FTIR光谱法与奶粉的品质分析

采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）获得了11种奶粉产品的红外光谱。奶粉中的主要营养成分在红外光谱中具有明显的指纹特征。同一生产厂家不同品牌的奶粉,其脂肪、蛋白质和碳水化合物的相对比例在红外光谱上差异性较显著,不同厂家相同类别的奶粉既有一定的一致性,在添加辅料的类型和用量上又有所不同。奶粉中脂肪含量高的谱图在1747cm^-1附近的C-O吸收峰和2926cm^-1附近的CH2吸收峰很强;蛋白质高的奶粉所对应的酰胺Ⅰ带的C=O吸收峰（1650cm^-1）和酰胺Ⅱ带的N—H及C-N吸收峰（1540cm^-1）强度较大;奶粉中碳水化合物所对应的C-O伸缩振动峰和环的振动峰在1150～900cm^-1范围内较显著。麦芽糊精、蔗糖和乳糖这三种常用辅料同样具有明显的指纹特征。该方法可简便、快速、直观地评价奶粉品质的优劣。     

闹羊花与野菊花红外光谱的分析与鉴定

采用傅里叶变换红外光谱对杜鹃花科植物闹羊花与菊科植物野菊花两种花类中药材的主成分进行表征,其中闹羊花出现在1 648和1 543cm-1出现明显的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带吸收峰,证明其中含有蛋白质,可能与其具有的免疫作用相关;野菊花出现在1 734和1 515cm-1等CO伸缩振动吸收峰,证明其中含有挥发油等酯类成分。由于二者的红外光谱具有较高的相似性且难以区分,通过二级鉴别比较闹羊花与野菊花的二阶导数红外光谱可看出,在1 656和1 515cm-1附近的吸收峰,表明二者均含有黄酮类成分;野菊花的二阶导数谱图中出现在1 163,1 077,1 026,986和869cm-1的吸收峰与菊糖的特征吸收峰一致,因此可以看出野菊花中含有菊糖。选取不同波数范围的闹羊花与野菊花的二维相关红外光谱进行对比,发现在1 700~1 400cm-1黄酮类成分区域闹羊花有3个明显的自动峰,野菊花有10个明显的自动峰;在1 250~900cm-1糖苷类成分区域闹羊花有10个明显的自动峰,野菊花有9个明显的自动峰。红外光谱的"三级鉴定法"为中药材的鉴别提供更快速、准确、方便的手段。     

聚乙烯微塑料对青稞幼苗生长影响的FTIR光谱研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合二阶导数红外光谱(SD-IR)对在富含聚乙烯微塑料环境下生长的青稞幼苗进行研究。结果显示,青稞幼苗的一维原始光谱整体相似,主要由蛋白质、糖类和脂质的吸收峰组成。在二阶导数红外光谱中,不同条件下生长的青稞幼苗在1 800～800 cm^-1范围内的吸收峰强度和形状展现出差异。结果显示,与对照组相比,在富含聚乙烯微塑料环境下生长的青稞幼苗的多糖、蛋白质和脂质含量发生了变化。结果表明,傅里叶变换红外光谱结合二阶导数光谱能够有效监测微塑料对青稞幼苗生长的影响。     

FTIR光谱法与燕窝的品质分析

直接采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)获得了30种干燕窝产品的红外光谱图.结果显示,这些谱图与天然燕窝的红外光谱图均有不同程度的差异,主要表现在蛋白质、氨基酸(1 634,1 535 cm-1)和多糖(1 034cm-1)等主要营养成分的吸收峰;在干燕窝的谱图中,亚甲基的吸收峰(2 935 cm-1)及蛋白质和氨基酸的吸收峰(1 647,1 533,1 447 cm-1)等处的峰形、峰位和峰强度均与明胶的谱图较相似,说明大多数干燕窝样品中添加了不同量的明胶等物质;有些干冰糖燕窝产品中冰糖含量高达99%,燕窝仅含1%,在红外谱图上几乎观察不到燕窝的特征蜂.因此,市售燕窝的质量令人担忧.用FTIR可简便、快速、直观的评价燕窝产品的品质.     

粤北灵芝的红外光谱宏观三级鉴定研究

采用红外光谱的宏观三级鉴定法分析鉴别了赤芝、黑芝、松杉灵芝和树舌灵芝。在一维红外光谱中,根据灵芝的1 153和1 078 cm-1的糖苷类化合物的吸收峰的相对强度,可得出这4种灵芝的糖苷类化合物的相对含量依次为： 赤芝＞黑芝＞松杉灵芝＞树舌灵芝。在高分辨率二阶导数谱中,四者在1 600～1 720 cm-1波段处的吸收峰的峰位置、峰形状均有很大差别,说明四者本身所含的氨基酸多肽类物质是不一致的。观测二维相关红外光谱,四者都存在1 100 cm-1的糖苷类化合物的自动峰,不同的是赤芝共有4个自动峰且1 040 cm-1自动峰强度最大,黑芝共有5个自动峰且1 040和1 139 cm-1自动峰的强度最大,松杉灵芝共有4个自动峰且1 140 cm-1的自动峰强度最大,树舌灵芝共有5个自动峰且1 134 cm-1的自动峰强度最大。谱图的三级鉴定验证了赤芝、黑芝、松杉灵芝和树舌灵芝在糖苷类化合物和氨基酸多肽类化合物的相对含量上都是不一致的。结果表明,运用红外光谱法可以快速有效地分析和鉴定赤芝、黑芝、松杉灵芝和树舌灵芝。     

九州虫草不同部位的红外光谱分析与评价

利用傅里叶变换红外光谱、二阶导数谱首次对九州虫草不同部位进行了分析及评价研究。结果表明,九州虫草含有蛋白、多糖、核苷、脂类等活性成分,各部位的一维谱图相似度较高,人工子座与培养基之间的相似度高达0.992 7,野生子座与虫体的差异则较为明显,二者相似系数为0.949 9。二阶导数谱进一步丰富和确认了相应谱峰特征,证明了活性物质虫草素及腺苷的存在,提示了虫草多糖α-型和β-型糖苷键的存在。红外光谱图综合反映了虫草不同部位化学成分的多样性和复杂性,为虫草各部位的细微差异分析和评价及后期质控提供了快速、全面和客观的方法和手段,为九州虫草种质资源的开发利用提供了理论基础。     

FTIR和Raman用于盐酸曲马多的结构分析

采用AVATAR 360型傅里叶变换红外光谱仪和RM-1000型激光共聚焦拉曼光谱仪测定盐酸曲马多的红外光谱和拉曼光谱。拉曼光谱和红外光谱中均显示出了盐酸曲马多的特征峰,都能够用于其结构鉴别。采用红外、拉曼光谱这两种方法互相印证,互相补充,可增强鉴定的准确性、可靠性。     

金银花不同提取物的红外光谱

利用红外光谱的宏观指纹特性,对金银花中不同溶剂提取物的红外光谱图和二阶导数红外光谱图进行了整体分析.初步推测,金银花石油醚提取物中主含长链脂肪酸(酯)、小分子萜类等低极性化合物,乙酸乙酯提取物主含环烯醚萜及其苷类化合物,无水乙醇和95％乙醇提取物中主含咖啡酸类衍生物和黄酮(苷)类化合物,去离子水提取物中主含鞣质及多糖类成分.综合比较亦可知,金银花醇提取物中的主成分是以绿原酸为代表的咖啡酸类衍生物.可见,利用红外光谱法对中药提取物直接进行分析,可对其主体成分进行初步的识别,为制定下一步的提取方案和检测方法提供了方向性参考.     

野菊花不同提取物的红外光谱分析

利用红外光谱的宏观指纹特性,对野菊花不同溶剂提取物的红外光谱图和二阶导数红外光谱图进行了整体分析。可知,野菊花石油醚提取物主含长链脂肪酸(酯)、不饱和酮以及小分子萜类等低极性化合物,乙酸乙酯提取物主含萜类和黄酮类化合物,无水乙醇提取物主含黄酮及黄酮苷类化合物,95%乙醇提取物主含黄酮苷类化合物,去离子水提取物主含多糖及鞣质类等大极性成分。此外,与野菊花指标成分蒙花苷的红外光谱分析比较,可知野菊花无水乙醇提取物中所含有的黄酮量是最多的。因此,利用红外光谱法对中药提取物直接进行分析,可初步识别其主体成分,为下一步制定药效成分的提取方案和检测方法提供方向性参考。     

导数FTIR结合统计学法应用于中药延胡索质量控制的研究

提出了用单次反射傅里叶变换红外光谱法直接测定延胡索及其伪品的新方法。采用OMNI采样器直接测定法测定了样品的红外光谱,并经过二阶导数光谱转换后进行峰位一致率检验。结果发现延胡索表皮以内部分和外表皮的二阶导数红外光谱峰位基本无差别,而且不同产地的道地药材具有较好的相关性。表皮以内部分于2050～650cm^-1区域在4cm^-1波长区域单位范围内进行统计学处理,结果延胡索与其伪品的差异性极其显。可以采用二阶导数FTIR结合统计学法直接、快速、准确地对延胡索与其伪品的表皮以内部分进行区别鉴定。     

自然老化谷类种子的二维红外光谱研究

种粮老化影响种子活力及粮食品质。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),二阶导数红外光谱(SD-IR)和二维相关红外光谱(2D-IR)方法对不同储藏年份的大麦,小麦,稻谷,玉米和高粱种子进行区分研究。结果显示,原始光谱中几个峰强比有差异;在二阶导数红外光谱中,不同储藏年份种子在1 800～800 cm-1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。二维相关红外光谱结果显示：大麦在1 350～1 800 cm-1,小麦,稻谷,玉米和高粱在860～1 690 cm-1范围内有明显差异,随储藏年份增加,自动峰和交叉峰的数目减少,强度减弱。结果表明,应用傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱能有效快速地区分不同储藏年份的谷类种子。     

林药复合种植滇龙胆红外光谱鉴别研究

林药复合种植是一种缓解中药资源减少及提高土地利用率的方法。采用傅里叶变换红外光谱法对70份不同种植模式的滇龙胆进行研究,通过Omnic8.0软件对原始光谱进行基线校正、归一化、二阶导数光谱预处理;对样品与龙胆苦苷标准品的二阶导数光谱进行分析;利用各类样品的平均光谱建立两个光谱数据库Lib1和Lib2,其中Lib1在1 800~600 cm~(-1)光谱范围内进行专家检索,Lib2在全谱范围内进行相关性和平方微分差检索。结果表明,样品的红外光谱较为相似,难以直观分析鉴别;样品与龙胆苦苷标准品具有多个共有峰,其中1 611和1 076 cm~(-1)为标准品的特征峰,各样品在1 076 cm~(-1)处峰形差异较小,通过对1 611 cm~(-1)处峰面积的比较,种植于核桃林下的样品龙胆苦苷含量最高,荒坡种植及与木瓜复合种植的样品有效成分含量最低;不同种植模式样品中有效成分的不同表现为光谱匹配值之间的差异,与核桃树、旱冬瓜、桉树、茶树、杉树复合种植的样品间匹配值的差异小于与木瓜复合种植及荒坡种植的样品,专家检索法对样品的误判数为11,相关性检索和平方微分差检索法对样品的误判数分别为4和9,即在全谱范围内相关性检索法对样品鉴别效果最佳,正确识别率为94.29%。红外光谱法结合二阶导数光谱、光谱检索对不同复合种植模式滇龙胆的鉴别效果较好,为不同复合种植中药药源鉴别提供理论依据。     

基于FTIR技术的酸牛奶营养成分快速检测方法研究

酸牛奶作为一种重要的发酵乳制品,伴随着发酵过程,其各种营养成分时刻发生着复杂的变化,因此,建立酸牛奶的快速高效检测技术可以实现对生产过程的实时监控,这也是食品安全监管要达到的重要目标。傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)因其快速、高通量、无化学污染、可对掺假成分予以分辨等特点被广泛应用于食品安全领域。以FTIR技术为核心,利用氟化钙薄膜法,将酸牛奶FTIR光谱图与其营养成分(能量值,蛋白质、脂肪、碳水化合物和钠含量)对照,建立了基于最小二乘法(PLS)的定量化预测模型。结果表明,该模型样品校正集的能量值,蛋白质、脂肪、碳水化合物和钠含量的交叉检验R2值分别达到0.938 9,0.926 6,0.918 6,0.941 8和0.977 1;该模型用于预测,其样品验证集的交叉检验R2值分别为0.920 5,0.905 3,0.908 5,0.939 3和0.936 4。由此可见,该模型对酸牛奶各营养指标均具有较好的预测准确性,在时间上具备较好的稳定性。不同于传统的化学检测方法,本研究为实现对酸牛奶品质的快速检测提供了一种较为可行的方法。该方法作为乳制品质量监控技术的一项初步探索,具有较好的应用前景。     

白芥子炒制过程的红外及二维相关光谱研究

采用傅里叶变换红外光谱技术动态跟踪药用植物白芥子的炒制过程,获得了不同炒制时间样本的红外谱,二阶导数谱和热扰动下的二维相关红外谱。白芥子的红外谱表明,白芥子在炒制过程中1 747 cm-1油脂特征蜂的相对强度变化不明显,说明白芥子羧酸酯相对较稳定;而1 657 cm-1附近酰胺Ⅰ带峰和1 546 cm-1附近的酰胺Ⅱ带的吸收峰相对强度显著减小,是因为白芥子在高温炒制过程中,蛋白质(酶)发生了热变性;1 055 cm-1附近的纤维多糖的特征吸收峰在炒制10 min后明显减弱,这与药材表皮纤维多糖加热分解相关联。二阶导数谱和二维相关红外谱的变化规律与红外谱的结果相一致,进一步验证了白芥子药材在炒制过程中发生的主要变化是蛋白质变性及多糖的分解。该方法揭示了药材在炮制过程中所发生的物理化学变化过程,从分子光谱水平上奠定了白芥子药材炮制的目的“杀酶保甙”的理论基础。     

滇龙胆不同炮制品的傅里叶红外光谱鉴别

中药炮制是中医临床用药的关键,炮制具增效、减毒、缓和药性等作用,为了临床安全、合理、有效地使用中药,开展中药炮制品的鉴别研究具有重要意义。采用傅里叶变换红外光谱,对五种不同炮制样品(包括龙胆、生龙胆、酒龙胆、醋龙胆、盐龙胆)60份滇龙胆进行鉴别分析。采集样品的中红外光谱图,用基线校正和归一化法对原始光谱进行预处理,去除光谱噪音明显部分,选择3 400~600cm~(-1)范围内的光谱,利用多元散射校正(MSC)和标准正态变量(SNV)法进行处理,样品按3∶1分为校正集和预测集,并建立主成分分析(principal component analysis,PCA)和判别分析(discriminant analysis,DA)模型。结果显示,滇龙胆不同炮制品的红外图谱具有差异,主要吸收峰有3 378,2 922,1 732,1 610,1 417,1 366,1 316,1 271,1 068,1 048cm~(-1)。1 738,1 643,1 613,1 420,1 051cm~(-1)附近为龙胆苦苷的特征吸收峰,1 068,1 048,935cm~(-1)处为糖类物质的吸收峰;主成分分析表明,前三个主成分方差累积贡献率为94.05%,能够反映原始数据的大部分信息,酒龙胆和醋龙胆与其他样品之间存在明显的差异,龙胆与盐龙胆所含化学成分差异较小;经基线校正和归一化法处理后的光谱结合多元散射校正法,在主成分数为10的条件下,判别分析模型可对所有样品进行正确识别,具有良好的预测性能。结果表明,傅里叶红外光谱法是一种快速、无损、有效的方法,可用于滇龙胆炮制品的鉴别,为中药炮制品的鉴别研究提供了借鉴。     

Sensitivity Advantage of QCL Tunable-Laser Mid-Infrared Spectroscopy Over FTIR Spectroscopy

Abstract

Interest in mid-infrared spectroscopy instrumentation beyond classical FTIR using a thermal light source has increased dramatically in recent years. Synchrotron, supercontinuum, and external-cavity quantum cascade laser light sources are emerging as viable alternatives to the traditional thermal black-body emitter (Globar), especially for remote interrogation of samples (“stand-off” detection) and for hyperspectral imaging at diffraction-limited spatial resolution (“microspectroscopy”). It is thus timely to rigorously consider the relative merits of these different light sources for such applications. We study the theoretical maximum achievable signal-to-noise ratio (SNR) of FTIR using synchrotron or supercontinuum light vs. that of a tunable quantum cascade laser, by reinterpreting an important result that is well known in near-infrared optical coherence tomography imaging. We rigorously show that mid-infrared spectra can be acquired up to 1000 times faster—using the same detected light intensity, the same detector noise level, and without loss of SNR—using the tunable quantum cascade laser as compared with the FTIR approach using synchrotron or supercontinuum light. We experimentally demonstrate the effect using a novel, rapidly tunable quantum cascade laser that acquires spectra at rates of up to 400 per second. We also estimate the maximum potential spectral acquisition rate of our prototype system to be 100,000 per second.     

五种杂交玉米籽粒品质的FTIR光谱研究

为了研究傅里叶变换红外光谱在杂交玉米品质评定上的可行性,使用傅里叶变换红外光谱仪获得五种杂交玉米籽粒的光谱。1 776～952 cm-1范围内的光谱主要由蛋白质、淀粉和油脂的红外吸收带组成,淀粉的吸收带较为强烈,蛋白质和油脂的吸收带稍弱。该范围光谱中特征吸收带相互重叠,导致一些重要信息被掩盖。通过对1 776～952 cm-1范围内的红外光谱进行曲线拟合分析,发现1 051和1 548 cm-1吸收子峰的面积在1 776～952 cm-1范围内吸收带总面积中占的百分比与玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量存在着线性关系。研究结果显示傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用以分析杂交玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量,为玉米品质的快速评定提供一种方法。     

不同产地茯苓皮药材红外光谱的识别

采用红外光谱、二阶导数光谱和二维相关红外光谱对大别山地区和云南省两大道地主产区的茯苓皮进行鉴别分析。结果表明,不同产地茯苓皮的红外光谱都有1 149,1 079和1 036cm-1等表征糖类成分的特征吸收峰,其中大别山产区(湖北省、安徽省)的茯苓皮中1 619,1 315和780cm-1等表征草酸钙的特征吸收峰比较显著,云南产区的茯苓皮中797,779,537和470cm-1等表征硅酸盐的特征吸收峰更加明显。比较450~1 650cm-1波数范围内的二阶导数红外光谱可知,两个产区茯苓皮所含糖类物质有所不同。在二维相关红外光谱中,不同产地茯苓皮所含糖类物质的差异更加直观显著。红外光谱法直观、简单、方便、快速,可以作为鉴别不同产地茯苓皮,诠释产地与药效之间关联性的一种有效准确的新方法。