枸杞子四种原性状的FTIR光谱法鉴别

本文利用傅里叶变换红外（FTIR）光谱法无损快速鉴别了枸杞了的四种原性状。结果表明：不同颜色、不同味道、不同质地及不同形状的枸杞子的红外光谱谱图较为特征,各种枸杞子的红外官能团吸收均遵循一定的变化规律。该方法快速、简便、直观、样品不需要分离提取。     

基于枸杞红外光谱人工神经网络的产地鉴别

应用红外光谱技术,快速鉴别枸杞药材产地。利用傅里叶变换红外光谱, 测定了45个来自青海省不同产地的枸杞样品的红外光谱。以常规预处理方法和小波变换对红外光谱原始数据进行了预处理。对比常用的窗口移动平滑预处理、标准正态变换以及多元散射校正, 小波变换是一种有效实用的光谱预处理方法。为了提高神经网络的训练速度, 在利用人工神经网络建立模型之前, 通过小波变换的方法对光谱变量进行了压缩, 同时对建立的模型的相关参数进行了详细的讨论。结果表明,红外光谱数据压缩到原来的1/8,其分析精度与原始光谱数据基本相当。以压缩了的光谱数据作为反向传播(BP)网络的输入变量,产地类别作为神经网络的输出变量,建立3层人工神经网络。其中隐含层神经元个数为5个,输出层神经元个数为1个。隐层的传递函数是tansig,输出层传递函数是purelin,网络训练函数trainlm,权阈值的学习函数是learngdm。net.trainParam.epochs=1 000,net.trainParam.goal=0.001。对10个未知枸杞产地类别进行了预测,预测结果准确率达100%。实验表明, 建立的模型能够正确地对枸杞样品快速地进行产地鉴别。红外光谱法结合人工神经网络可作为中药材产地分类鉴别的一种新的现代化方法。     

枸杞产地的红外指纹图谱与聚类分析法研究

本文首次采用傅里叶变换红外 (FTIR)光谱法并结合SMICA聚类分析法对不同产地 :宁夏玉西、宁夏中宁及内蒙古托克托旗的枸杞进行了聚类分析。结果表明 ,聚类分析技术对来自不同产地的枸杞可进行鉴别 ,该法快速、准确 ,为客观评价中药材的来源提供了一种新的方法。     

甘草真伪品的FTIR光谱法鉴别研究

采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱法并结合二维相关(Two-dimensional correlation spectroscopy)分析技术分别对药用植物甘草(药材对照品)及其伪品刺果甘草进行了无损快速鉴别研究。 结果表明：虽然甘草和伪品刺果甘草都是来源于同一科属,但两者所含化学组分的含量不同,其红外光谱图既有一定的差异,又有一定的相似。 而在红外二阶导数谱图上差异较明显,在二维红外谱图的差别不但较明显而且很直观。 凭借这些差异,可方便地进行真伪鉴别,同时还进一步表明了这两种甘草药材中化学组分之间的差异。 该法无损,快速,准确,样品量少,为客观评价中药材的来源,真伪,优劣等提供了一种新的方法和手段。     

枸杞子的共焦显微拉曼光谱鉴别

利用共焦显微拉曼光谱无损快速鉴别了宁夏枸杞和北方枸杞样品。宁夏枸杞和北方枸杞的拉曼谱图有明显的差别 ,易于区别。该方法快速、准确、操作简单、不需对样品进行提取分离、可直接进行测定     

三七及其伪品二维相关红外光谱法的鉴别研究

采用红外光谱法和二维相关红外光谱技术,对三七及其伪品姜黄、白术进行了快速无损的鉴别研究。结果表明:在红外谱图上,三七及其伪品姜黄、白术均有黄酮、芳香类和糖苷类成分的特征吸收峰,但存在一定的差异。在二维红外谱图上,根据三者的自动峰的位置、数量和峰的相对强度的差异,可快速将三者鉴别出来。因此,常规红外光谱法和二维相关红外光谱技术相结合可实现三七的真伪鉴别。     

基于FTIR的苔藓植物表征关系除趋势对应分析

苔藓植物是一类重要高等植物。但是,苔藓植物体型小,可供鉴别性状少。应用OMNI采样器-傅里叶变换红外光谱直接测定法鉴别植物样品具有简便、快速和准确的优点。应用傅里叶变换红外光谱直接测定法测定了苔藓植物26种30个样品的红外光谱,以波数-吸光度为指标来表征吸收峰,以红外光谱图为对象,应用除趋势对应分析(Detrended Correspondence Analysis, DCA)比较了30个样品在红外光谱图上的差异程度。结果发现,基于傅里叶变换红外光谱的除趋势对应分析反映出苔藓植物红外光谱的差异与它们分类关系有较好的对应性。因此,应用傅里叶变换红外光谱直接测定法能够鉴别药用苔藓植物。     

不同储存年份普洱茶傅里叶变换红外光谱研究

为了寻求一种快速鉴别普洱茶年份的方法,采用傅里叶变换光谱技术,比较了不同年份普洱生茶和普洱熟茶的红外特征谱的异同。研究表明,两种普洱茶的红外光谱波形相似,但由于陈化时间不同,内含化学成分存在着差异,它们具有各自的红外特征谱。同时,普洱茶的陈化程度与红外特征谱的1 120～1 570cm-1和400～853 cm-1两个波数间吸收峰的强度和峰形密切相关。利用红外光谱技术可以对不同陈化程度的普洱茶进行鉴别,这为普洱茶年份的快速鉴别提供一种简便、快捷的方法。     

六种蜂花粉的红外光谱三级鉴别研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合二阶导数谱和热扰动下的二维相关红外光谱技术对6种不同花粉,即杏花花粉、油菜花粉、茶花花粉、西瓜花粉、荷花花粉和虞美人花粉,进行了快速无损的鉴别。结果表明,在一维红外光谱图上,不同花粉的蛋白质、脂肪和糖类物质的特征吸收峰在相对峰强和峰位上均存在一定的差异,在二阶导数谱上差异很明显。而在二维红外谱图上,由于6种花粉的自动峰及相关峰峰簇的位置和数量不同,其差别体现得更为明显和直观。因此,三级红外宏观指纹图谱法是鉴别不同蜂花粉种类的一种有效和快速检测方法。     

不同产地茯苓皮药材红外光谱的识别

采用红外光谱、二阶导数光谱和二维相关红外光谱对大别山地区和云南省两大道地主产区的茯苓皮进行鉴别分析。结果表明,不同产地茯苓皮的红外光谱都有1 149,1 079和1 036cm-1等表征糖类成分的特征吸收峰,其中大别山产区(湖北省、安徽省)的茯苓皮中1 619,1 315和780cm-1等表征草酸钙的特征吸收峰比较显著,云南产区的茯苓皮中797,779,537和470cm-1等表征硅酸盐的特征吸收峰更加明显。比较450~1 650cm-1波数范围内的二阶导数红外光谱可知,两个产区茯苓皮所含糖类物质有所不同。在二维相关红外光谱中,不同产地茯苓皮所含糖类物质的差异更加直观显著。红外光谱法直观、简单、方便、快速,可以作为鉴别不同产地茯苓皮,诠释产地与药效之间关联性的一种有效准确的新方法。     

大白菜根肿病的傅里叶变换红外光谱早期快速检测

应用傅里叶变换红外光谱技术对还未表现症状的大白菜根肿病病样进行早期快速检测。结果表明,健康与染病的根部样品谱图存在一定差异,染病的根部样品在红外光谱图中的1 227,1 143和1 105 cm-1有很强的吸收峰,而健康根部样品的谱图没有,结合吸收峰的峰面积值变化,可以对大白菜根肿病进行早期快速检测。同时,以聚合酶链式反应(PCR)进行检测加以佐证。二者在接种5天后均可以检测到大白菜根部组织中的根肿菌。这表明傅里叶变换红外光谱具有灵敏性高、 方便、 快速等优点,可以在病害未显症时进行早期快速检测,为植物病害的早期诊断提供了新的思路及方法。     

人肺组织与肺癌组织FTIR光谱的统计分析

本文应用统计方法分析了人肺正常组织和肺癌组织的FTIR光谱 ,选择光谱谱型参数 ;峰位、峰高、峰位差、峰高比进行比较分析 ,发现有多个变量可以显示两类光谱的差异 ,选择峰高比参数建立了Logistic预测方程为光谱的应用进行了探索。结果表明可以借助数学方法对组织光谱进行数据转换和分析 ,为了研究大量的组织光谱提供思路。     

太平天国侍王府壁画表面修复材料的原位无损FTIR分析

太平天国侍王府壁画是中国南方壁画的典型代表,具有重要的历史、文化和艺术价值。历史上曾对多幅壁画进行过化学保护,部分壁画表面形成了一定厚度的有机物涂层,分析研究壁画保护修复材料成分对于文物保护具有重要的理论和现实意义。由于文物的珍贵性与不可再生性,原位无损分析技术的研究和应用是未来文物分析的发展趋势,基于便携红外光谱仪的反射红外光谱技术是对文物表面材质较为理想的无损分析手段。利用反射傅里叶变换红外(FTIR)光谱对侍王府壁画的地仗层和表面修复材料涂层进行了现场原位无损分析,这在我国古代壁画及其保护修复材料分析中属首次。首先测试了无涂层壁画白色背景位置反射FTIR光谱,并与标准无机矿物光谱比对确定了壁画地仗层成分主要为方解石和生石膏。在此基础上,分析了无涂层和有涂层壁画表面的红外反射特性及地仗层化学成分对表面涂层反射FTIR光谱测试的影响,探讨了应用Kramers-Kronig(K-K)变换处理数据的可行性,确定了K-K变换的应用范围,分析了壁画涂层K-K变换后反射光谱与衰减全反射(ATR)光谱的差异,并通过显微ATR FTIR光谱和热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术分析验证了原位反射FTIR光谱测试结果的可靠性,扫描电子显微镜(SEM)测量了涂层厚度,证明不同厚度涂层均能得到可解析的高质量反射FTIR光谱。最终确定侍王府壁画曾使用过聚醋酸乙烯酯、聚二甲基硅氧烷和三甲树脂三种高分子材料进行过表面加固,并得出壁画保存现状和修复材料及涂层厚度有较大关系。证明了基于反射模式的FTIR光谱技术能准确有效地获取文物表面有机物和部分无机物成分信息。该方法对表面有机涂层尤为敏感,是壁画类文物较为理想的无损分析方法,在壁画保护研究领域具有十分广阔的应用前景。同时,该研究弥补了我国壁画类文物表面有机物原位无损分析的不足,为该领域研究提供了一条新思路。     

基于傅里叶变换红外光谱的大白菜根肿病定量测评

大白菜根肿病是白菜生长中的“癌症”,近年来在我国大面积发生,造成巨大经济损失。现有技术不能满足生产中对根肿病检测的需求,迫切需要一种快速、 简便的大白菜根肿病定量化测评及检测技术。本研究利用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)结合荧光定量PCR(Real-time PCR)技术,进行大白菜根肿病的定量测评技术研究。通过分析芸薹根肿菌、 大白菜发病肿根和健康根的FTIR光谱,选择了1 105,1 145和1 228 cm-1三个根肿菌检测的特异性谱带,利用这三个谱带的峰面积值,建立了芸薹根肿菌的FTIR定量测评模型y=34.17+12.24x₁-9.81x₂-6.05x₃,相关系数r=0.98(p<0.05)。为了验证模型的有效性,田间随机选取10株大白菜根肿病样本,根据建立的大白菜根肿病FTIR光谱定量测评模型,计算大白菜根肿菌Ct值,结果显示平均预测误差为1.60%。说明试验构建的线性模型测定效果良好,可以根据大白菜根部样本的红外光谱,判断芸薹根肿菌的含量。本研究为十字花科蔬菜根肿病的定量、 快速检测提供新的手段,为田间根肿菌的预测预防奠定基础。     

FTIR指纹图谱技术在禹余粮质量控制中的应用

矿物药是中国传统药学中不可缺少的重要组成部分。禹余粮作为常用矿物药之一,在临床上有着广泛的使用和确切的疗效,长期用于治疗久泻,便血和崩漏带下。由于禹余粮原矿物成因复杂,通常由多种矿物组成,且组成比例不一,导致目前市场矿物药禹余粮品种来源较混乱,质量参差不齐,真假难以分辨。2010版《中国药典》所收载矿物药禹余粮的质量控制标准仅有简单的性状和铁盐的化学鉴别项目,不能很好的控制禹余粮的质量。通过FTIR方法建立矿物药禹余粮FTIR指纹图谱,并对禹余粮炮制前后及伪品FTIR图谱进行了比较分析。对不同产地和批次18份禹余粮样品进行分析,FTIR指纹图谱相似度评价以计算共有峰透光率的夹角余弦值获得。结果显示,禹余粮样品的FTIR指纹图谱相似度、相关系数均大于0.90;禹余粮生品、炮制品、伪品红外图谱存在较大差异。阐述了利用FTIR指纹图谱研究禹余粮的成分特征,能够快速、简便地区分真伪及炮制前后的禹余粮样品。禹余粮FTIR指纹图谱的建立为矿物药禹余粮质量评价提供了新方法,为《中国药典》禹余粮药材质量标准的完善提供了依据。     

An Overview of Infrared Spectroscopy Based on Continuous Wavelet Transform Combined with Machine Learning Algorithms: Application to Chinese Medicines,Plant Classification,and Cancer Diagnosis

Abstract

Infrared spectroscopy has been a workhorse technique for materials analysis and can result in positively identifying many different types of material. In recent years there have been reports using wavelet analysis and machine learning algorithms to extract features of Fourier transform infrared spectrometry (FTIR). The machine learning algorithms contain back-propagation neural network (BPNN), radial basis function neural network (RBFNN), and support vector machine (SVM). This article reviews the important advances in FTIR analysis employing a continuous wavelet transform (CWT) and machine learning algorithms, especially in the applications of the method for Chinese medicine identification, plant classification, and cancer diagnosis.     

板蓝根颗粒的红外光谱无损快速鉴别及可视化表达

用傅里叶变换红外光谱对传统中成药板蓝根颗粒进行了研究。对同一厂家不同批次和不同厂家的板蓝根颗粒主要成分板蓝根和大青叶的红外光谱图及二阶导数谱图进行了比较分析,并将谱图进行可视化表达。结果显示,傅里叶变换红外光谱法结合二阶导数谱和谱图的可视化,能够有效地提取配方颗粒的特征指纹谱图,直观地反映出不同生产厂家产品质量的差别及同一生产厂家不同批号产品之间谱图的可重现性,从而实现中成药的无损快速鉴别,为中成药质量检测及监控提供一种方便、有效和直观的方法。     

LC—GC／FTIR联用方法分析丙二酸二乙酯中的污染物

高效液相相色谱－毛细管气相色谱的联机技术具有对样品进行净化，富集，预分离和高效分离的功能。这种二维色谱与傅里叶变换红外光谱的联用技术可明显提高常规ＧＣ／ＦＴＩＲ系统对复杂有机混合物中微量组分的分析检测能力。