第3卷 第5期 食品安全质量检测学报 Vol. 3
No. 5
2012年10月
Journal of Food Safety and Quality
Oct. , 2012
*通讯作者: 姜福佳, 硕士, 助教, 生物技术及应用专业带头人, 研究领域: 微生物与生化药学。E-mail: ai82180076@https://www.doczj.com/doc/3a18509959.html,
近红外光谱在虫草菌丝体腺苷和多糖含量
检测中的应用
姜福佳*
(长春职业技术学院, 长春 130033)
摘 要: 目的 利用近红外光谱技术建立蝙蝠拟青霉菌丝体中腺苷和多糖含量的定量分析模型。方法 采用常规方法对蝙蝠蛾拟青霉菌丝体中腺苷和多糖含量进行测定, 利用近红外光谱技术建立测定菌丝体中腺苷和多糖含量的相关模型, 并通过蒙特卡罗偏最小二乘法(Monte Carlo Partial Least Square, MCPLS)和可移动窗口偏最小二乘法(Moving Window Partial Least Square, MWPLS)对模型进行优化。结果 该模型校正集预测值和真实值间的相关系数(Rc )分别为0.9400和0.8781, 预测均方根误差(Root Mean Square Error of Prediction Set , RMSEP )分别为0.5949和1.6617, 校正均方根误差(Root Mean Square Error of Calibration Set, RMSEC )分别为0.5844和1.5572。结论 该模型的稳健性、拟合度和预测能力均能达到令人满意的程度, 该方法可以推广应用到其他发酵产品的检测。
关键词: 近红外光谱; 蝙蝠蛾拟青霉; 蒙特卡罗偏最小二乘法; 定量分析
The application of near-infrared spectroscopy in detection of adenosine and
polysaccharide of cordyceps mycelium
JIANG Fu-Jia *
(Changchun Vocational Institute of Technology , Changchun 130033, China )
ABSTRACT: Objective Near-infrared spectroscopy was used to quantify the adenosine and polysaccharide
content in Paecilamyes hepiali mycelia. Methods Quantification of adenosine and polysaccharide content were achieved by the conventional method. Models were established by near-infrared spectroscopy for detec-tion of the contents of adenosine and polysaccharide. Monte carlo partial least square (MCPLS) and moving window partial least square (MWPLS) were applied to optimize the models. Results The related coefficient between actual and predictive values of calibration samples (Rc ) were 0.9400 and 0.8781, the root mean square error of prediction set (RMSEP ) were 0.5949 and 1.6617, and the root mean square error of calibration set (RMSEC) were 0.5844 and 1.5572, respectively. Conclusion The robustness, fitness and predictive capability of these models were satisfied, and it can be applied to other fermentation processes.
KEY WORDS: Near-infrared spectroscopy; Paecilamyes hepiali mycelia; moving window partial least square;
quantitative analysis
蝙蝠蛾拟青霉(Paecilamyes hepiali )是天然冬虫夏草中普遍存在的一种无性型虫草[1,2]。其发酵的菌
丝体可以作为天然冬虫夏草的替代品[3,4]。冬虫夏草属于我国特有的名贵药用真菌。其主要功效是“补肺
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益肾, 止血, 化痰; 用于久咳虚喘, 劳嗽咯血, 阳痿遗精, 腰膝酸痛”。但是由于人们对天然虫草的过度采集, 天然虫草资源已经濒临枯竭[5,6]。目前很多研究结果都证实通过液体发酵产生的虫草菌丝体的有效成分和疗效与天然冬虫夏草相似, 因此作为可替代品的蝙蝠蛾拟青霉显得尤为重要, 近年来对该菌株的研究开发愈加深入, 相应食品药物及保健品的开发及检测工艺急需建立。
相对其它分析技术来说, 近红外光谱(Near- in-frared spectroscopy, NIR)技术具有方便、快捷、无损、可多组分同时测定、灵活等众多的优点, 非常适合蝙蝠蛾拟青霉菌丝体多种活性成分含量的同时检测[7,8]。然而, 近红外光谱是分子振动光谱, 其光谱信息弱且复杂, 其有效信息的提取相当困难, 因此近红外光谱技术需结合化学计量学方法进行应用。同时近红外光谱是一种间接测量技术, 建立稳健性和泛化能力好的校正模型是近红外光谱技术推广应用的关键[9,10]。
本文采用近红外漫反射光谱技术结合蒙特卡罗偏最小二乘法和可移动窗口偏最小二乘法提取各组分的NIR有效信息并建立非线性校正模型, 构造一种同时测定蝙蝠蛾拟青霉菌丝体中腺苷和多糖含量的新方法。这对于丰富我国蝙蝠蛾拟青霉菌丝体有效成分定量分析的快速检测手段, 提高相应检测水平, 以及对新型食品和保健品的研发都具有重要的学术意义。
1 材料与方法
1.1材料和仪器
蝙蝠蛾拟青霉, 购于安徽农业大学。
葡萄糖、磷酸二氢钾、硫酸镁和高碘酸钠等均为分析纯; 蛋白胨和酵母浸粉等均为化学试剂; 甲醇为色谱纯。
UV3150紫外可见漫反射近红外分光光度计(日本岛津公司); ISR-3100积分球(日本岛津公司); 752紫外分光光度计(上海分析仪器厂); SHIMADZU高压液相色谱仪(日本岛津公司)。
1.2微生物发酵及样品采集
蝙蝠蛾拟青霉在不同的发酵条件下进行发酵培养, 其发酵条件为: 发酵培养基初始pH为6~8, 发酵温度为22~26 ℃, 摇床转速200~300 r/min, 接种量为2%~4%, 种龄为3~5 d。发酵过程结束后, 收集菌丝体样本, 冻干并研磨成粉保存于塑封袋中。1.3测定虫草酸和腺苷含量
采用常规方法测定蝙蝠蛾拟青霉菌丝体中腺苷[11]和多糖含量[12]。
1.4收集样本近红外光谱
对各个批次的蝙蝠蛾拟青霉菌丝体样本进行近红外光谱扫描, 设置光谱范围为800～2500 nm, 光谱带宽为12 nm, 光谱间隔为1 nm, 每个样本扫描3次取平均值作为该样本的近红外光谱。
1.5校正模型的建立及优化
应用Origin 7.5程序对采集的近红外原始光谱依次进行卷积平滑(Savitzky-Golay Smoothing)、快速傅里叶变换(Fast Fourier transform, FFT)、一阶导数(First order derivative)和二阶导数(Second order de-rivative)方法的预处理, 应用Matlab 2008Ra程序对光谱进行标准正态分布(SNV)法的预处理; 应用Matlab 2008Ra程序结合蒙特卡罗偏最小二乘法识别样本中的异常样本并考察校正集和预测集的配比, 根据光谱第一主成分得分(PC1)和第二主成分得分(PC2)的散点图选择校正集样本和预测集样本; 结合可移动窗口偏最小二乘法考察不同预处理方法窗口大小、波长变量和隐变量数对模型的影响, 以各个模型的逼近度(Da)值、校正均方根误差(RMSEC)和预测均方根误差(RMSEP)为评价指标选择最佳模型。
2结果与讨论
2.1蝙蝠蛾拟青霉样本全光谱
对收集的159个蝙蝠蛾拟青霉菌丝体样本进行近红外光谱扫描, 样本的原始光谱如图1所示。
图1 原始近红外光谱
Fig. 1 The average of NIR reflectance spectra
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2.2异常样本的识别及剔除
应用蒙特卡罗偏最小二乘法(MCPLS)识别用于建立模型的异常样本, 计算得到的预测残差平均值(Mean Predictive Residual Error, MPRE)和预测残差间标准偏差(Standard Deviation Predictive Residual Error, SDPRE)散点图如图2所示, 由图2可知, 对于159个样本, 用于建立测定腺苷和多糖含量的模型样本中分别存在7和6个异常样本, 予以剔除。
图2 SDPRE对MPRE的散点图(A 腺苷; B 多糖) Fig. 2 Scatter diagram of SDPRE and SDPRE (A: adenoside;
B: polysaccharide)
2.3样本的分集
采用MCPLS法选择合适的校正集样本数, 其中校正集样本数所占总样本数的比率对平均拟合度(the mean degree of fitting , MDf)的影响如图3所示, 当校正集样本所占比率分别达到70%和60%时, 建立测定腺苷和多糖模型的MDf值达到最高, 并且依据各自模型光谱的第一主成分得分(PC1)和第二主成分得分(PC2)的散点图分别选择出校正集样本和预测集样品。校正集与预测集样本中腺苷和多糖含量统计结果如表1所示。
图3 校正集样本所占比率对MDf值的影响(A: 腺苷;
B: 多糖)
Fig. 3 The ratio of calibration set vs MDf(A: adenosine, B:
polysaccharide)
2.4 模型光谱预处理方法、波长变量和隐变量
数的选择
分别采用原始光谱和不同预处理方法建立测定蝙蝠蛾拟青霉菌丝体中腺苷和多糖含量的定量分析模型, 建立的每个模型经过可移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)选择最适的波长变量和隐变量数, 其结果如表2所示。由表2可知, 在建立测定腺苷含量模型中仅一阶导数的预处理方法Da值相较原始光谱的Da值略低, 其它模型Da值均高于原始光谱建立的模型。表明MWPLS法选择波长变量和隐变量数的效果很好, 同时MWPLS能够有效地筛选信息, 去除大量的随机噪音和无用波长变量等, 大大减小输入数据矩阵, 从而减少计算量和缩短计算时间。建立测定腺苷和多糖含量的模型, 最有效的预处理方法均为FFT、最适的窗口大小(W)分别为120和24、最优的n w分别50和20、最适的隐变量数分别为7和13。
2.5 最优模型的建立
依照MWPLS法优化的最适预处理方法、波长变量和隐变量数建立测定白囊耙齿菌菌丝体中腺苷和多糖含量的最佳多元校正模型。该模型结果如图4所示, 最佳模型对腺苷和多糖含量预测的模型校正集预测值和真实值间的相关系数(Rc)和模型预测集预测值与真实值间的相关系数(Rp)均高于0.8500, 该模型的拟合度、稳健性和预测能力均能达到令人满意的程度。
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表1腺苷和多糖含量统计结果
Table 1 Statistics results of the adenosine and polysaccharide
成分组别数量最大值最小值平均值
校正集112 7.2549 0.2686 3.0284 腺苷(μg/g)
预测集47 6.2467 0.3261 3.1302
校正集96 0.1444 0.0332 0.0617 多糖(g/g)
预测集63 0.1398 0.0428 0.0636
表2 光谱预处理方法、波长变量和隐变量数对模型的影响
Table 2 Influence of different preprocessing methods, wavelength and Implicit variable on capabilities of the model
成分预处理方法Windows W n W n LV1 RMSEC RMSEP Da
Original spectra --- 24 5 4 0.6120 0.6469 1.5158
Savitzky-Golay Smoothing 5 120 5 6 0.5245 0.5877 1.6478
FFT 13
24
20
13
0.5844
0.5949
1.6720
First order derivative 7 60 5 5 0.6065 0.6247 1.5867
Second order derivative 13 24 5 5 0.6397 0.6541 1.5186 腺苷
SNV ---
120
5
6
0.4629
0.5862
1.6037
Original spectra --- 60 35 7 12.6955 16.8704 0.5387
Savitzky-Golay Smoothing 5 180 5 5 15.6144 16.6979 0.5835
FFT 9
120
50
7
1.55724
1.66171
0.5868
First order derivative 9 180 10 3 1.61347 1.74256 0.5576
Second order derivative 11 60 5 7 1.88475 2.14833 0.4434 多糖
SNV ---
180
5
5
1.58253
1.73355
0.5572
W: 选择的波长点数; n w: 选择的窗口数; Windows: 预处理的窗口大小
图4 最佳模型的预测值与真实值的相关图(A 腺苷; B 多糖) Fig. 4 Correlation between experimental values and pre-dicted values (A: adenosine, B: polysaccharide) 3总结
本文采用近红外漫反射光谱技术结合蒙特卡罗偏最小二乘法和可移动窗口偏最小二乘法对蝙蝠蛾拟青霉菌丝体中腺苷和多糖含量进行建模分析, 得到最佳的定量分析模型。建立的两个分析模型稳健性、拟合度和预测能力均能达到令人满意的程度, 而且建立模型的样本为不同发酵条件下得到的蝙蝠蛾拟青霉菌丝体, 表明该模型具有很强的泛化能力, 可以充分地满足蝙蝠蛾拟青霉菌丝体品质的快速鉴定, 便于对其深度开发及产品的监测。
采用近红外光谱技术结合偏最小二乘法建模对物质进行定量定性分析的方法, 能够被广泛的应用于各种物质的检测当中, 同时该方法较传统方法更加的省时省力且对环境不会造成较大的损伤, 说明近红外光谱技术在食品药品及物质的检测领域具有极大的应用前景。
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(责任编辑:孙媛媛)作者简介
姜福佳, 硕士, 助教, 生物技术及应用
专业带头人, 研究领域: 微生物与生化药学。
E-mail: ai82180076@https://www.doczj.com/doc/3a18509959.html,
高级物理化学实验讲义 实验项目名称：红外反射光谱原理、实验技术及应用 编写人：苏文悦编写日期：2011-7-7 一、实验目的（宋体四号字） 1、了解并掌握FTIR-ATR、FTIR-DRS和FTIR-RAS等红外光谱表面分析技术的原理、实验技术及应用 2、比较分析FTIR-ATR、FTIR-DRS和FTIR-RAS等红外光谱技术各自适用的样品、同一样品不同红外光谱的谱带位置及形状。 二、实验原理 衰减全反射（ATR）、漫反射（DRS）和反射吸收（RAS）都是傅里叶变换红外反射光谱，是FTIR常用的表面分析技术。 图1 入射角（θ）及折射率（n1,n2）对光在界面上行为的影响 θc为临界角，sinθc=n2/n1 1全反射光谱原理、实验技术及应用 全反射：光由光密（即光在此介质中的折射率大的）媒质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。很多材料如交联聚合物、纤维、纺织品和涂层等，用一般透射法测量其红外光谱往往很困难，但使用FTIR及ATR技术却可以很方便地测绘其红外光谱。 （1）入射角与临界角 在通常情况下，光透射样品时是从光疏介质的空气射向光密介质样品的，当垂直入射（入射角θ为0°）时，则全部透过界面；当θ≠0°时，如果两者的折射率相差不大，则光是以原方向透射的，但如折射率差别较大，则会产生折射现象。 当n2与n1有足够的差值(0.5以上)，且入射光从光密介质(n1)射向光疏介
质(n 2 )，入射角θ 大于一定数值时，光线会产生全反射现象。这个“一定数值”的角度称为临界角，也即当折射角φ 等于90°时的入射角θ称为临界角θc ，如图1，其中临界角θc 和折射率n 1和n 2有如下关系： sin θ=n 2/n 1 显然，临界角的数值取决于样品折射率与全反射晶体的折射率之比，对同一种全反射晶体，不同材质的样品会有不同的临界角值，表1所列数值可看出这一关系。 表1 在ATR 和MIR 方法中必须选用远大于临界角的入射角，即sin θ>n 2/n 1,以确保全反射的产生和所获光谱的质量，本实验运用单次衰减全反射ATR 附件，反射晶体是锗，入射角固定为45°，远大于临界角。 （2）衰减全反射 衰减全反射(Attenuated Total Reflectance)缩写为ATR 。当入射角大于临界角时，入射光在透入光疏介质(样品)一定深度后，会折回射入全反射晶体中。进入样品的光，在样品有吸收的频率范围内光线会被样品吸收而强度衰减，在样品无吸收的频率范围内光线被全部反射。因此对整个频率范围而言，由于样品的选择性吸收，使ATR 中的入射光能被部分衰减，除穿透深度dp 外，其衰减的程度与样品的吸收系数有关，还与多次内反射中的光接触样品的次数有关。这种衰减程度在全反射光谱上就是它的吸收强度。 全反射光谱的强度及分布 ATR 光谱的强度取决于穿透深度dp 、反射次数和样品与棱镜的紧密贴合情况以及样品本身吸收的大小。 内反射次数则是设计装置时的一个参数，入射角?越小，对同样尺寸的全反射晶体，全反射的次数就越多，谱峰越增强。 在全反射过程中光线穿透入样品的深度dp 的表示公式如下： 其中，dp ：是光透入样品的垂直深度，称穿透深度 λl ：是光在内反射晶体材料中的波长，与入射光波长λ成正比λ1=λ/n 1 ?：为入射角， n 21=n 2/n 1 ：是样品与全反射晶体的折射率之比 21221 21)(sin 2n dp -=θπλ
红外光谱分析概述（上） 1．红外光谱 红外光谱是反映红外辐射强度或其他与之相关性质随波长（波数）变化的谱图。目前，它是一种被广泛应用于研究表征物质的化学组成，在分子层次上的结构及分子间相互作用的有力手段。红外射线发现于1800年，在用普通温度计测量可见光谱的温度效应时，在红光一端的外侧观察到有较强的热效应。后来，实验证实了这是由一种肉眼看不见、波长比红光更长的电磁辐射所造成的，这种电磁辐射被称为红外光。通常将红外辐射的波长范围定为0.8～1000微米，并可粗略地分为三个波段：（1）近红外的波段为0.8～2.5微米，波数为12500～4000厘米-1；（2）中红外的波段为2.5～25微米，波数为4000～400厘米-1；（3）远红外的波段为25～1000微米，波数为400～10厘米，目前，实验上已能测定到2500微米，波数为4厘米-1。相应地有近红外光谱、中红外光谱和远红外光谱。 红外光谱的形式虽然多种多样，从本质上可分为发射光谱和吸收光谱两大类。物体的红外发射光谱是指样品在通过受激或自发辐射的条件下，所发射的红外光的强度随波长(波数)变化的光谱图，红外发射光谱主要决定于物体的温度和化学组成。吸收光谱是指样品对红外辐射的吸收能力随波长(波数)变化的光谱图，在实验上，使红外光与样品发生相互作用，测定红外光与物质相互作用前后光强的变化与波长(波数)之间的关系, 称红外吸收光谱。 2．分子的振动和转动光谱 对于分子体系而言，其振动和转动是量子化的，其能级差所对应的光子的波长落在红外光范围，因此是红外光谱(拉曼光谱)的主要研究对象。研究指出，红外光谱的研究范围不仅仅局限于分子的振动、转动跃迁，某些特殊体系的电子能级跃迁亦可能落在红外光谱波段范围内，例如，超大规模共轭体系的电子跃迁、某些稀土离子的f-f能级跃迁等等。不过目前绝大多数的红外光谱研究工作仍集中于分子的振动能级跃迁上，以最简单的双原子为例，其振动吸收Eν可近似地表示为： 式中h为普朗克常数；ν为振动量子数（取正整数）；n0为简谐振动频率。当ν=0时，分子的能量最低，称为基态。处于基态的分子受到频率为n0的红外射线照射时，分子吸收了能量为n0的光量子，跃迁到第一激发态，得到频率为n0的红外吸收带, 它称为分子振动的基频。反之，处于该激发态的分子也可发射频率为n0的红外射线而恢复到基态。n0的数值决定于分子的约化质量μ和力常数κ： κ决定于原子的核间距离、原子的特性和化学键及键级等。 在多原子分子体系中，各原子在平衡位置附近作相对运动。这些振动方式可以被分解为各种简正振动的线性组合，所谓简正振动就是指分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简揩振动。含N个原子的非线分子有3N-6个简正振动方式；线性分子有3N－5种简正振动方式。 对于分子的转动而言，往往可以假定分子为刚性转子，则其转动能量Er为： 红外光谱分析概述（中）
红外光谱仪调查及实验报告 第一部分红外光谱仪调查 1．1 简介 傅里叶红外光谱仪： 全名为傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，FTIR Spectrometer），是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。傅里叶红外光谱仪不同于色散型红外分光的原理，可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。 滤光片型近红外光谱仪器： 滤光片型近红外光谱仪器以滤光片作为分光系统，即采用滤光片作为单色光器件。滤光片型近红外光谱仪器可分为固定式滤光片和可调式滤光片两种形式，其中固定滤光片型的仪器时近红外光谱仪最早的设计形式。仪器工作时，由光源发出的光通过滤光片后得到一宽带的单色光，与样品作用后到达检测器。 色散型近红外光谱仪器： 色散型近红外光谱仪器的分光元件可以是棱镜或光栅。为获得较高分辨率，现代色散型仪器中多采用全息光栅作为分光元件，扫描型仪器通过光栅的转动，使单色光按照波长的高低依次通过样品，进入检测器检测。根据样品的物态特性，可以选择不同的测样器件进行投射或反射分析。 傅里叶变换型近红外光谱仪器： 傅里叶变换近红外分光光度计简称为傅里叶变换光谱仪，它利用干涉图与光谱图之间的对应关系，通过测量干涉图并对干涉图进行傅里叶积分变换的方法来测定和研究近红外光谱。其基本组成包括五部分：①分析光发生系统，由光源、分束器、样品等组成，用以产生负载了样品信息的分析光；②以传统的麦克尔逊干涉仪为代表的干涉仪，以及以后的各类改进型干涉仪，其作用是使光源发出的光分为两束后，造成一定的光程差，用以产生空间（时间）域中表达的分析光，即干涉光；③检测器，用以检测干涉光；④采
近红外光谱分析技术在入炉煤煤质 在线检测中的应用 一．煤质分析的意义： 煤炭在我国占一次能源消费的68％，大部分用于发电或燃煤锅炉，在热电厂的成本核算中，燃料消耗占到成本的70％左右。 充分了解当前燃煤质量，可以有效的提高锅炉燃烧效率、提升企业经济效益，同时还可以减少炉受热面结焦、积灰等情况，极大的提高锅炉运行的安全性。 二．煤质分析现状： 国内企业目前多采用传统的煤质分析方法，主要测定灰分、水分、发热量等指标，分析精度高，但检测周期长，严重滞后于当前生产，只能进行抽检，不能实时指导生产。 国内还有少量企业使用γ射线来分析煤质，实时性较好，但由于采用辐射源，给工作人员和企业带来了很大的安全隐患，并且价格昂贵，增大了企业的成本负担。 国外相关企业普遍采用近红外光谱技术来分析煤质，实时性好、精确度高、无安全隐患、成本适中。 三．近红外光谱技术检测煤质： 1.近红外光谱的原理： 近红外波长范围为780～2526nm，当近红外光照射到对于含氢基团X—H(X=C、N、O)的物质上时，组成物质的化学键就会吸收一定波长的特征波，吸光度与成分的含量大小有关，而煤炭中燃烧成分主要是含氢基团，正适用于近红外技术。 2.建立近红外模型： 近红外技术是二次测量方法，通过取样，测量样品的近红外光谱、并用
传统分析方法得到该样品的灰分、发热量、水分等含量，通过算法建立光谱与成分和含量之间的联系（模型）。 3.在线实时测量： 近红外仪器安装在入炉煤传送皮带上方，采集皮带上当前煤炭的近红外光谱，通过近红外模型，使用化学计量学方法分析光谱，即可获得该煤炭的灰分、发热量、水分等含量信息。 4.技术特点： ●分析速度快，分析效率高：不到1分钟就可以采集一次光谱，并同时得到 多个组分的性质和含量数据。 ●安装方便：采用非接触的方式进行检测，可以根据生产线的工况采用俯 视、仰视、侧视等方式进行安装。比如安装在入炉煤传送皮带上方。 ●适应复杂环境：仪器具有防尘、防水、防暴等多种特点。 ●运行成本低：近红外仪器自动化程度非常高，日常运行中基本不需要维 护人员，没有消耗品，不产生运行费用。 ●样品不需要预处理，不需要使用化学试剂，不会产生化学、生物或电磁 污染。 ●安全性：近红外仪器使用的是近红外光，没有高温、高压、辐射、易燃 品等构件，保证人员、设备和生产环境的安全。
虫草酸(Cordycepic acid)是冬虫夏草和蛹虫草主要活性成分之一，其实它的化学分子式C6H12O6，为1,3,4,5—四羟基环已酸，即D- 甘露(糖醇)。虫草酸能抑制各种病菌的成长，可预防与治疗脑血栓、脑出血、心肌梗塞、长期衰竭；虫草酸含量的高低是衡量虫草质量 的主要标准之一，一般认为虫草酸含量高的虫草的药用价值高· 虫草酸虫草酸 - 药效 抗肝组织纤维化，抗脂质过氧化，同时由于虫草的增强免疫功 能使肝脏的解毒作用增强，从而能够有效保护肝细胞。 传统医学上有很多关于虫草补肾壮阳的论述，据研究这主要是 因为虫草有雄性激素样作用有关。尤其其中的腺苷能改善肾脏的微 循环和局部血流量，同时它还能调节肾上腺素以及与性功能有关的 内分泌。因此虫草对中老年和因为内分泌萎缩、失调引起的性功能 障碍有很好的疗效，对各种急、慢性肾衰都有显著疗效。 另外，因为各种类型的"肾虚"多是由内分泌功能萎缩引起的，而 且临床上有大量虫草治疗肾虚的有效案例，所以虫草也是治疗肾虚 的良药。 葡萄糖（Glucose）（化学式C6H12O6）是自然界分布最广且最为重要的一种 单糖，它是一种多羟基醛。纯净的葡萄糖为无色晶体，有甜味但甜味不如蔗糖（一般人无法尝到甜味），易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。天然葡萄糖 水溶液旋光向右，故属于“右旋糖”。 葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间 产物，即生物的主要供能物质。植物可通过光合作用产生葡萄糖。在糖果制造 业和医药领域有着广泛应用。 别称（2R,3S,4R,5R)-2，3，4，5，6-五羟基己醛、玉米葡糖、玉蜀黍糖 CAS登50-99-7 熔点146o
蛹虫草 囊菌亚门，麦角菌目，麦角菌科、虫草属的模式种。学名为Cordycepsmilitaris，又名北冬虫夏草、北蛹虫草、虫草等。世界性分布天然资源数量很少。由子座（即草部分）与菌核（即虫的尸体部分）两部分组成的复合体。冬季幼虫蛰居土里，菌类寄生其中，吸取营养，幼虫体内充满菌丝而死。到了夏季，自幼虫尸体之上生出幼苗，形似草，夏至前后采集而得。中医认为，虫草入肺肾二经，既能补肺阴，又能补肾阳，主治肾虚，阳痿遗精，腰膝酸痛，病后虚弱，久咳虚弱，劳咳痰血，自汗盗汗等，是唯一的一种能同时平衡、调节阴阳的中药。形态特征 概述 蛹虫草- 形态特征子座单生或数个一起从寄生蛹体的头部或节部长出，颜色为橘黄或橘红色，全长2—8厘米，蛹体颜色为紫色，长约1.5—2厘米。 1.菌丝体 蛹虫草的菌丝是一种子囊菌，其无性型为蛹草拟青霉。其菌体成熟后可形成子囊孢子（繁殖单位），孢子散发后随风传播，孢子落在适宜的虫体上，便开始萌发形成菌丝体。菌丝体一面不断地发育，一面开始向虫体内蔓延，于是蛹虫就会被真菌感染，分解蛹体内的组织，以蛹体内的营养作为其生长发育的物质和能量来源，最后将蛹体内部完全分解。 2.子实体 一般当蛹虫草的菌丝把蛹体内的各种组织和器官分解完毕后，菌丝体发育也进入了一个新的阶段。菌丝体由营养生长开始转为生殖生长，最后扭结后从蛹体空壳的头部、胸部、近尾部等处伸出，形成橘黄色或橘红色的顶部略膨大的呈棒状的子座（子实体）。 编辑本段品种介绍 蛹虫草- 品种介绍中国于1958年在吉林省首次发现，通过鉴定，认为它与冬虫夏草是同一个属，定名为蛹草。主产于云南（昆明、安宁、江川）、吉林（安图、永吉）、辽宁（沈阳）、内蒙古（哲里木盟），生于针、阔叶林或混交林地表土层中鳞翅目昆虫的蛹体上。能采用家蚕和柞蚕蛹人工批量培育，药效、药理与野生种相似甚至更好。 北虫草较之冬虫夏草，具有几个无可比拟的优点： 一是北虫草为虫草属的模式种，分布广泛，为世界各国学者所认识和接受。 二是北虫草已在人工条件下育成了完整子座。 三是北虫草含有虫草菌素和虫草多糖，其独特药理作用已日益引起药学界的高度重视。由于蛹虫草具有以上优点，成为虫草属中药用虫草菌中的佼佼者。 化学成份 蛹虫草- 化学成份人工蛹虫草子实体；N6-[β-（乙酰胺甲酰）氧乙基]腺苷；虫草环肽A；核苷；麦角甾醇过氧化物。 蛹虫草- 药理作用现代科学论证科茸蛹虫草不仅具有特殊的营养价值，而且有明显的药用价值。其中尤以虫草酸、虫草素、虫草多糖 编辑本段药理作用 糖和SOD等多种生物活性物质的药用价值最为显著。虫草酸（甘露醇）可以显著地降低颅压，促进机体新陈代谢，因而使脑溢血和脑血栓病症得到缓解。虫草素是一种具有抗菌活性的核苷类物质，对核多聚腺苷酸聚合酶有很强的抑制作用。在DNA转录mRNA过程中使mRNA成熟障碍，抑制癌细胞的生长。并有降血糖的作用。虫草多糖是一种高度分枝的半乳甘露聚糖，它能促进淋巴细胞转化，提高血清IgG的抗体含量和机体的免疫功能，增强机体自身抗癌抑癌的能力。SOD（超氧化物歧化酶）可以消除机体内超氧自由基，具有抗衰老、抗癌抑癌的作用。此外，蛹虫草还含有丰富的硒（Se），这种微量元素已被大家公认是人体必需的微量元素，是谷胱甘肽过氧化酶的活性中心，以硒半胱氨酸的形式连接在酶
仪器分析实验有机化合物的红外光谱分析 2015年4月21日 有机化合物的红外光谱分析 开课实验室：环境资源楼312 【实验目的】 1、初步掌握两种基本样品制备技术及傅里叶变换光谱仪器的简单操作； 2、通过谱图解析及网上标准谱图的检索，了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程； 3、掌握有机化合物红外光谱测定的制样方法，回顾基础有机化学光谱的相关知识。 【基本原理】 ? 原理概述：物质分子中的各种不同基团，在有选择地吸收不同频率的红外辐射后，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。据此，可对物质进行定性和定量分析。特别是对化合物结构的鉴定，应用更为广泛。 ? 红外吸收法： 类型：吸收光谱法； 原理：电子的跃迁：电子由于受到光、热、电等的激发，从一个能级转移到另一个能级的现象。这是因为分 子中的电子总是处在某一种运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。当这些电子有选择地吸收了不同频率的红外辐射的能量，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。据此，可对化合物进行定性和定量分析； 条件：分子具有偶极矩。 【仪器与试剂】 1、仪器： 傅里叶变换红外光谱仪（德国Bruker公司，TENSOR 27型; 美国Thermo Fisher 公司， Nicolet 6700型）；压片机； 玛瑙研钵； 红外灯。 2、试剂：NaCl窗片、KBr晶体，待分析试样液体及固体。 【实验步骤】 1、样品制备 （1）固体样品：KBr压片法 在玛瑙研钵将KBr晶体充分研磨后加入其量5%左右的待测固体样品，混合研磨直至均匀。在一个具有抛光面的金属模具上放一个圆形纸环，用刮勺将研磨好的
近红外光谱技术在药物分析中的应用 1·前言 近红外光谱分析技术是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。 近红外（NIR）谱区是人类认识最早的非可见光谱区，波长范围在0.75—2.5 m之间，用波数表示时则在13330—4000cm-1之间。由于近红外的吸收谱带复杂，谱峰重叠，信号弱，在分析上难以应用，长期以来没有受到人们的重视。近十多年来，随着近红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使近红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，并以其简单快速、实时在线、无损伤无污染分析等特点，在复杂物质的分析上得到广泛应用。在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔。 关于近红外光谱技术在制药行业中应用的文献报道越来越多，显示了近红外光谱技术在制药领域中越来越受到人们的重视。近红外光谱分析具有的快速实时、操作简单、无损伤测定、不受样品状态影响的特点很符合药物分析的要求。因此，在制药业中原料药的分析、药物制剂中水分、有效成分的分析、药物生产品质的过程控制等方面近红外光谱技术得到了十分广泛的应用。 2·光谱介绍 近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波，根据ASTM（美国试验和材料检测协会）定义是指波长在780～2526nm范围内的电
磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波（780~1100nm）和近红外长波（1100~2526nm）两个区域。 近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X－H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收，其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。近红外光照射时，频率相同的光线和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而近红外光的频率和样品的振动频率不相同，该频率的红外光就不会被吸收。因此，选用连续改变频率的近红外光照射某样品时，由于试样对不同频率近红外光的选择性吸收，通过试样后的近红外光线在某些波长范围内会变弱，透射出来的红外光线就携带有机物组分和结构的信息。通过检测器分析透射或反射光线的光密度，就可以确定该组分的含量。 3·近红外光谱技术在制药业中的应用 3·1 原料和活性组分的测定 药物加工过程中第一步就是原料的鉴定，其质量的好坏直接决定后续加工过程的成败于否，而同一类型的原料中多变因素主要是湿度和颗粒大小，近红外光谱在湿度测定中的灵敏度及其适于固体表面的表征的特性，使他能够很快地得到样品的湿度和颗粒大小的信息，然
如何解析红外光谱图 一、预备知识 （1）根据分子式计算不饱和度公式： 不饱和度Ω＝n4+1+(n3-n1)/2其中： ：化合价为4价的原子个数（主要是C原子）， n 4 ：化合价为3价的原子个数（主要是N原子）， n 3 n ：化合价为1价的原子个数（主要是H,X原子） 1 （2）分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm-1为界：高于3000cm-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯，炔，芳香化合物；而低于3000cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收； （3）若在稍高于3000cm-1有吸收,则应在 2250~1450cm-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中炔 2200~2100 cm-1，烯 1680~1640 cm-1 芳环 1600,1580,1500,1450 cm-1若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm-1的频区，以确定取代基个数和位置（顺、反，邻、间、对）； （4）碳骨架类型确定后,再依据官能团特征吸收，判定化合物的官能团； （5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在,如2820，2720和1750~1700cm-1的三个峰，说明醛基的存在。 二、熟记健值 1.烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm-1）C-H弯曲振动（1465-1340cm-1） 一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。 2.烯烃：烯烃C-H伸缩（3100~3010cm-1），C=C伸缩(1675~1640 cm-1)，烯烃C-H 面外弯曲振动（1000~675cm-1）。 3.炔烃：炔烃C-H伸缩振动（3300cm-1附近），三键伸缩振动（2250~2100cm-1）。 4.芳烃：芳环上C-H伸缩振动3100~3000cm-1, C=C 骨架振动1600~1450cm-1, C-H 面外弯曲振动880~680cm-1。 芳烃重要特征：在1600，1580，1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。C-H面外弯曲振动吸收880~680cm-1，依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常用判别异构体。
虫草菌丝体发酵的研究进展 摘要：虫草具有良好的药用和保健价值，国内外对于虫草的需求与日俱增。但是天然虫草生长环境特殊，产量有限，近年来的过度采挖严重降低了虫草的产量，破坏了产地的生态环境。人们希望通过掌握虫草的人工栽培和液体发酵技术来解决这个问题。本文介绍了近年来有关虫草深层发酵条件、发酵产品活性成分和发酵功能用途的研究。 关键字：虫草发酵条件活性成分 虫草的子实体、菌核及菌丝体中都含有多种活性成分，如虫草多糖、胆甾醇、真菌甾醇、麦角甾醇、腺嘌呤核苷、腺嘌呤、尿嘧啶、蛋白质、多种氨基酸、硬脂酸、软脂酸、D-甘露醇、维生素、有机酸和微量元素。但是野生虫草资源短缺，人工栽培周期长、成本高，而利用虫草深层发酵生产虫草替代品，既可有效保护虫草这一珍贵资源，又不受气候、地理环境和虫草寄生条件严格的限制，适合于工业化大规模生产，生产出的替代品如菌丝体其成分和药效也与天然虫草相似。现在许多科研人员和生产厂家正在从人工培养着手，利用液体深层培养技术进行工业化生产虫草菌丝希望能解决虫草大规模人工栽培的缺点，以求得更好的社会和经济效益。 1虫草菌丝体液体发酵条件的研究： 目前国内外报道的虫草菌有几十种，其中以蛹虫草菌和冬虫夏草菌在生产栽培上最为常用。国内对虫草胞外多糖、虫草素的研究一直十分活跃，因为它们具有十分重要的药用和保健价值。但是针对不同的发酵条件，虫草的多糖含量、虫草素含量和生物量等指标都有较大不同。蛹虫草作为虫生真菌，一般认为动物蛋白对其菌丝体生长发育更为有利，但温鲁等（2008）研究发现植物蛋白豆粕和豆粉也适合蛹虫草的生长发育，现在大多数研究都是以蛋白胨作为氮源。但是，王菊凤等（2009）认为不管是植物蛋白还是动物蛋白，都应该有一定的适宜浓度，她发现1% 低浓度的氮能促进菌丝体的生长，也有利于多糖的合成，随着氮浓度的增高，菌丝体生物量和多糖的含量也随之降低。 王菊凤等（2009）发现在6%的碳源和1%的氮源以及25℃的条件下，能获得蛹虫草的最大生物量以及总多糖和胞外多糖的最大产量；碳源为6%、氮源为1%、温度为22℃时，胞内多糖的产量达到最高。廖春丽等（2009）在优化蛹虫草产胞外多糖发酵培养基时使用蔗糖2.00%，蛋白胨1.50%，KH2PO40.05%，酵母粉0.20%，硫酸镁0.01%，在pH值6.8，温度28℃时蛹虫草胞外多糖得率为19.4 g/L。 对于蛹虫草菌丝体的最佳生长条件，赵雪梅等（2008）通过实验证明泰山蛹虫草菌丝体液体发酵中最佳碳氮比在3.0到4.0之间；最佳培养基配比为玉米粉3.0%、葡萄糖1.5%、黄豆粉1.0%、酵母膏0.8%，菌丝体的最大生长量平均在1.29g/100ml。 针对虫草素最优发酵条件的研究，郑婷婷（2004）发现蛹虫草菌丝体液体发酵的最适条件为：接种量10%(v/v)，发酵初始pH7.0，发酵温度27℃，发酵时间96 h。扩大培养后，测得菌丝体中虫草素的含量为51.785 mg/100g，虫草精多糖含量为1.92 g/100g。 文庭池等（2009）认为腺苷作为虫草菌素的直接前体，腺嘌呤能有效地提高虫草菌素产量，它能迅速有效的被蛹虫草吸收与利用。刘艳芳（2010）的研究也认为腺嘌呤和腺苷均可以明显提高虫草素的产量，两种化合物在虫草素的合成中发挥的作用基本相同，而且细胞吸收利用腺嘌呤的速度比利用腺苷的速度快，在同样的添加浓度下，腺嘌呤比腺苷更有利于虫草素的合成，在培养基中加入0.5g/L的腺嘌呤可使发酵液中虫草素含量提高约30%。 刘小莉等（2008）通过实验发现蛹虫草菌株能适应较宽的pH值范围，在pH值2~11
仪器分析实验报告 实验名称：红外光谱分析（IR）实验学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工112 姓名：王文标学号11402010233 指导教师：张宗勇 日期：2014.4.29
一、 实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75～1000μm 。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm （波数在13300～4000cm -1），又称泛频区；中红外区：波长在 2.5～50μm （波数在4000～200cm -1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm （波数在200～10cm -1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： )(10)(4 1 cm cm λσ=- 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜，最常用于工业及实验研究领域，如医药鉴别，人造皮革中异氰酸酯基确定等等。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 红外光谱仪可分为色散型和干涉型。色散型红外光谱仪又有棱镜分光型和光栅分光型，干涉型为傅立叶变换红外光谱仪（FTIR ），最主要的区别是FTIR 没
现代近红外光谱分析仪工作原理 现代近红外光谱分析仪工作原理 2011年02月08日 20世纪90年代初,外国厂商开始在我国销售近红外光谱分析仪器产品,但在很长时间内，进展不大，其原因主要是：首先，近红外光谱分析要求光谱仪器、光谱数据处理软件（主要是化学计量学软件）和应用样品模型结合为一体，缺一不可。但被分析样品会由于样品产地的不同而不同，国内外的样品通常有差异，因此，进口仪器的应用模型一般不适合分析国内样品。如果自己建立模型，就需要操作人员了解和熟悉化学计量学知识和软件，而外商在中国的代理机构缺乏这方面的专业人才，不能有效地根据用户的需要组织培训，因此，用户对这项技术缺乏全面了解，影响到了它的推广使用。其次，进口仪器价格昂贵，售后技术服务费用也往往超出大多数用户的承受能力。 现代近红外光谱分析技工作原理 近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，它常常受含氢基团X-H（X-C、N、O）的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动的倍频和合频吸收。 由于倍频和合频跃迁几率低，而有机物质在NIR光谱区为倍频与合频吸收，所以消光系数弱，谱带重叠严重。因此从近红外光谱中提取有用信息属于弱信息和多元信息，需要充分利用现有的光机技术、电子技术和计算机技术进行处理。计算机技术主要包括光谱数据处理和数据关联技术。光谱数据处理是消除仪器因素（灯及测量方式等）环境因素（如温度等）和样品物态（如颜色、形态等）等对光谱的影响。常采用的方法有平滑、微分、基线漂移扣减、多元散射校正（MSC）和有限脉冲响应滤波（FIR）等也可以用小波变换来进行部分处理。数据关联技术主要是化学计量学方法。化学计量学的发展使多组分分析中多元信息处理理论和技术日益成熟，解决了近红外光谱区重叠的问题。通过关联技术可以实现近红外光谱的快速分析。在近红外光谱的应用中我们所关心的是被测样品的组成或各种物化性质，因此，如何提取这些有用信息是近红外光谱分析的技术核心。现在的许多研究与应用表明，
人工培养蛹虫草的奥秘 虫草的新秀—人工虫草，包括人工培养的蛹虫草和冬虫夏草的子实体、虫草菌丝体等。由于蛹虫草中虫草素含量高，下面着重将蛹虫草所含的成分进行分类，分为膳食营养成分，其他主要营养成分，其中包括维生素、氨基酸以及矿物质元素，也将叙述最重要虫草特有保健功能成分4-1。 1蛹虫草膳食营养成分：最基本的膳食营养成分一般包括：热量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维等的含量。表4-1中列出了蛹虫草子实体100克中的膳食营养素含量。需要说明的是热量：人体不断在消耗能量，食物中蛋白质、脂肪和碳水化合物经过氧化产生热能供身体维持生命，热量在营养学中用"千卡"表示。1千卡是1000克水由15℃升高1度所需要的热量。 表4-1虫草子实体中主要膳食营养成分 成分名称100克中的含量与100克小麦比较 热量292千卡350千卡 蛋白质20.9克9.4克 脂肪 4.7克 1.4克 碳水化合物41.5克75克 膳食纤维20.1克 2.8克 从表1可知，在虫草子实体中，蛋白质、脂肪和膳食纤维含量较小麦高，而热量和碳水化合物含量均低于小麦。 2有机无机活性营养成分: （1）主要维生素含量：人工培养的蛹虫草中，含有丰富的维生素。人体不能自己合成维生素，需要通过饮食才能获得。维生素对人的新陈代谢起调节作用，缺乏维生素会导致严重的疾病，适量摄取维生素可以保持身体强壮健康，但吃的过多对身体也是有副作用的（见表4-2）4-2。 表4-2 虫草子实体中主要维生素成分 成分名称100克中的含量功能 β—胡罗卜素 6.4微克抗癌、预防心血管疾病、白内障及抗氧化、防止衰老引起的多种退化性疾病。 硫胺素 维生素B1 0.37毫克 强化神经系统，保证心脏正常活动，防多发性神经炎 和急性出血脑灰质炎，预防心脏病， 核黄素0.7毫克保护皮肤黏膜，防皮肤溃疡、细菌感染，参与糖、蛋
红外光谱实验报告 一、实验原理： 1、红外光谱法特点： 由于许多化合物在红外区域产生特征光谱，因此红外光谱法广 泛应用于这些物质的定性和定量分析，特别是对聚合物的定性 分析，用其他化学和物理方法较为困难，而红外光谱法简便易 行，特别适用于聚合物分析。 2、红外光谱的产生和表示 红外光谱定义：分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能级跃 迁而产生的吸收信号。 分子发生振动能级跃迁需要的能量对应光波的红外区域分类为： i.近红外区：10000-4000cm-1 ⅱ.中红外区：4000-400cm-1——最为常用，大多数化合物的化键振 动能级的跃迁发生在这一区域。 ⅲ.远红外区：400-10cm-1 产生红外吸收光谱的必要条件： 1）分子振动：只有在振动过程中产生偶极矩变化时才能吸收红外辐射。 ⅰ.双原子分子的振动：（一种振动方式）理想状态模型——把两个 原子看做由弹簧连接的两个质点，用此来 描述即伸缩振动；
图1 双原子分子的振动模型 ⅱ.多原子分子的振动：（简正振动，依据键长和键角变化分两大类） 伸缩振动：对称伸缩振动 反对称伸缩振动 弯曲振动：面内弯曲：剪切式振动 （变形振动）平面摇摆振动 面外弯曲振动：扭曲振动 非平面摇摆振动 ※同一种键型，不对称伸缩振动频率大于对称伸缩振动频率，伸缩振动频率大于弯曲振动频率。 ※当振动频率和入射光的频率一致时，入射光就被吸收，因而同一基团基本上总是相对稳定地在某一特定范围内出现吸收峰。ⅲ.分子振动频率： 基频吸收（强吸收峰）：基态到第一激发态所产生分子振动 的振动频率。 倍频吸收（弱吸收峰）：基态到第二激发态，比基频高一倍 处弱吸收，振动频率约为基频两倍。 组频吸收（复合频吸收）：多分子振动间相互作用，2个或2
一、实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在～1000μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在～μm（波数在13300～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在～50μm（波数在4000～200cm-1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm（波数在200～10cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： 三、仪器和试剂 1、仪器：美国尼高立IR-6700 2、试剂：溴化钾，聚乙烯，苯甲酸 3、傅立叶红外光谱仪(FTIR)的构造及工作原理 四、实验步骤
1、波数检验：将聚苯乙烯薄膜插入红外光谱仪的样品池处，从4000-650cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。 2、测绘苯甲酸的红外吸收光谱——溴化钾压片法 取1-2mg苯甲酸，加入在红外灯下烘干的100-200mg溴化钾粉末，在玛瑙研钵中充分磨细（颗粒约2μm），使之混合均匀。取出约80mg混合物均匀铺洒在干净的压模内，于压片机上制成直径透明薄片。将此片装于固体样品架上，样品架插入红外光谱仪的样品池处，从4000-400cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。 五、注意事项 1、实验室环境应该保持干燥； 2、确保样品与药品的纯度与干燥度； 3、在制备样品的时候要迅速以防止其吸收过多的水分，影响实验结果； 4、试样放入仪器的时候动作要迅速，避免当中的空气流动，影响实验的准确性。 5、溴化钾压片的过程中，粉末要在研钵中充分磨细，且于压片机上制得的透明薄片厚度要适当。 六、数据处理 该图中在波数700~800、1500~1600、2800~2975左右有峰形，证明了该物质中可能有烯烃的C-H变形振动，C-C间的伸缩振动，同时也拥有烷烃的C-H伸缩振动，推测为聚乙烯的红外谱图。 谱带位置/cm-1吸收基团的振动形式 )n—C— n≥4） （—C—(CH 2
红外光谱测试作为一种比较成熟的测试手段，对于材料的定性检测具有重要的作用，应用在许多领域。但是很多人对于红外光谱的检测原理并不是很清楚，下面，我们将进行一些基本原理的介绍。 在了解红外光谱的检测原理之前我们先来看一下什么是光谱分析。 光谱分析是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成，结构或者相对含量的方法。按照分析原理，光谱技术主要分为吸收光谱，发射光谱和散射光谱三种；按照被测位置的形态来分类，光谱技术主要有原子光谱和分子光谱两种。红外光谱属于分子光谱，有红外发射和红外吸收光谱两种，常用的一般为红外吸收光谱。 接下来是红外吸收光谱的基本原理。 分子运动有平动，转动，振动和电子运动四种，其中后三种为量子运动。分子从较低的能级E1，吸收一个能量为hv的光子，可以跃迁到较高的能级E2,整个运动过程满足能量守恒定律E2-E1=hv。能级之间相差越小，分子所吸收的光的频率越低，波长越长。 红外吸收光谱是由分子振动和转动跃迁所引起的, 组成化学键
或官能团的原子处于不断振动(或转动)的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，用红外光照射分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。 红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。 分子的转动能级差比较小，所吸收的光频率低，波长很长，所以分子的纯转动能谱出现在远红外区（25~300 μm）。振动能级差比转动能级差要大很多，分子振动能级跃迁所吸收的光频率要高一些，分子的纯振动能谱一般出现在中红外区（2.5~25 μm）。（注：分子的电子能级跃迁所吸收的光在可见以及紫外区，属于紫外可见吸收光谱的范畴） 值得注意的是，只有当振动时，分子的偶极矩发生变化时，该振动才具有红外活性（注：如果振动时，分子的极化率发生变化，则该振动具有拉曼活性）。
近红外光谱仪器的主要性能指标 北京英贤仪器有限公司销售工程师王燕岭 在近红外光谱仪器的选型或使用过程中，考虑仪器的哪些指标来满足分析的使用要求，这是分析工作者需要考虑的问题。对一台近红外光谱仪器进行评价时，必须要了解仪器的主要性能指标，下面就简单做一下介绍。 1、仪器的波长范围 对任何一台特定的近红外光谱仪器，都有其有效的光谱范围，光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检测器的类型以及光源。近红外光谱仪器的波长范围通常分两段，700～1100nm的短波近红外光谱区域和1100～2500nm的长波近红外光谱区域。 2、光谱的分辨率 光谱的分辨率主要取决于光谱仪器的分光系统，对用多通道检测器的仪器，还与仪器的像素有关。分光系统的光谱带宽越窄，其分辨率越高，对光栅分光仪器而言，分辨率的大小还与狭缝的设计有关。仪器的分辨率能否满足要求，要看仪器的分析对象，即分辨率的大小能否满足样品信息的提取要求。有些化合物的结构特征比较接近，要得到准确的分析结果，就要对仪器的分辨率提出较高的要求，例如二甲苯异构体的分析，一般要求仪器的分辨率好于1nm。[1] 3、波长准确性 光谱仪器波长准确性是指仪器测定标准物质某一谱峰的波长与该谱峰的标定波长之差。波长的准确性对保证近红外光谱仪器间的模型传递非常重要。为了保证仪器间校正模型的有效传递，波长的准确性在短波近红外范围要求好于0.5nm，长波近红外范围好于1.5nm。[1]
4、波长重现性 波长的重现性指对样品进行多次扫描，谱峰位置间的差异，通常用多次测量某一谱峰位置所得波长或波数的标准偏差表示（傅立叶变换的近红外光谱仪器习惯用波数cm-1表示）。波长重现性是体现仪器稳定性的一个重要指标，对校正模型的建立和模型的传递均有较大的影响，同样也会影响最终分析结果的准确性。一般仪器波长的重现性应好于0.1nm。[1] 5、吸光度准确性 吸光度准确性是指仪器对某标准物质进行透射或漫反射测量，测量的吸光度值与该物质标定值之差。对那些直接用吸光度值进行定量的近红外方法，吸光度的准确性直接影响测定结果的准确性。 6、吸光度重现性 吸光度重现性指在同一背景下对同一样品进行多次扫描，各扫描点下不同次测量吸光度之间的差异。通常用多次测量某一谱峰位置所得吸光度的标准偏差表示。吸光度重现性对近红外检测来说是一个很重要的指标，它直接影响模型建立的效果和测量的准确性。一般吸光度重现性应在0.001～0.0004A之间。 7、吸光度噪音 吸光度噪音也称光谱的稳定性，是指在确定的波长范围内对样品进行多次扫描，得到光谱的均方差。吸光度噪音是体现仪器稳定性的重要指标。将样品信号强度与吸光度噪音相比可计算出信噪比。 8、吸光度范围 吸光度范围也称光谱仪的动态范围，是指仪器测定可用的最高吸光度与最低
图1. 干涉法测液池厚度干涉图
图2.润滑油第一次分析所得图谱及峰数据
图3.润滑油第二次分析所得图谱及峰数据
讨论分析： 由公式l=n/(2*(δ1-δ2)) （1） 注：n为干涉图中波峰数目；【δ1 δ2】扫描波数范围大小 结合图1得出如下结果： n=33 δ1=2000cmˉ1δ2=600cmˉ1 l=0.117857mm 可以看出l的值足够小，能够满足实验的需要。 数据处理： 由图2及图3 的数据记录，结合公式（2）~（4）得到如下表格： C A%=10.32*A1610/l+0.23 （2） C P%=6.9*A720/l+28.38 （3） C N%=100-(C A%+C N%) （4） 表1.图2 数据处理表 峰 基点1 基点2 高度面积C A% C P% C N% 液池池程l 名 1 1620.58 1589.15 0.0384 1.29 3.592448 65.8257 2 30.5818 3 0.117857 2 760.16 691.54 0.6396 12.72
表2.图3数据处理表 峰 基点1 基点2 高度面积C A% C P% C N% 液池池程l 名 1 1683.81 1589.94 0.0426 2.71 3.960215 55.52171 40.51808 0.117857 2 736.84 704.4 3 0.4636 5.92 实验注意事项： 1.实验时液体样品池内两盐片的宽度应该始终保持一致。 2.液体样品用注射器注入液体池中，并且要求没有气泡。 3.在第二次重复操作时，应该将液体池和垫片上的溶剂用四氯化碳洗净吹干。 20091161034 文昊 2011年12月5日