粉末样品颗粒大小对花椒挥发油近红外光谱定量预测的影响研究

为了快速有效评定花椒质量等级,应用近红外光谱分析技术,采用偏最小二乘法,对141份花椒样品粉碎成八种不同颗粒大小的粉末,对近红外光谱分别建立挥发油含量预测模型,当粉末样品颗粒大小为40目时,建立的模型最优,交叉验证测定系数r2141为0.9364,交叉验证误差均方根RMSECV141为0.421。使用105份40目粉末样品近红外光谱所建立的模型对36份样品的预测集进行预测,光谱预处理采用Meancentering vector normalization,谱区在6100.1~5774.2cm-1及4601.6~4424.2cm-1,则预测测定系数r326为0.9862,预测集验证误差均方根RMSEP36为0.192,预测相对标准差RSD36为4.95%,预测相对分析误差RPD36为8.517。研究结果表明,对花椒进行近红外光谱扫描前,粉碎到40目时所建立的近红外光谱模型最佳,使用近红外光谱技术快速有效检测花椒挥发油含量是可行的。     

基于中红外光谱技术的香菇蛋白质含量测定

研究了中红外光谱预测香菇蛋白质含量的可行性。去掉明显噪声部分后,研究香菇3 581～689 cm-1中红外光谱与蛋白质含量的关系。以Savitzky-Golay(SG)5点平滑预处理光谱建立偏最小二乘法(partial least squares, PLS)的预测模型的效果不理想,模型的建模集和预测集的相关系数均高于0.85,但剩余预测偏差(residual prediction deviation, RPD)值仅为1.77。采用连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)算法从3000个波数点中选择7个特征波数,并以七个特征波数分别建立PLS、多元线性回归(multiple linear regression, MLR)、反向传播神经网络(back-propagation neural network, BPNN)和极限学习机模型(extreme learning machine, ELM)。与全谱的PLS相比,以特征波数的PLS模型和MLR模型的预测效果相对较差,而以特征波数的BPNN和ELM模型的预测效果相对较好。其中SPA-ELM模型的预测效果最佳,预测集相关系数(correlation coefficient of prediction)R_p=0.899 5,预测集均方根误差(root mean square error of prediction)RMSEP=1.431 3,剩余预测偏差RPD=2.18。研究结果表明,中红外光谱分析技术可以用于预测香菇蛋白质含量,且SPA选取特征波数能用来代替原始光谱进行建模分析,为香菇蛋白质含量的检测提供了新的思路。     

盐酸左西替利嗪片的近红外漫反射光谱定量分析

利用近红外光谱结合偏最小二乘法实现对不同品牌盐酸左西替利嗪片剂有效成分的定量分析。经内部交叉验证,确定最佳波数范围和光谱预处理方法,以及最佳主成分数,建立最优PLS校正模型。对验证集样品浓度进行预测,得到均方根误差RMSECV、决定系数R2分别为0.276和0.974。该方法能够用于不同厂家盐酸左西替利嗪片的快速定量分析,是一种有效的药品快速检验技术。     

拉曼光谱结合偏最小二乘法测定血清胆固醇含量

以日常体检用血清样品为分析对象,采集了其拉曼光谱,波数范围为250～2 400cm-1,并对信号进行归属,与临床传统生化法测定得到的胆固醇含量对比,结合偏最小二乘法建立了血清胆固醇拉曼光谱定量模型(n=73)。结果表明,拉曼光谱能够表征血清中主要化学基团的信息。所建立的血清胆固醇定量校正模型的相关系数R为0.909 6,交叉验证校正标准差(RMSECV)为0.24;检验集(n=17)预测标准差(RMSEP)为0.69,相关系数r为0.926 2。证明了应用拉曼光谱技术结合偏最小二乘法建立血清胆固醇定量模型,用于未知血清样品胆固醇含量无损快速检测是可行的。     

近红外光谱技术定量测定杨梅汁可溶性固形物

采用近红外光谱分析技术对浙江省不同产地的杨梅汁进行了光谱测定和定量分析,通过计算样品的杠杆值、学生残差和马氏距离来判别异常样品,采用偏最小二乘法(PLS)对杨梅汁的可溶性固形物进行建模分析,选取不同的分辨率和波段范围对光谱进行有效的信息提取和分析,确定了最佳的回归因子数和用于定量分析的最优波段范围。结果显示： 杨梅汁样品中有一个为异常样品,在建模时予以剔除;用于杨梅汁可溶性固形物检测的最佳分辨率和最优波段分别是4 cm-1和4 000～12 267.46 cm-1,最佳的回归因子数是8,该PLS模型的相关系数为0.957 85,校正均方根误差(RMSEC)、预测均方根误差(RMSEP)和交互验证标准偏差(RMSECV)分别是0.431,0.925和1.07°Brix。研究表明近红外光谱检测技术能用于杨梅汁可溶性固形物的定量分析。     

近红外光谱法测定双黄连口服液中绿原酸和连翘苷的含量

选择多批双黄连口服液样本,应用HPLC法测定绿原酸和连翘苷的含量,同时进行NIRS测定,建立了绿原酸和连翘苷的含量预测模型,以相对偏差(RSEP)及相关系数(r)为指标考察数据处理方法,以交互验证均方根误差(RMSECV)为指标考察NIRS的预处理方法及选择光谱范围或波数点。数据处理方法为逐步多元线性回归(SMLR),直接采用原始光谱进行建模,绿原酸的波数为6 654.06和7 106.08 cm-1,连翘苷的波数为5 456.06和7 222.08 cm-1,最优模型预测绿原酸和连翘苷含量的RMSECV分别为0.857 26和0.889 87,相关系数分别为0.857 26和0.889 87。外部交互验证的结果表明该预测模型准确可靠,可作为双黄连口服液的快速质量评价控制方法。     

近红外光谱无创生化检测中不定光程对模型精度的影响研究

利用近红外血流容积光谱相减方法无创伤定量分析人体血液生化成分时,获得的在体血液光谱对应的样品光程是不确定的。为研究样品间的光程差异对定标模型预测精度的影响,配制了30份模拟血清样品,利用可变光程样品池,采用傅里叶光谱仪分别测量了相同光程和不定光程两组样品的近红外光谱。以分析血清白蛋白成分为例,对两组样品的定标模型精度进行比较,结果显示不定光程组的模型精度与相同光程组的模型精度相比明显下降,交叉检验标准差(RMSECV)由110.0mg/dL增大至156.0mg/dL。采用多元散射校正算法对上述光谱数据校正后,RMSECV降低至98.1mg/dL。对比分析处理前后两组模型的精度,证实了采用适当的预处理方法能够有效校正不定光程引起的光谱误差,提高模型预测精度。     

PCA-SVR联用算法在近红外光谱分析烟草成分中的应用

由50份烟草样品的近红外漫反射光谱组成的光谱矩阵经过主成分分析降维,采用基于支持向量机回归(SVR)算法,以常规化学分析方法测定的总糖、还原糖、总氮、烟碱的含量为参考值,建立了烟草中主要成分近红外光谱定量分析定标模型,并采用留一法交叉验证(LOOCV)对模型进行验证。以内部交叉验证预测的RMSE值为判据,从核函数类型、惩罚因子C和不敏感函数ε取值等方面对定标模型进行优化,获得不同成分定标模型的优化参数。烟草总糖、还原糖、总氮、烟碱优化定标模型的RMSE值分别为1.581,1.412,0.117和0.313。同时建立了烟草以上成分的偏最小二乘回归(PLS)、多元线性回归(MLR)以及误差反向传播人工神经网络(BP-ANN)定标模型,通过内部交叉验证的RMSE值与SVR定标模型进行比较,结果表明SVR模型具有更好的预测效果。     

稻米淀粉崩解值的近红外透射光谱法测定

以203份稻米为样品,近红外透射光谱分析仪,对样品进行光谱扫描,并用快速粘度分析仪测定稻米淀粉崩解值.采用改进的偏最小二乘法进行定标模型的建立,得到了稻米淀粉崩解值测定的近红外分析模型的定标标准偏差(SEC)、交叉检验标准误差(SECV)和定标决定系数(RSQ)分别为:10.62、10.8和0.984,内部交叉验证的经校正的工作标准差(SEP)、检验偏差(BIAS)和交叉检验相关系数(1-VR)分别为:6.139、-0.362和0.939,相关性达极显著水平.内部交又验证和外部验证结果表明近红外定量分析崩解值有很高的准确度.近红外透射光谱技术为快速准确无损测定黏滞特性指标提供了一条新途径.     

近红外光谱的河蟹新鲜度快速检测研究

河蟹的新鲜度是大多数消费者在购买时所考虑的最重要的因素,挥发性盐基氮(TVB-N)是当前国际通用的评价肉类新鲜度的指标,但其检测工序繁琐、耗费时间长,无法满足当前市场对河蟹新鲜度评价的迫切需求。因此,建立一种快速检测河蟹新鲜度的方法是当前急需解决的一大难题。将购于水产市场的河蟹,采用聚乙烯充氧袋快速运至实验室,样本数共126只。在洁净的工作台上处理后,将螃蟹分为42个实验样品,每个样品3只鲜活螃蟹;42个实验样品放在低温4℃的恒温生化培养箱中贮藏,每天从培养箱中按时取出6个螃蟹样品进行光谱数据采集及新鲜度指标TVB-N的测定,历时7 d。采用近红外光谱(NIRS)对贮藏在不同时间下的河蟹新鲜度进行评价,使用挥发性盐基氮(TVB-N)作为评价河蟹新鲜度的指标,首先通过比较经五折交叉验证(5-fold CrossValidation)算法、 kennard-stone(KS)算法、光谱-理化值共生距离(SPXY)算法三种样本划分方法处理后所建模型的预测效果确定最优样本划分方法,最终采用五折交叉验证(5-fold CrossValidation)算法对样本进行划分。其中的32个样品被划分为训练集进行模型构建,其余的10个样品被划分为测试集用于模型检验。然后在经过五折交叉验证法对样本进行划分的基础上,分别采用小波变换(WT)、 Savitzky-Golay平滑、一阶导数法(Db1)、二阶导数法(Db2)这4种单一算法以及小波变换(WT)与Savitzky-Golay平滑相结合的算法进行预处理,通过比较预处理后所建模型的预测效果,确定了小波变换(WT)预处理为最优光谱预处理方法,从而消除了光谱中的无用信息并提高了信噪比。再次,在WT预处理的基础上,分别采用主成分分析(PCA)法和连续投影(SPA)算法提取光谱特征波段,通过建模比较确定主成分分析(PCA)法为最优波长选择方法,以所选的16个特征波长作为模型的输入,不仅提高了模型的运行速度还可以提高模型的稳定性。最后,在经过PCA特征提取后,分别采用偏最小二乘回归(PLSR)算法和多元线性回归(MLR)算法构建TVB-N定量预测模型,通过比较两种模型的预测效果,确定了偏最小二乘回归(PLSR)模型为最优建模方法,最终确定的最优模型为基于WT-PCA-PLSR建立的模型,模型预测决定系数R^2为0.89,预测均方根误差RMSEP为3.00。综上所述,所建立的预测模型具有较高的精度,可以实现对河蟹新鲜度的快速检测,具有较好的市场应用前景。     

NMR Water Proton T1 Mechanism in Blood Diluted by its Own Plasma

The water proton T1 in human blood diluted by its own plasma was measured with a FT-NMR spectrometer operating at 60MHz for protons. A linear relationship (with a correlation of 0.99) was found between the 1/T1 and hemoglobin content(Hb) in the blood. The exchange of water between the extracellular plasma and the intracellular Hb in blood is known to satisfy the fast chemical exchange conditions, and the decay of magnetization in blood is reported to have a single exponential. Therefore, the obtained relationship should represent fast chemfcal intracellular Hb and the extrace exchange between the lular plasma.     

利用近红外光谱监测皮肤血氧输运

利用近红外光谱无创监测移植手术的皮瓣成活状况，是近红外组织氧检测技术的最新应用之一，本文介绍子我们设计的利用光纤传导的近外皮肤血氧监测系统。该系统可以灵活调整光谱－探测器间距以适应皮层检测。利用该系统进行的前臂皮皮肤阻断试验中，静脉阻断时皮肤内有显著的血液充盈现现象，全阻断时氧含量明显下降，实验表明，利用近红外光谱法监测瓣血氧输运情况是非常有效的，特别是可以比较好地监测脉回流情况。     

基于全血可见吸收光谱的物种鉴别

血液及血液制品是一种特殊的商品,在流通过程中需要严加管控。传统的方法通常为应用特征抗体检测人血红蛋白,或应用液相色谱(HPLC)、质谱(MS)等方法对血液物种进行鉴别,鉴别过程中外界环境和血液样本会发生接触。为了防止血液样本和外界环境相互污染,因此需要发展非接触式的血液物种鉴别技术。设计了一种基于吸收光谱的血液物种鉴别方法。实验测试了人与牛全血样本共24份,每种样本各10份,另有4份标记为未知样本。装有血液样本的PET管置于积分球内,使用超连续谱光源对积分球进行照射,测量420～740 nm范围内匀光后的吸收光谱,每个样品测试5次取平均。实验测试了使用主成分分析法对测得的原始光谱数据进行降维。并对降维后的数据应用二维正态分布进行拟合。通过样本在置信空间内的概率分布或到已知分类中心的距离对未知样本的物种进行鉴别。可以得出结论,应用PCA和二维正态分布拟合的方法,能够较为精确地实现对全血的可见吸收光谱物种鉴别。     

流动注射化学发光法灵敏测定人血液和血清中血红蛋白

在碱性介质中,发现血红蛋白对luminol-hydrazine弱化学发光体系有显著的增强作用。结合流动注射法提出了luminol-hydrazine化学发光(FI-CL)测定血红蛋白的新方法,优化了化学发光检测条件和FI-CL系统的运行参数,考察了实际样品中可能含有的共存物质对血红蛋白测定的影响。结果表明,血红蛋白的线性范围为5.0×10-9～6.0×10-5 g·mL-1,检出限是5.8×10-10 g·mL-1 (9.0×10-12 mol·L-1),分别对5.0×10-7和3.0×10-6 g·mL-1的血红蛋白标准溶液平行八次测定所得RSDs分别为1.6%和1.5%。将提出的方法成功用于人血液和血清中血红蛋白含量的测定,加标回收率在83.0%～101.0%范围。结合化学发光光谱和紫外可见吸收光谱对血红蛋白催化luminol-hydrazine化学发光反应的机理进行了探讨。提出的方法具有灵敏度高、无需标记、操作简便、快速、易实现自动化操作等优点。     

新型快速显微多道分光光度技术对血红蛋白的光谱分析

用新型快速显微多道分光光度(MMSP)技术,在生理环境(pH、温度、氧分压和渗透压)改变下,对单个活态人血红细胞内血红蛋白分子的吸收光谱进行监测。发现生理环境的改变,引起血红蛋白吸收光谱曲线540,575 nm特征吸收峰的峰高、峰位和峰形发生了不同程度的变化。MMSP技术提示血红蛋白分子的结构、浓度和功能与上述生理环境密切相关。     

动态光谱法用于人体血红蛋白浓度的无创测量

为了实现血液成分的无创检测,利用动态光谱指端透射法进行了人体血红蛋白浓度无创测量的研究。对34名健康志愿者进行了在体测量动态光谱和抽血分析血红蛋白含量,在验证了动态光谱的可靠性的基础上,选用BP神经网络对获取的动态光谱数据和血红蛋白浓度实测值进行建模分析,从34个样本中抽取19个作为校正集,另外15个作为预测集,得到校正集和预测集的相关系数分别为0.983 1和0.936 5,预测集的相对误差最大为7.5%,平均相对误差为3.04%,满足临床应用对血红蛋白测量精度的要求。结果表明： 动态光谱法可以有效的克服测量位置等测量条件对光谱测量的影响,较准确地进行人体血红蛋白浓度的测量,是一种比较好的血液成分无创测量方法。     

Noninvasive hemoglobin measurement based on optimizing Dynamic Spectrum method

An optimizing Dynamic Spectrum method based on short-time Fourier transform for noninvasive hemoglobin measurement was proposed. A total of 187 volunteers’ spectral data and blood samples were prepared for the calibration (167 samples) and prediction (20 samples) sets. Data processing with optimizing dynamic spectrum method was set as experimental group, while control group was with classical method based on fast Fourier transform. The model for hemoglobin prediction was established with partial least square regression. In the experimental group, the average prediction correlation coefficient was 0.8399, while that of the control group was 0.6686. The results demonstrate that the optimizing method has a good accuracy improvement for noninvasive hemoglobin measurement. The optimizing dynamic spectrum method combining statistical characteristics analysis as a modified analytical method has a promising application prospect of application in noninvasive blood component measurement field.     

Mechanism of the toxicological interactions of decabrominated diphenyl ether with hemoglobin

Polybrominated diphenyl ethers are vital flame retardants in production and human life and they are widespread global organic pollutants in the environment and likewise in food and feed, causing a potential health concern. Hemoglobin is the main protein in the blood, which is a carrier of oxygen in red blood cells. This work aimed at investigating the toxic interactions of polybrominated diphenyl ethers with hemoglobin, by molecular modeling and spectroscopic analysis methods. Decabrominated diphenyl ether and bovine hemoglobin were selected as representatives for polybrominated diphenyl ethers and hemoglobin, respectively. The experimental results indicated that decabrominated diphenyl ether changed the frames’ conformation and the microenvironment of bovine hemoglobin, which can affect the physiological function of the protein. Decabrominated diphenyl ether combined with bovine hemoglobin with the average number of binding sites (0.7) to form bovine hemoglobin–decabrominated diphenyl ether complex. The binding constant was 860.95?L mol^?1. In addition, the molecular docking data revealed that the van der Waals forces played the primary role in the interaction between bovine hemoglobin and decabrominated diphenyl ether. The study provides insight into the molecular toxicity mechanism of decabrominated diphenyl ether during the blood transportation in vivo.     

Estimation of Absorbing Components in a Local Layer Embedded in the Turbid Media on the Basis of Visible to Near- Infrared (VIS-NIR) Reflectance Spectra

A new method is studied for estimating the hemoglobin concentration and oxygenation of a local blood layer in a human skin tissue model on the basis of visible and near infrared reflectance spectra. This method uses the iterative Monte Carlo technique for a multi-layered skin tissue model. The numerical simulation was performed to investigate the effects of estimation errors for epidermis and dermis layers on the results for the local blood layer. Experiments with skin tissue phantoms were performed to verify the possibility of this method.     

脑组织血氧饱和度的微创在位测量

 利用光纤光谱仪和光纤探头建立脑组织血氧饱和度（hemoglobin oxygen saturation, SO2）微创在位测量系统。将悬乳液和全血的混合溶液作为生物组织模型,获取模型在不同SO2下可见光区实时吸收光谱与血氧分析仪所测SO2数据的样本集,将吸收光谱作归一化处理后取得500nm～600nm区间的4个光谱特征参量,通过统计分析建立特征参量与血氧饱和度的经验公式。结果表明：利用该系统获得了30只大鼠脑皮层不同深度的血氧饱和度SO2,其范围为64%～76%。这种方法有助于脑外科微创手术中实时在位测试脑组织血氧饱和度研究。