傅里叶变换衰减全反射红外光谱检测血液样本在疾病筛查及诊断的应用进展

傅里叶变换衰减全反射红外(attenuated total reflection Fourier transform infrared,ATR-FTIR)光谱技术以其快速、准确、无创的特点,在生物医学领域尤其是临床血液学检验中显示出巨大潜力。该技术记录样本中分子的振动光谱,提供生物样品内核酸、蛋白质和脂质的化学结构信息,可用于疾病筛查和诊断。ATR-FTIR光谱技术在地中海贫血、艾滋病毒感染、乳腺癌、卵巢癌和脑瘤等疾病中的研究现状和发展情况,提示该技术结合化学计量学方法可实现疾病的快速筛查、诊断与鉴别诊断。ATR-FTIR光谱技术与偏最小二乘法回归模型相结合,以定量法分析人外周血样品中平均红细胞血红蛋白含量、平均红细胞体积和血红蛋白等地中海贫血筛查指标,筛查地中海贫血的灵敏度、特异度分别达到100.0%和95.3%。采用ATR-FTIR光谱技术,基于遗传算法的线性判别分析法,分析血液样本红外图谱中1653 cm-1(酰胺Ⅰ带)、1558 cm-1(酰胺Ⅱ带)、1506 cm-1(环基)和901 cm-1(磷酸二酯伸缩带)处的特征峰,对人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染孕妇血液样本的辨别准确率为89%,灵敏度、特异度分别为83%、92%。采用主成分回归(principal component regression)法对乳腺患者血液ATRFTIR光谱进行识别,其灵敏度与特异度高达92.3%与87.1%此外,ATR-FTIR光谱技术还可应用于生物医学领域的其他方面,如细胞和组织学样本的检测、疾病严重程度的分类等。ATR-FTIR光谱技术展现出广阔的应用前景,但仍面临环境干扰、样本污染等挑战。未来,随着ATR-FTIR光谱技术的优化、发展,其有望在更多疾病的临床血液学检验中发挥重要作用。

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。

ATR-FTIR分析冻结—解冻后的牛肉蛋白二级结构变化

研究了牛肉蛋白质二级结构稳定性在-18,-23及-38℃不同温度下的变化情况,明确了肉品工业中不同冷冻温度对肉品品质的作用机制。利用了傅里叶变换衰减全反射红外光谱（attenuated total reflectance Fourier transfer infrared spectroscopy,ATR-FTIR）技术、自动去卷积以及曲线拟合等计算方法,分析了-18,-23及-38℃三个温度下,牛肉肌原纤维蛋白（myofibrillar protein,MP）在冻结—解冻过程中的红外光谱图变化及蛋白质二级结构变性程度。ATR-FTIR结果显示,冻结—解冻过程中牛肉MP红外光谱图峰高、峰面积发生变化,且峰波数发生红移或者蓝移;冻结—解冻后牛肉MP红外光谱图中3 500~3 300cm-1波段的吸收峰强度减弱甚至消失,说明解冻后牛肉MP中的结合水中O—H基团与氨基酸CO基团形成的分子内和分子间氢键断裂;冻结会影响牛肉MP二级结构的稳定性,导致牛肉蛋白质二级结构发生变化,其中除了无规则卷曲比例上升以外,α-螺旋、β-折叠、β-转角含量均下降,造成有序结构向无序结构转变;解冻后,冻结温度为-38℃的处理组牛肉β-折叠增加量大于-23和-18℃处理组,-38℃冻结牛肉MP二级结构的稳定性最好,解冻后蛋白质复性也最好。即蛋白质冷冻变性程度随着冻结温度的降低而减轻,蛋白质二级结构特征保持也越好。该试验研究基于肉品工业生产实际,研究结果从微观层面揭示了冻结温度对牛肉蛋白质变性的影响规律及可能的机制,为冷冻肉冻藏保鲜工艺制定提供了参考。

静电场辅助冻结-解冻对牛肉肌原纤维蛋白二级结构的影响

为探究低压静电场(LVEF)辅助冻结-解冻肉品的可操作性和工艺条件,本试验研究了静电场中不同距离冻结-解冻对牛肉肌原纤维蛋白(MP)二级结构稳定性的影响,采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)技术及自动去卷积、曲线拟合等计算分析方法,检测分析了新鲜牛肉组、自然冻结-解冻组、静电场中不同距离(15、30、45、60 cm)辅助冻结-解冻牛肉MP的红外光谱图变化及二级结构变性程度。结果表明,LVEF30F处理组牛肉的MP二级结构与新鲜牛肉最接近,其MP中α-螺旋含量为41.87%,显著高于自然冻结组(P<0.05)。自然冻结组牛肉MP的无规则卷曲含量为26.87%,LVEF30F组蛋白结构的相对含量为12.82%,显著低于自然冻结组(P<0.05),静电场辅助冻结组牛肉MP的稳定性优于自然冻结解冻,其中距离静电场发生板30 cm处的场强效果最好。本研究为开发新型冻结解冻技术及装备提供了一定的理论依据。

红外光谱法与荧光光谱成像技术结合神经网络对正毛化橘红的快速鉴别

为探究一种快速、可靠的化橘红检测方法,本实验分别采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱法和荧光光谱成像技术结合多层感知器（MLP）神经网络所构建的模式识别方法,对化橘红进行鉴别,并对两种方法进行了比较。实验以81个正毛化橘红,37个其他品种橘红共118个样品为研究对象,采集所有样品的红外光谱和荧光光谱图像。根据光谱曲线中不同样品间的差异,取红外光谱中550-1800cm^-1区段范围内的光谱数据和荧光光谱曲线中的400~720nm区段的光谱数据进行分析,应用主成分分析法（PCA）对化橘红的光谱数据进行降维处理,再结合MLP神经网络对化橘红样品进行判别分析。实验中分别使用多元散射校正（MSC）、标准正态变量校正（SNV）、一阶导（FD）、二阶导（SD）以及Savitzky-Golay（SG）平滑数据预处理方法,并比较他们对鉴别模型的影响。分析结果表明：利用红外光谱法（FTIR/ATR）,经由Savitzky-Golay（SG）平滑预处理得到的数据,通过隐层函数为sigmoid的三层MLP模型,能够得到最优正毛化橘红识别率,其结果训练集和测试集的识别率都为100%;利用荧光光谱成像技术,由多元散射（MSC）预处理的结果是最理想的。经过预处理的数据,通过隐层函数为sigmoid函数的三层MLP模型,训练集识别率达到100%,测试集识别率达到96.7%。由此可见,衰减全反射红外光谱法（FTIR/ATR）和荧光光谱成像技术分别与MLP神经网络构建的识别模式,均可对化橘红的判别达到快速、可靠的效果。

傅里叶变换红外光谱法测定白酒中乙醇含量

建立快速测定酒精饮品中乙醇含量的衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)法,以ZnSe槽行板为ATR晶体,以水为背景采集样品的FTIR图。以1 044 cm-1的C-OH伸缩振动为特征峰,用峰面积表示整个吸光度以消除尖峰干扰,建立了其线性关系数0.998 6,乙醇水溶液的检测限为0.2%。该方法准确、方便、快速,适用于酒精饮品中乙醇含量的快速测定。

红外光谱技术的近代进展及其应用

对红外光谱技术的近代进展,如漫反射、衰减全反射、联用技术、差谱技术和数据压缩等及其应用作了简单地介绍。

六亚甲基四胺的结构及热稳定性研究

采用变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)技术,研究了六亚甲基四胺的分子结构及热稳定性。实验发现,在3 000~600 cm^(-1)的频率区间内,六亚甲基四胺的红外吸收频率包括亚甲基C—H伸缩振动模式(ν_(C—H))、亚甲基C—H变角振动模式(δ_(CH_2))、亚甲基C—H面外摇摆振动模式(ω_(CH_2))、C—N伸缩振动模式(ν_(C—N))和亚甲基C—H面内摇摆振动模式(ρ_(CH_2))等。以六亚甲基四胺ν_(C—N)为重点研究对象,开展了六亚甲基四胺ν_(C—N)二维相关红外光谱(2D-IR)的研究,进一步考察温度变化对于六亚甲基四胺结构的影响。

不同傅里叶变换红外光谱法研究土壤光谱特征的比较与应用

为了将傅里叶变换红外光谱技术更好地应用于土壤中官能团的定量分析,通过比较3种不同傅里叶变换技术下土壤特征吸收峰的差异,来选取最佳的光谱技术应用于土壤的相关研究。采用透射(T-FTIR)、衰减全反射(ATR-FTIR)和漫反射(DR-FTIR)3种光谱技术分别对有机物(苯甲酸、硬脂酸)和土壤(辽东栎)进行了分析。并将辽东栎和草地土壤样品按不同比例混合,使用T-FTIR和DR-FTIR对混合土样进行光谱测定,用于定量分析研究。结果表明:(1)有机物样品在3种光谱技术中均出现特征吸收峰,苯甲酸在1600~1400 cm^(-1)出现苯环C=C骨架特征峰,硬脂酸在2900~2800 cm^(-1)显现甲基的特征峰。有机物中羧酸-COOH内羰基-C=O在1720~1680 cm^(-1)出现伸缩振动吸收峰,羟基-OH分别在1430~1410 cm^(-1),940~930 cm^(-1)附近出现面内和面外弯曲振动吸收峰。有机物在T-FTIR技术中需要用溴化钾(KBr)对其稀释。(2)辽东栎土壤样品在T-FTIR和DR-FTIR技术测试中发现,其土壤谱图中有较多有效特征吸收峰,土壤样品在T-FTIR技术中也需要用KBr进行稀释并使样品均匀的分布在锭片中;而ATR-FTIR技术测试中仅出现个别有效特征吸收峰,不利于对土壤谱图鉴别与进一步分析。(3)辽东栎和草地土壤样品按不同比例混合的测试结果表明:T-FTIR和DR-FTIR技术测试中质量分数与峰面积比呈正相关,线性拟合分别为R 2=0.70和R 2=0.88。土壤在3种不同红外技术中,DR-FTIR光谱具有较好的土壤特征吸收峰,对土壤样品可以不用KBr稀释。测试步骤简单易操作,可用于土壤样品定量分析研究。

三阶导数衰减全反射傅里叶变换红外光谱对车漆的快速鉴别研究

为了解决公安工作中对嫌疑车辆的掉落车漆进行无损、快速和准确的鉴别,本实验提出一种基于三阶导数衰减全反射傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和Fisher判别分析的方法。通过实验收集并分析了59个车漆样本的光谱数据及其三阶导数谱图,在实验预处理上采用峰面积归一化、Savitzky-Golay平滑和自动基线校正,建立判别分析模型,对每个样本的原始光谱图进行求导,得出各个样本的高阶导数衰减全反射傅里叶变换红外光谱并汇总所有样本的各个阶次的导数数据,建立不同阶次导数光谱数据的判别分析模型,对其区分准确率进行对比。实验研究结果表明,车漆样本的三阶导数光谱技术结合主成分分析的判别分析模型区分准确率高达到98.3%,可准确度地对6个不同品牌的车漆进行有效区分。经过多次实验分析数据,三阶导数光谱可以有效放大各个样本的数据差异、挖掘隐藏于复杂谱峰中的有用信息,可以更准确的对其进行区分,实验结果表明三阶导数衰减全反射傅里叶变换红外光谱结合主成分分析和判别分析的方法是一种有效的红外显微图像分析方法,可为其他的物理证据的鉴定与分析提供一定参考和借鉴。

基于ATR-FTIR光谱技术的原油含水率测量方法

针对原油含水率的测量问题,提出一种基于衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱技术的检测系统。分别建立以光谱数据作为输入的主成分回归(PCR)模型和以光谱数据与含水率作为输入的偏最小二乘(PLS)模型,探究最优预处理方案下的模型性能。结果表明:偏最小二乘结合标准正态变换(SNV)、SG卷积平滑(7点)与二阶导数组合预处理方法的分析模型具有最高的准确率和预测精度。该方法的提出为原油组分快速检测及行业原油质量监督提供了良好的理论基础和技术支撑。

衰减全反射-傅里叶红外光谱法测试丁腈橡胶的丙烯腈含量

采用衰减全反射(ATR)-傅里叶变换红外光谱(FTIR)法测试丁腈橡胶(NBR)的结合丙烯腈含量,并以燃烧法测得的结合丙烯腈含量为标准值,绘制FTIR谱特征峰吸光度比值与NBR中结合丙烯腈含量的标准工作曲线。结果表明,FTIR谱中波数为2 240和1 440 cm^(-1)处的特征峰的吸光度比值(A_(2240)/A_(1440))与NBR中结合丙烯腈含量具有很好的线性关系,根据FTIR谱的A_(2240)/A_(1440)可以计算得到NBR中结合丙烯腈含量。ATR-FTIR法操作简单快捷,测试结果与燃烧法测试结果的误差不大于1.3%,准确度高。

一种耐高温胶带化学成分的测定

基材以及胶粘剂的化学成分是影响耐高温胶带性能和用途的决定因素,分别采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法和差示扫描量热法对胶带基材的化学成分进行测定,进而利用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法和裂解-气相色谱/质谱法分析胶粘剂的化学组成。最后采用热重法确定了胶带中各组分的含量。

一种快速检测芳香聚酰胺复合膜表面纳米层重量的方法

以交联芳香聚酰胺作为分离皮层的反渗透复合膜因具有优越的分离性能和良好的化学稳定性而被广泛应用于脱盐和净水领域。聚酰胺功能皮层的结构和性质对反渗透膜的分离性能起关键作用,其质量和厚度是分离膜的重要表征参数。由于该功能层是在两层复合底膜上界面聚合生成的纳米尺度薄膜,其质量快速简便的表征存在技术难度。本实验结合石英晶体微天平(QCM)技术开发了傅里叶红外光谱衰减全反射(FTIR-ATR)方法,可以实现快速检测表面纳米薄膜层的质量,满足研发、生产和应用的快速检测需求。该方法也可扩展到其他类似结构的纳米薄膜的研究和质控应用中。

ATR-FTIR二阶导数光谱法测定蜂蜜中果糖的含量

建立了ATR-FTIR二阶导数光谱直接测定蜂蜜中果糖含量的新方法。绘制果糖标准溶液的ATR-FTIR二阶导数谱,选择果糖的特征峰（965.8±1 cm-1）为定量峰,绘制果糖质量分数（ρ）与相应二阶导数谱特征峰高（h）的标准工作曲线,在果糖百分含量为0.20~0.60 g·m L-1范围内,两者的线性回归方程为h=-0.000 74ρ-0.000 02,线性相关系数r=0.991 8,方法检出限为0.041 g·m L-1。利用该方法测得蜂蜜样品中果糖的含量为27.45%,测定的相对标准偏差为3.2%,测定的加标回收率为96.0%~100.7%,测定结果与紫外分光光度法相近。

乳剂微观结构研究方法综述

乳剂是一种在医药、食品、化妆品领域都有广泛应用的剂型,本综述总结了近5年来用于研究乳剂微观结构的62篇文献,涵盖的技术和方法主要有成像技术、X射线法、核磁共振法、傅里叶变换衰减全反射红外光谱法、差示扫描量热法、表面张力测定法。同时举例说明各种方法的作用,为今后乳剂的深入研究提供必要的参考。