基于二维相关红外光谱对pH值影响大豆分离蛋白二级结构含量的快速分析

为满足不同种类食品对大豆分离蛋白(soybean protein isolate,SPI)不同功能性的需求,本研究利用红外光谱快速采集70组不同pH值处理后SPI的数据,探讨pH值变化对SPI结构含量的影响。使用均值中心化、多元散射校正、标准正态变量变换和归一化算法对红外光谱数据进行预处理,基于二维相关红外光谱提取特征波段,再利用偏最小二乘(partial least square,PLS)法和算术优化算法-随机森林(arithmetic optimization algorithm-random forests,AOA-RF)建立不同pH值条件下SPI结构及含量的预测模型。结果表明,经均值中心化和多元散射校正结合处理后,α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲模型的相对标准偏差分别为1.29%、1.60%、1.37%、7.28%,两者结合对光谱数据的预处理效果最佳。预测α-螺旋和β-折叠含量最优模型为AOA-RF(特征波段),校正集决定系数为0.9350和0.9266,预测集决定系数为0.8568和0.8701;预测β-转角和无规卷曲含量最优模型为PLS(特征波段),校正集决定系数为0.9154和0.8817,预测集决定系数为0.8913和0.7843。本研究结果可为工业生产过程中产品质量快速检测和工艺条件控制提供理论支撑。

二维相关红外光谱和高光谱成像技术检测黄精干燥过程中多糖的变化

[目的]研究黄精“一蒸一制”炮制工艺中干燥过程多糖的变化。[方法]采用常压隔水蒸对黄精切片进行蒸制,然后在60℃条件下进行热泵干燥,利用近红外光谱(NIR)、高光谱成像(HSI)和中远红外光谱技术对黄精干燥过程中的特征光谱进行解析,并结合二维相关红外光谱(2D-IR)分析方法研究黄精干燥过程中的多糖变化。[结果]蒸汽加热11 h后黄精多糖含量为3.39%,干燥11 h后多糖含量为6.67%,整体来看,黄精在干燥过程中多糖含量呈逐渐增多的趋势。通过二维相关分析可知,多糖的特征官能团在不断发生变化,在1 016 cm^(-1)处,其官能团变化顺序均为—CH2的C—H伸展→O—H基团在水中拉伸和变形→N—H基团的伸缩振动→O—H拉伸和C—O拉伸组合→C—H拉伸和C—C拉伸组合→吡喃糖苷;HSI技术结合化学计量学,利用PLSR建立多糖的光谱预测模型,模型的R2p为0.903。[结论]红外光谱、HSI技术结合2D-IR技术能很好地监测黄精在干燥过程中的多糖变化规律。

芳酸类药物的近红外及二维相关(2DCorr)光谱分析

结合傅里叶变换近红外(FT-NIR)光谱法和二维相关分析(2D-correlation analysis,2DCorr)方法研究了芳酸类药物水杨酸、乙酰水杨酸(阿司匹林)、苯甲酸在升温过程中的结构变化特征。三种芳酸类药物随着温度升高的红外光谱的特征峰在一维图上变化不明显,借助于2DCorr分析,将一维近红外谱图拓展到二维,提高了分辨率和可解释性。通过不同芳酸类药物NIR及2DCorr光谱的比较和分析,对芳酸类药物NIR吸收峰进行了归属,对其结构特点进行了研究,实验结果特别肯定了水杨酸的六元环内氢键结构。通过该文的研究更深层次地理解了芳酸类药物,为其进一步的研究和使用提供参考。

基于二维相关近红外光谱的老陈醋醋龄鉴别

采用二维相关近红外光谱技术与判别分析(DA)方法相结合鉴别不同醋龄的老陈醋样品。选取5个醋龄共100个老陈醋样品,在室温下采集所有样品的一维近红外光谱。以醋龄作为外扰因素,构建各样品在1001~1830 nm波段范围的二维相关同步谱和异步谱,分析其二维相关谱图的光谱特征。基于二维相关同步谱的对角线数据(即自相关谱),建立不同醋龄老陈醋样品的判别分析模型,模型校正集的识别准确率为97.3%,预测集识别准确率为96%。研究结果表明,所提出的方法可提供随醋龄变化的更多光谱特征信息,为老陈醋醋龄快速鉴别提供一种精度高的分类模型。

红外光谱结合二维相关分析研究堆肥过程腐殖酸演化规律

堆肥材料中腐殖酸的组成和结构直接影响堆肥产品品质和腐熟度。为研究堆肥腐殖酸的组成和形成过程,进行了生活垃圾堆肥并提取了不同堆肥阶段样品中的胡敏酸和富里酸,采用红外光谱和二维相关分析,探讨了堆肥过程胡敏酸、富里酸的组成、结构及随时间演化规律。红外光谱结果显示,堆肥胡敏酸组成复杂,在2 917~2 924,2 844~2 852,2 549,1 662,1 566,1 454,1 398,1 351,990~1 063,839,711cm-1均出现了吸收峰;相对于胡敏酸,堆肥富里酸结构简单,仅在1 725,1 637,990cm-1出现了吸收峰。上述吸收峰的出现表明堆肥胡敏酸和富里酸均含有木质素来源的苯环和糖类结构,但胡敏酸还含有丰富的脂族和蛋白类结构,这些在富里酸中含量较低;堆肥过程糖类、脂类、蛋白类及木质素结构均发生了降解,但是在胡敏酸和富里酸中它们的降解优先顺序不同。二维相关光谱分析结果表明,胡敏酸中降解先后顺序为脂肪类—蛋白类—多糖类和木质素,而富里酸中为蛋白质—多糖和脂肪类,降解过程均生成了羧酸、酮类和酯类结构,其中羧酸类物质一部分在堆肥中形成了碳酸盐。研究结果表明,红外光谱结合二维相关分析不仅可以获得堆肥腐殖酸官能团组成,还可以揭示堆肥过程这些官能团降解顺序,确定堆肥腐殖酸合成机制和动力学过程。

用二维相关近红外谱和多维主成分分析判别掺杂牛奶

为了有效地提取牛奶中微量的掺杂物特征信息,提出了基于二维相关近红外光谱多维主成分分析(MPCA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)判别牛奶掺杂物的方法。首先,采集纯牛奶、掺杂尿素牛奶和掺杂三聚氰胺牛奶的一维近红外谱,并对其进行相关计算,构建各样品的二维相关近红外谱。然后,采用多维主成分分析法分析二维相关谱矩阵,压缩数据,提取相关谱的得分矩阵。最后,将提取的得分矩阵输入最小二乘支持向量机,分别建立掺杂尿素牛奶、掺杂三聚氰胺牛奶及两种掺杂牛奶与纯牛奶的LS-SVM判别模型。用所建模型对测试集未知样品进行了判别,结果显示其判别正确率分别为92.3%,96.2%,92.3%。研究结果表明:所提出的方法不仅有效提取了牛奶中掺杂物的特征信息,而且缩短了建模所需时间,取得了较好的判别效果。

中药掺伪的二维相关红外光谱法分析

旨在建立基于二维相关红外光谱(2D IR spectra)的分析技术,以进行中药中是否掺杂化学药物的判别。以减肥药盐酸芬氟拉明(fenfluramine hydrochloride,FH)、盐酸西布曲明(sibutramine hydrochloride,SH)为待检化合物,确定二者同步相关谱中的特征相关峰。首先通过比较掺杂中药与盐酸芬氟拉明的同步谱中特征相关峰的相似性,初步对掺杂化合物盐酸芬氟拉明进行判定,而后利用掺杂中药异步谱能确认相关峰来源的特性,进一步确证盐酸芬氟拉明的存在;此外,根据掺杂中药同步谱中未出现与盐酸西布曲明同步谱相似的特征相关峰,可以直接判别其中未掺杂盐酸西布曲明。实验所建立的方法无需样品分离,速度快,成本低,为快速简便地进行复杂体系中是否存在化学药物的判别提供了一种新的可能的方法。

聚合物交联反应诱导相分离过程的光散射二维相关分析研究

采用二维相关分析技术对聚醚砜(PES)/环氧树脂/二(2,6-二甲基苯胺基)甲烷体系的相分离过程的光散射数据进行了分析研究.分析结果表明二维光散射分析可以提供一维光散射较难得到的信息:在该体系相分离的演化过程早期,即扩散控制期内,体系中较小尺寸相区的粗大化早于较大的相区.在相分离的中后期,较小尺寸的富集相因碰撞融合产生更大尺寸相区的变化优先于较大尺寸相区的粗大化过程.其原因可能是:一方面这种增长方式比较有利于体系的能量较快地降低,另一方面是在相分离的中后期界面运动导致的流动作用影响不容忽视.

二维典型相关分析在小样本图像识别上的应用

针对传统典型相关分析(Canonical Correlation Analysis,CCA)的图像识别中出现的小样本(Small Sample Size,SSS)问题,提出二维典型相关分析(Two-Dimensional CCA,2DCCA)。首先阐述了2DCCA方法的基本原理并给出了类成员关系矩阵的构造方法,推导出了类成员关系协方差矩阵广义逆的解析解。其次,从理论上证明了2DCCA方法对于解决小样本问题的有效性。最后,利用人脸识别实验来测试该方法的性能,实验结果表明,2DCCA方法有效地解决了图像识别中常见的小样本问题,并且能取得较其他几种基于CCA的人脸识别方法更优的识别结果。

固体丙氨酸变温过程的二维相关红外分析

采用傅里叶变换红外光谱法 (FTIR)和二维相关分析 (2Dcorrelationanalysis)技术研究了固态丙氨酸的变温过程。结果表明 :固体丙氨酸从室温 2 0℃加温至 15 0℃ ,随着温度的升高 ,红外谱峰的位置和谱峰的相对强度变化不明显 ,除CCN反对称伸缩振动红移了 5个波数以外 ,其余各谱峰平均仅位移了 1～ 2个波数。借助于二维相关分析 ,在 15 70～ 16 5 0cm-1范围内 ,丙氨酸分别出现了 16 2 5和 15 89cm-1两个自动峰 ,16 2 5cm-1处的自动峰较强 ,即NH+ 3 随温度升高变化较突出 ,其热敏程度较大 ;而 15 89cm-1处的自动峰相对较弱 ,说明COO-随温度升高变化较小。同时二维相关分析还进一步揭示了丙氨酸的结构变化首先以NH+ 3 为主导 ,然后相应引起CH ,CH3 ,COO-各官能团结构的变化规律。为固态粉末丙氨酸脱氢氧化机理的研究提供了一个重要的理论依据。

CoSi_2薄膜二维X射线衍射线形分析与表征

利用二维X射线衍射线形分析方法,分析了CoSi2薄膜材料的二维衍射线形.结果表明,薄膜中不同方位的衍射线形存在明显差异,主要与材料中晶粒尺寸及显微畸变的空间分布有关,其中沿薄膜法线方向上的晶粒尺寸最大,同时该方向的显微畸变最小.

抗坏血酸恒温氧化过程拉曼光谱的二维相关分析

采用近红外傅里叶变换拉曼光谱法 (NIRFT -Raman)和二维相关分析 (2DCorrela tionAnalysis)技术研究了固态抗坏血酸的恒温 (1 0 0℃ )氧化过程。研究表明 ,二维相关分析能提供氧化扰动过程中结构动态变化的微观信息 。

基于三维荧光光谱结合2D-LDA的食用油掺假鉴别研究

食用油掺假行为严重威胁消费者的身体健康并扰乱社会市场秩序。研究有效的食用油掺假鉴别方法对于构建安全、可靠的食品供应链和提升消费者福祉具有重要意义。以食用油中的香油为例开展食用油掺假鉴别方法研究。通过芝麻香精与玉米油、大豆油以及菜籽油三种食用油配制了3类掺假香油;使用FLS920稳态荧光光谱仪采集了这3类掺假香油以及不同品牌香油共计45个实验样本的三维荧光光谱数据;基于2D-LDA方法提取了实验样本的二维特征,并以此为依据采用最近邻分类原理实现了掺假食用油的准确鉴别。将所述方法与平行因子结合非线性判别分析(PARAFAC-QDA)、多维偏最小二乘——判别分析(NPLS-DA)两种方法进行了对比。结果表明,2D-LDA方法能够有效提取掺假香油的二维特征。这些特征能够使不同类别的实验样本在投影子空间中实现最大程度分离;同时可使相同类别的实验样本在子空间中尽可能地紧密聚集,进而使得样本在低维子空间中具有更好的可分性,从而获得了100%的鉴别准确率。而PARAFAC-QDA和NPLS-DA两种方法仅分别获得了85%和95%的鉴别准确率。2D-LDA方法相比于这两种方法在食用油掺假鉴别特别是现场快速检测的实际应用中更具优势和潜力,其鉴别过程与结果更加简捷和精确。研究为现场食品安全监管提供了一种高效可行的新方案。

改进的二维典型相关分析及其人脸识别应用

针对二维典型相关分析(2DCCA)中类标矩阵维数较大及算法耗时过多的问题,提出一种改进的2DCCA特征提取方法。利用图像的频谱性质定义低维的类标矩阵,从有利于模式分类的角度构造出新的准则函数,采用二维主成分分析对所得特征进一步降维,得到更具分类判别能力的低维特征。在ORL和组合人脸数据库上的实验结果表明,该特征具有较好的分类能力。

硒处理下紫云英二维红外相关光谱与主成分分析

利用傅里叶变换红外光谱、二维红外相关光谱法和主成分分析方法研究不同硒处理（0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、5.0 mg·L-1）对紫云英地上和地下部物质成分变化的影响,探讨不同浓度硒处理下紫云英化学成分的光谱学差异及微观动力学变化。结果表明：紫云英地上和地下部吸收峰峰形基本没有变化,但吸光度变化较大,说明不同浓度硒对紫云英化学成分改变较小,但对其含量改变较大;紫云英地下部─OH、C─OH和CO基团和地上部CO、─OH和─COO基团吸收峰位移变化明显,说明不同浓度硒处理对这些基团有明显影响,它们可与硒的吸收、络合和运输密切相关;紫云英在890~1 750 cm-1区域内基团之间有很强的协同作用或强烈的相互作用,其二维红外相关光谱图差异明显,这表明二维红外相关分析能提供更丰富的结构信息,提高图谱的分辨率,并能捕捉到浓度变化过程中物质体系和分子结构的动态变化,为重金属胁迫下植物耐性机制研究提供有效方法。

不同产地稻米的二维相关近红外光谱鉴别

为了实现针对不同产地稻米样品的无损判别,提出一种基于同步二维相关近红外光谱的欧氏距离判别方法。在分别得到5种稻米样品的标准二维相关谱后,通过计算测试集样品与各个标准相关谱的欧氏距离,根据最小距离原则进行归类判别,经实际测试正确率达到95%。通过定义区分度系数还可以更精确判断对各类别样品的区分效果。为了比较二维相关方法与常用建模方法的实际效果,在同样的数据基础上进行偏最小二乘判别分析和支持向量机分类的尝试,其最高正确率分别为75%和70%,验证了二维相关方法的有效性。本研究为无损鉴别稻米样品提供了一种新的可能方法,并可为在线检测提供参考。

基于二维相关分析的ZnS材料声子交互作用

硫化锌材料是长波红外光学窗口材料优选材料之一.针对化学气相沉积(CVD)和热压成形(HP)两种工艺制备的硫化锌材料,研究了从室温到600℃的光谱透过率变化现象,基于二维相关光谱分析技术,获得了长波吸收区内的声子交互作用.研究结果表明:在700~1250 cm^(-1)的长波吸收波段,CVD ZnS的声子频率为横向振动模式下(TO)的三次谐波频率和纵向声学模式下(LA)的三次谐波频率;HP ZnS的声子频率分别为3TO、3LA和4LA,并且在温度作用下的响应顺序依次为3LA、3TO和4LA.两种工艺制备的ZnS杂质振动吸收在温度作用下对2 000~1 250 cm^(-1)范围内的光谱透过率产生影响,出现不同程度的透过率增加现象,由于两者含有杂质的区别,在高温下CVD ZnS的透过率变化比HP ZnS较为显著.

二维相关光谱对混合物色谱-光谱体系分析的应用扩展

在本课题组前期工作中,将二维相关光谱方法应用于混合物色谱-光谱联用数据的分析,并在体系中各物质具有独立峰时,简单得到混合物中各组分光谱行为。在此基础上,我们考虑不具有独立峰的二元混合物体系。本工作通过数学计算及模拟表明,当两物质部分光谱重叠区域为等峰宽的单高斯峰时,也可分别得到两物质各自的光谱。

基于荧光光谱和二维相关分析技术探究硝磺草酮对玉米的生理效应

为明确硝磺草酮胁迫对玉米的生理效应及其在玉米田使用的安全性,采用紫外可见吸收光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱和二维相关分析(2D-COS)技术,研究了不同浓度硝磺草酮对玉米叶片中叶绿素及类胡萝卜素含量,根、茎、叶鲜重和根系分泌物荧光物质的影响。结果表明:当硝磺草酮质量浓度为5和10 mg/L时,胁迫10及14 d后,玉米叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量以及根、茎、叶鲜重均显著降低。同步荧光光谱、三维荧光光谱和2D-COS技术分析揭示,玉米根系分泌物中类蛋白和类腐殖质的荧光强度发生了显著变化,并且随着硝磺草酮浓度升高、胁迫时间延长,上述变化越明显;但其225~235 nm处的类蛋白荧光峰强度在胁迫7、10和14 d时反而增强,结合2D-COS分析发现,280~325 nm处的类蛋白荧光基团先与硝磺草酮进行结合。研究表明,硝磺草酮质量浓度高于5 mg/L,胁迫10 d后对玉米的正常生长会产生不利影响,研究结果可为评价硝磺草酮在玉米田使用的安全性提供理论依据。

β-环糊精变温红外光谱的二维相关分析

基于热分析和变温红外光谱,借助于二维相关分析法,揭示了β-CD在空气中的热变行为.22-150℃,脱出吸附水和结晶水;150～260℃,伯羟基被空气中的氧气氧化为醛;当温度高于260℃时,β-CD发生了强烈的氧化反应,糖环和大环均被破坏,最终生成CO2和H2O。该法为环糊精热稳定性机理的研究提供了一个有价值的理论依据。