LS-SVM的梨可溶性固形物近红外光谱检测的特征波长筛选

为提高梨可溶性固形物含量(soluble solids content,SSC)的近红外光谱模型的精度和稳定性,以160个梨样品为实验对象,分别对原始光谱、多元散射校正(MSC)和标准正态变量变换(SNV)处理后的光谱,经无信息变量消除算法(UVE)挑选后,再结合遗传算法(GA)和连续投影算法(SPA),筛选梨可溶性固形物的近红外光谱特征波长。将筛选后的波长作为输入变量建立梨可溶性固形物的最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型。结果表明经过SNV-UVE-GA-SPA从全波段3112个波长中筛选出的30个特征波长建立的梨可溶性固形物LS-SVM模型效果最好,该模型的预测集相关系数(R_p)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.956和0.271。该模型简单可靠,预测效果好,能满足梨的可溶性固形物含量的快速检测,为在线检测和便携式设备开发提供了理论基础。     

可见/近红外漫透射光谱结合CARS变量优选预测脐橙可溶性固形物

可溶性固形物(SSC)是脐橙重要内部品质之一。采用QualitySpec型光谱仪在350～1000 nm波段范围采集脐橙的可见/近红外漫透射光谱,采用CARS(competitive adaptive reweighted sampling)变量选择方法筛选出与脐橙SSC相关的重要变量,并与无信息变量消除(UVE)及连续投影算法(SPA)比较。最后,对选择的38个重要波长变量应用偏最小二乘(PLS)回归建立脐橙SSC预测模型,并对未参与建模的75个样品进行预测。研究结果表明,CARS方法优于UVE及SPA变量选择方法,能有效地筛选出重要波长变量。CARS-PLS建立的SSC预测模型优于全光谱的PLS模型,其校正集及预测集的相关系数分别为0.948和0.917,均方根误差分别为0.347%和0.394%。因此,可见/近红外漫透射光谱结合CARS方法可以预测脐橙可溶性固形物,CARS变量选择方法能有效简化预测模型和提高模型的预测精度。     

近红外光谱的结球甘蓝可溶性糖含量测定

结球甘蓝是一种富含碳水化合物的常见蔬菜,可溶性糖含量是决定其品质的重要参数。可溶性糖易溶于水,是蔬菜和水果口味的有效调节剂。作为碳水化合物,可溶性糖由三种元素C,H和O组成,其分子吸收光谱主要由被检测材料的分子中C-H,O-H和CO等基团的组合频率吸收和倍频吸收组成,包含丰富的有机物信息。因此,采用近红外光谱和化学计量学方法,探索结球甘蓝可溶性糖含量的快速检测方法。用德国布鲁克公司的MATRIX-Ⅰ型傅里叶变换近红外光谱仪采集161份结球甘蓝样本光谱数据。波数范围：12 800～4 000 cm-1(780～2 500 nm)。蒽酮比色法测量样本的可溶性糖。综合应用马氏距离法(MD)和蒙特卡洛交叉验证法(MCCV)剔除异常样本,采用Kennard-Stone(K-S)法将样本按照给定比例划分为校正集和验证集。分别使用Savitzky-Golay卷积平滑(S-G),一阶导数(FD),二阶导数(SD),多元散射校正(MSC)和变量标准化(SNV)及它们的组合共12种方法对样本进行光谱预处理,获得最佳预处理方法,提高光谱数据的信噪比。采用竞争性自适应重加权采样法(CARS)筛选偏最小二乘回归(PLS)模型中回归系数绝对值大的波数点,去掉回归系数绝对值小的波数点,以有效选择与所测特性值相关的最优波数组合,获得具有良好鲁棒性和强预测能力的校正模型。使用模型决定系数R2、交互验证均方根误差(RMSECV)、预测均方根误差(RMSEP)作为模型精度评价指标。根据蒙特卡洛交叉验证法和马氏距离剔除异常样本的原理,共剔除10个光谱或者化学值异常的样本。最终参与建模分析的样本个数为151。异常样本剔除后,通过K-S法将样本按照3∶1被分成校正集(110个样本)和验证集(41个样本)。使用原始光谱数据,预处理后的光谱数据和对应于优选波数的光谱数据,建立PLS模型。结果表明,利用MSC+FD光谱预处理可以提高建模精度,校正集R2从处理前的0.68增长到0.93,MSC+FD是本研究中理想的光谱数据预处理方法。利用CARS法共优选了84个建模波数。在12 000~10 000 cm-1波数区域内,有O-H键2级和C-H键3级倍频伸缩振动吸收,此区域主要的背景信息为水和其他含氢基团,在此区域内共包含了36个选定的波数。在8 500~6 000 cm-1区域,存在糖类和水的O-H键的1级倍频伸缩振动吸收,葡萄糖的O-H键的1级倍频伸缩振动吸收,该区域是包含反映可溶性糖成分的主要光谱区间,背景影响较小,CARS方法在此区域共选择了15个建模波数。5 800~4 000 cm-1区域与12 000~10 000 cm-1区域相似,包含的选定波数多,CARS方法在此区域选择了33个建模波数。利用CARS对参与建模的波数进行优选,减少了无关信息,降低了模型的复杂度,选择的波数不但引入了表征待测组分的光谱,同时还引入了代表背景信息的光谱,使得校正模型适应性增强。建立了结球甘蓝可溶性糖的全谱PLS模型,根据CARS波数优选结果,建立了结球甘蓝可溶性糖的CARS-PLS模型。对于全谱PLS定量模型,校正集的决定系数R2为0.93,RMSECV为0.157 2%,RMSEP为0.132 8%。对于CARS-PLS模型,校正集的决定系数R2为0.96,RMSECV为0.076 8%,RMSEP为0.059 4%。数据表明,两种模型具有相当的R2,但CARS-PLS模型的RMSECV是全谱PLS模型的1/2。RMSEP也接近1/2,CARS-PLS模型比全谱PLS定量模型所用建模变量少,模型得到简化,精度更优。用CARS-PLS模型对验证集41个样本进行预测,预测集决定系数R2为0.86,预测标准误差为0.059 4%。提供了一种工作效率较高的结球甘蓝质量无损检测方法。     

苹果可溶性固形物便携式检测实验研究

为实现苹果可溶性固形物的便携式快速检测,搭建了以STS光谱仪和自制样品杯作为光谱检测装置的苹果可溶性固形物便携式检测平台。采用自行设计的检测平台采集了苹果的近红外漫反射光谱,对比分析了不同的光照角度、光源与探头距离对光谱响应特性的影响,建立了苹果可溶性固形物偏最小二乘模型(PLS)和最小二乘支持向量机模型(LS-SVM),采用连续投影算法及主成分分分析法对最小二乘支持向量机模型进行了优化,并对比分析了两种检测模型的优劣。其中当光源距探头距离为15 mm光源角度为45°时,结合偏最小二乘法建立苹果的可溶性固形物定量检测模型精度最高。模型的预测集相关系数为0.924,预测均方根误差为0.334%。实验结果表明,采用四周照射、底部接收并结合避光圈的这种结构布置能够有效的克服杂散光现象并且提高了光谱中的有效信息。研究可为快速、便携的苹果可溶性固形物检测仪器的设计提供参考依据和理论支撑。     

不饱和糖功能单体接枝聚氨酯膜的制备及其血液相容性

通过葡萄糖、丙烯酸羟乙酯和丁二胺反应,制备了含不饱和双键的糖基功能单体。 采用傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱对合成的产物进行结构表征确定。 采用紫外光引发接枝聚合技术,将制备的不饱和糖单体接枝聚合到聚氨酯膜的表面,以衰减全反射模式下傅里叶红外光谱对表面接枝反应进行了确认。 通过静态水接触角实验和血小板黏附实验,分别对改性聚氨酯膜表面的亲水性和血液相容性进行了研究,结果表明,改性聚氨酯膜表面的接触角从86°降低到45°,血小板的粘附量由14.36×10³ cells/mm²减少到2.57×10³ cells/mm²,亲水性明显增强,血液相容性显著改善。     

Systematic investigations of anthocyanin–metal interactions by Raman spectroscopy

The FT‐Raman spectra of the chloride salts of pelargonidin‐3‐glucoside, cyanidin‐3‐glucoside and delphinidin‐3‐glucoside, their structures at pH 5.0 and their interaction with aluminium and ferric ions are presented for the first time and discussed with regard to their spectroscopic response. Two marker bands at approximately 1510 and 1330/1350 cm⁻¹ and one band at approximately 1330/1350 cm⁻¹ were identified being characteristic for the formation of ferric and aluminium chelates, respectively, of cyanidin‐3‐glucoside and delphinidin‐3‐glucoside. In contrast, pelargonidin‐3‐glucoside, exhibiting one single hydroxyl group in the B‐ring, did not form metal chelates, which could be clearly demonstrated by missing marker bands. The formation of anthocyanin–metal chelates was also verified in model systems containing commercial sugar beet pectin and a pectic polysaccharide fraction isolated thereof, respectively. In addition, the absence of anthocyanin–metal chelates in systems prepared with citrate buffer was confirmed, and the effects of low and high methoxylated citrus pectins on chelate formation were studied. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

便携式近红外光谱仪的苹果糖度模型温度修正

样品温度对近红外光谱有很大影响,在近红外技术评价水果品质的实际应用时,需要修正温度变化对模型预测结果的影响。便携式近红外光谱仪采集不同温度下(0～30℃)苹果的漫透射光谱,采用二阶导数和卷积平滑进行预处理。选取20℃下代表性样本的光谱数据,建立基准PLS模型。斜率/偏差法分别计算苹果糖度PLS模型在0,10和30℃下的修正方程。分析结果表明:斜率/偏差法对0,10和30℃下外部样本预测结果进行修正,预测精度得到显著提高,其修正前后的Q值分别为0.525cv 0.810,0.680cv0.822,0.669cv 0.802。温度修正模型可以有效提高预测精度,也扩展了近红外仪器的适用性,为自主研发便携式近红外光谱仪提供参考。     

An expedient diastereoselective synthesis of pyrrolidinyl spirooxindoles fused to sugar lactone via [3+2] cycloaddition of azomethine ylides

Synthesis of pyrrolidinyl-spirooxindoles fused to sugar lactone has been achieved by a one pot three component 1,3-dipolar cycloaddition (1,3-DC) reaction. A unique dipolarophile (α,β-unsaturated lactone) derived from d-glucose/d-galactose reacted with azomethine ylide generated in situ from isatin/N-substituted isatin and secondary amino acids (sarcosine/proline/piperidine-2-carboxylic acid) to give the corresponding cycloadducts in good yield. The cycloaddition was found to be highly regio- and diastereoselective.     

Determination of Total Sugar in Tobacco by Near-Infrared Spectroscopy and Wavelet Transformation-Based Calibration

Based on wavelet transformation (WT) and mutual information (MI), a simple and effective procedure is proposed for multivariate calibration of near-infrared spectroscopy. In such a procedure, the original spectra of the training set are first transformed into a set of wavelet representations by wavelet prism transform. Then, the MI value between each wavelet coefficient variable and the dependent variable is calculated, resulting in a MI spectrum; by retaining a subset set of coefficients with higher MI, an update training set consisting of wavelet coefficients is obtained and reconstructed/converted back to the original domain. Based on this, a partial least square (PLS) model can be constructed and optimized. The optimal wavelet and decomposition level are determined by experiment. A NIR quantitative problem involving the determination of total sugar in tobacco is used to demonstrate the overall performance of the proposed procedure, named RPLS, meaning PLS in reconstructed original domain coupled with MI-induced variable selection in wavelet domain (RPLS). Three kinds of procedures, that is, conventional full-spectrum PLS in original domain (FPLS), PLS in original domain coupled with MI-induced variable selection (OPLS), and direct PLS in MI-based wavelet coefficients (WPLS), are used as reference. The result confirms that it can build more accurate and robust calibration models without increasing the complexity.     

光合细菌Chromatium vinosum可溶性氢酶的EPR研究

光合细菌 Chromatium vinosum可溶性氢酶经 5次柱层析 ( DE-2 3,TSK-DEAE( ) ,Ultragel Ac A-4 4 ,TSK-DEAE( ) ,Superdex TM75 )分离后被纯化 365倍 ,得率为 32 % ,其催化放氢的活性为 8.4μmol H2 /( min· mg prot) .氧化态可溶性氢酶在 4 5 K下 ,产生了 Ni( )的典型 EPR信号 ( gx,y,z=2 .37,2 .1 6,2 .0 1 6和 gx,y,z=2 .30 ,2 .2 3,2 .0 1 6) ;在 1 0 K下 ,没有出现膜结合态氢酶中存在的 [3Fe-4 S]簇特征 EPR信号 .可溶性氢酶被 H2 还原后 ,Ni( )的特征 EPR信号消失 ,同时出现一个 [4 Fe-4 S]簇的特征 EPR信号 ( gx,y,z=1 .88,1 .90 ,2 .0 4 5 ) .研究结果表明 ,C.vinosum可溶性氢酶在结构和功能上不同于膜结合态氢酶 ,是一种新的催化放氢的 Ni Fe-氢酶