基于显微共聚焦拉曼光谱结合机器学习方法对粉底液的分类研究

为建立一种快速检验粉底液样品的方法,运用显微共聚焦拉曼光谱和机器学习对不同品牌、色号、价格的粉底液进行分类研究。首先将收集到的50个粉底液样品的拉曼光谱数据利用Savitzky-Golay平滑和归一化算法进行预处理;其次通过主成分分析法进行特征值提取,提取前2个主成分用于后续研究;采用K-Means聚类法将50个样品分成5类,系统聚类法验证分类结果;最后以40个样品为训练集,10个样品为测试集搭建支持向量机(SVM)分类模型。结果表明在Linear核函数下的SVM模型训练集和测试集的准确率可达90%。说明该方法能够实现区分粉底液品牌和价格自动化,为公安机关物证检验、定罪处罚提供新思路。

基于共聚焦拉曼光谱技术检测茶叶中非法添加美术绿的研究

利用共聚焦拉曼光谱技术对茶叶中非法添加的重金属染料——美术绿进行检测研究。首先通过特定的浓缩方法,获取了五个浓度水平美术绿茶汤样本的拉曼光谱。通过比对标准品拉曼光谱,对混有美术绿的样本光谱进行了定性分析。并找到了能够用于定性鉴别茶叶中美术绿的4个主要拉曼特征波数,分别为1 341,1 451,1 527和1 593cm^(-1)。对原始拉曼光谱进行预处理后,融合反向间隔偏最小二乘(biPLS)、竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)对拉曼光谱中美术绿的特征波段进行深入挖掘,最终优选出了14个特征波数。基于这14个特征波数分别建立了偏最小二乘(PLS)回归模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型,结果表明,两类模型均具有好的稳健性和很高的预测能力,模型的建模集、验证集和预测集的决定系数(R^2)均超过了0.9,证明了所提取出来的特征波数的有效性。与偏最小二乘回归模型相比,基于LS-SVM的非线性定量检测模型的效果更佳,预测集决定系数(R^2)达到0.964,均方根误差(RMSE)为0.535。以上研究结果表明,共聚焦拉曼技术结合特定的样品处理方法及化学计量学方法,可以实现茶叶中非法添加美术绿的定量检测。该研究为茶叶中非法添加美术绿这一食品安全问题的有效监管提供了帮助。

不同品种牛乳脂质的共聚焦拉曼光谱指纹图谱

不同品种的乳脂肪球的组成成分不同,从而导致脂肪在乳中的存在形式和最终的乳品品质存在差异。利用拉曼光谱测定黑白花牛乳、水牛乳及牦牛乳中脂质球的脂质和脂肪酸成分,比较不同品种牛乳的脂质组成差异。结果显示,牦牛乳的2 885/2 850cm^(-1)比值较高,表明牦牛乳脂质球趋于形成结晶态脂肪球膜包裹流动态内核的结构。与黑白花牛乳相比,牦牛和水牛乳的1 655/1 443cm^(-1)比值较高,表明黑白花牛乳的脂肪酸不饱和程度低于其他两种牛乳;水牛乳小脂肪球的脂肪酸不饱和度高于牦牛乳,大脂肪球的则低于牦牛乳。综上可知,用牦牛乳分离而得的稀奶油较其他牛乳难熔化,搅拌耗时更长,但形成的黄油更柔软;而水牛乳由于脂肪球较大,适用于奶油的加工和脂肪球膜的分离。

激光共聚焦拉曼光谱法检测潜在指纹上的太安

采用激光共聚焦拉曼光谱法检测潜在指纹上太安(PETN)颗粒。用手指蘸取PETN炸药粉末后在铝箔胶带表面按压,对指纹表面进行喷碳处理后,在激光共聚焦拉曼光谱仪上在白光条件下以10倍物镜采集指纹,再在激光条件下以50倍长焦物镜对指纹上4.0mm×4.0mm的区域进行成像,根据PETN的特征拉曼散射峰得到PETN颗粒在指纹上的分布信息。通过液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)对试验结果的准确性进行了确认。

激光共聚焦拉曼光谱技术在烟火药检验中的应用

目的建立微量烟火药的无损检验方法。方法利用激光共聚焦拉曼光谱技术对烟火药进行检验。结果烟火药的不同组分具有不同的拉曼特征散射峰。结论利用激光共聚焦拉曼光谱技术可以对烟火药中的不同组分进行检验,通过成像技术可得到不同组分的分布信息,该方法具有检验灵敏度高、无需样品制备、无损检材等优点。

共聚焦拉曼光谱法在β-熊果苷经皮渗透性研究中的应用

通过共聚焦拉曼光谱法在体研究了面霜中β-熊果苷在皮肤角质层中的渗透性,得到了使用产品不同时间后β-熊果苷在皮肤中的渗透深度和渗透量,为β-熊果苷等成分经皮渗透性研究提供新的无创在体检测方法。结果表明,5名受试者皮肤角质层厚度为(18.05±2.96)μm,受试者单次使用测试面霜15min及60min后β-熊果苷在角质层的渗透量随着时间的延长而逐渐增加,且随着渗透深度的增加而逐渐减少。共聚焦拉曼光谱法是一种在体检测方法,可无创、快速实现目标成分在皮肤中的检测,且能实现皮肤精准深度测量,为化妆品或药物中有效成分的渗透性研究提供新的检测手段。

应用共聚焦拉曼光谱法对烟酰胺在人体皮肤角质层渗透性的研究

通过对受试者使用含烟酰胺成分的产品不同时间皮肤拉曼光谱的分析,检测烟酰胺在皮肤角质层中的渗透深度及渗透量,对烟酰胺在皮肤角质层内的透皮吸收性能进行评价,验证共聚焦拉曼光谱技术在成分透皮吸收领域应用的可行性。结果表明,烟酰胺的拉曼特征峰在不同基质中具有稳定性,含3%烟酰胺的膏霜涂抹于皮肤后,烟酰胺在皮肤中渗透量随着时间延长而增加,2 h后含量(AUC)约55520.06。从拉曼光谱及渗透量变化的定性和定量角度表明:含3%烟酰胺的膏霜涂抹于皮肤2 h后,烟酰胺渗透深度约为16μm。共聚焦拉曼光谱法在烟酰胺的渗透性研究中得到了有效的应用,其研究方法可为化妆品、药品等成分的经皮吸收提供方法参考。

共聚焦拉曼光谱研究ZnSO_4微液滴的风化过程

通过共聚焦拉曼原位光谱技术在分子水平上研究了沉积在聚四氟乙烯基底上的ZnSO4微液滴的风化过程。根据获得的高信噪比的Raman光谱,详细探讨了湿度降低时ZnSO4微液滴中Zn2+和SO24-离子的缔合行为,即经由单齿、双齿最终转化为复杂的链状或网状接触离子对。利用曲线拟合技术对其光谱的ν1-SO24-峰进行分峰,获得了不同湿度下ZnSO4微液滴中各组分的量化信息:高湿度时,液滴中主要包含自由的水合SO24-;随着湿度降低,自由SO42-逐渐向单齿、双齿接触离子对转化,并在湿度为66%和34%时分别达到其最大值;继续降低湿度,复杂的链状或网状接触离子对逐渐成为液滴中的主要成分。

皮肤组织显微共聚焦拉曼光谱成像研究

显微共聚焦拉曼光谱成像技术(Confocal Raman Microspectroscopy Imaging,CRMI)能够对样品微区进行精确无损的拉曼光谱分析和光谱图像扫描,提供生物样品的无损高分辨光学信息。本项研究工作,利用CRMI技术实验获取了正常人体离体皮肤组织的拉曼光谱特征,并结合典型特征峰的扫描图像,探讨了脂类、蛋白质等成分在皮肤真皮层的分布特点。实验发现皮肤组织真皮层内胶原蛋白的拉曼特征峰1 248 cm-1强度及其空间分布尤为突出,这一实验结果与组织学中胶原纤维占真皮结缔组织95%的事实相符。实验结果显示,CRMI技术能够全面诠释生物组织内部生化组成与分布信息,在实验描述皮肤组织病理变化的分子生物学机制方面具有广阔的应用前景。

含偶氮两亲分子自组装单层膜的扫描力显微镜和共聚焦拉曼光谱研究

两亲性分子在液 /固界面组装成二维有序的结构是目前超分子科学研究的热点。含有偶氮苯单链季铵盐化合物 4-[(4’ -十二烷氧基 )偶氮苯氧基 ]己基三乙基溴化铵 (简写为C12 AzoC6 N+)在水溶液中能聚集成胶束 ,当它自组织到新鲜的云母片上时 ,则形成二维有序的纳米尺寸的树枝状条带结构。为了进一步系统的研究该自组织树枝状条带结构单层膜的性质 ,本文利用扫描力显微镜 (SFM)研究了该化合物在大于其临界胶束浓度时在新鲜的云母片上自组织成树枝状条带结构的行为 ,并通过共聚焦拉曼光谱对该自组织树枝状条带结构单层膜进行了测试 ,指认了固体和自组织单层膜的拉曼位移。通过比较 ,我们进一步确认了在云母片上的自组织的二维有序的纳米尺寸树枝状条带单层膜的结构。这将为这种二维有序的纳米尺寸树枝状条带结构将来的应用奠定基础。

共聚焦拉曼光谱法对体内皮肤的分析研究

综述了体外皮肤分析技术的弊端。采用共聚焦拉曼光讲体内皮肤分析技术可以克服体外分析的缺点同时能满足化妆品市场评估角质层的需求。体内分析为皮肤研究开辟了新的领域。

基于MLP-BDA融合模型的塑钢窗显微共聚焦拉曼光谱分类

为了对案件中出现的塑钢窗类检材进行无损、准确的识别与认定,通过实验建立了基于预处理并结合数学建模的分类方法。运用显微共聚焦拉曼光谱分析技术获取了“金鹏”、“瑞恒”等5个品牌共计150份的光谱谱图。基于构建的多层感知器模型,比较了Savitzky-Golay滤波、希尔伯特变换和小波变换三种预处理方式在模型识别精度方面的差异。选择最佳预处理方式,进一步构建Bayesian分类模型对各样本进行分类区分。结果表明,显微共聚焦拉曼光谱能够反映出不同样本理化信息方面存在的差异。预处理能够提升模型的识别精度,其中小波变换处理(96%)>基于希尔伯特变换处理(80%)>基于Savitzky-Golay滤波处理(76%)>未处理(72%)。小波变换没有改变波峰区及其吸光度,但它去除了光谱数据中的噪声。基于小波变换处理结合Bayesian判别分析,成功实现了对150份样本100%的准确区分。

激光显微共聚焦拉曼光谱仪对红色墨迹的研究

目的利用激光显微共聚焦拉曼光谱仪对文书中常见的红色墨迹材料进行表征,研究该方法对红色墨迹材料的区分能力。方法在785nm激发波长,50倍物镜条件下,对49种红色印文,以及9种彩色喷墨打印和13种彩色激光打印的红色墨迹材料进行拉曼光谱表征。结果通过对71种墨迹样品的谱图进行分析,可以发现,红色印文墨迹、喷墨打印红色墨迹及激光打印红色墨迹的拉曼光谱间均存在差异,同时,拉曼光谱可将这三种墨迹材料分别进一步区分。结论显微共聚焦激光拉曼光谱可对红色墨迹材料进行有效表征和区分。这一方法可对红色印文墨迹进行识别,并且可实现对伪造印文文件的鉴别。

拉曼光谱研究表面活性剂对皮肤刺激和皮肤防护的体内分子机制

为了更好地研究表面活性剂对皮肤损伤和皮肤防护的分子机制,需要研究人(内源性物质和结构)、物质(刺激物和抗刺激活性物)、以及人与物质的相互作用。然而,在人体上分子水平的机制研究报道很少。共聚焦拉曼光谱可以开展此类研究,因其可以在体、实时和非侵入式地测定角质层中的某些内源性或外源性物质,并分析角质层结构。文章以十二烷基硫酸钠(SDS)作为刺激剂,通过共聚焦拉曼光谱扫描志愿者前臂屈侧皮肤12μm深度内,定性和半定量地测量SDS经皮吸收的相对量和深度,以及SDS“入侵”时皮肤脂质相对含量和结构的变化。结果表明,SDS经皮吸收进入角质层,导致角质层脂质流失和脂质有序性降低。据报道刺激物的进入量和深度是影响皮肤刺激程度的两个主要因素,文章首次在人体上通过SDS给予证实;此外,文章首次发现SDS引起的人体皮肤屏障损伤的第三个因素,我们称之为“刺激传导网络”,即SDS对皮肤的损伤不仅局限于其所到之处,“刺激传导网络”可以将刺激损伤传递到SDS未到达的更深更远处。通过拉曼光谱对皮肤内部进行研究,并结合体外手段例如3D皮肤等,结果一致,进而提出了“现实世界发生的”SDS诱导皮肤损伤的分子学机制。根据该机制设计的表面活性剂拮抗剂简称ASF,数据显示,可以有效阻挡SDS的经皮吸收,进而有效阻止皮肤脂质流失和脂质有序性的降低,对皮肤屏障的保护效果很好,为表面活性剂在人体刺激机制以及保护机制提供进一步佐证。

通过共聚焦显微拉曼光谱法研究三肽-1铜经皮吸收

通过共聚焦显微拉曼光谱法,检测受试者使用含三肽-1铜(Copper tripeptide-1,GHK-Cu)的面膜1 h后,皮肤深度0~27μm的拉曼光谱,分析GHK-Cu在人体皮肤内的经皮吸收。共聚焦拉曼光谱法检测结果表明,1570~1622 cm^(-1)处为GHK-Cu的特征信号峰,受试者使用含0.1%(质量分数)GHK-Cu的面膜1 h后,GHK-Cu在皮肤深处27μm处仍有吸收,且GHK-Cu在皮肤深度0~27μm处的经皮吸收相对总量为2.862(a.u.)。该研究结果可以为GHK-Cu作为活性成分在化妆品中的应用提供参考。

激光共聚焦显微拉曼光谱仪校准程序

作为一种常规光谱测量技术,拉曼光谱仪应用广泛并具有特定的校准方法。主要面向激光共聚焦显微拉曼光谱仪,概括介绍了激光共聚焦显微拉曼光谱仪的测量原理、结构及主要组成部分,重点介绍了激光共聚焦显微拉曼光谱仪的校准项目和校准过程,重点是分光计(摄谱仪)校准和激光器激发波长校准。在传统校准方法的基础上提出了一种更准确、新的获得实际激发波长的方法,即在Δν=0处校准的方法。根据此新的激发波长校准方法测量单质硫的拉曼频移,并将硫的拉曼频移值与美国材料与试验协会(ASTM)值比较。结果表明此校准步骤正确,从而进一步提出了一种更为合理的激光共聚焦显微拉曼光谱仪的校准程序。

激光显微共聚焦拉曼光谱研究硫酸氢氯吡格雷片晶型及其判别模型的建立

目的：采用激光显微共聚焦拉曼光谱仪研究硫酸氢氯吡格雷片晶型并建立定性判别模型。方法：建立硫酸氢氯吡格雷2种晶型的拉曼对照图谱,用OPUS软件聚类分析法判别出国内外不同厂家硫酸氢氯吡格雷片的晶型,再通过建立定性鉴别模型鉴别未知样品。结果：聚类分析结果表明8批硫酸氢氯吡格雷片均属于Ⅰ晶型,3批硫酸氢氯吡格雷片均属于Ⅱ晶型,采用一阶导数法和矢量归一化法处理图谱,用因子分析法计算,选择500~743、900~1000、1400~1650 cm-1谱段建立定性模型,经验证,该模型的灵敏度、专属性、阴性预报性和检出效率均良好。结论：激光显微共聚焦拉曼光谱仪可用于固体口服制剂的晶型判别及实现快速、准确的定性鉴别。

激光显微共聚焦拉曼光谱研究卡马西平片晶型及其判别模型的建立

目的采用激光显微共聚焦拉曼光谱仪研究卡马西平片晶型并建立定性判别模型。方法建立卡马西平4种晶型的拉曼对照图谱,用OPUS软件聚类分析法判别出国内不同厂家卡马西平片的晶型,再通过建立定性鉴别模型鉴别未知样品。结果聚类分析结果表明,4批卡马西平片均属于晶型Ⅲ,采用一阶导数法和矢量归一化法处理图谱,用因子分析法计算,选择200~500、650~850、1 000~1 100、1 500~1 700 cm^(-1)谱段建立定性模型,经验证,该模型的灵敏度、专属性、阴性预报性和检出效率均良好。结论激光显微共聚焦拉曼光谱仪可用于卡马西平片的晶型判别及实现快速、准确的定性鉴别。

白云鄂博碳酸岩脉的显微共聚焦激光拉曼光谱分析

白云鄂博矿区发育的脉状稀土碳酸岩,由于其结晶迅速,矿物颗粒细微,其中的微小矿物的鉴定一直是一个难题。应用显微共聚焦激光拉曼光谱仪则能较好地解决这一问题。研究表明,白云鄂博地区存在富稀土白云质岩浆碳酸岩脉,早期阶段形成碱性长石和铁白云石,无稀土矿化;铁白云石常常出溶铁质而自身则形成方解石。霓石和方解石形成略晚,常常与氟碳铈矿等稀土矿物共生,出现强烈的稀土矿化;而无解理的方解石则形成于更晚的岩浆期后热液阶段,发育大量的流体包裹体,并出现强烈的铌、稀土矿化。铌铁矿分布在氟碳铈矿中和赤铁矿边缘,为热液交代作用的产物。早期结晶的矿物如碱性长石、铁白云石稀土矿化弱,岩浆晚期分异出大量的流体相,稀土元素和Sr等进入岩浆热液中,并在热液结晶矿物中富集,甚至在非平衡结晶的石英中产生强烈的稀土矿化。结合岩相学显微观察,显微拉曼探针很好的揭示了这一地质过程。同时为白云鄂博矿床铌、稀土矿化的热液交代成因提供了依据。

基于共聚焦显微拉曼光谱的毛竹细胞结构和成分研究

采用共聚焦显微拉曼光谱对毛竹薄壁细胞、薄壁纤维过渡细胞和纤维细胞进行研究。通过构建偏最小二乘(PLS)定量区分模型来对这三种细胞中的差异进行分析,结果表明,该区分模型的建模和交互验证决定系数(R^2)分别为0.810和0.800,均方根误差(RMSE)分别为0.323和0.332。根据这一模型的回归系数,发现三种细胞的区别主要体现在1 095,1 319和1 636cm^(-1)三个波数,这三个波数分别为纤维素、半纤维素和木质素的指纹特征峰。以这三个波数为自变量建立多元线性回归(MLR)模型,该回归模型的建模和交互验证决定系数(R^2)分别为0.644和0.643,均方根误差(RMSE)分别为0.442和0.443,表明三种细胞在这三个波数处存在明显的差异。对小波变换基线消除后的拉曼光谱信号进行化学成像分析,结果显示,纤维素微纤维与纤维轴成一个很大的角度,这一结构有利于提高细胞的弹性模量和硬度。半纤维素和纤维素微纤维通过氢键相连,并在范德华力的作用下紧密地结合在一起,因此在拉曼化学成像中可以看到半纤维素和纤维素有相似的分布规律。三种细胞的细胞角和胞间层都高度的木质化,从细胞壁外层到内层木质化程度逐渐降低,表明细胞壁的木质化从细胞角和胞间层开始,且木质化程度并不完全。