莫西沙星作为第四代氟喹诺酮类抗生素被大量的使用, 在人体以及家畜体内会有药物残留, 危害每个人的生命健康。 为了避免人体二次摄入, 能够快速检测肉制品中是否含有莫西沙星残留的方法尤为重要。 为此, 采用振动光谱技术结合密度泛函理论方法为莫西沙星的振动光谱检测与鉴定提供基础数据, 为其在药品检测领域的应用提供参考。 具体研究内容和结果如下: 第一步以密度泛函理论为基础(DFT), 构建莫西沙星分子空间结构, 利用B3LYP/6-311+G(d)基组优化结构并计算其理论拉曼光谱与红外光谱。 理论计算结果发现莫西沙星分子在3 700~2 800与1 800~400 cm-1范围内具有明显的拉曼与红外活性, 前者主要是官能团上键的振动, 后者为指纹区上键的振动。 由于两种光谱信息互补的优越性, 首先通过对比理论拉曼光谱与红外光谱, 标记出同时具有两种或只具有一种振动活性的振动峰频率, 结合Gaussian view显示莫西沙星分子中每个键对应的振动频率进行全面的归属, 同时给出莫西沙星分子的键长、 键角和二面角等空间结构参数。 第二步通过实验测量了莫西沙星(Moxifloxacin, MXF)的自然拉曼光谱(NRS)与红外光谱(IR)。 理论计算结果误差由频率校正因子0.973修正, 再与实验数据相比较, 峰值波数相差大多在0~10 cm-1范围内, 计算结果与实验数据基本一致, 该结果为莫西沙星的振动光谱检测与鉴定提供基础数据, 为其在药品检测领域的应用提供参考。
莫西沙星 拉曼光谱 红外光谱 密度泛函理论 Moxifloxacin NRS IR DFT
加替沙星作为第四代氟喹诺酮类抗生素被大量的使用, 在人体以及家畜体内会有药物残留, 危害每个人的生命健康。 为了避免人体二次摄入, 能够快速检测肉制品中是否含有加替沙星残留的方法尤为重要。 为此, 进行了振动光谱和密度泛函理论研究, 以期为加替沙星的振动光谱检测与鉴定提供基础数据, 为其在药品检测领域的应用提供参考。 具体研究内容和结果如下: 第一步以密度泛函理论(DFT)为基础, 构建加替沙星分子空间结构, 利用B3LYP/6-311+G(d)基组优化结构并计算其理论拉曼光谱与红外光谱。 理论计算结果发现加替沙星分子在3 700~2 800与1 800~400 cm-1范围内具有明显的拉曼与红外活性, 前者主要是官能团上键的振动, 后者为指纹区上键的振动。 由于两种光谱信息互补的优越性, 首先通过对比理论拉曼光谱与红外光谱, 标记出同时具有两种或只具有一种振动活性的振动峰频率, 结合Gaussian view显示加替沙星分子中每个键对应的振动频率进行全面的归属, 同时给出加替沙星分子的键长、 键角和二面角等空间结构参数。 第二步通过实验测量了加替沙星(Gatifloxacin, Gati)的自然拉曼光谱(NRS)与红外光谱(IR)。 理论计算结果误差由频率校正因子0.977修正, 再与实验数据相比较, 峰值波数相差大多在0~10 cm-1范围内, 计算结果与实验数据基本一致。
加替沙星 拉曼光谱 红外光谱 密度泛函理论 Catifloxacin NRS IR DFT 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1372
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 中国农业科学院长春兽医研究所, 吉林 长春 130122
3 西安交通大学数学与统计学院, 陕西 西安 710048
光谱技术在生物和医学检测方面具有积极的应用前景。 由于血液成分的复杂性和类同性, 有关不同动物血液光谱识别分类的技术研究尚未出现较为完善的结论。 基于机器学习理论, 以BP神经网络为工具, 建立了对不同动物血液荧光光谱进行特征提取和识别分类的方法。实验采用Cary Eclipse光谱仪分别采集了鸽、 鸡、 鼠、 羊四种动物不同浓度(1%和3%)的全血与红细胞荧光光谱数据(每个类型样本各50组数据); 基于移动平滑算法对原始数据进行了平滑处理, 以减少实验仪器噪声对特征提取和识别分类的影响; 进一步根据血液光谱数据的特性, 该文出了“组合放大”的特征提取方法, 并建立了BP神经网络分类器进行训练和识别。 相比于常用的光谱数据(单一)特征, 提出的“组合放大”特征和所设计的BP神经网络能对不同动物、 不同类型(全血与红细胞)、 不同浓度(1%和3%)的血液荧光光谱实现100%的准确分类, 同时神经网络测试误差均远小于设定的允许误差值。 研究的动物血液光谱特征提取及识别技术具有较好的普适性和可靠性, 在农业、 食品检查、 以及生物医学检测等方面均可发挥重要作用。
荧光光谱 血液光谱识别 BP神经网络 组合放大法 Fluorescence spectra Blood spectrum recognition BP neural network Combination and amplification method 光谱学与光谱分析
2018, 38(10): 3136
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 中国农业科学院长春兽医研究所, 吉林 长春 130122
3 西安交通大学数学与统计学院, 陕西 西安 710048
利用光谱检测和数据挖掘实现不同种类动物血液光谱数据的精确识别与分类具有重要意义, 目前尚未见到较为完善及普适的相关研究报道。 实验采集了鸽、 鸡、 鼠、 羊四种动物全血和红细胞溶液(浓度为1%)的荧光光谱数据; 基于小波变换的软阈值去噪方法, 首先对原始光谱数据进行去噪处理, 并确定了717个原始特征(包括荧光峰强度值、 荧光峰连线斜率等4类特征); 提出以“区分度统计量”为核心的特征提取方法, 结合主成分分析法和平均影响值算法, 实现了对717个原始特征到2个识别特征的高效筛选; 进一步建立了径向基核函数的支持向量机分类器, 对四类不同动物的全血荧光光谱数据实现了准确率为100%的识别分类, 对红细胞荧光光谱数据实现了94.69%～99.12%的识别率; 最后蒙特卡洛交叉验证的结果表明所提出的思路和方法对于动物全血溶液的识别分类具有较好的泛化能力, 能对荧光光谱数据进行准确的识别分类, 因此能够在进出口检查、 食品安全、 医药等领域发挥重要作用。 针对动物血液荧光光谱, 提出的基于“区分度统计量”的特征提取方法, 相比于传统的人为特征选取方法, 能够从大量原始特征中自动提取少量且有效的识别特征, 具有较强的普适性和高效性, 为其他领域的光谱特征提取和识别分类提供了一种新的思路。
动物血液 荧光光谱 识别分类 特征提取 支持向量机 Animal blood Fluorescence spectrum Classification Feature extraction Support vector machine 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3828
1 长春理工大学理学院,长春 130022
2 解放军理工大学,南京 210000
邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯是三种最常用的塑化剂,由于结构以及形态较为相似,使得其检测和分析比较困难。本文首先利用Gaussian03软件使用DFT三参数混合方法基于基组3-21G优化出了三种常用塑化剂邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯以及邻苯二甲酸二乙酯的空间结构,得到了理论拉曼光谱并对其特征频移及其振动模式进行了指认。同时实验测量了这三种常用塑化剂的分析纯级样品拉曼光谱并与其理论拉曼光谱分别做了对比,显示出很好的一致性。最后对三种常用塑化剂的晶格结构进行了分析与讨论。
拉曼光谱 邻苯二甲酸二辛酯 邻苯二甲酸二丁酯 邻苯二甲酸二乙酯 Raman spectrum Dioctyl phthalate Dibutyl phthalate Diethyl phthalate
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 吉林大学物理学院, 吉林 长春 130012
不同的不饱和脂肪酸各自具有其不同的生理功能, 但常见的不饱和脂肪酸产品大部分为几种脂肪酸的混合物, 故在应用前对不纯的脂肪酸产品进行组成分析是必须的。 测量了不饱和脂肪酸产品组分中最常见的油酸和亚油酸的拉曼光谱, 确定了各拉曼谱线的振动模归属, 分析了其分子的构象特征。 该结果为研究长链不饱和脂肪酸的振动能级结构及能级间跃迁等做了基础工作, 丰富了有机物分子的价键数据和性质。 同时详细分析比较了油酸和亚油酸拉曼光谱的差异, 为定性鉴别脂肪酸产品的成分提供了一种简便有效的方法, 对拉曼光谱在地沟油检测方面的应用具有重要的指导意义。
油酸 亚油酸 拉曼光谱 Oleic acid Linoleic acid Raman spectroscopy 光谱学与光谱分析
2013, 33(12): 3240
1 长春理工大学理学院, 长春 130022
2 吉林大学物理学院, 长春 130021
鉴于光合作用对人类生存和发展的极其重要的作用, 本文选取其关键载体--叶绿素进行其光谱的分析研究。在理论分析的基础上, 使用WGD-8A型多功能组合光谱仪测量并分析了叶绿素的紫外吸收谱。结果表明, 叶绿素溶液在紫外波段230 nm左右有一较强的吸收峰, 且随溶液浓度的增大向长波方向移动; 另外在270 nm和330 nm处有两个较宽的吸收带, 其位置不依赖于溶液浓度。
光合作用 叶绿素 吸收光谱 光谱分析 photosynthesis chlorophyll absorption spectrum spectral analysis
长春理工大学国际纳米光子学与生物光子学联合研究中心, 吉林 长春130022
异硫氰基-孔雀石绿(malachite green isothiocyanate, MGITC)是应用于细胞探测, 生物组织成分分析和细胞成像等方面的拉曼探针分子。 本文首先给出了MGITC分子的结构图, 并用密度泛函(DFT)算法对其进行了空间结构优化; 然后分别用Hartree-Fock(HF)和MP2两种算法基于STO-3G基组计算了它的拉曼光谱与红外光谱, 给出光谱强度图; 并对比了两种算法的拉曼光谱图和其实验光谱图, 结果显示了很好的一致性; 本文还给了MGITC分子中的各个原子键长, 键角等空间结构参数; 并对MGITC分子在550～4 200 cm-1区间的振动谱做了指认。 这些工作将促进MGITC作为探针分子在生物学领域的应用。
拉曼光谱 理论拉曼光谱 异硫氰基-孔雀石绿 Raman spectroscopy Theoretical Raman spectroscopy MGITC 光谱学与光谱分析
2011, 31(6): 1541
鉴于光合作用对人类生存和发展的极其重要的地位, 本文选取其关键载体——叶绿素进行其光谱的分析研究。在理论分析的基础上, 使用WGD-8A型多功能组合光谱仪测量并分析了叶绿素的紫外吸收特性。结合实验结果和前人的研究成果, 得出叶绿素在紫外波段281 nm和312 nm处有较强的吸收峰, 紫外线对于光合作用有促进作用的结论, 并提供了一种测量叶绿素含量的方法。
光合作用 叶绿素 吸收光谱 光谱仪 photosynthesis chlorophyll absorption spectrum spectrometer
