激发-发射矩阵荧光光谱用于鉴别百合掺假的研究

为了能够快速判别百合是否掺假,利用激发-发射矩阵(EEM)荧光技术对纯百合和掺假百合样品进行了荧光光谱分析,并构建了百合及其掺假百合的荧光指纹特征图谱;然后借助主成分分析-线性判别分析(PCALDA)和偏最小二乘-判别分析(PLS-DA)两种化学模式识别方法,对百合中掺假粉末的种类进行了快速鉴别和分类。实验结果表明:两个分类模型均能根据百合样本的EEM荧光光谱数据准确识别掺假百合样本,且正确分类率均高达95%。利用PCA-LDA和PLS-DA成功建立了快速判别百合掺假的新方法,同时完善了百合荧光指纹特征图谱,有望为建立更全面、更准确地评价百合药材的质量标准体系打下基础。

食品中苏丹红Ⅰ和辣椒红的表面增强拉曼散射(SERS)光谱与激发-发射矩阵荧光光谱鉴别

利用表面增强拉曼散射(SERS)光谱及激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱对食品中非法添加剂苏丹红Ⅰ和合法食品添加剂辣椒红进行了定性分析和检测.SERS光谱结果表明,苏丹红Ⅰ在低波数区域分子的扭转振动信号增强比较明显;而辣椒红在1521和1158 cm-1处拉曼信号增强效果比较明显;EEM荧光光谱结果表明,苏丹红Ⅰ的乙醇溶液在P1(λex=285 nm,λem=345 nm)和P2(λex=335 nm,λem=548 nm)处有2个明显的荧光特征峰;而辣椒红的乙醇溶液有3个特征荧光峰,分别为P1(λex=545 nm,λem=580 nm),P2(λex=560 nm,λem=665 nm)和P3(λex=608 nm,λem=672 nm).

激发-发射荧光矩阵结合二阶校正方法检测湖水中多环芳烃

多环芳烃广泛存在于大气、土壤和水环境中,对动植物和人类有着严重危害。为了快速检测水环境中的痕量多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs),本文提出利用激发-发射荧光矩阵结合自加权交替归一残差拟合算法(Self-Weighted Alternating Normalized Residual Fitting Algorithm,SWANRF)检测湖水中的菲、蒽和荧蒽。与自加权交替三线性分解方法相比,SWANRF能够给出更满意的浓度预测结果,菲、蒽和荧蒽的平均回收率分别为(99.2±7.2)%,(101.7±7.7)%和(97.9±5.1)%;菲、蒽和荧蒽的预测均方根误差值分别为0.240,0.249和0.247μg/L。实验结果表明,文章提出的方法能够实现未知干扰物共存的湖水中痕量多环芳烃的快速检测,且方法可靠。

三维荧光结合化学计量学识别石油污染物的研究进展

三维荧光技术具有样品预处理简单、响应快速、灵敏度高、数据量丰富等优势,常被用在石油污染物的检测中。综述了包括主成分分析、三线性分解算法、数字图像处理等在内的化学计量学法结合三维荧光技术在石油污染物识别领域的研究进展,介绍了多种算法的原理、优缺点及应用实例,并对几种算法作了对比分析,对今后应用于三维荧光光谱数据解析方向算法的发展趋势提出了展望。

三线性分解方法用于激发-发射矩阵荧光数据中一阶瑞利散射的扣除

由于荧光分析具有检测灵敏度高、数据容易获得等优点,近年来二阶张量校正方法与激发-发射矩阵荧光光谱技术的联用正受到人们越来越多的关注.但是,在三维荧光分析中,经常出现的一阶瑞利散射干扰往往容易导致建立的三线性模型存在较大的偏离,进而直接影响复杂体系中感兴趣组分的定性、定量分析.针对该问题,我们提出了一种基于对组分数不敏感的三线性分解算法扣除一阶瑞利散射干扰的新思路.该方法的特点是根据一阶瑞利散射分别在水平切片矩阵和侧面切片矩阵所处位置相同,沿I-模和J-模同时构建含一阶瑞利散射的三维数据阵,利用三线性分解算法对此各自建模,将一阶瑞利散射当作一个响应组分或因子拟合后从三维数据阵中扣除掉.通过对模拟和实际三维激发发射矩阵荧光光谱实验数据进行讨论,结果表明该方法能有效地扣除体系中的一阶瑞利散射干扰.改进后的方法不仅操作简单,而且不受组分数选取不当的困扰.另外,由于同时从两个方向进行一阶瑞利散射扣除,因此不会出现因边缘瑞利散射峰形不完整而扣除不完全的情况.该方法为三维荧光光谱的无损分析提供了新思路,为进一步进行三维荧光光谱的定量分析奠定了良好的基础.

孝义河枯、丰水期溶解有机物(DOM)的光谱特征

采用紫外-可见光谱和激发-发射矩阵光谱与平行因子分析相结合的方法,研究了孝义河溶解有机物(DOM)光谱特征和荧光成分的时空变化,分析了DOM与水质参数的关系.结果表明:枯水期发色团溶解有机物(CDOM)浓度、芳香性、分子相对质量和光化学反应活性显著高于丰水期(P<0.01),丰水期的腐殖化程度高于枯水期;模型共检出3种类腐殖质组分(C1,C2和C3)和1种类蛋白组分(C4),枯水期腐殖质成分和类蛋白成分来源于流域点源排放,丰水期蛋白质成分来源于点源,腐殖质成分受点源和面源共同影响;荧光溶解有机物(FDOM)组分与水质参数的相关性和回归分析表明其对关键水质指标(化学需氧量,COD)具有良好的预测能力.因此,DOM的紫外光谱参数和荧光组分可用于快速水质监测和污染源指示.

激发发射荧光矩阵二阶校正方法直接测定人体血浆样中多沙唑嗪含量

多沙唑嗪是一种α-1受体阻滞剂,有选择性地作用于α-1受体,可改善良性前列腺增生(BPH)症状,又可降低血压。化学计量学二阶校正算法具有独特的"二阶优势",能够在未知干扰组分共存下,直接定量分析体系中感兴趣的组分。本文基于多沙唑嗪稳定的荧光性质,利用激发发射荧光矩阵(EEMs)结合二阶校正算法,成功地直接测定血浆样中多沙唑嗪。血浆样品不需做前期处理。它快速简便,比其它分析方法,既节约试剂又节约时间,是一种对复杂体系感兴趣组分进行直接定量分析的好工具。

基于改进随机森林算法的薏苡仁产地溯源研究

以9个产地的薏苡仁为研究对象,通过将激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱与改进的随机森林算法结合以实现薏苡仁产地的溯源分析。其中,随机森林算法的改进主要包括两方面:一是通过主成分分析(PCA)方法降低EEM荧光光谱的维度;二是利用网格筛选法找出PCA降维过程中最优保留主成分数及判别模型超参数。结果表明:基于薏苡仁的EEM荧光光谱数据构建的改进随机森林模型(加入标准差标准化和PCA降维模块)可以对9个产地薏苡仁样本进行准确预测,最佳模型由100棵最大深度为3、叶节点最小样本数为1个的决策树结合16个主成分数(PCs)构建,其对验证集和测试集(共108个样品)的准确度均为100%,优于偏最小二乘法构建的PLS-DA模型(96%)。

水库型河流溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)模型,研究了2008年6月"水库型"河流闽江中溶解有机物(DOM)的荧光组分特征及其分布变化,以探讨河流DOM的来源、动力学过程及主要控制因素。闽江DOM包括类腐殖质组分C1(<250,325/424nm)、C2(270,395/482nm)与类蛋白质组分C3(<250,280/358nm)等三种荧光组分,其中类腐殖质组分占绝对优势。利用荧光组分可对上游三条支流之间的混合进行灵敏的指纹示踪。闽江干流DOM荧光组分的含量基本一致,反映了大型水库修建对闽江有机碳循环尚未产生显著影响。利用相关和主成分分析揭示出闽江类腐殖质组分主要来源于流域土壤的冲刷,它与吸收系数a(355)之间的关系密切;而类蛋白质组分主要在水环境中产生,可用于示踪水体中总溶解氮(TDN)的变化。利用荧光组分的多元线性回归可有效地对溶解有机碳(DOC)的含量进行示踪,表明EEMs-PARAFAC是研究河流DOM动力学过程的重要手段。

交替三线性分解荧光二阶校正法同时直接测定口服液中氨基酸

酪氨酸(TYR)和色氨酸(TRY)的荧光光谱相互重叠,用常规方法难以同时直接测定。本研究将交替三线性分解二阶校正算法与激发发射矩阵荧光法相结合,对氨基酸口服液中共存的酪氨酸和色氨酸进行了同时分辨和直接定量测定,并用加入标准法对结果进行验证,TYR和TRY的回收率分别为(96.9±2.5)%和(93.2±1.0)%。结果表明,该方法以“数学分离”替代“化学分离”,其它成分及背景不影响其测定。

三维荧光二阶校正方法用于体液和细胞培养基中五味子甲素含量的快速测定

采用三维激发发射荧光光谱结合自加权交替三线性分解(SWATLD)二阶校正方法,对人体液样(血浆样及尿液样)和细胞培养基样中五味子甲素的含量进行了直接快速定量分析.在血浆背景、尿液背景和细胞培养基背景共存下,当分析体系的组分数分别选择2时,用SWATLD二阶校正方法获得相应五味子甲素的平均回收率分别为(100.4±1.6)%,(100.5±6.3)%和(103.6±4.5)%.实验结果表明,此方法不仅能够较好地解决这些复杂分析体系因背景内源荧光性物质与待分析物光谱严重重叠所引起的难分辨的问题,还可以用于直接快速准确定量分析.

静水压力对蒽和多环芳烃二元混合物三维荧光光谱的影响

利用荧光分光光度计对处于常温、压力范围为0.1~60 MPa、浓度为10^(-6)mol·L^(-1)的蒽的三维荧光光谱及浓度比为1∶1的蒽-芴、蒽-萘、蒽-菲、蒽-苊、蒽-荧蒽的三维荧光光谱进行了测定,并通过分析不同压力下蒽的荧光峰位置和峰强度的变化来探讨压力对荧光光谱的影响。结果显示,随着压力升高,蒽的荧光峰并未发生漂移,但是荧光强度发生了显著变化。峰位置为250/382 nm的荧光峰在60 MPa时荧光强度达到最大值,相较于常压下,荧光强度增加了13.6%。其他多环芳烃的加入会改变蒽的高压荧光特性,当蒽中加入了萘,峰位置为250/382 nm的荧光峰强度在10 MPa时达到最大值,相较于常压下,荧光强度增加了9.35%。

胶州湾赤潮暴发水体中溶解有机物质荧光特征

利用荧光激发-发射矩阵光谱(Excitation-Emission Matrix Spectroscopy,EEMS)技术研究了胶州湾2004-02赤潮暴发期间水体中溶解有机物类蛋白和类腐殖质荧光特性,探讨了各种荧光性质与浮游植物增殖、溶解有机碳、盐度、溶解氧和pH的关系,并对切向超滤前后类蛋白和类腐殖质荧光的变化进行了初步评估.结果表明,赤潮过程中溶解有机物类蛋白荧光较强而类腐殖质荧光较弱,并且高和低激发波长类蛋白荧光同源;类蛋白和类腐殖质荧光强度与叶绿素a的对应关系与浮游植物的增殖阶段有关,但整体趋势上却是随着浮游植物量的增大而增强,并且浮游植物量越大,新生成的有机物质占的比例也越大;类蛋白荧光以及类蛋白和类腐殖质荧光强度之比与溶解有机碳具有较好的正相关性,表明赤潮过程中溶解有机物主要由新生成的物质组成;盐度、溶解氧和pH对类蛋白和类腐殖质荧光的影响很小;切向超滤前后类蛋白和类腐殖质荧光峰的位置基本一致,切向超滤前后荧光平衡差于溶解有机碳平衡,在切向超滤的评价上,荧光只能作为溶解有机碳平衡的一个补充.

人血液荧光的光谱特性及其物质来源

取健康人的静脉血,首次实验测量了人血液的三维荧光光谱,并通过分析荧光激发-发射矩阵研究了血液自体荧光的物质来源。结果表明:人血液的荧光激发-发射对主要有260-630,280-340,340-460,450-520 nm,它们所对应的内源性荧光物质分别来源于血液中的内源性卟啉,色氨酸,还原烟碱腺嘌呤二核苷酸(磷酸盐)和黄素腺嘌呤二核苷酸。这些物质的荧光激发效率随着激发光波长的变化而表现出显著差异。

利用三维荧光光谱和吸收光谱研究雨水中CDOM的光学特性

利用荧光激发-发射矩阵光谱（excitation-emission matrix spectroscopy,EEMs）技术并结合吸收光谱初步研究了2007年厦门梅雨季节期间雨水中有色溶解有机物（CDOM）的光学特性。结果表明,雨水CDOM的吸收光谱随波长呈指数衰减,代表雨水CDOM相对含量的吸收系数a（300）范围在0.27~3.45 m-1,均值为1.08 m-1;且降雨初期CDOM含量高于降雨后期。这表明人类活动和当地的大气污染或空气质量对雨水中CDOM的贡献。雨水CDOM的EEMs光谱揭示出2类4个主要荧光峰（2个类腐殖质荧光A和C与2个类蛋白质荧光B和S）的存在。其中2个类腐殖质荧光A和C之间以及2个类蛋白质荧光B和S之间均存在一定的正相关性,说明其具有相同来源或存在某种内部联系。2个类腐殖质荧光与吸收系数a（300）之间的强正相关性,说明其控制吸收特性的基团可能与控制其荧光特性的基团具有相似性质。结果表明雨水CDOM高吸收和荧光特性在大气化学中的作用不容轻视,在受大气水体影响的太阳辐射的光谱衰减中可能起着潜在的重要作用。

胶州湾围隔实验中溶解有机物三维荧光特征

利用三维荧光激发发射矩阵光谱法（EEMS），测定胶州湾围隔实验中不同营养盐条件下产生的溶解有机物的三维荧光特性．结果显示，浮游植物可产生类蛋白和类腐殖质荧光，类蛋白荧光峰由类酪氨酸（tyrosine-like）荧光峰和类色氨酸（tryptophanlike）荧光峰组成，主要位置为Exmax／Emmax=270nm／290～310nm，Exmax／Emmax=270—290nm／320～350nm的荧光峰强度比较弱；在Exmax／Emmax=250～260nm／380～480nm（A峰）、Exmax／Emax=310～320nm／380～420nm（C峰）和Exmax／Emmax=330～350nm/420～480nm（M峰）位置均出现零散的类腐殖质荧光峰，其中以A峰为主．类酪氨酸荧光强度明显高于类腐殖质荧光强度．浮游植物量降低时，类酪氨酸荧光强度与叶绿素a浓度呈明显的负相关．硅藻和甲藻产生的类酪氨酸和类色氨酸荧光强度之间具有较好的相关性，两者来源相似，并且甲藻与硅藻相比能够产生更多的类蛋白荧光物质．不同环境下类腐殖质混合物的组分比例不同，甲藻生长环境下相对于硅藻具有较低的A／C比值．

多波长LED阵列诱导荧光光谱在多组分分析中的应用研究

荧光光谱技术是对水中的溶解有机物、油类污染物,以及各种浮游植物生物量识别与测量的有效手段之一。构建了多波长LED阵列(450～610nm)诱导荧光光谱测量系统,讨论了系统的原理和利用此系统进行多组分分析的方法。在实验室应用该系统获取了多组分混合荧光物质溶液的三维荧光光谱,并采用平行因子算法分析了多组分三维荧光光谱数据,结果显示得出的多组分浓度值与实际浓度的相关性大于98%。表明基于多波长LED阵列诱导荧光光谱测量系统在多组分分析中具有很好的应用前景。

三维荧光校正法直接测定尿液中的利血平

利用化学计量学三维数据校正方法中的交替三线性分解算法(ATLD)和自加权交替三线性分解算法(SWATLD),不经化学分离,对采用激发-发射矩阵荧光法所得到的三维响应数据阵进行三线性成分分解,再基于标样已知浓度,利用简单回归法直接测定尿液中利血平(Reserpine)的含量.结果表明,当体系的主要组分数取3时,两种方法均可迅速、快捷地得到待测物的浓度,有效地解决了荧光法定量测定时未知背景及干扰物光谱严重重叠而引起的问题.

人体结肠组织的内源性荧光分子标记物研究

首次联合采用稳态与瞬态自体荧光光谱相结合的方法,比较分析人体结肠组织自体荧光与组织体主要内源性荧光分子标记物的荧光光谱特性。实验结果显示:人体结肠组织主要内源性荧光物质来源于氨基酸类的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸,结构蛋白中的胶原蛋白和弹性蛋白,酶和辅酶类中的NADH、NADPH、FAD以及内源性卟啉。人体组织的几种主要内源性荧光分子标记物的相对含量的变化有望用来作为辨别正常与癌变结肠组织的一种重要指标。实验得到的初步结果可以为光诱导人体结肠组织自体荧光的诊断和治疗提供重要的参考。

东海硅藻赤潮后海水溶解有机物的荧光特征

利用激发-发射矩阵光谱法(EEMs),测定了2007年4月下旬东海硅藻赤潮消亡后海水溶解有机物的三维荧光,并对荧光特征及其强度与盐度、叶绿素a和碳水化合物的关系进行了分析和讨论。结果显示东海硅藻赤潮后海水中有较强的类蛋白荧光,主要荧光峰有Exmax/Emmax为270～280/290～315nm(B峰)和220～230/290～305nm(D峰)的类酪氨酸荧光峰,230～240/335～350nm(S峰)和280/320nm(T峰)的类色氨酸荧光峰,其中B峰强度最大,个别站点荧光强度高达3955。赤潮消亡主要海区的FIB/FIS较大,表明类蛋白溶解有机物主要是由赤潮藻破碎分解产生的类酪氨酸。在255～270/435～480nm(A峰)和330～350/420～480nm(C峰)还观察到两种类腐殖质荧光峰,它们的强度低于类蛋白荧光。S峰、A峰和C峰三者之间互相呈较好的正相关,且三者荧光强度与盐度都有显著的线性负相关,其分布均呈现出近岸高远岸低的特点,表明江浙沿岸水的输入是其共同的重要来源。各类荧光峰的强度与叶绿素a的相关性不显著,现存的浮游植物不是赤潮消亡水体中荧光溶解有机物的主要直接来源。