广义二维相关光谱技术及其应用

广义二维相关光谱技术目前逐渐成为光谱分析中广泛应用的研究方法,综述了其历史发展、基本原理、获取谱图方法、数学计算过程、谱图性质及其解释规则,并介绍了二维红外、近红外、拉曼和荧光光谱相关光谱技术在各个领域中的应用,展望了广义二维相关光谱技术的发展趋势。

Solriamfetol的二维相关红外光谱分析

利用红外光谱及二维相关光谱进行了Solriamfetol进行了结构分析。检测Solriamfetol 20~150℃范围内(每隔5℃)的近红外光谱,结合红外光谱、二维相关光谱及相关文献,分析Solriamfetol分子内变化。观察分析了温度对Solriamfetol分子的羰基、脂肪胺基和酰胺基的氢键和自由基之间的影响,明确了因温度扰动,引起羰基氢键的断裂及变化规律,分析了胺基与酰胺氢键的不同,确定了不同分结构之间的变化先后顺序,并进行了红外峰的归属。联合使用二相关光谱,提高了Solriamfetol红外光谱的分辨率和可解释性。

二维相关振动光谱技术

从发展历史、计算方程、性质规则等方面系统地介绍了近年来发展起来的二维相关光谱技术。结合各种常见的一维振动光谱,如红外、拉曼、荧光、近红外 红外等光谱举例阐述了二维振动光谱的优势及其普适性。介绍了在广义二维相关光谱理论上最新延伸发展起来的二维样品 样品相关技术和二维杂化相关技术的基本理论,并将之与传统的二维变量 变量相关技术(广义二维相关光谱)进行了比较。

基于双光谱二维相关谱的葡萄糖溶液温度扰动分析方法研究

在近红外光谱分析应用中,温度扰动导致的光谱变化对于定量分析的准确度影响较大。针对温度扰动识别及定量分析的需要,研究了基于双光谱二维相关谱(2T2D-COS)的光谱扰动分析方法。选择葡萄糖水溶液为样本,根据人体血糖浓度范围和在体组织温度范围设计实验,测量样本在浓度扰动和温度扰动下的透射光谱。对其进行基线校正和滤波预处理后,通过2T2D-COS分析得到浓度扰动和温度扰动下的异步谱。结果表明,温度扰动引起的交叉峰出现在强氢键结合水对应的特征吸收波长(1474 nm)和弱氢键结合水对应的特征吸收波长(1410 nm)附近,而葡萄糖浓度扰动引起的交叉峰出现在水分子对应的特征吸收波长(1450 nm)和葡萄糖分子对应的特征吸收波长(1595 nm)附近。为了定量分析样品温度,进一步提取了温度扰动异步谱交叉峰1410 nm波长下的切片谱,其在1410~1600 nm波段的相关峰强度随温度的升高而增大,与样品温度之间具有较好的相关性;选择波长(1475±4)nm范围内的切片谱,对谱峰强度积分后进行线性拟合,建立样品温度的线性回归模型,对温度的预测均方根误差可以达到0.1259℃。以上结果表明,双光谱二维相关谱只需要对两条光谱进行运算,就可以通过异步谱中交叉峰的位置判别扰动来源,还可以根据交叉峰的强度对温度进行定量分析,且只需要较窄特征波段的光谱就可以建立高精度的温度预测模型,为简化在体光谱测量系统的设计,减少在体温度变化的影响提供了重要参考。

二维相关光谱法及其在蛋白类物质分析中的研究进展

二维相关光谱法是将特定形式的微扰作用于样品,通过测定一系列扰动作用下的动态光谱,结合数学相关分析,获取与样品中分子结构及作用力相关的二维相关谱特征。该方法主要基于分子振动光谱,将一维光谱扩展到二维空间,能有效提高光谱分辨率,从而识别原始光谱中重叠的分子振动变化特征,为研究分子内及分子间的化学键变化提供依据,在生物医学、药学、食品科学、环境科学以及高分子材料等领域应用广泛。自1986年Noda提出广义二维相关算法以来,二维相关光谱衍生出了投影二维相关、串联二维相关、基于模型的二维相关、异质谱二维相关、移动窗口二维相关等算法。随着近年来生物技术的迅速发展,多肽、蛋白质、酶等蛋白类物质由于参与人体重要生理化学反应过程,对其结构(尤其是高级构象)的分析是研究蛋白类物质质量及疗效的关键。二维相关光谱方法为生物医药中蛋白类物质结构研究提供了快速、无损的定性定量分析方法,可分析蛋白质类物质高级结构中的细微变化,为生物大分子药物机制机理研究提供有力的支撑。综述了二维相关光谱技术的基本原理、谱图解析方法和技术进展,以及其在蛋白类物质分析中的应用方向和前景,为相关领域研究人员应用二维相关光谱法开展蛋白类物质的结构和分子间相互作用等研究提供参考。

基于二维相关光谱的蓝莓贮藏品质综合评价研究

基于可见/近红外光谱技术进行蓝莓的二维相关光谱分析,以实现蓝莓综合贮藏品质的预测。该研究采集了10个贮藏时间段的蓝莓可见/近红外光谱,综合考虑了硬度、质量损失率、维生素C、可溶性固形物4个理化指标,经线性正交变换计算它们的综合得分,以此划分贮藏品质的等级。对光谱数据进行Savitzky-Golay卷积平滑(Savitzky-Golay convolutional smoothing,SG)、标准正态变换、多元散射矫正和迭代自适应加权惩罚最小二乘法的单一及组合预处理,经过对比分析,SG预处理后所建立的模型预测精度最优,预测结果达到了94.59%。在此预处理的基础上,进行蓝莓的二维相关光谱分析,以蓝莓的综合得分作为外扰,优选出4个自相峰所对应的波长作为特征波长,然后利用支持向量机建立蓝莓综合贮藏品质的预测模型。结果表明所建立的模型得到了较优的预测效果,3个等级的预测准确率分别为100%、93.75%、100%。因此,利用二维相关光谱分析技术可以实现蓝莓综合贮藏品质的精准预测,为蓝莓的品质检测提供新的思路。

广义二维相关光谱学进展

介绍了一种重要的广义二维相关光谱方法,对其基本原理、获取谱图的方法、数学计算过程、谱图的性质及其解释规则等作了详细的介绍,并介绍了其在化学、物理、生物、医药等领域中的应用。

二维相关荧光光谱技术

从发展历史、计算方程、一般规则和特有性质等方面系统地介绍了近年来在二维相关荧光光谱技术方面的方法探索和应用进展。以不同的外扰方式,如浓度、激发波长、猝灭以及其他外扰方式如pH等分类,举例阐述了二维荧光相关光谱的可操作性及其应用,并与普通一维荧光光谱比较,说明了二维荧光相关光谱技术的优势。

基于二维相关中红外光谱技术的无创血糖检测特异性研究

葡萄糖的特异性是实现血糖浓度检测的前提,也是论证一种血糖检测方法可行性的基础。二维相关光谱技术以其高分辨率和便捷的时序规则(Noda规则)两大优势被广泛地应用在分子间(内)反应、物质相变以及物质信息提取等研究领域。旨在应用二维相关光谱技术验证中红外光谱法无创血糖检测技术的葡萄糖特异性,首先通过分析各种离体溶液样本的二维相关光谱证明方法的理论可行性,然后开展了人体手指的中红外ATR光谱采集实验,参考OGTT方法调节实验过程中人体的血糖水平,并运用二维相关光谱技术验证所得人体光谱中的葡萄糖特征信息,从而论证中红外光谱无创血糖检测技术的可行性。

二维相关光谱图像结合深度学习用于皮蛋成熟度的高光谱无损检测

利用高光谱成像技术对腌制期不同成熟度皮蛋进行无损检测。首先,在时间序列下基于一维光谱和二维相关光谱法分别确定最优波段研究区域;进而,对比传统机器学习和改进后的ResNet20_SE模型在最优波段的模型效果,发现改进后的ResNet20_SE模型最优,对同步光谱数据集的整体识别准确率可以达到97.29%,且单张图像平均检测时间为24.62 ms;最后,采用较优的同步光谱集ResNet20_SE模型应用于高光谱图像中,计算每个像素点的数值,并辅以伪彩色技术实现腌制期皮蛋成熟度的空间分布可视化检测。结果表明,高光谱成像技术结合深度学习可以实现皮蛋腌制期成熟度的无损检测,能为后期皮蛋成熟度的高通量在线分选奠定技术基础。

吡啶非谐振耦合(费米共振)的二维相关拉曼光谱研究

费米共振(FR)是一种广泛存在于分子内和分子间的分子振动耦合和能量转移现象。研究了吡啶与乙醇混合溶液中的吡啶分子内费米共振效应(ν1~ν_(12),ν_(1)+ν_(6)~ν_(8)),发现了吡啶乙醇存在分子间氢键(O—H…N),通过费米共振参数变化和二维相关拉曼光谱(2DCRS)揭示了吡啶乙醇溶液相互作用机理。ν_(1)~ν_(12),ν_(1)+ν_(6)~ν_(8)通过非谐相互作用引起能量转移,从而导致费米共振参数的变化。2DCRS可以提供更多费米共振信息,阐明了费米双峰的相互作用机制。

广义二维相关光谱在红外和拉曼光谱研究中的应用

介绍广义二维相关分析方法 ,给出了二维相关光谱的广义数学公式及其推广过程。阐述了广义二维相关光谱的基本性质。给出了二维相关在傅立叶变换拉曼和近红外的应用实例 ,以证明广义二维相关光谱在结构分析以及相关性方面的独特效用。

平行因子结合二维荧光光谱相关技术解析丙二醛诱导熟肉糜氧化过程

采用前表面三维同步荧光光谱、平行因子和二维相关技术研究丙二醛诱导熟肉糜氧化过程的荧光特征。发现丙二醛熟肉糜体系有两个特征同步荧光峰,分别是色氨酸残基的荧光特征(Ex292nm、Δλ50nm)和丙二醛蛋白结合物的荧光特征(Ex400nm、Δλ70nm);平行因子分析表明Δλ为50和70nm的同步荧光光谱分别为第一、第二主成分,分别对应的是色氨酸残基的荧光特征和丙二醛蛋白结合物的荧光特征;丙二醛诱导熟肉糜氧化过程中,随着时间的延长,色氨酸残基特征同步荧光强度逐渐减弱,丙二醛蛋白结合物特征同步荧光强度逐渐增强;二维相关分析表明,色氨酸残基荧光强度变化速率快于丙二醛蛋白结合物的荧光强度变化速率。

二维相关近红外光谱分析技术判别天然绿棉掺杂中的应用研究

以天然绿棉、染色绿棉、天然绿棉+50%染色绿棉、天然绿棉+30%染色绿棉等4组棉花为研究对象,采用近红外光谱技术结合二维相关光谱分析技术对天然绿棉中是否掺入染色绿棉进行判别。结果表明,4组绿棉在4 000~5 500 cm^(-1)波段范围内二维相关近红外光谱图在自动峰和交叉峰的出峰数目、位置及峰强上有明显的差异。这表明二维相关近红外光谱技术可以快速判别天然绿棉的掺杂,为天然彩棉掺杂的识别提供一种新的方法。

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。

生物炭和沼液DOM与Pb(Ⅱ)络合的二维相关光谱特性

本文采用荧光猝灭滴定结合二维相关光谱和移动窗口二维相关光谱比较分析生物炭和沼液中溶解性有机物(DOM)与重金属Pb(Ⅱ)的络合特性。研究结果表明,生物炭DOM主要以类腐殖酸为主,而沼液DOM以类蛋白物质为主;生物炭DOM在387nm处的类腐殖酸组分能够优先与Pb(Ⅱ)络合,其次是467nm和538nm处的类腐殖酸,最后是类蛋白荧光物质;沼液DOM组分与Pb(Ⅱ)络合的优先次序依次为282→422→409→366→328→376nm。研究结果也表明,对二维相关光谱同步和异步的1/n次转换光谱能够清晰地识别出被掩盖的荧光峰信息,且能够保留原来光谱信息的络合次序。生物炭DOM与Pb(Ⅱ)的络合物在90~160μM·L^(-1)之间分别在309nm、335nm、387nm、432nm和467nm发生构象变化。沼液DOM与Pb(Ⅱ)的络合物分别在282nm和328nm处发生了构象变化,构象变化的跃迁点在78μM·L^(-1)。生物炭DOM与Pb(Ⅱ)的lgK值在4.63~5.33之间,类富里酸与Pb(Ⅱ)的lgK值明显要低于类腐殖酸。沼液DOM与Pb(Ⅱ)的lgK值在3.96~4.33之间,其类蛋白荧光组分与Pb(Ⅱ)的络合物稳定性比类富里酸和类腐殖酸略高。

FTIR结合DD-SIMCA和二维相关光谱的核桃产地判别分析

【目的】建立一种基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)的简便、快速的核桃产地鉴别方法。【方法】使用KBr压片法采集4类不同产地(新疆、贵州、四川、云南)的核桃仁(n=120)和核桃壳(n=80)的中红外(4000~400 cm^(-1))光谱信息,经S.G.平滑+MSC方法预处理后,进行化学计量学建模和2DCoS分析。【结果】各产地核桃仁中红外光谱的主要吸收峰在表征蛋白质的1649 cm^(-1)和1539 cm^(-1)处存在显著差异(VIP>1.0)。SVM比PLS-DA模型取得了更好的识别效果,其对核桃壳和核桃仁样本的最佳产地判别正确率分别为100%和97%。DD-SIMCA法对核桃仁样本的判别灵敏度和特异性均达到100%,高于SIMCA的87%分类正确率。各产地核桃仁样本的二维同步谱图存在差异,表明该法可以用于核桃产地的分类判别。【结论】FTIR光谱结合DD-SIMCA化学计量学方法或2DCoS分析技术可以实现对核桃产地的高效识别。

拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用

高活性光催化剂的设计是高效利用太阳能的有效手段,其中二维(2D)半导体光催化剂因其独特的物理化学性质,在光催化研究中有着较大优势。构筑异质结具有改变二维半导体能带结构、抑制光生载流子复合等作用,是一种高效的二维半导体光催化剂的设计方法。拉曼光谱技术因其探测时间短、可原位、无损检测以及样品制备简单等优点,在半导体材料研究中的应用逐渐增多。文章介绍了拉曼光谱技术的基本原理,并对近年来二维半导体光催化剂设计的有关研究进行整理,综述了拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用,为新型二维半导体光催化剂的设计奠定了技术基础。

乙醇丙酮体系的广义二维相关近红外光谱分析

利用近红外及二维相关光谱进行了丙酮乙醇两种试剂体系的结构分析。首先检测30~50℃范围内（每隔2℃）的近红外光谱,结合近红外光谱、二维相关光谱及相关文献,对乙醇丙酮体系的分子结构（特别是氢键）进行了分析。近红外光谱的特征峰在一维图上变化不明显,借助于二维相关分析,提高了分辨率和可解释性。特别是分析了两种氢键羟基的存在,发现了烯醇羟基形成氢键及甲基与羰基形成氢键的证据,确定了不同分子结构之间的变化先后顺序,并进行了本体系近红外峰的归属。研究结果将有利于更深刻地理解该类试剂,为其进一步研究和使用提供参考。

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。