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篇1
主辦單位：中國光學學會
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1000-0593
國內刊號：11-2200/O4
郵發代號：82-68
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1981
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
SA 科學文摘(英)(2009)
SCI 科學引文索引(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
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篇2
[文獻標識碼] A
[文章編號] 2095-3712（2014）22-0058-03[ZW（N]
[作者簡介]張煥君（1982―），女，河南許昌人，碩士，鄭州輕工業學院教師；程學瑞（1982―），男，河南安陽人，博士，鄭州輕工業學院副教授，研究方向：材料物理。
拉曼光譜的強度、頻移、線寬、特征峰數目以及退偏度與分子的振動能態、轉動能態、對稱性等特性有緊密的聯系，即與分子的結構緊密相關。而且拉曼光譜具有制樣簡單，分析快速、無損，所檢測的樣品僅需微量即可滿足測量要求等諸多優點，因而成為研究分子結構的強有力工具，廣泛地應用于分子的鑒別、分子結構的研究、分析化學、石油化工催化和環境科學等各個領域[1-2]。然而，相對于氣相、液相色譜法的較高精度而言，較大的分析誤差率限制了拉曼光譜定量分析的應用。在實際應用中，拉曼光譜分析技術多用于樣品的定性分析，尤其是在實驗教學當中，更多的是強調其定性分析的作用，而忽略其定量分析的功能[3-4]。尤其是對具有強熒光背景物質，如乙醇及其混合溶液的定量分析，更是拉曼光譜定量分析中的難點問題。
為幫助學生克服這樣單一的認識，我們在教學實驗環節增加了相關實驗內容，采用拉曼光譜對乙醇溶液的濃度進行定量分析。在教學過程中，我們向學生介紹了拉曼光譜定量分析的理論依據、分析過程，并著重分析了誤差來源，以加深學生對拉曼光譜的認識，尤其是讓學生對其定量分析功能有了進一步的了解。
一、理論依據
拉曼光譜定量分析的理論依據為：
I=KΦC∫b[]0e（[WTBZ]ln[WTBX]10）（k+k）zh（z）dz
在上式中，I為光學系統所收集到的樣品表面拉曼信號強度；K為分子的拉曼散射截面積；Φ為樣品表面的激光入射功率；k、k′分別是入射光和散射光的吸收系數；Z為入射光和散射光通過的距離；h（z）為光學系統的傳輸函數；b為樣品池的厚度。由上式可以看出，在一定條件下，拉曼信號強度與產生拉曼散射的待測物濃度成正比，即I∝C。
二、實驗過程
實驗樣品材料為國藥集團化學試劑有限公司生產的濃度不低于99.7%的分析純乙醇、四氯化碳和去離子水。把不同體積的去離子水加入乙醇樣品中，配制成不同濃度的乙醇-水二元體系溶液；用激光功率為50mW（100%）的拉曼光譜儀采集純乙醇溶液、水、四氯化碳溶液的拉曼光譜圖；用拉曼光譜儀采集不同濃度的乙醇溶液的拉曼光譜圖，對每種濃度的樣品重復掃描3次，試驗結果取三次掃描的平均值。
三、結果討論
把配制好的不同濃度的乙醇溶液加入未受污染的樣品池，把不同濃度的樣品分別放在拉曼光譜儀上測出其拉曼光譜。熒光背底扣除后不同濃度的乙醇-水溶液的拉曼光譜圖如圖1所示。
圖1熒光背底扣除后不同濃度的乙醇-水溶液的拉曼光譜圖
表1中的數據進一步顯示出，隨著乙醇濃度的增加，特征峰強度的比值在不斷增加。純水的3200cm-1峰的強度I2與不同濃度乙醇的884cm-1峰的強度I1之比R1和面積比R2與乙醇濃度的關系見表1。擬合圖如圖2所示，R1和R2與乙醇濃度有較好的線性關系，其線性相關系數分別為0.98554和0.97558。
四、誤差分析
激光功率、樣品池、聚焦位置等因素會對定量分析結構有重要影響。
（一）激光功率的影響
不改變聚焦樣品的位置，激光功率分別選取100%、50%、10%、5%、1%和0.5%（100%為50mW），對50%的乙醇-四氯化碳溶液進行測試，結果如表2所示。
由表2可以看出，隨著激光功率的改變，兩個特征峰（峰459cm-1和884cm-1）的強度比值基本上在2.3左右，面積比值基本上在3.0左右。然而可以看出，當激光功率很小時（1%或0.5%），由于激發光源本身很弱，導致散射的拉曼信號強度本身也非常弱，而且信噪比很大，所以相對誤差比較大。而且當激光功率很強（100%功率）時，兩個特征峰的強度比值和面積比值都稍微偏離2.3和3.0，其原因可能是，激光功率很強時，其信號強度和熒光信號也比較強，而熒光對拉曼散射的干擾非常大，導致在扣除熒光背底過程中出現較大的偏差。
（二）樣品池的影響
如圖4是毛細管樣品池的拉曼光譜圖，實驗過程中用毛細管吸取待測溶液。毛細管作為樣品容器，在激光激發下也存在拉曼光譜和熒光背底，在基線處理和背底扣除過程中難以完全消除其影響，進而產生誤差。
圖4毛細管樣品池的拉曼光譜圖
（三）聚焦位置的影響
在同一樣品不同點進行多次測量，分析結果發現，混合溶液的特征峰強度的比值存在較大的偏差，主要原因可能是本次試驗使用的是顯微共聚焦激光拉曼光譜儀，3次測量的聚焦位置不同，以及數據處理過程當中熒光背底的扣除都會引起較大的誤差。對同一濃度的溶液測量3次，所得強度之比的不確定度為0.117，相對強度之比與乙醇濃度擬合直線的不確定度為0.024，相對面積比與乙醇濃度擬合直線的不確定度為0.858。
綜上所述，激光功率、樣品池、聚焦位置等因素會對拉曼光譜定量分析結構產生一定的影響。另外，乙醇的揮發、激光功率的穩定性、實驗儀器的固有誤差等因素也會對測試結果帶來影響。然而，拉曼光譜定量分析的結果仍然有較大的可信度，可以作為一種有效的定量分析方法。
參考文獻：
[1]譚紅琳，李智東，張鵬翔，等.乙醇、甲醇、食用酒及工業酒精的拉曼光譜測定[J].云南工業大學學報，1999（2）.
篇3
隨著社會進步，網球運動從簡單游戲發展演變成為一種精彩紛呈、對抗激烈的現代體育運動項目，在世界廣泛而又蓬勃地發展，其意義已不再局限于體育和游戲的范疇，越來越多地被賦予了社會因素。本文對廣州市26所普通高校網球教學的現狀進行調查與研究，據此對廣州市普通高校網球教學的現狀進行客觀的評價與分析，找出影響該市普通高校網球教學可持續發展的因素，并提出相應的發展對策和建議。
一、廣州市普通高校網球教學的現狀分析
1.網球課教學內容的現狀分析
廣州市普通高校網球課教學內容主要包括兩方面：實踐和理論。
(1)網球課實踐教學內容的現狀分析。廣州市普通高校網球課實踐部分內容基本類似，只不過是各個高校的課時安排不一，側重點不同，其主要以正手擊球、反手擊球、發球與接發球、正手截擊、反手截擊等技術動作內容和一定量的身體素質練習等輔助教學內容。其中只有6所高校網球實踐教學內容全部是網球技、戰術練習，其它高校都還包含一些輔助教學內容。另外，廣州市普通高校網球實踐教學內容的主要形式是在室外集中授課學習。
通過對大學生的問卷調查可以看出，大學生對實踐教學內容滿意的占30.3％；較滿意的占29.4％；不滿意的占40.3％，說明目前廣州市高校網球實踐教學內容存在較多的問題。大學生普遍認為：網球課實踐教學內容的技術動作的重復性練習過多、單調，網球實踐課變成了網球運動競技目的的訓練課，長此以往，會使學生產生厭煩心理，不利于激發學習激情。
(2)網球課理論內容與形式的現狀分析。通過調查統計看出，廣州市26所普通高校都有各自的網球理論教學內容，只是各校的側重點不同。廣州市普通高校網球理論教學內容大體包含以下內容：網球運動概述、網球比賽規則和裁判法以及競賽的組織、網球運動的發展趨勢、價值、意義，等等。各個高校的理論教學形式存在一定的差異，有的高校在室內集中講解，有的室內外相結合講解，有的采用視頻與講解相結合的形式。從走訪調研看，各個高校都有相應的理論體系。但是，進一步了解發現，有些高校網球理論太陳舊，流于形式，往往應付上級領導的檢查，實效性內容太少，與終身體育發展的內容不多。因此，各個高校要加強網球理論的建設，使當代大學生能真正了解網球運動的價值，能掌握科學地進行網球鍛煉的原理和方法。
2.網球課形式、教學時數的現狀分析
通過對廣州市普通高校網球課開課形式的調查結果可知，作為選修課形式授課的有3所學校，作為選項課形式授課的有6所學校，二種形式都有的有17所學校，其所占百分比分別為11.5％、23.0％、65.5％。通過訪談得知，大學一年級開設網球課的有14所高校，在大學二年級開始開設網球課的有10所，在大三、大四開設網球課的一共才2所，可看出，廣州市網球課在大學一二年級開課率較高，而三四年級開課率相對較低。從以上數據說明，廣州市普通高校網球課開展較好，同時也說明網球課的開設率不均衡，主觀原因是學校相關體育教學的領導對網球課的目的、價值等方面缺乏應有的認識，客觀原因是高校網球教學師資、場館設施等方面存在不足。
其次，廣州市普通高校網球課的課時偏少。每個學期在完成網球實踐內容與理論內容教學外，網球教師很難有時間再進行輔助內容的教學。被調查的廣州市普通高校中，網球課教學時數總體偏少，表面看有18所高校每學期教學進度中安排達到了32學時，但是由于受陰雨天氣的影響，大部分高校網球課教學時數還是不足，與教育部規定每學期教學時數一共不得少于32學時相比偏少。
3.教學方法和手段的現狀分析
教學過程離不開教學方法和手段，不同的教學方法或手段都會產生不同的教學效果。被調查的教師中，大部分教師喜歡用傳統教學方法，有32.5％的教師喜歡用錄像多媒體教學法，還有17.6％的教師采用網絡教學法等其它方法。顯然，傳統教學方法仍然是廣州市普通高校網球教師首選的教學方法，而一些現代化教學方法和手段使用率相對較低。分析這種現象的原因：網球教師長期使用傳統教學方法和手段已養成了習慣，他們對傳統的教學方法具有一定經驗，認為傳統的教學方法和手段操作簡單、方便、實用。現代網球運動與比賽并不是單單體力與技術的對抗，而是運動者智力和意識的較量，需要從事網球教學與訓練的教師提高自身的專業水平和能力，不斷學習國內外先進技術及教學與訓練方法，使高校的網球教學水平跟上時代的步伐，以滿足廣大學生對網球運動的需要。
4.教學場館與器材設施現狀分析
硬件設施是高校體育教學和群體工作開展的基礎，硬件設施否完備直接影響到高校網球運動的普及與發展。調查得知，目前廣州市普通高校網球場地主要有塑膠、硬地(鋪水泥或瀝青)和沙土地這三種類型，其中塑膠場地最多，沙土地最少。這可能和各高校本科的教學評估有關，大多數網球場地是新建場地，要求的標準相對較高。調查得知：24.7％的高校擁有6塊場地以上，57.7％的高校擁有2～6塊場地，19.2％的高校擁有場地低于2塊。從各個高校擁有場地數量與學生人數的比例來看，與教育部的要求(場地數與學生數之比是1:1000)相差較大。在調查中，有84.5％的學生對場地表示不滿意。這些數據可以看出，廣州市普通高校網球場地的配備存在嚴重的不足現象。
在器材方面：好的球拍對掌握技術會有很大的幫助，但各高校對此提供的支持和幫助明顯不足。在被調查的26所高校中，近9成的學校網球課沒有給學生提供球拍和球，由學生自己負擔，勢必影響學生對網球的興趣。學生購置的球拍，一般是價位在100K左右，多數是較差的鋁合金材料，只有極少數的學生使用較為高檔的球拍。球也是多種多樣，有的彈性很低，有的彈性很高，平均每個學生才擁有2個球，平均有3％左右的學生沒有網球。這些充分說明，廣州市普通高校網球課的器材配備非常缺乏，遠遠滿足不了大學生的體育鍛煉需求。
二、發展對策
1.深化網球課的教學改革
建議對高校一二年級學生開設網球選項課，主要以網球運動技能為教學內容。對三四年級學生開設網球選修課，主要是網球競賽法、規則裁判法、網球技戰術欣賞等教學內容。這樣才能使大學生較系統地掌握網球的技戰術和理論水平，對興趣的培養起到促進作用。第二要合理安排教學時數(每學期要大于32學時)。應轉變“傳統型”的教學方法，加強教學方法鉆研和利用，掌握各種現代化教學方法和手段。對于初級班的學生可以采用“軟式網球”，以降低初學者的難度，使之較易掌握技術動作，對網球動作定型非常有益。
2.加快網球教師教育一體化進程
篇4
癲癇（epilepsy）是多種原因導致的腦部神經元高度同步化異常放電的臨床綜合癥[1]。癲癇的治療仍以藥物為主，臨床常用的有苯妥英鈉（PT）、苯巴比妥（PB）、卡馬西平（CBZ）等。但由于這些藥物常有不同程度的不良反應，且較容易發生中毒癥狀。因此需監測抗癲癇藥物的血清濃度，進而保證使用安全。目前，高效液相色譜法（HPLC）與熒光偏振免疫法（FPIA）是最常用的監測血藥濃度方法[2]。為了探究HPLC與FPIA在測定常用抗癲癇藥物血清濃度的相關性，本資料對其進行實驗研究并報道如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
研究對象為2012年6月～2012年12月在我院神經內科治療的103例癲癇患者，按照使用抗癲癇藥物的不同，分為PT組31例，CBZ組43例，PB組29例。3組間患者的性別、年齡等一般情況比較差異無統計學意義。癲癇的診斷與分類按照1989年國際抗癲癇聯盟分類標準進行[3]。所有患者均在服藥前抽取靜脈血2～3mL，將分離后的血清分成2份，分別用HPLC法與FPIA法測定其藥物的穩態谷濃度。
1.2 儀器與試劑
使用儀器主要包括Intergral-100 HPLC系統（美國Perkin-Elmer公司），TDxFLx熒光偏振免疫分析儀（美國雅培公司），LG10-3A高速冷凍離心機（北京醫用離心機廠），xw-80A旋渦混合器（上海醫科大學儀器廠），AG285電子分析天平（瑞士梅勒公司）等。
檢驗所用的PT、PB、CBZ均由中國藥品生物制品檢定所提供，內標物采用自制安眠酮。乙醚和甲醇分別為分析純乙醚和色譜純甲醇；FPIA法均使用雅培公司所生產的配套試劑盒、標準曲線盒、質控盒。
1.3 HPLC
1.3.1 色譜條件 色譜柱：Hypersil ODS柱（250mm× 4.6mm，5μm），流動相采用甲醇-水（6040），柱溫30℃，檢測波長254nm，流速為1.0mL/min，進樣量20μL。
標準儲備液制備：采用電子分析天平稱取CBZ、PT、PB及安眠酮，用色譜純甲醇作為溶劑制備成濃度為100μg/mL的內標液及標準貯備液，放入4℃冰箱內貯存。
1.3.2 血清樣品處理 取0.1mL血清樣品至10mL離心管內，加15μL內標液漩渦混合2min；加入乙醚2mL后再旋渦混合5min。然后在1500r/min轉速下離心5min，將上清液1.5mL置于45℃水浴中，并于N2流下揮干，所得的殘渣加入流動相150μL后旋渦混合5min，再在4000r/min轉速下離心5min，取20μL上清液進樣分析。相同色譜條件下，待測物的分析不受空白血清提取物的干擾，得到PB、PT、CBZ及內標液的保留時間依次為4.2、5.4、6.3、7.8min。
1.3.3 制備標準曲線 用電子分析天平量取適當CBZ、PT、PB的標準制備液（濃度100μg/ml），放入N2流及45℃水浴中揮干，再精密加入空白血清0.1mL、內標液15μL，進行2min漩渦混合，按照1.3.2中的方式測定。線性回歸分析時，橫坐標X為藥物濃度，縱坐標Y為藥物與內標峰面積之比，得到回歸方程為YCBZ=0.0009+0.1054X（r=0.9993），線性范圍1.4～23.0μg/mL；YPT=0.0112+0.0189X（r=0.9992），線性范圍5.5～39.0μg/mL；YPB=0.0048+0.0169X（r=0.9995），線性范圍5.5～61.0μg/mL。
1.3.4 回收率及精密度試驗 分別制備低、中、高3種濃度的CBZ、PT、PB含藥血清，精密量取內標液15μL后旋渦混合2min。按照上述方法進行測定，將測得的藥物峰面積與內標峰面積之比（Y）代入回歸方程，計算出測得量（X），并計算回收率（測得量與加入量之比）。每種濃度在1d內測定6次，得到日內相對標準差；連續測定6d來計算日間相對標準差，結果詳見表1。
1.3.5 測定穩定性與靈敏度 在室溫25℃以下的條件中，測定低中高不同濃度的含藥血清，結果顯示藥物濃度在6h內保持穩定；含藥血清經冷凍-融化3次之后，測定結果顯示含藥血清的藥物濃度也保持穩定；于-30℃溫度下將不同濃度的含藥血清放置1個月，測定結果也顯示血清能保持穩定。按照31的信噪比進行計算，CBZ、PB、PT的最低檢測濃度依次為0.2、1.0、1.0μg/mL。
1.4 FPIA法
用熒光偏振免疫分析儀來測定血清濃度，主要步驟為：量取患者血清150μL，注入專用的樣品杯后按照使用手冊進行操作，用配套的標準曲線盒、質控盒制備標準曲線并作隨機質控，分析儀進行自行取樣、分析測定。見表2。
1.5 統計學方法
HPLC法與FPIA法結果比較，運用SPSS13.0進行數據處理，采用配對t檢驗，P
2 結果
2.1 相關性分析
用線性回歸進行比較，橫坐標X為HPLC法的測定結果，縱坐標Y為FPIA法的測定結果，得到回歸方程為YCBZ=0.183+0.954X（r=0.944）；YPT=-1.421+1.141X（r=0.963）；YPB=-0.128+0.956X（r=0.949）。
2.2 配對t檢驗
將CBZ、PT、PB的兩種測定方法結果進行配對t檢驗，結果顯示這兩種方法所測得的值均差異無統計學意義（P>0.05）。見表3。
3 討論
當前，HPLC及FPIA都已在國內醫院或臨床藥學實驗室廣泛應用。在本資料中，HPLC法和FPIA法測定CBZ、PT、PB血清濃度結果的呈線性相關；對兩者監測的數據進行配對t檢驗后發現，這兩種方法監測的準確性方面沒有明顯差異。但是作為當前監測血藥濃度的最常用方法，兩者仍存在著一定的優劣。
HPLC法的專一性較FPIA法好，具有準確、靈敏、重現性好、專屬性強的優點。由于高效的分離能力，HPLC法能同時測定多種藥物及其代謝產物的濃度，故而在很多實驗室中多采用HPLC法來對照比較其他監測方法的合理及準確程度[4-5]。雖然HPLC法不必依賴于商品化的試劑盒，但所用樣品需進行預處理[6]，周期較長且技術難度較大，對操作者要求較高。
FPIA法具有監測周期短、自動化程度高、操作簡便等優點，因此適用于急診檢查與單一藥物的批量分析測定。但由于不能同時測定多種藥物，測定品種受試劑種類限制，且試劑價格昂貴，故而專屬性較差，不能滿足新藥研究與開發[7]。此外，有些受監測藥物的活性代謝產物常常影響原藥濃度的測定。如FPIA法測定全血環孢霉素A的濃度測量值明顯偏高，主要原因就是代謝產物對原藥的監測有干擾，使得監測結果出現偏差[8]。
總的來說，高效液相色譜法與熒光偏振免疫法兩種方法測定抗癲癇藥血清濃度具有相關性。采用HPLC法和FPIA法進行CBZ、PT、PB的血清濃度測定各有利弊，須結合檢測藥物種類數目、受檢人數等合理選擇監測方式。
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篇5
核能利用的發展促進了鈾礦的大量開發，鈾礦的開發和加工，導致鈾尾礦及鈾廢物的大量污染.我國湖南鈾尾礦庫礦渣及土壤的U含量變化[15]在26.11～122.1 mg·kg-1.污染環境中的鈾，因生物富集作用在人體中積累，人體腎中鈾含量超 3 mg·kg-1，就會產生損害[6].人們通過各種技術來治理鈾污染，植物修復是最簡潔有效并對環境污染最小的生物修復技術[7].植物在吸收和富集鈾的同時，鈾對植物種子萌發、幼苗生長和酶活性[810]以及葉綠素含量、植株體積大小等產生影響[11]，但對植物體內物質成分有無影響，目前尚未見報道.
傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）是一種基于化合物中官能團和極性鍵振動的結構分析技術，可以幫助判斷分子中含有何種官能團，更重要的是可以比較不同樣品的紅外光譜差異，從而反映樣品在植物化學組成上的差異程度[12].目前，FTIR已廣泛應用于許多研究領域，如中藥材的質量鑒別[13]、高等植物的系統分類研究[14]以及重金屬脅迫對植物的影響[1518].本研究采用FTIR法分析高濃度U脅迫下空心蓮子草、落葵和菊苣莖葉和根系的化學組成變化，探討高濃度U脅迫對植物物質成分的生物學效應，為鈾污染土壤的植物修復提供相關參考.
1研究材料與方法
1.1實驗材料
莧科的空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides），落葵科的落葵（Basella rubra），菊科的菊苣（Cichorium intybus L.）.U以UO2（CH3CO3）2·2H2O的形式加入.
1.2實驗方法
盆栽試驗，每盆土壤1 kg.按U元素含量500 mg·kg-1土壤溶解于350 mL水（預備試驗得到的土壤飽和持水量）中，均勻澆淋于每盆，以清水為對照（control），重復5次.在陰涼干燥處放置8周[19]，待土壤充分吸附后播種，播種2個半月后分莖葉和根系收獲，在105 ℃下殺青20 min，80 ℃烘干至恒重，研磨粉碎.
1.3測定方法
1.3.1FTIR測定在西南科技大學分析測試中心，準確稱取1.5 mg樣品粉末與300 mg KBr在瑪瑙研缽中混勻研磨，全部轉移到模具中用壓片機制備出均勻、透明錠片，用美國P.E.公司的Spectrum one FTIR （掃描范圍4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1）測定3種植物莖葉和根系的傅里葉變換紅外光譜信息.
1.3.2U含量測定將干燥碾磨好的樣品，準確稱取0.3 g，加入7 mL濃硝酸，2 mL 30%雙氧水，于微波消解儀中（Mars，美國CEM 公司）消解，消解好的樣品，在西南科技大學分析測試中心采用ICPMS（Agilent 7700x，美國安捷倫公司）測定U含量.
1.4數據分析
根據空心蓮子草、落葵、菊苣吸收峰的吸光度值特點篩選出11個比較典型的吸收峰，并記錄不同波數的吸光度.原始數據采用Origin 7.5軟件作圖， Nicolet Omnic 8.0軟件對不同樣品的FTIR譜圖進行數據處理.
2結果與分析
2.13種植物莖葉和根系的FTIR圖譜分析
紅外光譜分析（FTIR）顯示，空心蓮子草在高濃度U處理和對照組的峰形基本保持不變，莖葉和根系的吸光度在高濃度U脅迫下都低于對照，根系的吸光度低于莖葉（圖1）；落葵（圖2）和菊苣（圖3）與空心蓮子草類似.
3結論
（1）空心蓮子草、落葵和菊苣在高濃度U脅迫下和對照相比，吸收峰峰形基本未發生較大改變，吸收峰波數相對固定，說明高濃度U脅迫并未改變3種植物的基本化學組分，但吸光度有較大差異，說明高濃度U對3種植物各化學成分含量有所影響.
（2）3種植物的羥基、空心蓮子草和菊苣的孤立羧基、3種植物的酰胺基吸收峰發生了明顯位移；半定量分析發現：空心蓮子草、菊苣的羥基含量增加，空心蓮子草、落葵的孤立羧基含量減少，落葵的蛋白質二級結構中肽鍵間氫鍵的結合力減弱、蛋白質含量減少，菊苣的蛋白質二級結構中肽鍵間氫鍵的結合力增強、蛋白質含量增加，說明這些基團與U的吸收、絡合、運輸密切相關.這些變化闡明了U對這3種植物物質成分的影響機理.
（3）空心蓮子草和菊苣糖類物質降低，而落葵根系糖類物質大量增加，說明落葵抗高濃度U脅迫較其他兩種植物更強，植物的耐高濃度U的能力越強，則通過生理生化反應來抵御不良環境的迫害能力也越強.
（4）FTIR能夠作為探究植物對高濃度U脅迫下物質成分響應的一種快速、靈敏的檢測手段，可以應用于U等核素對植物物質成分的生物效應研究.
致謝西南科技大學分析測試中心賈茹博士和王樹民博士幫助進行樣品測試，特表謝意.
參考文獻：
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篇6
Key words： overlapping peaks；decomposition；mathematical method
中圖分類號：O17文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）04-0197-01
1重疊峰分解的實際意義
在光譜研究領域，重疊的光譜信號是比較常見的。例如，①在紫外-可見光譜分析中：在苯和甲苯的混合體系及苯、甲苯和二甲苯等混合體系中，各組分紫外光譜嚴重重疊；復合維生素B片劑的吸收光譜中，維生素B1，B2，B6和煙酰胺4組分嚴重重疊；二甲酚橙（XO）-CTMAB-Cu、Cd、Ni顯色體系各組分吸收光譜相互重疊。鈰組稀土元素的性質極其相似，因此其5種元素的吸收光譜嚴重重疊。②在熒光光譜分析中：利用偏振X射線熒光技術分析鐵磁性永磁材料粉末時，Si和Sr譜線完全重疊；醫院營養輸液常用的復合氨基酸注射液中包含色氨酸和酪氨酸，而此二組分的熒光光譜嚴重重疊等等。此外，重疊現象在化學領域的電化學分析、色譜分析中也同樣存在。重疊現象給進一步的定性和定量分析都帶來了困難。對于這樣的問題，通過硬件手段如改進儀器來提高信號的分辨率通常受到資金或工作條件等現實問題的制約。因此，往往通過數學手段把儀器未能完全分離的多個譜峰給以分解，得到重疊峰信號中的各子峰或組分的相關信息（如峰形狀、峰位置、半峰寬和峰高度）的估計值。而隨著計算機的發展，計算技術的提高，與計算機相結合的信息理論、多元統計分析法、數學最優化等數學方法被利用于重疊峰的分解，并逐漸成為了現代光譜分析的熱點。
2國內外研究現狀
對于采用各種計算方法分解光譜重疊峰的研究已有不少報道，其中分光光度法、熒光光譜、ICP-AES等重疊峰的解析已發展比較成熟。目前常見的數學方法有四類：
2.1 雙波長、三波長法、導數光譜法其中導數光譜法是分辨重疊峰的一種常用的較為成熟的方法。1953年Hammond等人首先提出。其基本原理是對原吸收曲線進行一階、二階至四階求導，然后對得到的各階導數光譜進行分析。從而來確定重疊峰的個數、重疊峰位及改善譜線分辨率等。關于導數法定研究及報道有很多，如王超群利用導數法探討了其在X射線衍射分析中的應用；Windig討論了二階導數光譜在自模式分析技術中的應用，以及相應的平滑方法。但導數法存在一個顯著缺點：隨著求導次數的增加，噪聲也隨之增加，在高階導數中，信號可能被噪聲完全淹沒，因而，通常，每求一階導數之后都需要濾除噪聲來提高信噪比。
2.2 最優化方法最小二乘法作為一種判斷擬合效果優劣的評價標準而經常被使用，從而將問題轉化為尋優問題。而解決此最優化問題的方法有很多相關研究和報道：如：何錫文等周興風等分別討論了線性規劃方法的使用；孫桂玲等使用Newton-Raphson逐步逼近法和最速下降法對高斯峰進行分離；此外還有Cauchy法、直接搜索法、單純形法、DFP法及共軛梯度法等。
最小二乘法的缺點是當各組分光譜嚴重重疊時（數學上叫共線性），如正規矩陣的秩接近零，此時的方程組近乎病態方程組，實驗中的微小誤差或是計算中間過程數據位數的取舍都會引起計算結果的大幅波動，此時最小二乘法不適用。
2.3 多元統計法由于傳統最小二乘法的缺點，出現了許多改進方法。如：Wold在1966年提出的偏最小二乘法；王鎮浦等討論了CPA矩陣法；因子分析法更是被廣泛研究，白潔玲通過迭代目標轉換因子分析應用于4種混合色素溶液吸附伏安法波譜的解析來對其進行同時測定；進化因子分析與消秩方法被用于重疊光譜分析。這些方法各自在不同程度上克服了最小二乘法的缺點。
2.4 利用信息處理的理論1979年，Poulisse首次將卡爾曼濾波原理用于多組分體系分光光度分析中，使多組分體系的含量測定歸結為對重疊光譜曲線進行快速濾波的過程。這個思想不僅帶來了一種新的重疊峰分解的方法同時還啟發了分析工作者，使人們認識到，譜數據處理與通訊技術中的信息處理過程很相似，完全可以借鑒其數學工具。上世紀90年代，能解決非線形擬合的人工神經網絡技術也被廣泛應用求解多組分濃度，不足之處是需要大量樣本學習，很復雜且耗時。遺傳算法作為一種全局的尋優方法，也逐漸被應用于譜圖分析及重疊峰分解等方向的研究。使用數學方法對重疊峰分解的優點在于它對硬件要求不高，只需在一定的實驗條件下，獲取足夠的實驗數據，借助計算機強大的運算能力，運用數學方法進行計算，能夠獲取準確度較高的對重疊峰解析的結果，基本上可以滿足一般檢測和分析的要求，因此其發展前景相當廣闊，見諸于專業刊物的研究。報告顯示，使用軟件后處理的研究和應用正廣泛開展。
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篇7
《中國居民膳食指南》指出“食物多樣，谷物為主”，谷物是我國居民的主要膳食，包括大米、小米、玉米、江米、小麥、蕎麥、高粱、大麥等。我國居民膳食中約70%～80%熱能和50%蛋白質由谷物提供。谷物含有多種微量元素，同一類別谷物顏色不同，所含微量元素也存在差別。微量元素是維持人體生長發育的重要營養素，參與生物體正常新陳代謝活動，攝入缺失或者過量都會引起人體疾患[1]。為指導健康飲食，有必要了解不同谷物中微量元素的區別。
1 材料與方法
1.1 材料
黑小米和黃小米購于陜北榆林某農貿市場；黑米和江米（白糯米）購于陜南安康某農貿市場。
1.2 儀器與試劑
WFX-120型原子吸收分光光度計（北京瑞利分析儀器有限公司），配備Fe、Mn、Cu和Zn空心陰極燈，1810B型自動雙重純水蒸餾器（上海申立玻璃有限公司）。
試劑及樣品：HNO3、HClO4、HCl、Fe（NO3）3·9H2O、MnO2、CuSO4·5H2O、ZnO均為分析純試劑。
1.3 方法
1.3.1 樣品處理 將樣品用自來水沖洗干凈，并用去離子水漂洗后置于105 ℃恒溫干燥箱中干燥1 d。取出樣品粉碎，準確稱取1.000 0 g樣品于100 mL三角瓶中，加5 mL HNO3過夜，補加HNO3 5 mL，HClO4 2.5 mL，在電爐上保持微沸狀態下消化，至紅棕色煙淡去，升高溫度待白煙冒盡，溶液澄清，取下冷卻，用2%（V/V，下同）HNO3溶液稍微加熱溶解后轉移到25 mL容量瓶中，三角瓶用2% HNO3溶液洗3次，合并洗滌液，定容，待測[2-6]，同條件下設空白1份。
1.3.2 儀器條件 原子吸收分光光度計檢測條件見表1。
2 結果與分析
2.1 標準曲線的繪制
準確稱取各種元素的分析純試劑，配制成濃度1.00 g/L的儲備液，再稀釋成所需濃度的工作液，Fe、Mn、Cu和Zn的濃度分別為50.00、20.00、20.00、
20.00 mg/L，測定各樣品溶液的吸光度，計算得到的標準曲線回歸方程和相關性系數見表2。由表2可知，本方法中4種元素的線性關系良好。
2.2 準確度
取同一批干燥的粉碎黃小米，稱取1.000 0 g樣品于100 mL的三角瓶中，分別加入Fe標準溶液（50.00 mg/L）0.80 mL，Mn標準溶液（20.00 mg/L）2.50 mL、Cu標準溶液（20.00 mg/L）1.50 mL，Zn標準溶液（20.00 mg/L）3.00 mL，按“1.3.1”處理后， 用2%硝酸定容到25 mL，測定結果見表3。由表3可知，本方法的回收結果良好。
2.3 精密度
分別取某一濃度標準溶液，連續進樣5次，計算測定結果的精密度。各元素測定的精密度均在3%以內。
2.4 樣品分析
4種樣品中的微量元素含量見表4。由表4可知，深色谷物中微量元素含量高于白色谷物，黑小米和黃小米的鐵和錳含量明顯較高，黑小米中的鋅含量最高。
3 討論
小米熬粥營養價值高，有“代參湯”之美稱。由于小米不需精制，保存了許多的維生素和無機鹽，而黑小米營養價值更高，這與它含有豐富微量元素有著必然聯系。例如：黑小米中含有較高的鋅元素，鋅是免疫器官胸腺發育的營養元素，只有鋅量充足才能保證胸腺發育，正常分化T淋巴細胞，促進細胞免疫功能。該結果驗證了小米具有補氣補虛的功效，也為上述谷物的開發應用提供了科學依據。
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篇8
Determination of Mineral Nutrition Elements in Fermented Liquid by Temperature-Controlled Wet Digestion and Flame Atomic Absorption Spectrometry
JIANG Zhong-yuan1，HU Ming-hua1，AO Ke-hou1，WEI Jing-xu1，LUO Yan-wen2
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Zunyi Normal College， Zunyi 563002，Guizhou，China；
2. Court of Zunyi Product Quality Inspection Detection， Zunyi 563002，Guizhou，China）
Abstract： Temperature-controlled HNO3-H2O2 wet digestion and flame atomic absorption spectrometry were employed for determination of mineral elements in the fermented liquid residue of livestock dung. The mineral elements， including K， Mg， Na， Fe， Ca， Mn， Cu and Zn in fermented liquid were analyzed. The results showed that the correlation coefficient（r） of each mineral element’s quantitative standard curve was above 0.999 3， the quantitation limit was 0.90～67.0 ng/L， the relative standard deviation was 0.79%～2.51%， and the standard addition recovery rate was 95%～103%. It was found that the average content of the 8 mineral elements in fermented liquid was in a descending order of K， Na， Ca， Mg， Fe， Mn， Zn and Cu.
Key words： flame atomic absorption spectrometry； fermented liquid； wet digestion； mineral element
隨著低碳經濟的發展，沼氣技術的應用與推廣日益廣泛，沼氣發酵殘留物的開發應用問題也倍受人們關注。而沼液作為人畜糞便等有機物在厭氧條件下充分發酵后的液體殘余物[1]，不僅含有N、P、K等營養元素，而且含有豐富的腐殖酸、有機質、氨基酸、生長激素及有益菌群等營養物質，其營養全面，養分利用率高，是一種多元的速效復合肥[2]。沼液在作物種植中不僅能顯著地改良土壤，確保農作物生長所需的良好微生物環境，還有利于增強作物抗凍、抗旱能力，減少病蟲害，提高作物產量[3]。原料中含有的礦物元素在發酵過程中，參與了微生物代謝過程，但最后又殘留于沼殘液中。因此，開展針對沼液中礦質元素及其含量范圍的分析研究，將有助于促進畜牧養殖糞污發酵殘留物在肥料、飼料、浸種、植物生長激素和生物農藥等方面的應用，并為相關應用提供科學參考。
必需礦質元素K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca及Mg對動植物正常生長和生產不可或缺，在動植物體內具有重要的營養生理功能。目前，已建立了上述元素在環境、食品、醫藥、生物、地質等樣品中的檢測方法[4-11]，但是溫控濕法消解-火焰原子吸收光譜測定法應用于沼液的礦質元素及其含量檢測方面的報道較少。本試驗通過溫控濕法消解-火焰原子吸收光譜，建立了沼液中多種礦質元素的分析方法，以期為腐熟水溶性速效肥中的礦質元素檢測提供有益探索，也為肥料中礦質元素含量檢測提供一種快速、便捷、靈敏的方法。
1 材料與方法
1.1 試劑
H2O2、HNO3、HCl均為優級純試劑，購于國藥試劑有限公司，試驗用水為去離子水。
標準儲備液： 1 000 μg/mL Mn、Cu、Zn、Ca、Mg、K、Na、Fe標準溶液（中國計量科學研究院）。
1.2 儀器
TAS-990型原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）；電子天平（上海越平科學儀器有限公司生產）；AKDL-II-16超純水儀（成都康寧實驗專用純水設備廠）。所有器皿均用4 mol/L HCl浸泡24～48 h，然后用去離子水沖洗3～4次，待用。
1.3 方法
1.3.1 標準溶液的制備 取適量K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg標準溶液，逐級稀釋成標準系列工作溶液（表1），在儀器工作條件下測定各標準溶液的吸光度及樣品溶液的吸光度。
1.3.2 樣品采集及處理 將采集的不同地區沼液樣品渦旋混勻，準確量取10 mL沼液樣品于50 mL燒杯，用少許5%（m/V，下同）HNO3潤洗移液管內壁并移入燒杯中，加入10 mL 30%（V/V）H2O2和20 mL濃HNO3，蓋上表面皿，于控溫電熱板上逐漸升溫至120 ℃。消解至消解液澄清、透明且無懸浮物，剩余溶液體積≤10 mL，取下冷卻至室溫，用5% HNO3定容于15 mL比色管中，過水系濾膜（？準=0.45 μm）后，按表2條件測定[12]。
2 結果與討論
2.1 標準曲線
對1.3.1中標準系列工作溶液進行測定，由儀器自動繪制標準曲線和確定線性相關系數，確定檢出限，結果見表3。
2.2 樣品測定
對來自于4個地區畜牧養殖糞污經厭氧發酵的剩余沼液中的礦質元素含量進行了測定，結果見表4。
2.3 回收率和準確度分析
為考察方法的可靠性，采用標準品加入法測定各元素的平均回收率來確定方法的準確性。設定0.5、1.0、2.0 mg/kg 3個添加水平，按照優化條件檢測，K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg回收率都在96%～101%，相對標準偏差在1.56%～3.01%。結果表明，采用溫控HNO3-H2O2濕法消解-火焰原子吸收光譜分析方法測定上述8種礦質元素穩定性好，結果可靠準確，能夠滿足檢測要求。
2.4 精密度分析
按照1.3.2處理，對某地區沼液樣品平行測定6次，計算測定方法的相對標準偏差。結果表明，相對標準偏差均小于3%，誤差在痕量分析允許范圍內，表明方法精密度良好。
3 結論
建立了沼液中礦質元素的溫控HNO3-H2O2濕法消解-火焰原子吸收光譜檢測8種礦質元素的分析方法。試驗中采用強氧化性物質的氧化作用破壞樣品中的有機物質，使待測元素溶解于溶液中，使混合酸與樣品中有機物大分子作用完全，消化省時、徹底、不容易造成損失。由結果可知，在沼液中的礦質元素中K、Na、Ca含量較高，而Cu含量最低。該方法操作簡便，分析速度快，精密度和準確度都符合要求，可為腐熟水溶性速效肥中礦質元素的檢測提供有效的分析方法。
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篇9
關鍵詞 ：朝天椒；燈籠椒；人工神經網絡；支持向量機
中圖分類號：O657．33；S641．3文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2015）01－0203－03
DOI：10．14088／j．cnki．issn0439－8114．2015．01．053
Infrared Spectroscopic Analyses of Pepper based on
Support Vector Machine and BPNN
LI Wei－xing，LIU Gang，ZHAO Xing－xiang，WANG Xiao－long，WANG Xiao－hua，LI Hui－mei
（School of Physics and Electronic Information， Yunnan Normal University， Kunming 650500， China）
Abstract： Fourier transform infrared （FTIR） spectroscopy combined with back propagation neural network （BPNN）， wavelet transform and support vector machine （SVM） were used to analyze Capsicum annuum L． var． conoide （Mill．） Irish and bell pepper． FTIR spectra of samples from C． annuum L． var． conoide （Mill．） Irish were obtained. The infrared spectra in the range of 1750～950 cm－1 were extracted by continuous wavelet transform （CWT） and discrete wavelet transform （DWT）． The decomposition level 10 was obviously different. Three regions of this level were selected as feature vector to train BPNN and the SVM models． Discrete wavelet transform detail coefficients（DWTDC） of level 5 were selected to train BPNN and SVM models. The recognition accurate rate of using BPNN and SVM was 93．3％ and 100％， respctively． It is proved that FTIR spectroscopy combined with BPNN and SVM can be used to discriminate C． annuum L． var． conoide （Mill．） Irish and bell pepper．
Key words： Capsicum annuum L． var． conoide （Mill．） Irish； bell pepper； back propagation neural network； support vector machine
收稿日期：2014－03－14
基金項目：國家自然科學基金項目（30960179）
作者簡介：李偉星（1987－），男，湖南衡陽人，在讀碩士研究生，研究方向為紅外光譜生物醫學光譜，（電話）18288745428（電子信箱）
weixl87＠126．com；通信作者，劉 剛（1966－），男，云南陸良人，教授，主要從事生物醫學光譜學方面的研究，（電話）13648878376
（電子信箱）gliu66＠163．com。
辣椒（Capsicum annuum L．）包括辣椒和甜椒，又稱番椒、海椒、辣子、辣角、秦椒等，是茄科辣椒屬一年或多年生植物。辣椒中維生素C的含量在蔬菜中居第一位，具有通經活絡、活血化瘀、驅風散寒、開胃健胃、補肝明目、溫中下氣、抑菌止癢和防腐驅蟲等功效［1，2］，被廣泛應用于醫藥、輕化和食品行業。
區分辣椒常規的化學分析方法，如高效液相色譜法（HPLC）、氣相色譜質譜法（GC－MS）、微衛星DNA標記（SSR）、超臨界CO2萃取法等，這些檢測方法雖然準確，但預處理過程復雜，耗時長，處理過程對人與環境有害［3］。傅里葉變換紅外光譜法具有操作簡單、靈敏度高、用樣少、制樣簡單、重復性好等優點。小波變換是繼傅里葉變換后的一種更為有效的信號處理方法［4］。人工神經網絡（ANN）方法由于對非線性函數可任意逼近而在光譜分析中被廣泛使用。人工神經網絡具有高度智能化的特征與能力，在處理非線性問題上以計算簡單、預測準確的優勢在分析化學中得到了廣泛的應用［5］。支持向量機（SVM）是近年來形成的一種新的模式識別方法，已表現出許多優于其他模式識別的方法。先通過非線性變換將輸入空間變換到一個高維空間，然后在這個高維空間求取最優分類面［6］。
為此，選取兩個品種的辣椒為研究對象，應用傅里葉變換紅外光譜測定法得到FTIR，采用連續和離散小波多分辨率分析方法提取樣品的紅外光譜特征量，然后運用BP神經網絡和支持向量機對兩個品種的辣椒進行識別，旨在為同科屬品種的植物提供一種分類方法。
1 材料與方法
1．1 試驗儀器
紅外光譜儀為PerkinElmer公司的Frontier傅里葉變換紅外光譜儀，掃描范圍4 000～400 cm－1，分辨率4 cm－1，掃描次數16次。
1．2 樣品制備、檢測及數據處理
朝天椒和燈籠椒采自湖南省農業科學院試驗基地。朝天椒30個（編號a1～a30），燈籠椒30個（編號b1～b30）。樣品清洗后晾干，取相同部位研磨成粉末，加入溴化鉀研磨均勻，壓片測紅外光譜。光譜均扣除溴化鉀背景，光譜數據用Omnic 8．0軟件處理，經過基線校正、5點平滑處理、歸一化。用Matlab 7．1軟件進行支持向量機和BP神經網絡分析。
2 結果與分析
2．1 兩種辣椒果實紅外光譜分析
圖1是兩個品種辣椒的原始光譜圖。3 500～3 200 cm－1范圍強寬峰為O－H與N－H的伸縮振動吸收，2 925 cm－1附近峰為亞甲基中C－H不對稱伸縮振動吸收［7］；2 857 cm－1附近峰為亞甲基中C－H對稱伸縮振動吸收［8］；1 735 cm－1附近吸收峰主要來自脂類C＝O伸縮振動［9］；1 635 cm－1附近吸收峰為辣椒堿中C＝C雙鍵伸縮振動峰［10］；1 655、1 541 cm－1分別對應蛋白質的酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅱ帶的吸收峰［11］。1 610、1 516 cm－1為苯環的骨架特征伸縮振動吸收峰［12］；1 440～1 330 cm－1范圍的譜峰為蛋白質、纖維素、木質素等受氧、氮原子影響的甲基、亞甲基對稱彎曲振動和CH3剪式振動吸收及C－H彎曲振動吸收，其中1 386 cm－1附近是蛋白質及纖維素的甲基和亞甲基的對稱彎曲振動和甲基的剪式振動吸收［8］；1 156～950 cm－1是多糖的C－O－C伸縮振動吸收峰［13］；900～750 cm－1范圍為糖類異構吸收區，其中895 cm－1附近為纖維素的環振動產生的C－H變形峰［14］。
2．2 傅里葉變換紅外光譜連續小波變換分析
兩種辣椒的傅里葉變換紅外光譜的區別不是特別明顯，直接應用其傅里葉變換紅外光譜鑒別兩種辣椒往往容易造成錯誤的分類。對它們的傅里葉變換紅外光譜進行一維連續小波變換，在不同的分辨率下對其進行有效分析，能夠放大它們之間的差別以有效鑒別兩種辣椒。選擇各向異性的Morlet小波作為“分析小波”，因為其頻域能量比較集中，通頻帶較窄，頻率混疊影響較小，具有時域對稱和線性相位的特點，能夠保證變換不失真［15］。對兩種辣椒的傅里葉變換紅外光譜中包括指紋區在內的區域（1 750～950 cm－1）進行一維連續小波變換，共進行了30尺度的一維連續小波變換，發現進行到第20個尺度的連續小波變換時的系數已能區別兩種辣椒，變換結果見圖2。
2．3 BP網絡識別結果
BP神經網絡一般由3個神經元層次組成，即輸入層、隱含層和輸出層。在BP網絡的建立過程中，隱含層節點數的選擇是關鍵。隱含層節點數的多少對BP網絡的識別效果影響很大，隱含層節點數一般不大于輸入信號的個數，隱含層節點數過多，網絡易于區分各樣本之間的細微差別，但網絡的復雜程度增加，收斂速度減慢，增加網絡訓練時間，隱含層節點數h可通過公式（1）取整數確定初始值，再逐步增加或減少1～3節點數的方法選取最優值：
式中，p為輸入變量數（即輸入層節點數）；q為輸出變量數（即輸出層節點數，通常為1）［16］。
選取第20尺度連續小波變換系數，第5尺度離散小波變換逼近系數和細節系數各19個變量作為網絡輸入值，輸出層神經元個數為2，隱含層的神經元個數分別設定為1～12之間的整數值，60個樣品，每個品種30個，其中訓練組15個，測試組15個。通過比較分類正確率，最終確定隱含層神經元個數。網絡的輸入向量范圍為［－1，1］，隱含層神經元的傳遞函數采用S型正切函數tansig，輸出模式為0－1，輸出層神經元傳遞函數采用S形對數函數logsig。網絡訓練函數采用trainlm，學習函數為learngdm，最大次數為1 000，訓練目標為0．01，學習速率為0．1。連續小波變換系數（CWTC）、離散小波變換逼近系數（DWTAC）和細節系數（DWTDC）作為網絡輸入變量的正確率隨隱含層節點數變化情況如圖3所示。連續小波變換系數和離散小波變換逼近系數訓練神經網絡最佳隱含層節點數均為7，而離散小波變換細節系數隱含層節點數對網絡識別正確率沒有影響，利用連續小波變換建立的BPNN模型的識別正確率為86．7％，而利用離散小波變換逼近系數和細節系數建立BPNN模型的正確率為93．3％、100.0％。可見離散小波的效果要比連續小波變換的效果好。
2．4 支持向量機結果
支持向量機法的基本思想來源于線性判別的最優分類面，所謂最優分類面就是要求分類面不但能將兩類樣本無錯誤地分開，而且要使分類空隙或分類間隔最大。通過實現最優分類面，一個直接的優點就是可以提高預測能力，降低分類錯誤率［16］。
用Matlab 7．1選用支持向量機4種核函數的線性函數作為核函數，利用離散小波變換細節系數建立支持向量機模型，對60個未知樣品（訓練組30個，測試組30個）預測結果支持向量機識別正確率見表1（表1中“1”代表朝天椒，“0”代表燈籠椒），結果表明，所有的樣品都能識別，識別正確率為100％。
3 小結
利用傅里葉變換紅外光譜技術結合小波變換、反向傳播網絡和支持向量機對朝天椒和燈籠椒進行識別，樣品的紅外光譜經一維連續小波變換，第20尺度系數存在著明顯的差異，選取指紋區1 750～950 cm－1范圍內的紅外光譜進行5尺度離散小波變換，第5尺度小波細節系數存在明顯的差異，利用該系數進行反向傳播網絡和支持向量機識別，其正確率分別為93．3％、100.0％。通過比較發現，離散小波細節系數建立模型比連續小波系數和離散小波近似系數效果好，但兩者的差異不是很大。結果表明，小波變換結合支持向量機和反向傳播網絡應用于傅里葉變換紅外光譜技術中能夠識別朝天椒和燈籠椒，有望發展為鑒別不同品種物種的一種方便快捷的方法。
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篇10
摘 要：較化學檢測法等傳統環境污染檢測方法，光學測量方法以其無可比擬的優勢廣泛應用于環境污染物的檢測及監測，近幾十年來發展迅速，并具有廣泛的應用前景。隨著激光技術和計算機技術的發展，光學測量方法也隨之變革。例如激光光譜對特定氣體的檢測（LASAIR系統），紫外差分光學吸收光譜儀（DOAS系統）和傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR系統）等，都為這一變革提供有力的佐證。論文介紹光學顯微鏡檢測方法，光學分析方法以及光電檢測技術，重點分析光學顯微鏡檢測方法在環境監測中的應用、光學分析方法在水質檢測領域的應用、光電檢測技術在環境監測中的應用，光學測量方法的最新發展方向。
關鍵詞 ：光學顯微鏡；光電檢測技術；光譜學分析法；DOAS系統；FTIR系統；LASAIR系統
中圖分類號：O439文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0005-04
隨著現代科技的不斷更新與物質生活的高度發達，環境污染物的排放量日益增多，人們在享受著豐富物質生活的同時，也受到了環境污染帶來的沖擊，例如酸雨的侵害，霧霾天氣的影響，全球變暖導致的海平面上升等問題。傳統的檢測方法（如化學法），由于用時長、花費高、操作復雜，需要各個部門相互協作，甚至在檢測時都可能會產生環境污染物，越來越受到抵制。而光學測量方法在環境檢測方面，更能有效地避免這些弊端的產生。
在環境中，對于水質，有關部門主要通過對水質采樣、化驗、分析的方法實現對水質的監控。對于水體富營養化的這種情況，有關部門通過光學顯微鏡直接對水體進行觀查即可。而對于重金屬污染過的水源，往往光學顯微鏡很難直接觀測出來，還要通過物理或化學的方法使重金屬沉積，沉淀或“染色”，才有可能觀察到。但是這種方法用時長，不利于及時了解水污染的情況，而且在使重金屬沉淀的方法中，有可能又會產生新的污染物，樣品處理又帶來了困難。由于光學顯微鏡很難實現對空氣的檢測，所以在環境監測中用處并不大。這時人們聯想到，也可以通過光的其他特性來實現對環境的實時的監控。而光電檢測技術（如外光譜法，激光光譜法等），人們可以直接檢測環境中的污染物，無需費時費力，既能實時地反映出污染物的量和濃度，又不會產生附加污染物，且在環境監測中實用性很強。光電檢測技術利用光的光譜特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工廠的排氣煙囪中使用，甚至可以專一地檢測某種氣體，例如，甲烷氣體，二氧化碳氣體，含硫化合物氣體等[1]。
1 光學顯微鏡檢測方法在環境監測中的應用
在現實生活中，我們最易受到水污染帶來的侵害，水體富營養化一直是我們關注的重大問題，而光學顯微鏡在這方面的檢測應用極其廣泛。環境保護部門在水污染地需要將水質進行抽樣、化驗、分析、觀察，這時就要用到光學顯微鏡[2]。
1.1 細菌、霉菌檢測
水體細菌含量是人們辨別水質是否利于飲用的重要標準，如人們會對水中的大腸桿菌群檢測做一個革蘭氏染色鏡檢。
1.2 生物群落檢測
浮游植物是水域的初級生產者，繁殖速度很快。水體富營養化會促進其繁殖能力，從而影響水質的飲用安全。對浮游植物的檢測，離不開光學顯微鏡。光學顯微鏡直接對水質進行觀察監測，每過一段時間，鏡檢跟蹤浮游植物的群落狀況，以判斷水體是否富營養化。
1.3 特殊物質檢測
石棉纖維被動物體吸入肺部后，容易沉著在肺泡內，影響動物體的呼吸，對動物體的健康影響很大。在用光學顯微鏡檢測時，必須用高倍鏡才能觀察到石棉纖維，因此，對光學顯微鏡的分辨率要求比較高。為確定肝癌細胞的使用量，需要用光學顯微鏡鏡檢肝癌細胞的復蘇狀況。
二噁英（Dioxin），是某些有害物燃燒后產生的脂溶性物質，不能被生物分解，具有很強的危害性。利用離體肝癌細胞的EROD與二噁英的復合毒性效應是生物學中的一種檢測方法。環境監測部門也利用這種方法對環境中的石棉塵（石棉纖維）進行監測。
在受污染的水體中，培養魚（一般選擇生長速度快的青魚）的受精卵，在魚卵孵化過程中，使用光學顯微鏡監測受精卵的孵出率，并觀察胚胎發育過程中畸形胎所占比重。
1.4 環境毒性測試
根據所知的生物學，單細胞藻類有很強的繁殖能力。可以在水體中培養藻類，用光學顯微鏡觀察，監測藻類世代的生長情況和藻類種群的變化情況，判斷水體中是否存在急性的毒性物質[3]。
2 光學分析方法在水質檢測領域的應用
物質在吸收光波后，會在某一波段有一個吸收峰，通過分析這個波段，就可以得出該物質的光譜特性，光學分析方法就是在此研究基礎上找到的一種測量方法[4]。反應靈敏度高，檢測速度快的優點是人們在采用這種光學測量方法時首要的考慮因素。某些光學分析方法，人們往往既不需要像傳統檢測方法一樣去使用試劑，又不需要花費太多的精力去維護相關的儀器設備。近幾十年來，光學分析方法隨著科技的腳步，在水質檢測方面也跨上了一個新的臺階[5]。
2.1 比色分析法
比色分析法是指利用物質與物質之間的化學反應，獲得深顏色的溶液后，通過比較前后溶液的顏色深淺度來測量所含物質濃度的方法[6]。比色分析法主要用于水質中，有色重金屬離子的濃度檢測。但是，有些重金屬離子卻是無色的，例如一價銅離子溶液，這時可以根據其易被氧化的化學特性，將一價銅離子溶液氧化成藍色的二價銅離子溶液。比色分析法可分為目視比色分析法和光電比色分析法，兩種方法的測量原理均為朗伯－比爾（Lambert-Beer）定律。但是，目視比色分析法中，人的主觀判斷會影響未知量的測量，因此目視比色分析法準確度不高。而采用分光光度法的光電比色分析法，彌補了主觀判斷造成的失誤，未知量的準確度和靈敏度得到了提高。
通過了解，可以看出，使用比色分析法時，必須建立在顯色反應的基礎上，因此對溶液離子的化學性質要求比較高。人們可以采取目測的手段，也可以采用與離子反射或吸收波長相對應的單色光源進行檢測，還可以使用與高速計算機聯接的攝像頭進行圖像綜合對比分析。利用顯色劑的不同反應，比色分析法可被廣泛地應用在水質監測方面以及測定受污染水質中的各類污染物濃度。
2.2 紫外光譜分析法
紫外光具有波長短，能量大，透過力強的特點，利用這一特點，人們可以通過紫外光譜區進行檢測。有機分子在紫外光譜區的吸收較強（其實就是高能量脈沖殺死了有機活性物質），因此適用于檢測水體有機污染物。紫外光譜分析法，分為單波長法，經過多年探索研究后，發展為雙波長法，循序漸進到如今比較全面的全光譜法。對單波長法進行改進的雙波長法，在測量時，無需參比溶液即可消除混濁度的影響。全光譜法是在光譜分析儀的基礎上研究出的一種對待測溶液比較全面的檢測方法，包含了吸光度在全紫外光譜區所有有機污染物。
2.3 間接測定法
水質中，對重金屬離子的濃度還有一種間接檢測方法熒光分析法[7]。顧名思義，熒光分析法就是獲取重金屬離子的熒光圖像，再通過計算機編程處理，由此間接地測量出重金屬離子的濃度。在這一過程中，需要用到與重金屬離子相匹配的試劑。
2.4 直接測定法
直接測定法省去了間接測定法中匹配試劑的過程，檢測速度有所提高，但是卻要滿足物質本身就發射熒光（如葉綠素、水中有機物等）這一苛刻條件。不管是間接測定法還是直接測定法，都無法忽略光源的重要作用。尤其是在直接測定中，要求光源的發射光波長與物質的吸收光波長一致。激光光源由于其得天獨厚的優點（單色性好、能量集中），受到了研究人員的高度關注，激光誘導熒光技術就是采用激光作為光源的熒光檢測技術。目前，激光光源在直接測定法中幾乎已經取代了傳統光源的檢測地位。
3 光電檢測技術在環境監測中的應用
雖然光學顯微鏡在水體污染的監測中可謂嶄露頭角，但在空氣污染物的監測中卻顯得捉襟見肘。空氣污染物通常指以氣態形式進入大氣層來物質（主要是人為污染，例如含硫化合物，二氧化碳氣體等等），其對人體或生態系統具有很不好的效應，例如酸雨，霧霾等等。隨著光學的發展，光電檢測技術逐步應用到現實生活中，尤其在環境監測中，以其獨特的優勢獲得了人們的青睞。
3.1 光電檢測技術的原理
光電檢測是指利用各類光電傳感器，將被測量的物理信息轉換成光信息，再通過A/D轉換器轉換成電信號，再綜合利用信息傳輸技術和計算機編程處理技術，完成信息獲取。當光照射到物體表面時，使物體發射電子、或電導率發生變化、或產生光電動勢等。這種因光照而引起物體特性發生變化的現象稱為光電效應光電檢測系統以激光、紅外、光纖等現代光電器件為基礎，對載有待測物體信號的光信息進行處理，即通過光電檢測器件接收光信息并轉換為電信號。由輸入電路、放大濾波等電路提取待測物的信息，再經過A/D轉換器輸入計算機運算和處理，最后提取出待測物體的幾何量或物理量等所需信息（如圖1的光電檢測系統）。
3.2 光電檢測系統在環境檢測中的應用
光與物質的相互作用，改變了物質的某些物理特性。利用這種特性，制作的光電檢測系統可以分為兩大類：使用能覆蓋寬光譜區的寬帶光源的監測系統；使用激光或窄光譜光源，因而只能覆蓋窄光譜區的監測系統[8-9]。在寬帶監測系統中，傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR）或紫外差分光學吸收光譜儀（Uv-DOAs，又名DOAs系統）測系統可同時監測未知混合物中的多種化合物。通常這些化合物是包含在寬譜帶內的，寬帶監測系統能“觀察到多種化合物的存在，但分辨率不高，不能將這些化合物從復雜混合物中直接區分開來”。但是，當寬帶監測系統的分辨率低于欲觀察的光譜線中的精細結構時，就不能觀察到真正的吸收峰，且會限制對氣體濃度值的檢測。
激光監測系統由于分辨率高，掃描光譜范圍窄，所以檢測靈敏度相當高，但是激光監測系統發出的波長必須與被檢測化合物吸收譜線的光波長相匹配。由于激光監測系統發出的激光波長是單色的，掃描波段被限制在極窄的范圍內，一般情況下只能對應的檢測出一種化合物。若檢測的是混合物，則需要另加對應的監測裝置。在目前的環境監測中，寬帶監測系統和激光監測系統，這兩種類型的監測裝置都有其應用。例如，FTIR監測系統，它可提供對企業事故中泄漏出的某些有害化合物進行檢測。這時對所有的可能的有害化合物來說，檢測靈敏度就不如檢測范圍重要。但如果要連續實時監測從污染源（如煙囪向大氣層中排放污染物，汽車尾氣排放的污染氣體時）釋放出的有害氣體，則監測裝置抗其他化合物干擾的能力和高檢測靈敏度就是重要因素了，這時，激光監測系統就成為了理想的監測系統。激光雷達像其它激光監測系統一樣，能檢測的樣品不多，但它具有空間分辨力，是迄今為止，唯一能提供空間信息技術的檢測系統，因此，探索污染物的發源地，激光雷達系統是最好的檢測系統。諸如高空大氣層中臭氧的消耗情況，可以使用激光雷達系統進行計算機模擬繪圖。使用激光雷達系統提供大氣層中空氣分子成分分布的垂直剖面圖，可以對大氣傳輸和擴散過程有更透徹的了解。
DOAS系統可以測量多種化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根據光的反射定律，光源發射的光波經過某些物質后，經吸收的光波與光源光波一起被反射鏡反射回來，利用計算機高速運算的能力分析光波的差異性，故而稱作差分光學吸收光譜技術。調取吸收光譜數據庫中已知數據，與吸收光譜數據相比較，從而分析物質中存在的化合物種類。
LASAIR系統是激光技術與計算機技術相結合的高新技術[11-12]，利用激光的單色性和計算機的高速運算能力，提高了檢測效率。可調二極管激光吸收光譜分析儀發射出的激光光波長，足以滿足吸收峰在中紅外區（320um的范圍內）的物質檢測，適合大多數的工業環境監測。可調二極管激光吸收光譜儀，已在全球范圍內有毒有害氣體的檢測上發揮了重要作用。LASAIR能測量的氣體分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每種氣體對光波的吸收峰值不盡相同，必須要使用發射對應吸收峰值波長的激光光源。
4 結束語
隨著時代而發展的光纖通訊和光電子信息技術被應用于環境監測中，尤其是具有體積小、壽命長和光電轉換效率高的近紅外二極管激光器[13-14]，目前已經迅速商品化，成為了檢測空氣污染物質的最合適光源。而調諧二極管激光吸收技術利用分子的吸收光譜單一分立吸收線這一原理，可以采樣到被檢測氣體的每種光學信息。當激光通過被檢測氣體時，光電磁波會被吸收和散射而衰減。利用被測量物質分子的吸收能力遠遠高于物質分子對光的散射能力，我們可以忽略掉物質分子散射的這一衰弱影響。經過近30年的發展，調諧二極管激光吸收技術日益成熟，被廣泛的應用在空氣污染物質的檢測和監測中。隨著光譜學分析技術和激光技術的完美結合，特別是在近些年來，制作半導體材料和器件的工藝長足進步的情形下，激光光譜學分析技術在環境監測方面的應用越來越成熟。
紅外半導體激光器可以在常溫下工作，取代了傳統光源的地位[15]。研究結果表明，紅外半導體激光器的發射波長與很多環境污染氣體的吸收波長相同。由于紅外半導體激光器具有譜線窄、單頻、功率大、工作可靠的優點，也為制作高質量，高水準的氣體檢測儀打下了堅實重要的基礎。根據其對環境的抗干擾能力強，經常不需要標定，可直接安裝在管道上檢測等實用性的特點，被大量使用在工業生產過程中檢測污染氣體方面。
從光學顯微鏡早期在環境監測中的應用（主要在水質檢測方面），到后來應用光學分析方法監測環境，直到現在人們又通過光的其他特性發明了各式各樣的監測儀器，如：激光監測儀（DOAS系統），傅里葉變換紅外干涉儀（FTIR監測系統）。可以說，光學測量方法是隨著光學的發展而發展變化的。隨著量子力學的發展，人們對光的認識不僅僅只是停留在了光譜層面上，而且也通過實驗驗證了人們對光的本質的假設。人們相信，現在我們所知的光學只是其冰山一角，光學測量方法也會隨著光學的發展而日新月異。
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篇11
Spectroscopic Analyses on the Interaction of Pesticides and DNA
XU Hang-jie，LI Jing，ZHANG Quan，ZHOU Cong，LU Mei-ya，YE Jing-jia
（Environmental Science Research Center， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310032， China）
Abstract： Analyzing the interaction of DNA and pesticides with spectrometry including ultraviolet-visible absorption spectroscopy， fluorescent spectroscopy， circular dichroism spectroscopy， infrared spectroscopy， resonance light scattering spectroscopy and Raman spectroscopy was reviewed. Results showed that spectroscopy was highly effective and powerful for studing the interaction of DNA and pesticides， and would promote understanding molecular mechanisms of the genotoxicity of pesticides.
Key words： spectroscopy； pesticide； DNA； interaction
收稿日期：2013-06-25
基金項目：中國博士后科學基金面上項目（2012M521180）
作者簡介：許杭杰（1989-），男，浙江杭州人，在讀碩士研究生，研究方向為農藥與DNA的相互作用，（電話）0571-88320265（電子信箱）
；通訊作者，張 全，博士，（電子信箱）。
農藥是一類由人類主動投放到環境當中用來防治農作物病蟲草害和其他有害生物的藥劑的統稱。隨著社會的發展和農業集約化要求的不斷加強，對農藥的需求也在不斷增加，在今后相當長的時間內農藥的作用是不可替代的。然而大量的事實證明，農藥的廣泛使用已經成為環境污染的重要原因之一。DNA是生物體的重要組成部分，是生物遺傳信息的主要載體。農藥能通過飲食、呼吸、皮膚接觸等途徑進入機體，可能與DNA相互作用后不同程度地導致DNA的結構及其功能的變化，對生物體產生持久性危害[1-4]，進而引發潛在的生態安全和健康風險。因此，關于農藥與DNA之間相互作用而導致遺傳物質誘變已成為當今研究的熱點[5]。
農藥與DNA的作用方式主要有三種：非共價鍵結合、共價鍵結合和剪切作用。其中非共價鍵結合又可分為靜電結合、溝槽結合和嵌插結合[6]。農藥與DNA作用后可能導致DNA構象變化、鏈聚合或斷裂、堿基脫落、堿基被修飾、交聯、重組等[7-9]，亦即體系的結構和化學性質會發生一定變化（圖1）。人們采用多種方法（生物學方法、光譜法、電化學法和色譜法等）從不同角度探索這些變化，進而判斷作用方式和闡述作用機理[10]。本文綜述了常用于研究農藥與DNA相互作用的光譜方法原理和應用。
1 紫外可見光譜法
紫外可見光譜法是研究農藥與DNA相互作用的一種最方便、最常用的技術[11]。小分子與DNA的相互作用會引起吸收帶的紅移（藍移）現象或增色（減色）效應。增色效應是DNA雙螺旋結構被破壞的結果，減色效應則是DNA分子軸向收縮、構象變化的結果。吸光度減小、吸收帶紅移以及等吸收點的形成是小分子與生物DNA發生嵌插作用的光譜標志[12]。嵌插作用對DNA的雙螺旋結構起穩定作用，可導致熔鏈溫度Tm值增大5～8 ℃，而非嵌插作用的小分子不會使Tm值增大得如此明顯。邵華等[11]已采用紫外光譜法研究農藥的DNA加合作用，結果表明馬拉硫磷、呋喃丹、氯氰菊酯及兩兩混配后均可能與哺乳動物DNA結合，引起DNA的紫外譜圖發生明顯的波長位移，甚至產生新的波峰[12]。Farhad等[13]也利用紫外和熒光光譜法發現二嗪農能使小牛胸腺DNA（Calf thymus DNA，ct DNA）光譜產生藍移。此外，劉偉等[14]研究了農藥毒死蜱對小牛胸腺DNA和蠶豆根尖細胞的損傷作用。結果表明，它使得小牛胸腺DNA吸收光譜在207 nm處的吸收峰出現紅移現象，隨著藥劑濃度的增加，譜圖出現了減色效應。
2 熒光光譜法
熒光光譜法作為一種快速、靈敏的光譜分析方法也廣泛用于農藥與DNA相互作用的研究。通過對熒光參數（如熒光偏振、熒光強度等）的測定，可獲得許多關于農藥與DNA相互作用的信息。農藥與DNA作用后熒光偏振的變化是判斷農藥是否與DNA發生嵌插作用的標志之一。借助熒光強度的變化，可測得農藥與DNA的結合常數、結合位點數和作用方式等。
對于熒光很弱的農藥，可借助熒光探針進行研究。溴化乙錠（Ethidium bromide，EB）是較為常用的一類探測農藥與DNA相互作用的熒光探針，利用EB-DNA體系的熒光變化，可判定農藥與DNA的作用方式。孟慶翔等[15]選用溴化乙錠（EB）為熒光探針，考察了阿特拉津濃度、磷酸鹽、離子強度以及碘化鉀對系統熒光的影響。結果表明，阿特拉津對ctDNA-EB體系的熒光存在淬滅現象，并同時存在靜態和動態兩種淬滅方式。張立金等[16]對農藥甲萘威（Carbaryl）對ct DNA的損傷作用也進行了初步的探討，證明甲萘威的確對DNA具有一定的損傷作用，而這種損傷可能和甲萘威與DNA的相互作用有關。
3 圓二色光譜法
圓二色光譜（Circular dichroism，CD）是測定樣品對左、右旋偏振光的吸光度差。樣品是否有圓二色性取決于樣品的發色團是否具有手性。一般可通過農藥對DNA的圓二色信號的改變判斷DNA構象的變化，如果DNA在280 nm附近圓二色信號無變化，可排除農藥與DNA作用方式是嵌插作用。Soheila等[17]對二嗪農對DNA的CD光譜進行了研究，結果在280 nm處發現峰形未發生變化，表明二嗪農與DNA的作用是非嵌插作用。Farhad等[18]用CD證明了有機氯殺蟲劑2，4-D與DNA亦可發生作用。
4 紅外光譜法
當紅外光照射時，物質的分子將吸收紅外輻射，引起分子的振動和轉動能級間的躍遷，所產生的分子吸收光譜成為紅外吸收光譜。近年來，傅里葉變換紅外光譜法在小分子與DNA相互作用的研究中得到了廣泛應用。文獻[19]報道了致癌物質Diethylstilbestrol（DES）與ct DNA之間的作用模式、結合常數、序列選擇性以及DNA結構和構象的變化情況。當DES濃度較低時，A·T富集區是DES與DNA發生嵌插作用的主要位點，伴隨著這種嵌插結合過程，DNA逐漸由B型向A型轉變；當DES藥物濃度較高時，DES與G·C堿基發生作用，并削弱了DNA雙螺旋結構的穩定性。Zhou等[20]通過紅外等光譜手段研究了聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）與DNA之間的作用方式。紅外光譜研究結果表明，PDDA與DNA分子中的堿基和磷酸基團發生了作用，且DNA/PDDA復合物的形成導致DNA二級結構構象發生了變化。
5 共振光散射和拉曼光譜法
共振光散射技術一般檢測物體的共振瑞利光信號。利用農藥誘導DNA共振光信號的變化可探測DNA的構象變化、聚集和超螺旋結構的形成，進而推斷農藥與DNA的作用方式[21，22]。拉曼光譜屬于振動光譜，共振拉曼效應極大提高了拉曼光譜的靈敏度。拉曼光譜法對農藥與DNA的分析主要研究其構象的變化、堿基的損傷、氫鍵的斷裂和單雙鏈的斷裂等。周殿鳳等[23]的研究結果表明，ct DNA在253.7 nm處受到紫外輻射的損傷作用最嚴重，DNA的構象受到破壞，DNA的構型發生變化，部分單雙鍵發生斷裂，出現了各種各樣由于DNA鍵斷裂產生的多核苷酸。Wen等[24]運用拉曼光譜對病毒DNA在不同波段處的吸收進行了研究。
綜上所述，光譜方法在農藥與DNA相互作用的研究中應用十分廣泛，不同的光譜法互相驗證可提供更準確的信息。紫外方法檢測紫外吸收的差別有簡單、準確的特點，但紫外可見光譜反映的信息量有限；熒光光譜有多種熒光參數可利用，能推斷農藥與DNA的結合常數、結合位點數和作用方式等；而且紫外方法和熒光方法又常受限于一些物質，如紫外吸收信號或熒光信號弱，又或與DNA光譜重疊等問題。圓二色譜、紅外色譜、共振光散射和拉曼光譜法都是檢測DNA結構變化的有效方法，圓二色譜對手性分子的檢測具有一定的優勢，有可能在手性農藥與DNA相互作用的研究中發揮更大的作用。紅外光譜由于受水的紅外吸收的影響而限制了其在水溶液體系中的應用。因此，研究農藥與DNA的相互作用常要求結合多種光譜方法互相驗證。
6 展望
目前，關于農藥與DNA相互作用的研究主要集中在少數幾種農藥上，且基本上使用紫外光譜法、熒光光譜法和彗星實驗這三種方法來評價農藥對DNA的損傷作用。如果再結合其他的分析技術如電化學方法等從不同角度進行多方位、多層次的研究，對農藥與DNA作用的方式和機理的了解會更加深入。此外，隨著手性農藥在目前使用的農藥中所占比例越來越大，以及它們在生物體上表現出的潛在生物效應如毒性、致癌性、致突變性等對映體的選擇性[25]，建立一種能夠準確可靠的研究手性農藥對映體水平上遺傳毒性的差異的快速評價方法將顯得尤為重要，因此開展手性農藥與DNA相互作用研究的光譜法研究是一個重要的領域，能為手性農藥的環境安全性評價提供更為寶貴的科學依據。
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篇12
關鍵詞：
溶解性有機質;熒光光譜;分子排阻色譜;平行因子分析
1引言
溶解性有機質是環境中一類重要的物質，能夠為微生物提供營養和能量、介導微生物與氧化性物質之間的電子傳遞［1］、絡合重金屬［2］、以及吸附和增溶疏水性有毒有機物［3］，在陸地和水生態系統中發揮著重要的功能，因此成為研究熱點。DOM成分復雜，包含有蛋白質、多糖、氨基糖、核酸和腐殖質等多種物質，目前常用的分析方法包括紫外光譜［3］、熒光光譜［3，4］、紅外光譜［4，5］和核磁共振［5］。上述方法中，熒光光譜由于具有樣品預處理簡單、分析所需樣品量少、靈敏度高等諸多優點，成為研究DOM的最常用技術［6，7］。采用熒光光譜分析技術，可以將DOM分為不同類別的熒光組分［8］。然而，由于DOM是一大類組成和來源不同的混合物，其中許多物質存在結構相似的單元，不同物質的熒光圖譜可能相互重疊，給采用熒光光譜精確分析DOM組成和結構增加了困難［9，10］。為了降低DOM的異質性，減少不同熒光組分的重疊，研究者采用了一些數學方法如平行因子分析法［9］、主成分分析法［10］、自組織人工神經網絡法［11，12］和物理化學方法如色譜分離法［13］、樹脂分離法［14］，將DOM分成光譜圖和理化特性各異的組分單元［10，13］。在數學方法中，平行因子方法對DOM組分的分離效果最好、應用最廣泛［9，10］，但平行因子分析涉及復雜的數學程序，且組分數目的確定受到樣品數量的影響［10］。在物理化學分離法中，樹脂分離需要調節pH值，一定程度上改變了DOM組分的存在狀態，與天然實際環境中的DOM存在一定的差異;而色譜分離不需要調節pH值，能更好地反映DOM的實際分布情況和組分，但色譜分離所得組分數目也受諸多條件如洗脫液、洗脫方法等的影響［15，16］。因此，將數學分析和色譜分離兩種方法結合，充分利用兩種分析方法各自的優點，可以更有效和全面地揭示DOM的組成特征，目前尚缺乏這方面研究相關報道。基于此，本研究結合熒光光譜、分子排阻色譜和平行分子分析法，將DOM按不同的特性分組，探究其組成和結構特性。本研究結果可為DOM表征和地球環境化學行為預測提供科學依據。
2實驗部分
2．1儀器與試劑
MultiN/C2100型總有機碳分析儀(TOC，德國耶拿公司);F-7000型熒光光譜儀(日本日立公司);1200LC高效液相色譜(美國安捷倫公司);L-530離心機(湖南長沙湘儀離心機儀器有限公司);SHA-C水浴恒溫振蕩器(江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠)。HClO4、NaOH、Cu(NO3)2、Pb(NO3)2、CH3COONH4均為分析純。實驗用水為超純水。
2．2樣品采集與預處理
為了獲得具有代表性的樣品，在某生活垃圾填埋場，采集填埋年限不到1年的新鮮垃圾產生的滲濾液樣品S1和和填埋年限大于10年的陳腐垃圾產生的滲濾液樣品S2，12000r/min離心10min后，收集上清液，過0．45μm濾膜，收集濾液，濾液中有機物即為DOM。采用總有機碳分析儀測定DOM樣品中溶解性有機碳(DOC)含量，備用。2．3DOM的物理分離將所得DOM樣品的DOC調至6mg/L后，測定樣品的熒光光譜:PTM電壓700V，激發和發射波長狹縫寬5nm，激發波長200～400nm，發射波長280～500nm，激發和發射波長增量5nm，掃描速度2400nm/min。分子排阻色譜采用配有熒光檢測器的1200LC系統進行，所用分離柱和保護柱分別為PLaquage1-OH(50mm×7．5mm，8μm)和MIXED-M(300mm×7．5mm，8μm)(美國安捷倫公司)，洗脫液為pH=7的醋酸銨緩沖液，進樣量100μL，洗脫速度1mL/min。檢測器為激發/多波段發射波長的熒光檢測器，激發波長230nm，發射波長300～500nm，發射波長增量為1nm。2．4DOM的數學分離DOM三維熒光光譜的平行因子分析需要多個樣品，為了獲得多個樣品，制備DOC為6mg/L的DOM樣品S1和S2各18份，采用熒光猝滅滴定方法，分別加入Cu(NO3)2或Pb(NO3)2溶液，使DOM樣品中Cu2+或Pb2+的濃度依次為10，20，30，40，50，60，70，80和90μmol/L，將樣品在恒溫振蕩器上振蕩4h后，測定其三維熒光光譜，測定條件與DOM未加重金屬時
2．3節中的條件相同
將上述光譜數據扣除超純水光譜后導出，進行平行因子分析。平行因子分析方法如下:將樣品S1或S2的19種重金屬離子濃度為0～90μmol/L三維熒光光譜數據矩陣，在MATLAB2007上，采用的DOMFluortoolbox數據包(www．models．life．ku．dk)進行分析。首先是將DOM三維熒光光譜圖去除一次瑞利散射和二次瑞利散射，隨后經異常值檢驗、對半分析、核一致性分析、累計方差和分析及視覺檢驗［3，9，10］，確定樣品S1和S2可以各分離出4種不同的熒光組分，將所得組分在MATLAB上制圖。比較DOM經分子排阻色譜和平行因子分析所得組分數目和激發、發射波長，確定兩種分離方法所得組分的異同。
3結果與討論
3．1DOM的三維熒光光譜
圖1為DOM的三維熒光光譜，樣品S1在發射波長小于380nm的區域具有較高的熒光強度，而樣品S2在發射波長大于380nm的區域具有較高的熒光強度，綜合文獻［17～20］可知，發射波長小于380nm的區域為類蛋白物質，包括類色氨酸物質(發射波長小于325nm)和類酪氨酸物質(發射波長大于325nm)。一些與類色氨酸結構類似的多酚化合物，也在發射波長小于380nm范圍內產生熒光峰［21］，這些物質與類蛋白物質具有一個共同的特點，即均含有一個苯環結構。三維熒光光譜中發射波長大于380nm的為類腐殖質物質，這些物質含有兩個及以上的苯環結構，在類腐殖質物質中，一些帶有3個和4個苯環的物質，發射波長可能相同［22］。因此，可以推測，樣品S1主要為類蛋白物質，而樣品S2以類腐殖質物質為主，兩個樣品代表了兩類不同的DOM組成。在DOM中，不同熒光組分的熒光圖譜可能相互重疊［10，23］;此外，類蛋白物質可以以3種形態存在，包括多肽/氨基酸形態、腐殖質結合態和大分子蛋白質形態［8］，但圖1不能給出上述信息，需要采用物理和數學法對DOM熒光組分進行分離。
3．2DOM組分的物理法分離
分子排阻色譜主要是基于分子量大小不同將DOM分組，在分子排阻色譜中，大分子有機物先被洗脫出來，而出峰時間晚的為小分子有機物［15，16］，通過洗脫時間可以將DOM按分子量大小分為不同的組分。由于DOM是一大類有機分子的混合體，不同分子之間可以通過疏水作用、氫鍵和范德華力結合在一起成為大分子復合物，因此本研究中的大分子應為不同小分子通過一定作用力結合在一起的聚集體。在圖1中，由于激發波長230nm，發射波長300～500nm處的組分熒光強度較高，并且能代表所有的熒光物質，因此，在分子排阻色譜中，固定熒光檢測器的激發波長為230nm、發射波長為300～500nm、增量為1nm進行洗脫物熒光發射光譜測定。圖2a顯示出樣品S1含有4類物質，其出峰時間依次約為3．45，3．9，4．45和4．65min，以4．45min出峰處物質的熒光強度最高，顯示樣品S1含有4類分子量大小不同的物質，其濃度最高的為小分子有機物。從圖2a還可見，3．45和4．65要出現發射波長小于380nm的熒光峰，而3．9和4．45min在300～500nm范圍內均都出現了熒光峰，顯示3．45和4．65min處的組分主要為大分子蛋白質和小分子多肽/氨基酸形態存在的類蛋白物質，而3．90和4．45min處的組分主要為與腐殖質結合在一起的類蛋白物質［8］，并且其分子量小于蛋白質分子但大于氨基酸/多肽物質。樣品S2(圖2b)在3．30和3．85min處出現了兩個熒光峰，最大峰強出現在3．85min，出峰范圍為300～500nm，顯示其為類腐殖質物質。此外，在整個分離過程中，樣品S1和S2均在發射波長325～375nm范圍內均出現了較強的熒光強度，其究竟是由類蛋白物質引起，還是噪聲引起，還需要進一步鑒定。本研究采用色譜柱分離法與樹脂分離類似，它們均能降低混合物的異質性，He等［14］采用XAD-8大孔吸附樹脂將DOM分類出了不同親疏水組分，但是這種分離方法基于pH值調整到酸性范圍后DOM分子上極性官能團的差異，而本研究采用色譜分離，是基于分析物分子量大小的差異進行分離。
3．3DOM的數學法分離
圖3為樣品S1經平行因子分析所得的4個組分。組分1有兩個熒光峰，其激發波長為230nm，發射波長為280/340nm;組分2也有兩個熒光峰，其激發波長分別為230和280nm，發射波長位于325～340nm范圍內，以上兩個組分在發射波長大于380nm范圍內也存在較強的熒光發射。由文獻［8］可知，組分1和2為腐殖質結合態存在的類蛋白物質;組分3有一個尖峰和一個肩峰，其激發波長分別為230和250nm，發射波長均為300nm，屬于類色氨酸物質;組分4有3個熒光峰，其激發波長分別為220，250和315nm，發射波長均為425nm，屬于類腐殖質物質［7］。組分1和2對應于樣品S1分子排阻色譜中3．90和4．45min出峰的物質，均為腐殖質結合態存在的類蛋白物質［8］;組分3對應于樣品S1分子排阻色譜中3．45和4．65min出現的類蛋白物質［17］，但組分4在分子排阻色譜中沒有對應的物質，其是否為實際組分還不得而知。如圖4所示，樣品S2經平行因子分析得到4個組分，其中組分1有兩個熒光峰，其激發波長分別為240和320nm，發射波長為410nm，參照文獻［8］，組分1為類腐殖質物質;組分2也有兩個熒光峰，其激發波長分別為235和280nm，發射波長在335～375nm范圍內，為類蛋白物質［17］;組分3含有3個熒光峰，其激發波長分別為225、280和360nm，發射波長為440nm，為類腐殖質物質［17］;組分4含有兩個熒光峰，其激發波長均為225nm，而發射波長不同，此類物質尚未見到相關報道。與樣品S2的分子排阻色譜相比，組分1對應于分子排阻色譜中的3．85min的類腐殖質物質，組分2和3在樣品S2的分子排阻色譜中并未見對應的物質，組分4在樣品S2的色譜圖中一直存在，顯示分子排阻色譜中發射波長325～375nm范圍內均出現的熒光強度對應于某種物質，可能為3．3min出現的類蛋白物質。對比DOM經分子排阻色譜和平行因子分析所得的組分發現，二者既有相同之處，有互相對應的物質，又有不同之處，顯示物理分離和數學分離各有各自的優缺點。由于不同有機分子之間可能通過疏水作用、氫鍵和范德華力結合在一起［15，24］，因此，分子排阻色譜并不能將所有分子分開;相比較而言，平行因子分析可以將這些組分分開而不受到上述作用力的影響。但是很多情況下，平行因子分析并不能有效揭示兩種物質之間是共存關系還是單獨存在;此外，平行因子分析不能區分以大分子蛋白質形態存在和小分子多肽/氨基酸形態存在的兩種類蛋白物質，因此，將分子排阻色譜和平行因子分析聯用可以更加全面表征DOM組成情況，減少其復雜性和異質性。
4結論
分子排阻色譜能有效分析DOM中不同物質的分子量及其形態，可以將DOM分為小分子多肽/氨基酸、中等分子的腐殖質以及大分子蛋白質;平行因子分析可鑒別分子排阻色譜中未分開的組分，并且能給出不同組分激發/發射波長的詳細信息，但平行因子分析不能分開蛋白質和氨基酸/多肽形態的類蛋白物質。結果表明，熒光光譜結合平行因子分析和分子排阻色譜，能有效、全面地表征DOM的組成。
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篇13
近紅外光譜技術作為一種分析手段是從上世紀50年代開始的，并在20世紀80年代以后的10多年里發展最快，最引人注目的光譜分析技術，是光譜測量技術與化學計量學學科的有機結合。但是由于技術上的原因，一直以來這種技術的發展受到阻礙，沒有廣泛地應用于化學計量領域；近幾年隨著計算機技術的迅速發展，以及化學計量學方法在解決光譜信息提取和消除背景干擾方面取得的良好效果，近紅外光譜定量分析技術又重新受到大家的關注并逐漸發展起來[1]。
1近紅外光譜預測物質化學成分含量的基本原理及流程
近紅外光是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR或IR)之間的電磁波，是人類最早發現的非可見光區域。美國材料測試協會(ASTM)將近紅外光譜區定義為波長780 nm~2526 nm的光譜區，習慣上又將近紅外區劃分為近紅外短波(780 nm~1100 nm)和近紅外長波(1100 nm~2526 nm )兩個區域[2-3]。
當一定頻率的近紅外光通過具有特定結構的物體時，一些分子對近紅外光進行吸收，并產生了伸縮振動和彎曲振動，從而形成了紅外吸收譜帶。由于近紅外譜區與分子倍頻、合頻振動頻率相一致，因此只有振動頻率在2000cm-1以上的振動才能在近紅外區內產生吸收譜帶，而在2000cm-1以上產生的基頻振動主要是含氫基團[4-5]。
1.1朗伯-比爾定律
與其他光譜法一樣，近紅外光譜法亦有其一定的理論基礎，其定量分析的理論基礎為朗伯-比爾(Lambert- Beer)定律[4]。可以將它看作是分子振動原理的宏觀表示，對于含種物質成分的混合溶液而言，其完整的數學表示式為
式中 ―― 吸光度，是波長的函數：
―― 吸收層厚度，mm；
―― 對應成分的濃度，g/dL；
―― 成分的吸收系數，g/dL?mm；
―― 透過率，對應出射光強與入射光強之比。
由朗伯-比爾定律可以看出：物質的吸光度與成分的濃度、吸收系數和吸收層的厚度存在一定的數學關系。厚度一定的情況下，通過校正樣的濃度測量值可以得到近紅外光譜與物質吸光度的關系，從而得到校正模型；又通過對待測樣品的近紅外光譜的采集使用校正模型來預測待測物質化學成分的濃度。
1.2近紅外光譜預測流程
近紅外光譜對物質成分預測的流程圖如圖1所示[4]。
圖1為使用近紅外光譜分析方法對待測物進行預測的分析流程，分為校正過程和預測過程兩部分。首先選擇具有代表性的校正樣品，校正樣品分為兩份，一份通過化學方法對其成分含量進行測定，另一份進行近紅外光掃描得到近紅外光譜。為了消除噪聲等因素，光譜進行預處理，預處理后的光譜和根據化學方法測得的成分含量利用多元校正方法得到此近紅外光譜校正模型。這樣再對其他待測樣品進行分析時，只要得到它們的近紅外光譜，通過校正模型就能快速地預測待測樣品化學成分的濃度。
2近紅外光譜對植物化學成分進行預測的研究現狀
隨著新型纖維原料的大量開發，植物原料化學成分分析方法得到大量使用，由于化學方法的一些不足，一些學者逐步開始對新型化學成分分析方法的研究，近紅外光譜技術由于其獨特的優勢，近年來也出現一些使用此方法來進行對植物某些成分的預測研究，得到了一定的成果。
福建省農業科學院的沈恒勝等使用近紅外漫反射光譜法分析稻草纖維及硅化物組成研究，研究結果表明纖維素在葉莖鞘和整株稻草中的預測值與化學分析值間的相關性分別為0.8558和0.6427，說明NIR技術對植物單一部位的纖維素具有一定的預測能力[6]。
隨著技術的發展，使用近紅外方法對植物纖維素的預測精度大幅度提高。吳軍等使用近紅外反射光譜對玉米秸稈纖維素含量進行研究，預測值與化學值的相關系數達0.9953，最大相對誤差僅為5.20[7]。昆明卷煙廠的段焰青等使用NIR技術對煙草中的纖維素含量進行預測研究，通過對模型的優化后，預測結果表明，該NIR模型預測纖維素的相關系數為0.9649，實際預測的平均相對偏差
近年來，NIR技術進一步發展，其可對植物多種化學成分進行同步測量，從而加快了植物成分預測速度。聶志東等對苜蓿干草主要纖維成分使用近紅外反射光譜進行研究，纖維素、木質素、半纖維素交互驗證相關系數RCV分別為 0.97、0.94、0.29，表明利用NIR技術可以準確分析苜蓿干草中纖維素和木質素含量，但不能進行半纖維素的實際預測[9]。通過劉麗英、陳洪章使用近紅外漫反射光譜對玉米秸稈組分含量進行研究，纖維素、木質素、半纖維素和水分預測值與化學值相關系數分別為0.9592，0.9228，0.9312，0.9317，因此，近紅外光譜技術亦可對半纖維素和水分等成分進行預測[10]。
3近紅外光譜方法進行定量預測的優缺點
作為一種現代分析技術，近紅外光譜技術具有很多經典分析技術達不到的優勢；然而由于近紅外光譜技術發展起步較晚，也有一些不足[2, 5, 11]。
3.1近紅外光譜技術的優勢
（1）預測速度快。通常一個樣品幾分鐘內就可以完成測試，大大縮短了分析時間。
（2）無損分析測定。近紅外光譜分析不需要經過化學過程，不產生化學變化，從而使測量更準確，且不產生污染。
（3）多種成分同時分析。只要建立適當的數學模型，根據采集的光譜數據可以同時對物質所含的多種成分進行分析預測，進一步縮短分析時間。
（4）樣品制作簡單。樣品制作不需要復雜的加工，不需要其他的預處理，而且可以重復使用。
3.2近紅外光譜技術的不足
（1）數學模型的局限性。由于機器制造和老化程度的不同，使用此方法求得的數學模型只適用于一臺機器，因而不具有普遍性。
（2）校正樣要求嚴格。校正樣待測化學成分要求與預測物質待測化學成分一致，而且濃度范圍要覆蓋預測物質化學成分的濃度。植物纖維原料化學成分復雜，不同植物間同一種成分濃度差別較大，對預測模型的建立造成一定困難。
（3）準確度依賴于校正樣品測量方法的準確度。由于通過建立模型來預測物質濃度，模型的建立依靠校正樣通過其他方法測量的濃度，因此使用模型對其他樣品進行預測時，得到的濃度準確率肯定不高于校正樣品的準確率。
4結論與展望
近紅外光譜技術作為一種無損、快速的現代測試技術，其獨特的優勢得到越來越多的關注，并逐步應用到各種定量分析中。但在紡織領域使用近紅外光譜技術對植物纖維原料成分的定量分析尚未見諸報道，利用NIR技術在紡織領域中的應用，將為紡織領域快速預測植物纖維原料化學成分測試分析開辟一個新的方向，NIR技術無損、快速的特點將會提高原料分析速度，提升生產效率。但是我們不能忽視使用近紅外技術遇到的問題，其對于植物復雜成分的分析適用性和準確度還有待提高，特別是精確的化學分析方法和多元校正方法的研究對近紅外技術分析及精確程度的提高會有很大幫助。
（作者單位：青島大學纖維新材料與現代紡織實驗室）
參考文獻：
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[6]沈恒勝. 近紅外漫反射光譜法(NIRS)分析稻草纖維及硅化物組成研究[J].中國農業科學，2003，36(9)：1086-1090.
[7]吳軍等．近紅外反射光譜法分析玉米秸稈纖維素含量的研究[J].分析化學研究簡報，2005，33(10)：1421-1423．
[8]段焰青等. 近紅外光譜法預測煙草中的纖維素含量[J].煙草科技，2006(8)：16-20．
[9]聶志東等．近紅外反射光譜法測定苜蓿干草主要纖維成分的研究[J].光譜學與光譜分析，2008，28(5)：1045-1048.
