荧光光谱法结合多元曲线分辨-交替最小二乘法研究伞形花内酯与牛血清白蛋白的相互作用

在模拟人体生理条件下(pH=7.4),用荧光光谱法结合多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)研究伞形花内酯与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用.采用两种不同的试剂滴加模式对伞形花内酯与BSA的相互作用进行研究,对经典的荧光光谱数据矩阵加以扩展,增加了实验数据的信息量;进而应用MCR-ALS对该扩展的荧光光谱矩阵进行迭代计算,较好地分辨出作用过程中浓度变化趋势图,并计算出伞形花内酯与BSA的表观结合常数和结合比.通过同步荧光光谱法发现伞形花内酯对BSA的构象有一定的影响.

多元曲线分辨-交替最小二乘法应用于延胡索药材指纹图谱中重叠峰分辨及延胡索乙素的含量测定

采用光谱相关色谱法对延胡索药材指纹图谱中的有效组分延胡索乙素峰进行确认;利用多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)对延胡索乙素重叠峰簇进行解析,得到延胡索乙素的真实色谱峰,其光谱还原率大于0.999,并对其进行准确定量,该方法可作为指纹图谱的辅助方法,为中药的真伪鉴定和质量客观评价提供可靠依据;最后讨论了药材的炮制对延胡索乙素含量的影响。

荧光光谱结合多元曲线分辨-交替最小二乘法研究十二烷基三甲基溴化铵与牛血清白蛋白的相互作用

模拟pH=7.4的人体生理条件,用荧光光谱法结合多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS),研究表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。为增加实验数据的信息量,本实验采用顺序不同的两种滴加方式得到扩展的荧光光谱数据矩阵;进而采用渐进因子分析法(EFA)得到作用体系中各组分浓度变化曲线的初值,再应用MCR-ALS对该扩展荧光光谱矩阵进行迭代计算,较好地分辨出动态作用中各种物质的浓度变化趋势图,并由此曲线推断出CTAB与BSA的表观结合常数和结合比。

不同数据重构方法对多元曲线分辨的影响

多元曲线分辨在实际应用中能够对未知体系解析获得其中的主成分对应的纯光谱信息和浓度信息。但是当信号响应中存在非线性响应的情况下往往会出现一些难以解释的结果。为此本文分别采用主成分分析、小波变换、流形学习等线性和非线性的方法对原始数据进行重构,去除其中可能存在的干扰背景和非线性主成分,然后通过MCR的方法在特定约束条件下解析其中的主成分信息,获得更接近于真实情况的结果。本文通过MCR方法分析了重构后的宫颈癌组织切片成像和萌发种子成像数据,消除了拉曼光谱中的荧光背景的影响,也降低了一部分极强的拉曼吸收峰波段产生的非线性影响,提供了更为清晰地光谱解析结果,使光谱中更为细微的特征峰凸显出来,并提高了分析结果的可解释性。

形状平滑约束在多元曲线分辨交替最小二乘(MCR-ALS)解析高光谱成像中的应用

高光谱成像在多学科研究中提供了丰富的数据信息,由于数据量庞大,研究人员使用化学计量学方法对这些数据的信息进行提取。多元曲线分辨交替最小二乘(MCR-ALS)方法能够分辨混合体系的高光谱数据中的纯组分对应的光谱和浓度信息,得到了广泛的使用。为了进一步提高MCR-ALS对高光谱的解析能力,本文使用了形状平滑约束(SSC)分别分析了模拟数据和实验数据,结果表明,通过形状平滑约束,能够进一步提高MCR-ALS对高光谱数据解析的准确度,而且使MCR减少了扭曲模糊,在二线性分辨中获得了唯一解。

多元曲线分辨-交替最小二乘方法在联用数据分辨中的应用

通过对模拟数据和高效毛细管电泳实验数据的分析,讨论了多元曲线分辨-交替最小二乘方法(MCR-ALS)在毛细管电泳-二极管阵列检测(CE-DAD)联用数据分辨中的应用。讨论了几种因素对MCR-ALS单个数据矩阵分辨结果的影响,包括待分析物光谱间的相似程度、浓度曲线的重叠程度以及由渐进因子分析(EFA)所得到的浓度初始值等。MCR-ALS还可用于多个数据矩阵的同时分析,即二阶MCR-ALS。结果表明,与一阶MCR-ALS相比,二阶MCR-ALS方法能够更好地解决各种分辨问题,得到合理和满意的分辨结果。

紫外光谱法结合多元曲线分辨-交替最小二乘测定8-羟基喹啉-5磺酸酸性电离常数

提出了一种简便光度法测定8-羟基喹啉-5-磺酸(8HQS)酸性电离常数的新方法。采集不同pH值条件下8HQS的光谱数据组成测量矩阵,通过奇异值分解和渐进因子分析对数据矩阵进行分析,确定混合体系中的组分数。采用多元曲线分辨-交替最小二乘分辨出8HQS在pH1.32～11.74水溶液中3种形态的浓度变化曲线及各组分的纯光谱,并测得各级酸性电离常数分别为pKa1=3.79、pKa2=8.22。

紫外光谱法结合多元曲线分辨研究黄芩苷的转化规律

采用紫外光谱法采集不同工艺条件下黄芩苷转化过程的光谱数据,结合多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)处理获得的数据,得到黄芩苷转化反应过程中各组分的光谱图和浓度随时间变化曲线.结果表明,黄芩苷转化过程符合两步连续一级反应模型;根据不同时间点采集的多级质谱和飞行时间质谱信息,推断了黄芩苷转化产物和可能的转化途径,转化产物主要包括黄芩苷的同分异构体、黄芩素和黄芩素二聚体.对黄芩苷转化规律的研究有助于黄芩制剂的质量控制.

多元曲线分辨结合在线红外光谱用于3-氨基-4-氨基肟基呋咱的合成反应机理

利用红外光谱在线监测丙二睛、亚硝酸钠和盐酸羟胺合成3-氨基-4-氨基肟基呋咱的反应过程,采用多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)、直观推导式演进特征投影法(HELP)等化学计量学方法对反应过程所获得的实时红外光谱数据矩阵进行解析,得到了各组分纯物质的浓度变化曲线和对应的红外光谱,并将多元曲线分辨-交替最小二乘法与直观推导式演进特征投影法的分析结果进行比较,得出可相互验证的一致结论,据此推出该反应合理的反应机理。2种方法得到的反应物与生成物的光谱与原光谱的相似度近似于1,说明该解析方法具有准确性和可靠性。结果表明,化学计量学结合红外光谱可有效的应用于3-氨基-4-氨基肟基呋咱合成过程的机理推断。

核磁共振光谱结合选择性约束的多元曲线分辨解析绿豆种子萌发中的代谢变化

绿豆作为一种大宗粮食作物,营养丰富,可以直接食用,也可培育为豆芽或制成淀粉及其制品等。研究种子的萌发过程能够为粮食研究提供重要的科学依据和数据基础,为了研究植物在代谢过程中代谢物的变化,分别对绿豆种子在24,36和48 h的萌发样品进行代谢物的提取,通过^1H-NMR测试,分析绿豆在不同萌发时间内代谢物的变化。^1H-NMR除无损、稳定等特点外,尚存在一些不足,例如该方法灵敏度较低,在复杂体系中谱峰会存在严重重叠现象,不易分辨代谢物特征峰,因此需要化学计量学方法对其中的信息进行提取。采用了多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)分析NMR的代谢组学数据。MCR为双线性模型,能够将测定的复杂数据矩阵分解并提供各主成分NMR纯光谱和其对应的相对浓度,在代谢组学中能够获得具有实际理化意义的结果,便于检索光谱中对应谱库的代谢物及其浓度变化。仅使用非负约束往往导致双线性模型无法获得唯一解,在本文中,MCR迭代过程除了施加非负约束还使用了选择性约束,对于判断不包含相应代谢物的主成分,可将其^1H-NMR谱图强度约束为零。结果表明,乙酸、胆碱在绿豆萌发前期存在,萌发后期含量呈现升高趋势;蔗糖、缬氨酸、α-酮戊二酸色氨酸、苯丙氨酸、肌苷在萌发之前未见存在,随绿豆萌发含量逐渐增加;O-甲基鲨肌酸、磷酸胆碱、α-葡萄糖在萌发前存在,在萌发初期不断增加,直至萌发后期,因被消耗而含量逐渐降低,表现出先增加后降低的趋势。乳酸、2-氨基-4-氧戊酸、苹果酸、柠檬酸、胆碱、棉籽糖家族寡糖、α-半乳糖、N1-甲基烟酸在绿豆萌发期间一直存在,含量未见明显变化。MCR能够方便地利用先验性质提供NMR中包含的代谢物信息,此方法可推广到不同植物的代谢研究中。

结合多元曲线分辨与洛伦兹谱形约束的拉曼光谱分解算法

拉曼光谱解析法通常需要已知纯物质的光谱。本研究提出了一种结合多元曲线分辨与洛伦兹谱形约束的拉曼光谱分解法。此方法基于拉曼光谱的线性叠加模型,在不需要已知混合物中纯物质组分的前提下,首先对混合物光谱矩阵进行主成分分解;使用渐进因子法分析混合物光谱矩阵测量点方向上各特征值的出现及消失顺序,从而得到纯物质组分个数及纯物质谱峰范围,实现对纯物质光谱矩阵的初步估计;使用基于洛伦兹谱形约束的交替迭代最小二乘算法进一步优化纯物质谱形。在优化过程中,首先对纯物质光谱进行洛伦兹函数拟合,并基于拟合得到的纯物质光谱进行交替迭代最小二乘回归,得到更新后的纯物质光谱矩阵与系数矩阵。重复上述过程,直到对混合物光谱的拟合误差小于设定的阈值。将本方法应用于吸附塔循环液的混合物拉曼光谱分解,得到了其中所包含的相关纯物质谱图,通过对主要成分对二甲苯进行多次小样本的定量分析实验,证明了本方法的有效性。

多元曲线分辨法在聚合物红外成像研究中的应用

多元曲线分辨(MCR)是一种强有力的多维数据分析及建模工具,它能够从混合体系中提取独立组分的纯光谱及其浓度分布,而不需要提前知道体系中的纯组分数或组分的性质。红外图像包含大量多维信息,将多元曲线分辨应用于红外成像可以提取图像数据集中隐藏的化学信息。该工作将MCR与红外成像结合应用于聚合物研究,取得很好的结果。这种方法在其他领域同样也有很好的应用前景。

多元曲线分辨方法和红外光谱用于奥克托今合成机理

通过红外光谱在线监测1,5-二乙酰基-3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(简写DADN)合成奥克托今(HMX)的反应过程,利用渐进因子分析(EFA)、多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)和直观推导式演进特征投影法(HELP)等化学计量学方法对反应过程获得的光谱信息进行解析,得到了各组分浓度变化曲线和对应的红外光谱,并将MCR-ALS和HELP两种方法的分析结果进行比较,得出可相互验证的一致结论,从而推测出该反应合理的反应机理。所得结果与文献报道吻合,表明化学计量学方法结合在线红外光谱是研究奥克托今合成机理的有效手段。

多元曲线分辨等方法和红外光谱用于二硝基五亚甲基四胺的合成反应机理研究

通过红外光谱在线监测强酸催化下硝酰胺、甲醛和氨水合成二硝基五亚甲基四胺(DPT)的反应过程,利用渐进因子分析(EFA)、直观推导式演进特征投影法(HELP)和多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)等化学计量学方法对反应过程获得的红外光谱信息进行解析,得到了各组分纯物质的浓度变化曲线和对应的红外光谱,并把多元曲线分辨-交替最小二乘法与直观推导式演进特征投影法的分析结果进行比较,得出可相互验证的一致结论,以此推测出该反应合理的反应机理.化学计量学方法对在线红外光谱信息的分辨可以快速有效地反映DPT合成过程中各组分的浓度和红外光谱变化情况,对其反应机理研究具有重要指导意义.

基于多元曲线分辨-交替最小二乘-紫外光谱监控地黄炮制过程

称取若干地黄样品,用去离子水定容、超声震荡、过滤后测定紫外(UV)光谱。采用多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)分析测得的UV光谱数据,提取出3种纯组分的UV光谱,并计算混合体系中其相对浓度。结果表明,从混合组分中提取的UV光谱可以用来将炮制过程中混合组分简单地定性,根据这些组分相对浓度升降的变化趋势,监控地黄炮制过程,确定炮制终点。MCR-ALS-UV法为监控地黄炮制过程及确定炮制终点提供了新途径。

多元曲线分辨结合在线红外光谱用于4-氨基-3,5二甲基吡唑的合成机理研究

应用红外光谱在线监测2,3,4-戊三酮-3-肟和水合肼合成4-氨基-3,5-二甲基吡唑的反应过程,采用多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)以及直观推导式演进特征投影法(HELP)等化学计量学方法对所获得的实时动力学红外光谱数据矩阵进行解析,获得了反应物、中间体及产物的浓度变化曲线和对应的红外光谱。并将两种方法的分析结果进行比较,得出可相互验证的一致结论,以此推出该反应的合理机理。结果表明实验所选的化学计量学方法结合在线红外可以快速、有效反映4-氨基-3,5-二甲基吡唑合成过程中各组分的浓度变化和红外光谱的变化,对其反应机理的研究具有重要的指导意义。

可见-近红外高光谱成像结合化学计量学分辨人面部信息

人的面部信息与指纹和虹膜一样可以用于人的身份鉴别,并且相比之下更容易实现远距离的分辨和识别。利用高光谱成像技术可以应用到人脸识别领域并获取丰富的信息和庞大的成像数据量,需要采用化学计量学方法才能充分提取其中包含的有效信息,并为计算机识别奠定基础。研究了可见-近红外高光谱成像技术对人的面部信息进行分析的可行性。结果表明,多元曲线分辨-交替最小二乘方法不同于主成分分析,能够通过主成分纯光谱和相对浓度等具有具体物理化学意义的数据表征人的面部信息,而且可以方便地根据成像数据的特点施加运算中的约束。另外,采用偏最小二乘判别分析的方法实现了对不同肤色的皮肤信号光谱进行分类。白种人和黄种人的面部高光谱信息特征相似,分类难度高于深色皮肤人种。

基于MCR-ALS高光谱重构的鲑鱼脂肪可视化研究

人们对鱼类的品质追求越来越高,因此对于开发水产养殖中鱼类重要参数脂肪含量的检测显得愈发的重要,传统的检测方法虽然经过许多研究人员的修改和改进,但仍然存在费时费力,需要专业的人员培训存在一些问题。光谱技术也存在仅使用整条鱼片作为预测样本,缺乏普遍性,整个鱼片的成分分布不均匀,采样时间过长等导致图像质量不高等问题,该研究通过MCR-ALS算法重建后的数据和图像的增益效果,评估了采用近红外高光谱成像技术预测并实现鲑鱼片重要参数(脂肪)可视化的可行性。首先将购买的新鲜三文鱼按照背面和腹部切块分割,每条三文鱼制作成20个样本,共100个样本,其中75个样本用于校正集,25个样本用于预测集。用高光谱成像系统采集三文鱼样本的光谱数据,再通过索氏提取器测定三文鱼脂肪的含量,并建立其理化值样本,然后通过MCR-ALS对光谱数据进行重构,发现重构后的光谱有效信息随着组分推荐评分上升,通过连续投影算法(SPA)选择特征波长,并建立最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型评估两种预测效果(原始和重建数据)。MCR-ALS-SPA-LS-SVM的预测精度最高,R_(p)=0.9555,RMESP=1.6505,RPD=3.3899;采用MCR-ALS和未处理的模型对鱼片脂肪进行视觉图像预测,大大减少了噪音的输入,有效还原了鱼片的轮廓,并且令鱼的脂肪条纹更加的清晰,图像质量更优。进一步分析聚类图像,通过不同成分的主成分贡献和相同成分的主成分贡献比,发现类别为20种时,样品与背景簇存在干扰,然而采用少量的簇类分析发现,仅5和10个种类即可完整描绘出整个样品的轮廓,对于光谱强反应物质存在很好的聚类效果,具有简化模型的可能。无论是数据还是图像,令人满意的预测结果证实了近红外高光谱成像用于鲑鱼脂肪定量和视觉图像预测的可行性,并且算法的优化大大缩短了检测时间,为实时在线检测创造了更好的条件。

直观推导式演进特征投影法对酶催化反应的过程分析

以丁香酸(syringic acid)为模型化合物,研究了漆酶(laccase)催化降解木质素(lignin)的复杂生化反应过程,设计了一种反应过程动态量测系统,该系统可以在5s的时间间隔测定反应体系在190～800nm波长范围内的实时光谱信息.利用固定窗口因子分析-直观推导式演进特征投影法(FSMWEFA-HELP),解析反应过程中测得的实时动力学光谱数据矩阵,得到反应物和中间体的数目及其浓度的变化和纯物质的光谱曲线,并推导出合理的反应机理.将所得结果与多元曲线分辨-交替最小二乘(MCR-ALS)方法进行了比较.

光谱法结合MCR-ALS研究盐酸克伦特罗与牛血清白蛋白的相互作用

模拟人体生理条件(pH=7.4),用荧光光谱法结合多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)研究盐酸克伦特罗(Clen)与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。实验采用同一滴加模式及荧光和紫外光谱方法研究盐酸克伦特罗与BSA的相互作用,对经典的荧光和紫外光谱数据矩阵加以扩展,增加实验数据的信息量;由渐进因子分析法(EFA)得到的因子数和体系中各组分的浓度初值后,应用MCR-ALS对该扩展的2种光谱矩阵进行迭代计算,较好地分辨出传统方法无法得到的动态作用中各种物质的光谱图和浓度变化趋势图,并根据浓度趋势图计算出Clen与BSA的表观结合常数和结合比,结果与用双对数方程得到的结合常数和作用位点数吻合。通过同步荧光光谱法进一步发现克伦特罗对BSA的构象有一定的影响。