基于红外光谱与聚类分析法的宁夏产地枸杞子品种鉴别研究

宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)为宁夏传统道地中药材,因其良好的药食两用价值,已引种至甘肃、新疆、青海等省区。因长期引种和改良,宁夏枸杞品种繁多,是影响其质量的重要因素之一。本研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对宁夏中宁产地的宁杞1号、4号、5号、7号、0909号、10号共6个品种的枸杞子进行测定,一维红外光谱及二阶导数光谱范围均为4000~650cm^(-1),得到图谱后进行图谱解析;采用谱带较密集的指纹区(1800~650cm^(-1))计算红外光谱图的相似系数;然后结合SMICA聚类分析法对不同品种枸杞子的红外指纹图谱进行聚类比较。结果表明,不同品种枸杞子样品的一维红外光谱图较为相似,峰的位置、峰高和峰形都较为接近,其共同吸收峰较多,仅在3282~3288、1239~1242和1143~1147 cm^(-1)附近的吸收峰强度、峰位置、峰形状有所不同,说明不同品种枸杞子中多糖类、苷类、蛋白质类、脂类和黄酮类等成分的种类和含量有所差异。二阶导数光谱中,宁杞1号、4号、7号在2880 cm^(-1)处吸收峰不明显,0909号在969 cm^(-1)处吸收峰不明显。不同品种枸杞子的相似度范围在0.9489~0.9928之间,说明不同品种枸杞子存在一定差异,其中,宁杞7号与其他品种的平均相似度系数最小,为0.9640,说明其成分特异性最高。0909号与宁杞10号相似系数为0.9928,相似度最高。采用Assure ID软件以各药材吸收波数为变量进行聚类分析,宁杞1号与其他品种的差异均较小,类间距在2.17~2.97范围内;0909号与其他品种间的差异最大,类间距在2.97~8.06范围内。聚类模型中,不同品种枸杞子的识别率均为100%,仅宁杞1号的拒绝率较低,为66%,易与其他品种枸杞子混淆,0909号的拒绝率和识别率均为100%,最易区分。类模型图中,0909号与宁杞5号、0909号与宁杞7号两两分开,可以明显鉴别出不同品种的样品。采用已知品种的枸杞子对聚类分析模型进行验证,其识别率和拒绝率与聚类分析模型相同。不同品种枸杞子类模型图与一维红外光谱、二阶导数图谱、相似度、类间距、识别率和拒绝率结果相互印证,佐证了宁杞1号为大多数宁杞系列品种的来源品种,而09系列品种0909号与其他品种有较大差异。因此,红外光谱与聚类分析法相结合可以快速、无损地鉴别不同品种枸杞子,对枸杞子药材生产和新品种选育具有一定的指导作用。

基于近红外光谱模型转移的牛奶蛋白检测方法研究

目的研究基于近红外光谱模型转移的牛奶蛋白检测方法。方法分别采用实验室与在线检测近红外光谱仪采集生产过程中原料奶样品的近红外光谱,研究斜率截距法(slope/bias,S/B)、分段直接标准化(piecewise direct standardization,PDS)算法、Shenk’s方法在不同仪器测量光谱之间模型转移应用,优化模型参数,提高实验室仪器建立的校正模型应用于在线光谱仪器的预测精度。结果经过Shenk’s算法转移,主从机的光谱平均差异降低为0.0075,光谱校正率达到98.95%。利用模型转移方法与偏最小二乘模型结合,将实验室分析光谱仪建立的模型用于生产在线光谱仪测量光谱预测,显著提高了牛奶中蛋白质含量预测准确度,不同仪器之间模型预测相对均方根误差从5.52%下降到2.03%。结论本研究的方法实现了实验室分析与在线检测仪器测量光谱及定量分析模型转移共享,为近红外在线检测的智能化改进提供了基础。

基于近红外光谱法的血液酒精浓度检测仪

针对解决呼气式酒精检测仪存在飞沫传播风险的问题,提出了一种基于近红外光谱法的便携式无污染血液酒精浓度检测方案。使用硬件完成信号采集、放大、滤波再放大,利用软件完成卡尔曼滤波、三样条插值法去基等算法获取标准的脉搏波信号在上位机中通过呼气式的测量结果与脉搏波信号的幅值建立数学模型,将数学模型写入单片机实现离线测量。通过实验测试验证数学模型精度。结果表明,其满足相对误差小于10%的精度要求,符合实际使用需求。

近红外光谱法结合偏最小二乘法预测生物柴油中甲醇的含量

生物柴油中甲醇的定量分析对其品质监控具有重要科学意义与实用价值,因此进行了题示研究。制作44个含不同体积分数甲醇的生物柴油样品,采集了相应的近红外光谱。采用Savitzky-Golay平滑滤波(SG)和标准正态变换(SNV)相结合的方法对原始光谱进行预处理,并采用协同区间偏最小二乘法(SIPLS)提取特征变量,确定在6270~6640 cm^(−1)和10900~11240 cm^(−1)波段内采用偏最小二乘法(PLS)建模。结果显示,所建SG-SNV-SIPLS-PLS模型的留一交叉验证决定系数R2 cv为0.9994,均方根误差RMSECV为0.0488,预测集决定系数R_(p)^(2)为0.9996,均方根误差RMSEP为0.0563,变量数为207,优于PLS模型以及单变量线性回归模型的。

基于红外光谱法和气相色谱-质谱法的两种烷基甲酰吲唑类合成大麻素的结构区分

采用红外光谱法和气相色谱-质谱法对两种烷基甲酰吲唑类合成大麻素ADB-4enPINACA和MDMB-4en-PINACA标准品结构进行区分,并对实际烟丝检材中的这两种化合物进行鉴定。结果显示:ADB-4en-PINACA的特征峰位于3354.1,3208.7,682.3 cm^(-1)处,保留时间19.098 min,母离子m/z 342.2,主要子离子m/z 213.1,241.2;MDMB-4en-PINACA的特征峰位于3411.8,1725.4 cm^(-1)处,保留时间13.238 min,母离子m/z 357.2,主要子离子m/z 213.1,270.1。两种化合物产生差异的原因在于ADB-4en-PINACA末端基团为酰胺基,而MDMB-4en-PINACA末端基团为酯基。采用气相色谱-质谱法对疑似含有ADB-4en-PINACA和MDMB-4en-PINACA的样品进行分析,所得质谱特征峰和标准品的基本一致。

红外光谱结合化学计量学方法测定人体肾结石中三聚氰胺

目的:建立傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectrometer,FTIR)结合化学计量学鉴别肾结石中三聚氰胺的方法。方法:通过制备含三聚氰胺的体外模拟草酸钙(CaO x)结石,分析其中三聚氰胺特征基团信息,筛选出用于化学计量学分析的1535~1548 cm^(-1)、983~997 cm^(-1)和704~716 cm^(-1)的特征响应波段。以模拟CaO x肾结石和人体肾结石样品建立训练集,以人肾结石建立验证集,对所获肾结石样品红外谱图进行基线校正、平滑、矢量归一化、二阶求导、标准正态变量变换法等预处理,采用光谱分析OPUS软件及数据分析软件Unscrambler对肾结石样品进行聚类分析、主成分分析,鉴别人体肾结石中三聚氰胺。结果:训练集中,聚类分析对含三聚氰胺肾结石的识别率达到90.9%,主成分分析对含三聚氰胺肾结石的识别率为91.8%;验证集中,95.0%的含三聚氰胺肾结石被识别。结论:FTIR结合化学计量学可以有效鉴定结石中是否含有三聚氰胺。

基于近红外光谱法对不同黄芩中有效成分含量及质量评价

目的探究近红外光谱法对不同黄芩中有效成分含量及质量评价。方法收集不同产地58个样品黄芩进行黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素的检测,有效成分通过高效液相色谱法含量测定法进行验证。采用近红外光仪对样品近红外光谱进行采集,样品经内部交叉验证建立预测模型,选择其中6个样品进行外部验证,来预测黄芩药材中黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素的含量。结果高效液相色谱方法线性好、精密度好、回收率高,可用于黄芩中黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素3种活性成分的含量分析。建立的最优校正模型校正模型内部数据如下:黄芩苷R^(2)=0.994,RMSEC=0.438,RMSECV=2.257;黄芩素R^(2)=0.992,RMSEC=0.452,RMSECV=2.234;汉黄芩素R^(2)=0.995,RMSEC=0.447,RMSECV=2.310。提示建立的黄芩中3种有效活性成分定量校正模型性能较高。58个样品经内部交叉验证建立预测模型。黄芩苷、黄芩素及汉黄芩素预测值的平均回收率为99.40%、99.85%、100.40%。结论近红外光谱法用于测定不同黄芩中有效成分(黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素)具有检测迅速方便、费用低、污染小、结果准确等优势。

傅里叶变换红外光谱法结合化学计量学对护肤品的检验研究

建立一种简便快速、无损检验护肤品的分析方法。利用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对51个护肤品样品进行检验,根据红外光谱中吸收峰的峰位进行分析后,重点选取波数范围为3500~2700 cm^(-1)和1700~1000 cm^(-1)区域的数据,结合主成分分析法(PCA)对光谱数据进行降维分析,并通过采用组间联接法度量该样本类间亲疏程度,采用欧氏距离作为度量个体间距离的依据,将变量Z分数标准化为N[0,1]后,进行系统聚类分析法(HCA)实现对护肤品分类情况的进一步验证和分析。根据光谱数据的处理和分析,护肤品样品可以被分为五大类,利用化学计量学方法可以将51个护肤品样品全部区分开。该实验方法操作简单,结果准确、重现性好,可为护肤品物证鉴定提供科学的依据,为公安工作开展提供有效的帮助。

红外光谱法结合化学计量学快速鉴别滑石和软滑石

目的建立快速鉴别滑石和软滑石的红外光谱法结合化学计量学方法。方法采集25批滑石和15批软滑石样品的红外光谱,选取1500~400 cm-1和4000~3000 cm-1范围内的红外光谱数据,对数据进行相似度评价及标准正态变量变换(SNV)、多元散射矫正(MSC)、SG平滑算法、二阶导数(2ND)、归一化等预处理,对处理过的数据进行主成分分析(PCA)、层级聚类分析(HCA)、K最近邻算法(KNN)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、支持向量机判别分析(SVM-DA)和随机森林(RF)分析,比较混淆矩阵、受试者特征工作(ROC)曲线和曲线下面积(AUC)评价模型的预测性能。结果PCA和HCA结果显示,样品的红外光谱数据具有一定的特征性,但聚类情况较差。SVM-DA的预测结果准确率较低,KNN,PLS-DA,RF分析的预测结果准确率较高,其中RF分析的准确率可达100.0%,RF模型的预测性能均为最优。结论所建立的以SNV-SG-2ND为光谱预处理方法结合RF判别模型能实现对滑石和软滑石的准确鉴别。

高效液相色谱及红外光谱法分析鸡血藤提取物中儿茶素类成分

建立高效液相色谱结合红外光谱法检测鸡血藤提取物中儿茶素类成分原儿茶酸、儿茶素、表儿茶素。利用Design-Expert13.0.6设计响应面试验,优化甲醇体积分数、液料比、超声时间、超声温度交互的提取条件,确定最高提取率。采用高效液相色谱(HPLC)法与红外光谱法对鸡血藤提取物中儿茶素类成分进行定量和定性分析,确定儿茶素类成分含量和单体结构。样品经甲醇溶液超声提取,以0.2%(质量分数)H3PO4-乙腈作为流动相进行梯度洗脱,采用InertsilTM ODS-35μm色谱柱(150 mm×4.6 mm,5μm)进行分离,柱温为30℃,流量为1 mL/min,检测波长为260 nm,进样体积为10μL。红外光谱法采用KBr压片法测定成分含量。原儿茶酸、儿茶素、表儿茶素的质量浓度在100~1000μg/mL范围内与色谱峰面积线性关系良好,相关系数分别为0.9997、0.9992、0.9993。利用Design-Expert13.0.6确定超声波最优提取工艺为超声时间40 min,超声温度51℃,甲醇体积分数50%,液料比50∶1 mL/g,得到儿茶素类物质总质量分数为7.8837 mg/g。红外光谱法证明鸡血藤中具有儿茶素类物质的单体或聚合体成分,为鸡血藤中儿茶素类物质的开发和质量控制提供光谱学理论基础和依据。

基于红外光谱法的公路路面沥青改性剂含量检测研究

公路路面沥青改性剂含量会对沥青性能产生重要影响。为了提升公路路面沥青质量,延长使用寿命,文中研究基于红外光谱法的公路沥青改性剂含量检测方法,通过不同含量样本制备,溶于四氢呋喃后得到溶液,并制备样本薄膜。利用傅里叶变换红外光谱仪照射薄膜,根据特征吸收峰分析改性剂含量。结果显示,977 cm^(-1)处特征峰与改性剂相关,而基质沥青特征峰则与甲基基团相关。此方法检测精度高,误差小于0.1%,适用于公路路面沥青改性剂含量的检测。

近红外光谱法典型模型快速检测纤维含量的研究

为了更好地通过近红外光谱法快速检测服装的纤维含量,有效保护消费者的合法权益,选取校正模型稳定性较高的棉/氨纶、聚酯纤维/氨纶、棉/聚酯纤维模型作为研究对象,通过与常规试验法进行分析比较,分析样品的差异对近红外光谱法试验结果的影响。结果表明:棉/氨纶、聚酯纤维/氨纶模型试验结果不受颜色影响,而棉/聚酯纤维模型深颜色样品试验结果有偏离,建议近红外光谱法与常规试验法相结合;棉/氨纶、聚酯纤维/氨纶、棉/聚酯纤维模型受厚度影响,透光的样品按4层进行试验,得到的结果更准确;棉/氨纶、聚酯纤维/氨纶模型试验结果不受织物组织结构影响,而棉/聚酯纤维模型分布均匀的样品可采用近红外光谱法,对两面组织结构不同、分布不匀的样品不建议采用近红外光谱法;覆膜或含黏合剂的样品,不适用于快速检测,均需先去除膜或黏合剂,再进行试验。

近红外光谱法与化学分析法对常见二组分纤维含量检测的对比研究

为了分析近红外光谱法在实验室实际操作中与经典化学分析法的差异性,以纺织品市场上占比最高的4种二组分织物样品为实验对象,利用近红外光谱分析技术对常见的二组分混纺织物进行定量分析,并将分析结果与现行标准中的经典化学分析法进行对比。研究表明,剔除影响测试结果的异常光谱仍然是近红外光谱法检测中最难解决的问题,为了提高该方法的测试准确度,仍需进一步深入研究并细化不适用于该方法的纺织品。

基于近红外光谱法和FPGA的纺织物成分检测系统

在纺织品检测中,纤维成分定量检测是一项重要的检测项目,其要求拥有准确、快速、环保的检测手段和检测仪器,以满足市场对纺织物纤维成分检测的需求。提出了一种基于近红外光谱法和FPGA的纺织物成分检测系统,通过滨松光子MEMS-FPI传感器采集近红外光谱数据,利用一维卷积神经网络建模,使用知识蒸馏缩减网络规模,最终部署在FPGA上。实验结果表明,该方案的检测效果较好(R^(2)>0.82),可以以较低的功耗及延时(<1 ms)实现良好的表现。

高频加热-红外光谱法测定氯化熔盐中碳含量

碳是熔盐氯化的重要反应物之一,其含量影响氯化反应的进度。因此,准确测定熔盐中碳含量,对指导生产有重要意义。氯化熔盐属高氯样品,目前用管式炉或高频炉燃烧,红外吸收法测定熔盐中碳含量时,存在无相应标准样品建立仪器标准工本曲线和燃烧产生的氯气易腐蚀仪器的问题。实验提出用氯化钠稀释石油焦标准样品,配制不同浓度的碳校准样品,同时对仪器试剂管改装,以石英砂-氢氧化钙(3∶1)吸收氯气,可以有效解决上述问题。此外,实验还研究了高频功率、助熔剂对碳测定的影响,以高频加热-红外吸收法测定氯化熔盐中碳含量。实验结果表明:加入0.5 g纯铁、1.0 g钨锡混合助熔剂,高频功率为70%时,碳完全氧化成二氧化碳;采用人工合成校准样品建立标准曲线,碳的质量分数在0.86%~6.46%范围内,线性良好,满足生产控制要求。

近红外光谱法测定双烯选择加氢油品组分的试验研究

双烯选择加氢油品是脱氢装置的中间产物,其主要组分为烷烃、单烯、双烯和芳烃。液相色谱法是实验室应用成熟的测定方法,而近红外光谱法是一种新型测定方法,需要进行验证。试验采用近红外光谱仪采集不同反应阶段的双烯选择加氢油品光谱,初步建立待测组分烷烃、单烯、双烯和芳烃含量的测定模型,验证近红外光谱仪实时监测双烯选择加氢油品组分含量的可行性。结果显示,与成熟的液相色谱法相比,近红外光谱法测定误差较小,精密度高,能够快速准确地测定烷烃、单烯、双烯和芳烃含量。经F检验和t检验,两种方法的精密度没有显著性差异,各组分测定结果无显著差异。相比液相色谱法,近红外光谱法具有诸多优势,值得推广应用。

红外光谱结合统计学方法对纸质包装盒的检验研究

目的建立一种高效准确的红外光谱检验纸质包装盒的研究方法。方法利用傅里叶变换红外光谱仪测得了56个不同类型不同来源的纸质包装盒的红外光谱数据;根据纸盒主要填料的不同,将样品初步分为三大类;利用主成分分析对初步分类后的数据降维,提取出4个主成分,再利用系统聚类将样品最终分为6组,使用K-means聚类算法结合Pearson卡方检验进行验证,与最终分类的结果基本吻合。基于该分组,训练朴素贝叶斯分类、随机森林模型、XGBoost分类3种判别模型,实现对新样品组别的分类预测。结果56个快递包装纸盒样品被分为3类,而后进一步细分为6组,3种判别预测模型均有较高的准确率,其中随机森林模型的准确率最高。结论该方法快速方便地实现了对样品的区分,并且可以实现无损检验,为犯罪现场纸质包装盒的鉴别提供依据,从而为公安侦查工作的开展提供帮助。

近红外光谱法测定聚乙烯醇的醇解度

建立了一种基于近红外光谱法测定聚乙烯醇(PVA)醇解度的方法,首先采用核磁共振法对37个PVA试样的醇解度进行测试,然后选取其中29个PVA试样作为校正样品集,选取合适的波长区间和最佳主因子数,先后用二阶导数和标准正则变换对各个试样的近红外光谱进行处理,并采用偏最小二乘法(PLS)建立定量分析模型,模型性能采用留一法交叉验证进行评价;剩余的8个PVA试样作为验证样品集,比较分别采用核磁共振法与近红外光谱法测试所得醇解度的差异。结果表明:基于近红外光谱法的PVA醇解度测试方法建模样本数低、操作简单、实验效率较高,醇解度的检测范围较宽(72%~99%),准确度较高,相对偏差最高仅为0.56%,且具有较高的精密度,相对标准偏差最高仅为0.07%;该方法可较好地满足高端PVA产品的开发与质控要求,具有极好的应用前景。

近红外光谱法测定丙三醇中微量水含量

使用近红外光谱法,结合卡尔费休法测定的丙三醇中微量水含量数据,运用化学计量学方法建立了丙三醇中微量水含量近红外定量分析模型,其内部交叉验证决定系数为0.997 5,内部交叉验证均方差为0.001 77,测量范围为0.015 6%~0.151 2%。经过模型外部样品验证,发现该模型预测的水含量结果与卡尔费休法测定的水含量结果无显著性差异,且其精密度与稳定性良好。以通过外部验证评估后的模型为基础,完成了丙三醇中微量水含量近红外光谱测定法的建立。该测定方法操作耗时短,结果可靠,使用成本低,无废液产生且可实现实时无损测定,用以代替卡尔费休法后,显著提高了工作效率。

比较教学法在红外光谱分析实验教学中的探索与应用

紧密结合实验特性和教学目的,提出将比较教学法应用于实验课堂,深入探讨了其在红外光谱分析实验教学中的应用与实践。通过实施这种教学方法,学生不仅能深入理解透射法与衰减全反射红外光谱分析法的异同点,而且能掌握这两种方法的实际应用技巧。实践表明,比较学习法有效推动了高分子材料分析实验的教学改革和质量的提升,有助于强化学生实践操作能力,激发他们的科研兴趣,为培养未来的科研人才奠定坚实基础。