近红外技术的广西速生桉抽出物含量测定与模型优化

为解决速生桉抽出物测定方法繁琐耗时,木浆生产能耗居高不下等问题,以引种的3种广西速生尾巨桉原料(DH32-29, DH32-26, DH33-27)为研究对象,采集了144个样本的近红外光谱,按国标方法测定全部样品的苯醇抽出物和1%NaOH抽出物含量。在Matlab 8.0中采用信号平滑,一阶、二阶导数,矢量归一化,多元散射校正等方法预处理原始光谱,用偏最小二乘法、支持向量机法和人工神经网络法以及常用于宏观经济分析的LASSO法分别结合上述预处理方法建立模型,筛选出最优建模方法。运用遗传算法对波段进行选择,提高了模型的精确度从而优化了模型。确定了建立苯醇抽出物含量模型时,可联用平滑、 MSC和一阶导数预处理光谱数据,以1 345.0～1 821.4和2 127.8～2 241.3 nm区间波段参与建模,建模方法为偏最小二乘法,最佳主成分数为9时,模型有最好的精确度。其RMSEP值可达0.25%,绝对偏差范围为-0.39%～0.38%。筛选出的波段包含了如1 410和1 447 nm附近酚羟基伸缩振动的一级倍频, 2 133 nm处苯环上碳氢键的伸缩振动与碳碳双键伸缩振动的合频等苯醇抽出物的特征波段。建立1%NaOH抽出物分析模型时,可联用平滑、矢量归一化和一阶导数预处理,选择1 138.2～2 363.0 nm波段数据,建模方法为LASSO,选取的调整参数值μ为12.61,此时模型精确度最高。RMSEP值为0.37%,绝对偏差范围为-0.56%～0.53%。筛选出的波段包含了1 158和1 170 nm附近乙酰脂基团CH_3中C—H的伸缩振动二级倍频吸收, 1 666, 1 681和1 790 nm附近CH_3中C—H伸缩振动的一级倍频吸收等特征吸收。模型的预测能力从组分结构角度得到了解释。模型的RPD值分别为4.67和5.77,模型性能均可满足实际需求,有望应用于制浆造纸生产线上的速生桉抽出物含量分析。研究结果表明,通过预处理方法选择和建模方法选择,结合遗传算法的应用,可以建立并优化广西速生桉木抽出物含量的近红外测定模型;同时, LASSO算法作为一种新兴算法,在近红外光谱分析中表现出了较好的处理共复线性数据的能力,可以建立准确性较好的分析模型。     

丹参酮ⅡA和隐丹参酮近红外光谱的2D-COS解析及其在丹参酮提取物近红外模型中应用

采用二维相关光谱（2D-COS）技术,以氘代氯仿为溶剂,解析了丹参酮ⅡA和隐丹参酮标准品的近红外光谱（NIR）。丹参酮ⅡA和隐丹参酮二维相关切片谱在1 600~1 800,1 900~2 230和2 300~2 400 nm处有特征吸收,其中丹参酮ⅡA在1 640和2 140 nm处有不同于隐丹参酮的呋喃环双键一级倍频和组合频吸收,1 696 nm为丹参酮ⅡA和隐丹参酮分子中甲基伸缩振动二级倍频,1 726和1 740 nm处吸收为丹参酮ⅡA和隐丹参酮环己烯亚甲基伸缩振动二级倍频,2 146和2 220 nm为丹参酮ⅡA和隐丹参酮苯环C—C伸缩振动与C—H伸缩振动的组合频,2 300～2 400 nm处一系列峰为丹参酮ⅡA和隐丹参酮甲基伸缩振动与弯曲振动组合频吸收。以丹参酮提取物为载体,以丹参酮ⅡA和隐丹参酮光谱解析特征波段及组合间隔偏最小二乘（SiPLS）筛选特征波段分别建立偏最小二乘（PLS）定量模型,模型的决定系数R2均大于0.9,校正均方根误差（root mean of square error of calibration, RMSEC）和交叉验证均方根误差（RMSECV）,预测均方根误差（RMSEP）均较小。结果表明,2D-COS技术解析特征波段与SiPLS波段筛选所建PLS模型均稳定。2D-COS技术使近红外定量模型更具解释性,可解析出结构差异特征吸收,同一波段可实现结构类似物的同时定量测定。     

油砂光谱特性及其含油率遥感估算研究

可见光-近红外(visible near infrared, VNIR)高光谱以其光谱分辨率高、波段连续性强,能够反映烃类物质诊断性吸收特征,在烃类能源的识别和调查研究中得到广泛应用。对研究区的油砂光谱进行特征分析,研究显示油砂样品在1 740～1 780,2 300～2 340和2 340～2 360 nm波段均具有由烃类基团弯曲和伸缩振动引起的吸收光谱特征,同时当油砂含油率较低时,引起1 700～1 730 nm波段振动的烃类基团较少,使得在此波段区间产生较微弱甚至不产生烃类吸收特征,随着含油率的增加,1 700～1 730 nm附近开始出现明显的烃类吸收谱带。鉴于含油率是油砂资源储量分析过程中的关键参数,基于油砂中烃类基团在VNIR波段由于弯曲和伸缩振动等引起的一级倍频和合频形成的特征吸收,采用光谱的吸收深度量化特征吸收谱带的响应强度,根据含油率与油砂光谱中1 740～1 780,2 300～2 340和2 340～2 360 nm等烃类特征谱带吸收深度的Pearson和偏相关关系,确立含油率光谱响应强度的关联模式,进而应用单变量一元线性回归方法(unary linear regression,ULR)和多变量偏最小二乘方法(partial least squares regression,PLSR)进行油砂含油率光谱估算研究。结果表明,利用2 350 nm附近吸收深度作为变量的含油率URL估算模型和1 758,2 310和2 350 nm附近吸收深度作为变量的PLSR估算模型精度较高,可为含油率的快速估算提供科学的参考依据。     

全血胆固醇、甘油三酯近红外光谱分析与模型优化

为验证近红外光谱测量全血中胆固醇和甘油三酯的可行性,采用近红外透射光谱结合化学计量学方法建立胆固醇和甘油三酯定量分析模型。获取全血在近红外全波段800～2500nm范围的透射光谱后,通过采用间隔偏最小二乘法(iPLS)进行特征波段的选择实现对分析模型的优化。经优化后的胆固醇、甘油三酯分析模型的特征吸收波段分别为1650～1730nm和2260～2340nm,预测相关系数分别为0.79和0.865,预测均方根误差分别为0.5mol/kL和0.28mol/kL。研究结果表明近红外光谱技术可用于测量全血胆固醇、甘油三酯的含量,运用间隔偏最小二乘法可确定特征吸收波段和优化分析模型。     

近红外光谱分析技术在宝石研究中的应用

运用傅里叶变换红外光谱仪对常见宝石、玉石、有机宝石的近红外光谱进行分析研究以及谱峰归属。宝石的近红外光谱表明,宝石矿物中广泛存在不同类型水的合频、倍频吸收峰,也可出现能量较低的电子跃迁吸收峰,其中水分子组合频吸收峰位于5 200 cm-1±,OH的倍频吸收峰位于7 000 cm-1±,以5 898 cm-1±和7 849 cm-1±为中心的强宽吸收谱带为能量较低的电子跃迁吸收峰,并且当只有7 000 cm-1±出现时表明水以—OH的形式存在于宝石中,当5 200和7 000 cm-1±吸收峰同时存在则表明宝石矿物中水的存在形式既有水分子也有—OH。而有机宝石近红外光谱以7 000 cm-1± NH伸缩振动的一级倍频和5 200 cm-1± NH伸缩振动与酰胺Ⅱ的组合频为特征。但是,近红外光谱吸收峰的峰位、峰型、相对强度因有机宝石的品种不同而有所区别。苯环中CH的伸缩振动与弯曲振动组合频吸收峰(4 061和4 179 cm-1±)、CH伸缩振动与苯环骨架振动的组合频吸收峰(4 621和4 683 cm-1±)为经过有机物充填处理的宝玉石的特征谱峰,其中,与苯环有关的吸收峰,表示样品经过充填处理,指示样品中环氧树脂的存在。     

应用ATR-FTIR研究铜唑类防腐剂在竹材中的固着机理

以竹材作为试验材料,研究铜唑类防腐剂在竹材中的固着机理。研究的目的在于了解铜唑防腐剂与竹材的相互作用的具体情况,从理论上为防腐剂配方的设计和优化、防腐处理工艺改良提供依据。制备竹材木质素和竹材综纤维素,采用衰减全反射傅里叶红外光谱研究铜唑防腐剂与竹材主要组分的相互作用,结果表明药剂处理后木质素的红外谱图发生了明显的变化,木质素的特征峰(1 510 cm-1附近)变化较大,木素的酚羟基参与了木质素-铜络合物的形成;药剂处理后综纤维素的谱图变化不大,只是半纤维素的羧基以及半纤维素的酰氧键(CO—O)伸缩振动发生变化,说明铜唑类防腐剂在竹材中的固着主要在发生半纤维素和木质素上。     

基于叶片高光谱特性分析的树种识别

高光谱遥感技术的出现将为解决森林树种的精细识别难题提供有效的途径。利用高光谱遥感技术进行树种鉴别时,光谱特征的选择及提取是个非常重要的过程。与多光谱数据相比,高光谱数据具有波段多、数据量大、冗余度大等特点。该文利用光谱微分法对原始光谱数据进行处理,分析不同树种原始光谱、光谱一阶微分和光谱二阶微分曲线图,从中选择差异较大的波段用于鉴别不同树种。最后利用欧氏距离对所选择的波段进行检验识别不同树种的效果,检验的结果显示选择的波段能有效地区分不同树种。区分不同树种的有效波段大都位于近红外波段, 并且差异最大的波段也是近红外波段,其分别为1 657～1 666和1 868～1 877 nm。     

厚朴酚近红外光谱的2D-COS解析及其在藿香正气口服液模型中应用

以氘代氯仿为溶剂,以中药化学标准品厚朴酚为载体,采用二维相关光谱(Tow-dimensional correlation spectroscopy, 2D-COS)技术,采集近红外光谱(near infrared spectroscopy, NIR),由氘代氯仿纯溶剂与厚朴酚原始光谱的二维相关同步谱可知,厚朴酚在1 365～1 455, 1 600～1 720, 2 000～2 181和2 275～2 465 nm处有特征吸收,其中1 440 nm为酚基O—H伸缩振动基频的一级倍频谱带,1 679 nm为芳基C—H及与芳基相连的甲基C—H伸缩振动一级倍频谱带,2 117, 2 304, 2 339和2 370 nm为芳基C—H伸缩振动、弯曲振动和变形振动的组合频,2 445 nm为芳基相连的甲基C—H弯曲振动基频二级倍频谱带,这些波段为厚朴酚的特征归属。以藿香正气口服液复杂体系为载体,以厚朴酚光谱解析的特征波段与间隔偏最小二乘(interval partial least squares, iPLS)和组合间隔偏最小二乘(synergy interval partial least squares, SiPLS)筛选的特征波段分别建立偏最小二乘(partial least squares, PLS)定量模型,模型的决定系数R2_cal 和R2_pre均大于0.99,校正均方根误差(root mean of square error of calibration, RMSEC),交叉验证均方根误差(root mean of square error of cross validation, RMSECV)和预测均方根误差(root mean of square error of prediction, RMSEP)均较小。结果表明,2D-COS技术解析厚朴酚所得波段建立的定量模型与iPLS和SiPLS波段筛选的模型均相对稳定,这使定量模型的波段选择更具有解释性。该研究为中药化学成分NIR光谱解析特征波段的归属提供方法参考,同时为NIR建模波段筛选提供借鉴和指导。     

杉木综纤维素和木质素的近红外光谱法测定

用近红外光谱法对杉木中综纤维素和木质素含量进行了快速测定。用常规湿化学方法测定了48个杉木木材样品的综纤维素和木质素,用近红外光谱仪采集相应的光谱,进行二阶微分处理和平滑预处理后,用偏最小二乘法和完全交互验证方式建立相应预测模型。综纤维素校正模型和预测模型的相关系数分别为0.96和0.93;预测标准误差分别为0.39和0.50;木质素校正模型和预测模型的相关系数分别为0.99和0.90;预测标准误差分别为0.10和0.28。结果表明,近红外光谱法可以快速分析木材中综纤维素和木质素含量。     

20种氨基酸近红外光谱及其分子结构的相关性

旨在研究20种氨基酸的分子结构与其近红外光谱的相关性,为氨基酸近红外光谱在动物科学、食品和医药等方面的推广应用奠定一定的理论基础。应用岛津傅里叶变换红外光谱仪IRPrestige-21及其近红外附件FlexIRTM Near-Infrared Fiber Optics module,采集20种氨基酸标准物质在1 000～2 502 nm波长范围内的近红外光谱,分辨率8 cm-1,每个样品扫描3次,每次扫描50遍,取其平均值为氨基酸标准品的近红外光谱。根据氨基酸侧链基团的不同,分别比较脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸中各氨基酸分子结构与其近红外光谱的相关性。研究表明,20种氨基酸在1 000～2 502 nm区域有非常明显的近红外光谱吸收且差异显著。分子量较大的脂肪族氨基酸其近红外光谱受侧链基团的影响较大,而甘氨酸近红外光谱受羧基和氨基的影响较大;两种芳香族氨基酸近红外光谱的差异主要来自于苯环,酪氨酸苯环上的—OH基团降低了苯分子的对称性,导致更多振动吸收峰的出现;杂环氨基酸因其侧链上杂环分子基团构成不同,其近红外光谱在1 600～1 800 nm区域差异较大。综上,20种氨基酸主要存在4个特征光谱区：第1特征光谱区为1 050～1 200 nm主要由C—H基团的二级倍频构成;第2特征光谱区为1 300～1 500 nm主要由C—H基团的组合频构成;因侧链基团分子构成不同,在第3特征光谱区1 600～1 850 nm和第4特征光谱区2 000～2 502 nm表现出差异较大的特征吸收峰。因此,可以利用此4个近红外光谱特征区域对氨基酸进行定量和定性分析,提高氨基酸近红外光谱模型预测的准确性。     

非晶纳米过氧聚钨酸的Raman谱、热稳定性及UV-Vis光吸收特性

过氧聚钨酸是通过化学途径合成各种纳米结构氧化钨的重要前驱物之一。本文以双氧水(H₂O₂)、钨粉(W)和无水乙醇为原料合成了过氧聚钨酸溶胶,随后在常温下长时间放置,直至自然凝固,并在120 ℃干燥3 h后得到最终的深黄色胶状固体。利用XRD、SEM、Raman谱、TG/DSC分析和UV-Vis谱等分别考察了样品的成分结构、热稳定性和UV-Vis光吸收特性。宽的XRD峰表明样品是非晶结构,明显峰位的高斯型拟合表明样品是氧化钨与水合氧化钨的复合物。SEM表明样品呈纳米颗粒状(50～100 nm)和片层状形貌(厚约50 nm)。宽而明显的Raman峰的高斯型拟合进一步表明样品是非晶氧化钨和水合氧化钨的复合物,不仅拥有非常明显的O—W—O对称伸缩、非对称伸缩和WO振动,而且伴有O—W—O对称弯曲、非对称弯曲及吸附水的振动模式。TG/DSC分析表明过氧聚钨酸凝胶固体在120～500 ℃范围内存在四个不同的热力学过程：(Ⅰ)过氧聚钨酸凝胶固体的缓慢晶化(120～165 ℃);(Ⅱ)H₂O₂的分解和H₂O的去吸附(165～236 ℃);(Ⅲ)水合氧化钨的快速分解(236～287 ℃);(Ⅳ)最终产物WO₃的晶化和相变(287～500 ℃)。UV-Vis谱表明样品在350～600 nm范围存在一个明显的带边吸收,其光学带隙约2.25 eV,明显低于当前已报道的WO₃和H₂WO₄的带隙值(2.45～3.50 eV)。存留在复合物中的水分子、氧缺陷以及结构性畸变应该是导致其拥有较窄带隙的关键因素。     

基于密度泛函理论的肾上腺素分子的光谱分析

肾上腺素是一种神经和激素的传送体,研究肾上腺素分子的光谱和能级有助于了解其化学稳定性和药理作用。基于密度泛函理论（DFT）,利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G（d,p）基组水平上对肾上腺素分子进行结构优化,采用含时密度泛函理论（TD-DFT）的PBE方法在def2tzvp基组水平上计算肾上腺素分子在气相中的前20个激发态,利用Multiwfn3.7（dev）软件绘制出其紫外光谱图并对激发性质进行分析。肾上腺素分子紫外光谱对应的主要跃迁是从基态分别到第1,2,4,8,15和16激发态的跃迁,其他的激发态的振子强度低于阈值0.03。理论计算得出肾上腺素的紫外光谱有两个吸收峰,分别位于206.23和273.92 nm,206.23 nm峰主要由基态跃迁到第16激发态形成,273.92 nm峰主要是基态跃迁到第2、4激发态形成,主要是由苯环上π→π*跃迁所产生,并与实验光谱吻合较好。对肾上腺素分子的激发态性质分析可知,上述吸收峰都是在最高占据轨道和最低空轨道的临近轨道跃迁产生的。利用密度泛函的PBE方法在6-311G（d, p）的基组水平上计算肾上腺素分子频率并绘制红外光谱,由振动分析可知,3 738和3 662 cm-1峰是由酚羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,3 715 cm-1峰是由醇羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,2 854 cm-1峰是由甲基的C18-H20键的伸缩振动产生的特征吸收峰,1 516和1 439 cm-1峰是苯环骨架的伸缩振动的特征吸收峰,1 279与1 057 cm-1峰分别是由C6-O10和C12-O23键伸缩振动产生的特征吸收峰,620 cm-1峰是N22-H17键摇摆振动的特征吸收峰。对比肾上腺素的实验红外光谱,发现理论光谱与实验光谱中各基团的特征吸收峰都较为明显且总体吻合较好。由于肾上腺素分子二聚体和多聚体之间形成氢键,分子间氢键的形成削弱了O-H键的强度,降低了能形成分子间氢键的羟基O-H的伸缩振动频率,从而导致实验光谱在3 500～2 500 cm-1之间呈现出一个宽峰。     

Investigation of the IR spectra of weakly hydrogen-bonded complex Cl<Subscript>3</Subscript>CH…O(CD<Subscript>3</Subscript>)<Subscript>2</Subscript> in a cryosolution in liquid krypton

The IR absorption spectra of cryosolutions of chloroform, dimethyl ether, and their mixtures in liquefied krypton have been measured. It has been shown that, in solutions of mixtures, Cl₃CH…O(CD₃)₂ complexes with a weak hydrogen bond are formed. The spectral characteristics of individual absorption bands that refer to proton donors and to proton acceptors have been determined. From temperature measurements of the integrated intensities of the bands of monomers and of the complex (T ~ 120–160 K), the enthalpy of the complex formation has been estimated. The measurement data have been analyzed in comparison with the results of ab initio calculations in terms of the МР2/6-311++G(2df, 2pd) approximation. The analysis has been done taking into account peculiarities of the dipole moment function of chloroform and possible effects of the anharmonic interaction between the С–Н stretching vibration and the overtone of the Cl–C–H bending vibration.     

软玉中结构水类型和近红外光谱解析

利用傅里叶变换近红外光谱分析技术, 对源自国内外不同产地的软玉进行了测试与分析。结果表明在7 000～7 400 cm-1波数范围内,部分产地的软玉中出现四个由羟基倍频振动致近红外吸收谱带,分别归属OH(Mg MgMg),OH(MgMgFe2+),OH(MgFe2+Fe2+),OH(Fe2+Fe2+Fe2+)的倍频振动所致, 并与软玉中透闪石矿物晶体结构中M1和M3位置的Mg2+,Fe2+占位有关。随着透闪石中Fe2+/(Fe2++ Mg2+)比值的增大,亦可导致软玉中羟基NIR谱带的进一步分裂,谱带数目和强度增加,并向低波数方向位移。文中对软玉中羟基NIR光谱的产地鉴别意义一并给予了讨论。     

植物纤维原料的近红外光谱吸收机理的研究

研究发现,植物纤维原料中的木素、纤维素、半纤维素和提取物等主要成分的近红外光谱吸收、同一成分中的不同基团的近红外光谱吸收、不同结构的基团的近红外光谱吸收相互重叠,导致植物纤维原料的近红外吸收光谱十分复杂。然而研究结果表明木素与碳水化合物在C—H键的第一倍频区(1600—1800nm)有明显的吸收差别,木素的苯环在1668nm处有吸收峰,而碳水化合物由于没有苯环C—H键而没有发现有此吸收峰。这反映了植物纤维原料中木素组分在近红外光谱区的信息具有特征吸收,为植物纤维原料的性质分析提供了理论基础。     

犀牛角及其替代品的红外光谱分析

对犀牛角及其替代品进行红外光谱分析,结果表明,犀牛角在2350cm-1有两个磷脂P-H伸缩振动的吸收峰,水牛角在此处也有两个吸收峰,强度稍高于犀牛角,而其他角样品在此处只有一个吸收峰或无吸收峰;在1733cm-1有氨基己糖和磷脂的C=O伸缩振动弱吸收峰,在881cm-1有牛磺酸的S-O伸缩振动吸收峰,其他角样品都无此吸...     

衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)在琥珀检测与研究中的应用

红外光谱分析是矿物材料研究中常用的一种表征手段,而衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR) 由于其快速、无损且能够进行微区检测等优势在而被广泛使用。以不同产地琥珀、柯巴树脂和覆膜处理琥珀为研究对象,通过BRUKER LUMOS独立式红外显微镜对样品的ATR-FTIR光谱进行测试与分析。结果表明：ν(CC)伸缩振动在1 643 cm-1和δ(芳C—H)弯曲振动在889 cm-1两处的红外吸收谱带均出现在多米尼加和俄罗斯琥珀中;由ν(C—O)伸缩振动在1 300～925 cm-1范围内的红外吸收谱带对于琥珀的产地具有一定的指示意义;ν_as(CH₂)不对称伸缩振动在3 080,1 643和887 cm-1三处的红外吸收谱带为柯巴树脂所特有,具有重要的鉴定意义;覆膜琥珀显示琥珀和人工树脂混合红外光谱,除琥珀特有的红外光谱之外,760和702 cm-1红外吸收谱带为人工树脂中γ(芳C—H)面外弯曲振动所致。ATR-FTIR在琥珀的成因、产地及优化处理品种的检测具有重要的意义。