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。     

利用2DCOS进行多组分混合气体傅里叶变换红外光谱分析中同分异构体谱峰的辨别

在利用傅里叶变换红外光谱进行混合气体定量分析中,针对烃类尤其是同分异构体等构成的混合气体其谱图特征相似、吸收峰严重交叠,不易进行特征吸收成分的判别和特征变量选择的问题,为增强谱峰分辨力,采用广义二维相关光谱和傅里叶变化红外光谱对烃类混合气体分析中同分异构体进行辨别,以异丁烷和正丁烷的红外光谱及受浓度扰动组成的光谱组为例进行二维相关红外光谱分析。通过观察全波段和主吸收峰波段单组分气体的傅里叶变换红外光谱,可知其谱图相似,吸收峰严重交叠,如果混合在一起,将基本无法辨别何种分子结构及成分。通过广义二维相关光谱的变换,其二维相关光谱的同步谱和异步谱可以清晰地辨别出异丁烷和正丁烷的特征吸收峰及其各自强度,实验结果可知,异丁烷在2 893,2 954和2 977 cm-1,正丁烷在2 895和2 965 cm-1具有强的吸收特征谱线。分析结果初步验证了二维红外相关光谱在多组分混合气体傅里叶变换红外光谱定量分析中谱分辨率增强方面的应用。     

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。     

桂林西瓜霜系列产品的红外光谱分析

采用红外光谱法、二阶导数红外光谱法和二维相关红外光谱法,对桂林西瓜霜系列产品进行了快速无损比对分析研究。结果表明,同一生产厂家不同品种的西瓜霜在红外光谱上差异较显著,所添加辅料的类型和含量有所不同。在一维红外谱图上,西瓜霜喷剂﹑西瓜霜胶囊在638和616 cm-1处有明显的硫酸钠的特征峰;西瓜霜清咽含片﹑西瓜霜喉宝含片和西瓜霜润喉片的红外光谱中,能明显地看到蔗糖、糊精等辅料的特征峰,其中西瓜霜润喉片的红外谱图与蔗糖的红外谱图非常相似,说明西瓜霜润喉片中所添加的蔗糖较多。而在二维红外谱图上,由于五种西瓜霜的自动峰及相关峰峰簇的位置和数量和峰的相对强度的不同,其差别体现得更为明显和直观。应用红外光谱、二阶导数红外光谱和二维相关红外光谱技术,不仅可以提供西瓜霜系列产品主要化学成分的相关信息,还可以对各产品所添加的辅料类型和含量进行分析和指认。因此,红外光谱法是考察中药资源的一种简便、快速、直观、有效的方法。     

浓度序列对基于双异步正交样品设计构建的二维异步谱峰信噪比的影响

双异步正交样品设计(DAOSD)是通过对样品体系施加浓度的微扰,诱导光谱信号产生动态变化,并通过数学处理研究样品中物质间相互作用的二维相关光谱方法。提高二维谱图的信噪比对于谱图中交叉峰的分辨乃至物质间相互作用的考察有着十分重要的意义。通过计算机模拟考察了DAOSD构建二维相关光谱的方法中样品浓度序列对光谱行为影响。结果表明,在溶液数量较少的情况下,通过改变样品的浓度和组合顺序,可以有效提高交叉峰的信噪比,从而得到更高质量的二维谱图。     

几种车前草二维红外相关光谱的分析研究

采用二维相关红外技术,并借助于变温过程所跟踪的动态光谱进行分析研究,分析鉴别了来自不同地区的车前草。对不同地区车前草的峰位、峰形、峰强进行比较,可知它们的一维谱图没有明显的区别,而二维相关谱图中,异步图差异比较明显。凭借二维红外相关谱上的自动峰和交叉峰可以较直观的鉴别不同产地的车前草,而且还可以揭示其两者相应各官能团的变化规律。该法快速、准确,可作为中药材鉴定提供一种方法和手段。     

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。     

二维相关红外光谱技术快速鉴别三七及其伪品

采用红外光谱法并结合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。在一维红外谱图上,三七及其伪品姜黄、白术中的黄酮成分、芳香成分和糖苷类成分的特征吸收峰均存在一定的差异。在1200~700cm~(-1)波数范围内,三七、姜黄均出现淀粉的特征峰,而白术没有显示淀粉的特征峰,根据各药材的红外光谱中淀粉的特征峰的相对强度,可判断三七中淀粉的相对含量要高于姜黄,而白术药材中不含淀粉。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。     

DAOSD方法对气相条件下甲醇-氯仿体系分子间相互作用的研究

本工作中使用本课题组设计并制造的气体池,通过DAOSD方法考察了甲醇与氯仿在气相条件下的相互作用。通过对混合物气相红外光谱进行二维异步相关处理得到二维谱图,谱图上的交叉峰表示两种分子间存在相互作用。这种方法排除了溶剂的干扰,扩展了DAOSD及相关方法的应用范围。     

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.     

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。     

基于荧光光谱的茶汤中拟除虫菊酯类农药的智能识别

基于三维荧光光谱和二维荧光相关光谱,对茶汤中两种拟除虫菊酯农药进行了识别。利用图像局部极值算法,分别提取出三维荧光光谱图和二维相关光谱图中的峰、谷位置信息,然后进行峰位匹配实现茶汤中农药组分的智能识别。结果表明,三维荧光光谱图受到荧光峰重叠的影响,不能对氰戊菊酯进行有效匹配。而利用二维相关光谱不仅可以克服这一缺点,而且不受混合物中农药组分浓度的影响。基于二维荧光相关光谱,对实际茶汤中氰戊菊酯和顺式氯氰菊酯进行了识别,识别率分别为80%和83%。     

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。     

南疆红枣品质近红外光谱在线模型参数的实验研究

为建立南疆红枣品质近红外光谱在线校正模型,分析了在线检测结果的主要影响因素,对相应的参数进行了实验研究。设置红枣不同的光谱采集条件,如测量状态、波段谱区、仪器参数等,利用近红外光谱仪和自行设计的红枣批量采集附件,获取南疆红枣品质光谱,通过光谱预处理和检测精度相结合的办法选择条件参数。通过不同建模参数进行PLS光谱校正和二维相关光谱分析,选择糖度特征光谱参数。结果表明:红枣糖度中心波长9 116,9 418和10 500cm-1,采集分辨率16cm-1,扫描次数8次,糖度相对误差8%～10%,单粒红枣光谱数据量减少为原来的1/10,采集时间减少了3s左右。通过实验参数,压缩了数据量,建立了初级在线校正模型,基本实现南疆红枣品质近红外光谱在线检测。     

基于2D-COS红外光谱的附子炮制过程时序段解析研究

采用傅里叶变换红外光谱技术,获得蒸制过程中附子红外光谱及二维相关谱(Tow-dimensional correlation, 2D-COS),研究附子炮制过程特征。分别比较原始红外光谱、二阶导数谱及二维相关谱,结果表明红外原始光谱图十分相似,结合二阶导数光谱分析1 634.87 cm-1为羰基峰;1 603.18,1 571.58,1 485.09和1 413.08 cm-1为苯环的骨架振动峰,851.41和759.24 cm-1 为苯环C-H键的振动峰;1 153.73,1 081.84和1 021.35 cm-1为生物碱中酯键和醇羟基的特征峰。二维相关谱结果揭示附子在炮制过程中发生的2个过程时序段,分别为2～3和8～9 h。研究数据有助于临床根据适应证选择适宜的煎煮时间,避免煎煮不足导致中毒或煎煮太过影响疗效。     

红外三级鉴定法快速鉴别栽培与半野生黄芪

采用红外光谱的三级鉴定法分析鉴别了栽培黄芪和半野生黄芪。所获得的一维红外光谱、二阶导数谱和二维红外相关谱,能逐步提高红外谱图的分辨率,并从不同的角度上体现了两者的差异性。结果显示,黄芪的红外光谱主要由有机酯类化合物、醌类化合物及糖苷类物质的振动吸收带组成。两类黄芪样品的一维红外光谱和一阶导数谱整体上十分相似,只是在多糖吸收区域(1160—925cm-1)略有差异,对比该区域的二维相关红外光谱,差异主要表现在1100—1000cm-1和1150—1050cm-12个吸收带。结果表明,红外三级鉴定法可以对栽培黄芪和半野生黄芪进行快速、无损、简便的分析与鉴定。     

二维红外相关光谱研究熟度对肌原纤维蛋白构象的影响

熟度是指牛排烹煮到可食用的程度,是影响牛排的适口性和消费者满意度的重要因素。肌原纤维蛋白是肌肉中一类重要的盐溶性结构蛋白群,其热凝胶特性与肉品品质密切相关。加热是使生肉变熟的关键工艺,近年来,国内外在加热过程对肌原纤维蛋白凝胶特性及其结构变化影响方面开展了广泛的研究,但在熟度对牛肉蛋白结构影响研究方面却鲜有报道。为了探究熟度对肌原纤维蛋白结构影响及其变化机理,在现代红外光谱分析的基础上,将ATR-FTIR技术与二维相关光谱相结合,利用红外光谱、二阶导数光谱和二维相关光谱动态跟踪熟制过程蛋白结构变化规律,说明蛋白在烹饪过程的主要变化,为揭示熟度引起的蛋白构象变化机理和西餐牛排烹饪工艺优化提供理论依据。结果表明,在1 700～1 500 cm-1波数范围内,熟度对肌原纤维蛋白特征吸收峰强度影响显著,从特征峰强度变化趋势可见,肌原纤维蛋白特征峰强度呈阶段性变化：第一阶段,从对照组到一分熟,特征峰强度下降,属于加热初期;第二阶段,从一分熟到五分熟,特征峰强度无显著变化,属于加热中期;第三阶段,从五分熟到过熟,特征峰强度继续减弱,属于加热后期;同步谱分析结果表明,在1 650,1 640,1 556和1 540 cm-1附近出现自相关峰,且自相关峰两两之间的交叉峰均为正交叉峰,说明这些自相关峰对于熟度变化较为敏感,且峰强度与蛋白烹饪熟度之间呈正相关;由自相关峰光谱强度顺序可以看出,五分熟是蛋白温度敏感区变化的转折点,在从对照组到五分熟的烹饪过程中,肌原纤维蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅱ带,而在从五分熟到过熟的烹饪过程中,蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅰ带的α-螺旋结构。得到的这些由熟度变化引起的肌原纤维蛋白分子结构动态变化的微观信息,可为西餐牛排烹饪工艺过程控制和优化提供理论依据。     

光谱预处理对近红外光谱预测木材纤维素结晶度的影响

木材纤维素结晶度是木质材料的一个重要性质,它与树木的生长特性、结构与化学组成均有密切关系,并对木材的杨氏模量、尺寸稳定性、密度和硬度等具有重要的影响,文章研究了利用近红外光谱结合多变量数据分析技术对人工林木材纤维素的结晶度进行预测的能力。本研究从人工林湿地松木粉试样的表面采集近红外漫反射光谱,并利用X射线衍射法测定了木材纤维素的结晶度。研究表明,采用一阶导数和二阶导数光谱预处理没有提高近红外模型的预测效果,而采用原始光谱的预测效果最好,预测值与X射线衍射测定值的相关系数r可以达到0.950,各项预测误差值较低, 说明采用近红外光谱结合多变量数据分析方法建立的结晶度预测模型具有理想的预测能力。