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结合统计分析对竹类植物的鉴别分类研究

傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和系统聚类分析用于竹类植物鉴别分类研究。六种竹亚科植物54个竹子叶片的红外光谱测试结果显示竹叶光谱主要由蛋白质、碳水化合物、脂类等吸收带组成,竹叶光谱相似,仅在1 800～700 cm-1范围峰数、峰位、峰强上存在较小的差异。六种竹子叶片红外光谱的二阶导数谱在1 800～700 cm-1范围显示明显差异。用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行主成分分析,在主成分PC1,PC2,PC3三维空间图中,所测试竹叶样本分类正确率达98%;在PC3-PC4二维投影图显示所有竹叶样本正确分成六个区域;用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱进行聚类分析,所测竹叶样本正确聚为六类。表明FTIR结合统计分析能够在种水平对竹亚科植物鉴别分类。     

FTIR结合主成分聚类用于伽师瓜籽品种的鉴别

采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)法测定了3个不同品种的伽师瓜种子的傅里叶变换红外光谱,采用主成分和聚类方法进行数据分析,比较了不同品种伽师瓜种子之间的差异程度.结果表明:基于傅里叶变换红外光谱的主成分和聚类分析在反映不同品种植物种子化学组成差异程度上具有应用价值.     

蚕豆病害叶的FTIR研究

用傅里叶变换红外光谱技术结合统计分析对蚕豆锈病、茎基腐病、轮纹病、黄化卷叶病和正常叶片进行鉴别研究。结果显示病害叶片和正常叶片的红外图谱相似,仅有几个吸收强度比存在差异;对光谱进行二阶导数分析发现,病害叶片和正常叶片的二阶导数光谱在1 200～700cm-1范围差异明显,对该区域内的光谱数据进行相关分析、主成分分析和聚类分析,结果显示,正常叶片之间、同种病害样品之间相关系数都在0.928以上,而病害叶片和正常叶片以及不同病害样品之间的相关系数降低;45个样品聚类分析和主成分分析正确率分别为73.3%和82.2%。傅里叶变换红外光谱技术具有快速、无损、准确等优点,有望为蚕豆病虫害诊断提供新的方法与途径。     

不同土壤FTIR分类研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对5种不同类型的土壤进行了研究,结果显示,其红外光谱主要是由碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、锰酸盐等无机盐类,黏土矿物及有机质的振动吸收带组成。五种土壤的红外光谱在1600~750cm-1范围内呈现出差异,作一阶导数处理后,发现其差异主要表现在1440cm-1、875cm-1及798~780cm-1附近。选取1600~750cm-1范围内的一阶导数数据运用Matlab 2010来实现主成分分析,前两个主成分累计贡献率达到90.14%,利用这两个主成分作二维散点分布图,结果表明该分布能对这五种土壤进行有效分类,这为土壤鉴定提供了快捷的光谱手段,同时表明傅里叶变换红外光谱技术用于对土壤的研究,且具有测定快速方便、无损、准确等优点,具有较大的应用潜力。     

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     

基于主成分分析的不同预处理方法对关节软骨分类的影响

本文采用不同方法对来自正常和病变关节软骨样本的红外光谱进行预处理,而后利用主成分分析对关节软骨进行鉴别分析。首先对关节软骨切片实现傅里叶变换红外光谱采集,其次分别采用基线校准、标准化、多元散射校正和标准正态变量变换对软骨的红外光谱进行预处理,然后对原始光谱(矩阵)以及预处理光谱进行主成分分析,根据得分矩阵对样本进行分类分析。结果表明:预处理方法结合主成分分析可以更好地对正常和病变关节软骨样本进行分类,而且多种预处理方法的结合可以更好地增强样本间的区分度。另外,针对关节软骨样本,多元散射校正比标准正态变量变换具有更好的增强效果。     

主成分分析在温室气体时序红外光谱处理中的应用研究

傅里叶变换红外光谱技术可同时测量多种温室气体组分的浓度。仪器噪声和谱线重叠效应会对光谱数据的质量产生影响,从而影响各组分反演浓度的结果。针对上述问题,使用不同数量的主成分对时序测量光谱矩阵进行重建,并将重建光谱矩阵与原始光谱矩阵之间的欧式距离和余弦距离作为动态选择主成分数量的判据,重建时序测量光谱,从而提高时序光谱数据的质量。采用该方法分别对数值仿真光谱、标准气体测量光谱和外场实验测量光谱进行了处理。结果表明,叠加0.001 RMS噪声的数值仿真光谱经过光谱重建后,光谱的结构特征未明显改变,重建光谱与原始光谱之间的残差标准差为4.191×10^-4,有效降低了测量光谱中噪声的影响。采用该方法对标准气体的平均测量光谱进行了重建,并比较了重建光谱与平均光谱的反演浓度精度。1 min平均测量光谱反演各组分浓度的精度为CO₂:0.24μmol·mol^-1、 CH₄:5.24 nmol·mol^-1、 N₂O:2.92 nmol·mol^-1和CO:...     

中国观赏类山茶FTIR分类研究

采用傅里叶红外光谱法研究了云南山茶与华东山茶共17个品种的山茶花花瓣.结果显示,傅里叶变换红外光谱主要由蛋白质、脂类化合物及多糖的振动吸收带组成.两类山茶样品的傅里叶变换光谱图整体上十分相似,只是在多糖吸收区域(1200-950cm-1)略有差异,对比该区域的一阶导数谱,差异主要表现在1125-1100cm-1和1070-1000cm1两个吸收带.选取1200-950cm-1范围内的一阶导数谱进行系统聚类分析分类,并对4000-400cm-1范围内光谱做主成分分析.结果表明傅里叶变换红外光谱技术结合化学统计学方法,可用于鉴别云南山茶和华东山茶.     

基于主成分分析和聚类分析的FTIR不同地理居群香果树多样性分化研究

应用傅里叶变换红外光谱（FTIR）法测定了浙江省7个不同地区香果树茎和叶的红外光谱,以721～3 366 cm-1范围内的吸收峰吸光度为指标,以红外光谱图为对象,应用主成分分析(principal component analysis, PCA)和聚类分析(Cluster analysis),比较了7个不同地理居群香果树茎和叶在红外光谱图上的差异程度,即各吸收峰所对应的化学成分含量差异。结果表明,香果树茎和叶的红外光谱存在一定差异,叶在聚类分析中所表现出来的居群间的距离系数和主成分分析三维排序图中各居群的相对位置都较大,在研究植物不同地理距离居群多样性分化方面具有比茎更好的效果。与其他地区地理距离相对较远的大盘山和古田山香果树居群红外光谱具有特殊性,多样性分化显著。九龙山、乌岩岭和松阳的香果树居群红外光谱图各有其特点,在三维排序图上的位置差异不大,聚类分析也显示这几个居群间距离系数很小,说明这几个地区香果树居群在植物化学组成上存在一定差异,但居群多样性分化不显著。发现基于FTIR的主成分分析排序图和聚类分析图能够在一定程度上表征植物不同地理居群间多样性的分化,这也表明,FTIR在应用于濒危植物保护方面具有广泛的应用前景。     

甲状腺癌转移性淋巴结的红外光谱研究

联合运用衰减全反射(attenuated total reflectance,ATR)探头与FTIR光谱仪,测定了新鲜离体的甲状腺癌转移性颈部淋巴结20枚和非转移性淋巴结69枚的FTIR光谱,比较两组光谱13个谱带的峰位及相对峰强等28个指标,找出甲状腺癌转移性淋巴结光谱的特征。与非转移性淋巴结相比,转移性淋巴结光谱中与蛋白、脂质、糖类、核酸相关的谱带均发生了明显的变化,具体如下：(1)与蛋白质相关的谱带的相对峰强I_{3 280}/I1 460(P=0.029),I_{1 640}/I_{1 460}(P=0.019),I_{1 546}/I_{1 460}(P=0.004)均显著升高;(2)脂类相关的相对峰强I_{1 743}/I_{1 460}显著降低(P=0.026),而I_{1 400}/I_{14 60}则明显增高(P=0.001);(3)与糖类相关的1 165与1 120 cm-1处峰位P_{1 165}(P=0.019),P_{1 120}(P=0.000)发生明显蓝移(向高波数移动),相对峰强I1 165/I_{1 460}显著降低(P=0.006);(4)与核酸相关的1 085 cm-1处峰位P_{1 085}发生明显地红移(向低波数移动)(P=0.029);(5)其他指认未明的谱带的相对峰强I_{1 303}/I_{1 460}(P=0.008),I_{1 303}/I1 240(P=0.039)均明显升高。与非转移性淋巴结光谱相比较,甲癌转移的淋巴结光谱在多个谱带的峰位或相对峰强方面存在显著的差异。FTIR可应用于术中甲状腺癌转移性淋巴结的探测。     

Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy of Biological Tissues

Abstract

This article reviews some of the recent advances on FTIR spectroscopy in areas related to natural tissues and cell biology. It is the second review publication resulting from a detailed study on the applications of spectroscopic methods in biological studies and summarizes some of the most widely used peak frequencies and their assignments. The aim of these studies is to prepare a database of molecular fingerprints, which will help researchers in defining the chemical structure of the biological tissues introducing most of the important peaks present in the natural tissues. In spite of applying different methods, there seems to be a considerable similarity in defining the peaks of identical areas of the FTIR spectra. As a result, it is believed that preparing a unique collection of the frequencies encountered in FTIR spectroscopic studies can lead to significant improvements both in the quantity and quality of research and their outcomes. This article is the first review of its kind that provides a precise database on the most important FTIR characteristic peak frequencies for researchers aiming to analyze natural tissues by FTIR spectroscopy and will be of considerable assistance to those who are focusing on the analysis of cancerous tissues by FTIR spectroscopy.     

Application of Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy in the Characterization of Tannins

Abstract

A review of vibrational frequencies reported for tannin molecules is provided to create a database with typical fingerprints for different types of tannins. This will provide researchers working on vibrational spectroscopy applications and technicians a fast, easy, and reliable method to assess the quality and authenticity of these compounds, both extracted in laboratories and provided from commercial sources. The widespread use of these compounds has highlighted the need for a systematic characterization of the vibrational frequencies and molecular fingerprints for their identification and discrimination. According to our knowledge, this is the first systematic collection of typical peak frequencies for tannins, which can be applied in several research fields and technological applications.     

黑米花色苷酰化修饰红外光谱分析

黑米花色苷易受外部环境影响发生降解致使局部分子结构破坏而使营养价值和保健功能有所下降。利用有机酸提供酰基对黑米花色苷进行修饰来提高花色苷结构的稳定性。利用红外光谱分析经咖啡酸酰化修饰黑米花色苷的结构变化。结果表明：黑米花色苷酰化修饰前后于官能团区3 650~3 200和1 680~1 620 cm-1处均有吸收峰,且其于指纹区1 282.68和1 277.51 cm-1处出现酚羟基吸收峰,于1 056.07和1 054.03 cm-1处出现醇羟基吸收峰,719.90和719.71 cm-1处出现苯环上C-H面外弯曲振动吸收峰。由此可见,黑米花色苷酰化修饰后主要结构框架仍为花色苷的芳环结构。此外,黑米花色苷酰化修饰前后于1 900~1 650 cm-1间1 714.28和1 728.13 cm-1处均出现共轭羰基的特征吸收峰,对应于可直接连接在苯环上的α-羰基结构,由此说明黑米花色苷结构中存在着酰基基团。黑米花色苷经酰化修饰后红外图谱于1 517.20 cm-1处出现新吸收峰,其正好处于1 800~900 cm-1双键(不含氢)伸缩振动区,指纹区876.65 cm-1处亦出现了苯环上的C-H面外弯曲振动吸收峰。与之相呼应在经二阶导数处理后红外光谱图中在2 500～2 000 cm-1间出现了新的波动,此波段为累积双键伸缩振动区,而官能团区3 650~3 200 cm-1间3 370.20 cm-1处的吸收峰正好处于多分子缔合区。由此可见,在咖啡酸作为酰基供体,酰化修饰黑米花色苷时由于分子间的重新缔合于结构中引入了新的酰基基团而呈现出一种双酰化的空间结构。黑米花色苷酰化结构中有机酸与糖链相连,将有机酸置于2-苯基苯并吡喃骨架的表面,这种堆积作用模式可以较好地抵抗水的亲核攻击和其他降解反应进而提高黑米花色苷结构的稳定性。     

傅里叶变换红外光谱在胃癌淋巴结转移诊断中的应用研究

观察傅里叶变换红外光谱技术无创、原位、快速诊断胃癌淋巴结转移的可行性。联合使用衰减全反射探头及傅里叶变换红外光谱仪测量新鲜离体胃周淋巴结红外光谱,发现每条光谱在吸收波长3 000～1 000 cm-1之间循序出现13条谱带,依据病理检测结果将淋巴结分为转移组及非转移组,比较两组淋巴结红外光谱的峰位和相对峰强等指标结果,最后进行标准统计学分析。36例胃癌患者,共检测淋巴结720枚,其中转移性淋巴结180枚,未转移540枚;与非转移淋巴结相比,转移淋巴结红外光谱有如下特征：(1)与核酸相关的峰强比I_{1 240}/I_{1 460}(p=0.015)和I_{1 080}/I_{1 460}(p=0.034)显著升高,提示转移淋巴结细胞的核酸含量增多;(2)与蛋白相关的I_{1 640}/I_{1 460}(p=0.001)和I_{1 546}/I_{1 460}(p=0.027)峰强比值升高,表明转移淋巴结组织的蛋白质含量明显升高;(3)与脂类相关的I_{2 855}/I_{1 460}和I_{1 740}/I_{1 460}显著降低(p＜0.001),提示癌组织脂类含量相对减少;(4)I_{1 160}/I_{1 460}(p=0.023)显著降低,表明恶性细胞糖类物质的减少。研究结果显示,傅里叶变换红外光谱分析技术有望成为术中原位、在体和快速诊断胃癌淋巴结转移的新方法。     

Coal Rank Increase and Aerial Oxidation by a Combination of Fourier Transform Infrared Spectroscopy with Multivariate Analysis

This work describes that the conventional analysis by Fourier transform infrared spectroscopy of a set of coals grouped by means of multivariate analysis (nonlinear mapping and hierarchical cluster analysis) obtained results that show this methodology is a good approach to summarize and classify coals by their structural relationships and the geochemical processes of their origin.     

傅里叶变换红外光谱法研究核辐照对螺旋藻粉成分的影响

采用红外光谱法对经不同剂量核辐照的螺旋藻粉进行了对比研究,比较了它们的红外光谱的异同。螺旋藻粉的红外光谱主要由蛋白吸收带及碳水化合物的吸收带组成,一定辐照剂量处理的螺旋藻粉成分的化学结构并未发生变化,部分成分含量发生了变化。表明辐照可杀灭螺旋藻粉中污染微生物和各种水生寄生虫卵,同时利用红外光谱法可以快速检测螺旋藻粉样品是否经过辐照处理。随着辐照剂量的增加样品某些种类的蛋白质含量随之减少了。这与文献[1]研究得到的结果是一致。螺旋藻粉的红外光谱的特征峰（1654、1452及1240cm-1）与啤酒酵母的蛋白质红外光谱的特征峰位相同及峰形非常相似,表明螺旋藻粉和啤酒酵母中的蛋白质的化学结构可能很相似。     

基于中红外光谱技术检测茶叶中非法添加滑石粉的研究

研究傅里叶变化红外透射光谱(FTIR)结合化学计量学方法检测茶叶中非法添加滑石粉的可行性。首先获取掺杂量不同的滑石粉(0.00, 0.15, 0.25, 0.35, 0.50, 0.65, 0.75, 0.85, 1.00, 1.10, 1.25, 1.50 mg·g-1)210个茶叶样本光谱。为了突显出光谱中的细微变化,采用Savitzky-Golay(SG) 平滑、标准化和标准正态变量(SNV)三种方法对原始光谱进行预处理。其中,处理效果最好的是SNV方法。随后探究光谱与掺杂量之间的定量关系,采用反向间隔偏最小二乘法(biPLS)和连续投影算法(SPA)的结合进行特征波数的选择,最终选出来5个特征波数。并利用偏最小二乘回归算法(PLS)和最小二乘支持向量机算法(LS-SVM)建立基于这5个特征波数的回归模型。其中LS-SVM模型具有更高的相关系数(R_P=0.921)和更小的均方根误差(RMSEP=0.131),所以该模型具有更好的稳定性及更高的预测能力。综上所述,红外光谱技术可以定量地检测出茶叶中非法添加的滑石粉。     

13种易制毒化学品红外光谱快速定性分析

建立了可用于13种易制毒化学品快速定性鉴定分析的衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）方法。长期以来,由于缺乏定性判别依据,红外光谱法仅被用于快速定性筛查分析。为扩大红外光谱法在法庭科学领域的应用,本研究收集并分析了152份各类缴获麻黄碱样品,对匹配度系数法和特征吸收峰法这两种定性判别依据进行了考察和比较。麻黄碱样品与标准品的匹配度系数区间为0.437～0.981,整体趋势为纯度越高匹配度系数越高,但匹配度系数与纯度并不成线性关系,所以匹配度系数的阈值很难确定。特征吸收峰的挑选原则为在2 500~650 cm-1范围内挑选8个相对吸收强度较高且不受常见掺杂物干扰的吸收峰。当以全部特征吸收峰均检出为阳性检出依据时,152份麻黄碱样品的阳性检出率为98.7%。综合评价结果表明采用特征吸收峰法作为判别依据,专属性强、适用范围宽、定性结果准确可靠。确定了1-苯基-2-丙酮、3,4-亚甲基二氧苯基-2-丙酮、胡椒醛、N-乙酰邻氨基苯酸、邻氨基苯甲酸、麻黄碱、伪麻黄碱、3-氧-2-苯基丁腈、1-苯基-2-溴-1-丙酮、N-苯乙基-4-哌啶酮、4-苯胺基-N-苯乙基哌啶、1-苯基-1-丙酮、N-甲基-1-苯基-1-氯-2-丙胺这13种易制毒化学品的特征吸收峰。采用基于特征吸收峰的ATR-FTIR法对易制毒化学品进行快速定性鉴定分析,将极大提高易制毒化学品定性检验的鉴定效率、降低检验鉴定成本。     

41个茶花品种基因组DNA傅里叶变换红外光谱

研究的目的是通过全基因组DNA的傅里叶变换红外光谱(FTIR)对41种茶花品种进行聚类分析和品种鉴定。研究发现,41个茶花品种基因组DNA的FTIR光谱不同,方差分析显示,各茶花品种FTIR数据之间的差异显著,因而,红外光谱可以作指纹光谱鉴定茶花。通过系统聚类结合主成分分析,建立了41种茶花品种的标准聚类和识别模型。41种茶花品种基因组DNA样本的平均光谱的聚类正确率为92.68%,品种鉴定准确率为100%。聚类结果表明,在1.0聚类距离,41个山茶品种可分为9个类别,在15.0聚类距离下可分为3个大类。亲缘关系分析表明,滇山茶中的楚雄居群来自楚雄、腾冲和大理。结果表明：基因组DNA的FTIR光谱数据的系统聚类结合主成分分析可用于茶花快速分类和鉴定。