FTIR/ATR光谱应用于人体血液血红蛋白的快速定量分析

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和衰减全反射(ATR)技术,建立了人体血液血红蛋白(HGB)的快速定量分析方法。采集人体全血样品8个,用常规化学方法测定血红蛋白浓度作为光谱校正模型的参考化学值。每个样品用蒸馏水溶血,分别配制成2倍、3倍、4倍、5倍、6倍稀释的溶血液样品,和全血样品一起共得到6组48个样品用于光谱测定。基于11点Savitzky-Golay平滑的二阶导数光谱,采用MLR分析和交叉检验对每组样品分别建立定量模型。每组分别采用全谱(4000—600cm-1)、指纹领域(1800—800cm-1)建立MLR模型,并建立每个波数的一元线性回归模型,从中遴选效果最好的单点模型。结果表明,每组样品的最优单点模型都有良好的预测效果。直接测定的全血样品组的最优单点模型的采用波数、交叉检验均方误差(RMSECV)、相对交叉检验均方误差(RRMSECV)、预测相关系数(Rp)分别为1759cm-1、4.9g/L、3.6%、0.825。

葡萄糖水溶液FTIR/ATR光谱分析的吸收峰组合模型

利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)结合衰减全反射(ATR)技术建立葡萄糖水溶液的分析模型.基于葡萄糖水溶液与去离子水的差谱,找到5个吸收峰:1150,1103,1078,1034,991(cm-1).建立吸收峰组合多元线性回归(MLR)模型,最优组合为1103,1034,991(cm-1),对应预测均方根偏差(RMSEP)、预测相关系数(RP)分别为0.933 mmol/L,0.989,大幅度优于全谱(4500-600 cm-1)偏最小二乘(PLS)模型的预测效果,并且大大降低了模型复杂性.为了得到稳定可靠的结果,所有模型都是基于50个定标集和预测集划分的平均效果得到的.

不同预处理方法对苯丙酮尿症FTIR/ATR光谱筛查模型的影响

建立苯丙酮尿症的FTIR/ATR光谱筛查模型,比较基线校正、平滑、求导、傅里叶退卷积等光谱预处理方法对模型精度的影响。利用多模型共识偏最小二乘法(cPLS)建立干血片中苯丙氨酸浓度的校正模型,以相关系数(r)、预测均方根误差(RMSEP)、平均相对误差(MRE)和预测准确率(Acc)等指标,考察不同预处理方法对建模效果的影响。结果一阶微分9点平滑处理方法效果最好。与原始光谱相比,模型的r,RMSEP,MRE和Acc分别从0.822 7,115.8,0.395和94.6改善到0.889 9,102.2,0.286和100。本方法直接快速、不消耗试剂、不产生污染,有望成为PKU大人群快速筛查的简便、绿色新技术。

浓度分段模型应用于人体血清葡萄糖的FTIR/ATR光谱分析

利用傅立叶变换红外光谱（ FTlR）和衰减全反射（ ATR）技术，建立了人血清葡萄糖的快速定量分析方法。根据葡萄糖水溶液与纯净水差谱得到葡萄糖的指纹吸收波段（1200-900 cm-1），分别在全谱（4000-600 cm-1）和指纹波段建立偏最小二乘法（ PLS）模型，指纹波段的预测效果明显好于全谱。选择指纹波段后，提出一种根据浓度分段分别建模然后进行组合的建模方法。按照全部样品、低浓度样品、高浓度样品分别建立模型后，根据3个模型进行综合决策。应用独立的检验集对样品进行测试表明，按葡萄糖浓度范围分段建立组合模型的预测效果优于基于全部样品建模的预测效果。对于分段阈值附近的样本，低浓度和高浓度模型的预测效果差别不大。浓度分段组合模型的预测均方根偏差（ RMSEP）和预测相关系数（ Rp ）分别为0.732 mmol/L和0.948。

FTIR/ATR光谱应用于甘蔗糖蜜锤度的快速测定

采用FTIR/ATR光谱,偏最小二乘法(PLS)和Savitzky-Golay(SG)平滑方法建立甘蔗糖蜜锤度的快速测定方法和光谱分析的优化模型。基于全谱4500—600cm-1,利用计算机算法平台,把483种SG平滑模式和1—40的PLS因子数任意组合分别建立PLS模型。根据预测效果,最优模型为原谱平滑,2、3次多项式类型,45平滑点数,PLS因子数为6,预测均方根偏差(RMSEP)、预测相关系数(rp)和相对预测均方根偏差(RRMSEP)分别为0.978%、0.902%和1.05%,预测精度很高,并且大幅度优于未做SG平滑处理直接用PLS建模的预测效果。从而表明,FTIR/ATR光谱能够应用于甘蔗糖蜜锤度的快速准确测定,SG平滑模式和PLS因子数的联合大范围筛选能够有效地应用于FTIR/ATR光谱分析的模型优选。

MWPLS应用于甘蔗清糖浆FTIR/ATR光谱波段优选

采用移动窗口偏最小二乘(MWPLS)算法,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和衰减全反射(ATR)技术,建立甘蔗清糖浆锤度的优化模型。以模型的预测均方根偏差(RMSEP)为优化目标,利用MWPLS,在全谱中遴选多个局部最优波段进行任意组合。结果表明,采用MWPLS遴选的组合波段有最优模型预测效果。

血液FTIR/ATR光谱分析的数学模型

利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)结合衰减全反射(ATR)技术和单点回归方法建立人体血液血红蛋白定量分析的数学模型。以预测均方根偏差(RMSEP)和预测相关系数(RP)为目标进行模型优选。结果表明:最优单点模型的RMSEP、RP值分别达到5.40、0.859,为FTIR/ATR光谱技术应用于人体血红蛋白的定量分析提供优秀稳定的数学模型。

FTIR/ATR光谱快速测定糖厂废水COD

利用FTIR/ATR光谱技术建立糖厂废水化学需氧量(COD)的快速测量方法.基于光谱Savitzky-Golay(SG)平滑和偏最小二乘法(PLS)建立光谱优化模型.建立计算机算法平台,把540种平滑模式和1-40的PLS因子数任意组合分别建立SG-PLS模型,预测效果最优的模型平滑模式为2阶导数平滑,6次多项式,51平滑点数,其对应的PLS因子数(F)、预测均方根偏差(RMSEP)和预测相关系数(RP)分别为11,24.4 mg/L和0.968,预测相关很高,并且明显优于未做SG平滑的直接PLS模型.

基于ATR-FTIR光谱测量结晶过程溶液浓度的变量稳定加权混合收缩方法

针对衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱仪用于测量结晶过程溶液浓度时,因光谱谱线维度高、无关变量多,导致的标定模型预测精度低、可解释性差等问题,提出了一种变量稳定加权混合收缩的新方法。首先提出对光谱变量进行随机二进采样,将建立的优秀子模型中变量被选频率与所有子模型中变量回归系数的稳定性指标进行加权评价的稳定加权变量种群分析法(SWVCPA)。通过对变量的重要性进行排序,采用指数递减函数在迭代过程中逐渐强制滤除重要性低的变量,实现了对光谱变量空间的初步收缩,并大幅提高了收缩的稳定性。然后在收缩后的子空间继续使用一种新的动态麻雀算法(DSSA),以最小化训练预测均方根误差(RMSEC)为适应度函数进一步优化变量组合。这种混合优化方式融合了两类变量选择算法的优点,通过子模型竞争的方法确保了前期变量收缩的稳定性,防止算法陷入局部最优;通过智能优化算法避免了对剩余变量组合的遍历寻优,允许保留更多的变量进行精准选择。为了验证新方法的性能,使用L-谷氨酸溶液冷却结晶过程中6种不同浓度下采集到的ATR-FTIR光谱数据进行测试。结果表明,新方法将光谱变量数从613个减少到46个,与原始光谱相比,使用选择后变量建立的偏最小二乘法(PLSR)模型其预测均方根误差(RMSEP)为从1.727 9降低到0.165 4,预测决定系数(R^(2))从0.973 7提高到0.999 7。另外相比于特征谱段、遗传算法(GA)以及变量种群组合分析法(VCPA)选择变量建立的模型,使用新方法建立的溶液浓度预测模型具有更高的准确性和稳定性,说明该方法对提高使用ATR-FTIR光谱法测量冷却结晶过程溶液浓度准确性和可靠性具有一定的实际应用价值。

利用ATR-FTIR研究脂质纳米粒的鼻黏液渗透性

鼻黏液是影响疫苗和药物经鼻吸收的首要屏障。由于干扰因素复杂多变,在体评价黏液渗透性较难实施,多采用体外评价。现有的药物鼻黏液渗透性检测方法如细胞模型法、多粒子示踪技术等,存在细胞培养周期长、操作繁琐、成本高、可获得信息少且需要进行荧光标记等不足,对鼻黏膜制剂的体外评价具有很大的局限性,因此迫切需要建立一种快速、简便、灵敏的鼻黏膜制剂黏液渗透性评价方法。基于衰减全反射-傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)对药物结构以及粘蛋白二级结构变化的敏感性,利用其对不同性质(粒径与电荷)脂质体的鼻黏液渗透性进行研究,通过FTIR图谱分析不同脂质纳米粒与黏液中粘蛋白的相互作用,建立了鼻黏膜制剂黏液渗透性的体外评价方法。方法学研究表明,对于聚乙二醇10000(PEG10000)、壳聚糖、海藻酸钠脂质体,该方法线性关系分别为Y=2.3866X+2.154、Y=1.8703X+0.2789、Y=1.13014X+0.0609,线性相关系数分别为0.9958、0.9945、0.9909,精密度RSD值分别为0.62%、0.73%、0.95%;重复性试验中RSD值分别为0.83%、0.97%、0.88%,说明该方法线性关系良好、精密度高、重复性好,可用于体外评价药物制剂在黏液中的渗透性。研究结果表明,利用ATR-FTIR在不同时间内扫描样品可得到不同脂质体制剂样品的强度增加的吸收带。对于不同粒径PEG脂质体而言,粒径越小其黏液渗透性越强;对于不同电荷脂质体而言,壳聚糖脂质体黏液渗透性最弱,海藻酸钠次之,PEG脂质体黏液渗透性最强。进一步研究表明,不同电荷脂质体黏液渗透性的差异源于其与粘蛋白相互作用,该结论可通过分析粘蛋白酰胺Ⅰ带所包含的各二级结构信息得到。综上,基于ATR-FTIR所建立的体外评价方法灵敏简便,可作为多种不同制剂的鼻黏液渗透性的快速测定,经改进后还可用于药物制剂在其他黏液中的渗透性评价,应用前景广阔。

ATR-FTIR光谱法检测花生油、芝麻油和菜籽油中的过氧化物

食用油在加工和储存过程中脂质易被氧化生成过氧化物,从而影响其营养价值和感官,并会产生毒素诱导多种人类疾病。基于食用油中过氧化物与三苯基膦(TPP)间1:1的定量反应,通过测定反应产物三苯基氧膦(TPPO)于542 cm-1处的红外特征吸收峰,建立检测不同食用油过氧化值的方法。实验结果表明,花生油、芝麻油和菜籽油中的三苯基氧膦(TPPO)在542 cm^(-1)处的特征吸收的峰高D(542)与其过氧化值之间存在良好的线性关系,且线性关系均不同,线性方程分别为y=3.09×10^(-4)x+1.43×10^(-4),R^(2)为0.9918,y=8.23×10^(-4)x-2.86×10^(-4),R2为0.9941,y=5.2×10^(-4)x-3.33×10^(-4),R^(2)为0.9955。建立的方法可以更加准确地检测不同食用油中的过氧化值,且使用的有机溶剂较少,可用于花生油、芝麻油和菜籽油快速、准确的质量控制分析。

Maillard反应前体物质参与木质素微生物转化产物的FTIR光谱特性

腐殖质(HS)是由各类前体物质缩聚而成,前体物质是调控HS形成的关键。Maillard反应前体物质能否对木质素转化、HS形成有促进作用有待验证。鉴于此,采用液体摇瓶培养法,以木质素培养液为研究对象,通过添加邻苯二酚、葡萄糖和甘氨酸的单一及组合溶液,启动120 d的液体摇瓶培养,采用离心法收集上清液(细胞代谢产物)和沉淀(菌体残留物),分析两者性质并深入研究菌体残留物FTIR的光谱特性,系统评价各前体物质对木质素向HS转化的贡献。结果表明:(1)在木质素培养液中添加甘氨酸,历经液体摇瓶培养更有利于细胞代谢产物有机分子的缩合,使其结构趋于复杂,而邻苯二酚参与的4个处理及单独添加葡萄糖更易促进细胞代谢产物的降解,使其分子结构更加简单。与作为空白对照(CK)的无菌去离子水相比,外源添加Maillard反应前体物质能够促进细胞代谢产物矿化,使总有机碳(total organic carbon,TOC)含量下降,单一添加邻苯二酚能够使细胞代谢产物TOC含量始终高于其他处理;(2)添加Maillard反应前体物质可显著提升木质素微生物转化形成菌体残留物的回收率,单一添加邻苯二酚的菌体残留物回收率提升幅度最大,而邻苯二酚、葡萄糖和甘氨酸三者组合溶液对菌体残留物回收率的提升幅度最小,葡萄糖和甘氨酸的组合溶液使菌体残留物回收率在整个培养期间始终处于最高水平。添加Maillard反应前体物质使菌体残留物TOC含量的增加幅度小于CK,尽管如此,培养结束时,邻苯二酚参与的4个处理、葡萄糖和甘氨酸组合溶液的添加使菌体残留物TOC含量显著高于CK;(3)木质素经微生物转化形成的菌体残留物拥有羟基O—H、不对称脂族—CH_(3)、对称脂族—CH_(2)—、芳香碳C C及多糖类物质,与土壤胡敏酸有着相似的FTIR特征,但其分子缩合度尚无法达到土壤胡敏酸的复杂程度。各处理在完成培养后,菌体残留物中的羟基含量有着不同程度增加,而多糖含量有所下降,单一甘氨酸以及葡萄糖和甘氨酸组合溶液的添加使菌体残留物的脂族化程度提高,而邻苯二酚参与的4个处理及单独添加葡萄糖可使菌体残留物中的芳香碳比例进一步提高。综上,添加Maillard反应前体物质可促进细胞代谢产物矿化,使TOC含量下降、提高菌体残留物回收率,同时使其羟基含量增加、多糖含量降低,不同前体物质对菌体残留物脂族化和芳香化的影响规律不同,邻苯二酚参与的4个处理及单一添加葡萄糖可使菌体残留物中的芳香碳比例提高。

利用ATR-FTIR定量测定聚氨酯预聚体的异氰酸酯基含量

对于多苯基多亚甲基多异氰酸酯与聚醚多元醇制备的聚氨酯预聚体系列样品进行衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)测试,分别用异氰酸酯基团(-NCO)的红外特征峰(~2245 cm^(-1))的吸光度A和校正峰面积S与电位滴定法得到的-NCO含量进行线性拟合。结果表明,后者的线性关系优于前者,相关系数R 2分别为0.9967和0.9856。依据校正峰面积S对-NCO含量之间的工作曲线,测定了新制备预聚体的-NCO含量,与电位滴定法相比,相对误差均<0.2%,相对标准偏差均<0.5%,表明测试准确度良好,方法可靠。利用ATR-FTIR测定聚氨酯预聚体的-NCO含量,样品无需任何前处理且用量少,不产生废液、环境友好,测试结果可靠;便于在工业生产现场进行操作和应用。

BSA与羟磷灰石相互吸附的FTIR-ATR光谱

采用傅里叶变换红外衰减全反射(FTIR-ATR)光谱法对牛血清白蛋白(BSA)在羟磷灰石(HA)[Ca_(10)(OH)_2(PO_4)_6]表面不同时间的相互吸附作用进行了表征。在BSA溶液作用下,羟磷灰石表面的Ca^(2+)、PO_4^(3-)和OH^-离子初始的溶解和再沉淀使得BSA与HA相互作用层层叠加,在HA表面形成从表层到次表层分子都包含有吸附的BSA的覆盖层,从而加深两者之间的相互作用。经红外差谱法处理过的相关ATR数据表明,BSA与HA之间的相互作用是快速的,并随时间变化进一步加强;来自HA上PO_4^(3-)的P=O基团对蛋白质肽键的酰胺Ⅱ带(-CNH)、多肽链的甲基(-CH_3)和亚甲基(-CH_2)上氢的吸附作用要比P-O快速而且强烈。Ca^(2+)在该吸附过程中起了极其重要的作用,其快速与蛋白质肽键的羰基氧发生作用,并诱导该蛋白质二级结构由β-折叠向α-螺旋和β-转角构象转变;伴随着这一构象变化,蛋白质多肽链上大多数肽键的-C=O和H-N-活性基团从链间氢键交联中释放出来,带动众多的氢分别参与同HA表面的Ca^(2+)、PO_4^(3-)和OH^-离子的相互吸附作用,并牢牢地结合于HA表面;这对硬组织的再生起着重要作用,促进了HA的生物矿化过程。

NIR和ATR-FTIR光谱技术在萝卜农残检测中的应用

研究了近红外(NIR)光谱技术和衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱技术在萝卜农药残留检测中的应用。为了从不同角度分析,分别使用偏最小二乘(PLS)法和BP神经网络建立了数学模型。经最小—最大归一化方法优化后的NIR光谱数据的PLS法模型标准差为:RMSEC=0.289,RMSEP=0.335,BP神经网络模型标准差为:RMSEC=0.436,RMSEP=0.610。矢量归一化方法优化后的ATR-FTIR光谱数据的PLS法模型标准差为:RMSEC=0.168,RMSEP=0.127,BP神经网络模型标准差为:RMSEC=0.100,RMSEP=0.106。结果表明:ATR-FTIR的农药残留检测精度高于NIR光谱技术,ATR-FTIR光谱技术在农药残留检测方面有实际应用潜能和优势。

ATR-FTIR光谱技术在聚合物膜研究中的应用

红外光谱是聚合物研究中常用的一种表征手段,而衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)更是由于在研究聚合物薄膜方面具有显著的优势而被广泛使用。逐层组装(layer-by-layer assembly)技术是一种常用的组装聚合物超薄膜的方法,ATR-FTIR光谱技术的引入可以在获取膜组装过程中相应信息的同时有效地避免表征过程中对样品的损害。另一方面,ATR-FTIR方法与二维相关光谱技术(two-dimensional correlationspectroscopy,2D correlation spectroscopy)相结合也是研究小分子(主要是水分子)在聚合物薄膜中的渗透行为的有效手段。本文对ATR-FTIR的基本原理和显著特点作了介绍,并以实例阐述该方法在逐层组装技术和水分子在薄膜内渗透行为研究两方面的应用。

ATR-FTIR光谱技术在高聚物研究中的应用

本文对衰减全反射红外光谱(FTIR-ATR)的基本原理和特点作了简单介绍,并以橡胶和淀粉为实际例子,阐述了该方法在高聚物研究中的应用。

ATR-FTIR光谱法快速测定农药溶液含量

用衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术对26个浓度范围为0.03～6mg/kg的毒死蜱溶液和20个浓度范围为2～20mg/kg的炔螨特溶液进行定量快速检测。其中,两种农药溶液分别随机抽取5个样本作为预测集。采用差谱、基线校正和矢量归一化对光谱数据进行预处理,分别建立了以峰面积和峰高与浓度的定量分析模型,以峰面积建立定量模型的毒死蜱和炔螨特溶液的相关系数分别为0.995 8和0.989 5,RMSEC分别为0.168 5,0.643 2,RMSEP分别为0.196 5,1.125 6;以峰高建立定量模型的毒死蜱和炔螨特溶液的相关系数分别为0.9975,0.987 1,RMSEC分别为0.130 5,0.712 8,RMSEP分别为0.268 6,1.183 1。实验结果表明,衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术可用于农药溶液的快速初步测定。

衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)在琥珀检测与研究中的应用

红外光谱分析是矿物材料研究中常用的一种表征手段,而衰减全反射红外光谱(ATRF-FTIR)由于其快速、无损且能够进行微区检测等优势在而被广泛使用。以不同产地琥珀、柯巴树脂和覆膜处理琥珀为研究对象,通过BRUKER LUMOS独立式红外显微镜对样品的ATR-FTIR光谱进行测试与分析。结果表明:v(C=C)伸缩振动在1 643 cm^(-1)和δ(芳C—H)弯曲振动在889 cm^(-1)两处的红外吸收谱带均出现在多米尼加和俄罗斯琥珀中;由v(C—O)伸缩振动在1 300~925 cm^(-1)范围内的红外吸收谱带对于琥珀的产地具有一定的指示意义;v_(as)(=CH_2)不对称伸缩振动在3 080,1 643和887 cm^(-1)三处的红外吸收谱带为柯巴树脂所特有,具有重要的鉴定意义;覆膜琥珀显示琥珀和人工树脂混合红外光谱,除琥珀特有的红外光谱之外,760和702 cm^(-1)红外吸收谱带为人工树脂中γ(芳X—H)面外弯曲振动所致。ATR-FTIR在琥珀的成因、产地及优化处理品种的检测具有重要的意义。

ATR-FTIR光谱法快速测定Bopp膜的品质指标

应用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)分析技术,测定了310个具有代表性的卷烟辅料BOPP膜样品的中红外光谱数据.结合偏最小二乘法(PLS)建立了测定BOPP膜厚度和克重的校正模型,并对光谱数据的采集、预处理、光谱区域的选择和模型的优化进行了讨论.所建的厚度和克重模型相关系数分别为:0.972 82,0.977 84,交互效验均方残差分别为:0.269 00,0.030 80.将模型的预测结果与标准方法测定结果进行比较,在显著性水平为5%的条件下,两种方法不存在显著性差异.此方法可用于快速定量测定Bopp膜的物理指标,且操作简单易行,结果准确.