黄芩采收季节的红外光谱三级鉴别与主成分分析

中药的采收季节与药物质量有着密切的关联,研究不同季节采收药材的差异并对其进行准确识别,对中药药理研究与质量控制意义重大。采用红外光谱三级鉴别法,对春季和秋季采收的黄芩进行研究。结果表明,春季与秋季采收的黄芩红外光谱吸收峰位置较相似,但是酯类化合物中羰基CO的1 740 cm-1特征吸收峰,黄酮类成分1 614 cm-1附近特征吸收峰及糖类成分1 071 cm-1附近吸收峰的相对峰强度差别显著。通过二者相对峰强度的不同发现春季采收的黄芩药材中黄酮类和酯类成分高于秋季采收的药材。比较二者在1 300～400 cm-1波数范围内的二阶导数红外光谱,得出其所含糖类物质有所不同。二者的差异在二维相关红外光谱上更加直观显著。对16个批次的春季与秋季采收黄芩药材红外光谱进行了主成分分析,结果表明二者可以得到准确区分。综上,红外光谱三级鉴别法与主成分分析相结合,可以准确鉴别春季和秋季采收的黄芩,并分析其化学成分的差异。     

基于密度泛函方法的梓醇红外光谱的预测

梓醇是一种具有特殊药理活性的环烯醚萜苷类化合物。采用密度泛函(DFT)B3LYP/6-311G**方法对梓醇分子的几何构型进行全优化,得到其几何构型参数,进一步计算得到梓醇的红外振动光谱,振动频率校正因子为0.96。对计算得到的振动频率进行归属和解析并与实验测定得到的梓醇IR光谱特征峰比较,发现理论计算出的IR光谱与实验测定IR特征峰位具有很好的一致性,说明所采用的DFT方法能够用于梓醇分子几何构型的优化,预测难以得到标准对照品的环烯醚萜苷类化合物的IR光谱数据。     

基于主成分分析-二阶导数光谱成像的红外显微图像分析

红外显微成像技术将红外光谱技术和显微技术相结合,不仅可以提供测试样品的光谱信息而且能够提供测试样品的空间分布信息。然而复杂样品的红外显微图像谱峰重叠严重,无法直接获得目标组分的分布信息。将因子分析与光谱分离技术相结合提出了主成分分析-二阶导数光谱成像方法。通过兔子动脉红外显微图像中胆固醇分布的成像实验,验证该方法的可行性和有效性。实验结果表明,该方法可以提高光谱分辨率,挖掘隐藏于重叠谱峰中的有用信息,是一种有效的红外显微图像分析方法。     

黄芩产区红外指纹图谱和聚类分析法的快速鉴别研究

借助于黄芩的红外指纹图谱 ,采用主成分分析法对来自 15个产地的黄芩进行了聚类分析 ,将其分为 6个产区 ,这一分区与各产地的地理位置和气候条件有一定的相关性 ,同一产区内黄芩的化学组分相似 ,可作为中医界对黄芩药材质量评价的依据。用径向基函数人工神经网络法预测了 4 3个黄芩样本的产区 ,结果表明径向基函数人工神经网络法具有较强的预测能力 ,可区分和鉴别黄芩的产区。该法可用于药材产地的分类和鉴别 ,作为药材质量控制的手段之一。     

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。     

红外光谱法用于塑料馀管成份的分析

对一种塑料软管 ,采用溶剂萃取方法进行组分分离 ,然后通过红外光谱对分离后的组分进行分析鉴定 ,从而确定塑料软管的组成配方 ,获得了较为满意的结果。     

红外光谱法和主成分分析法用于胃组织癌变的检测

研究了 2 1例胃组织光谱 ,根据病理检测结果 ,其中 11例为癌变组织 ,10例为正常组织。根据已有的红外光谱判别方法得到的结果和病理分析结果基本一致 ,只有 1例 (第 10号样品 )为过渡态 ,非典型癌症。同时对 2 1条被测光谱进行了主成分分析 (PCA)。主成分分析结果表明第一主成分可以用来区别胃正常组织和癌变组织光谱。图 4明确地显示了第 10号样品处于过渡态 ,PCA方法的判别结果与红外光谱解析结果基本一致。研究结果表明傅里叶变换红外光谱法与主成分分析方法都可以对良性和恶性胃组织进行鉴别诊断 ,如果两种方法相结合可以提高检测准确率 ,有望发展成为一种肿瘤临床诊断新方法     

主成分-逐步回归近红外光谱法测量纸浆卡伯值

主成分 -逐步回归法用于纸浆卡伯值的近红外光谱法测量建模。结果表明 ,这种算法由于主成分分析法消除了变量间的相关性 ,逐步回归法又在一定程度上防止主成分分析法带来的光谱数据信息的损失 ,所以利用该算法建立的纸浆卡伯值测量模型 ,与一元回归、多元回归和主成分回归等方法相比 ,具有更高的预测精度。     

XRF法对航天育种黄芩的分析

利用X射线荧光光谱法(XRE),测定第4代航天育种黄芩的元素种类和含量,并与同条件下种植收获的地面组黄芩进行比较分析,初步分析了空间效应对黄芩元素的影响.结果表明,两组样品元素种类基本无改变,即两组样品富集元素种类是一致的,但太空组黄芩元素含量有所变化,Ca,Na,Zn,S含量比地面纽分别提高了0.3,0.3,0.04...     

三七炮制前后的红外光谱分析研究

采用红外光谱并结合二维相关红外光谱法对生三七和熟三七进行了研究,分析比较三七炮制前后化学成分的变化。在一维红外谱图上,生三七和熟三七在1 200~400cm-1波段内的相似度较高,不同的是熟三七在2 925,2 855,1 746,1 460,1 376,1 158cm-1出现了花生油的特征峰,这是由于采用煎炸法炮制三七所残留的花生油所引起的。两者药效组分的特征差异在二维相关红外谱图上显示得更为明显和直观,在1 400~1 700cm-1区域,生三七仅在1 650cm-1附近有一个强自动峰,而熟三七在1 469和1 640cm-1附近均有自动峰。在1 120~1 250cm-1区域,生三七和熟三七共有1 139(1 137),1 194(1 196),1 219(1 221)cm-1三个自动峰,不同的是各自动峰的相对强度发生了变化,生三七经炮制后1 139cm-1峰的增强,而1 194cm-1峰减弱。二维相关红外光谱的变化规律说明了三七药材在炮制的过程中发生的主要变化是黄酮、糖类、皂苷等成分的分解。该方法揭示了三七在炮制过程中所发生的物理化学变化过程,从红外光谱的角度解释了三七"生消熟补"的药理。     

原子吸收法测定中药黄芩中不同化学形态的Cu、Zn、Fe和Mn

研究用原子吸收光谱法(AAS)测定中药黄芩水煎液中Cu,Zn,Fe和Mn化学形态的分析方法.水煎液经0.45 μm滤膜过滤后分为悬浮态和可溶态组分试样;对于可溶态组分试样,采用LSA-10大孔树脂将其分为有机态和无机态组分试样,并采用正辛醇-水分配体系,在模拟人体胃肠环境条件下,将水可溶态中4待测元索分离为醇溶态和水溶态,然后用AAS测定上述各组分试样中待测元素的含量,即可给出比现有的仅测量中药黄芩中上述各待测元素总量为多的信息.该法待测元素Cu,Zn,Mn的检出限(3倍空白标准差)为0.01μg·mL-1,Fe为0.02μg·mL-1,精密度(RSD,n=11)为1.5%～3.6%,对可溶态和无机态组分试样进行加标测定的回收率为96.7%～105.0%.所得结果对黄芩的综合研究有重要的实际意义.     

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。     

基于独立分量分析的高光谱图像压缩

在对原始数据进行虚拟维数估计的基础上,提出了一种基于最大距离端元提取+独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)的高光谱图像有损压缩方案.该方案首先应用最大距离端元抽取法提取高光谱数据各端元矢量,然后用快速独立分量分析生成独立分量,最后使用2维分层树集合分裂(Set Partitioning In Hierarchical Trees,SPIHT)算法对各独立分量图进行编码.计算机仿真结果证明,该算法在取得高压缩率的同时,能很好地保持数据的谱特征,是一种高效的三维数据压缩方法.     

基于红外光谱的鲜地黄、生地黄和熟地黄成分差异分析

运用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对鲜地黄水提物、生地黄水煎液和熟地黄水煎液的整体成分进行差异分析,并运用离子色谱法对差异成分进行定量分析,研究鲜地黄与其炮制品的整体成分及变化规律。ATR-FTIR中,三种地黄在糖区有差异,其中鲜地黄糖区特征峰在1 140, 1 047和1 000 cm^-1,生地黄糖区特征峰为1 140和1 045 cm^-1,熟地黄糖区特征峰为1 142和1 029 cm^-1,且三种地黄峰形状不同。二阶导数红外光谱(SDIR)进一步发现,地黄炮制过程中糖类成分在1 200～600 cm^-1之间的特征峰变化最为显著。三种地黄提取液的特征峰位置相近,但相对峰强度不同,且随着炮制过程呈规律性变化。可以推测出在鲜地黄炮制过程中,鲜地黄中多糖发生水解,变成熟地黄中的寡糖或者单糖。应用离子色谱法对8种单糖和寡糖进行定量分析,所建立方法线性关系良好(R²≥0.999 0)。定量结果显示,葡萄糖、蜜二糖、半乳糖、甘露糖、甘露三糖、水苏糖和毛蕊花糖苷在鲜地黄、...     

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。     

基于光谱表示和独立成分分析的混合颜料成分分析方法

在混合颜料成分分析中,反射光谱法通过计算相似性来判断基本颜料种类,容易受多种基本颜料的影响,造成分析结果不准确。将光谱表示为信号,结合独立成分分析,提出一种基于光谱表示和独立成分分析的混合颜料成分分析方法。首先,采用光谱仪获取混合颜料光谱信息,并将其表示为离散信号的形式;然后,对信号进行独立成分分析,得到基本颜料的光谱信息;随后,通过计算基本颜料光谱与已知颜料光谱的相似性,确定基本颜料种类;最后,逆用Kubelka-Munk混色公式就可以得出基本颜料的比例。我们采用蒙赛尔色卡光谱制作模拟数据,分别进行正常/扰动情况下三种色卡光谱混合信息的成分分析试验,以及从8种色卡光谱中选择若干种混合后的成分分析实验。分离出的光谱形态与已知的原始颜料光谱形态极其相似,平均相似比为97.72%,最大相似比可以达到99.95%,得出的基本颜料比例与混合时的比例基本相同。实验结果表明本方法适用于混合颜料成分分析。     

老化丝织品的红外光谱分析研究

古代丝织品老化程度的检测有助于了解丝织品的保存状况及保护方法的选择与改进,通过红外光谱分析对丝织品老化原因及程度进行了研究。样品为经光老化、热老化和水解老化的白色丝织品和出土于湖北、内蒙古、青海的古代丝织品。对这些样品进行了显微红外分析,结果表明,红外光谱分析虽然只是提供半定量分析,但是对于发生了水解老化的丝织品来说,由于羧基含量的增加,红外分析能很容易提供定性及较好的半定量的分析结果,因此对于出土古代丝织品保存状况及老化机理的研究来说很有实用价值。     

应用经验模态分解和独立成分分析解译岩矿光谱

岩矿光谱由多种矿物光谱混合而成,解译岩矿光谱能够得到岩矿的组分信息,且该方法具有快速、方便、不损坏样品的特点。经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)不能直接分离出混合信号中的源信号,独立成分分析(independent component analysis, ICA)要求混合信号数目不小于其所包括的源信号数目。将EMD和ICA两种方法相融合,首先用EMD分解混合信号得到本征模态函数(intrinsic mode function, IMF),再选择一定数目的IMF与混合信号一起组成ICA的输入数据矩阵,经过ICA运算可以获取单一混合信号中的源信号信息,克服了EMD和ICA两种方法各自的缺陷。研究表明,综合应用EMD和ICA方法可以获取单一混合信号中的源信号信息,混合信号中源信号含量越大,得到的源信号近似值越理想。参与ICA分离的IMF数目决定了分离得到的源信号近似值的数目,并且选择的IMF与混合信号相关系数越大,得到的源信号近似值越理想。运用该方法定量分析岩矿光谱,可以获取组成岩矿的矿物信息,比较适用于野外作业岩矿的快速分析鉴定及成分初步分析。     

微分谱结合独立成分分析对三维荧光重叠光谱的解析

多组分三维荧光重叠光谱是三维荧光光谱的数据解析中的难点之一。本文基于二维微分谱的计算原理, 充分利用三维荧光光谱具有激发光谱和发射光谱的特点, 获得了三维荧光光谱展开后的激发微分谱和发射微分谱. 之后利用独立成分分析对激发光谱或发射光谱的多组分混合微分谱分别进行解析, 得到了单一组分的激发微分谱和发射微分谱。其中三次样条插值有效的弥补了实测激发波长数据点少的缺点, 而粗糙惩罚平滑技术的引入则很大程度上减少了发射光谱的噪声,为微分谱的计算提供了有利的条件。单一组分的标准谱与解析谱的相似性系数的计算表明, 利用独立成分分析对微分谱进行解析更有利于多组分混合三维荧光光谱所含成分的识别。     

基于独立组分分析和BP神经网络的可见/近红外光谱蜂蜜品牌的鉴别

提出了一种基于独立组分分析的可见/近红外光谱透射技术快速鉴别蜂蜜品牌的新方法。用独立组分分析方法获取蜂蜜的可见/近红外光谱载荷图,将载荷图中相关性最大的波段,作为人工神经网络的输入建立蜂蜜品牌的鉴别模型。建立了一个三层的BP神经网络模型,各层传递函数采用S型(Sigmoid)函数,并设置网络输入层节点数为9,隐含层节点数为10,输出层节点数为3。每个品牌25个样本,3个品牌共75个样本,用来建立BP神经网络模型,剩余的3个品牌各５个样本用于预测,鉴别准确率达100%,模型的拟合残差为8.245 365×10-5。说明基于独立组分分析的方法具有很好的鉴别效果,为蜂蜜的品牌鉴别提供了一种新方法。