多杰扎西 李仲 劉明地
摘要采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對枸杞樣品產(chǎn)地模式進行鑒別。用常規(guī)預(yù)處理方法和小波變換法對紅外光譜原始數(shù)據(jù)進行了預(yù)處理,利用聚類分析對已預(yù)處理后的紅外光譜數(shù)據(jù)進行分析。聚類分析將 12份樣品聚為枸杞主產(chǎn)地和非主產(chǎn)地兩大類,取得了較滿意的分類效果。紅外光譜法結(jié)合聚類分析法可作為枸杞產(chǎn)域分類鑒別的一種新的適用方法。
關(guān)鍵詞枸杞;傅立葉變換紅外光譜;聚類分析
中圖分類號S567;R28215文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611(2014)12-03704-02
基金項目國家教育部春暉計劃(Z2012108)。
作者簡介多杰扎西(1964- ),男,藏族,青?;∪耍淌?,從事分析化學(xué)教學(xué)與科研工作。
枸杞子為茄科植物寧夏枸杞(Lycium barbarum L.)和枸杞(L.Chinese)多年生落葉灌木的干燥成熟果實[1],是名貴的中藥材和保健品。有研究指出,枸杞子有降低血糖、 抗脂肪肝作用,并能抗動脈粥樣硬化[2-3]。枸杞主產(chǎn)于寧夏,甘肅、青海、新疆等地也有分布。青海地區(qū)的枸杞,因得天獨厚的高原地理環(huán)境,具有低脂肪、高蛋白、高纖維、氨基酸組成合理、高多糖和高黃酮等特點,以優(yōu)良的品質(zhì)倡銷國內(nèi)外市場[4]。目前,枸杞的開發(fā)利用已被列為青海重點發(fā)展產(chǎn)業(yè),因而其產(chǎn)地質(zhì)量鑒別十分重要。目前已有枸杞光譜學(xué)鑒定的相關(guān)報道[5-6],但迄今為止,針對青海枸杞產(chǎn)地質(zhì)量的紅外光譜鑒別未見報道。筆者依據(jù)不同產(chǎn)地枸杞紅外光譜數(shù)據(jù),結(jié)合小波變換對紅外光譜數(shù)據(jù)進行消噪和壓縮,采用聚類分析對小波變換處理后的紅外光譜數(shù)據(jù)進行分析,成功地實現(xiàn)了對青海枸杞的產(chǎn)地鑒別。
1材料與方法
1.1材料
1.1.1樣品來源與預(yù)處理。樣品來源:該研究中所用到的12個不同產(chǎn)地的枸杞采自青海主產(chǎn)地柴達木(海西地區(qū))地區(qū),為了比較,也包括寧夏的產(chǎn)品。經(jīng)青海省農(nóng)林科學(xué)院王占林教授鑒定為茄科植物寧夏枸杞(Lyciumbarbarum L.)和枸杞(L.Chinese)多年生落葉灌木的干燥成熟果實,即枸杞。具體產(chǎn)地見表1。
樣品預(yù)處理:采摘的鮮果曬干后,置于普通干燥箱內(nèi)60 ℃干燥至恒重,取出用微型植物粉碎機粉碎裝袋,密封備用。
1.1.2儀器設(shè)備及藥品。儀器:島津公司出品的IRPrestge21型傅立葉變換紅外光譜儀,分辨率為0.5~1.0 cm,信噪比為40 000∶1;檢測器采用新型高靈敏度DLATGS檢測器,可實現(xiàn)FTIR分析的超高的靈敏度和良好的穩(wěn)定性。
藥品:光譜純溴化鉀(KBr),購自天津天光光學(xué)儀器有限公司。
1.2方法
1.2.1不同產(chǎn)地枸杞紅外光譜的測定。按編號依次取已烘干至恒重已粉碎的枸杞樣品過100目篩,并取1 mg過篩后的枸杞粉與100 mg光譜純的溴化鉀在研缽中混合均勻后壓片,置于IRPrestge21型傅立葉變換紅外光譜儀中掃描獲取紅外光譜。測定范圍4 000~400 cm-1,掃描信號累加16次,分辨率4 cm-1。為了降低誤差,譜圖基線采用儀器自帶軟件自動進行多點基線校正和平滑處理。每個樣品平行測定3次,取其平均值作為該樣品的原始光譜。
1.2.2不同產(chǎn)地枸杞紅外光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理。采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換、多元散射校正、導(dǎo)數(shù)校正等常規(guī)紅外光譜的預(yù)處理方法[7],對枸杞紅外光譜進行了預(yù)處理。但總體來說,變換后消噪并不好,效果有限,而改用小波變換,通過優(yōu)選小波母函數(shù)、確定合適的分解層次和消噪的閾值,降噪效果很好[8]。而且成功地實現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)壓縮,數(shù)據(jù)長度由1 868壓縮為241,為原始數(shù)據(jù)的1/8。小波變換重構(gòu)后的壓縮數(shù)據(jù),消去了噪聲,但仍保留了原始光譜數(shù)據(jù)的信息,可以用于化學(xué)計量學(xué)聚類分析方法鑒別枸杞。
2結(jié)果與分析
2.1枸杞紅外光譜的系統(tǒng)聚類分析試驗得出不同產(chǎn)地枸杞的紅外光譜,見圖1。
以枸杞小波降噪和壓縮后的紅外光譜數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化
3結(jié)論
以12種不同產(chǎn)地的枸杞為研究對象,借助紅外光譜,采用小波變換技術(shù),對紅外光譜進行了消噪和壓縮,結(jié)合化學(xué)計量學(xué)聚類分析,建立了系統(tǒng)聚類分析模型。模型經(jīng)驗證,能夠快速地對青海不同產(chǎn)地的枸杞進行鑒別。紅外光譜作為光譜法,與色譜法相比,具有制樣簡單方便、測定快捷、譜圖準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好等優(yōu)點,適合大量樣品的快速鑒別研究,有一定的可靠性和實用性,從而為枸杞分類鑒別、質(zhì)量控制提供了新的適用方法。
參考文獻
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