基于模糊聚类分析和曲线拟合的FTIR不同产地鸡骨草、毛鸡骨草鉴别分析

利用傅里叶变换红外光谱技术结合模糊聚类分析法和曲线拟合对鸡骨草、毛鸡骨草进行产地鉴别。选用曼哈顿距离单位计算的相异度聚类分析结果最优,5个产地鸡骨草都可完全区分开来,毛鸡骨草则只能鉴别出3个产地,南宁和钦州2个产地发生重叠;为了进一步鉴别不同产地鸡骨草和毛鸡骨草,对鸡骨草和毛鸡骨草平均红外谱图中1 034 cm-1吸收峰进行曲线拟合,野生鸡骨草拟合出11个子峰,其他各产地鸡骨草均只能拟合出9个子峰,上林产毛鸡骨草拟合出9个子峰,其他各产地毛鸡骨草均只能拟合出8个子峰,而且不同产地鸡骨草和毛鸡骨草拟合出的子峰位置和归一化强度都不完全相同;模糊聚类分析法和曲线拟合法有机结合能够使产地鉴别结果更加准确。     

侧柏叶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,以不同侧柏叶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。分析结果显示,产地相同或相近的G1与G8之间、G4与G2G6之间有很高的共有峰率(均≥90.0%)和很低的变异峰率(均≤11.1%);相近产地不同年份的G10与G3G4、G5之间共有峰率均＜50%、变异峰率均＞50%;产地相距较远的G2与G7的共有峰率＜50%、变异峰率＞50%。该方法可以准确地区分不同产地、批次的侧柏叶。利用共有峰率和变异峰率双指标序列分析法可以对两个或多个中药样品进行方便可靠的鉴别,克服了多种中药鉴别方法只能进行真伪鉴别、产地鉴别的局限性,为中药质量的准确评价提供了一种新方法。     

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。     

不同产地烈香杜鹃的红外指纹图谱比较研究

烈香杜鹃为常用藏药,具有止咳、祛痰、平喘、清热解毒、健胃消肿之功效,藏医常用于治疗类风湿性关节炎,多数为野生药材;为有效鉴别烈香杜鹃的真伪、产地和品质差异,采用红外光谱法对13个不同产地的烈香杜鹃进行了红外光谱图的识别分析。红外光谱的扫描范围为4 000~400 cm-1,实验发现其红外光谱相似;对红外吸收谱带归属进行判别分析,建立了烈香杜鹃红外指纹图谱,其特征吸收峰位于3 404,2 921,2 852,1 734,1 625,1 449,1 374,1 266,1 060和534 cm-1等处;在1 517, 1 316,1 161,825,779和594 cm-1附近,峰数目、峰位置与峰强度有差异。计算共有峰率和变异峰率,建立共有峰率和变异峰率双指标序列,利用SPSS软件对其红外图谱数据进行聚类分析。双指标序列分析法与聚类分析法的分析原理与角度不同,分组结果基本一致,表明这两种方法可靠,可用于分析烈香杜鹃的产地与品质差异。双指标序列分析法比较结果显示,样品的共有峰率≥68.75,变异峰率≤27.27,分组结果表明,产地接近、气候条件与生长环境相似的烈香杜鹃之间共有峰率较高;而产地、气候条件与生长环境相差较大的烈香杜鹃之间变异峰率较高。聚类分析结果显示,当欧氏距离为15时,可聚为三大类,R2,R3和R4为一类,R7,R8,R10,R11和R12为一类,剩下的归为一类;当欧氏距离为20时,聚为两大类,R2,R3和R4为一类,剩下的归为一类;当欧式距离为25时,13个产地的烈香杜鹃聚为一类。将聚类分析结果与使用ArcGIS软件所做的烈香杜鹃采样点分布图结合起来分析,能直观地看出烈香杜鹃品质与其产地的关系。综合以上分析,建立的烈香杜鹃红外指纹图谱,结合双指标序列分析法和聚类分析法,可以为鉴别烈香杜鹃的真伪、产地和品质差异提供快速、有效的新方法。     

利用FTIR指纹图谱研究中药材黄芪

为了寻求简便快速鉴别黄芪不同生长年限和不同产地的新方法,该文采用分辨率高、准确度好,简便快捷、无污染的FTIR光谱法,研究了山西不同产地同一生长年限黄芪FTIR的光谱特征,并与内蒙和甘肃的黄芪作了比较;同时考察了山西同一产地不同生长年限黄芪的FTIR光谱特征。结果表明：22批样品的黄芪共有峰为9处,可用于鉴别黄芪的真伪;差异峰有5处,其峰的数目、形状及相对强度可用于区分黄芪的不同产地和不同生长年限。因此, 可以利用FTIR指纹图谱方便快捷地区分不同生长年限和不同产地的黄芪。     

硫酸香草醛显色-紫外吸收光谱法在三七质量评价中的应用

采用氯仿、乙醇、水提取三七样品,同时在各溶剂提取液中加入一定量5%硫酸香草醛溶液,建立三七紫外指纹图谱和三七-硫酸香草醛紫外指纹图谱,采用SIMCA软件及共有峰率和变异峰率双指标序列分析法对两种处理所得紫外指纹图谱进行分析研究。结果表明,用氯仿、乙醇、水三种溶剂超声提取20min时效果最佳,加入硫酸香草醛溶液前后,三七紫外指纹图谱变化较大;三七紫外指纹图谱的共有峰率数据较为分散,最小为25.00%(Y5—Y8),最大为84.38%(Y11—Y13,Y20—Y21),最大变异峰率达177.78%(Y8—Y5),且有多个样品的变异峰率超过100%;三七-硫酸香草醛指纹图谱的共有峰率最小为42.86%(Y1—Y19),最大为79.55%(Y22—Y23),且数据分布较为集中,主要分布在50%～70%之间,其变异峰率的范围也较小,主要集中分布在20%～50%之间;双指标序列分析的结果与图谱结果一致,三七-硫酸香草醛紫外指纹图谱的相似性大于三七紫外指纹图谱,差异性与产地和生长年限都相关,相同生长年限样品间的相似性大于不同年限,样品间的异同与地理空间距离的远近没有相关性,相邻产地样品间有较大或较小的相似性。该方法的稳定性、重现性和精密度均较好,可以对至少2个样品的异同进行定量评价,克服了其他一些方法只能进行模糊定性识别的局限,为三七的质量评价提供一种新方法。     

基于双指标分析法的新疆产罗布麻红外光谱指纹图谱研究

罗布麻作为新疆的特色常用药材,主要用于肝阳眩晕、心悸失眠、浮肿尿少以及高血压、抑郁症的治疗。为保证临床用药安全稳定,常用传统的四大鉴别方法和现代的色谱、波谱技术分析中药材的质量差异。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）法对收集的17份新疆不同产地罗布麻药材进行分析,红外光谱扫描范围为4 000~400 cm-1,二阶导数范围为1 800~600 cm-1,得到图谱后进行图谱解析;采用谱带较密集的指纹区（1 800~400 cm-1）计算红外光谱图的相关系数;然后结合红外光谱吸收峰系统聚类、共有峰率和变异峰率双指标序列分析法对不同产地罗布麻药材的红外指纹图谱进行分类和异同点比较。结果表明,不同产地罗布麻药材红外光谱的峰形、峰位相似,在3 336,2 920,1 443,1 375,1 247,1 103,1 070,833和601 cm-1附近均有吸收,在1 103,1 070和1 656~1 609 cm-1处均存在特征宽强峰。892和717 cm-1处为CO2-₃振动峰,并且仅克拉玛依独山子区药材S4和产地相邻的乌苏市甘家湖保护区药材S5出现此吸收峰,推测与土壤盐碱化程度高有关。除了S5,其余16批罗布麻药材的相似系数均大于0.960,整体相似度较高,说明不同产地罗布麻药材具有一定的相似性。经求导,发现二阶导数光谱的峰形仍具有较大的相似性,但在1 444~1 738和833~1 030 cm-1范围内峰数明显增加。采用SPSS 21.0软件以各药材吸收波数为变量进行聚类分析,S9与S14,S2与S10,S3与S8,S12与S13最先聚为一类;当欧式距离为15时,可将所有药材样品分为四类,即在1 615 cm-1处有吸收峰的药材为一类,在1 646 cm-1处有吸收峰的药材为一类,1 646和1 615 cm-1处均有吸收峰的药材S1为一类,在2 962 cm-1处有吸收的药材S5为一类;当欧式距离为20时,可将药材分为S5和其他药材两大类。双指标序列法结果显示,S9:S14,S2:S10,S3:S8和S12:S13序列共有峰率为100%,罗布麻药材样品总体共有峰率≥61.1%,变异峰率≤53.8%,认为未表现出明显的产地差异性。红外光谱相关系数分析、聚类分析和双指标序列分析结果相互补充和印证,说明该方法可靠有效,可从不同角度分析评价罗布麻药材产地差异,为保证药材质量的稳定可控提供参考。     

瘤背石磺三种提取物的红外指纹图谱比较研究

为探索一种能够全面快速的鉴定瘤背石磺质量的方法,采用红外光谱法(IR)建立六个不同产地瘤背石磺肌肉组织无水乙醇、氯仿、乙酸乙酯三种提取物的红外指纹图谱,使用Nicolet 5700红外光谱仪,结合OPUS分析软件,发现三种提取物的红外指纹图谱可以用于不同产区瘤背石磺的质量评价与产地溯源,其相似度值的大小可作为石磺产地的评价指标,三种提取物的部分特征峰对比,乙酸乙酯提取物的红外指纹图谱能体现出更全面的化学成分信息。三种提取物对瘤背石磺的鉴定体现程度及角度有所不同,双指标法比较显示,氯仿提取物能够更好体现出不同产地、不同样品处理的瘤背石磺间的差异：对于产地相近的SH和ND,WZ和XM的样品共有峰率≥63.4,变异峰率小于等于38.5;产地相距较远的SH和YN,YC和XM的样品共有峰率≤40.9,变异峰率≥50.0;产地相近但样品前处理方式不同的XM和YN共有峰率为38.1,而变异峰率高达125.0,综合分析得出,利用氯仿提取物的共有峰率和变异峰率结合双指标序列分析法可以快速、准确鉴定不同产地、不同处理方式的瘤背石磺。     

白芍紫外指纹图谱共有峰率和变异峰率双指标序列分析

采用共有峰率和变异峰率双指标序列分析法对不同产地、不同采集年份的白芍样品及相近植物赤芍、丹皮样品进行了定量评价。白芍等紫外指纹图谱双指标序列分析结果显示,相近产地的3份白芍B2,B3,B4具有最相近关系, 它们之间共有峰率大于70%,变异峰率都小于33.33%。而不同产地的白芍之间存在着较明显的差异,B1,B5与B2,B3,B4之间的共有峰率小于60%,与B6的共有峰率小于57%。同一产地不同年份的白芍B1,B5之间存在着较大的差异,它们之间的共有峰率仅为44.4%, 变异峰率高达100%。该法可以对至少2个样品进行定量评价,克服了多种中药鉴别方法只能进行真伪鉴别、产地鉴别的局限性,为中药质量的准确定量评价提供了一种新方法。     

红外光谱和聚类分析法无损快速鉴别赤芍

以赤芍的红外指纹图谱作为聚类分析的对象，在建立主成分模型的基础上，采用SIMCA聚类分析法对赤芍进行了快速的分类研究，结果表明，由于野生与野生与栽培赤芍的红外提纹图谱变异度较大，其光谱聚类的结果较理想，盲样检测的正确可达90％，由于不同产地的赤芍的红外指纹图谱异度较小，进行聚类分析后用盲样检测，正确率为75％，对于变异度较小的样品，若要提高识别的置信度，需增加样品的数目和采样的代表性，总之，红外指纹图谱与聚类分析法相结合可以快速鉴别药材的道地性。     

近红外光谱谱线特性对物质浓度分析误差影响的研究

为解决近红外光谱法分析物质浓度过程中缺乏可测度分析而导致测量过程存在一定盲目性问题,研究在已知测量条件、样品种类、被测组分以及建模分析方法的条件下,利用近红外光谱谱线特性作为参数,在大量样品近红外光谱采集和标准法测得浓度数据等工作前,对被测物质浓度的分析误差做大致估算。经过大量尝试和试验提出等效信噪比（ESNR）和谱线重叠系数（OC）两个重要参数,其中ESNR反映待测组分吸光度占总吸光度的比重,而OC则反映待测组分近红外光谱曲线间的重叠程度。通过理论仿真得到光谱分析中用经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时谱线特性与物质浓度分析误差的关系,分别计算ESNR和OC与被测组分浓度分析误差（RMSE）的关系,并且研究两个谱线参数的独立性。利用理论分析得到结果对浓度为8%~12%乙醇水溶液进行可测度分析,并与近红外光谱法分析的实际结果进行比较。研究通过理论仿真得到使用光谱分析中经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时谱线特性与物质浓度分析误差的关系,其中ESNR与RMSE成反比关系,而OC与被测组分分析误差成非线性的单调关系,并且验证了ESNR和OC两个参数的独立性。通过理论计算和乙醇水溶液近红外光谱检测实验对等效信噪比和谱线重叠系数与光谱分析浓度误差的定量关系进行讨论,通过理论分析得到的乙醇浓度RMSE预估值为0.30%,近红外光谱分析实际RMSE为0.32%,相对误差6.67%,二者结果相符。实现了在测量条件、样品种类、被测组分以及建模分析方法已知的条件下基于近红外光谱分析的待测组分含量理论误差的定量计算和实验验证。该研究明确了对近红外光谱法分析物质浓度有明确定量关系的两个谱线参数,给出了使用光谱分析中经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时的分析误差经验曲线,以及利用曲线进行近红外光谱法待测组分浓度可测度分析方法。结果表明所提出的ESNR和OC两个谱线特性参数的有效性,以及分析误差预估方法的有效性。为近红外光谱法待测组分浓度定量分析提供了有效、快捷的预估方法,完善了近红外光谱法成分含量可测度分析理论,对近红外光谱法物质浓度定量分析研究具有一定指导意义。     

基于PGNAA的化学武器识别

未知化学武器弹药的定性识别在犀护社会安全方面是十分重要的,可指导化学武器的分类处理。瞬发伽马射线中子活化分析（PGNAA）技术利用分析活化产生的伽马射线能谱可以实现对物质中元素的无损,快速检测,在化学武器识别中具有独特的优势。因此,本研究基于PGNAA技术进行了化学武器弹药类型识别装置的设计,同时使用逻辑树判别方法对化学武器样品进行定性分析。首先,基于高纯锗（HPGe）探测器与Cf-252中子源,使用蒙特卡罗MCNP程序对装置结构进行设计优化,主要包括中子源容器尺寸、伽马屏蔽体厚度以及探测器相对位置等。为了最大化样品活化产生的特征伽马射线,需要提高样品位置处的热中子通量,采用聚乙烯作为慢化体,模拟结果显示聚乙烯厚度达到6 cm,宽度达到12 cm时,样品中热中子通量达到较高水平。为了降低周围材料活化噪声的干扰,选择铅作为屏蔽结构,模拟显示铅屏蔽厚度达到5 cm时,可满足屏蔽要求。同时,探测器与样品之间的距离也会影响对伽马射线的探测,最终模拟确定探测器与样品之间的距离为28 cm时,特征信号计数最高。根据优化结果搭建测量装置,使用分析纯试剂根据真实化学武器元素含量配制化学武器模拟样品,通过对5种化学武器模拟样品的测量获得伽马能谱。对能谱中的特征峰处理过程中,基于特征峰对元素进行分析,针对计数统计性较好的元素（如H,Cl,S）的特征峰,使用高斯及多项式拟合的方式对特征峰处的高能量康普顿平台进行扣除,获得特征伽马射线的全能峰信息。而对统计性较差的元素特征峰（如N元素的10.829 MeV）,采用能量区间加和法,对该能量下的全能峰至单逃逸峰之间的计数求和,进而可确定该元素在样品中的存在情况,最后利用建立的逻辑树判别方法根据元素存在信息对样品类型进行判别。实验结果表明,利用该优化的装置可以获得5种模拟样品的能谱,结合能谱分析方法可以得到化学武器模拟样品中的H,Cl,S和N等元素的存在信息,最后使用逻辑树判别方法可以对化学武器样品种类进行判别。     

主成分分析在某型柴油机光谱数据分析中的应用

通过改变气缸套和活塞间隙,设计了6种工作状态,获得了某型6缸柴油机在每种工作状态下不同负荷时的润滑油样本共计69个,采用超谱M型原子发射光谱仪分析21种元素浓度。应用主成分分析法,分别以分析元素和润滑油样本为研究对象,基于权系数和主成分得分,对光谱数据进行了元素分类和样本分类。发现应用主成分分析法分析油液光谱数据能比较理想地对元素进行分类,该分类的3种主成分反映了5种类型的元素组合即磨损元素Fe,Cr,Cu,Al和Pb,含量较高的添加剂元素Na,Zn,P,Ca和Mg,含量较低的添加剂元素Ba和B,润滑油主成分元素C和H和干扰元素Ni,Ti,Mo,V和Ag等。不仅如此,主成分分析法对样本的分类较好地区分了来自柴油机不同的气缸套—活塞设计间隙的油样。研究表明应用主成分分析法分析润滑油光谱分析数据可揭示不同元素的来源、监测工况和诊断磨损故障。     

基于主成分分析和聚类分析的不同产地绒柄牛肝菌红外光谱鉴别研究

采用傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和聚类分析建立快速鉴别不同产地绒柄牛肝菌的方法。采集15个产地绒柄牛肝菌样品的红外光谱信息,用多元散射校正(multiplicative signal correction,MSC)、二阶求导(Second derivative,SD)、Norris平滑的组合方法对原始光谱进行优化处理,MSC+SD+ND(15,5)预处理后的光谱数据进行主成分分析和聚类分析,并通过主成分载荷图分析不同产地绒柄牛肝菌样品差异的原因。结果显示,该方法的重现性,精密度及稳定性的RSD值分别为0.17%,0.08%,0.27%,表明方法稳定、可靠。主成分分析的前3个主成分累积贡献率达到87.24%,能表达红外光谱的主要信息,主成分得分散点图中同一产地样品成簇聚集,不同产地样品分布于相对独立的空间,能有效区分不同产地样品。主成分载荷图显示,随主成分贡献率降低,主成分所捕获的样品信息减少,其中PC1在3 571,2 958,1 625,1 456,1 405,1 340,1 191,1 143,1 084,935,840,727cm~(-1)波数捕获大量样品信息,归属为糖类、蛋白质、氨基酸、脂肪、纤维素等化学物质的吸收峰,表明这些化学物质含量的差异是区分不同产地绒柄牛肝菌样品的主要依据。基于离差平方和法(Ward method)及欧氏距离(Euclidean distance)进行聚类分析,能直观显示不同产地样品的分类情况及样品之间的相关性,15个产地样品基本能够按照产地来源正确聚类,正确率为93.33%。傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和聚类分析,可以有效鉴别绒柄牛肝菌产地来源,并且能够分析不同产地样品具有差异的原因,为野生食用菌的鉴别分类和应用研究提供可靠依据。     

荧光光谱成像技术结合聚类分析及主成分分析的藻类鉴别研究

为探讨快速、实时藻类检测方法,实验通过荧光光谱成像技术结合模式识别方法对不同藻类进行鉴别研究。发现藻类样本存在着显著的荧光特性,通过采集40个藻类样品的荧光光谱图像,对图像进行去噪、二值化处理,确定有效像素后,根据光谱立方体绘制每个样本的光谱曲线,将所得400～720 nm区段范围内的光谱数据作鉴别分析,再利用系统聚类分析及主成分分析两种不同的模式识别法对光谱数据进行处理。系统聚类分析结果表明： 采用欧氏距离法及平均加权法计算样本间的聚类距离,在距离L=2.452以上水平处可将样本正确分类,准确率为100%;主成分分析结果表明： 通过对原始光谱数据进行一阶微分、二阶微分、多元散射校正、变量标准化等预处理后,再对数据进行主成分分析,其中二阶微分预处理后鉴别效果最佳,八种藻类样品在主成分特征空间中独立分布。因此,利用荧光光谱成像技术结合聚类分析法及主成分分析法对藻类进行鉴别是可行的,操作简便、快速、无损。     

平行因子分析法在太湖水体三维荧光峰比值分析中的应用

以太湖水样三维荧光光谱数据为例,提出在采用平行因子分析法(PARAFAC)处理后的荧光数据中提取荧光峰强度计算荧光峰比值进行水环境分析评价的方法,较直接在水样原始荧光谱图中获取的荧光峰强度更加准确客观。天然水体中各水样间由于受荧光团复杂多样性等因素的影响,某类荧光物质荧光峰的激发发射波长位置并不是固定不变的,就同一水样而言各类荧光峰之间的相互重叠干扰也将影响到荧光峰强度和位置的准确判断。而在PARAFAC模型各因子中提取相应荧光峰值可以保证各水样间同类荧光物质荧光峰在同一位置又有效减弱同一水样中各类荧光物质荧光峰之间的相互干扰,更加高效准确的利用荧光峰比值进行水环境分析。区域差异性分析时水样因子得分比值的区域变化与原始荧光峰比值变化趋势是一致的。     

Acoustic analysis of the singing and speaking voice in singing students

The singing power ratio (SPR) is an objective means of quantifying the singer's formant. SPR has been shown to differentiate trained singers from nonsingers and sung from spoken tones. This study was designed to evaluate SPR and acoustic parameters in singing students to determine if the singer-intraining has an identifiable difference between sung and spoken voices. Digital audio recordings were made of both sung and spoken vowel sounds in 55 singing students for acoustic analysis. SPR values were not significantly different between the sung and spoken samples. Shimmer and noise-to-harmonic ratio were significantly higher in spoken samples. SPR analysis may provide an objective tool for monitoring the student's progress.