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(xiě)作時(shí)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(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語(yǔ)
種：中文
開(kāi)
本：大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào)：1000-0593
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：11-2200/O4
郵發(fā)代號(hào)：82-68
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)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(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
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聯(lián)系方式
篇2
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A
[文章編號(hào)] 2095-3712（2014）22-0058-03[ZW（N]
[作者簡(jiǎn)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(yáng)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(qiáng)度、頻移、線(xiàn)寬、特征峰數(shù)目以及退偏度與分子的振動(dòng)能態(tài)、轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)、對(duì)稱(chēng)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(jiǎn)單，分析快速、無(wú)損，所檢測(cè)的樣品僅需微量即可滿(mǎn)足測(cè)量要求等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而成為研究分子結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(gè)領(lǐng)域[1-2]。然而，相對(duì)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(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，更多的是強(qiáng)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(duì)具有強(qiáng)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(diǎn)問(wèn)題。
為幫助學(xué)生克服這樣單一的認(rèn)識(shí)，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)增加了相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用拉曼光譜對(duì)乙醇溶液的濃度進(jìn)行定量分析。在教學(xué)過(guò)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(guò)程，并著重分析了誤差來(lái)源，以加深學(xué)生對(duì)拉曼光譜的認(rèn)識(shí)，尤其是讓學(xué)生對(duì)其定量分析功能有了進(jìn)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(hào)強(qiáng)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(guò)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(hào)強(qiáng)度與產(chǎn)生拉曼散射的待測(cè)物濃度成正比，即I∝C。
二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程
實(shí)驗(yàn)樣品材料為國(guó)藥集團(tuán)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(duì)每種濃度的樣品重復(fù)掃描3次，試驗(yàn)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(cè)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(jìn)一步顯示出，隨著乙醇濃度的增加，特征峰強(qiáng)度的比值在不斷增加。純水的3200cm-1峰的強(qiáng)度I2與不同濃度乙醇的884cm-1峰的強(qiáng)度I1之比R1和面積比R2與乙醇濃度的關(guān)系見(jiàn)表1。擬合圖如圖2所示，R1和R2與乙醇濃度有較好的線(xiàn)性關(guān)系，其線(xiàn)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(huì)對(duì)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(duì)50%的乙醇-四氯化碳溶液進(jìn)行測(cè)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(gè)特征峰（峰459cm-1和884cm-1）的強(qiáng)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(shí)（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(hào)強(qiáng)度本身也非常弱，而且信噪比很大，所以相對(duì)誤差比較大。而且當(dāng)激光功率很強(qiáng)（100%功率）時(shí)，兩個(gè)特征峰的強(qiáng)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(qiáng)時(shí)，其信號(hào)強(qiáng)度和熒光信號(hào)也比較強(qiáng)，而熒光對(duì)拉曼散射的干擾非常大，導(dǎo)致在扣除熒光背底過(guò)程中出現(xiàn)較大的偏差。
（二）樣品池的影響
如圖4是毛細(xì)管樣品池的拉曼光譜圖，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用毛細(xì)管吸取待測(cè)溶液。毛細(xì)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(xiàn)處理和背底扣除過(guò)程中難以完全消除其影響，進(jìn)而產(chǎn)生誤差。
圖4毛細(xì)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(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)量，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混合溶液的特征峰強(qiáng)度的比值存在較大的偏差，主要原因可能是本次試驗(yàn)使用的是顯微共聚焦激光拉曼光譜儀，3次測(cè)量的聚焦位置不同，以及數(shù)據(jù)處理過(guò)程當(dāng)中熒光背底的扣除都會(huì)引起較大的誤差。對(duì)同一濃度的溶液測(cè)量3次，所得強(qiáng)度之比的不確定度為0.117，相對(duì)強(qiáng)度之比與乙醇濃度擬合直線(xiàn)的不確定度為0.024，相對(duì)面積比與乙醇濃度擬合直線(xiàn)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(huì)對(duì)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(shí)驗(yàn)儀器的固有誤差等因素也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)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(xiàn)：
[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(cè)定[J].云南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（2）.
篇3
隨著社會(huì)進(jìn)步，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)從簡(jiǎn)單游戲發(fā)展演變成為一種精彩紛呈、對(duì)抗激烈的現(xiàn)代體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)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(lái)越多地被賦予了社會(huì)因素。本文對(duì)廣州市26所普通高校網(wǎng)球教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查與研究，據(jù)此對(duì)廣州市普通高校網(wǎng)球教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)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(duì)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(shí)踐和理論。
(1)網(wǎng)球課實(shí)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(shí)踐部分內(nèi)容基本類(lèi)似，只不過(guò)是各個(gè)高校的課時(shí)安排不一，側(cè)重點(diǎn)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?fù)?、反手截?fù)舻燃夹g(shù)動(dòng)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(guò)對(duì)大學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查可以看出，大學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容滿(mǎn)意的占30.3％；較滿(mǎn)意的占29.4％；不滿(mǎn)意的占40.3％，說(shuō)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(wèn)題。大學(xué)生普遍認(rèn)為：網(wǎng)球課實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的技術(shù)動(dòng)作的重復(fù)性練習(xí)過(guò)多、單調(diào)，網(wǎng)球?qū)嵺`課變成了網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)競(jìng)技目的的訓(xùn)練課，長(zhǎng)此以往，會(huì)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(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)概述、網(wǎng)球比賽規(guī)則和裁判法以及競(jìng)賽的組織、網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)、價(jià)值、意義，等等。各個(gè)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(gè)高校都有相應(yīng)的理論體系。但是，進(jìn)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(jí)領(lǐng)導(dǎo)的檢查，實(shí)效性?xún)?nèi)容太少，與終身體育發(fā)展的內(nèi)容不多。因此，各個(gè)高校要加強(qiáng)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(yùn)動(dòng)的價(jià)值，能掌握科學(xué)地進(jìn)行網(wǎng)球鍛煉的原理和方法。
2.網(wǎng)球課形式、教學(xué)時(shí)數(shù)的現(xiàn)狀分析
通過(guò)對(duì)廣州市普通高校網(wǎng)球課開(kāi)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(xiàng)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(guò)訪談得知，大學(xué)一年級(jí)開(kāi)設(shè)網(wǎng)球課的有14所高校，在大學(xué)二年級(jí)開(kāi)始開(kāi)設(shè)網(wǎng)球課的有10所，在大三、大四開(kāi)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(jí)開(kāi)課率較高，而三四年級(jí)開(kāi)課率相對(duì)較低。從以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，廣州市普通高校網(wǎng)球課開(kāi)展較好，同時(shí)也說(shuō)明網(wǎng)球課的開(kāi)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(duì)網(wǎng)球課的目的、價(jià)值等方面缺乏應(yīng)有的認(rèn)識(shí)，客觀原因是高校網(wǎng)球教學(xué)師資、場(chǎng)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(shí)偏少。每個(gè)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(shí)間再進(jìn)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(shí)數(shù)總體偏少，表面看有18所高校每學(xué)期教學(xué)進(jìn)度中安排達(dá)到了32學(xué)時(shí)，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(shí)數(shù)還是不足，與教育部規(guī)定每學(xué)期教學(xué)時(shí)數(shù)一共不得少于32學(xué)時(shí)相比偏少。
3.教學(xué)方法和手段的現(xiàn)狀分析
教學(xué)過(guò)程離不開(kāi)教學(xué)方法和手段，不同的教學(xué)方法或手段都會(huì)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(duì)較低。分析這種現(xiàn)象的原因：網(wǎng)球教師長(zhǎng)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(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法具有一定經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段操作簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用。現(xiàn)代網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)與比賽并不是單單體力與技術(shù)的對(duì)抗，而是運(yùn)動(dòng)者智力和意識(shí)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(zhuān)業(yè)水平和能力，不斷學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)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(shí)代的步伐，以滿(mǎn)足廣大學(xué)生對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的需要。
4.教學(xué)場(chǎng)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(kāi)展的基礎(chǔ)，硬件設(shè)施否完備直接影響到高校網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)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(chǎng)地主要有塑膠、硬地(鋪水泥或?yàn)r青)和沙土地這三種類(lèi)型，其中塑膠場(chǎng)地最多，沙土地最少。這可能和各高校本科的教學(xué)評(píng)估有關(guān)，大多數(shù)網(wǎng)球場(chǎng)地是新建場(chǎng)地，要求的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高。調(diào)查得知：24.7％的高校擁有6塊場(chǎng)地以上，57.7％的高校擁有2～6塊場(chǎng)地，19.2％的高校擁有場(chǎng)地低于2塊。從各個(gè)高校擁有場(chǎng)地?cái)?shù)量與學(xué)生人數(shù)的比例來(lái)看，與教育部的要求(場(chǎng)地?cái)?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(duì)場(chǎng)地表示不滿(mǎn)意。這些數(shù)據(jù)可以看出，廣州市普通高校網(wǎng)球場(chǎng)地的配備存在嚴(yán)重的不足現(xiàn)象。
在器材方面：好的球拍對(duì)掌握技術(shù)會(huì)有很大的幫助，但各高校對(duì)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(méi)有給學(xué)生提供球拍和球，由學(xué)生自己負(fù)擔(dān)，勢(shì)必影響學(xué)生對(duì)網(wǎng)球的興趣。學(xué)生購(gòu)置的球拍，一般是價(jià)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(gè)學(xué)生才擁有2個(gè)球，平均有3％左右的學(xué)生沒(méi)有網(wǎng)球。這些充分說(shuō)明，廣州市普通高校網(wǎng)球課的器材配備非常缺乏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了大學(xué)生的體育鍛煉需求。
二、發(fā)展對(duì)策
1.深化網(wǎng)球課的教學(xué)改革
建議對(duì)高校一二年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)網(wǎng)球選項(xiàng)課，主要以網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)技能為教學(xué)內(nèi)容。對(duì)三四年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)網(wǎng)球選修課，主要是網(wǎng)球競(jìng)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(duì)興趣的培養(yǎng)起到促進(jìn)作用。第二要合理安排教學(xué)時(shí)數(shù)(每學(xué)期要大于32學(xué)時(shí))。應(yīng)轉(zhuǎn)變“傳統(tǒng)型”的教學(xué)方法，加強(qiáng)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(duì)于初級(jí)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(dòng)作，對(duì)網(wǎng)球動(dòng)作定型非常有益。
2.加快網(wǎng)球教師教育一體化進(jìn)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(cè)抗癲癇藥物的血清濃度，進(jìn)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(cè)血藥濃度方法[2]。為了探究HPLC與FPIA在測(cè)定常用抗癲癇藥物血清濃度的相關(guān)性，本資料對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并報(bào)道如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
研究對(duì)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。癲癇的診斷與分類(lèi)按照1989年國(guó)際抗癲癇聯(lián)盟分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(cè)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(guó)Perkin-Elmer公司），TDxFLx熒光偏振免疫分析儀（美國(guó)雅培公司），LG10-3A高速冷凍離心機(jī)（北京醫(yī)用離心機(jī)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(yàn)所用的PT、PB、CBZ均由中國(guó)藥品生物制品檢定所提供，內(nèi)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)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(dòng)相采用甲醇-水（6040），柱溫30℃，檢測(cè)波長(zhǎng)254nm，流速為1.0mL/min，進(jìn)樣量20μL。
標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液制備：采用電子分析天平稱(chēng)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(biāo)液及標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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?jiān)尤肓鲃?dòng)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(jìn)樣分析。相同色譜條件下，待測(cè)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(biāo)液的保留時(shí)間依次為4.2、5.4、6.3、7.8min。
1.3.3 制備標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn) 用電子分析天平量取適當(dāng)CBZ、PT、PB的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)液15μL，進(jìn)行2min漩渦混合，按照1.3.2中的方式測(cè)定。線(xiàn)性回歸分析時(shí)，橫坐標(biāo)X為藥物濃度，縱坐標(biāo)Y為藥物與內(nèi)標(biāo)峰面積之比，得到回歸方程為YCBZ=0.0009+0.1054X（r=0.9993），線(xiàn)性范圍1.4～23.0μg/mL；YPT=0.0112+0.0189X（r=0.9992），線(xiàn)性范圍5.5～39.0μg/mL；YPB=0.0048+0.0169X（r=0.9995），線(xiàn)性范圍5.5～61.0μg/mL。
1.3.4 回收率及精密度試驗(yàn) 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(biāo)液15μL后旋渦混合2min。按照上述方法進(jìn)行測(cè)定，將測(cè)得的藥物峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積之比（Y）代入回歸方程，計(jì)算出測(cè)得量（X），并計(jì)算回收率（測(cè)得量與加入量之比）。每種濃度在1d內(nèi)測(cè)定6次，得到日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差；連續(xù)測(cè)定6d來(lái)計(jì)算日間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果詳見(jiàn)表1。
1.3.5 測(cè)定穩(wěn)定性與靈敏度 在室溫25℃以下的條件中，測(cè)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(cè)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(gè)月，測(cè)定結(jié)果也顯示血清能保持穩(wěn)定。按照31的信噪比進(jìn)行計(jì)算，CBZ、PB、PT的最低檢測(cè)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(lái)測(cè)定血清濃度，主要步驟為：量取患者血清150μL，注入專(zhuān)用的樣品杯后按照使用手冊(cè)進(jìn)行操作，用配套的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)盒、質(zhì)控盒制備標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)并作隨機(jī)質(zhì)控，分析儀進(jìn)行自行取樣、分析測(cè)定。見(jiàn)表2。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
HPLC法與FPIA法結(jié)果比較，運(yùn)用SPSS13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P
2 結(jié)果
2.1 相關(guān)性分析
用線(xiàn)性回歸進(jìn)行比較，橫坐標(biāo)X為HPLC法的測(cè)定結(jié)果，縱坐標(biāo)Y為FPIA法的測(cè)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(duì)t檢驗(yàn)
將CBZ、PT、PB的兩種測(cè)定方法結(jié)果進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示這兩種方法所測(cè)得的值均差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。見(jiàn)表3。
3 討論
當(dāng)前，HPLC及FPIA都已在國(guó)內(nèi)醫(yī)院或臨床藥學(xué)實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用。在本資料中，HPLC法和FPIA法測(cè)定CBZ、PT、PB血清濃度結(jié)果的呈線(xiàn)性相關(guān)；對(duì)兩者監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，這兩種方法監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性方面沒(méi)有明顯差異。但是作為當(dāng)前監(jiān)測(cè)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(zhuān)一性較FPIA法好，具有準(zhǔn)確、靈敏、重現(xiàn)性好、專(zhuān)屬性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。由于高效的分離能力，HPLC法能同時(shí)測(cè)定多種藥物及其代謝產(chǎn)物的濃度，故而在很多實(shí)驗(yàn)室中多采用HPLC法來(lái)對(duì)照比較其他監(jiān)測(cè)方法的合理及準(zhǔn)確程度[4-5]。雖然HPLC法不必依賴(lài)于商品化的試劑盒，但所用樣品需進(jìn)行預(yù)處理[6]，周期較長(zhǎng)且技術(shù)難度較大，對(duì)操作者要求較高。
FPIA法具有監(jiān)測(cè)周期短、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此適用于急診檢查與單一藥物的批量分析測(cè)定。但由于不能同時(shí)測(cè)定多種藥物，測(cè)定品種受試劑種類(lèi)限制，且試劑價(jià)格昂貴，故而專(zhuān)屬性較差，不能滿(mǎn)足新藥研究與開(kāi)發(fā)[7]。此外，有些受監(jiān)測(cè)藥物的活性代謝產(chǎn)物常常影響原藥濃度的測(cè)定。如FPIA法測(cè)定全血環(huán)孢霉素A的濃度測(cè)量值明顯偏高，主要原因就是代謝產(chǎn)物對(duì)原藥的監(jiān)測(cè)有干擾，使得監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差[8]。
總的來(lái)說(shuō)，高效液相色譜法與熒光偏振免疫法兩種方法測(cè)定抗癲癇藥血清濃度具有相關(guān)性。采用HPLC法和FPIA法進(jìn)行CBZ、PT、PB的血清濃度測(cè)定各有利弊，須結(jié)合檢測(cè)藥物種類(lèi)數(shù)目、受檢人數(shù)等合理選擇監(jiān)測(cè)方式。
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篇5
核能利用的發(fā)展促進(jìn)了鈾礦的大量開(kāi)發(fā)，鈾礦的開(kāi)發(fā)和加工，導(dǎo)致鈾尾礦及鈾廢物的大量污染.我國(guó)湖南鈾尾礦庫(kù)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(huì)產(chǎn)生損害[6].人們通過(guò)各種技術(shù)來(lái)治理鈾污染，植物修復(fù)是最簡(jiǎn)潔有效并對(duì)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(shí)，鈾對(duì)植物種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)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(duì)植物體內(nèi)物質(zhì)成分有無(wú)影響，目前尚未見(jiàn)報(bào)道.
傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）是一種基于化合物中官能團(tuán)和極性鍵振動(dòng)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(tuán)，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(lèi)研究[14]以及重金屬脅迫對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法
盆栽試驗(yàn)，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(yàn)得到的土壤飽和持水量）中，均勻澆淋于每盆，以清水為對(duì)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(gè)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(cè)定方法
1.3.1FTIR測(cè)定在西南科技大學(xué)分析測(cè)試中心，準(zhǔn)確稱(chēng)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(jī)制備出均勻、透明錠片，用美國(guó)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(cè)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(cè)定將干燥碾磨好的樣品，準(zhǔn)確稱(chēng)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(guó)CEM 公司）消解，消解好的樣品，在西南科技大學(xué)分析測(cè)試中心采用ICPMS（Agilent 7700x，美國(guó)安捷倫公司）測(cè)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(diǎn)篩選出11個(gè)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(duì)不同樣品的FTIR譜圖進(jìn)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(duì)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(duì)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(lèi)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(duì)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(duì)固定，說(shuō)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(shuō)明高濃度U對(duì)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(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)中肽鍵間氫鍵的結(jié)合力增強(qiáng)、蛋白質(zhì)含量增加，說(shuō)明這些基團(tuán)與U的吸收、絡(luò)合、運(yùn)輸密切相關(guān).這些變化闡明了U對(duì)這3種植物物質(zhì)成分的影響機(jī)理.
（3）空心蓮子草和菊苣糖類(lèi)物質(zhì)降低，而落葵根系糖類(lèi)物質(zhì)大量增加，說(shuō)明落葵抗高濃度U脅迫較其他兩種植物更強(qiáng)，植物的耐高濃度U的能力越強(qiáng)，則通過(guò)生理生化反應(yīng)來(lái)抵御不良環(huán)境的迫害能力也越強(qiáng).
（4）FTIR能夠作為探究植物對(duì)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(cè)手段，可以應(yīng)用于U等核素對(duì)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(cè)試中心賈茹博士和王樹(shù)民博士幫助進(jìn)行樣品測(cè)試，特表謝意.
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篇6
Key words： overlapping peaks；decomposition；mathematical method
中圖分類(lèi)號(hào)：O17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）04-0197-01
1重疊峰分解的實(shí)際意義
在光譜研究領(lǐng)域，重疊的光譜信號(hào)是比較常見(jiàn)的。例如，①在紫外-可見(jiàn)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(yán)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(yán)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(yán)重重疊。②在熒光光譜分析中：利用偏振X射線(xiàn)熒光技術(shù)分析鐵磁性永磁材料粉末時(shí)，Si和Sr譜線(xiàn)完全重疊；醫(yī)院營(yíng)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(yán)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(jìn)一步的定性和定量分析都帶來(lái)了困難。對(duì)于這樣的問(wèn)題，通過(guò)硬件手段如改進(jìn)儀器來(lái)提高信號(hào)的分辨率通常受到資金或工作條件等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的制約。因此，往往通過(guò)數(shù)學(xué)手段把儀器未能完全分離的多個(gè)譜峰給以分解，得到重疊峰信號(hào)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(jì)值。而隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算技術(shù)的提高，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的信息理論、多元統(tǒng)計(jì)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(diǎn)。
2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
對(duì)于采用各種計(jì)算方法分解光譜重疊峰的研究已有不少報(bào)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(jiàn)的數(shù)學(xué)方法有四類(lèi)：
2.1 雙波長(zhǎng)、三波長(zhǎng)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(duì)原吸收曲線(xiàn)進(jìn)行一階、二階至四階求導(dǎo)，然后對(duì)得到的各階導(dǎo)數(shù)光譜進(jìn)行分析。從而來(lái)確定重疊峰的個(gè)數(shù)、重疊峰位及改善譜線(xiàn)分辨率等。關(guān)于導(dǎo)數(shù)法定研究及報(bào)道有很多，如王超群利用導(dǎo)數(shù)法探討了其在X射線(xiàn)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(gè)顯著缺點(diǎn)：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(hào)可能被噪聲完全淹沒(méi)，因而，通常，每求一階導(dǎo)數(shù)之后都需要濾除噪聲來(lái)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)而經(jīng)常被使用，從而將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為尋優(yōu)問(wèn)題。而解決此最優(yōu)化問(wèn)題的方法有很多相關(guān)研究和報(bào)道：如：何錫文等周興風(fēng)等分別討論了線(xiàn)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(duì)高斯峰進(jìn)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(diǎn)是當(dāng)各組分光譜嚴(yán)重重疊時(shí)（數(shù)學(xué)上叫共線(xiàn)性），如正規(guī)矩陣的秩接近零，此時(shí)的方程組近乎病態(tài)方程組，實(shí)驗(yàn)中的微小誤差或是計(jì)算中間過(guò)程數(shù)據(jù)位數(shù)的取舍都會(huì)引起計(jì)算結(jié)果的大幅波動(dòng)，此時(shí)最小二乘法不適用。
2.3 多元統(tǒng)計(jì)法由于傳統(tǒng)最小二乘法的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了許多改進(jìn)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(guò)迭代目標(biāo)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(lái)對(duì)其進(jìn)行同時(shí)測(cè)定；進(jìn)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(diǎn)。
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(cè)定歸結(jié)為對(duì)重疊光譜曲線(xiàn)進(jìn)行快速濾波的過(guò)程。這個(gè)思想不僅帶來(lái)了一種新的重疊峰分解的方法同時(shí)還啟發(fā)了分析工作者，使人們認(rèn)識(shí)到，譜數(shù)據(jù)處理與通訊技術(shù)中的信息處理過(guò)程很相似，完全可以借鑒其數(shù)學(xué)工具。上世紀(jì)90年代，能解決非線(xiàn)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(shí)。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(duì)重疊峰分解的優(yōu)點(diǎn)在于它對(duì)硬件要求不高，只需在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，獲取足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，能夠獲取準(zhǔn)確度較高的對(duì)重疊峰解析的結(jié)果，基本上可以滿(mǎn)足一般檢測(cè)和分析的要求，因此其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，見(jiàn)諸于專(zhuān)業(yè)刊物的研究。報(bào)告顯示，使用軟件后處理的研究和應(yīng)用正廣泛開(kāi)展。
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篇7
《中國(guó)居民膳食指南》指出“食物多樣，谷物為主”，谷物是我國(guó)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(guó)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(lèi)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(zhǎng)發(fā)育的重要營(yíng)養(yǎng)素，參與生物體正常新陳代謝活動(dòng)，攝入缺失或者過(guò)量都會(huì)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(gòu)于陜北榆林某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；黑米和江米（白糯米）購(gòu)于陜南安康某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。
1.2 儀器與試劑
WFX-120型原子吸收分光光度計(jì)（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(dòng)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?cè)噭?/p>
1.3 方法
1.3.1 樣品處理 將樣品用自來(lái)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(zhǔn)確稱(chēng)取1.000 0 g樣品于100 mL三角瓶中，加5 mL HNO3過(guò)夜，補(bǔ)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(cè)[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(jì)檢測(cè)條件見(jiàn)表1。
2 結(jié)果與分析
2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制
準(zhǔn)確稱(chēng)取各種元素的分析純?cè)噭?，配制成濃?.00 g/L的儲(chǔ)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(cè)定各樣品溶液的吸光度，計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)回歸方程和相關(guān)性系數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知，本方法中4種元素的線(xiàn)性關(guān)系良好。
2.2 準(zhǔn)確度
取同一批干燥的粉碎黃小米，稱(chēng)取1.000 0 g樣品于100 mL的三角瓶中，分別加入Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液（50.00 mg/L）0.80 mL，Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.00 mg/L）2.50 mL、Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.00 mg/L）1.50 mL，Zn標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定結(jié)果見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)進(jìn)樣5次，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的精密度。各元素測(cè)定的精密度均在3%以?xún)?nèi)。
2.4 樣品分析
4種樣品中的微量元素含量見(jiàn)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，有“代參湯”之美稱(chēng)。由于小米不需精制，保存了許多的維生素和無(wú)機(jī)鹽，而黑小米營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(yíng)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(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞免疫功能。該結(jié)果驗(yàn)證了小米具有補(bǔ)氣補(bǔ)虛的功效，也為上述谷物的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。
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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(jì)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(kāi)發(fā)應(yīng)用問(wèn)題也倍受人們關(guān)注。而沼液作為人畜糞便等有機(jī)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(yíng)養(yǎng)元素，而且含有豐富的腐殖酸、有機(jī)質(zhì)、氨基酸、生長(zhǎng)激素及有益菌群等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其營(yíng)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(zhǎng)所需的良好微生物環(huán)境，還有利于增強(qiáng)作物抗凍、抗旱能力，減少病蟲(chóng)害，提高作物產(chǎn)量[3]。原料中含有的礦物元素在發(fā)酵過(guò)程中，參與了微生物代謝過(guò)程，但最后又殘留于沼殘液中。因此，開(kāi)展針對(duì)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(jìn)畜牧養(yǎng)殖糞污發(fā)酵殘留物在肥料、飼料、浸種、植物生長(zhǎng)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(duì)動(dòng)植物正常生長(zhǎng)和生產(chǎn)不可或缺，在動(dòng)植物體內(nèi)具有重要的營(yíng)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(cè)方法[4-11]，但是溫控濕法消解-火焰原子吸收光譜測(cè)定法應(yīng)用于沼液的礦質(zhì)元素及其含量檢測(cè)方面的報(bào)道較少。本試驗(yàn)通過(guò)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(cè)提供有益探索，也為肥料中礦質(zhì)元素含量檢測(cè)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(jí)純?cè)噭?，?gòu)于國(guó)藥試劑有限公司，試驗(yàn)用水為去離子水。
標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液： 1 000 μg/mL Mn、Cu、Zn、Ca、Mg、K、Na、Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）。
1.2 儀器
TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)（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(shí)驗(yàn)專(zhuān)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(biāo)準(zhǔn)溶液的制備 取適量K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg標(biāo)準(zhǔn)溶液，逐級(jí)稀釋成標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液（表1），在儀器工作條件下測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確量取10 mL沼液樣品于50 mL燒杯，用少許5%（m/V，下同）HNO3潤(rùn)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(wú)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(guò)水系濾膜（？準(zhǔn)=0.45 μm）后，按表2條件測(cè)定[12]。
2 結(jié)果與討論
2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)
對(duì)1.3.1中標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液進(jìn)行測(cè)定，由儀器自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)和確定線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)，確定檢出限，結(jié)果見(jiàn)表3。
2.2 樣品測(cè)定
對(duì)來(lái)自于4個(gè)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(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。
2.3 回收率和準(zhǔn)確度分析
為考察方法的可靠性，采用標(biāo)準(zhǔn)品加入法測(cè)定各元素的平均回收率來(lái)確定方法的準(zhǔn)確性。設(shè)定0.5、1.0、2.0 mg/kg 3個(gè)添加水平，按照優(yōu)化條件檢測(cè)，K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg回收率都在96%～101%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定上述8種礦質(zhì)元素穩(wěn)定性好，結(jié)果可靠準(zhǔn)確，能夠滿(mǎn)足檢測(cè)要求。
2.4 精密度分析
按照1.3.2處理，對(duì)某地區(qū)沼液樣品平行測(cè)定6次，計(jì)算測(cè)定方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)8種礦質(zhì)元素的分析方法。試驗(yàn)中采用強(qiáng)氧化性物質(zhì)的氧化作用破壞樣品中的有機(jī)物質(zhì)，使待測(cè)元素溶解于溶液中，使混合酸與樣品中有機(jī)物大分子作用完全，消化省時(shí)、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(jiǎn)便，分析速度快，精密度和準(zhǔn)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(cè)提供有效的分析方法。
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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(jī)
中圖分類(lèi)號(hào)：O657．33；S641．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30960179）
作者簡(jiǎn)介：李偉星（1987－），男，湖南衡陽(yáng)人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榧t外光譜生物醫(yī)學(xué)光譜，（電話(huà)）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(huà)）13648878376
（電子信箱）gliu66＠163．com。
辣椒（Capsicum annuum L．）包括辣椒和甜椒，又稱(chēng)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(kāi)胃健胃、補(bǔ)肝明目、溫中下氣、抑菌止癢和防腐驅(qū)蟲(chóng)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(biāo)記（SSR）、超臨界CO2萃取法等，這些檢測(cè)方法雖然準(zhǔn)確，但預(yù)處理過(guò)程復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，處理過(guò)程對(duì)人與環(huán)境有害［3］。傅里葉變換紅外光譜法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、用樣少、制樣簡(jiǎn)單、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。小波變換是繼傅里葉變換后的一種更為有效的信號(hào)處理方法［4］。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法由于對(duì)非線(xiàn)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(xiàn)性問(wèn)題上以計(jì)算簡(jiǎn)單、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)在分析化學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用［5］。支持向量機(jī)（SVM）是近年來(lái)形成的一種新的模式識(shí)別方法，已表現(xiàn)出許多優(yōu)于其他模式識(shí)別的方法。先通過(guò)非線(xiàn)性變換將輸入空間變換到一個(gè)高維空間，然后在這個(gè)高維空間求取最優(yōu)分類(lèi)面［6］。
為此，選取兩個(gè)品種的辣椒為研究對(duì)象，應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜測(cè)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(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)對(duì)兩個(gè)品種的辣椒進(jìn)行識(shí)別，旨在為同科屬品種的植物提供一種分類(lèi)方法。
1 材料與方法
1．1 試驗(yàn)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(cè)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(yàn)基地。朝天椒30個(gè)（編號(hào)a1～a30），燈籠椒30個(gè)（編號(hào)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(cè)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(guò)基線(xiàn)校正、5點(diǎn)平滑處理、歸一化。用Matlab 7．1軟件進(jìn)行支持向量機(jī)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(shí)紅外光譜分析
圖1是兩個(gè)品種辣椒的原始光譜圖。3 500～3 200 cm－1范圍強(qiáng)寬峰為O－H與N－H的伸縮振動(dòng)吸收，2 925 cm－1附近峰為亞甲基中C－H不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收［7］；2 857 cm－1附近峰為亞甲基中C－H對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收［8］；1 735 cm－1附近吸收峰主要來(lái)自脂類(lèi)C＝O伸縮振動(dòng)［9］；1 635 cm－1附近吸收峰為辣椒堿中C＝C雙鍵伸縮振動(dòng)峰［10］；1 655、1 541 cm－1分別對(duì)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(dòng)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(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)和CH3剪式振動(dòng)吸收及C－H彎曲振動(dòng)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(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)和甲基的剪式振動(dòng)吸收［8］；1 156～950 cm－1是多糖的C－O－C伸縮振動(dòng)吸收峰［13］；900～750 cm－1范圍為糖類(lèi)異構(gòu)吸收區(qū)，其中895 cm－1附近為纖維素的環(huán)振動(dòng)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(cuò)誤的分類(lèi)。對(duì)它們的傅里葉變換紅外光譜進(jìn)行一維連續(xù)小波變換，在不同的分辨率下對(duì)其進(jìn)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?yàn)槠漕l域能量比較集中，通頻帶較窄，頻率混疊影響較小，具有時(shí)域?qū)ΨQ(chēng)和線(xiàn)性相位的特點(diǎn)，能夠保證變換不失真［15］。對(duì)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(jìn)行一維連續(xù)小波變換，共進(jìn)行了30尺度的一維連續(xù)小波變換，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行到第20個(gè)尺度的連續(xù)小波變換時(shí)的系數(shù)已能區(qū)別兩種辣椒，變換結(jié)果見(jiàn)圖2。
2．3 BP網(wǎng)絡(luò)識(shí)別結(jié)果
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般由3個(gè)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(guò)程中，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的選擇是關(guān)鍵。隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的多少對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別效果影響很大，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)一般不大于輸入信號(hào)的個(gè)數(shù)，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)過(guò)多，網(wǎng)絡(luò)易于區(qū)分各樣本之間的細(xì)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(shí)間，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)h可通過(guò)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(diǎn)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(diǎn)數(shù)）；q為輸出變量數(shù)（即輸出層節(jié)點(diǎn)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(xì)節(jié)系數(shù)各19個(gè)變量作為網(wǎng)絡(luò)輸入值，輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為2，隱含層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)分別設(shè)定為1～12之間的整數(shù)值，60個(gè)樣品，每個(gè)品種30個(gè)，其中訓(xùn)練組15個(gè)，測(cè)試組15個(gè)。通過(guò)比較分類(lèi)正確率，最終確定隱含層神經(jīng)元個(gè)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(duì)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(biāo)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(xì)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(diǎn)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(diǎn)數(shù)均為7，而離散小波變換細(xì)節(jié)系數(shù)隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別正確率沒(méi)有影響，利用連續(xù)小波變換建立的BPNN模型的識(shí)別正確率為86．7％，而利用離散小波變換逼近系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)建立BPNN模型的正確率為93．3％、100.0％。可見(jiàn)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(jī)結(jié)果
支持向量機(jī)法的基本思想來(lái)源于線(xiàn)性判別的最優(yōu)分類(lèi)面，所謂最優(yōu)分類(lèi)面就是要求分類(lèi)面不但能將兩類(lèi)樣本無(wú)錯(cuò)誤地分開(kāi)，而且要使分類(lèi)空隙或分類(lèi)間隔最大。通過(guò)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分類(lèi)面，一個(gè)直接的優(yōu)點(diǎn)就是可以提高預(yù)測(cè)能力，降低分類(lèi)錯(cuò)誤率［16］。
用Matlab 7．1選用支持向量機(jī)4種核函數(shù)的線(xiàn)性函數(shù)作為核函數(shù)，利用離散小波變換細(xì)節(jié)系數(shù)建立支持向量機(jī)模型，對(duì)60個(gè)未知樣品（訓(xùn)練組30個(gè)，測(cè)試組30個(gè)）預(yù)測(cè)結(jié)果支持向量機(jī)識(shí)別正確率見(jiàn)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(shí)別，識(shí)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(jī)對(duì)朝天椒和燈籠椒進(jìn)行識(shí)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(jìn)行5尺度離散小波變換，第5尺度小波細(xì)節(jié)系數(shù)存在明顯的差異，利用該系數(shù)進(jìn)行反向傳播網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)識(shí)別，其正確率分別為93．3％、100.0％。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，離散小波細(xì)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(jī)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(shí)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。
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篇10
摘 要：較化學(xué)檢測(cè)法等傳統(tǒng)環(huán)境污染檢測(cè)方法，光學(xué)測(cè)量方法以其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的檢測(cè)及監(jiān)測(cè)，近幾十年來(lái)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測(cè)量方法也隨之變革。例如激光光譜對(duì)特定氣體的檢測(cè)（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(cè)方法，光學(xué)分析方法以及光電檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)分析光學(xué)顯微鏡檢測(cè)方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用、光學(xué)分析方法在水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用、光電檢測(cè)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，光學(xué)測(cè)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(cè)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(lèi)號(hào)：O439文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(dá)，環(huán)境污染物的排放量日益增多，人們?cè)谙硎苤S富物質(zhì)生活的同時(shí)，也受到了環(huán)境污染帶來(lái)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(wèn)題。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法（如化學(xué)法），由于用時(shí)長(zhǎng)、花費(fèi)高、操作復(fù)雜，需要各個(gè)部門(mén)相互協(xié)作，甚至在檢測(cè)時(shí)都可能會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染物，越來(lái)越受到抵制。而光學(xué)測(cè)量方法在環(huán)境檢測(cè)方面，更能有效地避免這些弊端的產(chǎn)生。
在環(huán)境中，對(duì)于水質(zhì)，有關(guān)部門(mén)主要通過(guò)對(duì)水質(zhì)采樣、化驗(yàn)、分析的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的監(jiān)控。對(duì)于水體富營(yíng)養(yǎng)化的這種情況，有關(guān)部門(mén)通過(guò)光學(xué)顯微鏡直接對(duì)水體進(jìn)行觀查即可。而對(duì)于重金屬污染過(guò)的水源，往往光學(xué)顯微鏡很難直接觀測(cè)出來(lái)，還要通過(guò)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(shí)長(zhǎng)，不利于及時(shí)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(huì)產(chǎn)生新的污染物，樣品處理又帶來(lái)了困難。由于光學(xué)顯微鏡很難實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的檢測(cè)，所以在環(huán)境監(jiān)測(cè)中用處并不大。這時(shí)人們聯(lián)想到，也可以通過(guò)光的其他特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)的監(jiān)控。而光電檢測(cè)技術(shù)（如外光譜法，激光光譜法等），人們可以直接檢測(cè)環(huán)境中的污染物，無(wú)需費(fèi)時(shí)費(fèi)力，既能實(shí)時(shí)地反映出污染物的量和濃度，又不會(huì)產(chǎn)生附加污染物，且在環(huán)境監(jiān)測(cè)中實(shí)用性很強(qiáng)。光電檢測(cè)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(zhuān)一地檢測(cè)某種氣體，例如，甲烷氣體，二氧化碳?xì)怏w，含硫化合物氣體等[1]。
1 光學(xué)顯微鏡檢測(cè)方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們最易受到水污染帶來(lái)的侵害，水體富營(yíng)養(yǎng)化一直是我們關(guān)注的重大問(wèn)題，而光學(xué)顯微鏡在這方面的檢測(cè)應(yīng)用極其廣泛。環(huán)境保護(hù)部門(mén)在水污染地需要將水質(zhì)進(jìn)行抽樣、化驗(yàn)、分析、觀察，這時(shí)就要用到光學(xué)顯微鏡[2]。
1.1 細(xì)菌、霉菌檢測(cè)
水體細(xì)菌含量是人們辨別水質(zhì)是否利于飲用的重要標(biāo)準(zhǔn)，如人們會(huì)對(duì)水中的大腸桿菌群檢測(cè)做一個(gè)革蘭氏染色鏡檢。
1.2 生物群落檢測(cè)
浮游植物是水域的初級(jí)生產(chǎn)者，繁殖速度很快。水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)促進(jìn)其繁殖能力，從而影響水質(zhì)的飲用安全。對(duì)浮游植物的檢測(cè)，離不開(kāi)光學(xué)顯微鏡。光學(xué)顯微鏡直接對(duì)水質(zhì)進(jìn)行觀察監(jiān)測(cè)，每過(guò)一段時(shí)間，鏡檢跟蹤浮游植物的群落狀況，以判斷水體是否富營(yíng)養(yǎng)化。
1.3 特殊物質(zhì)檢測(cè)
石棉纖維被動(dòng)物體吸入肺部后，容易沉著在肺泡內(nèi)，影響動(dòng)物體的呼吸，對(duì)動(dòng)物體的健康影響很大。在用光學(xué)顯微鏡檢測(cè)時(shí)，必須用高倍鏡才能觀察到石棉纖維，因此，對(duì)光學(xué)顯微鏡的分辨率要求比較高。為確定肝癌細(xì)胞的使用量，需要用光學(xué)顯微鏡鏡檢肝癌細(xì)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(qiáng)的危害性。利用離體肝癌細(xì)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(cè)方法。環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)也利用這種方法對(duì)環(huán)境中的石棉塵（石棉纖維）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
在受污染的水體中，培養(yǎng)魚(yú)（一般選擇生長(zhǎng)速度快的青魚(yú)）的受精卵，在魚(yú)卵孵化過(guò)程中，使用光學(xué)顯微鏡監(jiān)測(cè)受精卵的孵出率，并觀察胚胎發(fā)育過(guò)程中畸形胎所占比重。
1.4 環(huán)境毒性測(cè)試
根據(jù)所知的生物學(xué)，單細(xì)胞藻類(lèi)有很強(qiáng)的繁殖能力。可以在水體中培養(yǎng)藻類(lèi)，用光學(xué)顯微鏡觀察，監(jiān)測(cè)藻類(lèi)世代的生長(zhǎng)情況和藻類(lèi)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(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用
物質(zhì)在吸收光波后，會(huì)在某一波段有一個(gè)吸收峰，通過(guò)分析這個(gè)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(cè)量方法[4]。反應(yīng)靈敏度高，檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)是人們?cè)诓捎眠@種光學(xué)測(cè)量方法時(shí)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(cè)方法一樣去使用試劑，又不需要花費(fèi)太多的精力去維護(hù)相關(guān)的儀器設(shè)備。近幾十年來(lái)，光學(xué)分析方法隨著科技的腳步，在水質(zhì)檢測(cè)方面也跨上了一個(gè)新的臺(tái)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(guò)比較前后溶液的顏色深淺度來(lái)測(cè)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(cè)。但是，有些重金屬離子卻是無(wú)色的，例如一價(jià)銅離子溶液，這時(shí)可以根據(jù)其易被氧化的化學(xué)特性，將一價(jià)銅離子溶液氧化成藍(lán)色的二價(jià)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(cè)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(huì)影響未知量的測(cè)量，因此目視比色分析法準(zhǔn)確度不高。而采用分光光度法的光電比色分析法，彌補(bǔ)了主觀判斷造成的失誤，未知量的準(zhǔn)確度和靈敏度得到了提高。
通過(guò)了解，可以看出，使用比色分析法時(shí)，必須建立在顯色反應(yīng)的基礎(chǔ)上，因此對(duì)溶液離子的化學(xué)性質(zhì)要求比較高。人們可以采取目測(cè)的手段，也可以采用與離子反射或吸收波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的單色光源進(jìn)行檢測(cè)，還可以使用與高速計(jì)算機(jī)聯(lián)接的攝像頭進(jìn)行圖像綜合對(duì)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(cè)方面以及測(cè)定受污染水質(zhì)中的各類(lèi)污染物濃度。
2.2 紫外光譜分析法
紫外光具有波長(zhǎng)短，能量大，透過(guò)力強(qiáng)的特點(diǎn)，利用這一特點(diǎn)，人們可以通過(guò)紫外光譜區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。有機(jī)分子在紫外光譜區(qū)的吸收較強(qiáng)（其實(shí)就是高能量脈沖殺死了有機(jī)活性物質(zhì)），因此適用于檢測(cè)水體有機(jī)污染物。紫外光譜分析法，分為單波長(zhǎng)法，經(jīng)過(guò)多年探索研究后，發(fā)展為雙波長(zhǎng)法，循序漸進(jìn)到如今比較全面的全光譜法。對(duì)單波長(zhǎng)法進(jìn)行改進(jìn)的雙波長(zhǎng)法，在測(cè)量時(shí)，無(wú)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(duì)待測(cè)溶液比較全面的檢測(cè)方法，包含了吸光度在全紫外光譜區(qū)所有有機(jī)污染物。
2.3 間接測(cè)定法
水質(zhì)中，對(duì)重金屬離子的濃度還有一種間接檢測(cè)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(guò)計(jì)算機(jī)編程處理，由此間接地測(cè)量出重金屬離子的濃度。在這一過(guò)程中，需要用到與重金屬離子相匹配的試劑。
2.4 直接測(cè)定法
直接測(cè)定法省去了間接測(cè)定法中匹配試劑的過(guò)程，檢測(cè)速度有所提高，但是卻要滿(mǎn)足物質(zhì)本身就發(fā)射熒光（如葉綠素、水中有機(jī)物等）這一苛刻條件。不管是間接測(cè)定法還是直接測(cè)定法，都無(wú)法忽略光源的重要作用。尤其是在直接測(cè)定中，要求光源的發(fā)射光波長(zhǎng)與物質(zhì)的吸收光波長(zhǎng)一致。激光光源由于其得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)（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(cè)技術(shù)。目前，激光光源在直接測(cè)定法中幾乎已經(jīng)取代了傳統(tǒng)光源的檢測(cè)地位。
3 光電檢測(cè)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
雖然光學(xué)顯微鏡在水體污染的監(jiān)測(cè)中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監(jiān)測(cè)中卻顯得捉襟見(jiàn)肘?？諝馕廴疚锿ǔＶ敢詺鈶B(tài)形式進(jìn)入大氣層來(lái)物質(zhì)（主要是人為污染，例如含硫化合物，二氧化碳?xì)怏w等等），其對(duì)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(cè)技術(shù)逐步應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，尤其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)獲得了人們的青睞。
3.1 光電檢測(cè)技術(shù)的原理
光電檢測(cè)是指利用各類(lèi)光電傳感器，將被測(cè)量的物理信息轉(zhuǎn)換成光信息，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再綜合利用信息傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程處理技術(shù)，完成信息獲取。當(dāng)光照射到物體表面時(shí)，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(dòng)勢(shì)等。這種因光照而引起物體特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)光電檢測(cè)系統(tǒng)以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電器件為基礎(chǔ)，對(duì)載有待測(cè)物體信號(hào)的光信息進(jìn)行處理，即通過(guò)光電檢測(cè)器件接收光信息并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由輸入電路、放大濾波等電路提取待測(cè)物的信息，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器輸入計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理，最后提取出待測(cè)物體的幾何量或物理量等所需信息（如圖1的光電檢測(cè)系統(tǒng)）。
3.2 光電檢測(cè)系統(tǒng)在環(huán)境檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)可以分為兩大類(lèi)：使用能覆蓋寬光譜區(qū)的寬帶光源的監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)[8-9]。在寬帶監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)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(kāi)來(lái)”。但是，當(dāng)寬帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分辨率低于欲觀察的光譜線(xiàn)中的精細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)，就不能觀察到真正的吸收峰，且會(huì)限制對(duì)氣體濃度值的檢測(cè)。
激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于分辨率高，掃描光譜范圍窄，所以檢測(cè)靈敏度相當(dāng)高，但是激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的波長(zhǎng)必須與被檢測(cè)化合物吸收譜線(xiàn)的光波長(zhǎng)相匹配。由于激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的激光波長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的檢測(cè)出一種化合物。若檢測(cè)的是混合物，則需要另加對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)裝置。在目前的環(huán)境監(jiān)測(cè)中，寬帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這兩種類(lèi)型的監(jiān)測(cè)裝置都有其應(yīng)用。例如，F(xiàn)TIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它可提供對(duì)企業(yè)事故中泄漏出的某些有害化合物進(jìn)行檢測(cè)。這時(shí)對(duì)所有的可能的有害化合物來(lái)說(shuō)，檢測(cè)靈敏度就不如檢測(cè)范圍重要。但如果要連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從污染源（如煙囪向大氣層中排放污染物，汽車(chē)尾氣排放的污染氣體時(shí)）釋放出的有害氣體，則監(jiān)測(cè)裝置抗其他化合物干擾的能力和高檢測(cè)靈敏度就是重要因素了，這時(shí)，激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就成為了理想的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。激光雷達(dá)像其它激光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣，能檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)，因此，探索污染物的發(fā)源地，激光雷達(dá)系統(tǒng)是最好的檢測(cè)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(dá)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬繪圖。使用激光雷達(dá)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(duì)大氣傳輸和擴(kuò)散過(guò)程有更透徹的了解。
DOAS系統(tǒng)可以測(cè)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(guò)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(lái)，利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的能力分析光波的差異性，故而稱(chēng)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(kù)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(lèi)。
LASAIR系統(tǒng)是激光技術(shù)與計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，提高了檢測(cè)效率?？烧{(diào)二極管激光吸收光譜分析儀發(fā)射出的激光光波長(zhǎng)，足以滿(mǎn)足吸收峰在中紅外區(qū)（320um的范圍內(nèi)）的物質(zhì)檢測(cè)，適合大多數(shù)的工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)?？烧{(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(cè)上發(fā)揮了重要作用。LASAIR能測(cè)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(duì)光波的吸收峰值不盡相同，必須要使用發(fā)射對(duì)應(yīng)吸收峰值波長(zhǎng)的激光光源。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著時(shí)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(cè)中，尤其是具有體積小、壽命長(zhǎng)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(cè)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(xiàn)這一原理，可以采樣到被檢測(cè)氣體的每種光學(xué)信息。當(dāng)激光通過(guò)被檢測(cè)氣體時(shí)，光電磁波會(huì)被吸收和散射而衰減。利用被測(cè)量物質(zhì)分子的吸收能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于物質(zhì)分子對(duì)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(guò)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(cè)和監(jiān)測(cè)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(lái)，制作半導(dǎo)體材料和器件的工藝長(zhǎng)足進(jìn)步的情形下，激光光譜學(xué)分析技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)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(zhǎng)與很多環(huán)境污染氣體的吸收波長(zhǎng)相同。由于紅外半導(dǎo)體激光器具有譜線(xiàn)窄、單頻、功率大、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，也為制作高質(zhì)量，高水準(zhǔn)的氣體檢測(cè)儀打下了堅(jiān)實(shí)重要的基礎(chǔ)。根據(jù)其對(duì)環(huán)境的抗干擾能力強(qiáng)，經(jīng)常不需要標(biāo)定，可直接安裝在管道上檢測(cè)等實(shí)用性的特點(diǎn)，被大量使用在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中檢測(cè)污染氣體方面。
從光學(xué)顯微鏡早期在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用（主要在水質(zhì)檢測(cè)方面），到后來(lái)應(yīng)用光學(xué)分析方法監(jiān)測(cè)環(huán)境，直到現(xiàn)在人們又通過(guò)光的其他特性發(fā)明了各式各樣的監(jiān)測(cè)儀器，如：激光監(jiān)測(cè)儀（DOAS系統(tǒng)），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）?？梢哉f(shuō)，光學(xué)測(cè)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(duì)光的認(rèn)識(shí)不僅僅只是停留在了光譜層面上，而且也通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了人們對(duì)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(cè)量方法也會(huì)隨著光學(xué)的發(fā)展而日新月異。
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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(xiàng)目：中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2012M521180）
作者簡(jiǎn)介：許杭杰（1989-），男，浙江杭州人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)藥與DNA的相互作用，（電話(huà)）0571-88320265（電子信箱）
；通訊作者，張 全，博士，（電子信箱）。
農(nóng)藥是一類(lèi)由人類(lèi)主動(dòng)投放到環(huán)境當(dāng)中用來(lái)防治農(nóng)作物病蟲(chóng)草害和其他有害生物的藥劑的統(tǒng)稱(chēng)。隨著社會(huì)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)集約化要求的不斷加強(qiáng)，對(duì)農(nóng)藥的需求也在不斷增加，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)農(nóng)藥的作用是不可替代的。然而大量的事實(shí)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(guò)飲食、呼吸、皮膚接觸等途徑進(jìn)入機(jī)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(duì)生物體產(chǎn)生持久性危害[1-4]，進(jìn)而引發(fā)潛在的生態(tài)安全和健康風(fēng)險(xiǎn)。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(diǎn)[5]。
農(nóng)藥與DNA的作用方式主要有三種：非共價(jià)鍵結(jié)合、共價(jià)鍵結(jié)合和剪切作用。其中非共價(jià)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(huì)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(jìn)而判斷作用方式和闡述作用機(jī)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(jiàn)光譜法
紫外可見(jiàn)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(huì)引起吸收帶的紅移（藍(lán)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(diǎn)的形成是小分子與生物DNA發(fā)生嵌插作用的光譜標(biāo)志[12]。嵌插作用對(duì)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(huì)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(dòng)物DNA結(jié)合，引起DNA的紫外譜圖發(fā)生明顯的波長(zhǎng)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(lán)移。此外，劉偉等[14]研究了農(nóng)藥毒死蜱對(duì)小牛胸腺DNA和蠶豆根尖細(xì)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(guò)對(duì)熒光參數(shù)（如熒光偏振、熒光強(qiáng)度等）的測(cè)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(biāo)志之一。借助熒光強(qiáng)度的變化，可測(cè)得農(nóng)藥與DNA的結(jié)合常數(shù)、結(jié)合位點(diǎn)數(shù)和作用方式等。
對(duì)于熒光很弱的農(nóng)藥，可借助熒光探針進(jìn)行研究。溴化乙錠（Ethidium bromide，EB）是較為常用的一類(lèi)探測(cè)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(qiáng)度以及碘化鉀對(duì)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(shí)存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種淬滅方式。張立金等[16]對(duì)農(nóng)藥甲萘威（Carbaryl）對(duì)ct DNA的損傷作用也進(jìn)行了初步的探討，證明甲萘威的確對(duì)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(cè)定樣品對(duì)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(tuán)是否具有手性。一般可通過(guò)農(nóng)藥對(duì)DNA的圓二色信號(hào)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(hào)無(wú)變化，可排除農(nóng)藥與DNA作用方式是嵌插作用。Soheila等[17]對(duì)二嗪農(nóng)對(duì)DNA的CD光譜進(jìn)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(jī)氯殺蟲(chóng)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(shí)，物質(zhì)的分子將吸收紅外輻射，引起分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)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(lái)，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(xiàn)[19]報(bào)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(shí)，A·T富集區(qū)是DES與DNA發(fā)生嵌插作用的主要位點(diǎn)，伴隨著這種嵌插結(jié)合過(guò)程，DNA逐漸由B型向A型轉(zhuǎn)變；當(dāng)DES藥物濃度較高時(shí)，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(guò)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(tuán)發(fā)生了作用，且DNA/PDDA復(fù)合物的形成導(dǎo)致DNA二級(jí)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(cè)物體的共振瑞利光信號(hào)。利用農(nóng)藥誘導(dǎo)DNA共振光信號(hào)的變化可探測(cè)DNA的構(gòu)象變化、聚集和超螺旋結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)而推斷農(nóng)藥與DNA的作用方式[21，22]。拉曼光譜屬于振動(dòng)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(duì)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(yán)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(yùn)用拉曼光譜對(duì)病毒DNA在不同波段處的吸收進(jìn)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(yàn)證可提供更準(zhǔn)確的信息。紫外方法檢測(cè)紫外吸收的差別有簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，但紫外可見(jiàn)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(diǎn)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(hào)或熒光信號(hào)弱，又或與DNA光譜重疊等問(wèn)題。圓二色譜、紅外色譜、共振光散射和拉曼光譜法都是檢測(cè)DNA結(jié)構(gòu)變化的有效方法，圓二色譜對(duì)手性分子的檢測(cè)具有一定的優(yōu)勢(shì)，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(yàn)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(shí)驗(yàn)這三種方法來(lái)評(píng)價(jià)農(nóng)藥對(duì)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(jìn)行多方位、多層次的研究，對(duì)農(nóng)藥與DNA作用的方式和機(jī)理的了解會(huì)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(lái)越大，以及它們?cè)谏矬w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(duì)映體的選擇性[25]，建立一種能夠準(zhǔn)確可靠的研究手性農(nóng)藥對(duì)映體水平上遺傳毒性的差異的快速評(píng)價(jià)方法將顯得尤為重要，因此開(kāi)展手性農(nóng)藥與DNA相互作用研究的光譜法研究是一個(gè)重要的領(lǐng)域，能為手性農(nóng)藥的環(huán)境安全性評(píng)價(jià)提供更為寶貴的科學(xué)依據(jù)。
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篇12
關(guān)鍵詞：
溶解性有機(jī)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(jī)質(zhì)是環(huán)境中一類(lèi)重要的物質(zhì)，能夠?yàn)槲⑸锾峁I(yíng)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(jī)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(diǎn)。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(jiǎn)單、分析所需樣品量少、靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(lèi)別的熒光組分［8］。然而，由于DOM是一大類(lèi)組成和來(lái)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(shù)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(duì)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?jǐn)?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(shù)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(shí)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(shí)際分布情況和組分，但色譜分離所得組分?jǐn)?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(diǎn)，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(bào)道?；诖?，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(cè)提供科學(xué)依據(jù)。
2實(shí)驗(yàn)部分
2．1儀器與試劑
MultiN/C2100型總有機(jī)碳分析儀(TOC，德國(guó)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(guó)安捷倫公司);L-530離心機(jī)(湖南長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司);SHA-C水浴恒溫振蕩器(江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠)。HClO4、NaOH、Cu(NO3)2、Pb(NO3)2、CH3COONH4均為分析純。實(shí)驗(yàn)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(chǎng)，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(guò)0．45μm濾膜，收集濾液，濾液中有機(jī)物即為DOM。采用總有機(jī)碳分析儀測(cè)定DOM樣品中溶解性有機(jī)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(cè)定樣品的熒光光譜:PTM電壓700V，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)狹縫寬5nm，激發(fā)波長(zhǎng)200～400nm，發(fā)射波長(zhǎng)280～500nm，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)增量5nm，掃描速度2400nm/min。分子排阻色譜采用配有熒光檢測(cè)器的1200LC系統(tǒng)進(jìn)行，所用分離柱和保護(hù)柱分別為PLaquage1-OH(50mm×7．5mm，8μm)和MIXED-M(300mm×7．5mm，8μm)(美國(guó)安捷倫公司)，洗脫液為pH=7的醋酸銨緩沖液，進(jìn)樣量100μL，洗脫速度1mL/min。檢測(cè)器為激發(fā)/多波段發(fā)射波長(zhǎng)的熒光檢測(cè)器，激發(fā)波長(zhǎng)230nm，發(fā)射波長(zhǎng)300～500nm，發(fā)射波長(zhǎng)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(gè)樣品，為了獲得多個(gè)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(cè)定其三維熒光光譜，測(cè)定條件與DOM未加重金屬時(shí)
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(jìn)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(jìn)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(yàn)、對(duì)半分析、核一致性分析、累計(jì)方差和分析及視覺(jué)檢驗(yàn)［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?jǐn)?shù)目和激發(fā)、發(fā)射波長(zhǎng)，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(zhǎng)小于380nm的區(qū)域具有較高的熒光強(qiáng)度，而樣品S2在發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm的區(qū)域具有較高的熒光強(qiáng)度，綜合文獻(xiàn)［17～20］可知，發(fā)射波長(zhǎng)小于380nm的區(qū)域?yàn)轭?lèi)蛋白物質(zhì)，包括類(lèi)色氨酸物質(zhì)(發(fā)射波長(zhǎng)小于325nm)和類(lèi)酪氨酸物質(zhì)(發(fā)射波長(zhǎng)大于325nm)。一些與類(lèi)色氨酸結(jié)構(gòu)類(lèi)似的多酚化合物，也在發(fā)射波長(zhǎng)小于380nm范圍內(nèi)產(chǎn)生熒光峰［21］，這些物質(zhì)與類(lèi)蛋白物質(zhì)具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即均含有一個(gè)苯環(huán)結(jié)構(gòu)。三維熒光光譜中發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm的為類(lèi)腐殖質(zhì)物質(zhì)，這些物質(zhì)含有兩個(gè)及以上的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，在類(lèi)腐殖質(zhì)物質(zhì)中，一些帶有3個(gè)和4個(gè)苯環(huán)的物質(zhì)，發(fā)射波長(zhǎng)可能相同［22］。因此，可以推測(cè)，樣品S1主要為類(lèi)蛋白物質(zhì)，而樣品S2以類(lèi)腐殖質(zhì)物質(zhì)為主，兩個(gè)樣品代表了兩類(lèi)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(lèi)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(duì)DOM熒光組分進(jìn)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(jī)物先被洗脫出來(lái)，而出峰時(shí)間晚的為小分子有機(jī)物［15，16］，通過(guò)洗脫時(shí)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(lèi)有機(jī)分子的混合體，不同分子之間可以通過(guò)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(guò)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(zhǎng)230nm，發(fā)射波長(zhǎng)300～500nm處的組分熒光強(qiáng)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(cè)器的激發(fā)波長(zhǎng)為230nm、發(fā)射波長(zhǎng)為300～500nm、增量為1nm進(jìn)行洗脫物熒光發(fā)射光譜測(cè)定。圖2a顯示出樣品S1含有4類(lèi)物質(zhì)，其出峰時(shí)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(qiáng)度最高，顯示樣品S1含有4類(lèi)分子量大小不同的物質(zhì)，其濃度最高的為小分子有機(jī)物。從圖2a還可見(jiàn)，3．45和4．65要出現(xiàn)發(fā)射波長(zhǎng)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(lèi)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(lèi)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(gè)熒光峰，最大峰強(qiáng)出現(xiàn)在3．85min，出峰范圍為300～500nm，顯示其為類(lèi)腐殖質(zhì)物質(zhì)。此外，在整個(gè)分離過(guò)程中，樣品S1和S2均在發(fā)射波長(zhǎng)325～375nm范圍內(nèi)均出現(xiàn)了較強(qiáng)的熒光強(qiáng)度，其究竟是由類(lèi)蛋白物質(zhì)引起，還是噪聲引起，還需要進(jìn)一步鑒定。本研究采用色譜柱分離法與樹(shù)脂分離類(lèi)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(shù)脂將DOM分類(lèi)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(tuán)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(jìn)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(gè)組分。組分1有兩個(gè)熒光峰，其激發(fā)波長(zhǎng)為230nm，發(fā)射波長(zhǎng)為280/340nm;組分2也有兩個(gè)熒光峰，其激發(fā)波長(zhǎng)分別為230和280nm，發(fā)射波長(zhǎng)位于325～340nm范圍內(nèi)，以上兩個(gè)組分在發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm范圍內(nèi)也存在較強(qiáng)的熒光發(fā)射。由文獻(xiàn)［8］可知，組分1和2為腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)存在的類(lèi)蛋白物質(zhì);組分3有一個(gè)尖峰和一個(gè)肩峰，其激發(fā)波長(zhǎng)分別為230和250nm，發(fā)射波長(zhǎng)均為300nm，屬于類(lèi)色氨酸物質(zhì);組分4有3個(gè)熒光峰，其激發(fā)波長(zhǎng)分別為220，250和315nm，發(fā)射波長(zhǎng)均為425nm，屬于類(lèi)腐殖質(zhì)物質(zhì)［7］。組分1和2對(duì)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(lèi)蛋白物質(zhì)［8］;組分3對(duì)應(yīng)于樣品S1分子排阻色譜中3．45和4．65min出現(xiàn)的類(lèi)蛋白物質(zhì)［17］，但組分4在分子排阻色譜中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的物質(zhì)，其是否為實(shí)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(gè)組分，其中組分1有兩個(gè)熒光峰，其激發(fā)波長(zhǎng)分別為240和320nm，發(fā)射波長(zhǎng)為410nm，參照文獻(xiàn)［8］，組分1為類(lèi)腐殖質(zhì)物質(zhì);組分2也有兩個(gè)熒光峰，其激發(fā)波長(zhǎng)分別為235和280nm，發(fā)射波長(zhǎng)在335～375nm范圍內(nèi)，為類(lèi)蛋白物質(zhì)［17］;組分3含有3個(gè)熒光峰，其激發(fā)波長(zhǎng)分別為225、280和360nm，發(fā)射波長(zhǎng)為440nm，為類(lèi)腐殖質(zhì)物質(zhì)［17］;組分4含有兩個(gè)熒光峰，其激發(fā)波長(zhǎng)均為225nm，而發(fā)射波長(zhǎng)不同，此類(lèi)物質(zhì)尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。與樣品S2的分子排阻色譜相比，組分1對(duì)應(yīng)于分子排阻色譜中的3．85min的類(lèi)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(jiàn)對(duì)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(zhǎng)325～375nm范圍內(nèi)均出現(xiàn)的熒光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于某種物質(zhì)，可能為3．3min出現(xiàn)的類(lèi)蛋白物質(zhì)。對(duì)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(duì)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(diǎn)。由于不同有機(jī)分子之間可能通過(guò)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(kāi);相比較而言，平行因子分析可以將這些組分分開(kāi)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(dú)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(lèi)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(kāi)的組分，并且能給出不同組分激發(fā)/發(fā)射波長(zhǎng)的詳細(xì)信息，但平行因子分析不能分開(kāi)蛋白質(zhì)和氨基酸/多肽形態(tài)的類(lèi)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。
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篇13
近紅外光譜技術(shù)作為一種分析手段是從上世紀(jì)50年代開(kāi)始的，并在20世紀(jì)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(cè)量技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)學(xué)科的有機(jī)結(jié)合。但是由于技術(shù)上的原因，一直以來(lái)這種技術(shù)的發(fā)展受到阻礙，沒(méi)有廣泛地應(yīng)用于化學(xué)計(jì)量領(lǐng)域；近幾年隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及化學(xué)計(jì)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(lái)[1]。
1近紅外光譜預(yù)測(cè)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(jiàn)光(VIS)和中紅外光(MIR或IR)之間的電磁波，是人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的非可見(jiàn)光區(qū)域。美國(guó)材料測(cè)試協(xié)會(huì)(ASTM)將近紅外光譜區(qū)定義為波長(zhǎng)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(zhǎng)波(1100 nm~2526 nm )兩個(gè)區(qū)域[2-3]。
當(dāng)一定頻率的近紅外光通過(guò)具有特定結(jié)構(gòu)的物體時(shí)，一些分子對(duì)近紅外光進(jìn)行吸收，并產(chǎn)生了伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)，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(dòng)頻率相一致，因此只有振動(dòng)頻率在2000cm-1以上的振動(dòng)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(dòng)主要是含氫基團(tuán)[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]?？梢詫⑺醋魇欠肿诱駝?dòng)原理的宏觀表示，對(duì)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(zhǎng)的函數(shù)：
―― 吸收層厚度，mm；
―― 對(duì)應(yīng)成分的濃度，g/dL；
―― 成分的吸收系數(shù)，g/dL?mm；
―― 透過(guò)率，對(duì)應(yīng)出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)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(guò)校正樣的濃度測(cè)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(guò)對(duì)待測(cè)樣品的近紅外光譜的采集使用校正模型來(lái)預(yù)測(cè)待測(cè)物質(zhì)化學(xué)成分的濃度。
1.2近紅外光譜預(yù)測(cè)流程
近紅外光譜對(duì)物質(zhì)成分預(yù)測(cè)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(duì)待測(cè)物進(jìn)行預(yù)測(cè)的分析流程，分為校正過(guò)程和預(yù)測(cè)過(guò)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(guò)化學(xué)方法對(duì)其成分含量進(jìn)行測(cè)定，另一份進(jìn)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(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后的光譜和根據(jù)化學(xué)方法測(cè)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(duì)其他待測(cè)樣品進(jìn)行分析時(shí)，只要得到它們的近紅外光譜，通過(guò)校正模型就能快速地預(yù)測(cè)待測(cè)樣品化學(xué)成分的濃度。
2近紅外光譜對(duì)植物化學(xué)成分進(jìn)行預(yù)測(cè)的研究現(xiàn)狀
隨著新型纖維原料的大量開(kāi)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(kāi)始對(duì)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)也出現(xiàn)一些使用此方法來(lái)進(jìn)行對(duì)植物某些成分的預(yù)測(cè)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(cè)值與化學(xué)分析值間的相關(guān)性分別為0.8558和0.6427，說(shuō)明NIR技術(shù)對(duì)植物單一部位的纖維素具有一定的預(yù)測(cè)能力[6]。
隨著技術(shù)的發(fā)展，使用近紅外方法對(duì)植物纖維素的預(yù)測(cè)精度大幅度提高。吳軍等使用近紅外反射光譜對(duì)玉米秸稈纖維素含量進(jìn)行研究，預(yù)測(cè)值與化學(xué)值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9953，最大相對(duì)誤差僅為5.20[7]。昆明卷煙廠的段焰青等使用NIR技術(shù)對(duì)煙草中的纖維素含量進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，通過(guò)對(duì)模型的優(yōu)化后，預(yù)測(cè)結(jié)果表明，該NIR模型預(yù)測(cè)纖維素的相關(guān)系數(shù)為0.9649，實(shí)際預(yù)測(cè)的平均相對(duì)偏差
近年來(lái)，NIR技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，其可對(duì)植物多種化學(xué)成分進(jìn)行同步測(cè)量，從而加快了植物成分預(yù)測(cè)速度。聶志東等對(duì)苜蓿干草主要纖維成分使用近紅外反射光譜進(jìn)行研究，纖維素、木質(zhì)素、半纖維素交互驗(yàn)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(zhǔn)確分析苜蓿干草中纖維素和木質(zhì)素含量，但不能進(jìn)行半纖維素的實(shí)際預(yù)測(cè)[9]。通過(guò)劉麗英、陳洪章使用近紅外漫反射光譜對(duì)玉米秸稈組分含量進(jìn)行研究，纖維素、木質(zhì)素、半纖維素和水分預(yù)測(cè)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(duì)半纖維素和水分等成分進(jìn)行預(yù)測(cè)[10]。
3近紅外光譜方法進(jìn)行定量預(yù)測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)
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(dá)不到的優(yōu)勢(shì)；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(shì)
（1）預(yù)測(cè)速度快。通常一個(gè)樣品幾分鐘內(nèi)就可以完成測(cè)試，大大縮短了分析時(shí)間。
（2）無(wú)損分析測(cè)定。近紅外光譜分析不需要經(jīng)過(guò)化學(xué)過(guò)程，不產(chǎn)生化學(xué)變化，從而使測(cè)量更準(zhǔn)確，且不產(chǎn)生污染。
（3）多種成分同時(shí)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(shí)對(duì)物質(zhì)所含的多種成分進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，進(jìn)一步縮短分析時(shí)間。
（4）樣品制作簡(jiǎn)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(jī)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(tái)機(jī)器，因而不具有普遍性。
（2）校正樣要求嚴(yán)格。校正樣待測(cè)化學(xué)成分要求與預(yù)測(cè)物質(zhì)待測(cè)化學(xué)成分一致，而且濃度范圍要覆蓋預(yù)測(cè)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(duì)預(yù)測(cè)模型的建立造成一定困難。
（3）準(zhǔn)確度依賴(lài)于校正樣品測(cè)量方法的準(zhǔn)確度。由于通過(guò)建立模型來(lái)預(yù)測(cè)物質(zhì)濃度，模型的建立依靠校正樣通過(guò)其他方法測(cè)量的濃度，因此使用模型對(duì)其他樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，得到的濃度準(zhǔn)確率肯定不高于校正樣品的準(zhǔn)確率。
4結(jié)論與展望
近紅外光譜技術(shù)作為一種無(wú)損、快速的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)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(duì)植物纖維原料成分的定量分析尚未見(jiàn)諸報(bào)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(cè)植物纖維原料化學(xué)成分測(cè)試分析開(kāi)辟一個(gè)新的方向，NIR技術(shù)無(wú)損、快速的特點(diǎn)將會(huì)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(wèn)題，其對(duì)于植物復(fù)雜成分的分析適用性和準(zhǔn)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(duì)近紅外技術(shù)分析及精確程度的提高會(huì)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(shí)驗(yàn)室）
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