利用衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)技术快速筛选可降解苯酚菌株（英文）

苯酚是一种重要的化工原料并广泛存在于工业废水中,随着各国对苯酚生物毒性的认识,排放标准日益提高。生物法作为一种高效、低成本、不易二次污染的方法常用于含酚的废水处理。但是可降解苯酚的微生物筛选却是一个复杂繁琐的过程。衰减全反射傅里叶红外光谱(attenuated total reflection Fourier transform infrared,ATR-FTIR)技术是一种高效、快捷、高指纹特性的物理检测技术,主成分分析联用最小偏二乘法(principal component analysis-partial least squares,PCA-PLS)是一种有效提取特征指纹峰并建立模型的方法,该实验联合ATR-FTIR检测技术和PCA-PLS统计方法建立苯酚浓度与吸光度模型,可以快速检测固体培养基中底物浓度。实验建立模型判定系数可以达到99.5%,预测集的判定系数可以到达99.4%,说明模型具有较高的拟合性和推广性。通过模型可以预测出菌株降解后固体培养基底物浓度,筛选出可降解苯酚功能微生物,传统的液体培养并采用气相色谱检测残留苯酚浓度筛选出的结果与ATR-FTIR方法筛选出结果进行对比发现,得到相同的筛选结果。结果表明ATR-FTIR联合PCA-PLS建立高拟合度模型,可以快速检测固体培养基底物浓度,从而达到快速筛选可降解苯酚菌的目的,这种方法可以应用到其他有特征指纹峰的底物中,ATR-FTIR是一种可以广泛应用到功能微生物筛选的快速检测方法。     

近红外光谱紫花苜蓿品种耐盐性鉴别方法研究

近红外光谱(NIRS)分析技术是一项高效、快捷检测样品中某种物质成分的新方法,近年来在饲料营养分析、品种鉴别等领域得到了广泛的应用。作者提出了一种用近红外指纹光谱快速鉴别紫花苜蓿品种耐盐性的新方法。首先用近红外吸收光谱对20个紫花苜蓿品种进行聚类,发现供试品种很好地聚为耐盐和敏盐两类,与常规检验结果基本相同,通过聚类建立苜蓿品种耐盐性鉴别模型,其次用所建耐盐品种评价鉴别模型对6个苜蓿品种进行耐盐性预测,品种识别准确率达到100％,表现指数为85.7％。所以近红外吸收指纹图谱对苜蓿品种耐盐性具有很好的分类和鉴别作用,通过建立鉴别模型,可对品种耐盐性进行快速、高效的初步鉴定。     

基于溶液温度差谱分析的ATR-FTIR原位测量方法

作为一种原位、快速、无损坏的中红外光谱分析技术,ATR-FTIR已在很多工程领域得到越来越多的应用,尤其是针对结晶过程溶液浓度的原位实时测量。水是一种常用的结晶溶剂,在中红外波段具有强吸收峰,并且在不同温度下具有光谱吸收差异性,因而不能忽略溶剂水和温度对溶液浓度的中红外光谱测量带来的影响。以朗伯-比尔定律为基础,提出采用溶液光谱减去相应温度下的溶剂光谱的方法,从而能准确地测量溶液浓度。以L-谷氨酸溶液结晶过程为例,对L-谷氨酸水溶液的原始光谱数据、溶液光谱扣除常温(25℃)溶剂水的光谱数据以及溶液光谱对应温度扣除溶剂水的光谱数据分别进行建模。结果表明,提出的对应温度差谱法能有效消除溶剂水峰对溶质光谱测量的干扰,明显地降低了溶液浓度光谱标定模型的预测误差。该方法对提高原位ATR-FTIR光谱检测精度的实际应用具有一定的参考价值。     

ATR-FTIR和UV-Vis结合数据融合策略鉴别滇黄精产地

黄精药材品质优劣与基原植物产地环境因子密切相关,建立简单、快速且能够准确鉴别药材产地的方法对保证其质量可控及用药安全具有重要的理论意义和应用前景。研究中以云南、四川和广西9个产地的133份滇黄精Polygonatum kingianum coll. et Hemsl根茎为试验材料,采集衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和紫外-可见光光谱（UV-Vis）数据预处理后分别建立单一光谱随机森林（Random forest, RF）模型;将ATR-FTIR与UV-Vis数据直接串联完成低级融合,提取两种光谱的主成分数（PCs）和潜在变量（LVs）以实现中级（中级融合_PCs和中级融合_LVs）和高级数据融合（高级融合_PCs和高级融合_LVs）,基于不同数据融合策略分别建立RF模型;比较不同模型的正确率（ACC）、灵敏度（SEN）和特异性（SPE）,筛选产地鉴别最佳模型。结果显示,不同产地滇黄精ATR-FTIR和UV-Vis峰型相似,吸光度略有差异,ATR-FTIR显示14个共有峰,与糖类、甾体皂苷、黄酮类和生物碱类物质有关,其UV-Vis共有峰主要位于272及327 nm处,与黄酮类物质有关;ATR-FTIR、UV-Vis和低级融合的RF模型,训练集和预测集ACC分别为（76.34%,95.00%）,（80.65%,95.00%）和（83.87%,100.00%）,但SEN和SPE值较低,故不宜采用;中级融合_PCs和中级融合_LVs的RF模型的SEN和SPE分别为大于0.91和0.98,训练集ACC分别为91.40%和97.85%,预测集ACC均为97.50%;高级融合_PCs和高级融合_LVs的RF训练集ACC分别为77.42%和97.85%,预测集ACC均为95.00%,高级融合_PCs的RF模型鉴别效果较差,高级融合_LVs的RF模型存在过拟合现象;模型鉴别能力为中级融合_LVs＞中级融合_PCs＞低级融合＞ UV-Vis＞ATR-FTIR＞高级融合_PCs;提取LVs对产地鉴别的方法优于PCs;中级融合_LVs建立的RF模型鉴别ACC最高,SEN和SPE大于0.98,模型性能最佳。该方法可为黄精药用资源的科学评价提供理论依据和技术支撑。     

基于高光谱图像和偏最小二乘的羊肉pH值特征波段筛选研究

波段筛选方法的选取以及随后的光谱特征波段的提取对高光谱模型效果的影响较大。为了快速准确检测羊肉的pH值,开展并讨论了利用两种特征波段筛选方法对羊肉pH值高光谱模型的影响研究。本研究采用二阶导数(2D)、多元散射校正(MSC)和中心化处理(mean-centering)相结合的方法对所提取纯肌肉部分的代表性光谱进行预处理,利用联合区间偏最小二乘(siPLS)和联合区间偏最小二乘结合遗传算法(siPLS-GA)对全波段473～1000 nm范围光谱进行特征波段的提取,并分别建立相对应特征波段范围羊肉pH的PLS预测模型,同时与全波段的PLS模型效果相比较。结果表明采用siPLS-GA提取的特征波长建立的PLS模型效果最优,其选取的特征波长点数为56,校正集相关系数(R_cal)和均方根误差(RMSEC)分别为0.96和0.043,预测集相关系数(R_P)和均方根误差(RMSEP)分别为0.96和0.048。siPLS-GA方法既能够减少建模使用的光谱变量,又可以提高模型精度,因此利用高光谱图像技术结合siPLS-GA可以实现羊肉pH的特征波段筛选和快速准确检测。     

苦丁茶红外指纹图谱共有峰率和变异峰率双指标序列分析法

利用共有峰率和变异峰率两个指标,以不同苦丁茶样品的红外指纹图谱为标准,计算出所测样品相对于标准品的共有峰率和变异峰率。按照共有峰率的大小,建立了不同的共有峰率和变异峰率双指标序列方法。该方法可以准确地区分不同产地和不同级别的苦丁茶,可以对两个或多个中药样品进行方便可靠的鉴别,是一种符合中药自身特点的光谱指纹图谱分析方法。     

水体细菌微生物多波长散射光谱快速定量检测

通过分析细菌细胞的结构特征,将细菌菌体的多波长散射分为外部结构散射和内部结构散射两个部分,建立了细菌菌体前向散射光谱解释模型。利用该模型对大肠杆菌400～900 nm波段的前向散射光进行了快速解析,得到了大肠杆菌外部结构、内部结构的平均粒径大小及两结构占细菌体前向散射的比例;基于单细胞的散射光密度与整体细菌悬浮液光密度之间的关系可以快速检测出细菌的浓度。多次细菌浓度测量结果之间的最大差异为1.83%,且与平板法相比较,测量结果在同一量级,相对误差为3.44%。对不同生长时期的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌进行了光谱解析,得到了两种细菌浓度及菌体大小随时间的变化曲线。研究结果不仅为细菌微生物生长过程的科学研究提供了一种快捷方法,而且为水体细菌微生物的快速检测与预警提供了技术手段。     

应用SERS滤纸基底检测饮料中违禁色素的研究

利用液/液界面自组装技术制备得到灵敏度高、均匀性好、价格低廉的表面增强拉曼光谱(SERS)滤纸基底,并使用该基底检测了饮料中可能掺杂的罗丹明B、日落黄和柯衣定等三种色素。首先分析了罗丹明B、日落黄和柯衣定的分子结构并对其进行了拉曼特征峰峰位归属;然后检测了罗丹明B、日落黄和柯衣定不同浓度水溶液的SERS光谱;最后在无任何预处理条件下,检测了饮料中的罗丹明B、日落黄和柯衣定含量。在一定浓度范围内,饮料中三种色素的浓度与其SERS特征峰强度分别满足一定的函数关系,其中罗丹明B和日落黄的浓度与拉曼特征峰强度之间呈非线性关系,而柯衣定的浓度与拉曼特征峰强度之间呈线性关系。评估了本方法检测饮料中的罗丹明B、日落黄、柯衣定的信号重复性及检测回收率,结果表明SERS方法可用来对饮料中罗丹明B、日落黄、柯衣定的浓度进行半定量分析。为饮料中添加色素的现场实时检测提供了一种简便快速高效的检测方式,可用于饮料的质量控制及市场监控。     

水体细菌微生物多波长透射光谱定量分析归一化方法研究

快速准确获取水体细菌微生物浓度信息,对饮用水卫生安全监管具有重要意义。基于多波长透射光谱技术研究了水体细菌微生物浓度定量反演方法,并重点研究了光谱数据的归一化处理方法(颗粒浓度归一化、最大值归一化、积分归一化、平均归一化)对水体细菌微生物浓度反演结果准确性的影响。基于Mie散射理论建立了大肠埃希氏菌(大肠杆菌)多波长透射光谱解析模型,通过对归一化后的光谱进行解析,获取了大肠杆菌的结构信息,并以此构建出单种细菌的多波长透射参考光谱;根据测量光谱与单种细菌参考光谱的相关性反演细菌浓度,并对比分析了不同归一化处理方法下细菌浓度反演结果的准确性。研究结果表明:与平板菌落计数法相比,平均归一化光谱反演细菌浓度的最大相对误差为0.92%,平均相对误差为0.70%,线性相关系数达到0.9984,其准确性和稳定性均为最优。本研究为水体细菌微生物的快速定量检测与预警提供了基础数据。     

HPLC-ICP-MS联用技术研究甲醇对砷形态分析结果的影响

砷是一种有毒并致癌的化学元素，普遍存在于各种环境介质和生物体中。研究表明，砷对生物体的毒性不仅与砷的浓度，还和其存在形态密切相关。因此，对砷的不同形态进行分析具有重要意义。以往的研究表明，甲醇被广泛用作固体样品砷形态分析的提取剂，一定量的甲醇可以提高ICP-MS测总砷的信号强度。但是，关于甲醇对砷形态分析结果的影响研究尚未见报道。应用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICP-MS)建立同时测定AsC，AsB，As(Ⅲ)，DMA，MMA和As(Ⅴ)等六种砷形态的优化方法。HPLC采用阴离子交换柱，30 mmol·L-1 (NH₄)₂CO₃(pH=9.3)作为流动相。选择DRC模式，以O₂为反应气体，监测91AsO+作为检测信号。方法学验证表明，六种砷形态的线性相关系数都大于0.998 9。采用不同浓度的甲醇(0～100%)作为砷形态定容溶液，发现随着甲醇浓度的增加，As(Ⅲ)和DMA的峰面积显著增加。选取对砷形态结果影响最小的25%甲醇-水作为定容溶液时，其对不同浓度的砷均有一定的影响，并且对As(Ⅲ)和DMA影响最大。因此，在今后的研究中，甲醇的去除起着重要的作用。     

衰减全反射红外光谱对易燃液体的快速筛选

纵火是一种严重危害公共安全和社会稳定的个人极端暴力犯罪行为。在纵火案件调查过程中，火灾残留物中的易燃液体(ILs)是确定火灾性质和判断起火原因的重要物证，ILs的分析一直是法庭科学工作者关注的热点。利用衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)对汽油、柴油、煤油、植物油等常见ILs进行检验，结合主成分分析(PCA)、层次聚类分析(HCA)、判别分析(DA)三种化学计量学方法，实现了常见易燃液体的快速筛选。通过红外光谱定性分析，汽油、柴油、植物油与含氧有机溶剂的红外光谱图差异明显，可相互区分，而柴油、煤油、航空煤油、溶剂油、汽轮机油五类ILs的红外谱图无明显差异，仅通过图谱的直接比较，无法进行区分。重点选取1 136~976 cm-1范围的红外特征吸收峰，结合PCA，PCA-HCA，PCA-DA化学计量学方法进行比较，成功将航空煤油与与其余四类ILs区分开；最后选取837～400 cm-1范围的红外特征吸收峰，利用PCA，PCA-HCA，PCA-DA方法，可将其余四种ILs实现互相区分。研究结果表明，ATR-FTIR结合化学计量学方法对常见ILs进行定性分析，具有方便、快捷、准确的优点，可作为ILs种类的快速筛选方法。     

某半合成青霉素制药废水的水质指纹特性

近年来,地表水中时有抗生素检出,且浓度较高,因此加强抗生素废水的监管势在必行。三维荧光技术快速、简便且灵敏度高,可以反映有机物组成,其光谱被称为水质指纹。选取某典型半合成青霉素制药废水进行水质指纹特性研究。该废水共有4个主要水纹峰,分别位于激发波长/发射波长为360/445,255/445,275/305和230/300 nm附近。在一定浓度范围内,各峰强度与污染物浓度呈现良好的线性关系。该废水的两个峰275/305和230/300 nm可能源于产品中间体左旋对羟基苯甘氨酸邓钾盐、产品阿莫西林和水解产物左旋对羟基苯甘氨酸等。pH对水质指纹有明显影响,这显示出某些荧光污染物可能具有酸碱基团。水质指纹能够用于该种抗生素制药废水的监测。     

表面增强拉曼光谱法快速检测猪肉中氟尼辛葡甲胺残留

氟尼辛葡甲胺（FM）是动物专用的非甾体类消炎药,是兽医临床上最常用的消炎镇痛类药物。近年来,随着其应用范围的扩大,其不良反应逐渐显现,其在兽肉中的残留引起了人们的重视。目前猪肉中FM残留的主要检测方法为色谱法、色谱质谱联用法。设备昂贵、笨重、操作复杂等缺点极大的限制了这类方法在现场快速检测中的应用,表面增强拉曼（SERS）具有指纹识别、迅速检测、便携等优势,能克服色谱技术在现场检测中带来的不便,因而近年来被广泛应用于兽药残留的快速筛查检测。因此,为实现猪肉中FM的现场快速检测,建立了猪肉中FM的SERS检测方法。用柠檬酸钠还原氯金酸钾的方法制备金溶胶,通过单因素实验确定在样品与金胶体积比为1∶3,样品pH为6,不添加促凝剂,为检测条件。用密度泛函理论计算理论光谱,结合固体拉曼光谱,对各峰进行振动模式归属。其中731 cm-1处为吡啶环、苯环摇摆,1 085和1 376 cm-1处均为苯环上C—H振动。之后通过优化萃取前处理方法与萃取剂的选取,建立了猪肉中FM的定性定量检测方法。在该方法中,FM在猪肉基质中的特征峰为731,1 085和1 376 cm-1。选取731 cm-1作为定性定量峰,该处拉曼强度与FM浓度在1～250 mg·L-1内有良好的线性关系,R2为0.99。对加标样品的实际浓度进行检测,其检测限为1 mg·L-1,回收率在89.61%～95.63%,RSD在1.80%～3.30%内。该法稳定、快速、简单,可实现FM在猪肉中的现场快速筛查检测。     

城市污水的三维荧光指纹特征

传统表征有机物含量的水质参量如化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)等只能表示总量,无法展示有机物成分.荧光光谱可以作为一种新型的水质表示方法,它像指纹一样与水样一一对应,被称为水质荧光指纹.采用三维荧光光谱(EEM)技术研究了城市污水荧光指纹特征,结果表明城市污水具有4个典型荧光区,各区的荧光中心、强度以及1区荧光中心λex=280 nm,λem=340 nm与2区荧光中心λex=225 nm,λem=340 nm的荧光强度的比值可以作为城市污水的主要荧光指纹特征.荧光指纹包含了大量污染物信息,通过与城市污水中典型污染物质的荧光光谱的比对,初步确定了各荧光区可能的荧光信号来源.荧光指纹法可表示有机物类型和含量,可作为化学需氧量和生化需氧量等参量的有益补充.     

某头孢制药废水的水质指纹特征

荧光光谱与水样一一对应,被称为“水质指纹”。水质指纹可指示污染的出现,是新型水质预警方法。头孢类抗生素是国内外使用最多的抗感染药物,环境危害较大。我国头孢类药物的生产量在逐年增加。因此,研究头孢类废水的荧光指纹特征对监测该类废水的排放、保护水生生态环境具有重要的意义。本文研究了某头孢制药废水的水质指纹特征。该废水的水纹上有6个峰,按发射波长可以分为两组,第一组峰的激发波波长/发射波波长分别在230/350,275/350,315/350 nm附近,第二组分别在225/405,275/410和330/420 nm附近。激发波波长/发射波波长在230/350 nm处的水纹峰强度最强。在同一组中,激发波长越小的峰的强度越大。pH明显影响头孢废水水纹中峰的位置和强度。随pH上升,第一组峰的强度会减少,产生荧光淬灭;第二组峰的强度增大,属于荧光增敏现象。这可能与废水中含有带碱性基团和酸性基团的荧光有机物有关。因为有机弱酸或弱碱的分子及其相应的离子就会在水中同时存在,而这两种形式由于空间结构的差异,发光性能上也可能差异显著。当pH变化时,造成了水中这两种型体的比例会发生变化,从而导致荧光光谱的形状和强度的改变。综上所述,该头孢制药废水具有独特的水质指纹特征。该水质指纹特征可作为水体中快速识别该制药废水存在的新方法。     

石化废水的三维荧光光谱特征

石化废水是我国的主要工业废水之一,水量大、污染重.废水含有大量荧光物质,它的荧光光谱可以展现有机物组成,就像指纹一样与水样一一对应,被称为水质荧光指纹,简称水纹.论文通过对我国某大型石化企业的废水的三维荧光光谱特征的研究,揭示出石化废水荧光指纹丰富的特点,它含有近10个荧光峰,其中激发波长、发射波长(λex/λem)=...     

某印染废水的水质指纹特征

水质指纹携带了水样的发光有机物组成的信息,可以作为一种新方法来弥补COD和TOC等传统理化参数只能给出有机物总量信息的不足。印染废水是我国水量最大的工业废水之一,其特点是水量大、污染重,含有大量发光有机物质,且难降解,其对自然水体的危害尤为明显。对我国某印染废水处理厂废水进行了连续采样,对水样的水质指纹特征进行了研究。结果表明,该厂印染废水水质指纹特征比较明显,水质指纹上主要有激发波长/发射波长分别为230/340和280/310 nm左右的两个峰,其中230/340 nm处的强度最强,280/310 nm处的强度次之,各峰波长和强度比较稳定。该印染废水的两个水纹峰的峰强呈正相关关系,线性相关系数为0.910 8,斜率为1.506。激发波长/发射波长为280/310 nm的强度与230/340 nm强度比值的平均值为0.777,范围为0.712～0.829。对该印染污水水质指纹的可能荧光物质进行分析,结果表明生活污水和苯胺类物质的水质指纹与该印染污水的水质指纹不同,而几种大量使用的染料的水质指纹与该印染污水的水质指纹大致相同,所以染料的大量使用可能是导致印染废水产生上述典型水质指纹特征的主要原因。水质指纹可以用于水体水质预警。     

某兽药抗生素废水的荧光水质指纹特征

以某兽药抗生素废水为例,研究了基于三维荧光光谱的水质指纹(简称水纹)技术用于揭示废水有机成分性质的可行性。该废水具有4个典型水纹峰,峰的激发波长/发射波长分别为225/345,275/345,325/405和405/470 nm,编号A,B,C和D,各峰强度关系B>A>C>D。其中A峰和B峰的荧光强度较高,分别为(0.64±0.21)和(0.99±0.30) R.U,线性相关系数为0.95,且发射波长相同,很可能是同一种物质产生的。各水纹峰强度与COD都有明显的正相关性,线性相关系数R2达到0.66～0.70。C峰对应的有机物部分降解或降解速率较低,而其余3个水纹峰对应的有机物可以被较好降解。出水中新出现的荧光峰260/425 nm可能是废水微生物处理过程中新生成的腐殖质。上述研究表明,该兽药抗生素制药废水具有独特的水纹特征,水质指纹鉴别技术可以作为水体中识别该废水存在的新方法,水纹信息还可以反映废水有机物总量和有机成分的性质,对难降解废水的处理设计和运行均有一定价值。     

拉曼光谱技术在病原微生物检测中的应用

病原微生物是指可侵犯人体,引起感染的微生物,临床上由病原微生物感染引发的疾病极为常见。传统的临床病原菌诊断主要依赖于细菌培养,但此方法耗时长,往往需要2～5 d才能得到检测结果,并且存在部分细菌培养困难甚至无法培养的问题。在无法鉴别菌种以及药物敏感性的情况下医生凭借经验使用广谱抗生素,加速了细菌耐药性的产生。因此,病原微生物的高灵敏快速检测方法研究成为重要研究方向。拉曼光谱技术是一种对待测样品进行原位、非侵入性检测的技术,可在单细胞水平上提供微生物细胞中不同生物分子的指纹图谱信息,通过这些信息可以确定微生物的种类、生理特征和突变表型等,实现对微生物样品的快速检测。随着激光光谱学的快速发展以及临床需求的不断增加,促使了以拉曼光谱检测技术为核心的亚技术诞生（如：表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、激光共振拉曼光谱技术、共聚焦显微拉曼光谱技术、相干反斯托克斯拉曼光谱以及受激拉曼光谱等相关技术）,同时改善了以往拉曼光谱技术信号强度弱的不足,以实现对微生物高精度的快速检测分析。凭借着其具有对样本的状态没有限制以及能够检测物质成分微小变化的优势,近年来对拉曼光谱在病原微生物领域的研究日渐增多。对微生物检测的研究现状进行了调查和分析,围绕着拉曼光谱技术原理对其在微生物检测中的应用进行了具体阐述,其中主要对该技术在病原微生物鉴定以及药敏检测中的研究进展展开讨论,并就其与传统检测技术之间的差别和优势进行分析,展示了拉曼光谱技术作为病原微生物的快速检测新方法的前景。     

荧光指纹技术——化学试剂质量检测新工具

产品质量控制一直是工业生产的重点,但缺乏简便可靠的检查方法。利用荧光指纹技术对不同厂家和相同厂家不同批次的色谱纯正己烷进行了研究。结果表明,不同厂家和相同厂家不同批次的产品的荧光指纹都有差异,国产的正己烷普遍荧光峰数量多、强度高、变化大,反映出杂质种类多、含量高、产品质量不稳定的特点。而进口著名品牌的产品则荧光峰数量稳定,且强度低。这个研究表明,荧光指纹技术在产品质量检测方面具有潜在价值。