Monitoring real time polymorphic transformation of sulfanilamide by diffuse reflectance visible spectroscopy

This study investigated the development of a novel approach to surface characterization of drug poly- morphism and the extension of the capabilities of this method to perform ＇real time＇ in situ measure- ments. This was achieved using diffuse reflectance visible （DRV） spectroscopy and dye deposition, using the pH sensitive dye, thymol blue （TB）. Two polymorphs, SFN-β and SFN-γ, of the drug substance sulfanilamide （SFN） were examined. The interaction of adsorbed dye with polymorphs showed different behavior, and thus reported different DRV spectra. Consideration of the acid/base properties of the morphological forms of the drug molecule provided a rationalization of the mechanism of differential coloration by indicator dyes. The kinetics of the polymorphic transformation of SFN polymorphs was monitored using treatment with TB dye and DRV spectroscopy. The thermally-induced transformation fitted a first-order solid-state kinetic model （R2=0.992）, giving a rate constant of 2.43 × 10^- 2 s 1.

手持式马铃薯干物质含量无损检测装置设计与试验

面向马铃薯品质抽检的需求,研发了手持式马铃薯干物质无损检测装置。装置硬件部分包括光谱采集模块、电路控制模块、控制与显示模块、外壳模块,装置设计为枪形,尺寸为180 mm×85 mm×210 mm。利用装置采集可见近红外漫反射光谱,比较Savitzky-Golay卷积平滑(SM)、一阶导数(first-order derivative,FD)、多元散射校正(multiple scattering correction,MSC)和标准正态变量变换(standard normal variate transformation,SNV)的预处理方式,SM结果较优。采用竞争性自适应重加权采样(competitive adapative reweighted sampling,CARS)筛选27个特征波长,建立马铃薯干物质含量的支持向量回归(support vector regression,SVR)预测模型,结果显示,验证集决定系数和均方根误差分别为0.802和0.98%。基于QT开发工具编写装置软件,包括黑白校正与测量模块、电量显示模块、光谱数据显示模块、保存数据模块、光谱数据刷新模块、检测结果显示模块。开展装置验证,预测均方根误差为1.01%,单次测量平均耗时为0.62 s。结果表明,手持式马铃薯干物质无损检测装置可快速、准确检测干物质含量,具有在马铃薯生产源头与加工现场应用的潜力。

土壤有机质可见-近红外反射光谱特性研究

为优化土壤有机质含量预测模型运算速度,以50份土壤有机质为例,利用Pearson相关系数分析法对土壤有机质的特征波段进行提炼筛选。结果表明,土壤样品的反射光谱与土壤有机质含量在555~662 nm波段范围内呈较强负相关,显著特征波段为601 nm;经过不同预处理后的土壤反射光谱与土壤有机质含量呈较强的相关性,显著特征波段增加,主要体现在601、1221、1410、1665、1880、2110、2200 nm波段附近。对不同土壤含水率的反射光谱与土壤有机质含量之间的Pearson相关曲线进行分析发现,显著特征波段主要体现在601、1450、1930、2200 nm波段附近,随着土壤含水率的增加,土壤有机质的特征波段601 nm的相关性逐渐减弱,土壤水分的特征波段1450、1930、2200 nm的相关性逐渐加强;土壤含水率超过10%,土壤反射光谱与土壤有机质含量呈正相关。研究获取的土壤有机质特征波段和土壤水分影响波段,为土壤有机质快速检测模型的建立提供理论支撑。

紫外可见光谱结合化学计量学对当归及其掺伪品的可视化鉴别

该文考察了紫外可见漫反射光谱结合化学计量学对当归及其掺伪品进行鉴别的可行性,并对40个当归纯品和75个掺伪品进行鉴别。首先采用Kennard-Stone(KS)分组法将数据集分成86个样品的训练集和29个样品的预测集。考察了训练集原始光谱以及连续小波变换及其结合SG平滑、数据标准化方法预处理后的光谱及主成分分析得分图,确定最佳预处理方法,最后采用偏最小二乘-判别分析建立鉴别模型。结果表明,对原始紫外可见光谱进行主成分分析,无法将当归和掺伪品分开。而经连续小波变换-SG平滑-数据标准化预处理后,不仅可区分当归纯品和其掺伪品,还可区分不同含量的掺伪品。经最佳预处理后仅使用一个因子建立偏最小二乘-判别分析模型,对预测集中当归及其掺伪品的鉴别正确率可达100%。因此,紫外可见光谱结合连续小波变换-SG平滑-数据标准化-偏最小二乘-判别分析模型,可以实现当归及其掺伪品的快速准确鉴别。

丙酮盐酸混合液提取土壤腐殖质组分的光谱学特征

采用丙酮盐酸混合液提取土壤胡敏酸(HA)和胡敏素(HU)组分,利用元素分析、紫外-可见漫反射光谱和红外光谱进行结构表征。元素分析表明,HA中C、H、N和S含量均高于HU,O含量低于HU。原子比分析表明HA的缩合度相对较高,分子结构相对复杂,HU的缩合度相对较低,分子结构相对简单。紫外-可见漫反射光谱分析表明,由于腐殖质(HS)的组成复杂,多种官能团互相干扰,HA和HU紫外-可见漫反射光谱无明显特征峰,吸光度值随着波长的增加呈下降趋势,且HA包含的吸光有机成分较多,化学组成较复杂。HA和HU紫外特征参数SUV254和E4/E6比较分析表明,与HU相比,HA芳香性较大,腐殖化程度较高。红外光谱分析表明,HA和HU具有相似的红外光谱,各研究对象特征吸收峰的吸收强度不同,其中开垦黑土20~40 cm和未开垦灰土18~37 cm土层HA的振动幅度较大,说明其包含的酚类化合物、含羟基化合物、脂肪族化合物和羧酸,以及含羰基的醛、酮、醚等化合物的含量较多。开垦黑土10~20 cm土层和未开垦灰土18~37 cm土层HU在各特征吸收峰振动幅度较大,说明其包含的酚类化合物、羧酸、脂肪烃和糖类化合物含量较多。红外光谱各吸收峰强度比较分析表明,开垦后黑土HA和HU酚类化合物、羟基官能团和脂肪族化合物等含量增加,而开垦后灰土HA和HU酚类化合物、羧酸和脂肪族化合物含量下降,表明开垦对黑土土壤有机质影响相对较小,并且在一定程度上增加了土壤有机质含量,而促进了灰土土壤有机质的分解。综上所述,丙酮盐酸混合液提取法为HS生物化学和生理活性的研究提供了新的技术手段,为合理利用土壤资源提供理论依据。

紫外可见反射光谱法检验烟盒内衬纸研究

【目的】在提取到香烟物证的案件现场,对香烟内衬纸进行检验,可以获得嫌疑人的生活习惯、所在地域、经济状况等信息。【方法】选用紫外可见反射光谱法检测13种不同烟盒内衬纸、相近颜色烟盒内衬纸、同一烟盒内衬纸不同部位及同一品牌不同批次烟盒内衬纸,同时检测加热老化和自然光老化后的烟盒内衬纸。【结果】13种不同烟盒内衬纸、相近颜色烟盒内衬纸光谱图明显不同;同一烟盒内衬纸不同部位、同一品牌不同批次烟盒内衬纸光谱图无明显变化;加热老化后的内衬纸光谱图无明显变化,自然光老化50d后的烟盒内衬纸光谱图出现变化。【结论】通过紫外反射光谱法可以鉴别确定烟盒的种类。

基于高光谱仪与光谱仪模型共享的海洋沉积物碳含量速测的研究

实验室光谱仪和高光谱相机是两种获取物质光谱图像的仪器,两种仪器在实际应用方面各有优势且应用范围广泛。本文以光谱仪为主仪器,高光谱相机为从仪器,通过实验室光谱仪和高光谱相机之间的模型转移来实现对海洋沉积物碳含量快速预测。结果显示,当使用数据标准化处理光谱数据,且校正集和检验集的比例为3∶1,使用PDS-DMP-S/B模型转移算法进行模型转移时,建模结果的R^(2)_(P)值为0.69,达到了比较理想的建模结果,为海洋沉积物碳含量从点到面的预测提供了一种新的、快捷的方法。

土壤可见光-近红外反射光谱与重金属含量之间的相关性

发展基于反射光谱技术的快速、简便、低成本的土壤重金属信息提取方法是区域土壤重金属污染治理所需要的。选择江西贵溪铜冶炼厂污染区，分析了9种重金属元素（Cu、Pb、Zn、Cd、Co、Ni、Fe、Mn及Cr）与土壤可见光-近红外反射光谱之间的相关性及其相关的原因。研究表明，研究区土壤中存在Cu（含量介于66．71-387mgkg^-1之间）和Cd（含量介于0．36—6．019mgkg^-1之间）的强烈富集。土壤重金属含量与反射光谱之间存在显著相关，污染元素Cu的最高相关系数为-0．87，Pb、Zn、Co、Ni、Fe的最高相关系数达到高度相关（｜r｜〉0．80），Cr、Cd、Mn的最高相关系数达到显著相关（｜r｜〉0．70）。微分光谱适于获取土壤中的重金属元素信息，利用组合波段能显著提高相关性。Cu与反射光谱之间的相关性主要受有机质的影响；Pb、Zn、Co、Ni主要受黏土矿物和铁锰氧化物的影响；Cr与反射光谱之间的相关性同时受有机质和黏土矿物的影响。

苹果可溶性固形物和糖酸比可见/近红外漫反射与漫透射在线检测对比研究

可溶性固形物和糖酸比是苹果内部品质主要评价指标之一。为此进行苹果糖酸比和可溶性固形物可见/近红外漫反射和漫透射对比检测研究。180个冰糖心和红富士样品被分成建模集和预测集(136∶44),分别用于建立偏最小二乘模型和验证模型的预测能力。在运动速度5个/秒时,采集了冰糖心和红富士两种样品的可见近红外光谱。漫反射和漫透射可见近红外光谱经多元散射校正、标准正态变量变换、基线校正等预处理后,建立了偏最小二乘回归模型。未参与建模的44个样品用于评价模型的预测能力,经比较,漫透射检测方式优于漫反射检测方式,主要因为漫透射检测方式能更有效地克服杂散光。可溶性固形物模型预测相关系数达到0.936,预测均方根误差为0.476°Brix;糖酸比模型预测相关系数达到0.785,预测均方根误差为10.94。研究结果表明:应用可见/近红外漫透射光谱技术,可实现苹果可溶性固形物和糖酸比在线检测。为大宗水果内部品质分选提供了技术支持和参考依据。

可见-近红外光谱的土壤养分快速检测

在测定土壤养分中,可见-近红外光谱技术具有很大的应用空间。该研究探讨了基于可见-近红外光谱(250~950nm)离线、快速测定土壤总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)、总碳(TC)等土壤养分的方法及应用。采集青岛三个不同地区土壤样品(异质性较高的山地土壤与河畔土壤)各60份,总计180份,并测定其TN,TP,TK,TC含量及其可见-近红外反射光谱,利用Kennard-Stone法按2∶1比例划分校正集和检验集,采用遗传算法分别提取TN,TP,TK,TC特征波长,以偏最小二乘法建立定量分析模型。TN,TP,TK,TC含量所建光谱模型的相关系数分别为0.970,0.964,0.680和0.967,检验集的相关系数分别为0.980,0.937,0.717和0.972,检验集的RPD值分别为4.570,2.424,1.411和4.135。结果表明,该方法能够对土壤TN,TP,TC含量进行精确预测,对土壤TK含量进行粗略预测。该研究主要依靠可见光波段,较好的预测了异质性较高的土壤的氮磷钾等养分含量,有望降低未来土壤养分速测的成本。此外,该研究还提供了青岛土壤养分的光谱库,为我国土壤大数据库的建立提供技术支撑。

基于可见-近红外漫反射光谱技术的葡萄贮藏期间可溶性固形物定量预测

利用可见-近红外漫反射光谱技术,建立不同品种葡萄贮藏期间可溶性固形物含量定量预测的通用模型。以10℃贮藏的玫瑰香葡萄、马奶葡萄、红提葡萄的混合光谱为定标材料,探讨不同化学计量学建模方法、不同光谱预处理方法、间隔点、平滑数以及不同特征波长区间选择对建模效果的影响及模型的品种适用性。结果显示,采用改进偏最小二乘法,16点平滑,间隔点数16点,结合二阶导数、去散射的处理方法,在波长范围408～1 092.8 nm内建立的模型效果最优,其交互验证误差和交互验证判定系数R2CV分别为0.308 7、0.980 2。由3种葡萄混合组成的预测集对模型进行评价,预测标准差0.354、预测判定系数Rp2为0.980 8、验证相对分析误差为6.22、预测残差平方和为7.993。模型对单一品种预测Rp2均达到0.94以上。因此,葡萄果实可溶性固形物含量的近红外预测模型具有可行性,可同时适用于多种葡萄品种。

一种可见光响应纳米TiO_2粉体的光响应特性表征

利用有机溶剂水热法制备了一种新型的可见光响应纳米TiO2粉体光催化剂。对其进行光响应特性表征,研究发现:固相粉末漫反射吸收谱反映了该TiO2粉体具有类似改性TiO2的可见光响应的特征;而在纳米颗粒稀悬浮液的特定条件下,紫外-可见吸收谱给出了该纳米TiO2粉体的类似本征TiO2的光响应特征,观测不到其可见光响应特征;分析表明,该现象可能与在稀悬浮液的条件下,声子参与的光致电子跃迁过程的退化有关．

可见/近红外漫反射光谱无损检测磨盘柿果实硬度的研究

建立可见/近红外光谱与磨盘柿果实硬度之间的数学模型,评价可见/近红外光谱技术无损检测磨盘柿硬度的应用价值。在可见/近红外光谱区域(570～1848nm),实验对比分析了不同数学建模算法、不同导数处理方法和不同散射及标准化处理的磨盘柿果实硬度定标模型。结果表明,应用偏最小二乘回归算法、一阶导处理和标准正常化和散射处理所建柿果实硬度定标模型的预测性能较优,模型的相关系数(Rc2)为0.7992,均方根误差(RMSEC)为2.0642;用该模型对40个预测样本进行预测,其相关系数(Rp2)为0.8267,预测均方根误差(RMSEP)为2.0223。研究表明,可见/近红外漫反射技术对磨盘柿果实硬度的快速无损检测具有可行性。

基于CWT和GRNN的可见-近红外漫反射光谱检测樱桃糖度的研究

联合使用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)和广义回归神经网络(generalized regression neural networks,GRNN)建立用于测定樱桃中糖含量的CWT-GRNN预测校正模型。利用CWT提取樱桃样本数据中反映含糖量的关键光谱特征,在CWT域中选择3个具有代表性的尺度,并在每个尺度下根据樱桃样本的可见-近红外光谱的特征将其划分为4个特征区间,从而构造12个特征输入到GRNN,GRNN的光滑因子取为0.0001。CWT-GRNN模型对20个预测样本集中的樱桃含糖量的预测相对误差在2%以内。结果表明,可见-近红外光谱技术可以快速、准确和无损地测定樱桃中的含糖量,本研究提出的方法可以用于果蔬产业的品质管理与控制。

涩柿可溶性单宁的可见/近红外漫反射光谱无损检测研究

旨在建立可见/近红外漫反射光谱与涩柿内部可溶性单宁之间的关系,以评价可见/近红外漫反射光谱在测量涩柿内部指标可溶性单宁的应用价值。在可见/近红外光谱区域（570~1 848 nm）,实验对比分析了不同数学建模算法、不同导数处理方法和不同散射及标准化处理的涩柿可溶性单宁定标模型。结果表明,应用改进偏最小二乘回归算法、一阶导处理和去散射处理所建涩柿可溶性单宁定标模型的预测性能较优,其定标交互验证相关系数（RCV）和预测相关系数（R2p）分别为0.722 7和0.678 5,定标交互验证均方根误差（RMSECV）和预测均方根误差（RMSEP）分别为0.148 4和0.176 3。研究表明,可见/近红外漫反射光谱对涩柿可溶性单宁的快速无损检测具有一定的可行性,但模型精度有待提高。

可见/近红外漫反射光谱无损检测甜柿果实硬度

该研究的目的是建立可见/近红外漫反射光谱无损检测甜柿果实硬度的数学模型,评价可见/近红外漫反射光谱无损检测甜柿果实硬度的应用价值。果实硬度采用果皮脆性、果皮强度和果肉平均硬度作为评价指标。在可见/近红外光谱区域(400～2 500 nm),采用改进偏最小二乘法,对比分析了不同导数处理、不同散射及标准化处理的甜柿果实硬度定标模型。结果表明,对于果皮强度和果皮脆性,采用最小偏二乘法、一阶导数处理和标准多元离散校正处理建立的定标模型预测效果较好,RP2分别为0.858和0.862,SEP分别为0.094和0.157,RPD分别为2.47和2.63。对于果肉平均硬度,采用改进偏最小二乘法、一阶导数处理和标准正常化和去散射处理建立的定标模型预测效果较好,RP2为0.82,SEP为0.063,RPD为2.35。因此,可见/近红外漫反射光谱无损检测技术可用于甜柿果实硬度的无损检测。

红提葡萄V_C含量的可见/近红外检测模型

为了建立红提葡萄VC含量的可见/近红外漫反射光谱检测模型,并评价其应用价值,应用不同的化学计量学建模方法和光谱预处理方法,在不同特征波长区间内建立定标模型,讨论建模效果,并通过预测集样品验证最优模型的精度。结果显示:在全光谱范围内,应用改进偏最小二乘法(MPLS)结合一阶导数、5点平滑、加权多元离散校正(WMSC)处理得到的定标模型效果最优,交互验证标准差SECV为0.054 3,定标决定系数R2cv为0.920 2,预测决定系数R2p为0.931 8,预测标准差SEP为0.050 0,残差平方和PRESS为0.188 0,预测相对分析误差RPD为3.640 0。故应用可见/近红外漫反射技术对红提葡萄果实VC含量进行快速无损检测是可行的,模型稳定且精度较高。

可见/近红外漫反射光谱预测磨盘柿成熟度

研究可见/近红外漫反射光谱技术根据果皮色泽a*来快速预测磨盘柿成熟度的方法。在全光谱区域对比分析不同处理方法对果皮色泽a*定标模型的影响。结果表明,应用改进偏最小二乘回归算法、一阶导处理和无散射处理所建果皮色泽a*定标模型的预测性能较优,其定标交互验证相关系数(Rc)v和预测相关系数(Rp2)分别为0.989 6和0.985,定标交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.550 3和0.585 9,RPD为11.38。研究表明,可见/近红外漫反射技术对磨盘柿果皮色泽a*的快速无损预测具有可行性。

可见/近红外漫反射光谱无损检测南丰蜜桔维生素C的研究

应用可见/近红外漫反射光谱对南丰蜜桔维生素C含量进行了无损检测研究。在谱区350～1800nm,应用主成分分析和偏最小二乘法对经过预处理光谱进行数学建模,主成分数和光谱区间选择分别由完全交互验证和回归系数法确定。定标模型对10个未知样品的预测结果是:预测相关系数为0.813,预测均方差为2.112mg(100g)-1,预测偏差为-0.810mg(100g)-1。文章表明利用可见/近红外漫反射光谱技术无损检测南丰蜜桔维生素C具有可行性。

磨盘柿褐变指标的可见/近红外漫反射无损预测研究

为了建立可见/近红外漫反射光谱与磨盘柿果皮和果肉褐变之间的关系,作者在全光谱区域(570～1 848 nm)对比分析了不同处理方法对磨盘柿果皮颜色b*和果肉浊度定标模型的影响。结果表明,应用MPLS、原始光谱和无散射处理建立果皮颜色b*的定标模型预测性能较好,Rp2为0.968,RMSEP为1.417 7,RPD为7.92。应用PLS、一阶导处理和无散射处理建立磨盘柿果肉浊度的定标模型预测性能较好,Rp2为0.757,RMSEP为0.107 9,RPD为2.22。因此,可见/近红外漫反射技术对磨盘柿果皮颜色b*和果肉浊度的快速无损检测具有可行性。