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。

移动窗口二维相关红外光谱技术对离子液体溶解生物质机理的探索

纤维素、壳聚糖等可以溶解在室温离子液体中并通过加入对抗溶剂的方式得以重生。采用时间依赖的红外光谱技术原位采集了1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐([Bmim]Ac)、纤维素的[Bmim]Ac溶液和壳聚糖的[Bmim]Ac溶液吸收空气中水分的红外光谱图。在吸收空气中水分的微扰下对采集的红外光谱图进行点点相关和点线相关移动窗口二维相关光谱分析。通过对阴阳离子特征吸收峰的相关分析,我们讨论了壳聚糖和纤维素在[Bmim]Ac中溶解时咪唑阳离子和乙酸根阴离子对他们溶解的作用。

二维相关光谱结合移动窗口技术研究堆肥溶解性有机质演化

探究堆肥过程有机质演化时序及关键演化阶段,为堆肥物质转化研究和工艺优化提供参考。提取不同发酵阶段的餐厨垃圾溶解性有机质,采用核磁共振和红外光谱,结合二维相关光谱和移动窗口技术解谱技术,研究了堆肥过程中有机质演化特征。结果表明,堆肥过程中溶解性有机质中不同组分转化顺序整体呈现为:脂类→胺→醇、酯、醚→蛋白类→木质素酚;在堆肥后期(第13~35天)物质变化明显,其中酰胺类化合物的变化最为明显,此时期有机质可能腐殖化形成了腐殖质。堆肥有机质碳结构转化时序为:COO和N—C=O、NCH或OCH3→CCH3→CCH2;第3~6天和第13~35天是有机质碳骨架演变明显的时间段,其中CCH2的碳骨架变化在两时间段均发生了剧烈变化。基于以上对有机质分子层面结构转化规律认识,可知在堆肥高温期和腐熟期有机质发生了剧烈转化,后续研究可通过控温、接种微生物以加速有机质降解和腐殖质合成。

温敏水溶性聚合物的二维分子光谱表征

基于二维相关光谱的多维分子光谱技术是近些年发展起来的先进光谱分析手段,特别适合于在分子水平上研究各种外扰作用下的物理化学体系的结构变化.本文就二维相关光谱及其衍生的外扰相关移动窗口技术对温敏水溶性聚合物体系尤其是LCST型聚合物体系的研究进展进行了综述.LCST型聚合物水溶液在LCST(低临界溶解温度)变化前后会发生线团-胶束的分子链构象变化,而在凝胶体系内则表现为体积的塌缩与溶胀.红外光谱可以很好地跟踪这一温度变化的过程,而一维及二维相关光谱分析可以方便地确定相转变温度、转变温度区间、响应程度及各基团的响应次序,非常有助于诠释温敏聚合物体系的响应机制.本文综述了二维相关光谱分析在LCST型均聚物、共聚物和共混物、凝胶以及聚合物刷体系中的典型应用.

移动窗口二维相关光谱技术

移动窗口二维相关光谱是一种新的二维相关分析方法,它将移动窗口的概念和二维相关分析方法有效地结合在了一起,利用移动窗口将庞大的光谱数据按矩阵分割成若干个便于操作的子矩阵,用二维相关光谱分别处理,将得到的结果综合分析,用以光谱变量和扰动变量为坐标的等高图表现出来,从中可以非常直观地观察出光谱强度在扰动变量方向上的变化,进而找出引起光谱强度突变的特征扰动点。本文主要介绍了移动窗口二维相关光谱的计算方法、基本特征、影响因素和实际应用,同时,还详细介绍了以其为基础改进得到的扰动相关移动窗口二维相关光谱。扰动相关移动窗口二维相关光谱包括同步图和异步图,它不仅能很好地反映出引起光谱强度突变的特征扰动,还能详尽地描述出光谱强度在扰动过程中的变化情况。

烟草受热过程的原位中红外光谱和二维相关红外光谱

为探讨烟叶在热加工过程中的结构变化规律,基于ATR-FTIR光谱技术对烟叶加热过程进行原位监测,借助外扰相关移动窗口等分析手段,重点研究了温度对烟叶结构和成分的影响机制。结果表明:①烟叶在热处理过程中发生的物理、化学变化主要包括吸附水分子的脱除、小分子有机酸的挥发、烟叶中氢键结构的解离、小分子有机物的熔融以及羟基的氧化等。②O—H和C—H键光谱强度变化的转变点为154℃,转变区间为148~162℃;C=O键光谱强度变化的转变点为156℃,转变区间为150~162℃。表明烟叶在该温度区间发生了剧烈的物理或化学变化,如氧化、小分子脱除等。

软锰矿-含油污泥基活性炭对亚甲基蓝的吸附特性

以含油污泥为原料,添加适量软锰矿制备活性炭,用于吸附水中的亚甲基蓝并探究其吸附性能与吸附机制。采用SEM、BET、XPS、FTIR表征活性炭的微观形貌和物相结构,利用二维红外相关光谱探究活性炭与亚甲基蓝的吸附点位及吸附机制。结果表明,活性炭是比表面积达464.409m^(2)/g的介孔材料,且表面含有大量的含氧官能团,活性炭吸附亚甲基蓝的过程符合准二级动力学方程和Langmuir模型,主要受化学吸附控制的单分子层吸附。结合移动窗口二维红外相关光谱分析发现,在活性炭吸附亚甲基蓝的过程中吸附较低浓度的亚甲基蓝参与的官能团较多,以各种含氧官能团为主,当亚甲基蓝浓度升高,以π-π相互作用为主;吸附机制包括氢键作用、含氧官能团参与和π-π相互作用等。

环境条件对渗滤液中溶解性有机物分子构型的影响

采用同步荧光光谱,结合移动窗口二维相关光谱技术,研究了垃圾渗滤液中溶解性有机物(DOM)在外界干扰下的分子构型变化.结果显示,填埋垃圾渗滤液DOM含有类蛋白、类富里酸和类胡敏酸物质,它们均含有羧基和酚羟基官能团,填埋3—5年垃圾渗滤液DOM酚羟基含量较高,且主要分布在类蛋白组分上,而填埋10年以上渗滤液DOM中羧基含量较高,但主要分布在类富里酸组分上.p H升高引起DOM分子构型改变不受Hg(Ⅱ)存在的影响,填埋3—5年垃圾渗滤液DOM在p H 3和p H 8—10时分别由于羧基和酚羟基解离分子构型发生了剧烈改变,而填埋10年以上垃圾渗滤液DOM仅在p H 3—4时由于羧基解离分子构型发生了变化.在Hg(Ⅱ)对DOM分子构型的影响上,填埋3—5年垃圾渗滤液DOM分子构型在溶液Hg(Ⅱ)浓度升至5μmol·L^(-1)和20—25μmol·L^(-1)时发生了两次剧烈改变,而填埋10年以上垃圾渗滤液DOM在体系Hg(Ⅱ)浓度为10—25μmol·L^(-1)发生了一次缓慢的改变.同步荧光光谱结合移动窗口二维相关光谱技术可以有效识别环境条件改变时DOM分子构型的变化及成因.