基于小波变换的二维红外相关光谱鉴别人参的生长年限

探讨了将小波变换处理方法应用到不同生长年限人参的二维红外相关光谱数据预处理中。结果表明:经过小波变换处理后,可以有效提高二维红外相关光谱同步图的分辨率,增强谱图中的信号峰,提高谱图中重叠峰的分离度,还可提供新的信息,从而在很大程度上增强了二维红外相关光谱对复杂体系的分析鉴别能力。借助此方法,可以鉴别人参的生长年限。

炮附片、黑顺片和白附片二维红外相关光谱的分析研究

采用红外光谱法(FTIR)并结合二维相关(Two-dimensional Correlation Spectroscopy)分析技术,对炮附片、黑顺片和白附片进行了无损快速鉴别研究。炮附片、黑顺片和白附片在一维谱图上差别不明显,而在二维谱图上凭借各官能团相互作用强度的不同而可以进行一一鉴别。在900～1500cm^(-1)波段内,炮附片在同步图上有一个较强的自动峰,在1220cm^(-1)附近。而黑顺片和白附片不仅在1220cm^(-1)有一个较强的自动峰,还在1200和1400cm^(-1)附近出现了自动峰,且白附片在1400cm^(-1)附近的自动峰比黑顺片的要更强一些;在交叉线的两侧,三者各官能团正的交叉峰白附片最多,黑顺片次之,炮附片最少。结果表明:凭借炮附片、黑顺片和白附片的二维红外相关谱可以作为药材不同炮制法的鉴别依据。该法快速、准确,为中药材的炮制鉴别提供了一种新的方法和手段。

利用二维红外相关光谱研究胶原/透明质酸共混物的相互作用

以胶原/透明质酸共混物中透明质酸的含量为外扰,利用二维红外相关光谱法研究了胶原/透明质酸共混物的构象变化及它们之间的相互作用。研究发现,1 694,1 524与1 241 cm-1归属于胶原酰胺带的C=O对称伸缩振动、N—H摇摆与N—H面内变形振动峰之间存在同步正交叉峰,表明随着透明质酸组分的增加,胶原的链段构象发生了变化。当胶原/透明质酸共混体系中透明质酸含量由0增至50%时,1 045cm-1归属于透明质酸的C—OH伸缩振动峰与1 694 cm-1归属于胶原C=O对称伸缩振动峰存在同步负交叉峰,表明透明质酸的O—H与胶原分子的C=O之间形成了氢键;当透明质酸含量从50%增至90%时,1 045 cm-1的同步峰几乎消失,而在Φ(1 694,1 524),Φ(1 694,1 241),Φ(1 524,1 241)出现的正交叉峰反而增强,说明透明质酸的O—H不再与胶原形成氢键,而是透明质酸的C=O与胶原分子的N—H之间形成氢键,致使胶原构象发生了变化。

二维红外相关光谱分析对十二烷氧基苯甲酸的相变过程

利用显微红外光谱技术在宽范围的温度区域跟踪对十二烷氧基苯甲酸相变过程 ,经二维相关红外光谱分析 ,来描述对十二烷氧基苯甲酸在不同温度区间的分子动态变化。结果认为固态由烷基相互缠结以多种羧酸聚集体的状态存在 ,95℃发生的相转变主要是非均相的十二烷基熔融和氧基苯甲酸部分重结晶的过程 ,132℃以后的相转变主要是羧酸聚集体部分氢键集中断裂和羧酸苯醚基团迅速熔融的结果。

二维红外相关光谱研究熟度对肌原纤维蛋白构象的影响

熟度是指牛排烹煮到可食用的程度,是影响牛排的适口性和消费者满意度的重要因素。肌原纤维蛋白是肌肉中一类重要的盐溶性结构蛋白群,其热凝胶特性与肉品品质密切相关。加热是使生肉变熟的关键工艺,近年来,国内外在加热过程对肌原纤维蛋白凝胶特性及其结构变化影响方面开展了广泛的研究,但在熟度对牛肉蛋白结构影响研究方面却鲜有报道。为了探究熟度对肌原纤维蛋白结构影响及其变化机理,在现代红外光谱分析的基础上,将ATR-FTIR技术与二维相关光谱相结合,利用红外光谱、二阶导数光谱和二维相关光谱动态跟踪熟制过程蛋白结构变化规律,说明蛋白在烹饪过程的主要变化,为揭示熟度引起的蛋白构象变化机理和西餐牛排烹饪工艺优化提供理论依据。结果表明,在1700~1500 cm^(-1)波数范围内,熟度对肌原纤维蛋白特征吸收峰强度影响显著,从特征峰强度变化趋势可见,肌原纤维蛋白特征峰强度呈阶段性变化:第一阶段,从对照组到一分熟,特征峰强度下降,属于加热初期;第二阶段,从一分熟到五分熟,特征峰强度无显著变化,属于加热中期;第三阶段,从五分熟到过熟,特征峰强度继续减弱,属于加热后期;同步谱分析结果表明,在1650,1640,1556和1540 cm^(-1)附近出现自相关峰,且自相关峰两两之间的交叉峰均为正交叉峰,说明这些自相关峰对于熟度变化较为敏感,且峰强度与蛋白烹饪熟度之间呈正相关;由自相关峰光谱强度顺序可以看出,五分熟是蛋白温度敏感区变化的转折点,在从对照组到五分熟的烹饪过程中,肌原纤维蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅱ带,而在从五分熟到过熟的烹饪过程中,蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅰ带的α-螺旋结构。得到的这些由熟度变化引起的肌原纤维蛋白分子结构动态变化的微观信息,可为西餐牛排烹饪工艺过程控制和优化提供理论依据。

聚丙烯C—H弯曲振动二维红外光谱研究

目的通过二维红外光谱技术研究温度对聚丙烯化学结构的影响。方法在1500-1350 cm^-1的频率范围内,分别测定聚丙烯C—H弯曲振动模式（δC-H）的一维红外光谱、二阶导数红外光谱和四阶导数红外光谱来确定聚丙烯分子结构,后采用二维红外光谱研究温度对聚丙烯δC-H红外吸收强度的影响。结果聚丙烯δC-H主要包括甲基不对称碳氢弯曲振动模式（δas CH3）、甲基对称碳氢弯曲振动模式（δs CH3）和亚甲基碳氢弯曲振动模式（δCH2）,随着测定温度的升高,聚丙烯分子中δC-H红外吸收强度变化快慢顺序为δCH2-2（1464 cm^-1）〉δCH2-1（1475 cm^-1）〉δas CH3（1455 cm^-1）〉δs CH3（1375 cm^-1）。结论二维红外光谱在有机高分子包装材料热变性分析具有重大作用。

二维红外相关光谱研究温度对卵转铁蛋白构象的影响

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和二维相关光谱分析技术研究了无铁卵转铁蛋白和饱和铁卵转铁蛋白在加热条件下(25～95℃)构象变化规律。结果表明,随着温度升高,无铁卵转铁蛋白在3 300cm-1处的峰的迁移程度比饱和铁卵转铁蛋白大,说明卵转铁蛋白结合铁后氢键作用增强,对热的抵抗性增强。二维红外图谱分析显示,无铁卵转铁蛋白与饱和铁卵转铁蛋白的二级结构变化顺序为β-折叠>酰胺Ⅱ>-CH2-弯曲振动。通过对比无铁卵转铁蛋白和饱和铁卵转铁蛋白的二维同步和异步图谱发现,在1 652和1 688cm-1处的交叉峰存在差异,卵转铁蛋白结合铁后温度对其二级结构中α-螺旋影响变小,而对β-转角的影响变大。

硬脂酸亚甲基变角振动二维红外光谱研究

在293－393 K温度范围内,分别采用一维红外光谱、二阶导数红外光谱和二维红外光谱测定硬脂酸亚甲基变角振动模式（δCH2）。实验发现：在1440－1480 cm-1范围内,硬脂酸δCH2存在“第一特征频率谱带”和未见文献报道的“第二特征频率谱带”,并进一步研究了温度对于硬脂酸δCH2红外吸收强度及变化顺序的影响。本项研究显示出二维红外光谱在材料热变性分析中的重大作用。

利用粘度法和二维红外相关光谱法研究胶原/羟丙甲基纤维素共混物的相互作用

采用粘度法和二维红外相关光谱法对胶原/羟丙甲基纤维素共混体系的相容性及相互作用进行了研究。粘度法测定结果表明,羟丙甲基纤维素含量<30%时共混体系相容,超过50%则不相容。二维红外相关光谱法的分析结果表明,当羟丙甲基纤维素含量<30%时,归属于羟丙甲基纤维素的C—O(H)伸缩振动峰1061cm-1与归属于胶原酰胺带的CO对称伸缩振动峰1660cm-1、N—H摇摆振动峰1553cm-1和N—H面内变形振动峰1238cm-1之间存在同步负交叉峰,表明胶原和羟丙甲基纤维素之间存在氢键作用;而当羟丙甲基纤维素含量>30%时,同步图中负交叉峰强度减小的同时同步峰1061cm-1的强度明显变大,表明此时羟丙甲基纤维素与胶原之间的氢键作用变弱,羟丙甲基纤维素更倾向于在自身分子之间形成氢键。

铁皮石斛与紫皮石斛的二维红外相关光谱鉴别

目的利用红外光谱分析技术,快速鉴别铁皮石斛与紫皮石斛两种中药材。方法采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)并结合二维红外相关光谱分析技术,对铁皮石斛与紫皮石斛进行红外光谱鉴别研究。结果铁皮石斛和紫皮石斛两种药材在一维红外光谱上有一定差别,借助二阶导数光谱和二维红外光谱可以更完全地将其区别开来。结论利用红外光谱和二维红外相关光谱可以快速、准确鉴别紫皮石斛与铁皮石斛。

二维红外相关光谱法的分析

二维红外相关光谱法是二维相关光谱技术在红外光谱领域的渗透和发展,已成为光谱分析中重要的研究方法之一。综述了二维红外相关光谱法的发展历程、获取谱图的方法、相关原理、谱图的性质及解释规则,并举例说明其在聚合物、化学、生物学、中药学、液晶材料等领域的应用。

乳胶C-H面外摇摆振动模式ATR二维红外光谱研究

在303~393K温度范围内,采用变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)技术,研究了乳胶的分子结构。实验发现:在3500~600cm^(-1)的频率范围内,乳胶主要存在着C-H伸缩振动模式(ν_(C-H))、C=C双键伸缩振动模式(ν_(C=C))、CH_2弯曲振动模式(δ_(CH2))、CH_3弯曲振动模式(δ_(CH3_)和双键上C-H面外摇摆振动模式(ω_(C-H))等五种。本文主要以乳胶ω_(C-H)为研究对象,进一步开展相关二维红外光谱的研究,考查温度对于乳胶分子结构的影响。研究发现:乳胶ω_(C-H)在837cm^(-1)和841cm^(-1)频率处有红外吸收峰,而随着测定温度的升高,乳胶ωC-H红外吸收强度的变化快慢顺序为:837cm^(-1)>841cm^(-1)。此项研究拓展了ATR-FTIR技术在乳胶热变性方面的研究范围。

聚乙烯亚甲基面内摇摆振动二维红外光谱研究

在293-393 K范围内,分别测定聚乙烯的一维红外光谱、二阶导数红外光谱、四阶导数红外光谱和去卷积红外光谱来确定聚乙烯分子结构。进一步采用二维红外光谱研究了聚乙烯亚甲基面内摇摆振动模式（ρCH2）。研究发现,聚乙烯分子中同时存在晶区和非晶区。随着测定温度的升高,聚乙烯分子中ρCH红外吸收强度变化快慢顺序为：720cm^-1（ρ2（CH2）crystalline）〉731cm^-1（ρ（CH2）crystalline）〉725 cm^-1（ρ（CH2）amorphous）。此项研究显示出二维红外光谱在高分子材料热变性分析中的重大作用。

二维红外相关光谱法研究温度对交联胶原结构的影响

采用傅里叶红外光谱和二维相关分析研究了改性前后胶原在升温(25～115℃)过程中结构的变化。结果显示,改性前后胶原的特征吸收峰强度降低,峰值向低波数移动,其中酰胺II带的变化最明显,降低了～10cm-1,表明维系胶原三股螺旋结构稳定的氢键被破坏,结构发生改变。在1 515cm-1处自相关峰强度最强,说明温度对酰胺II带的影响最大。与未改性胶原相比,改性胶原的相关程度更弱,表明改性胶原结构受温度影响要小,交联提高了胶原的热稳定性;改性后胶原结构变化的顺序也不一样。由此可见,二维红外相关分析法能提供由温度引起的胶原结构动态变化的微观信息,对进一步研究改性胶原结构和功能之间的关系有一定的意义。

聚乙烯亚甲基的变角振动二维红外光谱研究

在293-393 K范围内,分别测定聚乙烯的一维红外光谱、二阶导数红外光谱、四阶导数红外光谱和去卷积红外光谱来确定聚乙烯分子结构。进一步采用二维红外光谱研究了聚乙烯亚甲基变角振动模式（δCH2）。研究发现,聚乙烯分子中存在晶区,非晶区,晶区/非晶区过渡区。随着测定温度的升高,聚乙烯分子中δCH2红外吸收强度变化快慢顺序为：1 457 cm^-1（δ（CH2）amorphous）〉1 468 cm^-1（δ（CH2）interfacial region）〉1 462 cm^-1（δ（CH2）crystalline）〉1 473 cm^-1（δ（CH2）crystalline）。此项研究显示出二维红外光谱在高分子材料热变性分析中的重大作用。

二甲基硅油CH_3变形振动模式ATR二维红外光谱研究

在303 K^393 K的温度范围内,首先采用变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR),分别研究了二甲基硅油的一维红外光谱,二阶导数红外光谱,去卷积红外光谱和四阶导数红外光谱。实验发现:在1800 cm-1~600 cm-1的频率范围内,二甲基硅油主要存在着CH3伸缩振动模式(νSi-CH3)、CH3变形振动模式(δSi-CH3)、CH3摇摆振动模式(ρSi-CH3)、Si-O伸缩振动模式(νSi-O)和Si-C伸缩振动式(νSi-C)等5种红外吸收模式。以二甲基硅油的δSi-CH3为研究对象,进一步开展相关二维红外光谱的研究,考查温度对于二甲基硅油δSi-CH3红外吸收强度变化的影响。实验发现:二甲基硅油δSi-CH3在1253 cm-1和1258 cm-1频率处有红外吸收峰,而随着测定温度的升高,δSi-CH3红外吸收强度的变化快慢顺序为:1258 cm-1>1253 cm-1。本项研究拓展了ATR-FTIR技术在二甲基硅油热变性方面的研究范围。

固相葡萄糖异构体二维红外光谱研究

采用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)技术,研究了固相葡萄糖的结构。实验发现:固相葡萄糖同时存在着O-H伸缩振动模式(νOH),CH_2不对称伸缩振动模式(νasCH_2),CH2对称伸缩振动模式(νsCH2),CH2变角振动模式(δCH_2),C-O伸缩振动模式(νC-O),O-H面内弯曲振动模式(δOH),葡萄糖环振动模式(νⅠ)和葡萄糖环呼吸振动模式(νⅢ)等。采用二维红外光谱(2D-IR)技术,研究了固相葡萄糖νⅠ和νⅢ。实验发现:固相葡萄糖存在着α-D-(+)-吡喃葡萄糖及β-D-(+)-吡喃葡萄糖两种异构体,并进一步来研究温度变化对于固相葡萄糖异构体结构的影响。

聚四氟乙烯F-C-F伸缩振动二维红外光谱研究

在303～393 K的温度范围内,测定聚四氟乙烯F-C-F伸缩振动模式（WCF2）的一维红外光谱.研究发现：1220 cm-1的红外吸收峰归属于聚四氟乙烯F-C-F不对称伸缩振动模式（VasCF2）,而1150 cm-1的红外吸收峰则归属于聚四氟乙烯F-C-F对称伸缩振动模式（VsCF2）.进一步研究了聚四氟乙烯VCF2的二阶导数红外光谱、四阶导数红外光谱,发现聚四氟乙烯VasCF2在1210 cm-1和1260 cm-1处裂分为双峰;而聚四氟乙烯VsCF2则在1145 cm-1、1155cm-1和1175 cm-1裂分为3个吸收峰.最后研究了聚四氟乙烯二维红外光谱,考察了温度对于聚四氟乙烯VCF2吸收强度变化的影响.研究发现：随着测定温度的升高,聚四氟乙烯VCF2红外吸收强度变化快慢的顺序为：1145 cm-1＞1210 cm-1＞ 1155 cm-1＞ 1175 cm-1＞ 1260 cm-1.本项研究拓展了二维红外光谱在聚四氟乙烯热变性方面的研究范围.

聚四氟乙烯F-C-F弯曲振动二维红外光谱研究

在303~393K的温度范围内,分别测定聚四氟乙烯F-C-F弯曲振动模式(δ_(CF2(PTFE)))的一维红外光谱、二阶导数红外光谱、四阶导数红外光谱和去卷积红外光谱。研究发现:640和620cm^(-1)附近的吸收峰归属于F-C-F面外摇摆振动模式(ω_(CF2-A)和ω_(CF2-B)),550cm^(-1)附近的吸收峰归属于F-C-F剪式振动模式(δ_(CF2)),而500cm^(-1)附近的吸收峰则归属于F-C-F面内摇摆振动模式(ρ_(CF2))。最后研究了聚四氟乙烯二维红外光谱。研究发现:随着测定温度的升高,δ_(CF2(PTFE))吸收强度变化快慢的顺序为:550cm^(-1)(δ_(CF2))>500cm^(-1)(ρ_(CF2))>620cm^(-1)(ω_(CF2-B))>640cm^(-1)(ω_(CF2-A))。本项研究拓展了二维红外光谱技术在聚四氟乙烯材料热变性的方面的研究范围。

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。