偏最小二乘法在傅里叶变换红外光谱中的应用及进展

偏最小二乘法(PLS)是一种应用非常广泛的化学计量方法,它综合了多元线性回归法(MLR)和主成分回归法(PCR)的优势,具有预测能力强和模型相对简单等优点。PLS使傅里叶变换红外光谱的应用范围不断扩大,同时算法也得到了改进和完善。文章介绍了偏最小二乘法在傅里叶变换红外光谱中的应用,对改进算法,如移动窗口PLS(MWPLS)、稳健PLS(RPLS)、加权PLS(WPLS)和非线性PLS等进行了介绍。同时,对应用PLS时数据的预处理、变量的选择、噪声的处理和非线性模型的建立进行了综述。     

T-FTIR研究大气颗粒物表面非均相反应

大气颗粒物表面发生的非均相反应已成为目前大气科学领域的研究热点.由于现有的研究手段存在很多不足,目前人们对大气中痕量气体物质在颗粒物表面非均相反应动力学和机理了解得还很有限.文章开发了基于透射傅里叶变换红外光谱(T-FTIR)的研究颗粒物表面反应的方法,可以从分子水平观测颗粒物表面的物理化学变化.通过对一个大气模型反应体系即常温常压下甲基丙烯醛(MAC)在二氧化硅颗粒物表面反应的表征,验证了该方法可以有效地定性和定量表征颗粒物上的非均相反应过程.研究结果显示,反应过程的红外谱图信号清晰,表征灵敏;红外光能量较低,不会损害样品,可以实现对反应的原位观测.经HPLC分析结果证明,T-FTIR表征结果的重现性和准确性好,即使在湿度存在条件下其定性和定量也是可靠的.该方法为实验室模拟研究实际大气条件下的非均相反应提供了一种有效手段.     

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.     

傅里叶变换红外光谱在葡萄酒品质劣变检测中的应用

葡萄酒如果贮存方法不当极易发生劣变,失去原有的风味和质感,影响品质,因此对葡萄酒劣变进行检测,具有重要意义。在红葡萄酒劣变过程中,主要发生了酸败现象,产生了过量的有机酸类物质,致使葡萄酒原有性状发生变化。利用傅里叶变换红外光谱技术研究红葡萄酒特征光谱及其品质劣变的判别方法。对劣变过程的理化特性进行了分析,并对葡萄酒的FTIR光谱的主要吸收峰进行了解析。在劣变判别过程中,创新性的采用了比较多个吸收峰之间的吸光度比值之间大小关系的方法实现对劣变的判定,但此方法具有一定的相对性。通过对变质红葡萄酒与未变质红葡萄酒的FTIR光谱数据进行对比分析,发现在3 020～2 790,1 760～1 620以及1 550～800 cm-1三个波段内,在光谱特征上具有一定的差异,为了能够将这些光谱差异与葡萄酒的劣变情况建立联系并能够实现判别分析,引入了化学计量学方法。采用主成分分析(PCA)结合软独立建模聚类分析法(SIMCA)分别对以上三个特征波段内光谱数据进行了分类,最后利用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)对验证集数据在这三个波段进行了判别,结果表明FTIR结合化学计量学方法能够成功区分开变质和未变质的红葡萄酒样本,且具有很好的识别率,其中利用1 550～800 cm-1波段来建模分析效果最好,SIMCA和PLS-DA识别率分别为94%和100%。     

红参类中药注射剂红外光谱法宏观质量控制标准的研究

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)并结合二阶导数谱和二维相关红外光谱技术(2D-IR),对三种红参类中药注射剂(参附、参麦、生脉)进行了三级鉴定(别)研究。跟踪并找出了批次间、种类间以及中药注射剂与原药材之间谱图的变化规律,根据混合物体系主体成分掩盖的特点,进行了谱图的整体解析,指出了红参类中药注射剂的共有峰和差异特征峰,初步建立了红参类中药注射剂的宏观质量控制标准。提供了宏观质量控制的重要参考数据和评价依据。     

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。     

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.     

柳树病叶的傅里叶变换红外光谱研究

利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对三种柳树正常叶和病叶,同一枝条的幼叶、成叶、黄叶、病叶进行光谱测试,旨在分析柳树病叶发生的一些生理变化,并探讨柳树病变对系统聚类的影响。谱图显示不同阶段的叶片光谱变化主要在1800~800cm-1。对此波段进行二阶导数处理,清晰可看到蛋白质和木质素的叠加区域1700~1500cm-1,草酸钙特征峰1621、1318cm-1,糖类特征峰1075cm-1附近峰强有明显变化,用吸光度比A1621/A3390、A1318/A3390、A1075/A3390来比较草酸钙和糖类相对含量变化,用1700~1500cm-1波段的拟合峰面积比S酰胺I/S木质素、S酰胺Ⅱ/S木质素和S酰胺Ⅱ/S酰胺I来比较蛋白质相对含量变化。结果显示,病叶的草酸钙相对含量增加、多糖和蛋白质相对含量在减少。将叶片1800~800cm-1范围的二阶导数进行系统聚类,发现病叶化学成分的改变没有影响聚类效果,聚类正确率达100%。     

PSⅡ中蛋白二级结构中β聚合效应的红外光谱研究

利用Fourier变换红外光谱（FTIR）方法研究了光系统Ⅱ（PSⅡ）膜颗粒中蛋白二级结构在高温条件下的β聚合效应。具有生物活性和高温蛋白的β聚合样品的红外光谱测量温度均是室温，它们的酰胺Ⅰ吸收带被用来对两种样品的特性进行定量的分析。光谱的分析方法采用了直接Lorentz线型拟合，光谱结果表明光系统Ⅱ二级结构在400℃下发生热变性后，其红外光谱将发生很强的不可逆的变化。但其红外光谱与活性PSⅡ蛋白一样仍可用3个Lorentz线型拟合，显示了FTIR红外光谱方法在研究蛋白热变性方面的优越性。     

宫颈正常与宫颈癌组织傅里叶变换红外光谱的初步研究

利用傅里叶变换红外光谱对宫颈鳞癌(17例)、宫颈腺癌(5例)及宫颈正常组织(13例)进行了分析。结果显示,18个谱带在各类组织中的出现概率都在80%以上,显示其在组织中的特征性;这3类组织红外光谱的相对吸收峰吸光度差异主要表现在1 080,1 238,1 314,1 339,1 397,1 454,1 541,1 647,2 854, 2 873,2 926和2 958 cm-1处的比较上。傅里叶变换红外光谱仪可用于区分宫颈鳞癌、腺癌及宫颈正常组织,以该仪器为基础的方法有望成为宫颈癌筛检及临床诊断的新方法。     

滇丹参与丹参的傅里叶变换红外光谱对比研究

本文采用傅里叶变换红外光谱方法(FTIR)对中药材滇丹参和丹参及中成药复方丹参片进行了对比研究,比较了它们的红外光谱的异同.研究表明,滇丹参和丹参的红外光谱的部分吸收峰各峰之间构成相互对应关系,表明滇丹参与丹参所含的主要化学成分相似;滇丹参与丹参的红外光谱在1263、1062、668～541 cm-1三处峰形存在明显的...     

鹅膏菌的傅里叶变换红外光谱研究

利用傅里叶变换红外光谱对云南野生鹅膏科蘑菇子实体及孢子进行了研究,二者的光谱差异显著。子实体光谱的最强峰出现在蛋白质酰胺Ⅰ的特征峰1 655 cm-1附近,在碳水化合物的C—O特征振动峰1 077, 1 042 cm-1附近也有强吸收,表明鹅膏科蘑菇子实体的主要成分是蛋白质和碳水化合物;孢子的三个强峰在2 926,2 855,1 747 cm-1,归属为脂类物质的吸收。在1 800～750 cm-1,不同属、不同种的鹅膏科蘑菇光谱有区别,以此可以区分不同种类的蘑菇。此外,隐花青鹅膏菌不同部位的光谱也有差异,表明蘑菇的化学组分在子实体的不同部位有不同分布。利用傅里叶变换红外光谱可以区分不同种类的蘑菇。     

人胸膜间皮瘤与结核型胸膜炎的傅里叶红外光谱分析

研究以上皮型胸膜间皮瘤,纤维型胸膜间皮瘤,结核型胸膜炎与正常胸膜组织为材料, 通过傅里叶变换红外光谱分析组织中生物大分子的结构及含量的改变。研究发现,四种胸膜组织的傅里叶红外光谱较为相似,但存在明显区别,四种胸膜组织红外光谱数据方差差异极显著(sig.<0.001), 说明胸膜间皮瘤中生物大分子的含量及结构发生了明显变化,主要包括: (1)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带,核酸1 232 cm-1峰强,脂类物质2 922 cm-1峰强均显著高于正常人胸膜组织,与正常胸膜组织存在显著区别;纤维型胸膜间皮瘤中,蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带峰强,与核酸密切相关的1 078 cm-1峰强,以及与脂类物质相关的2 922和2 854 cm-1峰强均显著高于上皮型胸膜间皮瘤(p<0.05);结核型胸膜炎蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ、核酸1 232和1 078 cm-1峰强略有增加,但与正常胸膜组织差异不显著(p>0.05),与脂类物质含量有关2 922 cm-1峰强、2 854 cm-1峰强,极显著地高于正常胸膜组织(p<0.01),显著高于胸膜间皮瘤(p<0.05)。(2)蛋白质、核酸、脂类物质的相对峰强I_{1 641}/I_{2 922}, I_{1 641}/I_{1 232}, I_{1 232}/I_{1 078}, I_{1 078}/I_{1 546}, I_{1 078}/I_{2 854}, I_{2 922}/I_{1 232}, I_{1 458}/I_{1 400}能有效放大四类胸膜组织间的差异,其效果优于峰强效果,可作为胸膜间皮瘤诊断的优化指标。(3)上皮型胸膜间皮瘤中指示核酸分子中磷酸二酯键的C-C/C-O的1 078 cm-1峰强以及指示脂类物质的2 854 cm-1峰强显著低于纤维型胸膜间皮瘤和正常胸膜组织(p<0.05),表明上皮型胸膜间皮瘤中磷酸二酯键断裂程度较高,DNA受损严重,膜脂过氧化降解明显。说明上皮型胸膜间皮瘤恶化程度高于纤维型胸膜间皮瘤。(4)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带、Ⅱ带谱带、核酸1 232 cm-1峰、脂类物质1 458 cm-1处CH₂振动及1 400 cm-1处CH₃振动红移,说明蛋白质分子间的氢键受到破坏,核酸分子的氢键结合力减弱,核酸分子的双链结构受到一定程度的破坏,肿瘤组织中膜脂的亚甲基链趋向无序。(5)傅里叶红外光谱能有效区分纤维型胸膜间皮瘤、上皮型胸膜间皮瘤、结核型胸膜炎、正常胸膜组织,为胸膜间皮瘤与结核型胸膜炎的早期、快速诊断提供了可靠的数据。     

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。     

利用X射线衍射技术与红外光谱分析真菌侵蚀的木材

为了弄清真菌侵蚀木材的微细结晶构造与主成分官能团的变化,利用X射线衍射技术和红外光谱研究了分别经过黄孢原毛平革菌(PC)和棉腐卧孔菌(PP)侵蚀不同时间后毛白杨木材的结晶度、晶胞内层间距、晶粒宽度和主成分官能团的变化情况。结果表明：(1)PC与PP的侵蚀对木材纤维素结晶区的晶格构造没有影响,纤维素结晶区衍射2θ角和层间距基本保持不变,但纤维素结晶度和晶粒宽度随侵蚀时间增加而呈减小的趋势,并且受PP侵蚀的要比受PC侵蚀的明显,表明PP侵蚀对纤维素的破坏程度要大于PC侵蚀;(2)半纤维素在侵蚀过程中其木聚糖被不同程度的降解,使得产物中羰基含量增加,PC与PP对半纤维素的降解效果与纤维素几近相同;(3)木质素受PC侵蚀后苯环被氧化裂解生成链烃,而受PP侵蚀的变化不明显。     

彝药金沙青叶胆的傅里叶变换红外光谱研究

金沙青叶胆是常用彝药之一,具有独特而显著的药用价值。本文采用傅里叶变换红外光谱方法(FTIR)对金沙青叶胆的根、茎、花不同部位进行了分析研究。研究表明,其根、茎、花的红外光谱有较大的相似性,主要吸收峰位置基本相同,它们共同显示出该药材独特的红外指纹特征,三者所含主要物质成分基本相同,由此说明在彝医临床应用中将该药全草入药具有其合理性,但其根、茎、花的红外光谱的吸收峰位置、个数、强度、峰形又有一些差异,表明其不同部位所含的化学成分及其相对含量存在一定的差异。本文的分析研究为临床应用及开发利用该彝药提供了科学依据。     

太空育种中药材防风的FTIR分析与表征

采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）对第四代太空防风与地面组防风和对照品防风进行了对比分析。三种防风主要吸收峰的峰形峰位相近,说明太空防风的主要化学成分和基本结构并未发生明显变化, 但1 640 cm-1处酮的CO吸收峰明显增强,表明色原酮类含量明显增加;2 927和2 856 cm-1处亚甲基的CH吸收峰和1 054 cm-1处C—O吸收峰明显增强,表 明色原酮苷类、多糖类含量明显增加;1 743 cm-1处内酯的CO吸收峰强于地面组,低于对照品,说明香豆素类含量较地面组增加,少于对照品。整体来看,太空防风成分得到优化,其有效 成分含量明显提升。     

傅里叶变换红外光谱和近红外傅里叶变换拉曼光谱法无损鉴定中国字画

利用傅里叶变换红外(FTIR)和近红外傅里叶变换拉曼(NIR FT-Raman)光谱法鉴定了中国字画,结果表明：与荧光光谱法相比,根据谱峰的强度和位置可更容易地将真伪字画区别开来。拉曼光谱和红外光谱相互印证,互相补充,在鉴定中具有快速、准确、操作简单、重复性好、不需对样品进行预处理的优点,适于珍贵字画的无损鉴定。     

红花注射剂和野菊花注射剂的红外光谱分析

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)并结合二阶导数谱和二维相关红外光谱的“三级鉴定”技术,对红花和野菊花注射剂进行质量监测。不仅将它与其主要药材的提取物进行对比,同时也指出了不同批次注射剂之间稳定性的差异。而且通过实验,探索出花类注射剂红外光谱的共性,以及不同注射剂的指纹特征。此法方便易行,分析快速,不污染样品,堪称对中药注射剂进行质量鉴定简单实用的方法。     

现代红外光谱技术用于复方四逆汤的配伍研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术对不同配伍方式的四逆汤水煎液进行了研究。结果表明,不同配伍方式样品的红外谱图特征具有一定的变化规律。根据对特征峰的指认和归属,可初步揭示复方四逆汤配伍中君、臣、佐、使之间的相互作用和药物剂量对复方整体配伍规律的影响。该方法为探索中药复方配伍研究提供了新思路。