红外光谱结合化学计量学对三七总黄酮含量的快速预测研究

中药产地及生长环境的改变会对其次生代谢产物、质量产生整体性影响。近年来,三七产地从道地产地文山扩展到周边县市。为保证三七质量,中国药典以三种皂苷含量为指标对三七进行质量控制,指标较为单一,难以对三七质量进行整体性评价。通过紫外-可见分光光度法测定三七总黄酮含量,傅里叶变换红外光谱结合化学计量学建立三七总黄酮含量快速预测模型;为三七快速及整体性质量控制提供研究基础。采集云南省12个产地96个三七样品的紫外与红外光谱。记录样品紫外光谱268nm处吸光度,结合芦丁标准品线性方程计算样品中总黄酮含量。预处理红外光谱数据采用一阶(1D)、二阶导数(2D)结合SavitskyGolay平滑(7点、9点和11点)处理,Kennard-stone算法将96个个体分为2/3训练集与1/3预测集。训练集数据用于正交信号校正偏最小二乘回归(OSC-PLSR)模型的建立,1/7交叉验证用于筛选最佳主成分数,预测集数据对OSC-PLSR模型预测能力进行验证。结果显示:(1)标准品芦丁在268nm处吸光度与浓度相关系数r=0.999 7,线性浓度范围为5.6~72.0μg·mL~(-1),线性关系良好;(2)道地产区文山州3个产地以及曲靖市罗平、昆明市石林等产地三七总黄酮含量较高,平均含量高于7mg·g-1;(3)相同点数SavitskyGolay平滑之后,二阶导数模型预测能力优于一阶导数,不同处理模型预测能力具有较大差别;(4)预测模型中,2D+SG 7+OSC-PLSR(R2pre=0.976 1,RMSEP=0.325 2)与2D+SG 11+OSC-PLSR(R2pre=0.946 9,RMSEP=0.382 0)模型预测效果较好,RMSEP均小于0.4,预测值与检测值接近。傅里叶变换红外光谱结合OSC-PLSR能够对12个产地三七中总黄酮含量进行快速准确的预测,为三七整体性质量控制提供一种快速、简便、有效的检测方法。     

FTIR结合化学计量学对三七产地鉴别及皂苷含量预测研究

不同产地对中药次生代谢产物有显著影响,产地鉴别有助于中药的科学合理利用;其次,有效成分含量检测是评价中药质量的主要手段。通过傅里叶变换红外光谱结合化学计量学建立快速鉴别三七产地及测定三七中四种主要皂苷的方法,为三七的科学、合理、规范使用以及对三七质量进行快速评价提供依据。采集5个区域12个产地117个三七样本的红外光谱。产地鉴别预处理数据采用离散小波变换除去噪音造成的部分高频信号,偏最小二乘判别对产地判别贡献率大于1的数据进行筛选,kennard-stone算法将117个个体分为70%训练集与30%预测集。训练集数据用于建立支持向量机判别模型,交叉验证法用于筛选支持向量机最优参数,预测集数据对支持向量机判别模型结果进行验证。皂苷含量预测预处理数据采用标准正态变量变换、离散小波变换处理;处理的红外数据设为X变量,三七样品中通过高效液相色谱法测得的四种皂苷总量设为Y变量,采用正交信号校正去除红外光谱中与四种皂苷总量无关的干扰数据。个体数据分为80%训练集与20%预测集,训练集建立偏最小二乘回归模型,预测集数据对偏最小二乘回归模型的预测结果进行验证。结果显示： (1)交叉验证法得到支持向量机判别模型的最优参数为c=2.828 43,g=0.062 5,训练集的产地判别最优正确率为91.463 4%;(2)支持向量机判别模型参数设置为最优参数,代入预测集数据,预测集的产地判别正确率为94.285 7%,判别正确率较高;(3)训练集建立偏最小二乘回归模型的相关系数R2=0.941 8,校正均方差RMSEE=4.530 7;(4)代入预测集数据,预测集的相关系数R2=0.962 3,外部检验均方差RMSEP=3.855 9,皂苷预测值与高效液相检测值接近,预测效果良好。傅里叶变换红外光谱结合支持向量机能对三七进行产地鉴别,正交信号校正结合偏最小二乘回归能对三七中四种主要皂苷总量进行准确预测,为三七质量控制提供一种快速简便、无损、高灵敏度的检测方法。     

FTIR结合化学计量学对三七地下部位鉴别及皂苷含量预测

当今中药市场上掺假现象屡见不鲜，不良商贩利用三七须根粉末假冒主根和剪口粉末，严重影响三七的质量与药效。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合化学计量学建立三七主根、剪口和须根粉末鉴别及四种皂苷含量快速预测模型，为快速三七质量控制提供基础。采集三七主根、剪口和须根红外光谱，超高效液相色谱(UPLC)测量样品中三七皂苷R₁、人参皂苷Rg₁、人参皂苷Rb₁和人参皂苷Rd含量。采用纵坐标归一化及二阶导数对原始红外光谱进行预处理；Kennard-stone算法将60个样本分为2/3训练集与1/3预测集。训练集数据结合支持向量机(SVM)判别建立三七主根、剪口和须根粉末鉴别模型，最佳核函数c和g采用交叉验证进行网格式搜索，预测集数据用于对判别模型进行外部验证。正交信号校正偏最小二乘回归(OSC-PLSR)建立三七中四种皂苷含量预测模型，红外光谱采用一阶、二阶导数及Savitsky-Golay平滑5点、7点、9点、11点预处理。60个样本分为2/3训练集与1/3预测集，训练集数据建立OSC-PLSR模型，预测集数据对OSC-PLSR模型的预测结果进行外部验证。结果显示： (1)二阶导数可有效的分离原始谱图的叠合隐蔽谱峰，并提高谱图的分辨率；(2)交叉验证网格式搜索计算出最佳核函数c=2.828 43，g=4.882 81×10-4，此时训练集判别正确率为100%；(3)SVM判别模型核函数设置为最佳核函数，预测集数据外部验证正确率为100%，所有样本均被正确鉴别；(4)三七皂苷R₁、人参皂苷Rg₁、人参皂苷Rb₁和人参皂苷Rd最优含量预测模型预测值与UPLC检测值接近，预测效果良好。FTIR结合SVM判别能对三七主根、剪口和须根粉末快速鉴别，结合OSC-PLSR能对四种皂苷含量进行准确预测。该方法准确可靠，可为中药材三七提供快速有效的质量控制。     

红外光谱结合化学计量学快速预测铁皮石斛中总黄酮含量

评价药用植物质量的主要手段之一是有效成分含量检测,不同采收期对药用植物有效成分含量有明显影响。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合化学计量学建立快速预测不同采收期铁皮石斛中总黄酮含量的方法,以期为铁皮石斛质量快速预测评价提供研究基础。采收2014年1至12月的铁皮石斛样品干燥粉碎;以氯化铝显色法测定铁皮石斛中总黄酮含量,分析不同采收时间铁皮石斛总黄酮的累积规律;采集样品红外光谱信息,归属红外吸收峰,拟合红外光谱数据和总黄酮含量数据,结合一阶导数、二阶导数、多元散射校正、标准正态变量、正交信号校正等对数据进行预处理,建立偏最小二乘回归模型预测样品中总黄酮含量。结果显示：(1)样品和标准品芦丁均在270 nm附近有共有吸收峰,实验以270 nm为总黄酮定量波长,标准曲线为y=6.076 5x+0.055 8,相关系数r=0.996 6,线性关系良好;重现性、精密度和稳定性相对标准偏差分别为1.00%,0.37%和0.28%,该方法稳定可靠;(2)总黄酮含量随时间变化趋势为先升高后降低,6月-8月样品含量较高,平均含量大于64.10 mg·g-1;(3)铁皮石斛红外光谱数据与总黄酮含量拟合后进行一阶导数、二阶导数、多元散射校正、标准正态变量、正交信号校正等组合处理,用PLSR模型预测铁皮石斛的总黄酮含量,结果最佳预处理方式为2D+SG5+SNV+OSC-PLSR,训练集和验证集r分别为0.979 0和0.882 4,验证均方根误差(RMSEE)和预测均方根误差(RMSEP)分别为2.438 2和4.169 9,铁皮石斛中总黄酮含量预测值与测量值较接近,表明PLS模型可用于总黄酮含量的快速预测。傅里叶变换红外光谱结合化学计量学能实现铁皮石斛中总黄酮含量准确预测,为铁皮石斛质量评价提供快速、有效的方法。     

傅里叶变换红外光谱法研究核辐照对三七总皂苷粉成分的影响

采用傅里叶变换红外光谱(卷积谱)法对经不同剂量y-射线核辐照的三七总皂苷粉进行了对比研究.辐照剂量不高于9kGy时,三七总皂苷粉样品的化学成分几乎没有发生变化;三七总皂苷粉样品经15kGy及以上的辐照剂量辐照后,可能产生新的化学成分;经21kGy的剂量辐照,三七总皂苷粉产生了人参、三七粉所含的普通成分(非三七总皂苷成分...     

基于傅里叶变换红外光谱的平菇蛋白质、多糖含量预测方法研究

平菇是我国大宗食用菌品种之一，产量位居我国食用菌的第三位。平菇不仅味道鲜美，而且含有丰富优质的蛋白质及具有多种生物活性的平菇多糖，深受消费者喜爱。市场上的平菇产品众多，质量参差不齐，并且现有营养成分分析方法耗时长、成本高，难以满足平菇等大宗食用菌的营养成分检测需求。傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术具有检测速度快、操作方便、可同时分析多种化合物、安全环保等特点，将其与化学计量学结合，构建数学模型，能满足对平菇等大宗农产品营养成分的快速检测、分析及评价。以平菇为研究对象，在全国范围内收集主栽平菇样品85份，分别进行红外光谱扫描，并运用多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)、正交信号校正(OSC)、光滑加一阶导数(F-G D)、光滑加二阶导数(S-G D)等5种光谱数据预处理方法，通过比较模型验证集回归系数，确定平菇蛋白质模型最佳预处理方式为OSC结合S-G D,平菇多糖模型最佳预处理方式为OSC结合F-G D。在最佳光谱预处理下，采用LASSO算法对7458个光谱波段进行特征波段提取，获得平菇蛋白质特征波数93个，平菇多糖特征波数92个，压缩率达到98%。将特征波数与化学方法检测...     

紫外-可见分光光度法在植物多糖含量测定中的应用

紫外-可见分光光度法(UV-Vis)是目前国内比较常见的一种光谱学测量方法.且近年来,其在植物多糖含量测定领域的应用越来越多.本文从UV-Vis测定植物多糖含量过程中的显色剂选取、各种条件的优化以及具体应用等方面进行综述.     

FTIR结合主成分分析对棕榈科植物鉴别研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合主成分分析(PCA)对棕榈科植物2个亚科4个族的植物叶片进行了光谱研究。结果显示,棕榈科同族不同种和同科不同族的植物在红外光谱上表现出差异。用二阶导数光谱进行主成分分析,显示可以将样品进行正确分类。研究表明傅里叶变换红外光谱在鉴别分类植物方面具有应用潜力。     

FTIR结合ELM对黑果腺肋花楸黄酮、多糖含量快速预测

黑果腺肋花楸是继蓝莓后的又一小浆果,因其黄酮含量高于蓝莓受到关注,已获进入新资源食品名单,并在饮料行业中使用。黑果腺肋花楸黄酮、多糖是其果汁及果渣中的主要生物活性成分,也是影响其品质的重要因素。以中红外光谱技术结合化学计量学方法对黑果腺肋花楸黄酮、多糖含量进行预测,为建立简便、快捷的黑果腺肋花楸产品质量检测方法提供基础。采集15个产区共750份黑果腺肋花楸红外光谱数据,测量每份样品黄酮、多糖含量,采用K-S样本划分法按4∶1的比例将样本划分为校正集和验证集,并对分组后的光谱信息进行多元散射校正(MSC)、标准正态化(SNV)、平滑(SG)、一阶导数(FD)、二阶导数(SD)等光谱预处理,与原始光谱进行极限学习机(ELM)建模预测效果对比,确定最佳光谱预处理方法。采用竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)进行黑果腺肋花楸黄酮、多糖特征光谱波段选取,将2种方法选取的光谱数据结合偏最小二乘回归法(PLS)、极限学习机(ELM)、支持向量机(SVM)进行建模对比,选出预测效果最佳的算法模型。结果表明,7种光谱预处理方法中,MSC对原始光谱的处理效果最佳,在此处理下黄酮含量预...     

基于FTIR与UV-Vis的Ce-La/TiO_2光-湿-热复合材料制备机理

为获得具有调温调湿且能够进行光催化降解有害物质的多功能复合材料,利用溶胶-凝胶法制备Ce-La/TiO_2空心微球,以Ce-La/TiO_2空心微球为载体材料,采用真空吸附法将相变材料——癸酸-棕榈酸填充在Ce-La/TiO_2空心微球的空腔中制备具有光-湿-热协同性能的Ce-La/TiO_2复合材料。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)对制备过程中主要阶段的产物进行测试,研究SiO2模板的构建作用,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的衔接作用,癸酸-棕榈酸的嵌入对Ce-La/TiO_2空心微球的影响,利用紫外-可见分光光谱仪(UV-Vis)对Ce-La/TiO_2复合材料的光响应范围进行测试,研究Ce-La共掺杂对TiO_2空心微球光响应能力的影响,采用扫描电镜(SEM)对Ce-La/TiO_2复合材料的微观形貌进行表征分析,进一步阐明Ce-La/TiO_2复合材料制备机理。结果表明,氨水提供的碱环境有利于正硅酸乙酯缩合反应,在780.00cm-1处生成Si—O—Si基团,搭建SiO2网络骨架,形成内核,作为支撑TiO_2壁材的模板,构建TiO_2的空腔结构;表面活性剂PVP的添加,在1 035.00cm-1处形成—C—N—基团,有利于TiO_2附着在SiO2的表面;高温煅烧能够有效去除PVP避免杂质离子引入到Ce-La/TiO_2复合材料体系中。Ce-La共掺杂使Ce-La/TiO_2复合材料的吸收边带发生红移,提高在可见光下的催化降解能力,同时在1 630.00cm-1处出现—OH基团能够提高CeLa/TiO_2复合材料的亲水性。癸酸-棕榈酸较好的填充于Ce-La/TiO_2空心微球的空腔中,各组分的特征吸收峰没有发生明显变化,能够保持各组分的基本性能不变。     

支持向量回归在葡萄酒红外定量分析中的应用

近年来,基于朗伯-比尔定律和化学计量学的红外光谱定量分析方法发展十分迅速。其中,选择合适的预处理方法和有效的校正模型是定量分析成功的关键。选取30个葡萄酒样品,运用红外光谱结合向量回归算法SVR,对葡萄酒乳酸、酒石酸、乙酸异戊酯、3-甲基-1-丁醇进行了红外含量预测。选用标准归一化、基线校正以及异常样本点剔除三种谱图预处理方法,结合支持向量回归算法。实验结果表明该方法行之有效,计算值与标准值间的相对误差可被控制在5%以内。该方法可应用于葡萄酒中代表性物质含量的定量分析检测。     

红外光谱法对牛肝菌种类鉴别及镉含量预测研究

建立红外光谱快速鉴别牛肝菌种类及预测牛肝菌中重金属镉(Cd)含量的方法。采集11种牛肝菌共98个子实体的红外光谱信息,解析牛肝菌的红外光谱,用一阶导数、标准正态变量和多元散射校正对原始光谱进行预处理,通过PLS-DA鉴别牛肝菌种类。采用ICP-AES法测定牛肝菌中有毒重金属Cd含量,分析牛肝菌对Cd的富集规律并与GB 2762—2012规定的食用菌中Cd限量标准比较,评价牛肝菌的食用安全性。以食用菌对重金属Cd的富集机理为切入点,将牛肝菌红外光谱数据和Cd含量数据进行拟合,用PLS模型快速预测牛肝菌的Cd含量。结果显示:(1)牛肝菌红外光谱经过适当的预处理进行PLS-DA,前三个主成分累积贡献率达到79.3%,PLS-DA的三维得分图能明显区分不同种类牛肝菌;(2)不同产地、种类牛肝菌对重金属Cd的富集存在差异,其含量在0.05~23.41mg·kg~(-1) dw之间,除了采自昆明五华区的灰疣柄牛肝菌外,多数样品的Cd含量超过GB2762-2012的限量标准,食用有一定的健康风险;(3)牛肝菌红外光谱数据与Cd含量拟合后进行正交信号校正-小波压缩优化处理,用PLS模型预测牛肝菌的Cd含量;训练集和验证集的R~2分别为0.851 9和0.882 4,RMSEE和RMSEP分别为2.59和2.67,大部分牛肝菌的Cd含量预测值与真实值较接近,表明PLS模型可用于牛肝菌Cd含量快速预测。傅里叶变换红外光谱结合化学计量学能实现牛肝菌种类快速鉴别及Cd含量准确预测,为牛肝菌种类鉴别和质量控制提供快速、有效的方法。     

铬诱导植物根细胞壁化学成分变化的FTIR表征

随着制革、电镀等行业的发展,铬污染已成为严重的环境问题而受到人们的关注。铬在植物体内主要积累于根部,植物根细胞壁化学变化与金属元素在植物体内的蓄积行为有密切关系。与其他方法比较,应用OMNI采样器-FTIR直接测定法表征细胞化学成分变化具有简便、快速和准确的优点。文章用FTIR对凤眼莲(Eichhornia crassipes)和空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)根细胞壁进行了测定、分析和指认,并利用半定量分析方法研究了铬处理和对照处理下根细胞壁红外光谱的差异。结果表明,铬处理的凤眼莲和空心莲子草根细胞壁上的—OH向低频分别发生了20和6 cm-1的位移,同时凤眼莲的根细胞壁上—OH和自由羧基COO-等吸附位点数目较对照均有所增加,而空心莲子草则相反。说明这些基团与铬的结合密切相关,进一步解释了凤眼莲耐铬及其在根部积累铬的机理,说明FTIR在监测逆境诱导植物化学成分变化和环境绿色修复方面具有广泛的应用前景。     

FTIR结合热重(差热)技术对红壤地区大豆铝毒害的鉴定

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR), 结合热重和差热分析对不同铝浓度下的大豆根系进行了研究。结果表明, 在60和90 mg·L-1的铝液处理下,大豆根系的铝含量较高,达到显著铝毒害水平。在相同的波数范围内,不同铝浓度下其红外谱图的性状、波数及吸收峰的数目有所不同,3 300, 2 930, 1 542和721 cm-1下的吸收峰可作为鉴定大豆铝毒害的特征峰。3 300和2 930 cm-1特征峰在高浓度(60和90 mg·L-1)的铝毒害下明显高于其他浓度特征峰,1 542 cm-1的酰胺Ⅱ带特征峰在90 mg·L-1下没有显现, 721 cm-1吸收峰带却在Al 60和90 mg·L-1浓度下有表现。不同铝浓度下的热重(TG)和差热(DT)曲线在400～500 ℃温度范围内差别最大,TG曲线在大于30 mg·L-1的铝处理下与空白相比的质量损失减少,表明铝处理可能使根系木质化加重,产生难以燃烧的物质;DT曲线在60和90 mg·L-1的铝处理下出现双峰,可作为大豆铝毒害的鉴定标志之一。由此,FTIR结合热重(差热)技术可以用来鉴定红壤地区大豆的铝毒害。     

不同产地中国沙棘的傅里叶变换红外光谱识别研究

采用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数光谱对不同产地的中国沙棘进行识别研究。结果表明,不同产地中国沙棘的一维红外光谱在2 925,2 854,1 743,1 541和1 173cm~(-1)等处都有表征脂类、黄酮类和糖类成分的特征吸收峰。但因产地不同,各样本吸收峰的位置和强度均存在一定差异。此外,3 429~3 336cm~(-1)范围处以及1 744cm~(-1)附近处的吸收峰是识别不同产地中国沙棘主要特征峰;比较各产地中国沙棘的二阶导数红外图谱发现,1 030和1 516cm~(-1)的吸收峰能够进一步确认样本中的黄酮类化合物的存在。此外,各样本在1 711和1 476cm~(-1)附近的吸收峰以及1 689~1 515和1 400~1 175cm~(-1)处吸收峰的强度和位置均具有显著差异。一维红外光谱和二阶导数光谱的结合,可以为不同产地中国沙棘的识别分析提供科学数据。该方法快速、直观、简便,能够为不同产地中国沙棘的整体化学成分提供大量信息,有助于中国沙棘的整体质量控制以及有效成分定性分析研究。     

Identification of Plant-Pathogenic Fungi Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy Combined with Chemometric Analyses

Identification of plant-pathogenic fungi is time-consuming due to cultivation and microscopic examination and can be influenced by the interpretation of the micro-morphological characters observed. The present investigation aimed to create a simple but sophisticated method for the identification of plant-pathogenic fungi by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. In this study, FTIR-attenuated total reflectance (ATR) spectroscopy was used in combination with chemometric analysis for identification of important pathogenic fungi of horticultural plants. Mixtures of mycelia and spores from 27 fungal strains belonging to nine different families were collected from liquid PD or solid PDA media cultures and subjected to FTIR-ATR spectroscopy measurements. The FTIR-ATR spectra ranging from 4 000 to 400 cm-1 were obtained. To classify the FTIR-ATR spectra, cluster analysis was compared with canonical vitiate analysis (CVA) in the spectral regions of 3 050～2 800 and 1 800～900 cm-1. Results showed that the identification accuracies achieved 97.53% and 99.18% for the cluster analysis and CVA analysis, respectively, demonstrating the high potential of this technique for fungal strain identification.     

大血藤药材及不同提取物FTIR的比对分析

采用红外光谱法(FTIR)、二阶导数红外光谱法和二维相关光谱分析技术(Two-Dimensional Correlation Spectroscopy) 对江西和安徽大血藤药材、水提物、蒽醌类提取物和残渣进行了快速无损比对分析研究,从中发现两产地大血藤药材的谱图中均出现1 400～1 620 cm-1和1 000～1 200 cm-1两个强峰带,说明药材含有大量的药效成分蒽醌类和糖类物质;蒽醌提取物的谱图中也有上述2个谱带,但1 400～1 620 cm-1谱带明显强于1 000～1 200 cm-1谱峰,说明该提取工艺适宜提取蒽醌类物质;而水提物中2个谱峰带则是后者明显强于前者,证实该提取工艺适宜提取糖类物质;另外通过红外谱图和二阶导数红外谱图的对比发现在药材残渣中含有大量的草酸钙晶体。证明红外光谱技术不仅能对原药材及提取物的药效基团进行分析和指认,还能区分不同产地药材的提取物含量的高低,成功地建立了大血藤及其不同提取物药效成分比对分析的新方法。