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光谱基线校正算法研究与应用进展
王海朋 , 褚小立 , 陈瀑 , 刘丹 , 李敬岩 , 许育鹏
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.201679
基线漂移是拉曼、中红外、近红外以及激光诱导击穿光谱等光谱仪器测量过程中经常出现的问题,会对光谱的定量和定性分析产生不利影响。基线校正是利用数学算法对光谱数据进行预处理的过程,以便于后续的尤其是结合化学计量学方法的光谱定性和定量分析。依据算法原理,常见的基线校正算法包括导数法、迭代多项式拟合法、分段拟合的算法、移动窗口平滑算法、小波变换算法、基于惩罚最小二乘的算法、鲁棒基线估计法。这些算法可在很大程度上消除基线漂移给定量和定性分析带来的不利影响,但各有特点和不足。近年来,针对上述基线校正算法的不足,研究者相继开发了一些改进算法和新型的光谱基线校正算法。改进的算法有自适应最大和最小多项式拟合荧光背景扣除算法、基于子空间向量夹角判定的区间线性拟合算法、动态移动最小二乘多项式平滑算法、确定最优小波分解尺度的能量分布法、自适应迭代重加权惩罚最小二乘算法等;新型的算法包括基于荧光褪色效应原理的荧光褪色差分法、基于图像处理中形态学算子的基线校正方法、基于稀疏表示的同时拟合纯光谱和基线的方法等。这些改进的和新型的基线校正算法进一步改善了光谱质量,提高了光谱定量和定性分析的准确性和稳健性。本文系统评述了光谱基线校正的基本算法、改进算法和新型算法及其应用研究进展,并对其发展趋势进行了展望。
关键词: 化学计量学, 基线校正, 拉曼光谱, 激光诱导击穿光谱, 迭代多项式拟合, 分段拟合, 惩罚最小二乘, 评述
太平洋牡蛎在活品流通过程中的质谱-肽组学分析
陈李品 , 张晓梅 , 胡玲萍 , 毕诗杰 , 林黎明 , 李兆杰 , 张鸿伟 , 薛长湖
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.191444
在实验室模拟太平洋牡蛎保活流通过程,采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用技术(UHPLC-Q-TOF)分析太平洋牡蛎在活品流通过程中内源肽的变化,利用化学计量学方法筛选出各流通阶段的多肽标志物,以期筛选出一组评价太平洋牡蛎活品流通过程中品质变化的新指标。根据肽组学技术对整个活品流通阶段的3个环节(清洗、暂养净化以及无水保活)共7个关键时间点的样品进行内源肽提取,使用UHPLC-Q-TOF分离鉴定,并获得各个流通阶段的肽组轮廓。通过主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)等多元统计分析进行数据挖掘,并筛选出潜在的多肽标志物,经过在线数据库比对,鉴定出多肽氨基酸序列。结果表明,在清洗、暂养净化以及无水保活阶段分别筛选出3、10、8条潜在的多肽标志物。以潜在的多肽标志物DYDPVDK为例,建立可用于日常分析的基于液相色谱-三重四极杆质谱多反应监测(MRM)的分析方法。本研究采用肽组学技术对活品太平洋牡蛎在不同流通阶段的内源肽进行组学表征,筛选出指征不同流通阶段的潜在的多肽标志物,为活品贝类的流通过程提供检测依据。
关键词: 超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱, 太平洋牡蛎, 肽组学, 多反应监测, 活品流通, 化学计量学
基于超高效液相色谱-高分辨质谱联用技术研究冠心病及冠心病合并2型糖尿病患者代谢特征
任繁栋 , 丁筱雪 , 蔡芳 , 任达兵 , 易伦朝 , 张宏
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.191618
采用超高效液相色谱-四极杆-轨道阱质谱联用技术开展冠心病及冠心病合并2型糖尿病患者的血浆代谢组学研究,以探寻冠心病及冠心病合并2型糖尿病患者的代谢特征,为基于代谢组学的临床治疗方案优化奠定基础。本研究鉴定出78种血浆中的内源性代谢物。在代谢物定性与定量分析基础上,结合偏最小二乘-判别分析和变量重要性投影等方法,筛选出20种区分健康人和冠心病患者的潜在特征代谢物、35种区分冠心病及冠心病合并2型糖尿病患者的潜在特征代谢物、37种区分健康人和冠心病合并2型糖尿病的潜在特征代谢物。代谢通路分析结果表明,氨基酸代谢在这两类患者的生理代谢过程中发挥重要作用,而脂肪酸代谢很可能与冠心病合并2型糖尿病相关。
关键词: 冠心病, 冠心病合并2型糖尿病, 超高效液相色谱-高分辨质谱联用技术, 代谢组学, 化学计量学
基于不同链长DNA-金纳米粒子的阵列比色传感器对多种重金属离子的鉴别
边孟孟 , 徐梦 , 袁亚利 , 聂瑾芳
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.191325
构建了一种基于DNA-金纳米粒子(DNA-AuNPs)的无标记比色阵列传感器,用于多种金属离子的鉴别。以不同长度单链DNA(ssDNA)链(15A、30A和45AT)作为非特异性受体,分别与AuNPs结合,构成3个复合体系(15A DNA-AuNPs、30A DNA-AuNPs、45AT DNA-AuNPs),作为此传感器的3个阵列传感元件。在高浓度盐的存在下,不同的金属离子可触发DNA保护的AuNPs显示出不同的聚集行为并呈现各种颜色变化。以紫外-可见吸收光谱作为传感器的响应信号,通过主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)对此比色传感器的响应信号进行分析。实验结果表明,11种不同重金属离子(Ag+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Hg2+、Bi3+、Cr3+)在0.5 μmol/L水平下,通过LDA可得到很好的区分。
关键词: DNA-金纳米粒子, 化学计量学, 多维比色传感器, 重金属离子
离散傅立叶变换用于非连续工业数据分析
孙学辉 , 赵冰 , 骆震 , 孙培健 , 彭斌 , 聂聪 , 邵学广
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.201158
大数据分析是当前的研究热点,但由于大数据在数据结构上的复杂性及数据类型上的多样性,大数据分析方法研究仍是数据分析领域中的挑战性问题。本研究建立了一种用于复杂结构数据预处理和建模的分析方法,并应用于分批次采集、采集密度不同且采集时间不统一的非连续工业生产数据分析。利用傅里叶变换得到不同参数的频谱信息,再利用逆变换按照统一的时间点进行数据重构,既得到了时间上统一的各参数数值,还对数据进行了平滑处理和缺失数据的填补。利用重构数据分别建立了4个产品质量指标与5个产品物理参数和原料性能参数之间的定量模型,4个模型的预测值相对偏差平均值均小于5%。
关键词: 大数据, 数据处理, 傅里叶变换, 建模, 化学计量学
多元光学计算与下一代光谱仪
段潮舒 , 蔡文生 , 邵学广
doi:  10.19756/j.issn.0253-3820.201436
多元光学计算(Multivariate optical computing,MOC)是一种在光学测量过程中利用光学滤波器实现光学计算的方法,基于MOC的分析仪器通过单点检测器即可获得定性和定量分析结果,不需要复杂的仪器设计和繁琐的数据处理过程。MOC的关键是滤波器,需根据分析目标设计合适的滤波器,检测信号可直接反映分析结果。近年来,科研人员不断对滤波器的设计进行优化和改进,光学运算性能不断提高。基于MOC的光谱仪是化学计量学和仪器设计的完美结合,被称为"下一代光谱仪"。本文阐述了MOC方法的发展历史、MOC光谱仪的原理和近年来的主要研究进展,总结了滤波器的设计方法、滤波器的光学器件和MOC光谱仪的应用,探讨了基于MOC的光谱仪在滤波器的设计及光学实现、系统集成等方面面临的挑战。
关键词: 多元光学计算, 多元光学元件, 下一代光谱仪, 化学计量学, 滤波器设计, 评述