（分析化学专业论文）振动光谱技术用于食品分析的研究.pdf

s t u d i e so nv i b r a t i o n a ls p e c t r o s c o p yt e c h n o l o g yf o rf o o da n a l y s i s l u ow e i q i b e ( h u n a nc i t yu n i v e r s i t y ) 2 0 0 7 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e m a s t e ro fs c i e n c e a n a l y t i c a lc h e m i s t r y i n t h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y a s s o c i a t ep r o f e s s o rh u a ns h u a n g y a n m a y , 2 0 1 1 72 370 9删1 舢y 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：号争硬 日期：弘i1 年 6 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名： 了伟孑j l 日期： 沙i1年 6 月日 导师签名：伟：二，口豇 日期： 沙7 年 6月2 日 导师签名：伟j 锣暨乙 日期： 沙7 年 6月2 日 硕士学位论文 摘要 随着社会的进步和人民生活水平的不断提高，食品品质问题受到越来越多的重视， 而由食品品质所引起的食品安全事故也逐渐增加，因此，迫切需要快速无损的食品品质 检测技术。而近红外光谱技术与拉曼光谱技术具有对样品无损、操作简便、快速、灵敏 度高等优点，可获得样品的分子结构和组成信息，在食品质量安全检测方面具有广阔的 应用前景。 在第二章中，近红外光谱结合模式识别方法被用来区分来自不同产地、等级和品种 的苹果样品，对k 最近邻法( 蝌) ，偏最d x - - 乘判别分析( p l s d a ) 和移动窗口偏最 小二乘判别分析( m w p l s d a ) 三种模式识别方法的分类结果进行了比较，结果显示 m w p l s d a 优于其它两种传统的模式识别方法，因为m w p l s d a 方法可以选择窄而有 效的信息波长区间来重建一个有效和预测精度高的分类模型。总而言之，m w p l s d a 结 合近红外光纤技术被用于水果的分类证明是一种有效的方法。 在第三章中，聚乙烯吡咯烷酮( p v p ) 作为黏合剂将6 0n i i l 的金粒子组装到抛光的 金电极上，制备得到稳定、灵敏的舢v p n a n 0a u 基底，检测细菌芽孢中的一种重要生 物标志物砒啶2 ，6 - - - 羧酸( d p a ) 。利用强酸和强碱来调节d p a 分子的p h 值，从 实验所获得的d p a 的s e r s 特征，来考察d p a 分子吸附构型在不同p h 时所发生的变化； 且比较了在d p a 中分别加入h c i 、h 2 s 0 4 、h n 0 3 三种酸使p h - 1 3 时，s e r s 强度的差异， 并分析了在d p a 中加入n a c l 、m g s 0 4 以及n a n 0 3 = 种盐时吸附状态的变化。实验结果表 明：酸的加入会导致d p a 分子被质子化，酸中阴离子可以起到桥梁作用，使s e r s 信号 得到极大增强，l f i 当p h 值大于d p a z 级解离常数时，由于存在的位阻效应以及桥梁作用 的消失，s e l l s 信号逐渐减弱。因为c l 相对于s 0 4 2 。和n 0 3 与d p a q 了质子化的n 原子的结 合力要强很多，加入h c l 能使s e r s 信号得到最大增强；加入盐后阴离子不再有桥梁作用， 所以s e r s 信号减弱。 在第四章中，将银纳米颗粒( a gn p s ) 包裹在氨基化的聚苯乙烯( p s n h 2 ) 微球 上，成功制备一种p s - n h 2 a gn p ss e r s 活性基底。实验考察了沉积时间对s e r s 信号的 影响，最佳沉积时间为6m i t t ；微球与金属基底材料间可以形成有效 h o ts p o t ，可望用 于表面和界面无损分析；将2 巯基毗啶( 2 m p ) ，4 硝基苯硫酚，4 甲基苯硫酚( 4 m t ) ， 2 一萘硫酚( 2 - n t ) 组装在p s n h 2 a gn p s 上，得至0 s e r s 编码微球。进一步将p s - n h 2 a gn p s 用于奶粉中三聚氰胺的快速分析，检测下限为1 9 x 1 0 一m o l l ，线性范围为1 9 x 1 0 - s 1 0 弓 m o f l 。 关键词：食品分析；近红外光谱；模式识别；表面增强拉曼散射；吸附构型；银沉积氨 基化聚苯乙烯微球 h 振动光谱技术用于食品分析的研究 奠皇盲置葛詈皇冒量量暑宣晕暑昌置置墨皇暑置_ 皇昔墨曩詈曩皇量皇詈i 1 i = 鼍昌鼍詈昌昌鼍墨鲁皇薯鼻鼍昌昌鼍墨置墨_ _ _ _ 摹一 a b s t r a c t w i t ht h ep r o g r e s so fh u m a ns o c i e t ya n dac o n t i n u a l l yr i s i n gs t a n d a r do fl i v i n g ，t h e p r o b l e m so f f o o dq u a l i t yd e s e r v em o r ea n dm o r ea t t e n t i o n , t h ef o o ds a f e t ya c c i d e n t sc a u s e d b yf 1 0 0 dq u a l i t yi n c r e a s e dg r a d u a l l y t h e r e f o r e ，t h e r en e e du r g e n t l yaf a s tn o n d e s t r u c t i v ef 0 0 d q u a l i t yi n s p e c t i o nt e c h n o l o g y n e a r - i n f r a r e ds p e c t r o s c o p ya n dr a m a ns p e c t r at e c h n o l o g y h a v es o m ea d v a n t a g e so fn o n - d e s t r u c t i v e ，s i m p l e ，r a p i d ，h i g hs e n s i t i v i t y , t h e yc a no b t a i nt h e s a m p l ei n f o r m a t i o n so fm o l e c u l a r s t r u c t u r ea n dc o m p o s i t i o n s ，i th a saw i d ef i e l do f a p p l i c a t i o ni nf o o dq u a l i t yd e t e c t i o n 1 i nc h a p t e rt w o ，n e a ti n f r a r e d ( n i r ) s p e c t r o s c o p yc o m b i n e dw i t hp a t t e r nr e c o g n i t i o n m e t h o d sw a su s e di na na t t e m p tt oc l a s s i f yd i f f e r e n tt y p g so fa p p l es a m p l e s t h r e ep a t t e r n r e c o g n i t i o nm e t h o d ss u c ha sk - n e a r e s tn e i g h b o rm e t h o d 伍n n ) ，p a r t i a ll e a s t - s q u a r e s d i s c r i m i n a n ta n a l y s i s ( p l s d a ) a n dm w p l s d aw e r eu s e dt oc l a s s i f ya p p l es a m p l e so f d i f f e r e n tg e o g r a p h i c a lo r i g i n s ，g r a d e sa n dv a r i e t i e s t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tm w p l s d ai s s u p e r i o rt ot h e s et w oc o n v e n t i o n a lp a t t e r nr e c o g n i t i o nm e t h o d s b e c a u s em w p l s d a m e t h o d c a ns e l e c tn a r r o wb u ti n f o r m a t i v ew a v e l e n g t hi n t e r v a l st or e c o n s t r u c t a ne f f i c a c i o u s c l a s s i f i c a t i o nm o d e lw i t hh i g hp r e d i c t i n ga c c u r a c y i nc o n c l u s i o n , m w p l s d ac o u p l e dw i m n e a r - i n f r a r e d f i b e r - o p t i ct e c h n o l o g y i s p r o v e d t ob ea ne f f e c t i v em e t h o df o rf r u i t c l a s s i 丘c a t i o n 2 i nc h a p t e rt h r e e ，t h eg o l dn a n o p a r t i c l e so f6 0n l nd i a m e t e rw e r ei m m o b i l i z e do na p o l i s h e da u e l e c t r o d eu s i n gp v pa sa na d h e s i v el a y e r , w ed e m o n s t r a t e dt h a tt h ef a b r i c a t e d s e r ss u b s t r a t e sw e r es t e a d ya n dh i g h l ys e n s i t i v e ，i na d d i t i o n , s u r f a c e - e n h a n c e dr a m a n s c a t t e r i n g ( s e r s ) w a su s e df o rt h ed e t e c t i o no f2 ，6 - p y r i 【d i n e d i c a r b o x y l i ca c i d ( d p a ) ，a b i o m a r k e rf o rb a c t e r i a ls p o r e s b yu s i n gs t r o n ga c i da n da l k a l it oa d j u s tt h ep hv a l u eo ft h e d p am o l e c u l e s ，t h i sp a p e rs t u d i e dt h em o l e c u l a ra d s o r p t i o nc o n f i g u r a t i o no fd p av i at h e s e r sc h a r a c t e r i s t i c su n d e rv a r i o u sp hv a l u e s ，a n dc o m p a r e dt h ec h a n g e so fs e r si n t e n s i t y w h e na d d e d ( h c l ，h 2 s 0 4 ，h n 0 3 ) s e p a r a t e l yt ot h ed p as o l u t i o nt og e tap h i 3 w ea l s o a n a l y z e dt h ec h a n g e so ft h ea d s o r p t i o nf o r mw h e na d d e dn a c i ，m g s 0 4 ，a n dn a n 0 3 s e p a r a t e l yt ot h ed p as o l u t i o n t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：w h e nd p am o l e c u l e sw e r e p r o t o n a t e db ya d d i t i o no fa c i d s ，t h ea n i o no fa c i d sc a np l a yar o l ea sab r i d g e ，w h i c hw i l l e n h a n c et h es e r ss i g n a lg r e a t l y , h o w e v e r , w h e nt h ep hv a l u ei sg r e a t e rt h a nt h es e c o n d d i s s o c i a t i o nc o n s t a n to fd p a , b e c a u s eo fs t e r i ce f f e c ta n dt h ed i s a p p e a r a n c eo ft h eb r i d g e ， s e r ss i g n a ld e c r e a s e dg r a d u a l l y c o m p a r e dw i t hn 0 3 a n ds 0 4 2 ，c i h a sm u c hs t r o n g e r b i n d i n gf o r c ew i 也p r o t o n a t e dno nd p a , c o n s e q u e n t l y , t h ea d d i t i o no fh c ic a ng e tt h e m 硕士学位论文 m a x i m u ms e r es i g n a le n h a n c e m e n t y e t , i tn ol o n g e re x i s tab r i d g eb ya d d i t i o no fs a l t s ，t h u s s e r se n h a n c e m e n tw e a k e n e d 3 i nt h ef o u r t hc h a p t e r , s i l v e rn a n o p a r t i c l e s ( a gn v s ) w e r ed e p o s i t e do n t oa m i n o p o l y s t y r e n em i c r o s p h e r e s ( p s 2 ) a n dp r e p a r e dap s - n h 2 a gn p ss e r s a c t i v es u b s t r a t e s u c c e s s f u l l y , a n dt h ee x p l o r e dt h ee f f e c t so fd e p o s i t i o nt i m eo nt h es e r ss i g n a l s ，t h e o p t i m u md e p o s i t i o nt i m ew a sf o u n dt ob e6m i n b e t w e e nm i c r o s p h e r e sa n dm e t a lb a s e m a t e r i a l sm a yf o r mt h ee f f e c t i v e ”h o ts p o t ”，i tc o u l db eu s e df o rn o n - d e s t r u c t i v ea n a l y s i so f s u r f a c e sa n di n t e r f a c e s r a m a n - l a b e lo r g a n i cc o m p o u n d ss u c h 嬲2 - m e r c a p t o p y r i d i n e ( 2 - m p ) ， 4 - n i t r o b e n z e n e t h i o l ，4 - m e t h y l b e n z e n e t h i o l ( 4 - m t ) ，2 - n a p h t h a l e n e t h i o l ( 2 - n t ) w e r ea d s o r b e d o n t ot h es i l v e rn a n o p a r t i c l e so nt h ea m i n op sb e a da n dp r e p a r e dt h ee n c o d i n g - b e a d , t h e n u s i n gp s - n h 2 a gn p st oq u i c k l yd e t e c tm e l a m i n ei nn l i l kp o w d e rs o l u t i o n , t h el i m i to f d e t e c t i o n ( l o d ) o f m e l a r n i n ei s1 9 1 0 罐m o l l ，a n dl i n e a rr a n g ei s1 9 x 1 0 - s - 1 0 3m o l l k e y w o r d s ：f o o d a n a l y s b ；n e a r i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y ；p a r e r nr e c o g n i t i o n ； s u r f a c e - e n h a n c e dr a m a n s c a t t e r i n g ；a d s o r p t i o nc o n f i g u r a t i o n ； p s - n h 2 a gn p s i v 振动光谱技术用于食品分析的研究 目录 学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 食品安全l 1 2 近红外光谱法1 1 2 1 近红外光谱技术原理1 1 2 2 近红外光谱特征和应用特点2 1 2 3 近红外光谱技术在水果检测上的应用2 1 2 4 近红外光谱在分类鉴别上的应用。3 1 3 拉曼散射4 1 3 1 拉曼散射的基本原理4 1 4 表面增强拉曼散射( s e r s ) 5 1 4 1 表面增强拉曼光谱的发现5 1 4 2s e r s 的机理6 1 4 3s e r s 的特性7 1 4 4s e r s 活性基底。7 1 4 5s e l l s 的应用及研究进展9 1 5 本论文的研究目的与构想。9 1 5 1 近红外光谱结合化学计量学方法检测不同类别的苹果9 1 5 2 p h 和阴离子对d p a 分子影响的s e r s 研究9 1 5 3 纳米银沉积的聚苯乙烯微球用于s e r s 编码及奶粉中三聚氰胺的快速检测 1 11 ) 第2 章应用近红外光谱和模式识别方法来分类不同种类的苹果样品的初步研究1 1 2 1 引言1 l 2 2 方法和原理1 2 2 2 1k 最近邻法1 2 2 2 2 偏最小二乘判别分析1 2 2 2 3 移动窗口偏最小二乘判别分析1 2 2 3 实验部分1 2 2 3 1 样品1 3 2 3 2 仪器l3 2 3 3n 瓜数据的采集1 3 v 硕士学位论文 2 3 4 数据处理1 3 2 4 结果和讨论1 4 2 4 1 不同生产地( 日本，山西，山东，河北) 的富士苹果样品的判别结果1 4 2 4 2 不同等级的苹果样品的分类。1 6 2 4 3 苹果品种的判别1 7 2 5 小结：1 9 第3 章吡啶2 ，6 一二羧酸在金纳米颗粒表面的s e r s 研究：p h 值和阴离子的影响2 0 3 1 引言2 0 3 2 实验部分2 1 3 2 1 试剂与仪器2 1 3 2 2 实验方法2 1 3 3 结果与讨论。2 2 3 3 1 金纳米颗粒金基底的表征。2 2 3 3 2d p a 的s e r s 特征2 2 3 4 小结2 7 第4 章纳米银沉积的聚苯乙烯微球用于s e r s 编码及奶粉中三聚氰胺的快速检测2 8 4 1 前言2 8 4 2 实验部分：。2 9 4 2 1 试剂与仪器：2 9 4 2 2 制备包裹不同沉积时间银纳米颗粒的氨基聚苯乙烯微球2 9 4 2 3 制备表面增强拉曼光谱编码的微球3 0 4 2 4 基底材料对p s - n i - 1 2 a gn p ss e r s 效应的影响3 0 4 2 5p s - n h 2 a gn p s 用于奶粉中三聚氰胺的快速检测3 0 4 3 结果与讨论3 0 4 3 1 不同沉积时间p s - n h 2 a gn p s 的s e m 表征3 0 4 3 2 沉积时间对p s - n h 2 a gn p ss e l l s 信号的影响3 l 4 3 3 基底材料对p s - n h 2 a gn p ss e r s 效应的影响3 2 4 3 4 标记分子浓度对p s 州2 a gn p ss e r s 信号的影响3 3 4 3 5四种拉曼编码微球的s e r s 研究3 3 4 3 6p s - n h 2 a gn p s 用于奶粉中三聚氰胺的快速分析3 4 4 4d 、结3 6 结论3 7 参考文献3 8 附录a 攻读学位期间发表的学术论文目录5 l j l 殳谢5 2 v i 硕士学位论文 1 1 食品安全 第1 章绪论 “民以食为天，食以安为先，安以质为本”，食品是人们生存和发展的物质基 础，食品安全是对消费者的健康保证。然而，近年来食品安全问题在全球范围内 频频发生，如爆发在比利时的二嗯英事件、英国的疯牛病、欧洲的口蹄疫以及国 内发生的苏丹红鸭蛋i 甲醛水产品、瘦肉精、地沟油、毒大米、三聚氰胺奶粉事 件。这些问题已严重影响到各国经济发展、国际贸易以及国际声誉，食品安全问 题成为了当今各国关注的焦点问题之一。 食品安全卫生本应是农牧业和食品生产最基本的要求，防止食品污染和保障人 民身体健康是食品安全卫生的本质和目标。然而，在经济全球化进程飞速发展的 时代，食品生产给社会带来诸多利益与便利的同时，也给食品带来了潜在的安全 隐患。世界各国都投入大量人力、物力用于保障食品安全，并把实现食品安全列 为各国政府经济发展的核心政策目标之一。在我国，食品安全问题同样令人担忧， 如何构建绿色食品安全体系迫在眉睫。 目前有很多方法可以用于食品分析，如电子鼻【l 】，模式识别方法【2 1 ，电位溶出 法【3 】，气相色谱质谱联用【4 1 ，免疫传感器【5 1 ，中红外光谱【6 1 ，渗透蒸发【7 1 ，酶学方 法【8 1 ，分子技术结合毛细管电泳【9 】等等。而在本论文中，主要是利用近红外光谱和 表面增强拉曼散射光谱进行食品分析研究，下面将着重介绍这两种光谱的原理及 应用特点。 1 2 近红外光谱法 1 2 1 近红外光谱技术原理 近红外光谱分析技术是依据被检测样品中某一化学成分对近红外光谱区的吸 收特性而进行的定性和定量检测的一种方法。近红外光谱是由于分子振动能级的 跃迁( 同时伴随转动能级跃迁) 而产生的【1 0 , 1 1 】。近红外光( n e a ri n f r a r e d ，n i r ) 是 指波长介于可见光区( v i s ) 和中红外光区( m i r ) 之间的电磁波，美国材料检测 协会( a s t m ) 将近红外光谱区定义为波长7 8 0 2 5 2 6n m 的光谱范围，波数范围约 为1 2 8 2 0 3 9 5 9c m ，是人们最早发现的非可见光区域。习惯上又可以将近红外光 划分为短波近红外( 7 8 0 1 1 0 0n m ) 和长波( 1 1 0 0 2 5 2 6n m ) 两个区域。由于近红 外光谱与有机分子中含氢基团( c h ，o h ，n h ，s h ) 振动的合频与各级倍频 的吸收一致，因此通过扫描样品的近红外光谱可以得到样品中有机分子含氢基团 的特征信息。 射光谱在7 3 0 9 0 0 砌区间，通过检测桃子内部的糖含量和硬度来判别成熟度，分 类结果显示桃子成熟度判别正确率为8 2 5 。c a m p s 1 4 j 利用便携近红外光谱技术检 测了三种杏的质量，建立了p l s 回归模型来判定杏的可溶性固形物含量，总酸度和 硬度。s l a u g h t e r 1 5 】利用无损光学方法来判定猕猴桃的内部质量，基于近红外光谱 技术的方法，发现可以预测猕猴桃的果糖含量( r = o 9 6 ，s e c = i 9 6 ) ，葡萄糖含 量( r = 0 9 7 ，s e c = 1 6 8 ) ，可溶性固体含量( r = 0 9 9 ，s e c - - 0 7 8o b r i x ) 和干重( r = 0 9 7 s e c = 0 6 1 ) 。s l a u g h t e r 1 6 】利用近红外光谱技术无损检测方法来判定3 0 多 硕士学位论文 个栽培品种的不同成熟度的西红柿，可以预测西红柿的可溶性固形物含量( r = 0 9 2 ，s e c = 0 2 7o b r i x ) 。可见近红外光谱还可以用来判定不同种类的杨梅果汁【l ， 偏最小二乘( p l s ) 结合反向传播神经网络( b p n n ) 建立数学模型，然后算法被 最优化，选择合适的预测集参数，利用b p n n 可以得到1 0 0 精确率。 l i u 1 8 】等建立了无损可见近红外光谱测量和梨的内部质量指数之间的关系，在 3 5 0 1 8 0 0n m 范围，可见近红外光谱技术用于无损测量未经处理的梨中可溶性固形 物含量和硬度。在此研究中，基于多线性回归( m l r ) ，生成分回归( p c r ) 和 偏最小二乘回归( p l s r ) ，与可溶性固形物和硬度相关的可见近红外光谱的校正 模型建立。基于稳健的模型和预测结果，最好的组合是p l s r 方法相对于l o g ( 1 r ) 在梨的赤道位置，预测样品的p l s r 模型产生的相关系数是0 9 1 2 和0 8 5 4 ，可溶性 固形物( s s c ) 和硬度的预测残差总和( r m s e p ) 分别是0 6 6 2o b r i x 和1 2 3 2n 。 结果显示可见近红外光谱技术可以提供精确、可靠、无损的方法来评价梨内部质 量指数。f u t l 9 】等比较了透射和反射模式的可见近红外光谱来检测梨的褐腐病，在 4 0 0 1 0 2 8n m 范围，利用光纤分光仪在水果的两个方向收集透射光谱：柄蒂垂直 ( t 1 ) 和柄蒂水平( t 2 ) 位置，漫反射光谱通过f t - n i r 光谱仪( 有两个检测器： s i ：6 7 0 1 1 1 0n m ；i n g a a s ：8 0 0 - 2 6 3 0n m ) 获得，判别分析( d a ) 方法被用来分类 有褐腐病和没有褐腐病的梨，结果显示透射光谱分类效果要优于反射光谱，利用 透射光谱获得的在水果t 2 位置所获得的分类正确率是9 1 2 ，结果显示v i s n i r 光 谱用于检测梨的褐腐病是可行的，在内伤检测方面透射模式优于反射模式。 1 2 4 近红外光谱在分类鉴别上的应用 y u 等【2 0 】科用近红外光谱判别来自不同产地( 中国的绍兴和嘉善) 的中国米酒， 近红外光谱用透射模式收集，在波长范围8 0 0 2 5 0 0n m 。定性分析模型在偏最d - 乘回归( p l s r ) 的基础上发展起来，同时也研究了在不同波长区间校正模型的预 测能力，来自两个不同生产地的米酒在1 3 0 0 1 6 5 0n m ，最好的模型获得了1 0 0 的 分类准确率。 h e 等【2 l 】提出了一种用v i s n i r 光谱( 3 2 5 1 0 7 5r i m ) 判别茶叶的种类，建立了 反射光谱和茶叶种类的关系，光谱数据用小波变化( w t ) 压缩，小波变化( w t ) 的特征在主成分( p c ) 空间可以可视化，由此可以发现不同种类光谱样品的结构 联系，提供一个合理的茶叶种类的聚类，8 个品种的2 0 0 个样品被挑选出来随机建 立b p a n n 模型，这个模型备用预测4 0 个未知样品的种类，获得的识别率是1 0 0 ， 用于分类此模型是可靠和可行的。 c e n t 2 2 】提出了橘子种类的多变量分析，评估了利用可见近红外反射光谱 ( v i s n i r s ) 无损检测不同种类的橘子，多变量分类方法包括主成分分析( p c a ) ， 反向传播神经网络( b p n n ) 和偏最j , , - - 乘判别分析( p l s d a ) 被采用来分类橘子， 来自于p c a 的1 6 个主成分作为b p n n 模型的输入，四种橘子的判别正确率为1 0 0 ， 振动光谱技术用于食品分析的研究 p l s d a 的判别准确率为9 0 。比较这两个模型，显示b p n n 结合p c a 获得的分类效 率优于p l s d a ，所有的结果显示v i s n i r s 技术结合多变量分析模型在用于快速和 可靠地判别橘子种类分析是很有发展前景的。 l i 等【2 3 】利用可见近红外反射光谱( v i s n i r s ) 无损判别中国杨梅的品种，建 立了反射光谱和中国杨梅的关系。光谱测试利用分光光度计在3 2 5 1 0 7 5 砌中，这 种方法基于主成分分析( p c a ) 和人工神经网络( a n n ) ，为了描述样品的品种， 发现代表杨梅品种的精确性的小特征集，p c a 被用来重新表达光谱数据，这个特 征集作为a n n 的输入来建立品种判定模型，当模型被用来测试，识别未知样品的 识别率为9 5 。因此模式识别p c a a n n 对于质谱光谱数据是一种有效的工具， v i s n i r 光谱在判别杨梅品种方面具有潜在的应用价值。 l i u 等【2 4 】利用可见近红外( v i s n i r ) 光谱结合化学计量学方法用于分类方便面 的品牌，六种方便面和3 6 0 个样品被用来判别分析，偏最小二乘( p l s ) 分析被用 来提取主分量( p c s ) ，最早的9 个p c s 被用来作为反向传播神经网络( b p n n ) 和 偏最小二乘支持向量机( l s s v m ) 模型的输入，模型的预测能力通过9 0 个未知样 品得到证实，b p n n 和l s s v m 的识别率分别为9 8 9 和1 0 0 。 移动窗口偏最小二乘( m w p l s ) 回归结合近红外( n i r ) 光谱作为一种区间选 择方法可以提高偏最小二成判别分析( p l s d a ) 模型的性能【2 钉，这种方法被本小 组用来鉴别人工牛黄，天然牛黄及掺杂人工牛黄的天然牛黄。并比较了几种传统 的模式识别方法例如：主成分分析( p c a ) ，线性判别分析( l d a ) 和移动窗口 偏最小二乘判别分析( p l s d a ) ，结果显示m w p l s d a 可以提取波长区间有用的 信息和建立简单有效的分类模型，可以明显的提高分类精确度，利用m w p l s d a 判定天然牛黄的生产地，也获得了很好的结果，这个结果显示m w p l s d a 在判定 中药质量和生产地具有很好的应用前景。 1 3拉曼散射 1 3 1 拉曼散射的基本原理 1 9 2 8 年，印度物理学家r a m a nc v 首次在苯中发现了了散射光频移的现象， 在他与k r i s h n a nk s 共同发表的 3 6 时， 如p h 7 ( 图3 2 中曲线( e ) ) ，几乎检测不到d p a 的信号。前面已经提及文献中报 道【1 0 7 】的d p a 的一级解离常数p k a l - - 2 3 ，二级解离常数p k a 2 = 4 5 ；d p a 原液的p h 在 这两者之间。也就是说，当被测液的p h 值在2 3 p h 4 5 范围时，d p a 分子上的两 个羧基( c o o h ) 必然发生一级解离，即解离出其中的一个氢离子( h + ) 。 在我们以前的工作中 1 0 5 , 1 0 6 】，已经讨论过d p a ( p h 3 6 ) 在银和金表面上的吸 附方式不同。很多研究d p a 的工作都是以银作为基底的【9 7 , 1 0 2 , 1 0 4 】，并且普遍认为 d p a 是通过羧基与银粒子表面相互作用的，故以分析与( c o o h ) 有关的特征峰 为主。d p a 在a u n p s a u 上的具体吸附模式目前还尚未有定论。不过在金表面，并 未观察到明显的8 4 0c m 1 和1 3 8 0c m 。1 【1 1 3 , 1 1 4 】左右c o o h 与a u 的特征峰，大量结果 表明【1 0 5 , 1 0 6 d p a 是不太可能通过一个或两个羧基绑定的吸附模式，而实验中，随着 p h 值的降低，1 0 0 3c m 以峰被显著增强，该峰属于吡啶环的呼吸振动，其它振动模 式对应的峰增强均不明显，根据s e r s 的表面选律，与法线平行的振动才容易被增 强，推测大多数d p a 分子是以直立的形式平行排列的，环平面处于与法线平行的 状态。当酸度增强时，吡啶n 会被质子化，与荷负电的基底表面静电作用加强。这 与m y u n g s o ok i m 1 1 5 】以及b a n h e l m e s 【1 1 6 】在研究p h 值对吡啶甲酸在a g 粒子表面的 s e r s 特征影响时，发现强酸条件下吡啶环上n 原子会发生质子化得到增强结果类 似。另一方面，p h 值降低的同时也观察到1 1 2 0c m d 左右的共振峰【1 1 7 】得到了增强， 该峰的增强说明吡啶环与a u 基底之间兀电子共轭作用的加强，由此推测，还有少数 分子是以平躺或斜躺的形式吸附在基底表面，如图3 4 所示。 硕士学位论文 a nn h x 蹬 图3 4 用酸调节d p a 溶液的p h ，d p a 分子在a u n p s p v p a u 基底上的吸附构型 再结合图3 2 和图3 3 ( a ) 中观察到的s e r s 特征，我们认为有这样一种可能： 当被测液的p h 4 5 时，溶液中的d p a 足以发生二 级解离，产生的c o o 。给吡啶环与金表面间的相互作用带来更明显的阻碍效应， d p a 分子与纳米金之间的距离碰一步增大，s e r s 信号增强明显减弱。图3 5 给出 了这种可能性的详细图解。 粝攀鼢淄姑 。一众咖 a nn p s 厂_ 、 、厂厂、峋 t l 晰 m 3 5 不同p h 的d p a 在6 0n ma un p s a u 基底上的可能吸附方式：( a ) p h 2 3 ；( b ) 2 3 p h 4 5 。( d ：d p a 哆r 子与纳米金之间的距离) 3 3 2 3 酸根离子对s e r s 强度的影响 为了便于讨论，我们还选用了n a c i 、m g s 0 4 以及n a n 0 3 三种盐来进行对照实 验。 l 三 。兰 。三9御仁 振动光谱技术用于食品分析的研究 图3 6 引入不同盐的d p a 在6 0n m a un p s a u 基底上的s e r s 光谱图。( a ) n a 3 c 6 h 5 0 7 2 h 2 0 ；( b ) n a c i ；( c ) m g s 0 4 ；( d ) n a n 0 3 。 如图3 6 所示，加入n a c i 、m g s 0 4 以及n a n 0 3 这三种盐后，d p a 的s e r s 信号受 到了不同程度的影响，其中n a c i ( 图3 6 ，( b ) ) 的最明显。此前有过一些关于引 入盐后的d p a 在基于银的s e r s 基底上信号发生变化的报道【1 0 2 , 1 0 4 】。如b e l l