关仪器的校准提供一个良好的指导，从而保证未来的测量结果准确可比，量值可溯源。
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user: 2. 计量特性 根据仪器的原理和应用，环氧乙烷检测仪的计量特性包括以下几个部分 [ 7 ] [ 8 ] ： 2.1. 测量范围 (0~1000) µmol/mol。 2.2. 示值误差 测量范围为(0~50) µmol/mol，示值误差：±5 µmol/mol；测量范围为(50~1000) µmol/mol，示值误差：±10%。 2.3. 重复性 相对标准偏差不大于2%。 2.4. 相应时间 扩散式仪器不大于60 s，泵吸式仪器不大于30 s。
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user: 3. 校准条件 3.1. 校准环境 1) 环境温度：(0~40)℃； 2) 相对湿度：≤70% RH； 3) 大气压力：(70.0~106.0) kPa，必须在有良好的通风条件下进行。 3.2. 校准用设备 1) 气体标准物质，氮中环氧乙烷气体标准物质或空气中环氧乙烷气体标准物质(以下简称标准气体)，其扩展不确定度应不大于3% (k = 2)； 2) 零点气：高纯氮气或干净空气； 3) 流量计：(0~1) L/min，准确度级别不低于4级； 4) 秒表：准确度为0.1秒。
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user: 4. 校准项目和校准方法 4.1. 外观检查 仪器不能有外观缺陷，按键开关、调节旋钮等个部件工作正常。 4.2. 示值误差 仪器经预热稳定后用零点气和浓度为测量范围上限值80%左右的标准气体，校准仪器的零点和示值后，在测量范围内依次通入浓度分别为量程上限值的20%，50%左右的标准气体，并记录通入后的实际读数。重复上述步骤3次，按式(1)或式(2)计算仪器各校准点的示值误差： Δ e = A ¯ − A s A s × 100 % (1) Δ e = A ¯ − A s (2) 式中： A ¯ ——读数的平均值； A s ——标准值； Δ e ——示值误差。 当仪器测量范围 > 50 µmol/mol，用公式(1)计算，取绝对值最大的 Δ e 作为仪器的示值误差。当仪器测量范围 ≤ 50 µmol/mol，用公式(2)计算，取绝对值最大的 Δ e 作为仪器的示值误差。 4.3. 重复性 仪器经预热稳定后用零点校准气校准仪器零点后，再通入浓度为量程50%左右的标准气体，待读数稳定后，记录测量值。重复上述测量步骤6次，分别记录读数 A i 。重复性以相对标准偏差S表示。按式(3)计算仪器的重复性： S = 1 A ¯ ∑ i = 1 6 ( A i − A ¯ ) 2 5 (3) 式中： A i ——仪器显示值； A ¯ ——6次测量示值的算术平均值；S——仪器的重复性。 4.4. 响应时间 仪器经预热稳定后，用零点校准气校准仪器零点后，通入浓度为量程50%左右的标准气体，读取稳定数值后，撤去标准气体，使仪器显示为零。再通入上述浓度的标准气体，同时用秒表记录从通入标准气体瞬时起到仪器显示稳定值的90%时的时间，即为仪器的响应时间。重复上述步骤3次，取算术平均值为仪器的响应时间。 另外还需要检查报警功能和报警设定值，包括仪器开机后声或光报警应显示正常；仪器的报警设定值应合理；如果仪器设定了两个以上的报警设定值，则主要检查仪器的下限报警设定值。
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user: 5. 环氧乙烷检测仪测量结果的测量不确定度的评定 参考所采用的校准方法，依据测量不确定度评定与表示，对环氧乙烷检测仪测量结果的不确定度进行评定 [ 9 ] 。 5.1. 数学模型 示值误差测量模型见公式(1)(2)，则不确定度为： u c 2 ( Δ ) = c 1 2 u 2 ( A ¯ ) + c 2 2 u 2 ( A s ) = u 2 ( A ¯ ) + u 2 ( A s ) (4) 其中灵敏系数 c 1 = ∂ Δ ∂ A ¯ = 1 ， c 2 = ∂ Δ ∂ A s = − 1 。 A ¯ 为读数的平均值； A s 为标准值。 5.2. 不确定度的来源 影响示值测量不确定度的因素有：气体标准物质引入的不确定度；环境条件、人员操作和被校仪器等各种随机因素引入的不确定度。 5.3. 分量标准不确定度分析 1) 由气体标准物质引入的标准不确定度 u ( A s ) 用B类标准不确定度评定，由标准物质证书可知，标准气体的相对扩展不确定度U 95 = 2%，包含因子k = 2，所以 u ( A s ) = 50   μmol / mol × 2 % / 2 = 0.5   μmol / mol 。 2) 被测仪器重复性引入的标准不确定度 u ( A 1 ) 用A类标准不确定度评定。将50 µmol/mol标准气体通入被测仪器，待示值稳定后，重复测量10次，分别读取测量值，其标准偏差s ≈ 1.1 µmol/mol，而实际校准测量中，重复次数3次，故 u ( A 1 ) = 1.1   μmol / mol / 3 = 0.6   μmol / mol 。 3) 被测仪器读数(分辨力)引入的标准不确定度 用B类标准不确定度评定。被测仪器的分度值为1 µmol/mol，半宽度0.5 µmol/mol，按均匀分布得： u ( A 2 ) = 0.5   μmol / mol / 3 = 0.03   μmol / mol 。 5.4. 合成标准不确定度 主要标准不确定度汇总表，见表1。 以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为： u c ( Δ A ) = u 2 ( A s ) + u 2 ( A 1 ) + u 2 ( A 2 ) ≈ 0. 84   μmol / mol (5) 5.5. 扩展标准不确定度计算 因主要分量 A s 为正态分布，因此P = 95％时，可取包含因子k = 2，则： U = k u c ( Δ A ) = 1.7   μmol / mol (6) Table 1 Summary of combined standard uncertaint 不确定度来源( x i ) a i % k i u ( x i ) 标准器的不确定度 A s 1 µmol/mol 2 0.5 µmol/mol 被校准仪器的示值重复性 A 1 1.1 µmol/mol 3 0.6 µmol/mol 被校准仪器的分辨力 A 2 0.5 µmol/mol 3 0.3 µmol/mol 表1. 合成标准不确定度汇总表
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user: 6. 结论 本文从环氧乙烷检测仪的原理和应用出发，提出了环氧乙烷检测仪的测量标定，并对其测量特性、校准条件、校准项目和校准方法进行了讨论，并给出了不确定评定的实例。特别是详细讨论了外观检查、示值误差、重复性、响应时间等校准项目，保证了测量结果的准确可比。