广义二维相关光谱技术及其应用

广义二维相关光谱技术目前逐渐成为光谱分析中广泛应用的研究方法,综述了其历史发展、基本原理、获取谱图方法、数学计算过程、谱图性质及其解释规则,并介绍了二维红外、近红外、拉曼和荧光光谱相关光谱技术在各个领域中的应用,展望了广义二维相关光谱技术的发展趋势.     

基于小波变换的二维红外相关光谱鉴别人参的生长年限

探讨了将小波变换处理方法应用到不同生长年限人参的二维红外相关光谱数据预处理中.结果表明:经过小波变换处理后,可以有效提高二维红外相关光谱同步图的分辨率,增强谱图中的信号峰,提高谱图中重叠峰的分离度,还可提供新的信息,从而在很大程度上增强了二维红外相关光谱对复杂体系的分析鉴别能力.借助此方法,可以鉴别人参的生长年限.     

第35届国际光谱会议圆满结束

2007年9月23日至27日,第35届国际光谱会议(CSI)在厦门人民会堂举行.CSI是世界光谱分析方面的顶级峰会,自1949年在法国举行首届国际光谱会议以来,通常每两年举办一次,全世界的光谱学家都以能在国际光谱会议上发表自己的研究成果为荣.     

红外光谱与拉曼光谱产生机理的比较——双原子分子的情形

红外光谱和拉曼光谱是分子光谱学的重要组成部分.在通常情况下,用谐振子与刚性转子可以很好地解释双原子分子红外光谱与拉曼光谱的主要轮廓.用非谐振子、非刚性转子、振动转子或转动振子、对称陀螺可以给出双原子分子红外光谱和拉曼光谱的精线结构.然而,由于双原子分子的这两种光谱的选择定则一部分相同,一部分很相似,因此,许多教科书中都同步介绍两种光谱的产生过程,这样,对初学者来说自然地把注意力集中在两种光谱的产生过程中,往往忽视了两种光谱在产生机理上的不同和各自所具有的特殊性质.本文拟通过对两种光谱主要轮廓的分析和比较(略去推导过程),找寻两者在产生机理上的本质区别和各自的特殊性质,为初学者学习和掌握这两种光谱的特征提供一点帮助.     

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。     

双飞秒激光频率梳光谱测量技术研究进展

双光梳光谱分析技术近年来凭借高分辨率、高灵敏度、宽光谱覆盖和快速测量的优势,在分子和原子光谱分析领域得到了快速发展。从双光梳光谱分析的原理出发,以使用泵浦光源数量为分类依据,对近年来国内外基于不同实现方案的多种双光梳光谱分析技术的原理进行了简要介绍,叙述了在不同数量泵浦光源条件下,不同实验小组提出的多种实验方案,介绍了他们进行的光谱实验结果。随着研究的不断深入,减少使用泵浦光源数量是双光梳光谱仪实现设备小型化的发展方向之一,增多光源则是从一维走向多维的重要发展思路,经典的双光源配置在测量精度和二维化方面起到了重要作用。     

小波消噪与二维相关红外光谱的质量优化

采用小波变换消噪技术首次应用到中药二维相关红外光谱的数据处理中。结果表明 ,经过消噪处理后 ,可以有效地去除噪声对二维相关红外光谱同步图的影响 ,优化谱图的质量。该技术的应用既增强了同步图中的信号峰 ,又分离了消噪前的重叠峰 ;不但提高了谱图的分辨率 ,而且还获得了更多的光谱信息。     

二维相关红外光谱的开放光程FTIR气体探测方法

开放光程傅里叶变换红外光谱(OP-FTIR)可以实现快速、灵活、定量化地探测气体,但相较于气体池抽取气体的方式, OP-FTIR的信号微弱,对气体的探测能力受到制约,为提高其对气体的探测能力,以自然状态的气体流动为扰动对测得的气体红外光谱数据进行二维相关分析。以乙醇气体和两种白酒挥发物作为验证对象,用OP-FTIR方法测得乙醇气体以及泸州特酿和汾酒挥发物的红外吸收光谱。未经处理的乙醇气体红外吸收光谱图中,并没有观察到明显的乙醇特征峰,对该红外吸收光谱数据进行二维相关分析,其二维相关同步谱图中对角线上(1 050, 1 050 cm~(-1))处有明显的自相关峰,该自相关峰来自于乙醇,结果验证了:结合二维相关红外光谱,提高了OP-FTIR方法对气体的探测能力。对不同浓度乙醇气体的红外吸收光谱数据进行二维同步相关处理,发现二维相关同步谱图中以1 050cm~(-1)为中心的自相关峰强度随着乙醇气体浓度的增加而增强,说明基于二维相关光谱的OP-FTIR气体探测方法具有一定的定量分析能力。用OP-FTIR方法探测泸州特酿和汾酒的挥发物时,在820～1 480cm~(-1)波段探测挥发物中的乙醇气体,气体含量通过二维相关同步谱图中对角线上(1 050, 1 050 cm~(-1))处的自相关峰强度来衡量,结果显示泸州特酿挥发物中的乙醇气体含量高于汾酒;在1 700～1 820和1 400～1 600 cm~(-1)波段探测挥发物中的香气物质,通过对比泸州特酿和汾酒挥发物的二维相关异步谱图,发现泸州特酿比汾酒挥发物二维相关异步谱图中有更多的交叉峰,说明泸州特酿挥发物表现出更丰富的香气物质信息,这一区别可以用来鉴别泸州特酿和汾酒挥发物。研究证明,基于二维相关红外光谱的OP-FTIR气体探测方法,提高了OP-FTIR方法探测气体的能力,且具有一定的定量分析能力,同时,用于不同挥发物的鉴别也值得进一步研究。     

不同时期商陆果实的红外光谱鉴别

在9月份和10月份,利用衰减全反射(ATR)对商陆果实分别进行活体检测,凭借红外光谱具有的指纹特征性,构建新鲜商陆果实样本的红外指纹图谱。结合二维红外光谱分析商陆果实成熟过程中成分变化。结果表明:不同时期商路果实红外光谱中,酯类特征吸收峰(1 732cm-1)和多糖类成分吸收峰(900~1 100cm-1)之间的相对吸收峰强度和峰面积有所差异;二维红外光谱中差异更加明显。红外光谱为果实成熟过程中活体监测提供了一种新的方法。     

若干低维材料的拉曼光谱学研究--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章扼要介绍了2004年国家自然科学二等奖获奖项目：《若干低维材料的拉曼光谱学研究》．用拉曼光谱研究低维纳米材料,必须对传统拉曼光谱学进行改造,创建新的“低维拉曼光谱学”．该项目通过若干低维材料的研究,为创建低维拉曼光谱学作出了系统的创新性贡献,如最先鉴认出典型低维材料的拉曼指纹谱,发现拉曼光谱的两个基本特征出现“反常”,但证明拉曼散射基本原理在低维体系中依然成立．通过低维拉曼光谱和光发射谱的应用研究,发现了材料的许多新奇物性,如发现超晶格和碳纳米管是类缺陷结构,和极性半导体纳米晶材料具有非晶特性,并提出了多孔硅的“量子限制电化学”形成和“多源量子阱”光发射模型,促进了低维材料和半导体器件的制备．     

平行因子结合二维荧光光谱相关技术解析丙二醛诱导熟肉糜氧化过程

采用前表面三维同步荧光光谱、平行因子和二维相关技术研究丙二醛诱导熟肉糜氧化过程的荧光特征。发现丙二醛熟肉糜体系有两个特征同步荧光峰,分别是色氨酸残基的荧光特征(Ex292 nm、Δλ50 nm)和丙二醛蛋白结合物的荧光特征(Ex400 nm、Δλ70 nm);平行因子分析表明Δλ为50和70 nm的同步荧光光谱分别为第一、第二主成分,分别对应的是色氨酸残基的荧光特征和丙二醛蛋白结合物的荧光特征;丙二醛诱导熟肉糜氧化过程中,随着时间的延长,色氨酸残基特征同步荧光强度逐渐减弱,丙二醛蛋白结合物特征同步荧光强度逐渐增强;二维相关分析表明,色氨酸残基荧光强度变化速率快于丙二醛蛋白结合物的荧光强度变化速率。     

Crossing disciplines ‐ A view on two‐dimensional optical spectroscopy

Recent interest in the role of quantum mechanics in the primary events of photosynthetic energy transfer has led to a convergence of nonlinear optical spectroscopy, condensed matter and quantum physics on the topic of energy‐transfer dynamics in pigment‐protein complexes. The convergence of these communities has unveiled a mismatch between the background and terminology of the respective fields. To make connections, a pedagogical guide to understanding the basics of two‐dimensional spectra is provided aimed at researchers with a background in quantum mechanics and condensed matter.     

Applications of Raman Spectroscopy in Agricultural Products and Food Analysis: A Review

Abstract

Raman spectroscopy has been gaining popularity as an analytical tool due to advances in development of Raman spectrometry and the power of personal computers. Due to to its narrow and highly resolved bands, Raman spectroscopy allows for nondestructive extraction of chemical and physical information about samples and aids in rapid on-line analysis without any special sample preparation. In this review, Raman spectroscopic techniques such as dispersive Raman spectroscopy, Fourier transform Raman spectroscopy, surface-enhanced Raman spectroscopy, and spatially offset Raman spectroscopy are briefly introduced. In addition, applications of Raman spectroscopy are explored, within various fields of agricultural products and food, including fruits and vegetables, crops, meat and dairy products, oil, as well as beverages. In addition, some discussion on the importance of Raman spectroscopy as fundamental and applied research of agricultural products and food is provided.     

肉苁蓉醇提物的傅里叶变换红外光谱三级鉴定

采用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数谱和二维相关红外光谱的三级鉴定技术对肉苁蓉的不同浓度醇提物药液和相应的药渣由表及里地进行了分析与评价研究.结果表明,用乙醇提取肉苁蓉活性成分的加工过程使苯乙醇苷类等活性物质在红外光谱上得以明显体现,并发现70％乙醇提取物中苯乙醇苷类等物质均高于其他浓度提取物.该技术从整体上揭示了乙醇萃...     

拉曼光谱技术研究男性生殖生育

拉曼光谱通过记录光与物质作用时频率的改变,进而获得物质分子振动、转动信息,从而实现物质分子结构及其变化的检测。相比于常规生化检测分析方法,拉曼光谱技术具有无损、非标记检测及对检测样品要求低等优点。 拉曼光谱技术已广泛应用于生物医学领域的研究,如人体组织、器官、细胞以及人体体液的各种疾病诊断、检测研究。本文主要综述了拉曼光谱技术在人体精液的研究进展,首先介绍了拉曼光谱技术(包含表面增强拉曼光谱)在法医学领域针对精液整体开展的研究及相关的数据处理方法,然后重点介绍拉曼光谱在男性生殖生育方面的研究,即分别介绍了可客观反映精液质量及男性生殖生育能力的基于精液(精浆)拉曼光谱的定性和定量检测分析;另外,介绍了基于显微拉曼光谱技术开展的单精子水平的精子质量的刻画和评估,以及目前研究初步获得的有望用于优质精子判别的拉曼光谱标记指标,最后展望了拉曼光谱技术在生殖生育领域的应用发展前景。     

CdSe/ZnS纳晶中相干电声耦合效应的二维电子光谱研究

Coherent exciton-phonon coupling in CdSe/ZnS nanocrystals have been investigated by temperature-dependent two-dimensional electronic spectroscopy (2DES) measurements. Benefiting from the ability of 2DES to dissect assembles in nanocrystal films, we have clearly identified experimental evidences of coherent coupling between exciton and phonon in CdSe/ZnS nanocrystals. In time domain, 2DES signals of excitonic transitions beat at a frequency resonant to a longitudinal optical phonon mode; in energy domain, phonon side bands are distinct at both Stokes and anti-Stokes sides. When temperature increases, phonon-induced exciton dephasing is observed with dramatic broadening of homogeneous linewidth. The results suggest exciton-phonon coupling is essential in elucidating the quantum dynamics of excitonic transitions in semiconductor nanocrystals.     

石榴子石热红外波谱特征研究

近年来短波红外高光谱技术已成功应用于含水含羟基蚀变矿物及矿床学研究,但是对于不含水不含羟基矿物探测效果不好,而热红外高光谱技术可以弥补这一技术缺陷,对于含Si_nO_k,SO₄,CO₃和PO₄等原子基团的矿物具有良好的应用前景。石榴子石是一种重要的含Si_nO_k 基团的岛状结构硅酸盐矿物,根据成分可分为钙铝榴石、钙铁榴石、镁铝榴石、铁铝榴石及锰铝榴石等不同端元,石榴子石成分对成矿温压环境及成矿中心预测具有重要的研究意义。目前针对石榴子石热红外波谱特征研究非常欠缺。故采集不同成分、不同颜色石榴子石样品16件,创新性地运用美国Agilent4300热红外波谱仪开展热红外波谱特征研究,同时运用美国Niton手持式XRF分析仪开展石榴子石同一测量位置的SiO₂,MgO,Al₂O₃,K₂O,CaO和Fe₂O₃等主量元素含量测试,并分析波谱吸收位置与主量元素含量之间的关系。结果表明石榴子石在热红外波段10~13 μm具有左高右低的双峰式诊断性波谱特征,在11.5 μm附近呈现一个主吸收谷,在12 μm附近有一个次级吸收谷,且主吸收谷及次级吸收谷波长位置与石榴子石Al₂O₃和Fe₂O₃含量具有良好的相关性,相关系数大于0.9,即波谱吸收谷的波长位置与Al₂O₃含量具有线性负相关关系,与Fe₂O₃含量具有线性正相关关系。据此研究结果,可以快速开展石榴子石矿物成分的野外鉴定,还可以快速开展矽卡岩矿床野外蚀变分带研究,进而指导找矿勘查。揭示了不同成分石榴子石矿物的热红外波谱特征,对其他架状硅酸盐、岛状硅酸盐、单链状硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐矿物的热红外波谱特征研究具有重要的指导意义。     

Two‐dimensional correlation Raman spectroscopy for characterizing protein structure and dynamics

Since the initial introduction of the basic concept almost twenty years ago, two‐dimensional correlation spectroscopy (2DCoS) has become a popular analytical tool applicable to a broad range of science problems. Vibrational spectroscopy remains the major area of 2DCoS applications where infrared spectroscopy is the most popular technique followed by Raman and Near Infrared spectroscopies. An increasing number of publications over the past few years have established Raman 2DCoS as a powerful problem solving technique in protein studies. In this review we provide a critical survey of recent protein studies using the 2DCoS Raman approach. We also analyze common misconceptions and potential pitfalls in the interpretation of 2D correlation data. Over the past decade, there have been a number of publications pointing to artifacts associated with visualization and interpretation of 2D correlation maps. We demonstrate here how some of the ‘artifacts’ of the 2DCoS approach in ‐ reality turn into the strength of the method. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.