引論：我們?yōu)槟砹?3篇光譜學(xué)與光譜學(xué)分析范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
主辦單位：中國光學(xué)學(xué)會
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1000-0593
國內(nèi)刊號：11-2200/O4
郵發(fā)代號：82-68
發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1981
期刊收錄：
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
SA 科學(xué)文摘(英)(2009)
SCI 科學(xué)引文索引(美)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
聯(lián)系方式
篇2
[文獻標識碼] A
[文章編號] 2095-3712（2014）22-0058-03[ZW（N]
[作者簡介]張煥君（1982―），女，河南許昌人，碩士，鄭州輕工業(yè)學(xué)院教師；程學(xué)瑞（1982―），男，河南安陽人，博士，鄭州輕工業(yè)學(xué)院副教授，研究方向：材料物理。
拉曼光譜的強度、頻移、線寬、特征峰數(shù)目以及退偏度與分子的振動能態(tài)、轉(zhuǎn)動能態(tài)、對稱性等特性有緊密的聯(lián)系，即與分子的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。而且拉曼光譜具有制樣簡單，分析快速、無損，所檢測的樣品僅需微量即可滿足測量要求等諸多優(yōu)點，因而成為研究分子結(jié)構(gòu)的強有力工具，廣泛地應(yīng)用于分子的鑒別、分子結(jié)構(gòu)的研究、分析化學(xué)、石油化工催化和環(huán)境科學(xué)等各個領(lǐng)域[1-2]。然而，相對于氣相、液相色譜法的較高精度而言，較大的分析誤差率限制了拉曼光譜定量分析的應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，拉曼光譜分析技術(shù)多用于樣品的定性分析，尤其是在實驗教學(xué)當(dāng)中，更多的是強調(diào)其定性分析的作用，而忽略其定量分析的功能[3-4]。尤其是對具有強熒光背景物質(zhì)，如乙醇及其混合溶液的定量分析，更是拉曼光譜定量分析中的難點問題。
為幫助學(xué)生克服這樣單一的認識，我們在教學(xué)實驗環(huán)節(jié)增加了相關(guān)實驗內(nèi)容，采用拉曼光譜對乙醇溶液的濃度進行定量分析。在教學(xué)過程中，我們向?qū)W生介紹了拉曼光譜定量分析的理論依據(jù)、分析過程，并著重分析了誤差來源，以加深學(xué)生對拉曼光譜的認識，尤其是讓學(xué)生對其定量分析功能有了進一步的了解。
一、理論依據(jù)
拉曼光譜定量分析的理論依據(jù)為：
I=KΦC∫b[]0e（[WTBZ]ln[WTBX]10）（k+k）zh（z）dz
在上式中，I為光學(xué)系統(tǒng)所收集到的樣品表面拉曼信號強度；K為分子的拉曼散射截面積；Φ為樣品表面的激光入射功率；k、k′分別是入射光和散射光的吸收系數(shù)；Z為入射光和散射光通過的距離；h（z）為光學(xué)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)；b為樣品池的厚度。由上式可以看出，在一定條件下，拉曼信號強度與產(chǎn)生拉曼散射的待測物濃度成正比，即I∝C。
二、實驗過程
實驗樣品材料為國藥集團化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的濃度不低于99.7%的分析純乙醇、四氯化碳和去離子水。把不同體積的去離子水加入乙醇樣品中，配制成不同濃度的乙醇-水二元體系溶液；用激光功率為50mW（100%）的拉曼光譜儀采集純乙醇溶液、水、四氯化碳溶液的拉曼光譜圖；用拉曼光譜儀采集不同濃度的乙醇溶液的拉曼光譜圖，對每種濃度的樣品重復(fù)掃描3次，試驗結(jié)果取三次掃描的平均值。
三、結(jié)果討論
把配制好的不同濃度的乙醇溶液加入未受污染的樣品池，把不同濃度的樣品分別放在拉曼光譜儀上測出其拉曼光譜。熒光背底扣除后不同濃度的乙醇-水溶液的拉曼光譜圖如圖1所示。
圖1熒光背底扣除后不同濃度的乙醇-水溶液的拉曼光譜圖
表1中的數(shù)據(jù)進一步顯示出，隨著乙醇濃度的增加，特征峰強度的比值在不斷增加。純水的3200cm-1峰的強度I2與不同濃度乙醇的884cm-1峰的強度I1之比R1和面積比R2與乙醇濃度的關(guān)系見表1。擬合圖如圖2所示，R1和R2與乙醇濃度有較好的線性關(guān)系，其線性相關(guān)系數(shù)分別為0.98554和0.97558。
四、誤差分析
激光功率、樣品池、聚焦位置等因素會對定量分析結(jié)構(gòu)有重要影響。
（一）激光功率的影響
不改變聚焦樣品的位置，激光功率分別選取100%、50%、10%、5%、1%和0.5%（100%為50mW），對50%的乙醇-四氯化碳溶液進行測試，結(jié)果如表2所示。
由表2可以看出，隨著激光功率的改變，兩個特征峰（峰459cm-1和884cm-1）的強度比值基本上在2.3左右，面積比值基本上在3.0左右。然而可以看出，當(dāng)激光功率很小時（1%或0.5%），由于激發(fā)光源本身很弱，導(dǎo)致散射的拉曼信號強度本身也非常弱，而且信噪比很大，所以相對誤差比較大。而且當(dāng)激光功率很強（100%功率）時，兩個特征峰的強度比值和面積比值都稍微偏離2.3和3.0，其原因可能是，激光功率很強時，其信號強度和熒光信號也比較強，而熒光對拉曼散射的干擾非常大，導(dǎo)致在扣除熒光背底過程中出現(xiàn)較大的偏差。
（二）樣品池的影響
如圖4是毛細管樣品池的拉曼光譜圖，實驗過程中用毛細管吸取待測溶液。毛細管作為樣品容器，在激光激發(fā)下也存在拉曼光譜和熒光背底，在基線處理和背底扣除過程中難以完全消除其影響，進而產(chǎn)生誤差。
圖4毛細管樣品池的拉曼光譜圖
（三）聚焦位置的影響
在同一樣品不同點進行多次測量，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混合溶液的特征峰強度的比值存在較大的偏差，主要原因可能是本次試驗使用的是顯微共聚焦激光拉曼光譜儀，3次測量的聚焦位置不同，以及數(shù)據(jù)處理過程當(dāng)中熒光背底的扣除都會引起較大的誤差。對同一濃度的溶液測量3次，所得強度之比的不確定度為0.117，相對強度之比與乙醇濃度擬合直線的不確定度為0.024，相對面積比與乙醇濃度擬合直線的不確定度為0.858。
綜上所述，激光功率、樣品池、聚焦位置等因素會對拉曼光譜定量分析結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。另外，乙醇的揮發(fā)、激光功率的穩(wěn)定性、實驗儀器的固有誤差等因素也會對測試結(jié)果帶來影響。然而，拉曼光譜定量分析的結(jié)果仍然有較大的可信度，可以作為一種有效的定量分析方法。
參考文獻：
[1]譚紅琳，李智東，張鵬翔，等.乙醇、甲醇、食用酒及工業(yè)酒精的拉曼光譜測定[J].云南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999（2）.
篇3
隨著社會進步，網(wǎng)球運動從簡單游戲發(fā)展演變成為一種精彩紛呈、對抗激烈的現(xiàn)代體育運動項目，在世界廣泛而又蓬勃地發(fā)展，其意義已不再局限于體育和游戲的范疇，越來越多地被賦予了社會因素。本文對廣州市26所普通高校網(wǎng)球教學(xué)的現(xiàn)狀進行調(diào)查與研究，據(jù)此對廣州市普通高校網(wǎng)球教學(xué)的現(xiàn)狀進行客觀的評價與分析，找出影響該市普通高校網(wǎng)球教學(xué)可持續(xù)發(fā)展的因素，并提出相應(yīng)的發(fā)展對策和建議。
一、廣州市普通高校網(wǎng)球教學(xué)的現(xiàn)狀分析
1.網(wǎng)球課教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀分析
廣州市普通高校網(wǎng)球課教學(xué)內(nèi)容主要包括兩方面：實踐和理論。
(1)網(wǎng)球課實踐教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀分析。廣州市普通高校網(wǎng)球課實踐部分內(nèi)容基本類似，只不過是各個高校的課時安排不一，側(cè)重點不同，其主要以正手擊球、反手擊球、發(fā)球與接發(fā)球、正手截擊、反手截擊等技術(shù)動作內(nèi)容和一定量的身體素質(zhì)練習(xí)等輔助教學(xué)內(nèi)容。其中只有6所高校網(wǎng)球?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容全部是網(wǎng)球技、戰(zhàn)術(shù)練習(xí)，其它高校都還包含一些輔助教學(xué)內(nèi)容。另外，廣州市普通高校網(wǎng)球?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容的主要形式是在室外集中授課學(xué)習(xí)。
通過對大學(xué)生的問卷調(diào)查可以看出，大學(xué)生對實踐教學(xué)內(nèi)容滿意的占30.3％；較滿意的占29.4％；不滿意的占40.3％，說明目前廣州市高校網(wǎng)球?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容存在較多的問題。大學(xué)生普遍認為：網(wǎng)球課實踐教學(xué)內(nèi)容的技術(shù)動作的重復(fù)性練習(xí)過多、單調(diào)，網(wǎng)球?qū)嵺`課變成了網(wǎng)球運動競技目的的訓(xùn)練課，長此以往，會使學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理，不利于激發(fā)學(xué)習(xí)激情。
(2)網(wǎng)球課理論內(nèi)容與形式的現(xiàn)狀分析。通過調(diào)查統(tǒng)計看出，廣州市26所普通高校都有各自的網(wǎng)球理論教學(xué)內(nèi)容，只是各校的側(cè)重點不同。廣州市普通高校網(wǎng)球理論教學(xué)內(nèi)容大體包含以下內(nèi)容：網(wǎng)球運動概述、網(wǎng)球比賽規(guī)則和裁判法以及競賽的組織、網(wǎng)球運動的發(fā)展趨勢、價值、意義，等等。各個高校的理論教學(xué)形式存在一定的差異，有的高校在室內(nèi)集中講解，有的室內(nèi)外相結(jié)合講解，有的采用視頻與講解相結(jié)合的形式。從走訪調(diào)研看，各個高校都有相應(yīng)的理論體系。但是，進一步了解發(fā)現(xiàn)，有些高校網(wǎng)球理論太陳舊，流于形式，往往應(yīng)付上級領(lǐng)導(dǎo)的檢查，實效性內(nèi)容太少，與終身體育發(fā)展的內(nèi)容不多。因此，各個高校要加強網(wǎng)球理論的建設(shè)，使當(dāng)代大學(xué)生能真正了解網(wǎng)球運動的價值，能掌握科學(xué)地進行網(wǎng)球鍛煉的原理和方法。
2.網(wǎng)球課形式、教學(xué)時數(shù)的現(xiàn)狀分析
通過對廣州市普通高校網(wǎng)球課開課形式的調(diào)查結(jié)果可知，作為選修課形式授課的有3所學(xué)校，作為選項課形式授課的有6所學(xué)校，二種形式都有的有17所學(xué)校，其所占百分比分別為11.5％、23.0％、65.5％。通過訪談得知，大學(xué)一年級開設(shè)網(wǎng)球課的有14所高校，在大學(xué)二年級開始開設(shè)網(wǎng)球課的有10所，在大三、大四開設(shè)網(wǎng)球課的一共才2所，可看出，廣州市網(wǎng)球課在大學(xué)一二年級開課率較高，而三四年級開課率相對較低。從以上數(shù)據(jù)說明，廣州市普通高校網(wǎng)球課開展較好，同時也說明網(wǎng)球課的開設(shè)率不均衡，主觀原因是學(xué)校相關(guān)體育教學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)對網(wǎng)球課的目的、價值等方面缺乏應(yīng)有的認識，客觀原因是高校網(wǎng)球教學(xué)師資、場館設(shè)施等方面存在不足。
其次，廣州市普通高校網(wǎng)球課的課時偏少。每個學(xué)期在完成網(wǎng)球?qū)嵺`內(nèi)容與理論內(nèi)容教學(xué)外，網(wǎng)球教師很難有時間再進行輔助內(nèi)容的教學(xué)。被調(diào)查的廣州市普通高校中，網(wǎng)球課教學(xué)時數(shù)總體偏少，表面看有18所高校每學(xué)期教學(xué)進度中安排達到了32學(xué)時，但是由于受陰雨天氣的影響，大部分高校網(wǎng)球課教學(xué)時數(shù)還是不足，與教育部規(guī)定每學(xué)期教學(xué)時數(shù)一共不得少于32學(xué)時相比偏少。
3.教學(xué)方法和手段的現(xiàn)狀分析
教學(xué)過程離不開教學(xué)方法和手段，不同的教學(xué)方法或手段都會產(chǎn)生不同的教學(xué)效果。被調(diào)查的教師中，大部分教師喜歡用傳統(tǒng)教學(xué)方法，有32.5％的教師喜歡用錄像多媒體教學(xué)法，還有17.6％的教師采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)法等其它方法。顯然，傳統(tǒng)教學(xué)方法仍然是廣州市普通高校網(wǎng)球教師首選的教學(xué)方法，而一些現(xiàn)代化教學(xué)方法和手段使用率相對較低。分析這種現(xiàn)象的原因：網(wǎng)球教師長期使用傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段已養(yǎng)成了習(xí)慣，他們對傳統(tǒng)的教學(xué)方法具有一定經(jīng)驗，認為傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段操作簡單、方便、實用。現(xiàn)代網(wǎng)球運動與比賽并不是單單體力與技術(shù)的對抗，而是運動者智力和意識的較量，需要從事網(wǎng)球教學(xué)與訓(xùn)練的教師提高自身的專業(yè)水平和能力，不斷學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進技術(shù)及教學(xué)與訓(xùn)練方法，使高校的網(wǎng)球教學(xué)水平跟上時代的步伐，以滿足廣大學(xué)生對網(wǎng)球運動的需要。
4.教學(xué)場館與器材設(shè)施現(xiàn)狀分析
硬件設(shè)施是高校體育教學(xué)和群體工作開展的基礎(chǔ)，硬件設(shè)施否完備直接影響到高校網(wǎng)球運動的普及與發(fā)展。調(diào)查得知，目前廣州市普通高校網(wǎng)球場地主要有塑膠、硬地(鋪水泥或瀝青)和沙土地這三種類型，其中塑膠場地最多，沙土地最少。這可能和各高校本科的教學(xué)評估有關(guān)，大多數(shù)網(wǎng)球場地是新建場地，要求的標準相對較高。調(diào)查得知：24.7％的高校擁有6塊場地以上，57.7％的高校擁有2～6塊場地，19.2％的高校擁有場地低于2塊。從各個高校擁有場地數(shù)量與學(xué)生人數(shù)的比例來看，與教育部的要求(場地數(shù)與學(xué)生數(shù)之比是1:1000)相差較大。在調(diào)查中，有84.5％的學(xué)生對場地表示不滿意。這些數(shù)據(jù)可以看出，廣州市普通高校網(wǎng)球場地的配備存在嚴重的不足現(xiàn)象。
在器材方面：好的球拍對掌握技術(shù)會有很大的幫助，但各高校對此提供的支持和幫助明顯不足。在被調(diào)查的26所高校中，近9成的學(xué)校網(wǎng)球課沒有給學(xué)生提供球拍和球，由學(xué)生自己負擔(dān)，勢必影響學(xué)生對網(wǎng)球的興趣。學(xué)生購置的球拍，一般是價位在100K左右，多數(shù)是較差的鋁合金材料，只有極少數(shù)的學(xué)生使用較為高檔的球拍。球也是多種多樣，有的彈性很低，有的彈性很高，平均每個學(xué)生才擁有2個球，平均有3％左右的學(xué)生沒有網(wǎng)球。這些充分說明，廣州市普通高校網(wǎng)球課的器材配備非常缺乏，遠遠滿足不了大學(xué)生的體育鍛煉需求。
二、發(fā)展對策
1.深化網(wǎng)球課的教學(xué)改革
建議對高校一二年級學(xué)生開設(shè)網(wǎng)球選項課，主要以網(wǎng)球運動技能為教學(xué)內(nèi)容。對三四年級學(xué)生開設(shè)網(wǎng)球選修課，主要是網(wǎng)球競賽法、規(guī)則裁判法、網(wǎng)球技戰(zhàn)術(shù)欣賞等教學(xué)內(nèi)容。這樣才能使大學(xué)生較系統(tǒng)地掌握網(wǎng)球的技戰(zhàn)術(shù)和理論水平，對興趣的培養(yǎng)起到促進作用。第二要合理安排教學(xué)時數(shù)(每學(xué)期要大于32學(xué)時)。應(yīng)轉(zhuǎn)變“傳統(tǒng)型”的教學(xué)方法，加強教學(xué)方法鉆研和利用，掌握各種現(xiàn)代化教學(xué)方法和手段。對于初級班的學(xué)生可以采用“軟式網(wǎng)球”，以降低初學(xué)者的難度，使之較易掌握技術(shù)動作，對網(wǎng)球動作定型非常有益。
2.加快網(wǎng)球教師教育一體化進程
篇4
癲癇（epilepsy）是多種原因?qū)е碌哪X部神經(jīng)元高度同步化異常放電的臨床綜合癥[1]。癲癇的治療仍以藥物為主，臨床常用的有苯妥英鈉（PT）、苯巴比妥（PB）、卡馬西平（CBZ）等。但由于這些藥物常有不同程度的不良反應(yīng)，且較容易發(fā)生中毒癥狀。因此需監(jiān)測抗癲癇藥物的血清濃度，進而保證使用安全。目前，高效液相色譜法（HPLC）與熒光偏振免疫法（FPIA）是最常用的監(jiān)測血藥濃度方法[2]。為了探究HPLC與FPIA在測定常用抗癲癇藥物血清濃度的相關(guān)性，本資料對其進行實驗研究并報道如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
研究對象為2012年6月～2012年12月在我院神經(jīng)內(nèi)科治療的103例癲癇患者，按照使用抗癲癇藥物的不同，分為PT組31例，CBZ組43例，PB組29例。3組間患者的性別、年齡等一般情況比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。癲癇的診斷與分類按照1989年國際抗癲癇聯(lián)盟分類標準進行[3]。所有患者均在服藥前抽取靜脈血2～3mL，將分離后的血清分成2份，分別用HPLC法與FPIA法測定其藥物的穩(wěn)態(tài)谷濃度。
1.2 儀器與試劑
使用儀器主要包括Intergral-100 HPLC系統(tǒng)（美國Perkin-Elmer公司），TDxFLx熒光偏振免疫分析儀（美國雅培公司），LG10-3A高速冷凍離心機（北京醫(yī)用離心機廠），xw-80A旋渦混合器（上海醫(yī)科大學(xué)儀器廠），AG285電子分析天平（瑞士梅勒公司）等。
檢驗所用的PT、PB、CBZ均由中國藥品生物制品檢定所提供，內(nèi)標物采用自制安眠酮。乙醚和甲醇分別為分析純乙醚和色譜純甲醇；FPIA法均使用雅培公司所生產(chǎn)的配套試劑盒、標準曲線盒、質(zhì)控盒。
1.3 HPLC
1.3.1 色譜條件 色譜柱：Hypersil ODS柱（250mm× 4.6mm，5μm），流動相采用甲醇-水（6040），柱溫30℃，檢測波長254nm，流速為1.0mL/min，進樣量20μL。
標準儲備液制備：采用電子分析天平稱取CBZ、PT、PB及安眠酮，用色譜純甲醇作為溶劑制備成濃度為100μg/mL的內(nèi)標液及標準貯備液，放入4℃冰箱內(nèi)貯存。
1.3.2 血清樣品處理 取0.1mL血清樣品至10mL離心管內(nèi)，加15μL內(nèi)標液漩渦混合2min；加入乙醚2mL后再旋渦混合5min。然后在1500r/min轉(zhuǎn)速下離心5min，將上清液1.5mL置于45℃水浴中，并于N2流下?lián)]干，所得的殘渣加入流動相150μL后旋渦混合5min，再在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心5min，取20μL上清液進樣分析。相同色譜條件下，待測物的分析不受空白血清提取物的干擾，得到PB、PT、CBZ及內(nèi)標液的保留時間依次為4.2、5.4、6.3、7.8min。
1.3.3 制備標準曲線 用電子分析天平量取適當(dāng)CBZ、PT、PB的標準制備液（濃度100μg/ml），放入N2流及45℃水浴中揮干，再精密加入空白血清0.1mL、內(nèi)標液15μL，進行2min漩渦混合，按照1.3.2中的方式測定。線性回歸分析時，橫坐標X為藥物濃度，縱坐標Y為藥物與內(nèi)標峰面積之比，得到回歸方程為YCBZ=0.0009+0.1054X（r=0.9993），線性范圍1.4～23.0μg/mL；YPT=0.0112+0.0189X（r=0.9992），線性范圍5.5～39.0μg/mL；YPB=0.0048+0.0169X（r=0.9995），線性范圍5.5～61.0μg/mL。
1.3.4 回收率及精密度試驗 分別制備低、中、高3種濃度的CBZ、PT、PB含藥血清，精密量取內(nèi)標液15μL后旋渦混合2min。按照上述方法進行測定，將測得的藥物峰面積與內(nèi)標峰面積之比（Y）代入回歸方程，計算出測得量（X），并計算回收率（測得量與加入量之比）。每種濃度在1d內(nèi)測定6次，得到日內(nèi)相對標準差；連續(xù)測定6d來計算日間相對標準差，結(jié)果詳見表1。
1.3.5 測定穩(wěn)定性與靈敏度 在室溫25℃以下的條件中，測定低中高不同濃度的含藥血清，結(jié)果顯示藥物濃度在6h內(nèi)保持穩(wěn)定；含藥血清經(jīng)冷凍-融化3次之后，測定結(jié)果顯示含藥血清的藥物濃度也保持穩(wěn)定；于-30℃溫度下將不同濃度的含藥血清放置1個月，測定結(jié)果也顯示血清能保持穩(wěn)定。按照31的信噪比進行計算，CBZ、PB、PT的最低檢測濃度依次為0.2、1.0、1.0μg/mL。
1.4 FPIA法
用熒光偏振免疫分析儀來測定血清濃度，主要步驟為：量取患者血清150μL，注入專用的樣品杯后按照使用手冊進行操作，用配套的標準曲線盒、質(zhì)控盒制備標準曲線并作隨機質(zhì)控，分析儀進行自行取樣、分析測定。見表2。
1.5 統(tǒng)計學(xué)方法
HPLC法與FPIA法結(jié)果比較，運用SPSS13.0進行數(shù)據(jù)處理，采用配對t檢驗，P
2 結(jié)果
2.1 相關(guān)性分析
用線性回歸進行比較，橫坐標X為HPLC法的測定結(jié)果，縱坐標Y為FPIA法的測定結(jié)果，得到回歸方程為YCBZ=0.183+0.954X（r=0.944）；YPT=-1.421+1.141X（r=0.963）；YPB=-0.128+0.956X（r=0.949）。
2.2 配對t檢驗
將CBZ、PT、PB的兩種測定方法結(jié)果進行配對t檢驗，結(jié)果顯示這兩種方法所測得的值均差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。見表3。
3 討論
當(dāng)前，HPLC及FPIA都已在國內(nèi)醫(yī)院或臨床藥學(xué)實驗室廣泛應(yīng)用。在本資料中，HPLC法和FPIA法測定CBZ、PT、PB血清濃度結(jié)果的呈線性相關(guān)；對兩者監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行配對t檢驗后發(fā)現(xiàn)，這兩種方法監(jiān)測的準確性方面沒有明顯差異。但是作為當(dāng)前監(jiān)測血藥濃度的最常用方法，兩者仍存在著一定的優(yōu)劣。
HPLC法的專一性較FPIA法好，具有準確、靈敏、重現(xiàn)性好、專屬性強的優(yōu)點。由于高效的分離能力，HPLC法能同時測定多種藥物及其代謝產(chǎn)物的濃度，故而在很多實驗室中多采用HPLC法來對照比較其他監(jiān)測方法的合理及準確程度[4-5]。雖然HPLC法不必依賴于商品化的試劑盒，但所用樣品需進行預(yù)處理[6]，周期較長且技術(shù)難度較大，對操作者要求較高。
FPIA法具有監(jiān)測周期短、自動化程度高、操作簡便等優(yōu)點，因此適用于急診檢查與單一藥物的批量分析測定。但由于不能同時測定多種藥物，測定品種受試劑種類限制，且試劑價格昂貴，故而專屬性較差，不能滿足新藥研究與開發(fā)[7]。此外，有些受監(jiān)測藥物的活性代謝產(chǎn)物常常影響原藥濃度的測定。如FPIA法測定全血環(huán)孢霉素A的濃度測量值明顯偏高，主要原因就是代謝產(chǎn)物對原藥的監(jiān)測有干擾，使得監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)偏差[8]。
總的來說，高效液相色譜法與熒光偏振免疫法兩種方法測定抗癲癇藥血清濃度具有相關(guān)性。采用HPLC法和FPIA法進行CBZ、PT、PB的血清濃度測定各有利弊，須結(jié)合檢測藥物種類數(shù)目、受檢人數(shù)等合理選擇監(jiān)測方式。
[參考文獻]
[1] 賈建平.神經(jīng)病學(xué)[M].第6版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2010：292-312.
[2] 周素琴，張鴻燕，趙慧.血藥濃度監(jiān)測技術(shù)的進展及存在的問題[J].中國醫(yī)院藥學(xué)雜志，2009，29（7）：568-571.
[3] Commission on Classification and Terminology of the International League Againts Epilepsy.Proposal for revised classification of epilepsies and epileptic syndromes[J].Epilepsia，1989，30（4）：389-399.
[4] 王曉秋，溫懷凱，朱光輝.HPLC法和FPIA法監(jiān)測丙戊酸血藥濃度的比較研究[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2012，22（7）：1593-1595.
[5] 袁波，袁媛.HPLC在食品安全監(jiān)測中的研究進展[J].中國醫(yī)藥指南，2012，10（31）：77-79.
[6] 楊更亮，劉海燕.高效液相色譜整體柱在藥物分離分析中的應(yīng)用進展[J].中國科學(xué)，2010，40（6）：631-640.
篇5
核能利用的發(fā)展促進了鈾礦的大量開發(fā)，鈾礦的開發(fā)和加工，導(dǎo)致鈾尾礦及鈾廢物的大量污染.我國湖南鈾尾礦庫礦渣及土壤的U含量變化[15]在26.11～122.1 mg·kg-1.污染環(huán)境中的鈾，因生物富集作用在人體中積累，人體腎中鈾含量超 3 mg·kg-1，就會產(chǎn)生損害[6].人們通過各種技術(shù)來治理鈾污染，植物修復(fù)是最簡潔有效并對環(huán)境污染最小的生物修復(fù)技術(shù)[7].植物在吸收和富集鈾的同時，鈾對植物種子萌發(fā)、幼苗生長和酶活性[810]以及葉綠素含量、植株體積大小等產(chǎn)生影響[11]，但對植物體內(nèi)物質(zhì)成分有無影響，目前尚未見報道.
傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）是一種基于化合物中官能團和極性鍵振動的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，可以幫助判斷分子中含有何種官能團，更重要的是可以比較不同樣品的紅外光譜差異，從而反映樣品在植物化學(xué)組成上的差異程度[12].目前，F(xiàn)TIR已廣泛應(yīng)用于許多研究領(lǐng)域，如中藥材的質(zhì)量鑒別[13]、高等植物的系統(tǒng)分類研究[14]以及重金屬脅迫對植物的影響[1518].本研究采用FTIR法分析高濃度U脅迫下空心蓮子草、落葵和菊苣莖葉和根系的化學(xué)組成變化，探討高濃度U脅迫對植物物質(zhì)成分的生物學(xué)效應(yīng)，為鈾污染土壤的植物修復(fù)提供相關(guān)參考.
1研究材料與方法
1.1實驗材料
莧科的空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides），落葵科的落葵（Basella rubra），菊科的菊苣（Cichorium intybus L.）.U以UO2（CH3CO3）2·2H2O的形式加入.
1.2實驗方法
盆栽試驗，每盆土壤1 kg.按U元素含量500 mg·kg-1土壤溶解于350 mL水（預(yù)備試驗得到的土壤飽和持水量）中，均勻澆淋于每盆，以清水為對照（control），重復(fù)5次.在陰涼干燥處放置8周[19]，待土壤充分吸附后播種，播種2個半月后分莖葉和根系收獲，在105 ℃下殺青20 min，80 ℃烘干至恒重，研磨粉碎.
1.3測定方法
1.3.1FTIR測定在西南科技大學(xué)分析測試中心，準確稱取1.5 mg樣品粉末與300 mg KBr在瑪瑙研缽中混勻研磨，全部轉(zhuǎn)移到模具中用壓片機制備出均勻、透明錠片，用美國P.E.公司的Spectrum one FTIR （掃描范圍4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1）測定3種植物莖葉和根系的傅里葉變換紅外光譜信息.
1.3.2U含量測定將干燥碾磨好的樣品，準確稱取0.3 g，加入7 mL濃硝酸，2 mL 30%雙氧水，于微波消解儀中（Mars，美國CEM 公司）消解，消解好的樣品，在西南科技大學(xué)分析測試中心采用ICPMS（Agilent 7700x，美國安捷倫公司）測定U含量.
1.4數(shù)據(jù)分析
根據(jù)空心蓮子草、落葵、菊苣吸收峰的吸光度值特點篩選出11個比較典型的吸收峰，并記錄不同波數(shù)的吸光度.原始數(shù)據(jù)采用Origin 7.5軟件作圖， Nicolet Omnic 8.0軟件對不同樣品的FTIR譜圖進行數(shù)據(jù)處理.
2結(jié)果與分析
2.13種植物莖葉和根系的FTIR圖譜分析
紅外光譜分析（FTIR）顯示，空心蓮子草在高濃度U處理和對照組的峰形基本保持不變，莖葉和根系的吸光度在高濃度U脅迫下都低于對照，根系的吸光度低于莖葉（圖1）；落葵（圖2）和菊苣（圖3）與空心蓮子草類似.
3結(jié)論
（1）空心蓮子草、落葵和菊苣在高濃度U脅迫下和對照相比，吸收峰峰形基本未發(fā)生較大改變，吸收峰波數(shù)相對固定，說明高濃度U脅迫并未改變3種植物的基本化學(xué)組分，但吸光度有較大差異，說明高濃度U對3種植物各化學(xué)成分含量有所影響.
（2）3種植物的羥基、空心蓮子草和菊苣的孤立羧基、3種植物的酰胺基吸收峰發(fā)生了明顯位移；半定量分析發(fā)現(xiàn)：空心蓮子草、菊苣的羥基含量增加，空心蓮子草、落葵的孤立羧基含量減少，落葵的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中肽鍵間氫鍵的結(jié)合力減弱、蛋白質(zhì)含量減少，菊苣的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中肽鍵間氫鍵的結(jié)合力增強、蛋白質(zhì)含量增加，說明這些基團與U的吸收、絡(luò)合、運輸密切相關(guān).這些變化闡明了U對這3種植物物質(zhì)成分的影響機理.
（3）空心蓮子草和菊苣糖類物質(zhì)降低，而落葵根系糖類物質(zhì)大量增加，說明落葵抗高濃度U脅迫較其他兩種植物更強，植物的耐高濃度U的能力越強，則通過生理生化反應(yīng)來抵御不良環(huán)境的迫害能力也越強.
（4）FTIR能夠作為探究植物對高濃度U脅迫下物質(zhì)成分響應(yīng)的一種快速、靈敏的檢測手段，可以應(yīng)用于U等核素對植物物質(zhì)成分的生物效應(yīng)研究.
致謝西南科技大學(xué)分析測試中心賈茹博士和王樹民博士幫助進行樣品測試，特表謝意.
參考文獻：
[1]王瑞蘭，易俗，陳康貴，等.夾竹桃（Nerium indicum）等四種植物放射性核素U、226Ra的含量研究[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版， 2002，24（2）：7377.
[2]聶小琴，丁德馨，李廣悅，等.某鈾尾礦庫土壤核素污染與優(yōu)勢植物累積特征[J].環(huán)境科學(xué)研究， 2010， 23（6）：719725.
[3]向陽，向言詞，馮濤.3種植物對鈾尾渣的耐受性研究[J].礦業(yè)工程研究， 2009，24（3）：7073.
[4]向言詞，官春云，黃璜，等.在鈾尾渣污染土壤中添加磷對植物生長及重金屬積累的影響[J].作物學(xué)報， 2010，36（1）：154162.
[5]黃德娟，徐衛(wèi)東，羅明標，等.某鈾礦九種優(yōu)勢草本植物鈾的測定[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2011，34（3）：2931.
[6]SHEPPARD SC， SHEPPARD M I， GALLERAND M O， et al. Derivation of ecotoxicity thresholds for uranium[J]. J Environ Radioact， 2005，79：5583.
[7]王校常，施衛(wèi)明，曹志洪.重金屬的植物修復(fù)——綠色清潔的污染治理技術(shù)[J].核農(nóng)學(xué)報， 2000，14（5）：315320.
[8]胡勁松，吳彥瓊，譚清清，等.鈾對蠶豆種子萌發(fā)及幼苗SOD和CAT活性的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009（10）：1517.
[9]聶小琴，李廣悅，吳彥瓊，等.鈾脅迫對大豆和玉米種子萌發(fā)和幼苗生長及SOD與POD活性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 2010，29（6）：10571064.
[10]嚴明理，馮濤，向言詞，等.鈾尾沙對油菜幼苗生長和生理特征的影響[J].生態(tài)學(xué)報， 2009，29（8）：42154222.
[11]SINGH S， MALHOTRA R， BAJWA B S. Uranium uptake studies in some plants[J]. Radiat Measurem， 2005，40：666669.
[12]李星，劉鵬，張志祥.兩種水生植物處理重金屬廢水的FTIR比較研究[J].光譜學(xué)與光譜分析， 2009，29（8）：945949.
[13]索婧俠，孫素琴，王文全.甘草的紅外光譜研究[J].光譜學(xué)與光譜分析， 2010，30（5）：12181223.
[14]徐晟翀，曹同，聶明.不同蒴齒類型蘚類植物的FTIR光譜分析及系統(tǒng)學(xué)意義初探[J].光譜學(xué)與光譜分析， 2007，27（9）：17101714.
[15]任立民，成則豐，劉鵬，等.美洲商陸對錳毒生理響應(yīng)的FTIR研究[J].光譜學(xué)與光譜分析， 2008，28（3）：582585.
[16]薛生國，黃艷紅，王鈞，等.采用FTIR法研究酸模葉蓼對錳脅迫生理響應(yīng)的影響[J].中南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2011，42（6）：15281532.
[17]遲光宇，劉新會，劉素紅，等.Cu污染與小麥特征光譜相關(guān)關(guān)系研究[J].光譜學(xué)與光譜分析， 2006，26（7）：12721276.
[18]陳思寧，劉新會，侯娟，等.重金屬鋅脅迫的白菜葉片光譜響應(yīng)研究[J].光譜學(xué)與光譜分析， 2007，27（9）：17971801.
[19]唐永金，羅學(xué)剛. 植物吸收和富集核素的研究方法[J]. 核農(nóng)學(xué)報， 2011，25（6）：12921299.
篇6
Key words： overlapping peaks；decomposition；mathematical method
中圖分類號：O17文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）04-0197-01
1重疊峰分解的實際意義
在光譜研究領(lǐng)域，重疊的光譜信號是比較常見的。例如，①在紫外-可見光譜分析中：在苯和甲苯的混合體系及苯、甲苯和二甲苯等混合體系中，各組分紫外光譜嚴重重疊；復(fù)合維生素B片劑的吸收光譜中，維生素B1，B2，B6和煙酰胺4組分嚴重重疊；二甲酚橙（XO）-CTMAB-Cu、Cd、Ni顯色體系各組分吸收光譜相互重疊。鈰組稀土元素的性質(zhì)極其相似，因此其5種元素的吸收光譜嚴重重疊。②在熒光光譜分析中：利用偏振X射線熒光技術(shù)分析鐵磁性永磁材料粉末時，Si和Sr譜線完全重疊；醫(yī)院營養(yǎng)輸液常用的復(fù)合氨基酸注射液中包含色氨酸和酪氨酸，而此二組分的熒光光譜嚴重重疊等等。此外，重疊現(xiàn)象在化學(xué)領(lǐng)域的電化學(xué)分析、色譜分析中也同樣存在。重疊現(xiàn)象給進一步的定性和定量分析都帶來了困難。對于這樣的問題，通過硬件手段如改進儀器來提高信號的分辨率通常受到資金或工作條件等現(xiàn)實問題的制約。因此，往往通過數(shù)學(xué)手段把儀器未能完全分離的多個譜峰給以分解，得到重疊峰信號中的各子峰或組分的相關(guān)信息（如峰形狀、峰位置、半峰寬和峰高度）的估計值。而隨著計算機的發(fā)展，計算技術(shù)的提高，與計算機相結(jié)合的信息理論、多元統(tǒng)計分析法、數(shù)學(xué)最優(yōu)化等數(shù)學(xué)方法被利用于重疊峰的分解，并逐漸成為了現(xiàn)代光譜分析的熱點。
2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
對于采用各種計算方法分解光譜重疊峰的研究已有不少報道，其中分光光度法、熒光光譜、ICP-AES等重疊峰的解析已發(fā)展比較成熟。目前常見的數(shù)學(xué)方法有四類：
2.1 雙波長、三波長法、導(dǎo)數(shù)光譜法其中導(dǎo)數(shù)光譜法是分辨重疊峰的一種常用的較為成熟的方法。1953年Hammond等人首先提出。其基本原理是對原吸收曲線進行一階、二階至四階求導(dǎo)，然后對得到的各階導(dǎo)數(shù)光譜進行分析。從而來確定重疊峰的個數(shù)、重疊峰位及改善譜線分辨率等。關(guān)于導(dǎo)數(shù)法定研究及報道有很多，如王超群利用導(dǎo)數(shù)法探討了其在X射線衍射分析中的應(yīng)用；Windig討論了二階導(dǎo)數(shù)光譜在自模式分析技術(shù)中的應(yīng)用，以及相應(yīng)的平滑方法。但導(dǎo)數(shù)法存在一個顯著缺點：隨著求導(dǎo)次數(shù)的增加，噪聲也隨之增加，在高階導(dǎo)數(shù)中，信號可能被噪聲完全淹沒，因而，通常，每求一階導(dǎo)數(shù)之后都需要濾除噪聲來提高信噪比。
2.2 最優(yōu)化方法最小二乘法作為一種判斷擬合效果優(yōu)劣的評價標準而經(jīng)常被使用，從而將問題轉(zhuǎn)化為尋優(yōu)問題。而解決此最優(yōu)化問題的方法有很多相關(guān)研究和報道：如：何錫文等周興風(fēng)等分別討論了線性規(guī)劃方法的使用；孫桂玲等使用Newton-Raphson逐步逼近法和最速下降法對高斯峰進行分離；此外還有Cauchy法、直接搜索法、單純形法、DFP法及共軛梯度法等。
最小二乘法的缺點是當(dāng)各組分光譜嚴重重疊時（數(shù)學(xué)上叫共線性），如正規(guī)矩陣的秩接近零，此時的方程組近乎病態(tài)方程組，實驗中的微小誤差或是計算中間過程數(shù)據(jù)位數(shù)的取舍都會引起計算結(jié)果的大幅波動，此時最小二乘法不適用。
2.3 多元統(tǒng)計法由于傳統(tǒng)最小二乘法的缺點，出現(xiàn)了許多改進方法。如：Wold在1966年提出的偏最小二乘法；王鎮(zhèn)浦等討論了CPA矩陣法；因子分析法更是被廣泛研究，白潔玲通過迭代目標轉(zhuǎn)換因子分析應(yīng)用于4種混合色素溶液吸附伏安法波譜的解析來對其進行同時測定；進化因子分析與消秩方法被用于重疊光譜分析。這些方法各自在不同程度上克服了最小二乘法的缺點。
2.4 利用信息處理的理論1979年，Poulisse首次將卡爾曼濾波原理用于多組分體系分光光度分析中，使多組分體系的含量測定歸結(jié)為對重疊光譜曲線進行快速濾波的過程。這個思想不僅帶來了一種新的重疊峰分解的方法同時還啟發(fā)了分析工作者，使人們認識到，譜數(shù)據(jù)處理與通訊技術(shù)中的信息處理過程很相似，完全可以借鑒其數(shù)學(xué)工具。上世紀90年代，能解決非線形擬合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用求解多組分濃度，不足之處是需要大量樣本學(xué)習(xí)，很復(fù)雜且耗時。遺傳算法作為一種全局的尋優(yōu)方法，也逐漸被應(yīng)用于譜圖分析及重疊峰分解等方向的研究。使用數(shù)學(xué)方法對重疊峰分解的優(yōu)點在于它對硬件要求不高，只需在一定的實驗條件下，獲取足夠的實驗數(shù)據(jù)，借助計算機強大的運算能力，運用數(shù)學(xué)方法進行計算，能夠獲取準確度較高的對重疊峰解析的結(jié)果，基本上可以滿足一般檢測和分析的要求，因此其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，見諸于專業(yè)刊物的研究。報告顯示，使用軟件后處理的研究和應(yīng)用正廣泛開展。
參考文獻：
[1]吳軍，楊梅，陳堅.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助紫外光譜測定苯和甲苯的含量.新疆醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2005，28（6）：519-520.
[2]吳軍，楊梅.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于紫外光譜同時測定苯和甲苯及二甲苯的含量.理化檢驗-化學(xué)分冊，2006，42（7），511-513.
[3]何池洋，孫益民，陳友存等.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于維生素B族4組分同時測定.浙江大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版），2002，29（2）：160-165.
[4]方艷紅，王瓊，徐金瑞.分光光度法結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同時測定銅、鎘和鎳.光譜實驗室，2005，22（4）：782-784.
[5]鄭靜，林開利，周偉良等.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-分光光度法同時測定合金鋼樣中的鈰組稀土元素.分析試驗室，2004，23（11）：14-17.
篇7
《中國居民膳食指南》指出“食物多樣，谷物為主”，谷物是我國居民的主要膳食，包括大米、小米、玉米、江米、小麥、蕎麥、高粱、大麥等。我國居民膳食中約70%～80%熱能和50%蛋白質(zhì)由谷物提供。谷物含有多種微量元素，同一類別谷物顏色不同，所含微量元素也存在差別。微量元素是維持人體生長發(fā)育的重要營養(yǎng)素，參與生物體正常新陳代謝活動，攝入缺失或者過量都會引起人體疾患[1]。為指導(dǎo)健康飲食，有必要了解不同谷物中微量元素的區(qū)別。
1 材料與方法
1.1 材料
黑小米和黃小米購于陜北榆林某農(nóng)貿(mào)市場；黑米和江米（白糯米）購于陜南安康某農(nóng)貿(mào)市場。
1.2 儀器與試劑
WFX-120型原子吸收分光光度計（北京瑞利分析儀器有限公司），配備Fe、Mn、Cu和Zn空心陰極燈，1810B型自動雙重純水蒸餾器（上海申立玻璃有限公司）。
試劑及樣品：HNO3、HClO4、HCl、Fe（NO3）3·9H2O、MnO2、CuSO4·5H2O、ZnO均為分析純試劑。
1.3 方法
1.3.1 樣品處理 將樣品用自來水沖洗干凈，并用去離子水漂洗后置于105 ℃恒溫干燥箱中干燥1 d。取出樣品粉碎，準確稱取1.000 0 g樣品于100 mL三角瓶中，加5 mL HNO3過夜，補加HNO3 5 mL，HClO4 2.5 mL，在電爐上保持微沸狀態(tài)下消化，至紅棕色煙淡去，升高溫度待白煙冒盡，溶液澄清，取下冷卻，用2%（V/V，下同）HNO3溶液稍微加熱溶解后轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶中，三角瓶用2% HNO3溶液洗3次，合并洗滌液，定容，待測[2-6]，同條件下設(shè)空白1份。
1.3.2 儀器條件 原子吸收分光光度計檢測條件見表1。
2 結(jié)果與分析
2.1 標準曲線的繪制
準確稱取各種元素的分析純試劑，配制成濃度1.00 g/L的儲備液，再稀釋成所需濃度的工作液，F(xiàn)e、Mn、Cu和Zn的濃度分別為50.00、20.00、20.00、
20.00 mg/L，測定各樣品溶液的吸光度，計算得到的標準曲線回歸方程和相關(guān)性系數(shù)見表2。由表2可知，本方法中4種元素的線性關(guān)系良好。
2.2 準確度
取同一批干燥的粉碎黃小米，稱取1.000 0 g樣品于100 mL的三角瓶中，分別加入Fe標準溶液（50.00 mg/L）0.80 mL，Mn標準溶液（20.00 mg/L）2.50 mL、Cu標準溶液（20.00 mg/L）1.50 mL，Zn標準溶液（20.00 mg/L）3.00 mL，按“1.3.1”處理后， 用2%硝酸定容到25 mL，測定結(jié)果見表3。由表3可知，本方法的回收結(jié)果良好。
2.3 精密度
分別取某一濃度標準溶液，連續(xù)進樣5次，計算測定結(jié)果的精密度。各元素測定的精密度均在3%以內(nèi)。
2.4 樣品分析
4種樣品中的微量元素含量見表4。由表4可知，深色谷物中微量元素含量高于白色谷物，黑小米和黃小米的鐵和錳含量明顯較高，黑小米中的鋅含量最高。
3 討論
小米熬粥營養(yǎng)價值高，有“代參湯”之美稱。由于小米不需精制，保存了許多的維生素和無機鹽，而黑小米營養(yǎng)價值更高，這與它含有豐富微量元素有著必然聯(lián)系。例如：黑小米中含有較高的鋅元素，鋅是免疫器官胸腺發(fā)育的營養(yǎng)元素，只有鋅量充足才能保證胸腺發(fā)育，正常分化T淋巴細胞，促進細胞免疫功能。該結(jié)果驗證了小米具有補氣補虛的功效，也為上述谷物的開發(fā)應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。
參考文獻：
[1] 祁嘉義.臨床元素化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.72-73.
[2] 李吉鋒，高錦紅.火焰原子吸收光譜法測定理氣類中藥中微量元素[J].理化檢驗（化學(xué)分冊），2008，44（12）：1153-1154.
[3] 劉 波，閆夏紅.真姬菇中微量元素的光譜測定[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，48（4）：958-960.
[4] 范文秀. 補益中藥微量元素的比較研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2007，27（7）：1433-1435.
[5] 韓麗琴，朱志國，華瑞年，等.火焰原子吸收法測定10種中成藥中鈉、鉻、鎳、錳和鎂的含量[J].光譜學(xué)與光譜分析，2002， 22（2）：152-153.
篇8
Determination of Mineral Nutrition Elements in Fermented Liquid by Temperature-Controlled Wet Digestion and Flame Atomic Absorption Spectrometry
JIANG Zhong-yuan1，HU Ming-hua1，AO Ke-hou1，WEI Jing-xu1，LUO Yan-wen2
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Zunyi Normal College， Zunyi 563002，Guizhou，China；
2. Court of Zunyi Product Quality Inspection Detection， Zunyi 563002，Guizhou，China）
Abstract： Temperature-controlled HNO3-H2O2 wet digestion and flame atomic absorption spectrometry were employed for determination of mineral elements in the fermented liquid residue of livestock dung. The mineral elements， including K， Mg， Na， Fe， Ca， Mn， Cu and Zn in fermented liquid were analyzed. The results showed that the correlation coefficient（r） of each mineral element’s quantitative standard curve was above 0.999 3， the quantitation limit was 0.90～67.0 ng/L， the relative standard deviation was 0.79%～2.51%， and the standard addition recovery rate was 95%～103%. It was found that the average content of the 8 mineral elements in fermented liquid was in a descending order of K， Na， Ca， Mg， Fe， Mn， Zn and Cu.
Key words： flame atomic absorption spectrometry； fermented liquid； wet digestion； mineral element
隨著低碳經(jīng)濟的發(fā)展，沼氣技術(shù)的應(yīng)用與推廣日益廣泛，沼氣發(fā)酵殘留物的開發(fā)應(yīng)用問題也倍受人們關(guān)注。而沼液作為人畜糞便等有機物在厭氧條件下充分發(fā)酵后的液體殘余物[1]，不僅含有N、P、K等營養(yǎng)元素，而且含有豐富的腐殖酸、有機質(zhì)、氨基酸、生長激素及有益菌群等營養(yǎng)物質(zhì)，其營養(yǎng)全面，養(yǎng)分利用率高，是一種多元的速效復(fù)合肥[2]。沼液在作物種植中不僅能顯著地改良土壤，確保農(nóng)作物生長所需的良好微生物環(huán)境，還有利于增強作物抗凍、抗旱能力，減少病蟲害，提高作物產(chǎn)量[3]。原料中含有的礦物元素在發(fā)酵過程中，參與了微生物代謝過程，但最后又殘留于沼殘液中。因此，開展針對沼液中礦質(zhì)元素及其含量范圍的分析研究，將有助于促進畜牧養(yǎng)殖糞污發(fā)酵殘留物在肥料、飼料、浸種、植物生長激素和生物農(nóng)藥等方面的應(yīng)用，并為相關(guān)應(yīng)用提供科學(xué)參考。
必需礦質(zhì)元素K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca及Mg對動植物正常生長和生產(chǎn)不可或缺，在動植物體內(nèi)具有重要的營養(yǎng)生理功能。目前，已建立了上述元素在環(huán)境、食品、醫(yī)藥、生物、地質(zhì)等樣品中的檢測方法[4-11]，但是溫控濕法消解-火焰原子吸收光譜測定法應(yīng)用于沼液的礦質(zhì)元素及其含量檢測方面的報道較少。本試驗通過溫控濕法消解-火焰原子吸收光譜，建立了沼液中多種礦質(zhì)元素的分析方法，以期為腐熟水溶性速效肥中的礦質(zhì)元素檢測提供有益探索，也為肥料中礦質(zhì)元素含量檢測提供一種快速、便捷、靈敏的方法。
1 材料與方法
1.1 試劑
H2O2、HNO3、HCl均為優(yōu)級純試劑，購于國藥試劑有限公司，試驗用水為去離子水。
標準儲備液： 1 000 μg/mL Mn、Cu、Zn、Ca、Mg、K、Na、Fe標準溶液（中國計量科學(xué)研究院）。
1.2 儀器
TAS-990型原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）；電子天平（上海越平科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)）；AKDL-II-16超純水儀（成都康寧實驗專用純水設(shè)備廠）。所有器皿均用4 mol/L HCl浸泡24～48 h，然后用去離子水沖洗3～4次，待用。
1.3 方法
1.3.1 標準溶液的制備 取適量K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg標準溶液，逐級稀釋成標準系列工作溶液（表1），在儀器工作條件下測定各標準溶液的吸光度及樣品溶液的吸光度。
1.3.2 樣品采集及處理 將采集的不同地區(qū)沼液樣品渦旋混勻，準確量取10 mL沼液樣品于50 mL燒杯，用少許5%（m/V，下同）HNO3潤洗移液管內(nèi)壁并移入燒杯中，加入10 mL 30%（V/V）H2O2和20 mL濃HNO3，蓋上表面皿，于控溫電熱板上逐漸升溫至120 ℃。消解至消解液澄清、透明且無懸浮物，剩余溶液體積≤10 mL，取下冷卻至室溫，用5% HNO3定容于15 mL比色管中，過水系濾膜（？準=0.45 μm）后，按表2條件測定[12]。
2 結(jié)果與討論
2.1 標準曲線
對1.3.1中標準系列工作溶液進行測定，由儀器自動繪制標準曲線和確定線性相關(guān)系數(shù)，確定檢出限，結(jié)果見表3。
2.2 樣品測定
對來自于4個地區(qū)畜牧養(yǎng)殖糞污經(jīng)厭氧發(fā)酵的剩余沼液中的礦質(zhì)元素含量進行了測定，結(jié)果見表4。
2.3 回收率和準確度分析
為考察方法的可靠性，采用標準品加入法測定各元素的平均回收率來確定方法的準確性。設(shè)定0.5、1.0、2.0 mg/kg 3個添加水平，按照優(yōu)化條件檢測，K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg回收率都在96%～101%，相對標準偏差在1.56%～3.01%。結(jié)果表明，采用溫控HNO3-H2O2濕法消解-火焰原子吸收光譜分析方法測定上述8種礦質(zhì)元素穩(wěn)定性好，結(jié)果可靠準確，能夠滿足檢測要求。
2.4 精密度分析
按照1.3.2處理，對某地區(qū)沼液樣品平行測定6次，計算測定方法的相對標準偏差。結(jié)果表明，相對標準偏差均小于3%，誤差在痕量分析允許范圍內(nèi)，表明方法精密度良好。
3 結(jié)論
建立了沼液中礦質(zhì)元素的溫控HNO3-H2O2濕法消解-火焰原子吸收光譜檢測8種礦質(zhì)元素的分析方法。試驗中采用強氧化性物質(zhì)的氧化作用破壞樣品中的有機物質(zhì)，使待測元素溶解于溶液中，使混合酸與樣品中有機物大分子作用完全，消化省時、徹底、不容易造成損失。由結(jié)果可知，在沼液中的礦質(zhì)元素中K、Na、Ca含量較高，而Cu含量最低。該方法操作簡便，分析速度快，精密度和準確度都符合要求，可為腐熟水溶性速效肥中礦質(zhì)元素的檢測提供有效的分析方法。
參考文獻：
[1] RAVEN R P， GREGERSEN K H. Biogas plants in Denmark：Successes and setbacks [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007， 11（1）：116-132.
[2] 宋成芳，單勝道，張妙仙，等.畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼液的濃縮及其成分[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2011，27（12）：256-259.
[3] 樊文華，劉晉峰，王志偉，等.施用沼肥對溫室土壤養(yǎng)分和重金屬含量的影響[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（1）：1-4.
[4] BAKIRCIOGLU D， KURTULUS Y B， UCAR G. Determination of some traces metal levels in cheese samples packaged in plastic and tin containers by ICP-OES after dry， wet and microwave digestion[J]. Food and Chemical Toxicoiogy，2011，49（1）：202-207.
[5] 何曉文，許光泉，王偉寧.火焰原子吸收光譜法測定土壤中金屬元素[J].理化檢驗（化學(xué)分冊），2011，47（7）：778-780.
[6] 高智席，吳艷紅，薛永富.聯(lián)合消解-原子吸收法測定垃圾中重金屬元素含量[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（31）：15108-15109.
[7] 寧尋安，周 云，劉敬勇，等.微波消解-火焰原子吸收光譜法測定鋼鐵廠廢舊除塵布袋中重金屬[J].光譜學(xué)與光譜分析，2011，31（9）：2565-2568.
[8] GAO Z X， WU Y H， ZHAO H J，et al. Concentration determination of new fungicide in river water by ultrasoundassisted emulsification micro-extraction and reversed-phase high performance liquid chromatography[J]. Anal Methods，2012，4（8）：2365-2368.
[9] 孫嫵娟.漢中元胡中8種金屬元素含量的測定[J]. 光譜實驗室，2011，28（6）：2987-2990.
篇9
關(guān)鍵詞 ：朝天椒；燈籠椒；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；支持向量機
中圖分類號：O657．33；S641．3文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2015）01－0203－03
DOI：10．14088／j．cnki．issn0439－8114．2015．01．053
Infrared Spectroscopic Analyses of Pepper based on
Support Vector Machine and BPNN
LI Wei－xing，LIU Gang，ZHAO Xing－xiang，WANG Xiao－long，WANG Xiao－h(huán)ua，LI Hui－mei
（School of Physics and Electronic Information， Yunnan Normal University， Kunming 650500， China）
Abstract： Fourier transform infrared （FTIR） spectroscopy combined with back propagation neural network （BPNN）， wavelet transform and support vector machine （SVM） were used to analyze Capsicum annuum L． var． conoide （Mill．） Irish and bell pepper． FTIR spectra of samples from C． annuum L． var． conoide （Mill．） Irish were obtained. The infrared spectra in the range of 1750～950 cm－1 were extracted by continuous wavelet transform （CWT） and discrete wavelet transform （DWT）． The decomposition level 10 was obviously different. Three regions of this level were selected as feature vector to train BPNN and the SVM models． Discrete wavelet transform detail coefficients（DWTDC） of level 5 were selected to train BPNN and SVM models. The recognition accurate rate of using BPNN and SVM was 93．3％ and 100％， respctively． It is proved that FTIR spectroscopy combined with BPNN and SVM can be used to discriminate C． annuum L． var． conoide （Mill．） Irish and bell pepper．
Key words： Capsicum annuum L． var． conoide （Mill．） Irish； bell pepper； back propagation neural network； support vector machine
收稿日期：2014－03－14
基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（30960179）
作者簡介：李偉星（1987－），男，湖南衡陽人，在讀碩士研究生，研究方向為紅外光譜生物醫(yī)學(xué)光譜，（電話）18288745428（電子信箱）
weixl87＠126．com；通信作者，劉 剛（1966－），男，云南陸良人，教授，主要從事生物醫(yī)學(xué)光譜學(xué)方面的研究，（電話）13648878376
（電子信箱）gliu66＠163．com。
辣椒（Capsicum annuum L．）包括辣椒和甜椒，又稱番椒、海椒、辣子、辣角、秦椒等，是茄科辣椒屬一年或多年生植物。辣椒中維生素C的含量在蔬菜中居第一位，具有通經(jīng)活絡(luò)、活血化瘀、驅(qū)風(fēng)散寒、開胃健胃、補肝明目、溫中下氣、抑菌止癢和防腐驅(qū)蟲等功效［1，2］，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、輕化和食品行業(yè)。
區(qū)分辣椒常規(guī)的化學(xué)分析方法，如高效液相色譜法（HPLC）、氣相色譜質(zhì)譜法（GC－MS）、微衛(wèi)星DNA標記（SSR）、超臨界CO2萃取法等，這些檢測方法雖然準確，但預(yù)處理過程復(fù)雜，耗時長，處理過程對人與環(huán)境有害［3］。傅里葉變換紅外光譜法具有操作簡單、靈敏度高、用樣少、制樣簡單、重復(fù)性好等優(yōu)點。小波變換是繼傅里葉變換后的一種更為有效的信號處理方法［4］。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法由于對非線性函數(shù)可任意逼近而在光譜分析中被廣泛使用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度智能化的特征與能力，在處理非線性問題上以計算簡單、預(yù)測準確的優(yōu)勢在分析化學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用［5］。支持向量機（SVM）是近年來形成的一種新的模式識別方法，已表現(xiàn)出許多優(yōu)于其他模式識別的方法。先通過非線性變換將輸入空間變換到一個高維空間，然后在這個高維空間求取最優(yōu)分類面［6］。
為此，選取兩個品種的辣椒為研究對象，應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜測定法得到FTIR，采用連續(xù)和離散小波多分辨率分析方法提取樣品的紅外光譜特征量，然后運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機對兩個品種的辣椒進行識別，旨在為同科屬品種的植物提供一種分類方法。
1 材料與方法
1．1 試驗儀器
紅外光譜儀為PerkinElmer公司的Frontier傅里葉變換紅外光譜儀，掃描范圍4 000～400 cm－1，分辨率4 cm－1，掃描次數(shù)16次。
1．2 樣品制備、檢測及數(shù)據(jù)處理
朝天椒和燈籠椒采自湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地。朝天椒30個（編號a1～a30），燈籠椒30個（編號b1～b30）。樣品清洗后晾干，取相同部位研磨成粉末，加入溴化鉀研磨均勻，壓片測紅外光譜。光譜均扣除溴化鉀背景，光譜數(shù)據(jù)用Omnic 8．0軟件處理，經(jīng)過基線校正、5點平滑處理、歸一化。用Matlab 7．1軟件進行支持向量機和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析。
2 結(jié)果與分析
2．1 兩種辣椒果實紅外光譜分析
圖1是兩個品種辣椒的原始光譜圖。3 500～3 200 cm－1范圍強寬峰為O－H與N－H的伸縮振動吸收，2 925 cm－1附近峰為亞甲基中C－H不對稱伸縮振動吸收［7］；2 857 cm－1附近峰為亞甲基中C－H對稱伸縮振動吸收［8］；1 735 cm－1附近吸收峰主要來自脂類C＝O伸縮振動［9］；1 635 cm－1附近吸收峰為辣椒堿中C＝C雙鍵伸縮振動峰［10］；1 655、1 541 cm－1分別對應(yīng)蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅱ帶的吸收峰［11］。1 610、1 516 cm－1為苯環(huán)的骨架特征伸縮振動吸收峰［12］；1 440～1 330 cm－1范圍的譜峰為蛋白質(zhì)、纖維素、木質(zhì)素等受氧、氮原子影響的甲基、亞甲基對稱彎曲振動和CH3剪式振動吸收及C－H彎曲振動吸收，其中1 386 cm－1附近是蛋白質(zhì)及纖維素的甲基和亞甲基的對稱彎曲振動和甲基的剪式振動吸收［8］；1 156～950 cm－1是多糖的C－O－C伸縮振動吸收峰［13］；900～750 cm－1范圍為糖類異構(gòu)吸收區(qū)，其中895 cm－1附近為纖維素的環(huán)振動產(chǎn)生的C－H變形峰［14］。
2．2 傅里葉變換紅外光譜連續(xù)小波變換分析
兩種辣椒的傅里葉變換紅外光譜的區(qū)別不是特別明顯，直接應(yīng)用其傅里葉變換紅外光譜鑒別兩種辣椒往往容易造成錯誤的分類。對它們的傅里葉變換紅外光譜進行一維連續(xù)小波變換，在不同的分辨率下對其進行有效分析，能夠放大它們之間的差別以有效鑒別兩種辣椒。選擇各向異性的Morlet小波作為“分析小波”，因為其頻域能量比較集中，通頻帶較窄，頻率混疊影響較小，具有時域?qū)ΨQ和線性相位的特點，能夠保證變換不失真［15］。對兩種辣椒的傅里葉變換紅外光譜中包括指紋區(qū)在內(nèi)的區(qū)域（1 750～950 cm－1）進行一維連續(xù)小波變換，共進行了30尺度的一維連續(xù)小波變換，發(fā)現(xiàn)進行到第20個尺度的連續(xù)小波變換時的系數(shù)已能區(qū)別兩種辣椒，變換結(jié)果見圖2。
2．3 BP網(wǎng)絡(luò)識別結(jié)果
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般由3個神經(jīng)元層次組成，即輸入層、隱含層和輸出層。在BP網(wǎng)絡(luò)的建立過程中，隱含層節(jié)點數(shù)的選擇是關(guān)鍵。隱含層節(jié)點數(shù)的多少對BP網(wǎng)絡(luò)的識別效果影響很大，隱含層節(jié)點數(shù)一般不大于輸入信號的個數(shù)，隱含層節(jié)點數(shù)過多，網(wǎng)絡(luò)易于區(qū)分各樣本之間的細微差別，但網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度增加，收斂速度減慢，增加網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時間，隱含層節(jié)點數(shù)h可通過公式（1）取整數(shù)確定初始值，再逐步增加或減少1～3節(jié)點數(shù)的方法選取最優(yōu)值：
式中，p為輸入變量數(shù)（即輸入層節(jié)點數(shù)）；q為輸出變量數(shù)（即輸出層節(jié)點數(shù)，通常為1）［16］。
選取第20尺度連續(xù)小波變換系數(shù)，第5尺度離散小波變換逼近系數(shù)和細節(jié)系數(shù)各19個變量作為網(wǎng)絡(luò)輸入值，輸出層神經(jīng)元個數(shù)為2，隱含層的神經(jīng)元個數(shù)分別設(shè)定為1～12之間的整數(shù)值，60個樣品，每個品種30個，其中訓(xùn)練組15個，測試組15個。通過比較分類正確率，最終確定隱含層神經(jīng)元個數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的輸入向量范圍為［－1，1］，隱含層神經(jīng)元的傳遞函數(shù)采用S型正切函數(shù)tansig，輸出模式為0－1，輸出層神經(jīng)元傳遞函數(shù)采用S形對數(shù)函數(shù)logsig。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù)采用trainlm，學(xué)習(xí)函數(shù)為learngdm，最大次數(shù)為1 000，訓(xùn)練目標為0．01，學(xué)習(xí)速率為0．1。連續(xù)小波變換系數(shù)（CWTC）、離散小波變換逼近系數(shù)（DWTAC）和細節(jié)系數(shù)（DWTDC）作為網(wǎng)絡(luò)輸入變量的正確率隨隱含層節(jié)點數(shù)變化情況如圖3所示。連續(xù)小波變換系數(shù)和離散小波變換逼近系數(shù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最佳隱含層節(jié)點數(shù)均為7，而離散小波變換細節(jié)系數(shù)隱含層節(jié)點數(shù)對網(wǎng)絡(luò)識別正確率沒有影響，利用連續(xù)小波變換建立的BPNN模型的識別正確率為86．7％，而利用離散小波變換逼近系數(shù)和細節(jié)系數(shù)建立BPNN模型的正確率為93．3％、100.0％。可見離散小波的效果要比連續(xù)小波變換的效果好。
2．4 支持向量機結(jié)果
支持向量機法的基本思想來源于線性判別的最優(yōu)分類面，所謂最優(yōu)分類面就是要求分類面不但能將兩類樣本無錯誤地分開，而且要使分類空隙或分類間隔最大。通過實現(xiàn)最優(yōu)分類面，一個直接的優(yōu)點就是可以提高預(yù)測能力，降低分類錯誤率［16］。
用Matlab 7．1選用支持向量機4種核函數(shù)的線性函數(shù)作為核函數(shù)，利用離散小波變換細節(jié)系數(shù)建立支持向量機模型，對60個未知樣品（訓(xùn)練組30個，測試組30個）預(yù)測結(jié)果支持向量機識別正確率見表1（表1中“1”代表朝天椒，“0”代表燈籠椒），結(jié)果表明，所有的樣品都能識別，識別正確率為100％。
3 小結(jié)
利用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)結(jié)合小波變換、反向傳播網(wǎng)絡(luò)和支持向量機對朝天椒和燈籠椒進行識別，樣品的紅外光譜經(jīng)一維連續(xù)小波變換，第20尺度系數(shù)存在著明顯的差異，選取指紋區(qū)1 750～950 cm－1范圍內(nèi)的紅外光譜進行5尺度離散小波變換，第5尺度小波細節(jié)系數(shù)存在明顯的差異，利用該系數(shù)進行反向傳播網(wǎng)絡(luò)和支持向量機識別，其正確率分別為93．3％、100.0％。通過比較發(fā)現(xiàn)，離散小波細節(jié)系數(shù)建立模型比連續(xù)小波系數(shù)和離散小波近似系數(shù)效果好，但兩者的差異不是很大。結(jié)果表明，小波變換結(jié)合支持向量機和反向傳播網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)中能夠識別朝天椒和燈籠椒，有望發(fā)展為鑒別不同品種物種的一種方便快捷的方法。
參考文獻：
［1］ 華景清，蔡 健．辣椒的藥用價值［J］．中國食物與營養(yǎng)，2004（12）：52－53．
［2］ 蔣慕東，王思明．辣椒在中國的傳播及其影響［J］．中國農(nóng)史， 2005（2）：17－27．
［3］ WU Y H， DU Y P， ZHENG Y， et al． Study on difference between epidermis， phloem and xylem of Radix ginseng with near－infrared and infrared spectroscopy coupled with principal component analysis［J］． Vibrational Spectroscopy， 2011， 55（2）： 201－206．
［4］ 程存歸，田玉梅，張長江．基于FTIR－CWT及ANN分類法的中藥材菟絲子與同科屬金燈藤子的識別方法研究［J］．化學(xué)學(xué)報， 2008，66（7）：793－798．
［5］ CHENG C G， LIU L， CAO W Q， et al． Classification of two species of Bidens based on discrete stationary wavelet transform exraction of FTIR spectra combined with probability neural network［J］． Vibrational Spectroscopy， 2010， 54（1）： 50－55．
［6］ 金向軍，張 勇，趙 冰，等．基于支持向量機及小波變換的人參紅外光譜分析［J］．光譜學(xué)與光譜分析，2009，29（3）：656－660．
［7］ YANG H， IRUDAYARAJ J， PARADKAR M M． Discriminant analysis of edible oils and fats by FTIR， FT－NIR and FT－Raman spectroscopy［J］． Food Chemistry， 2005， 93（1）：25－32．
［8］ SCHULZ H， BARANSKA M． Identification and quantification of valuable plant substances by IR and Raman spectroscopy［J］． Vibrational Spectroscopy， 2007， 43（1）：13－25．
［9］ KADAMNE J V， CASTRODALE C L， PROCTOR A． Measurement of conjugated linoleic acid（CLA） in CLA－Rich potato chips by ATR－FTIR spectroscopy［J］． Journal Agricultural and of Food Chemistry，2011，59（6）：2190-2196．
［10］ 張瑋瑋，劉玲玲，孫素琴，等．食用天然辣椒紅色素中摻雜蘇丹紅的紅外光譜快速識別［J］．光譜學(xué)與光譜分析，2012，32（4）：958－961．
［11］ WU D， HE Y， FENG S J， et al． Study on infrared spectroscopy technique for fast measurement of protein content in milk powder based on LS－SVM［J］． Journal of Food Engineering， 2008， 84（1）：124－131．
［12］ 孫素琴，周 群，陳建波．中藥紅外光譜分析與鑒定［M］．北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2010．
［13］ 康玉秋，郭慶梅， 趙啟韜，等．紅外光譜法對貯藏白花丹參各部位的分析與評價［J］．光散射學(xué)報，2011，23（4）：387－395．
［14］ DIGHTON J， MASCARENHAS M， ARBUCKLE－KEIL G A． Changing resources： assessment of leaf litter carbohydrate resource change at a microbial scale of resolution［J］． Soil Biology and Biochemistry，2001，33（10）：1429－1432．
篇10
摘 要：較化學(xué)檢測法等傳統(tǒng)環(huán)境污染檢測方法，光學(xué)測量方法以其無可比擬的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的檢測及監(jiān)測，近幾十年來發(fā)展迅速，并具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著激光技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測量方法也隨之變革。例如激光光譜對特定氣體的檢測（LASAIR系統(tǒng)），紫外差分光學(xué)吸收光譜儀（DOAS系統(tǒng)）和傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR系統(tǒng)）等，都為這一變革提供有力的佐證。論文介紹光學(xué)顯微鏡檢測方法，光學(xué)分析方法以及光電檢測技術(shù)，重點分析光學(xué)顯微鏡檢測方法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用、光學(xué)分析方法在水質(zhì)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用、光電檢測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，光學(xué)測量方法的最新發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞 ：光學(xué)顯微鏡；光電檢測技術(shù)；光譜學(xué)分析法；DOAS系統(tǒng)；FTIR系統(tǒng)；LASAIR系統(tǒng)
中圖分類號：O439文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0005-04
隨著現(xiàn)代科技的不斷更新與物質(zhì)生活的高度發(fā)達，環(huán)境污染物的排放量日益增多，人們在享受著豐富物質(zhì)生活的同時，也受到了環(huán)境污染帶來的沖擊，例如酸雨的侵害，霧霾天氣的影響，全球變暖導(dǎo)致的海平面上升等問題。傳統(tǒng)的檢測方法（如化學(xué)法），由于用時長、花費高、操作復(fù)雜，需要各個部門相互協(xié)作，甚至在檢測時都可能會產(chǎn)生環(huán)境污染物，越來越受到抵制。而光學(xué)測量方法在環(huán)境檢測方面，更能有效地避免這些弊端的產(chǎn)生。
在環(huán)境中，對于水質(zhì)，有關(guān)部門主要通過對水質(zhì)采樣、化驗、分析的方法實現(xiàn)對水質(zhì)的監(jiān)控。對于水體富營養(yǎng)化的這種情況，有關(guān)部門通過光學(xué)顯微鏡直接對水體進行觀查即可。而對于重金屬污染過的水源，往往光學(xué)顯微鏡很難直接觀測出來，還要通過物理或化學(xué)的方法使重金屬沉積，沉淀或“染色”，才有可能觀察到。但是這種方法用時長，不利于及時了解水污染的情況，而且在使重金屬沉淀的方法中，有可能又會產(chǎn)生新的污染物，樣品處理又帶來了困難。由于光學(xué)顯微鏡很難實現(xiàn)對空氣的檢測，所以在環(huán)境監(jiān)測中用處并不大。這時人們聯(lián)想到，也可以通過光的其他特性來實現(xiàn)對環(huán)境的實時的監(jiān)控。而光電檢測技術(shù)（如外光譜法，激光光譜法等），人們可以直接檢測環(huán)境中的污染物，無需費時費力，既能實時地反映出污染物的量和濃度，又不會產(chǎn)生附加污染物，且在環(huán)境監(jiān)測中實用性很強。光電檢測技術(shù)利用光的光譜特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工廠的排氣煙囪中使用，甚至可以專一地檢測某種氣體，例如，甲烷氣體，二氧化碳氣體，含硫化合物氣體等[1]。
1 光學(xué)顯微鏡檢測方法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
在現(xiàn)實生活中，我們最易受到水污染帶來的侵害，水體富營養(yǎng)化一直是我們關(guān)注的重大問題，而光學(xué)顯微鏡在這方面的檢測應(yīng)用極其廣泛。環(huán)境保護部門在水污染地需要將水質(zhì)進行抽樣、化驗、分析、觀察，這時就要用到光學(xué)顯微鏡[2]。
1.1 細菌、霉菌檢測
水體細菌含量是人們辨別水質(zhì)是否利于飲用的重要標準，如人們會對水中的大腸桿菌群檢測做一個革蘭氏染色鏡檢。
1.2 生物群落檢測
浮游植物是水域的初級生產(chǎn)者，繁殖速度很快。水體富營養(yǎng)化會促進其繁殖能力，從而影響水質(zhì)的飲用安全。對浮游植物的檢測，離不開光學(xué)顯微鏡。光學(xué)顯微鏡直接對水質(zhì)進行觀察監(jiān)測，每過一段時間，鏡檢跟蹤浮游植物的群落狀況，以判斷水體是否富營養(yǎng)化。
1.3 特殊物質(zhì)檢測
石棉纖維被動物體吸入肺部后，容易沉著在肺泡內(nèi)，影響動物體的呼吸，對動物體的健康影響很大。在用光學(xué)顯微鏡檢測時，必須用高倍鏡才能觀察到石棉纖維，因此，對光學(xué)顯微鏡的分辨率要求比較高。為確定肝癌細胞的使用量，需要用光學(xué)顯微鏡鏡檢肝癌細胞的復(fù)蘇狀況。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃燒后產(chǎn)生的脂溶性物質(zhì)，不能被生物分解，具有很強的危害性。利用離體肝癌細胞的EROD與二噁英的復(fù)合毒性效應(yīng)是生物學(xué)中的一種檢測方法。環(huán)境監(jiān)測部門也利用這種方法對環(huán)境中的石棉塵（石棉纖維）進行監(jiān)測。
在受污染的水體中，培養(yǎng)魚（一般選擇生長速度快的青魚）的受精卵，在魚卵孵化過程中，使用光學(xué)顯微鏡監(jiān)測受精卵的孵出率，并觀察胚胎發(fā)育過程中畸形胎所占比重。
1.4 環(huán)境毒性測試
根據(jù)所知的生物學(xué)，單細胞藻類有很強的繁殖能力。可以在水體中培養(yǎng)藻類，用光學(xué)顯微鏡觀察，監(jiān)測藻類世代的生長情況和藻類種群的變化情況，判斷水體中是否存在急性的毒性物質(zhì)[3]。
2 光學(xué)分析方法在水質(zhì)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用
物質(zhì)在吸收光波后，會在某一波段有一個吸收峰，通過分析這個波段，就可以得出該物質(zhì)的光譜特性，光學(xué)分析方法就是在此研究基礎(chǔ)上找到的一種測量方法[4]。反應(yīng)靈敏度高，檢測速度快的優(yōu)點是人們在采用這種光學(xué)測量方法時首要的考慮因素。某些光學(xué)分析方法，人們往往既不需要像傳統(tǒng)檢測方法一樣去使用試劑，又不需要花費太多的精力去維護相關(guān)的儀器設(shè)備。近幾十年來，光學(xué)分析方法隨著科技的腳步，在水質(zhì)檢測方面也跨上了一個新的臺階[5]。
2.1 比色分析法
比色分析法是指利用物質(zhì)與物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，獲得深顏色的溶液后，通過比較前后溶液的顏色深淺度來測量所含物質(zhì)濃度的方法[6]。比色分析法主要用于水質(zhì)中，有色重金屬離子的濃度檢測。但是，有些重金屬離子卻是無色的，例如一價銅離子溶液，這時可以根據(jù)其易被氧化的化學(xué)特性，將一價銅離子溶液氧化成藍色的二價銅離子溶液。比色分析法可分為目視比色分析法和光電比色分析法，兩種方法的測量原理均為朗伯－比爾（Lambert-Beer）定律。但是，目視比色分析法中，人的主觀判斷會影響未知量的測量，因此目視比色分析法準確度不高。而采用分光光度法的光電比色分析法，彌補了主觀判斷造成的失誤，未知量的準確度和靈敏度得到了提高。
通過了解，可以看出，使用比色分析法時，必須建立在顯色反應(yīng)的基礎(chǔ)上，因此對溶液離子的化學(xué)性質(zhì)要求比較高。人們可以采取目測的手段，也可以采用與離子反射或吸收波長相對應(yīng)的單色光源進行檢測，還可以使用與高速計算機聯(lián)接的攝像頭進行圖像綜合對比分析。利用顯色劑的不同反應(yīng)，比色分析法可被廣泛地應(yīng)用在水質(zhì)監(jiān)測方面以及測定受污染水質(zhì)中的各類污染物濃度。
2.2 紫外光譜分析法
紫外光具有波長短，能量大，透過力強的特點，利用這一特點，人們可以通過紫外光譜區(qū)進行檢測。有機分子在紫外光譜區(qū)的吸收較強（其實就是高能量脈沖殺死了有機活性物質(zhì)），因此適用于檢測水體有機污染物。紫外光譜分析法，分為單波長法，經(jīng)過多年探索研究后，發(fā)展為雙波長法，循序漸進到如今比較全面的全光譜法。對單波長法進行改進的雙波長法，在測量時，無需參比溶液即可消除混濁度的影響。全光譜法是在光譜分析儀的基礎(chǔ)上研究出的一種對待測溶液比較全面的檢測方法，包含了吸光度在全紫外光譜區(qū)所有有機污染物。
2.3 間接測定法
水質(zhì)中，對重金屬離子的濃度還有一種間接檢測方法熒光分析法[7]。顧名思義，熒光分析法就是獲取重金屬離子的熒光圖像，再通過計算機編程處理，由此間接地測量出重金屬離子的濃度。在這一過程中，需要用到與重金屬離子相匹配的試劑。
2.4 直接測定法
直接測定法省去了間接測定法中匹配試劑的過程，檢測速度有所提高，但是卻要滿足物質(zhì)本身就發(fā)射熒光（如葉綠素、水中有機物等）這一苛刻條件。不管是間接測定法還是直接測定法，都無法忽略光源的重要作用。尤其是在直接測定中，要求光源的發(fā)射光波長與物質(zhì)的吸收光波長一致。激光光源由于其得天獨厚的優(yōu)點（單色性好、能量集中），受到了研究人員的高度關(guān)注，激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)就是采用激光作為光源的熒光檢測技術(shù)。目前，激光光源在直接測定法中幾乎已經(jīng)取代了傳統(tǒng)光源的檢測地位。
3 光電檢測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
雖然光學(xué)顯微鏡在水體污染的監(jiān)測中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監(jiān)測中卻顯得捉襟見肘。空氣污染物通常指以氣態(tài)形式進入大氣層來物質(zhì)（主要是人為污染，例如含硫化合物，二氧化碳氣體等等），其對人體或生態(tài)系統(tǒng)具有很不好的效應(yīng)，例如酸雨，霧霾等等。隨著光學(xué)的發(fā)展，光電檢測技術(shù)逐步應(yīng)用到現(xiàn)實生活中，尤其在環(huán)境監(jiān)測中，以其獨特的優(yōu)勢獲得了人們的青睞。
3.1 光電檢測技術(shù)的原理
光電檢測是指利用各類光電傳感器，將被測量的物理信息轉(zhuǎn)換成光信息，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，再綜合利用信息傳輸技術(shù)和計算機編程處理技術(shù)，完成信息獲取。當(dāng)光照射到物體表面時，使物體發(fā)射電子、或電導(dǎo)率發(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動勢等。這種因光照而引起物體特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)光電檢測系統(tǒng)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件為基礎(chǔ)，對載有待測物體信號的光信息進行處理，即通過光電檢測器件接收光信息并轉(zhuǎn)換為電信號。由輸入電路、放大濾波等電路提取待測物的信息，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器輸入計算機運算和處理，最后提取出待測物體的幾何量或物理量等所需信息（如圖1的光電檢測系統(tǒng)）。
3.2 光電檢測系統(tǒng)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用
光與物質(zhì)的相互作用，改變了物質(zhì)的某些物理特性。利用這種特性，制作的光電檢測系統(tǒng)可以分為兩大類：使用能覆蓋寬光譜區(qū)的寬帶光源的監(jiān)測系統(tǒng)；使用激光或窄光譜光源，因而只能覆蓋窄光譜區(qū)的監(jiān)測系統(tǒng)[8-9]。在寬帶監(jiān)測系統(tǒng)中，傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR）或紫外差分光學(xué)吸收光譜儀（Uv-DOAs，又名DOAs系統(tǒng)）測系統(tǒng)可同時監(jiān)測未知混合物中的多種化合物。通常這些化合物是包含在寬譜帶內(nèi)的，寬帶監(jiān)測系統(tǒng)能“觀察到多種化合物的存在，但分辨率不高，不能將這些化合物從復(fù)雜混合物中直接區(qū)分開來”。但是，當(dāng)寬帶監(jiān)測系統(tǒng)的分辨率低于欲觀察的光譜線中的精細結(jié)構(gòu)時，就不能觀察到真正的吸收峰，且會限制對氣體濃度值的檢測。
激光監(jiān)測系統(tǒng)由于分辨率高，掃描光譜范圍窄，所以檢測靈敏度相當(dāng)高，但是激光監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出的波長必須與被檢測化合物吸收譜線的光波長相匹配。由于激光監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出的激光波長是單色的，掃描波段被限制在極窄的范圍內(nèi)，一般情況下只能對應(yīng)的檢測出一種化合物。若檢測的是混合物，則需要另加對應(yīng)的監(jiān)測裝置。在目前的環(huán)境監(jiān)測中，寬帶監(jiān)測系統(tǒng)和激光監(jiān)測系統(tǒng)，這兩種類型的監(jiān)測裝置都有其應(yīng)用。例如，F(xiàn)TIR監(jiān)測系統(tǒng)，它可提供對企業(yè)事故中泄漏出的某些有害化合物進行檢測。這時對所有的可能的有害化合物來說，檢測靈敏度就不如檢測范圍重要。但如果要連續(xù)實時監(jiān)測從污染源（如煙囪向大氣層中排放污染物，汽車尾氣排放的污染氣體時）釋放出的有害氣體，則監(jiān)測裝置抗其他化合物干擾的能力和高檢測靈敏度就是重要因素了，這時，激光監(jiān)測系統(tǒng)就成為了理想的監(jiān)測系統(tǒng)。激光雷達像其它激光監(jiān)測系統(tǒng)一樣，能檢測的樣品不多，但它具有空間分辨力，是迄今為止，唯一能提供空間信息技術(shù)的檢測系統(tǒng)，因此，探索污染物的發(fā)源地，激光雷達系統(tǒng)是最好的檢測系統(tǒng)。諸如高空大氣層中臭氧的消耗情況，可以使用激光雷達系統(tǒng)進行計算機模擬繪圖。使用激光雷達系統(tǒng)提供大氣層中空氣分子成分分布的垂直剖面圖，可以對大氣傳輸和擴散過程有更透徹的了解。
DOAS系統(tǒng)可以測量多種化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根據(jù)光的反射定律，光源發(fā)射的光波經(jīng)過某些物質(zhì)后，經(jīng)吸收的光波與光源光波一起被反射鏡反射回來，利用計算機高速運算的能力分析光波的差異性，故而稱作差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)。調(diào)取吸收光譜數(shù)據(jù)庫中已知數(shù)據(jù)，與吸收光譜數(shù)據(jù)相比較，從而分析物質(zhì)中存在的化合物種類。
LASAIR系統(tǒng)是激光技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)[11-12]，利用激光的單色性和計算機的高速運算能力，提高了檢測效率。可調(diào)二極管激光吸收光譜分析儀發(fā)射出的激光光波長，足以滿足吸收峰在中紅外區(qū)（320um的范圍內(nèi)）的物質(zhì)檢測，適合大多數(shù)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)測。可調(diào)二極管激光吸收光譜儀，已在全球范圍內(nèi)有毒有害氣體的檢測上發(fā)揮了重要作用。LASAIR能測量的氣體分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每種氣體對光波的吸收峰值不盡相同，必須要使用發(fā)射對應(yīng)吸收峰值波長的激光光源。
4 結(jié)束語
隨著時代而發(fā)展的光纖通訊和光電子信息技術(shù)被應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測中，尤其是具有體積小、壽命長和光電轉(zhuǎn)換效率高的近紅外二極管激光器[13-14]，目前已經(jīng)迅速商品化，成為了檢測空氣污染物質(zhì)的最合適光源。而調(diào)諧二極管激光吸收技術(shù)利用分子的吸收光譜單一分立吸收線這一原理，可以采樣到被檢測氣體的每種光學(xué)信息。當(dāng)激光通過被檢測氣體時，光電磁波會被吸收和散射而衰減。利用被測量物質(zhì)分子的吸收能力遠遠高于物質(zhì)分子對光的散射能力，我們可以忽略掉物質(zhì)分子散射的這一衰弱影響。經(jīng)過近30年的發(fā)展，調(diào)諧二極管激光吸收技術(shù)日益成熟，被廣泛的應(yīng)用在空氣污染物質(zhì)的檢測和監(jiān)測中。隨著光譜學(xué)分析技術(shù)和激光技術(shù)的完美結(jié)合，特別是在近些年來，制作半導(dǎo)體材料和器件的工藝長足進步的情形下，激光光譜學(xué)分析技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用越來越成熟。
紅外半導(dǎo)體激光器可以在常溫下工作，取代了傳統(tǒng)光源的地位[15]。研究結(jié)果表明，紅外半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長與很多環(huán)境污染氣體的吸收波長相同。由于紅外半導(dǎo)體激光器具有譜線窄、單頻、功率大、工作可靠的優(yōu)點，也為制作高質(zhì)量，高水準的氣體檢測儀打下了堅實重要的基礎(chǔ)。根據(jù)其對環(huán)境的抗干擾能力強，經(jīng)常不需要標定，可直接安裝在管道上檢測等實用性的特點，被大量使用在工業(yè)生產(chǎn)過程中檢測污染氣體方面。
從光學(xué)顯微鏡早期在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用（主要在水質(zhì)檢測方面），到后來應(yīng)用光學(xué)分析方法監(jiān)測環(huán)境，直到現(xiàn)在人們又通過光的其他特性發(fā)明了各式各樣的監(jiān)測儀器，如：激光監(jiān)測儀（DOAS系統(tǒng)），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監(jiān)測系統(tǒng)）。可以說，光學(xué)測量方法是隨著光學(xué)的發(fā)展而發(fā)展變化的。隨著量子力學(xué)的發(fā)展，人們對光的認識不僅僅只是停留在了光譜層面上，而且也通過實驗驗證了人們對光的本質(zhì)的假設(shè)。人們相信，現(xiàn)在我們所知的光學(xué)只是其冰山一角，光學(xué)測量方法也會隨著光學(xué)的發(fā)展而日新月異。
參考文獻：
（1）劉楚明.光學(xué)的發(fā)展史，應(yīng)用與展望[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，43（09）：700-721.
（2）水源守護者.光學(xué)顯微鏡在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[EB/OL].（2010-7-23）[2015-4-1].http：//bbs.Instrument.com.cn/shtml/20100723/2679312/.
（3）劉允，解鑫.水體生物毒性檢測技術(shù)研究進展綜述[J].凈水技術(shù)，2013，32（5）：5-10.
（4）李震，張金松，胡泓，宛如意.水質(zhì)檢測中的光學(xué)分析方法[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院，2014.
（5）楊開武.氣體濃度光學(xué)分析方法研究的進展[J].光譜學(xué)與光譜分析，2000，20（2）：134-135.
（6）沈繼忱，王雪晴.基于圖像比色法的有色溶液濃度檢測方法的研究[J].光學(xué)儀器，2008，30（2）：9-12.
（7）陳國珍.熒光分析法[M].北京：科學(xué)出版社，1975（02）：236-245.
（8）李紅.國外新型環(huán)境監(jiān)測光學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2000，11（02）：356-402.
（9）耿玉珍.工業(yè)中的光學(xué)環(huán)境檢測技術(shù)[J].光電子技術(shù)與信息，1995，8（03）：34-39.
（10）美國熱電子公司.DOAS2000儀表說明書[Z].美國，1995.
（11）Schiff，H.I.MacKay，G.I.and Bechara.The use of tunable diode laser spectroscopy for atmospheric measurements[J].Air monitoring by spect roscopic techniques，1994，5：239 -333.
（12）Unisearch Associates Inc.Stack measurements of Hydrogen fluoride using the LASAIR instrument[R].America，1994，6：123-159.
篇11
Spectroscopic Analyses on the Interaction of Pesticides and DNA
XU Hang-jie，LI Jing，ZHANG Quan，ZHOU Cong，LU Mei-ya，YE Jing-jia
（Environmental Science Research Center， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310032， China）
Abstract： Analyzing the interaction of DNA and pesticides with spectrometry including ultraviolet-visible absorption spectroscopy， fluorescent spectroscopy， circular dichroism spectroscopy， infrared spectroscopy， resonance light scattering spectroscopy and Raman spectroscopy was reviewed. Results showed that spectroscopy was highly effective and powerful for studing the interaction of DNA and pesticides， and would promote understanding molecular mechanisms of the genotoxicity of pesticides.
Key words： spectroscopy； pesticide； DNA； interaction
收稿日期：2013-06-25
基金項目：中國博士后科學(xué)基金面上項目（2012M521180）
作者簡介：許杭杰（1989-），男，浙江杭州人，在讀碩士研究生，研究方向為農(nóng)藥與DNA的相互作用，（電話）0571-88320265（電子信箱）
；通訊作者，張 全，博士，（電子信箱）。
農(nóng)藥是一類由人類主動投放到環(huán)境當(dāng)中用來防治農(nóng)作物病蟲草害和其他有害生物的藥劑的統(tǒng)稱。隨著社會的發(fā)展和農(nóng)業(yè)集約化要求的不斷加強，對農(nóng)藥的需求也在不斷增加，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)農(nóng)藥的作用是不可替代的。然而大量的事實證明，農(nóng)藥的廣泛使用已經(jīng)成為環(huán)境污染的重要原因之一。DNA是生物體的重要組成部分，是生物遺傳信息的主要載體。農(nóng)藥能通過飲食、呼吸、皮膚接觸等途徑進入機體，可能與DNA相互作用后不同程度地導(dǎo)致DNA的結(jié)構(gòu)及其功能的變化，對生物體產(chǎn)生持久性危害[1-4]，進而引發(fā)潛在的生態(tài)安全和健康風(fēng)險。因此，關(guān)于農(nóng)藥與DNA之間相互作用而導(dǎo)致遺傳物質(zhì)誘變已成為當(dāng)今研究的熱點[5]。
農(nóng)藥與DNA的作用方式主要有三種：非共價鍵結(jié)合、共價鍵結(jié)合和剪切作用。其中非共價鍵結(jié)合又可分為靜電結(jié)合、溝槽結(jié)合和嵌插結(jié)合[6]。農(nóng)藥與DNA作用后可能導(dǎo)致DNA構(gòu)象變化、鏈聚合或斷裂、堿基脫落、堿基被修飾、交聯(lián)、重組等[7-9]，亦即體系的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)會發(fā)生一定變化（圖1）。人們采用多種方法（生物學(xué)方法、光譜法、電化學(xué)法和色譜法等）從不同角度探索這些變化，進而判斷作用方式和闡述作用機理[10]。本文綜述了常用于研究農(nóng)藥與DNA相互作用的光譜方法原理和應(yīng)用。
1 紫外可見光譜法
紫外可見光譜法是研究農(nóng)藥與DNA相互作用的一種最方便、最常用的技術(shù)[11]。小分子與DNA的相互作用會引起吸收帶的紅移（藍移）現(xiàn)象或增色（減色）效應(yīng)。增色效應(yīng)是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞的結(jié)果，減色效應(yīng)則是DNA分子軸向收縮、構(gòu)象變化的結(jié)果。吸光度減小、吸收帶紅移以及等吸收點的形成是小分子與生物DNA發(fā)生嵌插作用的光譜標志[12]。嵌插作用對DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用，可導(dǎo)致熔鏈溫度Tm值增大5～8 ℃，而非嵌插作用的小分子不會使Tm值增大得如此明顯。邵華等[11]已采用紫外光譜法研究農(nóng)藥的DNA加合作用，結(jié)果表明馬拉硫磷、呋喃丹、氯氰菊酯及兩兩混配后均可能與哺乳動物DNA結(jié)合，引起DNA的紫外譜圖發(fā)生明顯的波長位移，甚至產(chǎn)生新的波峰[12]。Farhad等[13]也利用紫外和熒光光譜法發(fā)現(xiàn)二嗪農(nóng)能使小牛胸腺DNA（Calf thymus DNA，ct DNA）光譜產(chǎn)生藍移。此外，劉偉等[14]研究了農(nóng)藥毒死蜱對小牛胸腺DNA和蠶豆根尖細胞的損傷作用。結(jié)果表明，它使得小牛胸腺DNA吸收光譜在207 nm處的吸收峰出現(xiàn)紅移現(xiàn)象，隨著藥劑濃度的增加，譜圖出現(xiàn)了減色效應(yīng)。
2 熒光光譜法
熒光光譜法作為一種快速、靈敏的光譜分析方法也廣泛用于農(nóng)藥與DNA相互作用的研究。通過對熒光參數(shù)（如熒光偏振、熒光強度等）的測定，可獲得許多關(guān)于農(nóng)藥與DNA相互作用的信息。農(nóng)藥與DNA作用后熒光偏振的變化是判斷農(nóng)藥是否與DNA發(fā)生嵌插作用的標志之一。借助熒光強度的變化，可測得農(nóng)藥與DNA的結(jié)合常數(shù)、結(jié)合位點數(shù)和作用方式等。
對于熒光很弱的農(nóng)藥，可借助熒光探針進行研究。溴化乙錠（Ethidium bromide，EB）是較為常用的一類探測農(nóng)藥與DNA相互作用的熒光探針，利用EB-DNA體系的熒光變化，可判定農(nóng)藥與DNA的作用方式。孟慶翔等[15]選用溴化乙錠（EB）為熒光探針，考察了阿特拉津濃度、磷酸鹽、離子強度以及碘化鉀對系統(tǒng)熒光的影響。結(jié)果表明，阿特拉津?qū)tDNA-EB體系的熒光存在淬滅現(xiàn)象，并同時存在靜態(tài)和動態(tài)兩種淬滅方式。張立金等[16]對農(nóng)藥甲萘威（Carbaryl）對ct DNA的損傷作用也進行了初步的探討，證明甲萘威的確對DNA具有一定的損傷作用，而這種損傷可能和甲萘威與DNA的相互作用有關(guān)。
3 圓二色光譜法
圓二色光譜（Circular dichroism，CD）是測定樣品對左、右旋偏振光的吸光度差。樣品是否有圓二色性取決于樣品的發(fā)色團是否具有手性。一般可通過農(nóng)藥對DNA的圓二色信號的改變判斷DNA構(gòu)象的變化，如果DNA在280 nm附近圓二色信號無變化，可排除農(nóng)藥與DNA作用方式是嵌插作用。Soheila等[17]對二嗪農(nóng)對DNA的CD光譜進行了研究，結(jié)果在280 nm處發(fā)現(xiàn)峰形未發(fā)生變化，表明二嗪農(nóng)與DNA的作用是非嵌插作用。Farhad等[18]用CD證明了有機氯殺蟲劑2，4-D與DNA亦可發(fā)生作用。
4 紅外光譜法
當(dāng)紅外光照射時，物質(zhì)的分子將吸收紅外輻射，引起分子的振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷，所產(chǎn)生的分子吸收光譜成為紅外吸收光譜。近年來，傅里葉變換紅外光譜法在小分子與DNA相互作用的研究中得到了廣泛應(yīng)用。文獻[19]報道了致癌物質(zhì)Diethylstilbestrol（DES）與ct DNA之間的作用模式、結(jié)合常數(shù)、序列選擇性以及DNA結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的變化情況。當(dāng)DES濃度較低時，A·T富集區(qū)是DES與DNA發(fā)生嵌插作用的主要位點，伴隨著這種嵌插結(jié)合過程，DNA逐漸由B型向A型轉(zhuǎn)變；當(dāng)DES藥物濃度較高時，DES與G·C堿基發(fā)生作用，并削弱了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。Zhou等[20]通過紅外等光譜手段研究了聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）與DNA之間的作用方式。紅外光譜研究結(jié)果表明，PDDA與DNA分子中的堿基和磷酸基團發(fā)生了作用，且DNA/PDDA復(fù)合物的形成導(dǎo)致DNA二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象發(fā)生了變化。
5 共振光散射和拉曼光譜法
共振光散射技術(shù)一般檢測物體的共振瑞利光信號。利用農(nóng)藥誘導(dǎo)DNA共振光信號的變化可探測DNA的構(gòu)象變化、聚集和超螺旋結(jié)構(gòu)的形成，進而推斷農(nóng)藥與DNA的作用方式[21，22]。拉曼光譜屬于振動光譜，共振拉曼效應(yīng)極大提高了拉曼光譜的靈敏度。拉曼光譜法對農(nóng)藥與DNA的分析主要研究其構(gòu)象的變化、堿基的損傷、氫鍵的斷裂和單雙鏈的斷裂等。周殿鳳等[23]的研究結(jié)果表明，ct DNA在253.7 nm處受到紫外輻射的損傷作用最嚴重，DNA的構(gòu)象受到破壞，DNA的構(gòu)型發(fā)生變化，部分單雙鍵發(fā)生斷裂，出現(xiàn)了各種各樣由于DNA鍵斷裂產(chǎn)生的多核苷酸。Wen等[24]運用拉曼光譜對病毒DNA在不同波段處的吸收進行了研究。
綜上所述，光譜方法在農(nóng)藥與DNA相互作用的研究中應(yīng)用十分廣泛，不同的光譜法互相驗證可提供更準確的信息。紫外方法檢測紫外吸收的差別有簡單、準確的特點，但紫外可見光譜反映的信息量有限；熒光光譜有多種熒光參數(shù)可利用，能推斷農(nóng)藥與DNA的結(jié)合常數(shù)、結(jié)合位點數(shù)和作用方式等；而且紫外方法和熒光方法又常受限于一些物質(zhì)，如紫外吸收信號或熒光信號弱，又或與DNA光譜重疊等問題。圓二色譜、紅外色譜、共振光散射和拉曼光譜法都是檢測DNA結(jié)構(gòu)變化的有效方法，圓二色譜對手性分子的檢測具有一定的優(yōu)勢，有可能在手性農(nóng)藥與DNA相互作用的研究中發(fā)揮更大的作用。紅外光譜由于受水的紅外吸收的影響而限制了其在水溶液體系中的應(yīng)用。因此，研究農(nóng)藥與DNA的相互作用常要求結(jié)合多種光譜方法互相驗證。
6 展望
目前，關(guān)于農(nóng)藥與DNA相互作用的研究主要集中在少數(shù)幾種農(nóng)藥上，且基本上使用紫外光譜法、熒光光譜法和彗星實驗這三種方法來評價農(nóng)藥對DNA的損傷作用。如果再結(jié)合其他的分析技術(shù)如電化學(xué)方法等從不同角度進行多方位、多層次的研究，對農(nóng)藥與DNA作用的方式和機理的了解會更加深入。此外，隨著手性農(nóng)藥在目前使用的農(nóng)藥中所占比例越來越大，以及它們在生物體上表現(xiàn)出的潛在生物效應(yīng)如毒性、致癌性、致突變性等對映體的選擇性[25]，建立一種能夠準確可靠的研究手性農(nóng)藥對映體水平上遺傳毒性的差異的快速評價方法將顯得尤為重要，因此開展手性農(nóng)藥與DNA相互作用研究的光譜法研究是一個重要的領(lǐng)域，能為手性農(nóng)藥的環(huán)境安全性評價提供更為寶貴的科學(xué)依據(jù)。
參考文獻：
[1] RODRIGUES G S，PIMENTEL D，WEINSTEIN L H. In situ assessment of pesticide genotoxicity in an integrated pest management program I-Tradescantia micronucleus assay[J]. Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis，1998，412（3）：225-224.
[2] SHAHIN S， EBRAHIM A， ROHOLLAH H， et al. Evaluation of oxidative stress and genotoxicity in organophosphorus insecticide formulators[J]. Human & Experimental Toxicology，2005， 24（9）：439-445.
[3] RAMBABU N， KAISER J. Determination of AChE levels and genotoxic effects in farmers occupationally exposed to pesticides[J]. Human & Experimental Toxicology，2007，26（9）：723-731.
[4] RANJITA B， TODD B S， GILLIAN M， et al. Chronic systemic pesticide exposure reproduces features of Parkinson’s disease[J]. Nature Neuroscience，2000，3（12）：1301-1306.
[5] UNDEGER U， BASARAN N. Effects of pesticides on human peripheral lymphocytes in vitro： Induction of DNA damage[J]. Archives of Toxicology，2005，79（3）：169-176.
[6] KUMAR C V， EMMA H A. DNA binding studies and site selective fluorescence sensitization of an anthryl probe[J]. Journal of America Chemistry Society，1993，115（19）：8547-8553.
[7] GABRIELLA C， ELISABETTA P， ALMA B， et al. DNA damage and apoptosis induction by the pesticide Mancozeb in rat cells： Involvement of the oxidative mechanism[J]. Toxicology & Applied Pharmacology，2006，211（2）：87-96.
[8] ELSA S A， MARIA D J， ELAZABETH R G， et al. Sperm chromatin alteration and DNA damage by methyl-parathion， chlorpyrifos and diazinon and their oxon metabolites in human spermatozoa[J]. Reproductive Toxicology，2008，25（4）：455-460.
[9] KRISHNAMURTHI K，SARAVANA D，CHAKRABARTI T. DNA damage caused by pesticide-contaminated soil[J]. Biomedical and Environmental Sciences，2006，19（6）：427-431.
[10] CHUN Y Q， SHU Y B， YING S， et al. Study of interactions of anthraquinones with DNA using ethidium bromide as a fluorescence probe[J]. Spectrochimica Acta Part A，2008，70（1）：136-143.
[11] 邵 華，師以康.紫外光譜法測定混配農(nóng)藥的DNA加合作用[J].中國公共衛(wèi)生，2003，19（1）：81-82.
[12] LONG E C， BARTON J K. On demonstrating DNA intercalation[J]. Acc Chem Res，1990，23（9）：271-273.
[13] FARHAD A， SOHEILA K， MOHAMMAD B G. Interaction of Diazinon with DNA[J]. Toxicology Letters，2007，172：5205.
[14] 劉 偉，朱魯生，王 軍，等.利用吸收光譜法和微核法測定3種農(nóng)藥對DNA損傷的作用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，25（2）：531-534.
[15] 孟慶翔，任麗萍，張 濤，等. 熒光探針技術(shù)研究阿特拉津與ct DNA的相互作用[J]. 光譜學(xué)與光譜分析，2008，28（9）：2122-2125.
[16] 張立金，閔順耕，孫 英，等.農(nóng)藥甲萘威對DNA損傷作用的初探[A]. 農(nóng)藥與環(huán)境安全國際會議論文集[C].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2003.
[17] SOHEILA K， MOHAMMAD B G， FARHAD A， et al. Interaction of diazinon with DNA and the protective role of selenium in DNA damage[J]. DNA and Cell Biology，2008，27（6）：325-332.
[18] FARHAD A， FATEMETH B. In vitro study of damaging effects of 2， 4-Dichlorophenoxyacetic acid on DNA structure by spectroscopic and voltammetric techniques[J]. DNA and Cell Biology， 2009，28（10）：527-533.
[19] NEAULT J F， TAJMIR-RIAHI H A. Diethylstilbestrol-DNA interaction studied by Fourier transform infrared and Raman spectroscopy[J]. Journal of Biological Chemistry，1996，271（14）：8140-8143.
[20] ZHOU Y L， LI Y Z. Studies of the interaction between poly （diallyldimethyl ammonium chloride） and DNA by spectroscopic methods[J]. Colloid Surface A，2004，233（1-3）：129-135.
[21] 杜鳳沛，劉 剛，羅小林，等.以光散射技術(shù)研究啶蟲脒的測定及其與DNA的相互作用[J].光譜學(xué)與光譜分析，2008，28（6）：1368-1371.
[22] 任麗萍，江樹人，饒震紅.阿特拉津與DNA作用共振光散射光譜的研究及其應(yīng)用[J].分析測試學(xué)報，2004，23（6）：57-60.
篇12
關(guān)鍵詞：
溶解性有機質(zhì);熒光光譜;分子排阻色譜;平行因子分析
1引言
溶解性有機質(zhì)是環(huán)境中一類重要的物質(zhì)，能夠為微生物提供營養(yǎng)和能量、介導(dǎo)微生物與氧化性物質(zhì)之間的電子傳遞［1］、絡(luò)合重金屬［2］、以及吸附和增溶疏水性有毒有機物［3］，在陸地和水生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的功能，因此成為研究熱點。DOM成分復(fù)雜，包含有蛋白質(zhì)、多糖、氨基糖、核酸和腐殖質(zhì)等多種物質(zhì)，目前常用的分析方法包括紫外光譜［3］、熒光光譜［3，4］、紅外光譜［4，5］和核磁共振［5］。上述方法中，熒光光譜由于具有樣品預(yù)處理簡單、分析所需樣品量少、靈敏度高等諸多優(yōu)點，成為研究DOM的最常用技術(shù)［6，7］。采用熒光光譜分析技術(shù)，可以將DOM分為不同類別的熒光組分［8］。然而，由于DOM是一大類組成和來源不同的混合物，其中許多物質(zhì)存在結(jié)構(gòu)相似的單元，不同物質(zhì)的熒光圖譜可能相互重疊，給采用熒光光譜精確分析DOM組成和結(jié)構(gòu)增加了困難［9，10］。為了降低DOM的異質(zhì)性，減少不同熒光組分的重疊，研究者采用了一些數(shù)學(xué)方法如平行因子分析法［9］、主成分分析法［10］、自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［11，12］和物理化學(xué)方法如色譜分離法［13］、樹脂分離法［14］，將DOM分成光譜圖和理化特性各異的組分單元［10，13］。在數(shù)學(xué)方法中，平行因子方法對DOM組分的分離效果最好、應(yīng)用最廣泛［9，10］，但平行因子分析涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)程序，且組分數(shù)目的確定受到樣品數(shù)量的影響［10］。在物理化學(xué)分離法中，樹脂分離需要調(diào)節(jié)pH值，一定程度上改變了DOM組分的存在狀態(tài)，與天然實際環(huán)境中的DOM存在一定的差異;而色譜分離不需要調(diào)節(jié)pH值，能更好地反映DOM的實際分布情況和組分，但色譜分離所得組分數(shù)目也受諸多條件如洗脫液、洗脫方法等的影響［15，16］。因此，將數(shù)學(xué)分析和色譜分離兩種方法結(jié)合，充分利用兩種分析方法各自的優(yōu)點，可以更有效和全面地揭示DOM的組成特征，目前尚缺乏這方面研究相關(guān)報道。基于此，本研究結(jié)合熒光光譜、分子排阻色譜和平行分子分析法，將DOM按不同的特性分組，探究其組成和結(jié)構(gòu)特性。本研究結(jié)果可為DOM表征和地球環(huán)境化學(xué)行為預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。
2實驗部分
2．1儀器與試劑
MultiN/C2100型總有機碳分析儀(TOC，德國耶拿公司);F-7000型熒光光譜儀(日本日立公司);1200LC高效液相色譜(美國安捷倫公司);L-530離心機(湖南長沙湘儀離心機儀器有限公司);SHA-C水浴恒溫振蕩器(江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠)。HClO4、NaOH、Cu(NO3)2、Pb(NO3)2、CH3COONH4均為分析純。實驗用水為超純水。
2．2樣品采集與預(yù)處理
為了獲得具有代表性的樣品，在某生活垃圾填埋場，采集填埋年限不到1年的新鮮垃圾產(chǎn)生的滲濾液樣品S1和和填埋年限大于10年的陳腐垃圾產(chǎn)生的滲濾液樣品S2，12000r/min離心10min后，收集上清液，過0．45μm濾膜，收集濾液，濾液中有機物即為DOM。采用總有機碳分析儀測定DOM樣品中溶解性有機碳(DOC)含量，備用。2．3DOM的物理分離將所得DOM樣品的DOC調(diào)至6mg/L后，測定樣品的熒光光譜:PTM電壓700V，激發(fā)和發(fā)射波長狹縫寬5nm，激發(fā)波長200～400nm，發(fā)射波長280～500nm，激發(fā)和發(fā)射波長增量5nm，掃描速度2400nm/min。分子排阻色譜采用配有熒光檢測器的1200LC系統(tǒng)進行，所用分離柱和保護柱分別為PLaquage1-OH(50mm×7．5mm，8μm)和MIXED-M(300mm×7．5mm，8μm)(美國安捷倫公司)，洗脫液為pH=7的醋酸銨緩沖液，進樣量100μL，洗脫速度1mL/min。檢測器為激發(fā)/多波段發(fā)射波長的熒光檢測器，激發(fā)波長230nm，發(fā)射波長300～500nm，發(fā)射波長增量為1nm。2．4DOM的數(shù)學(xué)分離DOM三維熒光光譜的平行因子分析需要多個樣品，為了獲得多個樣品，制備DOC為6mg/L的DOM樣品S1和S2各18份，采用熒光猝滅滴定方法，分別加入Cu(NO3)2或Pb(NO3)2溶液，使DOM樣品中Cu2+或Pb2+的濃度依次為10，20，30，40，50，60，70，80和90μmol/L，將樣品在恒溫振蕩器上振蕩4h后，測定其三維熒光光譜，測定條件與DOM未加重金屬時
2．3節(jié)中的條件相同
將上述光譜數(shù)據(jù)扣除超純水光譜后導(dǎo)出，進行平行因子分析。平行因子分析方法如下:將樣品S1或S2的19種重金屬離子濃度為0～90μmol/L三維熒光光譜數(shù)據(jù)矩陣，在MATLAB2007上，采用的DOMFluortoolbox數(shù)據(jù)包(www．models．life．ku．dk)進行分析。首先是將DOM三維熒光光譜圖去除一次瑞利散射和二次瑞利散射，隨后經(jīng)異常值檢驗、對半分析、核一致性分析、累計方差和分析及視覺檢驗［3，9，10］，確定樣品S1和S2可以各分離出4種不同的熒光組分，將所得組分在MATLAB上制圖。比較DOM經(jīng)分子排阻色譜和平行因子分析所得組分數(shù)目和激發(fā)、發(fā)射波長，確定兩種分離方法所得組分的異同。
3結(jié)果與討論
3．1DOM的三維熒光光譜
圖1為DOM的三維熒光光譜，樣品S1在發(fā)射波長小于380nm的區(qū)域具有較高的熒光強度，而樣品S2在發(fā)射波長大于380nm的區(qū)域具有較高的熒光強度，綜合文獻［17～20］可知，發(fā)射波長小于380nm的區(qū)域為類蛋白物質(zhì)，包括類色氨酸物質(zhì)(發(fā)射波長小于325nm)和類酪氨酸物質(zhì)(發(fā)射波長大于325nm)。一些與類色氨酸結(jié)構(gòu)類似的多酚化合物，也在發(fā)射波長小于380nm范圍內(nèi)產(chǎn)生熒光峰［21］，這些物質(zhì)與類蛋白物質(zhì)具有一個共同的特點，即均含有一個苯環(huán)結(jié)構(gòu)。三維熒光光譜中發(fā)射波長大于380nm的為類腐殖質(zhì)物質(zhì)，這些物質(zhì)含有兩個及以上的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，在類腐殖質(zhì)物質(zhì)中，一些帶有3個和4個苯環(huán)的物質(zhì)，發(fā)射波長可能相同［22］。因此，可以推測，樣品S1主要為類蛋白物質(zhì)，而樣品S2以類腐殖質(zhì)物質(zhì)為主，兩個樣品代表了兩類不同的DOM組成。在DOM中，不同熒光組分的熒光圖譜可能相互重疊［10，23］;此外，類蛋白物質(zhì)可以以3種形態(tài)存在，包括多肽/氨基酸形態(tài)、腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)和大分子蛋白質(zhì)形態(tài)［8］，但圖1不能給出上述信息，需要采用物理和數(shù)學(xué)法對DOM熒光組分進行分離。
3．2DOM組分的物理法分離
分子排阻色譜主要是基于分子量大小不同將DOM分組，在分子排阻色譜中，大分子有機物先被洗脫出來，而出峰時間晚的為小分子有機物［15，16］，通過洗脫時間可以將DOM按分子量大小分為不同的組分。由于DOM是一大類有機分子的混合體，不同分子之間可以通過疏水作用、氫鍵和范德華力結(jié)合在一起成為大分子復(fù)合物，因此本研究中的大分子應(yīng)為不同小分子通過一定作用力結(jié)合在一起的聚集體。在圖1中，由于激發(fā)波長230nm，發(fā)射波長300～500nm處的組分熒光強度較高，并且能代表所有的熒光物質(zhì)，因此，在分子排阻色譜中，固定熒光檢測器的激發(fā)波長為230nm、發(fā)射波長為300～500nm、增量為1nm進行洗脫物熒光發(fā)射光譜測定。圖2a顯示出樣品S1含有4類物質(zhì)，其出峰時間依次約為3．45，3．9，4．45和4．65min，以4．45min出峰處物質(zhì)的熒光強度最高，顯示樣品S1含有4類分子量大小不同的物質(zhì)，其濃度最高的為小分子有機物。從圖2a還可見，3．45和4．65要出現(xiàn)發(fā)射波長小于380nm的熒光峰，而3．9和4．45min在300～500nm范圍內(nèi)均都出現(xiàn)了熒光峰，顯示3．45和4．65min處的組分主要為大分子蛋白質(zhì)和小分子多肽/氨基酸形態(tài)存在的類蛋白物質(zhì)，而3．90和4．45min處的組分主要為與腐殖質(zhì)結(jié)合在一起的類蛋白物質(zhì)［8］，并且其分子量小于蛋白質(zhì)分子但大于氨基酸/多肽物質(zhì)。樣品S2(圖2b)在3．30和3．85min處出現(xiàn)了兩個熒光峰，最大峰強出現(xiàn)在3．85min，出峰范圍為300～500nm，顯示其為類腐殖質(zhì)物質(zhì)。此外，在整個分離過程中，樣品S1和S2均在發(fā)射波長325～375nm范圍內(nèi)均出現(xiàn)了較強的熒光強度，其究竟是由類蛋白物質(zhì)引起，還是噪聲引起，還需要進一步鑒定。本研究采用色譜柱分離法與樹脂分離類似，它們均能降低混合物的異質(zhì)性，He等［14］采用XAD-8大孔吸附樹脂將DOM分類出了不同親疏水組分，但是這種分離方法基于pH值調(diào)整到酸性范圍后DOM分子上極性官能團的差異，而本研究采用色譜分離，是基于分析物分子量大小的差異進行分離。
3．3DOM的數(shù)學(xué)法分離
圖3為樣品S1經(jīng)平行因子分析所得的4個組分。組分1有兩個熒光峰，其激發(fā)波長為230nm，發(fā)射波長為280/340nm;組分2也有兩個熒光峰，其激發(fā)波長分別為230和280nm，發(fā)射波長位于325～340nm范圍內(nèi)，以上兩個組分在發(fā)射波長大于380nm范圍內(nèi)也存在較強的熒光發(fā)射。由文獻［8］可知，組分1和2為腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)存在的類蛋白物質(zhì);組分3有一個尖峰和一個肩峰，其激發(fā)波長分別為230和250nm，發(fā)射波長均為300nm，屬于類色氨酸物質(zhì);組分4有3個熒光峰，其激發(fā)波長分別為220，250和315nm，發(fā)射波長均為425nm，屬于類腐殖質(zhì)物質(zhì)［7］。組分1和2對應(yīng)于樣品S1分子排阻色譜中3．90和4．45min出峰的物質(zhì)，均為腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)存在的類蛋白物質(zhì)［8］;組分3對應(yīng)于樣品S1分子排阻色譜中3．45和4．65min出現(xiàn)的類蛋白物質(zhì)［17］，但組分4在分子排阻色譜中沒有對應(yīng)的物質(zhì)，其是否為實際組分還不得而知。如圖4所示，樣品S2經(jīng)平行因子分析得到4個組分，其中組分1有兩個熒光峰，其激發(fā)波長分別為240和320nm，發(fā)射波長為410nm，參照文獻［8］，組分1為類腐殖質(zhì)物質(zhì);組分2也有兩個熒光峰，其激發(fā)波長分別為235和280nm，發(fā)射波長在335～375nm范圍內(nèi)，為類蛋白物質(zhì)［17］;組分3含有3個熒光峰，其激發(fā)波長分別為225、280和360nm，發(fā)射波長為440nm，為類腐殖質(zhì)物質(zhì)［17］;組分4含有兩個熒光峰，其激發(fā)波長均為225nm，而發(fā)射波長不同，此類物質(zhì)尚未見到相關(guān)報道。與樣品S2的分子排阻色譜相比，組分1對應(yīng)于分子排阻色譜中的3．85min的類腐殖質(zhì)物質(zhì)，組分2和3在樣品S2的分子排阻色譜中并未見對應(yīng)的物質(zhì)，組分4在樣品S2的色譜圖中一直存在，顯示分子排阻色譜中發(fā)射波長325～375nm范圍內(nèi)均出現(xiàn)的熒光強度對應(yīng)于某種物質(zhì)，可能為3．3min出現(xiàn)的類蛋白物質(zhì)。對比DOM經(jīng)分子排阻色譜和平行因子分析所得的組分發(fā)現(xiàn)，二者既有相同之處，有互相對應(yīng)的物質(zhì)，又有不同之處，顯示物理分離和數(shù)學(xué)分離各有各自的優(yōu)缺點。由于不同有機分子之間可能通過疏水作用、氫鍵和范德華力結(jié)合在一起［15，24］，因此，分子排阻色譜并不能將所有分子分開;相比較而言，平行因子分析可以將這些組分分開而不受到上述作用力的影響。但是很多情況下，平行因子分析并不能有效揭示兩種物質(zhì)之間是共存關(guān)系還是單獨存在;此外，平行因子分析不能區(qū)分以大分子蛋白質(zhì)形態(tài)存在和小分子多肽/氨基酸形態(tài)存在的兩種類蛋白物質(zhì)，因此，將分子排阻色譜和平行因子分析聯(lián)用可以更加全面表征DOM組成情況，減少其復(fù)雜性和異質(zhì)性。
4結(jié)論
分子排阻色譜能有效分析DOM中不同物質(zhì)的分子量及其形態(tài)，可以將DOM分為小分子多肽/氨基酸、中等分子的腐殖質(zhì)以及大分子蛋白質(zhì);平行因子分析可鑒別分子排阻色譜中未分開的組分，并且能給出不同組分激發(fā)/發(fā)射波長的詳細信息，但平行因子分析不能分開蛋白質(zhì)和氨基酸/多肽形態(tài)的類蛋白物質(zhì)。結(jié)果表明，熒光光譜結(jié)合平行因子分析和分子排阻色譜，能有效、全面地表征DOM的組成。
參考文獻：
8.崔東宇，何小松，席北斗，檀文炳，袁英，高如泰．分析化學(xué)，2015，43(2):218－225
9.潘釗，王玉田，邵小青，吳希軍，楊麗麗．光譜學(xué)與光譜分析，2012，32(3):714－718
11.杜爾登，郭迎慶，孫悅，高乃云，王利平．光譜學(xué)與光譜分析，2012，32(7):1846－1851
12.劉倩倩，王春艷，史曉鳳，李文東，欒曉寧，侯世林，張金亮，鄭榮兒．光譜學(xué)與光譜分析，2012，32(4):1012－1015
篇13
近紅外光譜技術(shù)作為一種分析手段是從上世紀50年代開始的，并在20世紀80年代以后的10多年里發(fā)展最快，最引人注目的光譜分析技術(shù)，是光譜測量技術(shù)與化學(xué)計量學(xué)學(xué)科的有機結(jié)合。但是由于技術(shù)上的原因，一直以來這種技術(shù)的發(fā)展受到阻礙，沒有廣泛地應(yīng)用于化學(xué)計量領(lǐng)域；近幾年隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，以及化學(xué)計量學(xué)方法在解決光譜信息提取和消除背景干擾方面取得的良好效果，近紅外光譜定量分析技術(shù)又重新受到大家的關(guān)注并逐漸發(fā)展起來[1]。
1近紅外光譜預(yù)測物質(zhì)化學(xué)成分含量的基本原理及流程
近紅外光是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR或IR)之間的電磁波，是人類最早發(fā)現(xiàn)的非可見光區(qū)域。美國材料測試協(xié)會(ASTM)將近紅外光譜區(qū)定義為波長780 nm~2526 nm的光譜區(qū)，習(xí)慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波(780 nm~1100 nm)和近紅外長波(1100 nm~2526 nm )兩個區(qū)域[2-3]。
當(dāng)一定頻率的近紅外光通過具有特定結(jié)構(gòu)的物體時，一些分子對近紅外光進行吸收，并產(chǎn)生了伸縮振動和彎曲振動，從而形成了紅外吸收譜帶。由于近紅外譜區(qū)與分子倍頻、合頻振動頻率相一致，因此只有振動頻率在2000cm-1以上的振動才能在近紅外區(qū)內(nèi)產(chǎn)生吸收譜帶，而在2000cm-1以上產(chǎn)生的基頻振動主要是含氫基團[4-5]。
1.1朗伯-比爾定律
與其他光譜法一樣，近紅外光譜法亦有其一定的理論基礎(chǔ)，其定量分析的理論基礎(chǔ)為朗伯-比爾(Lambert- Beer)定律[4]。可以將它看作是分子振動原理的宏觀表示，對于含種物質(zhì)成分的混合溶液而言，其完整的數(shù)學(xué)表示式為
式中 ―― 吸光度，是波長的函數(shù)：
―― 吸收層厚度，mm；
―― 對應(yīng)成分的濃度，g/dL；
―― 成分的吸收系數(shù)，g/dL?mm；
―― 透過率，對應(yīng)出射光強與入射光強之比。
由朗伯-比爾定律可以看出：物質(zhì)的吸光度與成分的濃度、吸收系數(shù)和吸收層的厚度存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。厚度一定的情況下，通過校正樣的濃度測量值可以得到近紅外光譜與物質(zhì)吸光度的關(guān)系，從而得到校正模型；又通過對待測樣品的近紅外光譜的采集使用校正模型來預(yù)測待測物質(zhì)化學(xué)成分的濃度。
1.2近紅外光譜預(yù)測流程
近紅外光譜對物質(zhì)成分預(yù)測的流程圖如圖1所示[4]。
圖1為使用近紅外光譜分析方法對待測物進行預(yù)測的分析流程，分為校正過程和預(yù)測過程兩部分。首先選擇具有代表性的校正樣品，校正樣品分為兩份，一份通過化學(xué)方法對其成分含量進行測定，另一份進行近紅外光掃描得到近紅外光譜。為了消除噪聲等因素，光譜進行預(yù)處理，預(yù)處理后的光譜和根據(jù)化學(xué)方法測得的成分含量利用多元校正方法得到此近紅外光譜校正模型。這樣再對其他待測樣品進行分析時，只要得到它們的近紅外光譜，通過校正模型就能快速地預(yù)測待測樣品化學(xué)成分的濃度。
2近紅外光譜對植物化學(xué)成分進行預(yù)測的研究現(xiàn)狀
隨著新型纖維原料的大量開發(fā)，植物原料化學(xué)成分分析方法得到大量使用，由于化學(xué)方法的一些不足，一些學(xué)者逐步開始對新型化學(xué)成分分析方法的研究，近紅外光譜技術(shù)由于其獨特的優(yōu)勢，近年來也出現(xiàn)一些使用此方法來進行對植物某些成分的預(yù)測研究，得到了一定的成果。
福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的沈恒勝等使用近紅外漫反射光譜法分析稻草纖維及硅化物組成研究，研究結(jié)果表明纖維素在葉莖鞘和整株稻草中的預(yù)測值與化學(xué)分析值間的相關(guān)性分別為0.8558和0.6427，說明NIR技術(shù)對植物單一部位的纖維素具有一定的預(yù)測能力[6]。
隨著技術(shù)的發(fā)展，使用近紅外方法對植物纖維素的預(yù)測精度大幅度提高。吳軍等使用近紅外反射光譜對玉米秸稈纖維素含量進行研究，預(yù)測值與化學(xué)值的相關(guān)系數(shù)達0.9953，最大相對誤差僅為5.20[7]。昆明卷煙廠的段焰青等使用NIR技術(shù)對煙草中的纖維素含量進行預(yù)測研究，通過對模型的優(yōu)化后，預(yù)測結(jié)果表明，該NIR模型預(yù)測纖維素的相關(guān)系數(shù)為0.9649，實際預(yù)測的平均相對偏差
近年來，NIR技術(shù)進一步發(fā)展，其可對植物多種化學(xué)成分進行同步測量，從而加快了植物成分預(yù)測速度。聶志東等對苜蓿干草主要纖維成分使用近紅外反射光譜進行研究，纖維素、木質(zhì)素、半纖維素交互驗證相關(guān)系數(shù)RCV分別為 0.97、0.94、0.29，表明利用NIR技術(shù)可以準確分析苜蓿干草中纖維素和木質(zhì)素含量，但不能進行半纖維素的實際預(yù)測[9]。通過劉麗英、陳洪章使用近紅外漫反射光譜對玉米秸稈組分含量進行研究，纖維素、木質(zhì)素、半纖維素和水分預(yù)測值與化學(xué)值相關(guān)系數(shù)分別為0.9592，0.9228，0.9312，0.9317，因此，近紅外光譜技術(shù)亦可對半纖維素和水分等成分進行預(yù)測[10]。
3近紅外光譜方法進行定量預(yù)測的優(yōu)缺點
作為一種現(xiàn)代分析技術(shù)，近紅外光譜技術(shù)具有很多經(jīng)典分析技術(shù)達不到的優(yōu)勢；然而由于近紅外光譜技術(shù)發(fā)展起步較晚，也有一些不足[2, 5, 11]。
3.1近紅外光譜技術(shù)的優(yōu)勢
（1）預(yù)測速度快。通常一個樣品幾分鐘內(nèi)就可以完成測試，大大縮短了分析時間。
（2）無損分析測定。近紅外光譜分析不需要經(jīng)過化學(xué)過程，不產(chǎn)生化學(xué)變化，從而使測量更準確，且不產(chǎn)生污染。
（3）多種成分同時分析。只要建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，根據(jù)采集的光譜數(shù)據(jù)可以同時對物質(zhì)所含的多種成分進行分析預(yù)測，進一步縮短分析時間。
（4）樣品制作簡單。樣品制作不需要復(fù)雜的加工，不需要其他的預(yù)處理，而且可以重復(fù)使用。
3.2近紅外光譜技術(shù)的不足
（1）數(shù)學(xué)模型的局限性。由于機器制造和老化程度的不同，使用此方法求得的數(shù)學(xué)模型只適用于一臺機器，因而不具有普遍性。
（2）校正樣要求嚴格。校正樣待測化學(xué)成分要求與預(yù)測物質(zhì)待測化學(xué)成分一致，而且濃度范圍要覆蓋預(yù)測物質(zhì)化學(xué)成分的濃度。植物纖維原料化學(xué)成分復(fù)雜，不同植物間同一種成分濃度差別較大，對預(yù)測模型的建立造成一定困難。
（3）準確度依賴于校正樣品測量方法的準確度。由于通過建立模型來預(yù)測物質(zhì)濃度，模型的建立依靠校正樣通過其他方法測量的濃度，因此使用模型對其他樣品進行預(yù)測時，得到的濃度準確率肯定不高于校正樣品的準確率。
4結(jié)論與展望
近紅外光譜技術(shù)作為一種無損、快速的現(xiàn)代測試技術(shù)，其獨特的優(yōu)勢得到越來越多的關(guān)注，并逐步應(yīng)用到各種定量分析中。但在紡織領(lǐng)域使用近紅外光譜技術(shù)對植物纖維原料成分的定量分析尚未見諸報道，利用NIR技術(shù)在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用，將為紡織領(lǐng)域快速預(yù)測植物纖維原料化學(xué)成分測試分析開辟一個新的方向，NIR技術(shù)無損、快速的特點將會提高原料分析速度，提升生產(chǎn)效率。但是我們不能忽視使用近紅外技術(shù)遇到的問題，其對于植物復(fù)雜成分的分析適用性和準確度還有待提高，特別是精確的化學(xué)分析方法和多元校正方法的研究對近紅外技術(shù)分析及精確程度的提高會有很大幫助。
（作者單位：青島大學(xué)纖維新材料與現(xiàn)代紡織實驗室）
參考文獻：
[1]高榮強，范世福． 現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)的原理及應(yīng)用[J]．分析儀器，2002(3)：9-12．
[2]馮放．現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)及其應(yīng)用[J]．生命科學(xué)儀器，2005(5)：9-13．
[3]張卉等．近紅外光譜分析技術(shù)[J]．光譜實驗室，2007，24(3)：380-387．
[4]王麗杰．快速檢測牛奶成分的近紅外光譜測量方法及系統(tǒng)研究[D]．哈爾濱理工大學(xué)，2006．
[5]許瓊，馬國欣．近紅外光譜技術(shù)在化學(xué)分析方面的應(yīng)用進展[J].生物及醫(yī)藥，2007(3)：123-124．
[6]沈恒勝. 近紅外漫反射光譜法(NIRS)分析稻草纖維及硅化物組成研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36(9)：1086-1090.
[7]吳軍等．近紅外反射光譜法分析玉米秸稈纖維素含量的研究[J].分析化學(xué)研究簡報，2005，33(10)：1421-1423．
[8]段焰青等. 近紅外光譜法預(yù)測煙草中的纖維素含量[J].煙草科技，2006(8)：16-20．
[9]聶志東等．近紅外反射光譜法測定苜蓿干草主要纖維成分的研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2008，28(5)：1045-1048.
