二维相关光谱法是将特定形式的微扰作用于样品, 通过测定一系列扰动作用下的动态光谱, 结合数学相关分析, 获取与样品中分子结构及作用力相关的二维相关谱特征。 该方法主要基于分子振动光谱, 将一维光谱扩展到二维空间, 能有效提高光谱分辨率, 从而识别原始光谱中重叠的分子振动变化特征, 为研究分子内及分子间的化学键变化提供依据, 在生物医学、 药学、 食品科学、 环境科学以及高分子材料等领域应用广泛。 自1986年Noda提出广义二维相关算法以来, 二维相关光谱衍生出了投影二维相关、 串联二维相关、 基于模型的二维相关、 异质谱二维相关、 移动窗口二维相关等算法。 随着近年来生物技术的迅速发展, 多肽、 蛋白质、 酶等蛋白类物质由于参与人体重要生理化学反应过程, 对其结构（尤其是高级构象）的分析是研究蛋白类物质质量及疗效的关键。 二维相关光谱方法为生物医药中蛋白类物质结构研究提供了快速、 无损的定性定量分析方法, 可分析蛋白质类物质高级结构中的细微变化, 为生物大分子药物机制机理研究提供有力的支撑。 综述了二维相关光谱技术的基本原理、 谱图解析方法和技术进展, 以及其在蛋白类物质分析中的应用方向和前景, 为相关领域研究人员应用二维相关光谱法开展蛋白类物质的结构和分子间相互作用等研究提供参考。

为了实现纺织纤维测定的高效化和无害化并将快速检测方法提供给纺织企业、市场监管部门，将281个棉/氨纶混纺样品作为研究对象，分析了样品颜色和织物结构的影响，并采用偏最小二乘法建立了棉/氨纶混纺织物中纤维含量的近红外定量模型。为验证该模型的准确性，对23个棉/氨纶样品进行了预测。通过对该方法与标准方法SN/T 0464--2003进行成对结果t检验，得到了两种方法的结果不存在显著性差异的结论。这种近红外方法已转化为检验检疫行业标准，并经实际应用证明效果显著。

样品温度变化会对模型预测结果产生影响, 为解决这个问题, 首先, 对同一样品不同温度下的光谱与同一样品相同温度的光谱进行了比较。 结果显示, 不同温度下的光谱差异较大。 然后研究了样品温度对玉米粗蛋白模型的预测结果的影响, 对随机选取的粗蛋白含量为6.04%的样品不同温度采集光谱, 对这些光谱进行预处理消除温度之外的因素对光谱的影响, 将预处理后的光谱代入已建立好的模型中进行预测, 结果显示, 预测结果与实测值之间的差别随着光谱温度与建模温度相之间差别的增大而增大, 最大的误差为1.12%。 为了解决温度对模型预测结果的影响, 进而分析了温度与不同温度下的光谱数据之间的关系, 发现在去除了光谱两端噪声较严重的区域后, 不同温度下, 同一波长点处的光谱数据之间存在一定的线性关系。 依据这一发现, 文中提出了温度修正理论, 以建模时的光谱为基准光谱, 然后根据温度与光谱之间的线性关系使用线性回归算法对不同波长点的光谱进行一元线性回归, 求出不同温度下的光谱与基准光谱之间的差, 最后将不同温度下的光谱校正为基准光谱, 通过该理论对光谱进行校正之后, 不同温度下的同一样品的光谱之间的差别和修正之前相比已经有了很大改善, 将修正后的光谱代入模型, 大部分预测结果得到了提高, 符合国家标准±0.5%以下的要求。 最后使用和建模无关的34个不同含量的样品对该温度修正理论进行验证, 光谱修正前后粗蛋白的模型预测值与标准理化值决定系数分别为0.910和0.982, 均方根误差分别为0.558和0.172, 平均相对误差分别为6.05%和1.75%。 该温度修正理论从近红外光谱分析的本质上进行了温度修正, 为其他样品的温度修正提供了参考, 有利于手持式近红外光谱仪使用的推广。

近红外漫反射光谱法可用于物质成分定性、 定量分析, 具有快速、 无损检测等优点, 在食品、 制药、 环境监测、 生命科学等领域有广泛应用。 采用近红外漫反射光谱对浑浊散射介质进行成分定量分析时, 由于光散射作用, 介质吸光度随测量距离不再呈线性变化, 不同测量距离下测量模型也很难转换。 从扩散方程出发, 提出了从漫射光谱中提取线性吸光度的方法, 获得了与测量距离无关的介质光学参数——有效衰减系数的光谱, 该光谱可反映介质吸收变化, 并用于物质成分测量。 具体采用了双位置差分法, 可在线性吸光度的范围内任意选取两个光源-探测器距离测量, 通过差分获得与测量位置无关的有效衰减系数光谱, 其中测量距离可依据波段灵活地进行选择。 另外, 经理论推导可知, 差分运算的同时还大大削减了光子扩散对测量的影响, 有利于不同散射特性的介质间光谱模型的相互借鉴。 经理论计算、 蒙特卡洛模拟和实验验证, 在1 000~1 360 nm波段, 该方法适用于强散射的浑浊水溶液。 对散射系数处于较大范围(28.53～87.47 cm-1)的intralipid水溶液进行了测试, 获得了线性吸光度的光源-探测器距离范围。 进一步以葡萄糖为被测成分为例, 获得了葡萄糖在intralipid水溶液中的有效衰减系数光谱。 采用测量距离连续可调的漫反射光谱测量系统进行了实验, 测量范围位于0～0.3 cm, 测试了3种典型的介质(3%, 5%, 10%Intralipid水溶液)。 结果可知, 3种介质中葡萄糖光谱呈现一致性, 它们之间的测量模型可以方便地进行线性转换。 研究对象intralipid水溶液常作为生物组织的仿体, 其光学参数也覆盖了常见的牛奶、 果汁等被测浑浊溶液, 因此测量结果具有广泛的适应性。 综上, 该研究实现了对浑浊水溶液中物质成分线性吸光度的提取, 该方法不仅使得测量位置的选择更加灵活方便, 还有利于实现不同散射介质间模型的线性转换, 特别适用于介质成分复杂多变的场合下的测量应用, 如对人体组织、 牛奶或食品中的成分测量等。

用近红外光谱法实现嫩, 中, 老三种炼蜜含水量的快速测定及不同炼制程度蜂蜜的快速分级。 过程化控制是中药质量稳定的关键因素, 但由于检测手段的滞后而无法实现, 因而影响中药质量。 蜜丸是具广阔应用市场的剂型; 炼蜜工艺是影响蜜丸质量的关键工序; 在炼蜜过程中, 蜂蜜从嫩蜜炼制到中蜜仅需几至几十秒, 变化迅速, 传统检测手段不能对蜂蜜炼制过程进行实时监测, 进而无法保证炼蜜质量的均一性。 力求采用近红外光谱法(NIRS)对炼蜜过程进行实时检测, 准确控制嫩蜜、 中蜜的炼制程度, 并对其含水量进行定量测定。 实验通过Rudolph折光仪测定不同炼蜜的含水量, 并快速测定样品的近红外光谱, 结合偏最小二乘法(PLS)建立并优化88批炼蜜水分的定量模型, 利用校正模型决定系数(R2)、 校正模型均方根误差(RMSEE); 内部交叉验证决定系数(R2), 内部交叉验证均方根误差(RMSECV); 预测模型的相关系数(r)、 预测均方根误差(RMSEP)对校正模型进行评价, 其中RMSECV主要用来筛选建立模型的最佳主成分数, RMSEE和RMSEP分别对所建立校正集和验证集进行误差分析。 同时采用鉴别分析法建立定性模型用来区分炼蜜等级。 经不断优化, 图谱经矢量归一化法(SNV)预处理后, 在7 201.2~5 446.2 cm-1波段内选取9个主成分建立水分模型。 建立的最佳模型中, 校正集R2, RMSEE分别为99.43, 0.299, 内部交叉验证R2, RMSECV分别为99.05, 0.348; 预测集R2, RMSEP分别为98.19, 0.347; 定量模型显示, NIRS可快速、 准确、 无损的对炼蜜含水量进行测定。 同时按照含水量测定结果对炼蜜嫩、 中、 老3个等级进行划分, 进而采用鉴别分析法对炼蜜进行定性分析, 结果显示嫩、 中、 老3种炼蜜有明显的聚类现象, 表明因子化法是鉴别炼蜜程度的一种有效方法; 综上所述, NIRS可望实现对炼蜜过程实时监测, 准确控制嫩蜜, 中蜜的炼蜜程度并对炼蜜含水量进行快速实时定量测定, 为不同炼蜜等级划分提供参考, 保证炼蜜质量的均一性, 最终保证蜜丸质量的稳定性。

水的近红外吸收光谱受温度影响较大, 采用近红外光谱法对水溶液样本进行成分测量时, 温度的影响不能忽视。 特别对于葡萄糖这种弱吸收成分, 温度的微小变化会对其测量精度造成较大影响。 实验发现葡萄糖水溶液在30 ℃附近时, 温度每变化1摄氏度, 在1 160 nm处溶液的吸光度变异系数约0.344 7%, 这个变化约相当于500～600 mg·dL-1葡萄糖浓度引起的溶液吸光度变化量。 将近年来发展的几种化学计量学方法用于温度扰动下葡萄糖水溶液的光谱修正, 以提高葡萄糖测量精度, 具体包括广义最小二乘加权法(GLSW)和外部参数正交化方法(EPO)。 对不同温度的葡萄糖水溶液样品在900～1 350 nm的光谱进行采集, 测试了两种方法对温度变化后光谱的修正效果, 考察了修正后光谱的葡萄糖预测误差, 并与传统的考虑温度变量的多变量回归方法—偏最小二乘(PLS)回归法进行了比较。 结果表明, GLSW和EPO方法对不同温度下的溶液光谱有好的校正效果, 不同温度下溶液光谱的变异系数得到显著改善, 同时两种方法在模型复杂性、 温度修正效果等方面都优于传统方法。 研究可推广到其他水份含量较大的样品测试场合, 也对人体组织中的葡萄糖测量有借鉴价值。

以96批栀子不同炮制品为研究对象, 高效液相色谱测定栀子苷含量为参考值, 利用近红外光谱仪积分球漫反射测定其光谱图, 建模波段取8 660~7 500, 6 650~5 600和4 900~4 000 cm-1, 以标准正态变换（SNV）和二阶导数法（2nd derivative）为预处理方法, 主成分数为8, 采用偏最小二乘法（PLS）对83批栀子样品建立栀子苷的定量校正模型, 最终以13批栀子不同炮制品对模型进行验证。 结果, 定量模型的内部交叉验证决定系数（R2）为0992 85, 校正均方差（RMSEC）为0240, 预测均方差（RMSEP）为0254, 内部交叉验证均方差（RMSECV）为0386 91, RMSEP/RMSEC=106。 模型验证得到的相对分析误差（RPD）为881, 绝对偏差范围-039%~023%, 说明模型预测性较好。 通过相关系数法, 优选样品装样量、 扫描次数、 重复次数、 分辨率实验条件; 并由近红外一阶导和二阶导图, 除去温湿度和样品水分影响波段, 结合栀子苷对照品近红外光谱图, 确定建模波段。 首次利用NIRS法建立栀子不同炮制品栀子苷定量校正模型, 方法简单快速, 模型稳定可靠、 准确性高, 可同时应用于不同炮制品栀子中栀子苷含量的预测。

生物组织的光学特性参数与组织的各种生理、 生化以及病理过程密切相关。 光学特性参数的检测与三维重构可以在一定程度上了解组织的内部结构及特性。 基于频域近红外光谱法, 使用美国ISS公司的频域近红外光谱检测系统, 采用多光源多检测器技术, 将830 nm的激光经过调制后, 照射进放置了具有一定吸收系数和散射系数的异质体小球的牛奶中, 检测出射光的光强和相位, 然后应用光学扩散层析成像技术, 通过计算含有异质体小球的牛奶的光学参数, 重构出了牛奶中异质体的具体位置。 实验结果表明, 利用频域近红外光谱法得到的出射光的光强和相位信息, 能够较准确地计算出牛奶及异质体小球的吸收系数和散射系数等组织光学参数, 并可进一步定位出牛奶中异质体小球的位置。 因此, 可以考虑将该方法应用在分析及定位水果病变等农产品品质检测领域。

应用近红外光谱结合化学计量学方法实现了对甲醇柴油中的甲醇含量的定量分析。 以实验室配制的32种不同浓度［浓度范围为2%～25.8%(φ)］的甲醇柴油溶液为研究对象, 在4　500～7　000 cm-1光谱范围内, 建立偏最小二乘(PLS)、 支持向量机(SVM)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)三种定量分析模型。 在建立SVM模型时, 经过比较分析, 径向基函数(radial basis function, RBF)作为SVM模型的核函数时可以获得更高的预测精度。 最终获得甲醇含量的PLS, SVM和LS-SVM三种模型的预测相关系数RP分别为0.985 9, 0.990 3, 0.998 9, 预测均方根误差RMSEP分别为0.405 2, 0.356 3, 0.062 4, 可以看出, 三种预测模型都可以达到很好的效果, 最优的预测模型是使用LS-SVM建模。 研究结果表明, 利用近红外光谱法结合化学计量学方法对甲醇柴油中甲醇含量的检测具有可行性, 并可以达到很好的效果。 采用近红外光谱技术结合化学计量方法对甲醇柴油中甲醇含量进行定量分析, 也为近红外光谱技术快速无损检测甲醇柴油甲醇含量提供参考和应用价值。

基于光子在生物组织中的辐射传输理论以及Feng模型, 应用频域近红外光谱法研究生物组织中异质体位置的变化, 对出射光的光强和相位变化的影响及规律。 设计了一仿真实验, 用牛奶代替强散射性质的生物组织, 并在牛奶中放置一个高度可控的具有一定吸收系数和散射系数的小球。 移动小球在牛奶中的高度, 检测出射光的交流幅度AC、 直流光强DC和相位延迟Phase的值, 绘制小球位于不同深度时AC, DC和Phase的曲线, 并探讨其变化规律。 结果表明, 随着小球在牛奶中深度的变化, 光强AC, DC和相位Phase呈现一定的相关性; 随着光源和检测器之间距离的增加, 检测到的光强和相位曲线的波谷点均向右偏移; 当小球偏离光源和检测器越远, 对检测到的光强和相位的影响越小。 验证了光子在生物组织中的传输规律, 为用频域近红外光谱法进行组织光学参数的检测及组织中异质体位置的定位奠定了基础。