基于红外三级鉴定与聚类分析法的党参快速鉴别研究（英文）

红外光谱因具有快速、无损的优点,特别适合于不同中药的鉴别研究。基于红外光谱和聚类分析法对两类党参(共49个样本)进行鉴别。结果表明:在一维红外光谱中,两者红外光谱图非常相似,仅在1 738和935cm-1处有细微的差异,说明两者化学组分基本一致。在二阶导数红外光谱中,显示了更多的红外指纹特征,特别是1 747,1 515,1 468,1 368,1 264,1 163,1 147,1 108和936cm-1等峰的指纹特征更加明显。进一步采用高分辨率的二维相关红外光谱对两类党参(纹党参和白条党参)进行鉴别,在1 510~1 170cm-1范围内,纹党参的自动峰和交叉峰形成明显的3×3矩阵,在1 459,1 298和1209cm-1处有三个强自动峰,其中1 209cm-1的自动峰强度最大;而白条党参仅在1 450cm-1处有1个强自动峰,其余1 340,1 260,1209cm-1等3个自动峰都极弱。此外,还采用K-means聚类分析技术对两类党参共49个样本进行快速分类研究,结果令人满意。因此,红外三级鉴定法结合K-means聚类分析技术在相似药物的鉴别中能起到重要的作用,且有利于确保药物临床治疗安全有效。     

红外光谱相似谱在纹党参和白条党参鉴别中的应用

基于纹党参和白条党参的红外光谱,计算了49个纹党参和白条党参样本在3 500~1 000cm-1范围内的红外相似谱,根据党参红外光谱相似谱提供的信息,计算了3 032~2 965,1 762~1 531和1 404~1 310cm-1三个波数区间内49个党参样本红外相似谱的峰面积,并进行了K-Means聚类分析,用盲样对所建模型进行测试,测试结果全部正确。因此,该法可快速有效地鉴别纹党参和白条党参。     

红外光谱相似谱及其在中药鉴别中的应用

红外光谱相似谱能描述两红外光谱相似的程度,在波数_i处相关谱的值r_i能反映两红外光谱在[_i-n, _i+n]区间内线性相关程度的大小,值在-1～1之间,r_i>0意味着两光谱正相关,r_i<0意味着负相关,r_i=0则没有线性关系。在偏移量n一定的条件下,依相似谱形状的差异可辅助红外光谱的解析,用相似谱或相似谱提供的信息提取的光谱特征值可用于模式识别。计算了18个黄芪、红兰芪和党参样本在1 600～700 cm-1范围内的红外光谱相似谱,结果表明各类药材均有各自的特征相似谱,凭借这些可实现对它们的鉴别;依灵芝红外光谱相似谱提供的信息,计算了1 560~1 502,1 460~1 421和1 319~1 260 cm-1三个波数区间内93个灵芝样本红外光谱的相关系数,在无先验知识的情况下,K-means聚类分析法成功地将其分为了赤芝和紫芝类、黑芝类、青芝类和黄芝类,这一分类结果与形态分类法得到的结果基本一致。     

FTIR结合统计分析对竹类植物的鉴别分类研究

傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和系统聚类分析用于竹类植物鉴别分类研究。六种竹亚科植物54个竹子叶片的红外光谱测试结果显示竹叶光谱主要由蛋白质、碳水化合物、脂类等吸收带组成,竹叶光谱相似,仅在1 800～700 cm-1范围峰数、峰位、峰强上存在较小的差异。六种竹子叶片红外光谱的二阶导数谱在1 800～700 cm-1范围显示明显差异。用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行主成分分析,在主成分PC1,PC2,PC3三维空间图中,所测试竹叶样本分类正确率达98%;在PC3-PC4二维投影图显示所有竹叶样本正确分成六个区域;用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行聚类分析,所测竹叶样本正确聚为六类。表明FTIR结合统计分析能够在种水平对竹亚科植物鉴别分类。     

八角茴香与其伪品莽草的红外光谱三级鉴定研究

采用红外光谱三级鉴定的方法区分和鉴别了八角茴香及其伪品莽草。红外光谱三级鉴定即依次采用一维红外光谱、二阶导数谱和二维相关红外光谱,分辨率逐渐提高,谱图的差别也进一步放大。一维谱图中,两者整体峰形比较相似,但在3 400 cm-1附近八角茴香只出现一个特征峰3 392 cm-1,而莽草则出现3 482和3 387 cm-1两个特征峰。二阶导数谱在850～1 180 cm-1波段八角茴香的几个强峰峰强相对比较接近,其中1 015 cm-1为图中最强峰,而莽草的最强峰在1 070 cm-1附近;在1 180～1 500 cm-1波段八角茴香在1 469,1 454,1 442 cm-1附近的３个特征峰峰强明显强于1 292,1 276,1 266 cm-1附近的特征峰,而莽草则刚好相反。二维相关红外光谱中差异更明显,850～1 165 cm-1波段八角茴香在主对角线上的自动峰较强峰出现在1 153和1 000 cm-1,而莽草峰强较强的自动峰出现在911和878 cm-1;1 165～1 500 cm-1波段八角茴香呈现2个自动峰,而莽草则出现5个自动峰。可见红外三级鉴定方法是一种快速有效的鉴定中药材的方法。     

老鹳草中药材红外光谱的分析与鉴定

采用红外光谱、二阶导数光谱和二维相关红外光谱对来自黑龙江、吉林、辽宁三省的老鹳草中药材进行了分析。不同产地的老鹳草的红外光谱都具有1 730和1 337 cm-1等表征鞣质类成分的特征吸收峰和1 618和1 318 cm-1波数表征草酸钙的特征峰。其中还发现在1 370 cm-1的C—H弯曲振动区和1 230 cm-1的C—O伸缩振动区三产地老鹳草具有一定的差异性。在高分辨的二阶导数谱中, 1 509,1 204,764和763 cm-1附近的表征鞣质类成分的吸收峰更明显,三产地老鹳草在CO羰基伸缩振动区表征了脂肪类化合物的不同;尤其是在二维相关光谱上,各自的自动峰具有显著的差异性,黑龙江的老鹳草出现了7个自动峰,其中1 621 cm-1处自动峰最强;而在吉林和辽宁产地的老鹳草中同样出现了4个自动峰,前者1 580 cm-1处的自动峰最强,后者在1 649 cm-1处自动峰最强。该方法直观、简单、方便、快速,可以作为鉴别和鉴定同种不同产地老鹤草的一种新方法。     

不同产地葛根红外光谱的三级鉴定

运用红外光谱法和二维相关光谱技术对天津八仙山、湖南壶瓶山、重庆金佛山三种产地的葛根样本进行了分析鉴定。分析结果表明：不同产地葛根的红外光谱(一级鉴定)和二阶导数谱(二级鉴定)具有一定的相似度,与淀粉和葛根素的谱图比对,三个样本都富含淀粉和一定量的葛根素,不同的是天津葛根在1 048 cm-1波数处的最强峰与淀粉在986 cm-1处的最强峰相差了62个波数,说明淀粉的含量较低,而在891,835和797 cm-1的特征峰与葛根素的指纹特征更一致,可见葛根素的含量要高一些。在二维相关谱图(三级鉴定)上,三种产地的葛根形成的峰簇的位置和数量不同,可以进行产地的鉴别。结果表明,对于不同产地葛根的分析,红外光谱法的三级鉴定是一种有效和快速的检测方法。     

闹羊花与野菊花红外光谱的分析与鉴定

采用傅里叶变换红外光谱对杜鹃花科植物闹羊花与菊科植物野菊花两种花类中药材的主成分进行表征,其中闹羊花出现在1 648和1 543cm-1出现明显的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带吸收峰,证明其中含有蛋白质,可能与其具有的免疫作用相关;野菊花出现在1 734和1 515cm-1等CO伸缩振动吸收峰,证明其中含有挥发油等酯类成分。由于二者的红外光谱具有较高的相似性且难以区分,通过二级鉴别比较闹羊花与野菊花的二阶导数红外光谱可看出,在1 656和1 515cm-1附近的吸收峰,表明二者均含有黄酮类成分;野菊花的二阶导数谱图中出现在1 163,1 077,1 026,986和869cm-1的吸收峰与菊糖的特征吸收峰一致,因此可以看出野菊花中含有菊糖。选取不同波数范围的闹羊花与野菊花的二维相关红外光谱进行对比,发现在1 700~1 400cm-1黄酮类成分区域闹羊花有3个明显的自动峰,野菊花有10个明显的自动峰;在1 250~900cm-1糖苷类成分区域闹羊花有10个明显的自动峰,野菊花有9个明显的自动峰。红外光谱的"三级鉴定法"为中药材的鉴别提供更快速、准确、方便的手段。     

黑豆和牵牛子红外光谱的分析与鉴定

种子类中药材黑豆和牵牛子都含有大量的油脂和蛋白质,因此两种药材的一维红外光谱极其相似,为了区别科属不同的两种药材,采用红外光谱三级鉴定法对黑豆和牵牛子进行分析鉴定。经典红外光谱中,黑豆和牵牛子均有1 745 cm-1表征油脂类的特征吸收峰,以及1 656和1 547 cm-1表征蛋白质酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的特征吸收峰。其中油脂特征吸收峰与蛋白质特征吸收峰的相对高度不同,说明二者的相对含量不同。同时,一维红外光谱对两种中药材主体成分的分析结果,即含有大量的油脂和蛋白质,与文献所报道的一致。在二阶导数红外光谱中,牵牛子中存在1 712 cm-1属于有机酸类的特征吸收峰,然而黑豆中却没有此吸收峰的存在。此外导数光谱中两种药材峰形和峰强度的差别更为明显。二维相关红外光谱中,黑豆和牵牛子自动峰的峰位置和峰强度等均具有显著差异。在1 500~1 700 cm-1波数范围内,黑豆有2个明显自动峰,牵牛子有3个明显的自动峰。在2 800~3 000 cm-1波数范围内,黑豆和牵牛子均有2个强自动峰,但最强自动峰的位置不同。运用红外光谱三级鉴定法,可以更直接快速简便的分辨出主体成分相同的两种种子类中药材,为今后的研究打下基础。     

杨木和桉木的二维相关红外光谱

采用红外光谱结合二维相关分析技术,对两种速生阔叶树杨木和桉木进行了快速鉴别研究。结果表明,二者在一维红外光谱图上差别不明显,而二维相关红外谱图具有较大的差别。在800～1 500 cm-1波段范围内,二者的同步二维相关光谱图还比较类似,都在1 221,954,879 cm-1处出现较强的自动峰,在1 470, 1 150,1 1 05, 1 008 cm-1处出现微弱的自动峰。在1 500～1 800 cm-1波段范围内,杨木在1 655 cm-1处有一个非常强的自动峰,在1 600 cm-1附近有一个很弱的自动峰,二者形成了一对正的交叉峰;桉木在1 725,1 650和1 600 cm-1处均出现较强的自动峰,并形成一个较强的3×3峰组。除此之外,桉木还在1 580和1 510 cm-1出现2个弱的自动峰,其中1 580 cm-1和其余4个自动峰形成了较弱的负交叉峰,1 510 cm-1和其他3个自动峰形成正的交叉峰。这说明,桉木在1 500～1 800 cm-1波段对应的官能团比杨木相应的官能团对热微扰更为敏感,杨木和桉木的二维相关红外光谱差别,快速鉴别这两种木材的。     

二维相关红外光谱法鉴别不同染发剂染色头发

采用红外光谱法(FTIR)并结合二维相关光谱分析技术,对不同染发剂染过的头发进行了鉴别研究,普通头发和染过的头发在一维谱图上差别不显著,而在二维谱图上具有显著性的差别。在1000—2000cm-1区域同步相关红外谱图上,普通头发与高档染发剂染色的头发在1500cm-1附近有3个强的自动峰,2个弱的自动峰。低档染发剂染色的头发在1500cm-1附近有3个弱的自动峰,在2000cm-1附近有3个弱的自动峰。在2800—4000cm-1区域同步相关红外谱图上,普通头发与高档染发剂染色的头发在3300cm-1附近有1个强的自动峰,1个弱的自动峰。低档染发剂染色的头发在3400cm-1附近有1个弱的自动峰。在异步谱图上普通头发与高档染发剂染色的头发也相似,同时区别于低档染发剂染色的头发。     

处方应用三种葛根水煎液的二维相关红外光谱分析

中药是复杂的化学体系,建立快速、有效的分析方法有助于中药水煎液的实时质量控制。葛根在处方中常用有三种,分别为粉葛、野葛和煨葛(葛根炮制品),且传统应用中多采用水煎煮的方式,因此,采用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR),二阶导数光谱(SD-IR),结合二维相关红外光谱(2D-IR)对三种葛根水煎液进行快速分析。结果表明,通过FTIR和SD-IR光谱能够将粉葛水煎液明显区别于野葛和煨葛水煎液。经过2D-IR分析,发现野葛经过煨制后水煎液化学成分发生了变化,二者在主要的自动峰和交叉峰的位置和强度方面存在较大差异,在1 800~1 300 cm-1范围内,野葛水煎液中最强的自动峰为1 556 cm-1,次强峰为1 561 cm-1,而在煨葛水煎液中最强自动峰为1 563 cm-1,次强为1 572 cm-1,再次为1 556 cm-1。另外,在野葛水煎液中出现了明显的1 536和1 634 cm-1自动峰,二者的强度相当。野葛及煨葛水煎液的2D-IR光谱中,出现的自动峰1 448和1 518 cm-1的相对强度有较大的差异。在野葛水煎液的2D-IR光谱中,交叉峰(1 518,1 561)和(1 518,1 563) cm-1强于煨葛水煎液中相应峰。凭借2D-IR自动峰和交叉峰可以较直观地鉴别野葛和煨葛水煎液,并揭示二者相应各官能团的变化规律,能够为葛根在临床处方应用过程中,水煎液的快速质量控制提供依据。利用FTIR,SD-IR结合2D-IR的整体性和宏观指纹性,可以为中药等复杂体系的逐级鉴别提供快速、准确的方法和手段。     

七种牛肝菌的红外光谱鉴别

运用傅里叶变换红外光谱、二维相关谱及主成分分析对7种同属牛肝菌进行分析鉴别。结果显示：7种牛肝菌的原始光谱总体特征相似,主要由蛋白质、多糖等的吸收峰组成,但在吸收峰强度、位置仍存在差异。对样品进行二维相关红外光谱分析,在二维相关红外光谱1 680～1 300 cm-1范围内,茶褐牛肝菌和双色牛肝菌出现了6个明显的自动峰;小美牛肝菌出现了5个明显的自动峰;灰褐牛肝菌和美柄牛肝菌出现4个明显自动峰;美味牛肝菌和铜色牛肝菌自动峰相对较少,只出现了3个明显的自动峰;而且自动峰和交叉峰的强度、位置也存在较大差异。同样在二维相关红外光谱1 150～920 cm-1范围内,不同牛肝菌的同步谱中自动峰和交叉峰的数量、强度和位置也不同。对光谱1 800～800 cm-1范围内的二阶导数进行主成分分析,所有样品均区分开,其分类正确率达100%。结果表明,傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱或者主成分分析可以有效地区分茶褐牛肝菌、小美牛肝菌、双色牛肝菌、灰褐牛肝菌、美柄牛肝菌、美味牛肝菌和铜色牛肝菌。该方法对于分类鉴别蘑菇是一种快速、准确、有效的方法。     

黄芩及其提取物红外光谱与二维相关光谱的鉴别

采用二维红外相关技术,对黄芩原药材、饮片及其提取物进行分析研究。在一维红外光谱中,各样本间的谱图十分相似,导数光谱分析发现,经过炮制之后在1 745和1 411 cm-1处吸收峰向高波数位移,1 357 cm-1处吸收峰向低波数位移。二维红外谱图显示的药效组分特征差异明显,生黄芩在1 300～1 800 cm-1波数范围内有4个特征峰,以1 575 cm-1最强;黄芩片的自动峰有3个区域;酒黄芩的自动峰有2个区域。各区域内自动峰均为正相关。不同样品总苷提取物的一维谱图显示, 在1 615, 1 585, 1 450 cm-1(苯环骨架振动)和1 658 cm-1(CO)附近均有特征吸收,二阶导数谱图给出在1 656 cm-1(黄酮的CO)附近有特征峰,推测共有的成分为酚苷类化合物。二维谱图在800～1 800 cm-1波段均体现苯环骨架振动的5个自动峰1 366,1 420,1 508,1 585,1 669 cm-1。可见红外光谱宏观指纹技术可提供大量整体信息,能够较准地把握黄芩的整体质量。可用于研究黄芩药材及饮片特征的相关性。     

常见野生蘑菇的红外光谱及其二维相关红外光谱的鉴别

采用傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱对13种常见野生蘑菇进行鉴别研究。结果显示13种野生蘑菇的红外光谱光谱特征相似,主要由蛋白质、多糖的吸收组成,13种样品的相关系数最小为0.779,最大值为0.960。在1 700~1 400和1 400~800 cm-1范围的二阶导数光谱中,各样品吸收峰的强度、位置和形状均有明显差异。二维相关红外光谱在1 380~1 680 cm-1范围的强自动峰整体相近,但自动峰和交叉峰位置、形状存在差异;在920~1 230 cm-1的范围,各样品的自动峰和交叉峰的数量、强度和位置差异明显。结果表明傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱有望发展为区分不同种类蘑菇的快速方法。     

农作物锈病叶傅里叶变换红外光谱检测方法研究

在农作物生产中,不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在,严重影响产品品质及食用安全,快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、二阶导数红外光谱（SD-IR）及二维相关红外光谱（2D-IR））对蚕豆、玉米、葱和蒜正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。结果显示,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。原始光谱中正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异,蚕豆的正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A_{1 410}/A_{1 646}分别为0.698,0.624和0.616,A_{2 926}/A_{1 646}相应比值分别为0.665,0.638和0.552;玉米的相应比值A_{1 649}/A_{1 055}分别为0.813,0.696,0.691,A_{1 382}/A_{1 055}相应比值分别为0.552,0.478和0.465,A_{2 926}/A_{1 055}相应比值分别为0.574,0.467和0.469;葱的相应比值A_{1 382}/A_{1 061}分别为0.843,0.821和0.704,A_{2 923}/A_{1 061}相应比值分别为0.707,0.680和0.489;以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。二维相关红外光谱显示,正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、数目及强度存在显著差异。蚕豆正常叶出现4个强自动峰,2组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现5个强自动峰,4组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰,5组强正交叉峰;蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强,而正常叶的各个自动峰的强度最低。玉米正常叶出现9个强自动峰,12组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现11个强自动峰,3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,3组强正交叉峰;蒜正常叶出现9个强自动峰,8组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰,10组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,1组强正交叉峰;玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。葱正常叶出现9个强自动峰,5组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现8个强自动峰,3组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现3个强自动峰,无正交叉峰出现。葱正常叶的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。结果表明,利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、快速地鉴别研究农作物锈病叶,有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。     

二维相关红外光谱法与黄芪及其伪品刺果甘草的分析与鉴定

采用红外光谱的三级鉴定法分析鉴别了黄芪及其伪品刺果甘草。在一维红外光谱中,刺果甘草的1 737 cm-1CO伸缩振动峰,明显高于黄芪的1 737 cm-1特征峰,说明刺果甘草含有机酯类化合物的量相对高于黄芪。在高分辨的二阶导数谱中,刺果甘草有明显的1 620,1 317,782和516 cm-1的草酸钙特征峰,而黄芪没有。此外,两者都存在1 463,1 511和1 596 cm-1的芳香类化合物的特征峰,不同的是刺果甘草的1 468 cm-1峰的右侧还有一个1 453 cm-1的小肩峰。在二维相关红外光谱中,两者都存在1 070,1 095和1 140 cm-1的糖苷类化合物的自动峰,不同的是黄芪的1 140 cm-1的自动峰强度最大,但刺果甘草的1 090 cm-1自动峰强度最大。谱图的三级鉴定验证了黄芪及其伪品刺果甘草在糖苷类化合物、芳香类化合物和有机酯类化合物的相对含量上都是不一致的。该方法不仅可以快速有效地鉴别黄芪及其伪品刺果甘草,还提供了两者的有机酯类化合物以及芳香类和糖苷类化合物具有很大差别的一些有用的结构信息。因此,运用红外光谱法可以快速有效地分析和鉴定黄芪及其伪品刺果甘草。     

红外光谱对不同品种及产地小米的鉴别

不同品种及产地的小米在口感及营养价值上存在显著差异,因此区分不同种小米对消费者具有参考意义。将傅里叶变换红外光谱(FTIR)、二维相关红外光谱(2D-IR)与曲线拟合、主成分分析(PCA)相结合,鉴别小米的品种及产地。结果显示：小米主要由碳水化合物、蛋白质和脂质组成,因此,其FTIR特征相似;二阶导数光谱(SD-IR)在3 012,2 962,2 928,2 856,1 748和1 548 cm-1附近的吸收峰强度存在明显差异;2D-IR在1 200~860和1 700~1 180 cm-1范围内,小米样品的自动峰和交叉峰数目、位置和强度差异明显;曲线拟合结果显示小米在1 700~1 600 cm-1范围内子峰面积比例不同,说明不同品种间小米的蛋白质含量不同,可以实现小米品种的鉴别分类;选取1 800~800 cm-1范围内的导数光谱进行主成分分析,前3个主成分累积贡献率为97%,不同产地的小米都得到正确归类。研究表明,红外光谱结合统计分析方法,是鉴别小米品种及产地的有效方法。