小米的傅里叶变换红外光谱研究

本文利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合主成分分析和聚类分析对白小米、黄小米、糯小米、青小米、陈黄小米、黑小米和大黄米进行鉴别研究。所有样品的傅里叶变换红外光谱整体相似,二阶导数光谱存在明显的差异。选取1800~1400cm-1范围内的二阶导数光谱数据对52份小米样品做多变量分析,结果显示,主成分分析的分类准确率为84.6%,系统聚类分析的分类准确率为92.3%。结果表明傅里叶变换红外光谱技术结合化学计量学能有效地区分不同品种的小米,为不同小米的分类鉴定提供新的方法与途径。     

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。     

傅里叶变换红外光谱用于胃镜样品的检测

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR) 法对184例不同病理状态的胃镜下活检组织样品进行检测和分析,结果表明,慢性浅表性胃炎的基本谱图特征包括：较强的酰胺Ⅱ带;1 460 cm-1处的峰强高于1 400 cm-1处的峰强。典型的胃癌组织的谱图特征包括：较低的酰胺Ⅱ带;1 460 cm-1处的峰强低于1 400 cm-1处的峰强;1 300 cm-1的峰强明显增加。慢性萎缩性胃炎呈现出部分胃癌的光谱特征。这一结果表明,应用FTIR可以对胃镜下活检的小块组织进行鉴别诊断。     

甲状腺癌的傅里叶变换红外光谱研究

应用傅里叶变换红外光谱仪,测定了17例甲状腺癌和23例良性甲状腺疾病术中新鲜离体组织的红外光谱。通过用统计学方法对比分析,发现甲状腺良恶性组织的傅里叶红外光谱之间存在明显差异,其中恶性肿瘤光谱有以下特征：(1)甲状腺癌组织的酰胺Ⅰ带明显红移(P<0.01),酰胺Ⅱ带却出现蓝移(P<0.05),癌组织光谱中I_{1 640}/I_{1 460}和I_{1 640}/I_{1 550}较良性组织明显升高(P<0.01),说明恶性肿瘤不仅蛋白质结构上发生了变化,蛋白质的量化上也有明显变化;(2)与脂类相关的2 955, 2 920, 2 870, 2 850和1 740 cm-1谱带出现概率明显变低,表明癌组织的脂类相对含量降低;(3)与核酸相关的1 241 cm-1谱带明显蓝移至(1 238.29±2.87)cm-1 ,I_{1 080}/I_{1 460}较良性肿物组织有升高(P<0.05),表明癌组织中磷酸二酯基团中PO₂增加,因为在癌细胞分裂增生加快,细胞核内DNA含量增加。研究结果表明,红外光谱有望成为术中快速诊断甲状腺恶性肿瘤的主要方法。     

胆囊癌的傅里叶变换红外光谱研究

运用衰减全反射(attenuated total reflection,ATR)探头与傅里叶变换红外(Fourier transform infra-red,FTIR)光谱仪,测定并分析了新鲜离体的胆囊癌组织18例和良性组织139例的FTIR光谱。结果表明:(1)胆囊癌的1 167和1 123 cm-1谱带的峰位显著地向低波数移动(P0.05),而1 309 cm-1谱带的峰位显著地向高波数移动(P0.05)。(2)胆囊癌组织光谱多个峰的相对强度I2 856/I1 461,I1 167/I1 461,I1 123/I1 461和I1 082/I1 461明显升高(P0.05)。(3)1 167和1 082 cm-1谱带的半高宽显著升高(P0.05),谱带1 461 cm-1的半高宽则显著降低(P0.05)。(4)癌组织1 750 cm-1谱带的出现几率明显增加(P0.05)。与胆囊良性组织相比较,癌组织光谱中与脂类、糖和核酸相关的谱带均发生了明显的变化。     

基于人工神经网络的傅里叶变换中红外光谱法对食用油油烟种类识别研究

随着餐饮业的发展,餐饮烟气已经成为某些城市三大空气污染源之一。由于餐饮烟气对人体健康威胁很大,近年来对餐饮烟气的研究愈来愈热。餐饮烟气中包含有大量食用油加热过程中裂解而产生的不饱和烃类,危害着人类健康。不同食用油裂解出来的成分以及含量有所不同,通过构建一定的分类识别数学模型,从而实现对食用油分类识别。采用自主研发的傅里叶变换红外光谱仪,采集了不同食用油油烟烟气红外光谱数据。同时构建了主成分分析(PCA)分别结合概率神经网络(PNN)以及误差反向传播人工神经网络(BPANN)的分类识别算法。将两种分类识别算法对不同食用油油烟烟气的傅里叶变换红外光谱数据进行分析。通过样本数据对数学模型进行训练,将训练好的数学模型对未知光谱数据进行分析,来确定产生油烟烟气的食用油种类。实验结果表明,两种算法都能对不同的油烟种类进行较好地分类识别。在全波段识别时,识别率分别达到90.25%和97.0%。通过对烟气光谱数据的吸收波段进行分析,提取大气窗口并且具有较强可挥发性有机物(VOCs)吸收特征的波段(1 300～700 cm-1以及3 000～2 600 cm-1);将吸光度数据分成两个分离的吸收波段,两种算法在3 000～2 600 cm-1波段都有较好的识别效果,PCA-PNN算法识别率为90.25%,PCA-BPANN算法识别率为92.25%。可见,两种人工神经网络算法都能有效对食用油烟种类进行识别。     

三种烟草品种基因组DNA傅里叶红外光谱研究

利用傅里叶红外光谱(FTIR)研究三种烟草品种DNA的差异,旨在对烟草品种进行亲缘关系分析和品种鉴定。研究结果显示,三种烟草品种DNA红外光谱较为相似,均有四个明显的特征峰,1 103 cm~(-1)是DNA磷酸二酯键的对称伸缩振动,1 236 cm~(-1)是DNA磷酸二酯键的非对称伸缩振动,1 400 cm~(-1)是DNA糖苷键的伸缩振动,I 622 cm~(-1)是DNA中是胞嘧啶C4—C5=C6的环伸缩振动。通过平滑、标准化处理、二阶求导、提取主成分和系统聚类分析建立了DNA FTIR光谱数据聚类分析模型。使用该模型对三个烟草品种进行鉴定,鉴定正确率为100%。使用该模型对三个烟草品种进行亲缘关系分析,云烟87与K326聚为一类,距离系数为0.003,DNA相似度为99.7%,红大单独聚为一类。聚类正确率达100%。该项研究为烟草品种鉴定及遗传育种提供了参考。     

结节性甲状腺肿的傅里叶变换红外光谱体表测定

利用ATR探头和中红外光导纤维红外光谱法在体表测定34个正常甲状腺和20个结节性甲状腺肿的傅里叶变换红外光谱。并比较了二者之间13条谱带的27个指标的差异。结果表明: 结节性甲状腺肿的体表红外光谱中：(1)～2 925 cm-1 谱带(—CH₂的反对称伸缩振动)的峰位, ～1 250 cm-1(PO的伸缩振动)谱带的峰位均明显地向低波数方向移动(P＜0.05);(2)谱带的相对强度(谱峰高度)比值H_{1 740}/H_{1 460}, H_{1 160}/Ｈ_{1 460}和H_{1 160}/H_{1 120} 较正常甲状腺明显降低(P＜0.05);(3)H_{1 080}/H_{1 460}比值明显升高(P=0.008)。这些差异是利用体表红外光谱诊断结节性甲状腺肿的基础。     

傅里叶变换红外光谱应用于乳腺癌临床诊断的探索

应用了ATR探头测定了10例正常乳腺组织块和8例乳腺癌组织块的傅里叶变换红外(FTIR)光谱,用统计学的方法详细比较了乳腺癌组织与正常乳腺组织的13条谱带的19个红外光谱指标的差异。结果表明：乳腺癌组织的红外光谱中与蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸相关的谱带同正常乳腺组织之间存在明显的差异：(1)N—H的相对强度明显增高,蛋白质酰胺Ⅰ带显著红移。(2)—CH₂基团的对称伸缩振动和反对称伸缩振动以及CO的伸缩振动明显减少;(—CH₂)_n变角振动的相对强度降低。(3)1 160 cm-1谱带与1 120 cm-1谱带的相对强度明显降低。(4)1 080 cm-1谱带红移。这些差异是应用红外光谱诊断乳腺癌的基础。FTIR光谱在乳腺癌的临床诊断和治疗方面有着十分美好的前景。     

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。     

普洱熟茶和普洱生茶的FTIR研究

文章利用傅里叶变换红外光谱法, 对云南省普洱地区不同厂家所生产的不同贮存年限的熟茶和生茶样品进行鉴别研究。实验结果表明, 普洱熟茶和生茶的红外光谱十分相似, 但由于加工工艺不同, 贮存年限不同, 其主要化学成分的组成比例不同, 因而熟茶和生茶、自然发酵和人工发酵的熟茶等均具有各自的特征谱。根据红外光谱的特征吸收, 不仅可以区别熟茶和生茶, 还可以区别自然发酵和人工发酵的熟茶, 区别贮存时间的长短。用傅里叶变换红外光谱法鉴别茶叶, 有快速、简便和直观的特点。     

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。     

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。     

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.     

Application of Fourier Transform Infrared Spectroscopy in the Study of Atmospheric Heterogeneous Processes

Abstract

Atmospheric heterogeneous processes associated with the complex behavior of atmospheric particles may play a crucial role in atmospheric chemistry and global climate change. Many of these heterogeneous processes have been widely investigated in detail over the years, including heterogeneous reactions on the surface of aerosol particles, aerosol hygroscopicity, as well as aerosol chemical compositions. As a fast, sensitive, precise, nondestructive, in situ, and online experimental technique, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy has played a significant role in investigating atmospheric heterogeneous processes. On the basis of the mechanisms and characteristics of various FTIR techniques, this work presents a review of the applications of in situ FTIR spectroscopy in atmospheric heterogeneous processes study, and future development directions for FTIR spectroscopy are proposed considering current and future research needs for heterogeneous processes.     

Characterization of Proteins in Mouse Blood by Fourier Transform Infrared Spectroscopy

The Fourier transform infrared (FTIR) spectra of blood plasma and blood cells from two control female mice and four bred female mice were obtained using the blood component sample films formed on polyethylene IR cards. The protein level in each component was found to remain relatively constant for the control mice. Spectral differences due to variations in protein contents, however, were observed for the pregnant mice. The results show that the FTIR‐IR card method can be simple and effective at probing total blood protein changes.     

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.     

镰刀菌的傅里叶变换红外光谱鉴别

傅里叶变换红外光谱结合多元统计方法应用于微生物的快速鉴定及分类是近几年发展起来的一门新型技术。文章用傅里叶变换红外光谱研究了镰刀菌属五种6株镰刀菌。在获得分辨率高、重现性好的镰刀菌全细胞组分的红外谱图基础上,分析了主要吸收峰的归属,确定了镰刀菌红外谱图3 000～2 800 cm-1,1 800～1 600 cm-1与指纹区3个分析灵敏区。根据分析灵敏区的差异性区分了不同种的镰刀菌,并在此基础上进行了系统聚类分析并对镰刀菌种间进化亲缘关系进行了比较。结果表明,可根据光谱峰位、峰值及吸收强度比鉴别镰刀菌,而系统聚类分析方法能更科学合理地鉴别镰刀菌及呈现种间相似性程度,但不适合反映镰刀菌遗传亲缘关系。傅里叶变换红外光谱技术所具有快速、精确,易操作等优点是必将成为微生物研究领域的一个重要工具。