时间：2023-07-21 17:13:32
导语：在光谱学分析的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
1拉曼光谱在医学检验中的应用
1．1在病原微生物检测中的应用
微生物细胞膜表面有大量已知的生化成分可以看作是微生物的特征性标志，因而可以作为菌种快速识别和鉴定的判断标准。利用拉曼光谱可以在不依赖培养基的情况下直接对患者体内分离下来的或实验室中保存的单一菌种或混合菌群进行快速鉴别及分析［8］。美国华盛顿州的研究人员利用拉曼光谱对从临床患者和医院环境中分离得到的7株副溶血弧菌进行了分析，结果发现7株菌株都有其各自不同于其他菌株的特征峰。他们还将其中2株副溶血弧菌菌株分别按照1∶2、1∶1和2∶1的比例混匀后分别利用拉曼光谱检测，结果显示可以通过2株细菌各自的特征峰将两者明确区别开来，其中一株副溶血弧菌的特征峰出现在了1002cm－1、1177cm－1和1532cm－1处，而另一株副溶血弧菌的特征峰却分别出现在了525cm－1、738cm－1、1319cm－1和1639cm－1处，证明拉曼光谱无论在单一菌种标本还是混合菌群标本中均具有良好的分析鉴定能力［9］。另有研究发现结合使用拉曼光谱和化学计量法可以鉴别微生物的种类及各自血清型，已有实验利用银纳米颗粒作为基底对绿豆芽中的李斯特菌、霍乱弧菌、金黄色葡萄球菌等6种食物源性致病菌进行了拉曼光谱的鉴定和区分［10］。有研究报道对日常生活中主要的食物源性致病菌进行了拉曼光谱分析，从而对细菌进行等级划分，第一级便是区分革兰阳性菌和革兰阴性菌，另外通过各自特征峰区别不同细菌菌属，结果显示各级的识别结果准确度均在91％以上［11］。利用拉曼光谱技术与微流控芯片相结合的办法，毛丽华等人设计并建立了拉曼光谱－微流控芯片自动化检测系统，检测并统计了珠蛋白生成性障碍贫血型红细胞与健康人红细胞的拉曼光谱值，通过在1004cm－1、1130cm－1、1450cm－1等拉曼光谱特征峰的数据对比，发现了珠蛋白生成障碍性贫血型红细胞的血红蛋白宽度较健康人红细胞广，并以此发现了新的快速、便捷的检测珠蛋白生成障碍性贫血的检验医学技术。另有研究者也利用拉曼光谱技术与微流控芯片相结合的办法从十多种细菌混合的菌群中对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌进行了快速分析研究。结果表明耐甲氧西林金黄色葡萄球菌较其他细菌有其独特的拉曼波峰，并且整个检测过程用时只需20s时间，在检验精度上也与传统PCR技术、免疫学检测技术所得到的结果相似［12］。该方法简便快速，安全可靠，非常适合用于卫生稽查部门的快速检验。
1．2在肿瘤检验中的应用
目前在全世界范围内依然没有很好的针对肿瘤的治疗手段，肿瘤的分期对预后起着决定性的影响，那么对肿瘤的早发现、早诊断、早治疗就摆在了尤为突出的地位［13］。在肿瘤组织中，在细胞发生病理学手段可观测到的形态恶变之前，其实已经存在由细胞增殖分裂分化或一些信号蛋白的产生等引起的细胞中遗传物质、蛋白质和脂类的结构和含量改变，而这些细微的改变可以及时通过拉曼光谱检测反映出来［14］。因而在肿瘤检验中拉曼光谱技术具有传统病理学检测所无法替代的功能用途，对肿瘤的早期诊断有巨大帮助。实验证明拉曼光谱可用于癌变组织与正常组织的鉴别。早在1991年就有人率先对拉曼光谱的肿瘤检验学价值进行了报道。他们发现正常乳腺组织与肿瘤组织甚至良性肿瘤与恶性肿瘤的拉曼光谱在700～1900cm－1存在着明显差别，且对应的各自拉曼峰相对强度也存在显著差异［15］。从此掀开了拉曼光谱应用于早期肿瘤诊断的新时代。Gawinkowski等［16］对拉曼光谱技术进行改进设计了快速近红外拉曼光谱检测系统，进一步提高了检测效率，可在5s内快速测得活体皮肤的拉曼光谱。随即该科研团队利用此系统对肺癌组织进行拉曼光谱检测，结果显示肺癌组织的拉曼光谱特征与正常肺组织之间存在明显差别。此后，该科研小组又成功获得了亚洲人种皮肤黑色素组织的拉曼光谱数据。在对胃癌的在体拉曼检测中研究人员将拉曼光谱技术与微型摄像机、图像分光仪、双极管激光发生器等结合建立了新型拉曼内镜系统，也推动了内镜技术的发展［17］。有学者利用激光作为拉曼光谱的激发光源，对15例手术切除且经病理确诊为基底细胞癌的组织标本进行拉曼照射，同时与正常皮肤组织进行对比分析，结果显示通过拉曼光谱检测可以实现对基底细胞癌的高灵敏度诊断［18］。在对鼻咽癌组织和正常鼻咽组织的拉曼光谱比较中也有相似发现，它们在1290～1320cm－1，1420～1470cm－1和1530～1580cm－1这3处波段区间均存在明显特征差异，可以作为鉴别要点。另有研究人员选用830nm波长激光对甲状旁腺腺瘤组织标本及增生组织标本中的结节区域进行拉曼照射，重复了四十多次试验，比较发现二者的拉曼光谱比较相似，但在蛋白质、脂质等某些特定波段仍存在可区别的差异，建立线性分析的数学模型可以很好地将二者区别开来［19］。对人体多处肿瘤组织的拉曼检测均得到了较好的鉴别指标，预示着拉曼光谱在肿瘤学检验中将有宽广的发展空间。
1．3在药物分析检测中的应用
拉曼光谱较早即应用于药物检验领域。早期便有科研人员用共聚焦拉曼光谱仪对盐酸曲马多进行了检测，所获得的拉曼谱带显示图谱峰形良好，峰强明显，可以较准确地反映出盐酸曲马多的化学结构信息［20］。研究人员分析了倍他米松磷酸钠和地塞米松磷酸钠这两种差向异构体的化学结构差异，分别对其固态及水溶饱和态进行了常规拉曼光谱检测，并进一步对以银胶为基底的这两种药物进行了增强拉曼光谱检测分析，成功建立了这两种差向异构体的拉曼区分系统，可以实现其快速区分鉴别的目的［21］。科研人员采用傅里叶变换拉曼光谱法对不同产地且不同采集时间的野生及人工种植黄芩进行了分析研究，结果显示利用该方法对中药材的质量鉴定较传统鉴别方法更快速简便且不会对受检样品造成破坏，值得推广。有学者在前人基础上开创性地将拉曼光谱技术与光纤传感技术相结合，实现了甲硝唑片的快速无损鉴别，尤其适合于药品监管部门对药品快速检验。
1．4在眼部疾病检验中的应用
晶状体是一具有高浓度蛋白质的双凸面透明组织，其内蛋白变化对晶状体功能改变具有决定性作用，对人眼屈光调节也有重要意义。利用拉曼光谱对晶状体蛋白质的亚结构例如：氨基酸亚基、二硫键、羧基、巯基等的分析可以帮助人们更好地认识晶状体及其调节模式。拉曼光谱技术引入眼部疾病的研究首先是测定了牛晶状体中α、β和γ蛋白的拉曼图谱，结果显示α蛋白主要集中于核部而β蛋白主要集中于皮质部［22］。Short等［23］测试了紫外线诱导下的兔白内障晶状体拉曼光谱，结果显示氨基酸残基中的羟基谱线强度显著增加，无法与水形成氢键，从而科学地解释了白内障晶状体中水分的缺失。与此同时，研究中发现了多肽水解物的组成成分邻氨基苯甲酸，暗示着光化学反应可以造成色氨酸残基的下降。综合现有发现，他们提出了紫外线诱导白内障发生的热损伤学说。研究人员测试了诱发哺乳动物白内障的致病性光谱，以6月龄家兔为阴性对照组，以7月龄糖尿病家兔为糖尿病组，对比发现在900～1700cm－1，并无明显差异，而在800～850cm－1两组差异明显［24］。分析后认为诱发晶状体混浊的主要原因是α、β和γ晶体蛋白的不良聚合反应。
1．5在骨科疾病检测中的应用
绝大部分生物样本都有自体荧光，而荧光的强背景会对拉曼光谱造成很大的干扰，从而影响拉曼光谱的准确性。虽然关于引起骨组织光谱背景的物质尚不明确，但很有可能是一些有机基质中的某些非胶原蛋白分子［25］。如果在未处理的情况下，利用拉曼光谱对骨组织的检测很不准确。随后熊义等［26］发现了通过双氧水法降低骨组织光谱背景的方法，从而为拉曼光谱在骨组织中的研究打开了大门。骨组织在发育成熟后其密度与硬度即随生物力学环境的改变而改变，称为骨重建。在人体整个生命进程中，骨质会伴随着有所改变，利用拉曼光谱可以对这一过程进行深入研究。一旦吸收与沉积的动态平衡被打破，则会造成不同类型的骨科疾病。Oshokoya等［27］建立了以拉曼光谱为研究手段的外力作用下的颅缝早闭模型，研究内容涉及颅骨成分、骨质及基质的相对含量和分布。颅缝早闭症是一种由多病因造成的颅缝发育异常综合征，在婴幼儿属于常见疾病，由于颅缝过早闭合，限制了颅腔的容积，不利于智力的发展。结果显示在非轴向压力的作用下成骨区的前端矿物含量相比无压力的状态下有所下降，其原因可能是矿物沉积不完全［28］。在成骨不全症的研究中，有学者利用拉曼光谱证实了成骨不全症小鼠在6月龄后的骨强度增长不是由于骨形态改变引起的，而是由于骨基质的改进而达成的［29］。
2展望
关键词：光谱分析软件天文学研究应用探索
21世纪以来，随着科学技术的不断发展，人们对于科学信息及宇宙探索的渴望，使得天文学以惊人的速度快速发展。天文观测进一步从可见光、射电波段扩展到包括红外、紫外、X射线和γ射线在内的电磁波各个阶段，形成了全波段天文光谱学，并为探索各类天体和天文现象的物理本质提供了强有力的观测手段。
一、光谱分析数据的形成
对于天体光谱分析数据的有效研究表明，光谱分析数据是按照波长的有序排列来表示的天体电磁辐射，是一系列有连续性的数据，在每一处的波长中所对应的的有效流量是不同的。天文学家利用光谱信息软件，可以对宇宙中物质的分布特征进行相关研究及数据收集，同时可以对天体的形成及随时间的演化等重大科学问题进行初步的探索，并为进一步的探索打下坚实的基础。
二、光谱分析数据的特征提取方法
特征提取是光谱分析软件应用中的一个重要环节，也是对光谱数据进行挖掘的重要一步。对于海量天体光谱数据处理的效率及准确性有着重要的影响，这一环节中包括转换和选择两个步骤，首先着重提取与目标有关的信息并进行数据成分分析，剔除与当前任务无关的信息，随后将提取的信息转化为适合分析研究的表达方式，以供研究，在这里主要介绍三种特征的表达方式：统计约简法、特征谱法、谱线法。
2.1统计约简法
这是在目前的实际探索中，应用最广泛的一种提取方式，它的优点是便于操作及使用。使用过程是对天体辐射能量进行分解、重组和取舍，尽可能的去除冗余和噪声，并及时的将信号进行转化。
2.2特征谱法
特征谱法可以看作是人工"光谱"，主要包括两种构造方法：一种是强调频谱特征的准确表征，相关研究者基于观测光谱流量的中值法和几何均值法研究了类星体特征普的构造；第二种是强调对观测光谱近似表达能力，这一方面的相关研究者根据PCA方法研究了恒星特定谱的构造。
2.3谱线法
谱线法的优点是物理意义强，易于解释，但也有其相关的局限性：仪器、波长和流量标定情况对于谱线的描述影响较大等。
三、软件简介
目前应用较为广泛且使用性能好的光谱分析软件有以下7种：
3.1VOSpec软件
VOSpec软件在使用过程中，利用了光谱访问协议，对数据的组织功能强大，用户在使用时可以通过天体名称或坐标在光谱库中进行有效的相关z索。VOSpec软件标准功能主要有光谱分析和拟合光谱能量分布两种，能够为用户提供可靠的光谱处理功能，在有效时间内整合来自不同的数据提供者、波段和元数据光谱。
3.2VOSED软件
通过简单的光谱访问协议，VOSED软件可以进行在线查询光谱信息，并及时合成光谱能量分布。目前，VOSED软件有两种工作模式：单目标模式和多目标模式。单目标模式是指用户在输入目标名称后，VOSED通过数据库现实该目标的的相关信息；多目标模式是指，用户在工作中可以实时的监控查询状态，查询结束后可以创建相关的压缩文件。VOSED的查询界面和显示界面如下图：
3.3Spec View软件
Spec View软件不仅能够读取哈勃空间望远镜的数据格式，还可以读取其他科学设备的光谱，并通过虚拟天文台查询并读取数据。它的功能主要包括：光谱单位转换、数据质量控制、绘图注释、可视化参数自定义、平铺绘图等。
3.4Iris软件
Iris软件主要有NED数据导入、数据可视化和自定义、光谱模型拟合光谱能量分布和非常规数据格式转换工具四个特点。Iris可以读取多个单独的数据源或光谱能量分布，用户可以通过Iris的红移法、插值法、集成法三种方法来创建光谱能量分布。
3.5SPLAT软件
SPLAT软件在工作过程中能够同时读取多个光谱，并进行单个或多个显示。它的功能主要体现在两个方面：查询和下载光谱的简单光谱访问协议；在桌面上使用的简单应用程序传递消息。
3.6CASSIS软件
CASSIS软件主要有谱线认证、构造任何望远镜的理论光谱、比较望远镜数据和和各种模型光谱数据及估计光谱物理参量四个特点，可以通过简单应用程序消息传递协议使数据在不同的天文软件间传递和交互操作。
3.7ASERA软件
ASERA软件的特点：谱线能够随鼠标而动，同时红移值自动给出；自定义可视化；批处理程序，可以同时处理多个光谱；光谱平滑等。用户借助ASERA软件可以轻松识别光谱和估测红移，尤其对低质量光谱的识别。
结束语：
在未来的天文学发展中光谱软件的应用会越来越广泛，相信随着天文学家和研究者的互动，光谱分析软件会朝着方便快捷、强大有效的方向继续发展。
参考文献：
[关键词]皮肤血管病变；面部毛细血管扩张；窄谱强脉冲光；Nd：YAG激光长脉宽1 064nm
[中图分类号]R730.57 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2014）13-1083-04
皮肤血管性病变为皮肤科常见病症，常见的有血管瘤、微静脉畸形、毛细血管扩张等。由于血管性病变可能累及毛细血管、静脉或者动脉，病变的范围和深度各有不同，虽然目前有多种激光可以治疗，但疗效各异。2013年8月～2014年2月，笔者科室尝试采用窄谱强脉冲光联合长脉宽1 064nm激光治疗皮肤血管性病变，取得了满意疗效，现将结果报道如下。
1 资料和方法
1.1一般资料：血管性病变患者共214例，其中男47例，女167例，年龄1个月～53岁。病例类型：血管瘤133例，微静脉畸形56例，毛细血管扩张25例。本组选取的病例：血管性病变处于增生期或静止期，而处于消退期或已有其他类型激光、冷冻、注射、放射敷贴等治疗史者均不列入本研究。血管瘤患者治疗前先行彩色B超检查，明确瘤体的范围大小和深度（厚度）；微静脉畸形进行病理活检，以明确诊断，并进一步了解病变内血管情况，作为激光治疗前参数设定依据。毛细血管扩张的病例，包括炎症性毛细血管扩张和点阵激光术后面部红斑。病变部位每次治疗前行相同的数码相机拍照，选择相同的拍照环境、光线及相机参数。
1.2仪器参数及方法：用辉煌TM 360工作平台（以色列飞顿激光公司生产），窄谱强脉冲光波长500～600nm，光斑面积3cm2，能量密度5～15J/cm2，脉宽选择10ms、12ms或15ms。Nd：YAG激光长脉宽1 064nm，根据血管病变的深度和血管管径的大小选择2.0mm或6.0mm光斑，能量选择30～450J/cm2，脉宽分别为10ms、15ms、45ms和60ms。
1.2.1血管瘤的治疗：术前B超排除动静脉漏的血管畸形。首先采用LP 1 064nm激光治疗，光斑的选择：病灶厚度大于1mm，选择6mm光斑，小于1mm的病灶可选择2.0mm的小光斑；能量选择：起始能量160J/cm2，超过2.0mm厚度的病灶则中央位置为180～200 J/cm2；脉宽的选择：随着能量、密度的增加，视病灶厚度选择40ms或60ms脉宽。散在点状发射能量，不重叠，观察可见病灶点状变灰。然后用窄谱强脉冲光治疗，脉宽15ms，能量密度8J/cm2，照射一遍。
针对各种病变类型做相应调整，根据病变的厚度选择脉宽及能量。治疗后以达到血管病变表面变灰、萎缩，予以冰块冷敷止痛、减轻水肿。病变厚度大于1mm时，长脉宽1 064nm激光可选择6.0mm的大光斑，脉宽适当延长至60ms；而厚度小于1mm的病变可选择2.0mm的小光斑，脉宽40ms，然后应用窄谱强脉冲光治疗，能量选择应慎重，可以从低能量开始，逐渐加大至病变反应变灰。
1.2.2微静脉畸形的治疗：根据微静脉畸形的外观、充血反应、病变的厚度以及病理检查的结果，选择适当的激光参数。浅层的微静脉畸形（鲜红色）应用窄谱强脉冲光治疗，颜色较深（紫红色）和增厚型的微静脉畸形联合应用长脉宽1 064nm激光和窄谱强脉冲光，治疗方法与上述血管瘤基本相同。
1.2.3毛细血管扩张的治疗：对于毛细血管扩张性红斑、酒糟鼻以及点阵激光术后皮肤发红的患者，病变大部分相对表浅，则使用窄谱强脉冲光治疗，选择脉宽15ms，能量8J/cm2，照射一遍，病灶即刻反应会更红，约3天后逐渐消退；炎症性病变局部可能加深，病变较厚则需要联合应用窄谱强脉冲光和长脉宽1 064nm激光进行治疗。由于病灶相对较浅，长脉宽1 064nm激光的能量
1.3疗效评定及标准：通过临床观察和测量病变的颜色、范围，直尺和方格尺测量，数码照片的对比，血管瘤病变可以根据皮损表面消退情况及复查彩色B超，客观检查血管瘤的范围和深度的改变。微静脉畸形和毛细血管扩张则根据测量病变的范围，加上治疗前后照片的对比，由专业医生判断病变消退的程度，以及出现并发症的情况。治愈：病变消退>90%；显效：病变消退60%～90%；有效：病变消退30%～60%；无效：病变消退
2 结果
2.1治疗结果：本组病例中血管瘤经过1次联合治疗可见病灶变浅及部分消退，4周后重复治疗，大部分病例经过2～3次治疗病变完全消退；微静脉畸形需要2～6次治疗；毛细血管扩张激光治疗1次即可见病灶消退。本组病例分别经过1～6次治疗后门诊随访观察3～6个月。治愈87例（40.65%），显效115例（53.73%），9例有效（4.20%），总有效率94.38%。典型病例治疗前后照片见图1～4。
2.2不良反应：治疗中出现水疱13例、紫癜10例、色素沉着6例，偶见色素脱失2例，溃疡和瘢痕各有1例（可能与光斑重叠或能量过大有关），水疱和紫癜均在1～2周消退，色素沉着2～3个月消退，色素部分脱失随时间逐渐恢复。
3 讨论
3.1 皮肤血管性疾病较为常见，表现为病理性的血管增生和扩张，通常可以分为血管性肿瘤和血管畸形[1]。血管瘤好发于婴幼儿，头面部常见，表现为红色、柔软的肿块，如草莓状，部分位于皮下的柔软肿块，B超检查可见血管密集，常存在血管畸形[2]。血管瘤有增生或消退的过程，目前提倡积极治疗，尤其对于生长较快的血管瘤。微静脉畸形旧称鲜红斑痣，表现为皮肤的红色斑块，先天性，好发于面、颈部，色斑不规则，边界清楚，压之部分退色，可见毛细血管扩张，随着年龄增长，后微静脉扩张，颜色加深变红，变紫，皮肤增厚并出现结节[3]。皮肤反应性潮红、炎症导致的局部病变（如酒渣鼻）、点阵激光磨削治疗后皮肤长期的发红，都可以是毛细血管扩张，影响患者的容貌。
3.2窄谱强脉冲光的特性：根据选择性光热作用理论[4]，激光照射血管性病变后，氧合血红蛋白特异性吸收激光能量，发生变性或凝固，红细胞变形，产生正铁血红蛋白，红细胞膜损伤，与内皮细胞凝固，导致血管闭塞。氧合血红蛋白的吸收峰为418nm、 542nm和577nm[5]。窄谱强脉冲光的波长为500～600nm，它同时包含两个氧合血红蛋白吸收峰，从而大大增强了治疗效果。窄谱强脉冲光采用大光斑，能量分布均匀，不易产生花斑，它的序列脉冲模式使升温更平稳、治疗更安全，不易产生紫癜和水疱。由于窄谱强脉冲光波长相对较短，它主要针对表浅的血管性病变[6]。
3.3 长脉宽1 064nm激光的特性：氧合血红蛋白在800～1100nm之间有另外一个相对较弱的吸收峰， 1 064nm则位于这个吸收峰内。虽然氧合血红蛋白对1 064nm的吸收较542nm 和577nm少，但是增加激光的波长可以增加激光的穿透深度，同时加长脉宽，可以更有效地达到深层血管。Nd：YAG激光长脉宽1 064nm波长可以穿透皮下5.0～6.0mm，其脉宽一般在10～100ms时可凝固直径较大的血管，对于皮损较厚或较深的血管瘤和静脉畸形具有显著的疗效[7]。长脉冲1 064nm激光可以治疗较深层的血管瘤和微静脉畸形的真皮血管畸形[8-9]。
3.4 联合应用的治疗效果：临床常见的皮肤血管性病变，除了包含表浅的血管病变，也可能含有较深层的血管扩张。以往笔者单独应用脉冲染料激光、长脉宽1 064nm激光或者强脉冲光（IPL），常常需要反复多次治疗。脉冲染料激光和长脉宽1 064nm激光容易产生水泡和紫癜，能量过大则造成皮肤破溃，从而形成瘢痕，甚至影响容貌。IPL难以作用到深层的血管病变[10]。根据血管瘤和血管畸形的血管特性，笔者根据现有设备的特性，采用窄谱强脉冲光和Nd：YAG激光长脉宽1 064nm联合应用。先用1 064nm激光，穿透治疗深层血管，然后应用窄谱强脉冲光继续照射血管病变，使得病变血管进一步收缩、凝固，达到治疗效果。
本组病例治疗结果显示如下特点：①达到治愈和显著疗效的治疗次数明显减少。血管病变经过两种激光的联合治疗，加快了病变血管的闭合，大部分病例2～4次即可达到治愈或显著效果；②血管性病变的治愈率大为提高。窄谱强脉冲光和激光的联合治疗，同时兼顾了深、浅部位的血管病变，治疗效果大为提升；③出现并发症的情况轻微。窄谱强脉冲光的波长更加集中，选择性治疗的针对性较强，而正常皮肤组织吸收不多。应用Nd：YAG激光长脉宽1 064nm时选择能量密度应由小到大逐渐增加，光斑不要重叠。本组研究的病例中没有出现溃疡或明显的瘢痕，这对于婴幼儿，尤其头面部的治疗更为关键。笔者认为，窄谱强脉冲光和Nd：YAG激光长脉宽1 064nm联合应用，可以相互取长补短，既增加了疗效，又缩短了治疗次数，在血管性病变的临床治疗上值得推广应用。
[参考文献]
[1]Gao K，Huang Z，Yuam KH，et al. Side-by-side comparison of photodynamic therapy and pulsed-dye laser treatment of port-wine stain birthmarks[J].British J of Dermatol，2013，168（5）：1040-1046.
[2]Fadi EM，Deepak G，Marco C，et al.Peripheral vascular tumors and vascular malformations： imaging （magnetic resonance imaging and conventional angiography）， pathologic correlation and treatment options[J].International J of Cardiovascular Imaging，2013，29（2）：379-393.
[3]张歌，杨建申，陶宇，等.595nm脉冲染料激光治疗鲜红斑痣2978例[J].实用医药杂志，2012，29（11）：1004-1005.DOI：10.3969/j.issn.671-4008.2012.11.031.
[4]Anderson RR，Parrish JA.Selective photothermolysis：precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation[J].Science，1983，4596：524-527.
[5]Tanzi EL，Lupton JR，Alster TS.Lasers in dermatology four decades of progress[J].J Am Acad Dermatol，2003，49（1）：1-31.
[6]杨建申，张歌，陶宇，等.不同方法治疗微静脉畸形疗效比较[J].中国美容医学，2012，21（10）：1797-1798.
[7]周国瑜，沈玲悦，田克斌，等.长脉宽可调脉宽 Gentle YAG 1064nm 激光治疗颌面部血管瘤113例效果评估[J].上海口腔医学，2006，15（3）：250-253.
[8]Yang MU，Yaroslavsky AN，Farinelli WA，et al.Long-pulsed Nd：YAG laser treatment for port-wine stains[J].J Am Acad Dermatol，2005，52（3）：480-490.
[9]刘华绪，任秋实.长脉宽1064nmNd：YAG激光治疗血管性皮肤病的原理及其应用[J].中国麻风皮肤病杂志，2006，22（7）：588-591.
关键词：微波消解；电感耦合等离子体质谱；肉及肉制品；重金属
Abstract： A method for the simultaneous determination of 7 trace elements （lead， arsenic， cadmium， chromium， selenium， mercury， and nickel） in meat and meat products by inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS） with microwave digestion was established. Samples were pretreated by microwave digestion and determined by ICP-MS with rhodium （Rh） as the internal standard. The microwave digestion conditions and the instrumental parameters were optimized. It was found that the instrumental signal drift and matrix effect could be overcome by using the internal standard method. The developed standard curve was linear in the range of 0 to 20 ng/mL， with a correlation coefficient of more than 0.999. The recoveries of the analytes in spiked samples ranged from 89.4% to 98.9% and the precision expressed as relative standard deviation was less than 5%. The limits of detection for the trace elements were all lower than those stipulated in the Chinese national standards. The proposed method was rapid， accurate， reliable， sensitive and suitable for simultaneous multi-element analysis of meat and meat products.
Key words： microwave digestion； inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）； meat and meat products； heavy metal
中图分类号：TS254 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2015）03-0027-03
doi： 10.7506/rlyj1001-8123-201503007
人民生活水平日益提高的今天，食品安全问题已经成为人类共同关注的焦点，由于环境、运输、各种加工助剂污染造成各种食品的污染物含量超标问题也逐渐凸显，这其中尤以重金属污染为重[1-4]。重金属是指密度在
5×10-3 kg/m3以上的金属，主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）、砷（As）、锌（Zn）、锡（Sn）等[5-7]。肉及肉制品作为人类赖以生存的动物蛋白的良好来源，其食用安全性关系到千家万户的生命健康，其中重金属的污染也有众多途径[8]，其一动物从环境中摄取的重金属通过食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千上万倍的富集起来，通过加工成肉制品后进入人体内，其二来自于畜产品及其制品在生产加工、贮藏运输过程中出现的污染等途径带来的重金属也会在最终产品中残存和富集，有毒重金属具有排出困难的特点，一旦在体内沉淀会给身体带来很多潜在危害。因此检测其肉及肉制品中重金属残留的重要性不言而喻[9-14]。
目前对于重金属等无机化学分析的仪器主要有原子吸收光谱仪（atomic absorption spectroscopy，AAS）、原子荧光光谱仪（atomic fluorescence spectrometry，AFS）、电感耦合等离子体发射光谱（inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer，ICP-AES）和电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）等[9-14]。电感耦合等离子体质谱法具有一次进样可同时测定多种元素的优点[15-16]，该法具有效率高，所有待测元素可同时测定；分析速度快，重复测定7 个元素3 次只需2～3 min；检出限低，大多数元素检出限为ng/kg或μg/kg；精密度高等诸多优点[17-19]。结合微波消解的前处理手段则采用HNO3-H2O2体系，样品消化完全，待测溶液中含有的硝酸介质对ICP-MS法的测定干扰少[20]。该方法的建立对指导各检测机构对肉及肉制品中重金属的检测及监督市场状况有及其重要的意义[21]。
[7] 李冰， 杨红霞. 电感耦合等离子体质谱技术最新进展[J]. 分析实验室， 2003， 22（1）： 94-100.
[8] 赖增龙. 浅谈腊肉制品中砷铅汞镉的危害及其测定方法研究[J]. 中小企业管理与科技旬刊， 2014（20）： 217.
[9] 毛红， 刘丽萍， 张妮娜， 等. 应用ICP-MS与AAS测定食品中铅、镉、铜方法研究及比较[J]. 中国卫生检验杂志， 2007， 17（11）： 1954-1956.
[10] 金鹏飞， 宋丽洁， 邹定， 等. ICP-MS同时分析中药材中7 种微量元素的方法研究[J]. 中国药学杂志， 2007， 42（21）： 1660-1664.
[11] HELEN J， REID A， ABDUL A， et al. Determination of lodine and molybdenum in milk by quadrupole ICP-MS[J]. Talanta， 2008， 75： 189-197.
[12] 王丙涛， 颜治， 林燕奎， 等. ICP-MS 检测奶粉中多元素的干扰研究[J]. 光谱实验室， 2010， 27（2）： 720-723.
[13] 刘平， 董速伟， 李安运， 等. ICP-MS 在稀土元素分析中的应用[J]. 有色金属科学与工程， 2011， 2（3）： 83-87.
[14] 王小平， 马以瑾， 伊藤光雄. 密封消解ICP-AES和ICP-MS测定中日两国茶叶中23种矿质元素[J]. 光谱学与光谱分析， 2005， 25（10）： 1703-1707.
[15] 戴京晶， 刘奋， 梁伟， 等. ICP-MS法分析禽类肉中10种元素[J]. 现代预防医学， 2014， 36（6）： 877-879.
[16] 陈登云. ICP-MS技术及其应用[J]. 现代仪器， 2001（4）： 8-11.
[17] 陈国友. 微波消解ICP-MS法同时测定蔬菜中14种元素分析[J]. 测试学， 2012， 26（5）： 742-745.
[18] 兴丽， 王梅， 赵凤敏， 等. ICP-MS两种模式下测定亚麻籽中微量元素及其不确定度评定[J]. 光谱学与光谱分析， 2014， 34（1）： 226-230.
[19] 诸遥 王君. 微波消解-ICP-AES/ICP-MS 测定大米中微量元素[J]. 中国测试， 2010， 36（1）： 53-56.
【关键词】 叶绿素 SPAD Ardunio
植物是陆地生态系统的基本组成成分，约占地球陆地表面的70%，是人类及一切生命的摇篮。叶片作为植物机体的最重要组成部分，它不仅是光合作用的主要场所，而且在果实成熟过程中充当了重要的角色。绿色植物的各项生理活动中，光合作用是最主要的生理活动之一，它将光能变成电能—电能变成活跃的化学能——活跃的化学能变成稳定的化学能，光合作用过程中，叶绿素起着至关重要的作用[1]。叶绿素是人们研究的最早也是目前做的最多的叶片生化参数之一，作为叶片的主要吸收光能的物质，也是氮元素的主要体现物质之一。叶片叶绿素含量也反映了植物对营养元素的需要当植物受到环境胁迫或者是在衰老的过程中叶片中叶绿素含量会比其他色素更快的下降。可以说，其含量准确快速的检测对植物的光合效率、发育阶段、营养状态的判断具有重要的意义。叶片叶绿素含量的变化对理解植物生长状态，环境变化具有重要的指示作用，在指导农业生产、监测农作物长势和估产、分析农田水肥状况以及植物精细分类等诸多方面也具有重要意义[2，3]。
本文针对这种需要研制了一种基于Arduino的叶绿素含量光学检测仪器，实现了对植物叶片叶绿素含量的无损、快速检测。
1 测量机理
1.1 传统方法
传统方法获取叶片叶绿素含量大都采用外观诊断和化学分析法。外观诊断法的优点是直观、简单、方便，在农业生产中普遍应用。但是这种方法是事后性的，起不到主动预防的作用；且由于此种诊断仅凭经验判断，处于定性或半定量阶段；这种外观症状又易与物理损伤相混淆，所以在实际应用中有很大的局限性和延后性[4]。化学分析法是获得植物生化组分信息最准确、可靠的方法，在实验室里这种方法是非常有效的，也是其他研究植物生化组分方法的技术参数依据。但是这种分析方法是破坏性的，从样本的采集、烘干、称重、研磨直到使用都使有潜在危害性的药品进行测试，需要耗费大量的时间、人力、物力和财力，结果也不具有实时性。而且实验室化学分析需要有经验的专业分析人员和大量的分析试剂与设备，在很多情况下不具备这些条件，特别是发展中国家，因此在农业实际生产中这种方法是不可行的。
1.2 光学检测方法
叶绿素检测仪是根据叶绿体色素提取液对可见光谱的吸收，利用分光光度计在某一特定波长测定其吸光度，即可用公式计算出提取液中各色素的含量。根据朗伯——比尔定律，某有色溶液的吸光度A与其中溶质浓度C和液层厚度L成正比，即：
A=αCL （1）
式中：α比例常数。当溶液浓度以百分浓度为单位，液层厚度为1 cm时，α为该物质的吸光系数。各种有色物质溶液在不同波长下的吸光系数可通过测定已知浓度的纯物质在不同波长下的吸光度而求得。如果溶液中有数种吸光物质，则此混合液在某一波长下的总吸光度等于各组分在相应波长下吸光度的总和。这就是吸光度的加和性[5]。欲测定叶绿体色素混合提取液中叶绿素a、b和类胡萝卜素的含量，只需测定该提取液在三个特定波长下的吸光度A，并根据叶绿素a、b及类胡萝卜素在该波长下的吸光系数即可求出其浓度。在测定叶绿素a、b时为了排除类胡萝卜素的干扰，所用单色光的波长选择叶绿素在红光区的最大吸收峰。
1.3 叶绿素仪
叶绿素检测仪简称为叶绿素含量仪或者叶绿素测量仪，是通过测定spad值来显示植物绿色程度的仪器。SPAD502叶绿素含量仪是叶绿素测量仪中最高端的仪器，它通过测定SPAD值，相关的实验证明SPAD值与叶绿素含量成正比关系，因而SPAD值代表叶绿素含量。但该仪器主要依赖进口，加个偏高。
2 测量系统搭建
2.1 Arduino开发板
Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Ardunio板）和软件（Arduino IDE）。Arduino，是一个基于开放原始码的软硬体平台，构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java，C语言的Processing/Wiring开发环境。
2.2 系统实现
该仪器主要由单色光源、光电探测器、光源驱动电路、信号调理电路和微控制系统等部分组成，仪器框图如（图1）所示。
单色光源发光照射叶片，光电探测器检测到带有叶绿素信息的光强信息，并转换成电信号，经信号调理电路后满足转换器的要求，微控制系统完成对数据的采集、计算、存储和显示等功能。微控制系统主要包括单片机、A/D转换器、数据存储模块、监控电路、串口通信、时钟电路、和按键等。
由于Arduino编程的便捷性，仅需要极少代码即可实现。部分代码如下，led1pin与led2pin分别为敏感波长与参比波长的LED二极管所连接到板上端口（表1）。
3 仪器标定
3.1 仪器标定实验
采用SPAD-502叶绿素仪测定叶片叶绿素SPAD值作为标准值，该仪器测量精度优于0.1 SPAD。采用本文研制的仪器实现对叶片吸光度值的测量。测量对象为同一种植物的30个叶片，并且摘于不同植株，这些叶片的厚度相差不大，主要位于一个植株的中间部位。植物叶片摘于实验前的30分钟，以清水冲洗，保证不同叶片样本测量位置的一致。同一叶片样本重复测量3次，取平均值作为该叶片的SPAD值。
3.2 标定模型和性能评价
将上面采集到的每个叶片的吸光度和叶绿素浓度标准值对应的3次测量数据分别进行平均，作为最终的测量值，共得到30组数据，同时采用本文所研发仪器进行同样测量，30组叶片样本两种测量数据如（图2）所示。以SPAD-502叶绿素仪测定叶片叶绿素SPAD值作为标准值，则本文仪器的测量均方根误差为2.7 SPAD。
4 结论
本文开发了一种基于Arduino的植物叶片叶绿素含量光学检测仪器，该仪器操作简单、体积小、携带方便、精度高。由于采用Ardunio开发板，从而在一定程度上简化了装置结构、降低了成本。采用该仪器对叶片进行测量，将得到的测量结果与SPAD-502叶绿素仪测得的结果进行对比，误差为2.7 SPAD。实验结果表明，该仪器测量精度高，稳定性好，能够满足对叶绿素浓度测量的应用要求，可以实现叶绿素浓度的快速、无损检测。
参考文献：
[1]李庆波，徐玉坡，张超航，张广军，吴瑾光.基于光谱技术的植物叶绿素浓度无损检测仪器的研制.光谱学与光谱分析，2009（10）：875-2878.
[2]Cen Haiyan， Shao Yongni， Song Haiyan， et al. The 8th International Conference of Signal Processing， Gruilin China， IEEE Press，2006.215.
[3]张东彦，刘镕源，等.应用近地成像高光谱估算玉米叶绿素含量[J].光谱学与光谱分析.2011（3）：771-775.
关键词：土壤中；重金属检测；样品前处理技术
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.081
在样品化学分析技术中，导致分析产生最大误差的是样品前处理，因为仪器本身产品误差的可能性相对较小。不同前处理技术在对同一样品进行操作时，所获取的最终结果也会有一定区别。所以，在样品前处理技术中提出一个更加快速、简单的操作方法是当务之急。
1 湿法消解
湿法消解是将氧化性强酸加入到样品中，通过对有机物的加热破坏，达到待测无机成分的释放，最终形成稳定的无机化合物用于实际分析。湿法消解是目前较为简单的一种操作技术，故被广泛用于土壤中重金属检测样品前处理。
1.1 湿法消解的试剂选择
在实际操作中，湿法消解主要使用几种试剂，第一是盐酸；第二是硝酸；第三是高氯酸；第四是氢氟酸。首先，盐酸是一种效果较强的试剂，其在高温高压下的多种物质，如硫酸盐和硅酸盐等都能和盐酸形成可溶的盐酸盐。其次，硝酸是一种强氧化剂，实验室通常对其应用重金属元素的释放样品中，并形成可溶性的硝酸盐。再次是高氯酸，其也具有很强的氧化性，不仅能形成金属反应，还能对有机物进行消解，但需要注意的是高氯酸在热浓条件下，很容易与氧化过的无机物产生爆炸。最后是氢氟酸，其是一种有效溶剂，能对硅基物料进行有效溶解，并将其转化为能挥发的SiF，之后需要对相关元素加以检测。
1.2 湿法消解技术现状
总的来说，湿法消解是一种操作简单的技术，几乎所有实验室都能通过其进行样品前处理，但其中还是存在一些需要化的问题。第一，湿法消解主要是一种氧化法应，其在过程中需要消耗大量时间，通常需要五到十小时左右，主要根据检测样品的成分来决定。湿法消解所常用的四种酸实际都属于相对危险的物质，其中的高氯酸更有可能产生爆炸的可能，氢氟酸的缺陷在于会腐蚀玻璃，如果操作不当会对仪器造成损害。电热板加热消解，石墨消解仪加热时间在十个小时左右，时间长，消解不彻底，消解后的溶液常有残渣，用仪器进行分析测试时容易堵塞进样的毛细管，全自动石墨消解，自动设定升降温，加酸，定容，摇匀等程序，消解时间在五六个小时，时间短，消解也彻底，消解后的溶液澄清明亮，解放了人力，适合批量样品的消解，一批最多可消解60个样品。
2 干灰化法消解
2.1 干灰化法消解的原理
高温灼烧是干灰化法的主要方式，以利于分解氧化有机物，再测定所剩下的无机物。在利用干灰化法进行样品前处理时，温度需要及时调整，其能对不同元素产生影响。为了提升干灰化法的灰化时间，实验中通常会加入一些试剂，第一是HNO3；第二是Mg（NO3）2等灰助剂，由于加入试剂的不同对元素产生的作用也会有相应的区别。
2.2 干灰化法的现状
干灰化法是通过高温氧化样品中的有机质，其操作方法容易，需要使用的试剂也较小，不会形成太大的样品污染。同时，干灰化法要实现分析样品准确度的提高，还可以通过称样量的增加来实现。但是干灰化法也有需要优化的问题，通常，灰化需要持续六小时以上，如果最终灰化效果不理想还可能需要及时进行降温，然后将混酸加入继续灰化。
3 微波消解
3.1 微波消解的操作原理
根据各自应用方法的情况来看，微波消解操作技术在实践操作中具有如下几个特点：第一，消解能力强；第二，样品污染少；第三，分析结果准确，也是其拥有的独特优势，从而是土壤中重金属检测样品前处理的一种常用方法。微波消解技术和传统加热有一定的区别，其是属于内加热，通过微波能达到快速的深层加热，微波的变交磁场会随机产生并极化介质分子，高频磁场促使极性分子交替进行排列，最终分子高速震荡。同时，震荡因为分子的分子间和热运动受到影响，以此获取很高的能量。这种相互作用导致样品表面层产生破裂，形成酸反应和新的表面层，以达到快速溶解样品的效果。
3.2 微波消解技术的现状
在先进技术应用越来越广泛的情况下，微波消解技术的合理应用，是提高其检测结果准确性的重要途径。当前，通过其实践操作，可以总结出如下几个方面的优势，第一是，快速加热且具有高温，并具有很强的消解功能，使样品溶解时间有效缩短。同时，微波的加热是直接实施到样品，能使高温高压在罐内快速形成，要对样品进行消解只需要十分钟左右即可完成，比干灰化法和湿法消解都效率很多。第二是，所需耗费的酸较少，空白值低。通常情况下，微波消解所需要的酸溶剂只需10ml就能完成一个样品，不仅降低试剂的使用率，还能降低由于试剂所形成的干扰，并有效减小空白值。第三是，样品挥发得到有效控制，湿法消解加热是通过电热板，其缺点是挥发性极易损失，而微波消解是在密封的罐内进行，在消解过程中不会出现样品的挥发，并能使结果准确性有效提高。
4 结束语
总而言之，土壤中重金属检测样品前处理技术是一个十分重要的环节，其能对分析结果的准确性产生很大影响。要达到统一重金属样品前处理技术还需要大量分析人员们进一步探索和研究，将几种方法的优势进行综合，并有效避免其存在的弊端，以提出一种高效、简单且不会对样品产生污染的处理方法。
参考文献 ：
[1]杨桂兰，商照聪，李良君等.便携式X射线荧光光谱法在土壤重金属快速检测中的应用[J].应用化工，2016，45（08）：1586-1591.
关键词：红外光谱特征峰；二次求导；关节软骨；胶原蛋白；蛋白多糖
中图分类号：O433； O657.3 文献标志码：A 文章编号：1005-2615（2015）03-0421
Fourier Transform Infrared Spectroscopic Imaging and Analytical Method of Articular Cartilage
Wu Yuechao，Yin Jianhua，Liu Yu，Mao Zhihua
Abstract： As a novel and effective spectroscopic analytical tool， Fourier transform infrared spectroscopic imaging （FTIRI） can obtain composition and structure information of samples at high resolution and has been applied in biornedical photonics field. FTIRI is employed to analyze the characteristic IR bandS of principal components of five articular cartilages and their attribution by integrated and second derivative methods. The depth dependent profiles of integrated absorbance and second derivative spectral intensity of thesc IR bands are lineally fitted to those of the concentrations of collagen and proteoglycan that are predicted by principal component regression algorithms. The correlation coefficients by linear fit Suggest that the correlation coefficient （R）between the integrated absorbance of amide Ⅰ （amide Ⅱ）and collagen concentration （RA-amide Ⅰ & RA-amide Ⅱ） is much higher than that between amide Ⅲ absorbance and collagen concentration （RA-amide Ⅲ），namely， RA-amide Ⅰ，RA-amide Ⅱ>RA-amide Ⅲ，as well as the correlation coefficient between the second derivative spectral intensity of sugar band and PG concentration better than that between integrated absorbance of sugar band and PG concentration， RD-sugar>RA-sugar.It is concludedthat the integrated intensities of amide Ⅰ and amide Ⅱ are very suitable to qualitatively represent the content and depth dependence of collagen. The second derivative spectral intensities of sugar band is much fit to represent the contents and depth dependences of PG， respectively. The integrated or the second derivative spectral intensity of amide Ⅲ band is unfit to represent either collagen or PG content in cartilage. This study provides a simpler and quicker method for the investigation on cartilagc and early-stage osteoarthritis， which will be helpful for the diagnosis and recovery monitoring of early-stagc osteoarthritis.
基金项目：国家自然科学基金（61378087）资助项目；高等学校博士学科点专项科研基金（20133218120017）资助项目；南京航空航天大学2014～2015年本科专业建设（1403ZJ04XX03）资助项目。
收稿日期：2015-03-02；修订日期：2015-04-28
Key words： infrared characteristic band； second derivative； articular cartilage； collagen； proteoglycan
关节软骨覆盖在骨关节的连接表面，表面光滑，辅以关节滑液，有利于减少相邻两骨的摩擦，并具有承压和缓冲运动时产生的震动等重要作用。这些重要的生理功能主要是由关节软骨特殊成分的生理结构决定。它主要由Ⅱ类胶原蛋白（Collagen Ⅱ）、蛋白多糖（Proteoglycan，PG）、水和少量的无机离子组成。胶原蛋白构成纤维网络的基本网络结构，保证了关节软骨的抗拉刚度和强度，从而有效地固定住PG。而后者则能更好地保证软骨的弹性、耐压性和持久性。正是由于二者的有机组合（构成软骨基质），从而可以有效地保持水的含量以及与滑液的离子交换，承载人体运动和负重。一旦关节软骨的主成分含量和结构发生变化，则可能诱发骨关节炎（即关节软骨退化病变）等关节疾病。目前该类疾病仍不能很好地治愈和根除，已经成为影响人们健康的一大医学难题，所以非常有必要对关节软骨和骨关节炎进行更深入的研究，以便更有效地预防和治疗该疾病。
目前对骨关节炎的原发性原因仍然不明，还有许多问题需要探索，其中就包括胶原纤维的结构破坏和PG的含量损失以及二值之间的因果关系等。这些涉及到关节软骨的精细（微）结构、主成分含量分布的研究，将有利于实现对关节组织退化和修复过程的监测，进而有效地预防和治疗关节疾病。
在过去的相关研究中，人们采用的测试手段主要是生物化学分析[1]，磁共振成像[1]、生物力学测量[2]和各种形式的显微技术[3-5]。然而这些技术方法不能实现在微结构水平上同时获得软骨主成分的含量分布和分子结构信息，傅里叶变换红外光谱成像（Fourier transform infrared spectroscopic imaging，FTIRI）技术的出现则有效弥补了这一缺憾[6-7]。此外FTIRI还可以进行样品的形貌探测和光谱微成像[8]，具有测定时间短，精度高，并且可以进行多成分测定、无损和连续测定等优点，便于研究退变的软骨中组分含量与结构变化。
软骨中主成分含量的定性研究通常利用红外光谱特征带强度进行分析[9-11]，但由于软骨中主成分间的特征谱带的大范围重叠极大地影响了对主成分的含量分析，并带来了一定的难度。虽然和化学计量学相结合进行的定量计算相对更精确[12-13]，但过程相对复杂繁琐。为对主成分含量及其变化实现更快速有效和准确的检测和判断，对主成分特征谱带进行深入分析及选择准确有效的研究方法则显得十分必要，有助于软骨主成分含量甚至骨关节炎的实时监测和修复。本文的目的即在于通过对主成分特征谱带的分析，采用特征带的积分强度（峰面积）和二次求导后的峰面积强度表达软骨主成分（光谱的二次求导处理可以提高光谱的分辨率[14]），并和主成分回归（Principal component regression，PCR）的定量结果进行相关性分析，寻找和判断更合适的主成分表达和有效的定性分析方法。
1 实验材料与方法
1.1 样本制备
本实验中采用狗的关节软骨组织。首先将新鲜的健康狗（共5组）的肱骨软骨组织切成2 mm×2 mm×2 mm大小的切块，用生理盐水清洗后快速冰冻，然后用低温切片机（Leica CM 1950，Germany）在-20℃条件下切片成10 μm厚度的显微切片，放在室温下风干用于显微成像及后面的相关性分析。
1.2 红外光谱成像及分析
实验采用的FTIRI系统是Perkin Elmer公司的Spotlight 300，主要由一个傅里叶变换红外光谱仪（Spectrum One）耦合一个Spotlight 300显微镜装置。系统内部包含一个16×1单元（400 μm×25 μm）HgCdTe （MCT）线性阵列探测器，以液氮冷却。所探测的红外光谱范围从744 cm-1到4 000 cm-l，分辨率为16 cm-l，红外成像的空间分辨率为6. 25 μm×6.25 μm/pixel。可见光成像的收集则通过一个CCD相机结合计算机控制的显微镜样品台的运动来最终实现，而后在可见光成像区域内选择感兴趣的目标区域（ROI）进行红外光谱成像。获得ROI的各彩色像素、相应的红外光谱以及成分图像，从而可形象直观地分析样品结构、组分及其空间分布和变化等。从5组样品的FTIR图像中提取64个IR光谱用于下面的PCR浓度计算及浓度和特征光谱强度的相关性分析，其中一组被选作典型性分析。
1.3 PCR定量分析
PCR是一种多元回归分析方法，旨在解决自变量间存在多重共线性问题。所采用的软件为PE公司的Spectrum X。本研究中PCR模型的建立是基于两种主成分以不同比例混合后所测的标准光谱和已知浓度之间建立的数据库，用来预测关节软骨主成分含量[12-13]，并用于和定性方法所得结果之问的相关性统计和比较，为验证本实验的方法准确性提供标准参考。线性相关性分析采用Origin软件进行。前述光谱分析（峰面积积分和二次求导）则是在FTIRI系统自带软件中完成。
2 结果与讨论
2.1 软骨的红外光谱与成像
图1所示是从关节软骨切片的FTIR成像当中在某像素位置提取的红外光谱，各特征峰分别在相应的位置被标记。光谱分析[15-16]得出，AmideⅠ（1 700～1 600 cm-1），Amide Ⅱ（1 600～1 500cm-1）不仅是胶原蛋白的特征峰，同时部分来自PG的贡献；Amide Ⅲ带（1 240 cm-1）位置同时包含1 260 cm-1（S=O stretching）[l7]；PG的红外特征峰则是Sugar ring带（1 125～960 cm-1）[18]，Amide Ⅲ & S=O stretching带[19]对其也可能有部分贡献。凶为两种主成分的相应特征峰相互之间存在明显重叠[19]，所以在下面的软骨切片的FTIRI光谱分析中，将研究Amide Ⅰ，Amide Ⅱ，Amide Ⅲ（或l 240 cm-1）和Sugar带能否分别用作胶原蛋白和PG的特征峰及含量表征。
图2所示分别为一健康软骨切片的可见图像，全吸收红外成像以及从伞吸收红外图像所得到的AⅠ、AⅡ、AⅢ和Sugar等特征带的红外图像（Chemimap），图2（c～f）分别是酰胺Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和糖带等特征带的红外图像。（AⅠ），（AⅡ），（AⅢ）和（Sugar）分别表示软骨内酰胺Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和糖带的吸光度随软骨深度的变化关系（附标准偏差）。在图2（b～f）中，色棒的最大值分别是0.9，0.5，0.15，0.24和0.15。SZ，TZ，RZ和TM分别表示表层区、过渡区、放射区和潮线。从这些Chemimap可以判断各个特征带所对应的官能团在整个成像范围内的分布情况。进一步，可以将这些特征红外图像转变为二维曲线，可更直观地表现这些特征基团含量随软骨深度的变化信息，如图2中的各个曲线所示。如果AⅠ（AⅡ）和Sugar特征带的贡献分别主要来源于胶原蛋白和蛋白多糖.则可以定性分析出两种主成分随软骨深度的分布是不均匀的。
2.2 峰面积与二次求导
为方便进一步分析这些特征带的归属并减少工作量，在接下来的分析中将全吸收图像从软骨的表层区到潮线（TM）范围共分成15个区域分别提取平均光谱，而后对这15个光谱中的各个特征带（AⅠ、AⅡ、AⅢ和Sugar）进行积分及二次求导（因为软骨最表层的光谱成像受散射效应的影响较大，该位置由表及里的4列像素数据未考虑在内）。这些特征带的积分面积随软骨深度的变化如图3所示，横轴表示软骨切片在FTIRI可移动平台上的绝对位置坐标。表层区位于左侧。从图中可见，无论是从积分强度还是二次求导后的面积强度来看，这些特征基团含量随软骨深度的增加均呈现不均匀分布。同一个特征带的积分和二次求导光谱强度随深度的变化趋势也较相似。
为精确分辨出特征峰积分及二次求导方法更适合哪一个特征带（基团）或主成分，引入主成分回归（PCR）[12-13]方法对这15个光谱进行计算。PCR作为一种常用的化学计量学方法，采用迭代和因子分析过滤掉冗余信号并获取主成分信息，常用于定量分析，计算结果也更准确[13]。图4所示即为这组光谱经PCR计算后所得到的结果，横轴表示软骨切片在FTIRI可移动平台上的绝对位置坐标，表层区位于左侧。从图中可见，两种主成分随软骨深度的增加，呈不均匀分布。相较于蛋白多糖，胶原蛋白在软骨表层区甚至过渡区浓度较高，蛋白多糖则相反；前者总体浓度高于后者。胶原蛋白浓度的变化趋势和图3当中AⅠ和AⅡ的积分强度的变化趋势较为接近，蛋白多糖的变化趋势则和Sugar带二次求导强度的变化接近。
2.3 相关性分析
为定量研究图4和图3当中相关曲线之间的近似程度及各特征带的归属或表征，相关性分析的研究是非常必要可行的。分别将从多组样本不同深度位置提取的光谱的各特征带积分强度及二次求导强度和其对应位置的PCR主成分浓度进行线性相关性比较，结果如图5所示，中级断线表示95%可信限度。两个灰线表示95%的预测限。两个变量之间的相关性系数在每个图中均已被标出。图5（a）表示的是积分强度和PCR浓度的相关性比较，图5（b）图表示的则是二次求导后特征带面积强度和PCR浓度的相关性比较。相关系数及其他统计参数列于表1中，蛋白多糖浓度和糖带的积分强度及二次求导强度之间进行相关性比较，胶原蛋白浓度则和酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的积分强度及二次求导强度之间进行相关性比较。斜线前（后）面的数据是积分强度（二次求导强度）和主成分浓度之间的相关系数。
由图5和表1可见，Amide Ⅰ和AmideⅡ带的积分强度和胶原蛋白的浓度相关性很强（RA-amide Ⅰ=0.944，RA-Amide Ⅱ=0.949，n=64），预示着其可以用来定性表征胶原蛋白的含量及分布；Sugar带二次求导强度和蛋白多糖浓度的相关性最高（R=0.858，n=64），高于积分强度和蛋白多糖的浓度相关性（R=0.658，n=64），说明Sugar特征带二次求导强度表征更适用于蛋白多糖的含量及分布研究，也说明样品当中蛋白多糖的含量对该带的贡献比较大[19]。这一研究结果和报到的关于蛋白多糖的二次求导和积分强度和光密度的相关性研究[11]结果是一致的，并且相关性更高，说明本结果具有更高的可信度和准确度。交叉研究显示Amide Ⅰ和Amide Ⅱ的积分强度或二次求导面积强度和蛋白多糖浓度具低相关性，暗示着这两个特征带均不适合表征蛋白多糖；相反，Sugar带也不适合表征胶原蛋白。这一结果也说明了文中正常组织切片采用Sugar带定性表征蛋白多糖含量的可行性[8，13]。
这些相关性的研究说明以上3个特征带在分别对胶原蛋白和蛋白多糖的表征中起关键和主导作用，也说明3个特征带都是由不同的成分综合贡献的。Amide Ⅲ带的相关系数则比较低，不能直接用于表征关节软骨中的两种主成分及其分布[19]。
3 结束语
本文进行了关节软骨切片的FTIRI研究，获得各特征谱带对应的Chemimap，定性或半定量地描述了软骨中相应特征基团的分布。这些特征带的积分强度及二次求导面积强度和不同主成分的PCR预测浓度的相关性各不相同：（1） Amide Ⅰ、Ⅱ带的积分强度和胶原蛋白的浓度相关性很强，预示着它们均可用来定性表征胶原蛋白的含量及分布；（2）Sugar带的二次求导面积强度和蛋白多糖浓度的相关性高于积分强度和蛋白多糖的浓度相关性，前种方法的Sugar特征带表征更适用于蛋白多糖的含量及分布研究；（3） Amide Ⅲ带任一方法表征既不适合表征胶原蛋白也不适合表征PG的含量；（4）这些特征带均对主成分的回归定量计算起到重要的贡献。最终可见各主成分含量或浓度随软骨深度的变化呈不均匀分布。
综上，在关节软骨和骨关节炎的研究中，可针对性地选择不同的分析方法，定性或定量地探测软骨中主成分含量及分布、排列结构变化等，实现关节软骨及其退行性病变的快速高效研究，有效监测软骨退化和修复，促进关节疾病的预防和治疗。
致谢：本文作者感谢美国Oakland大学Xia Yang教授对本次光谱测量所提供的设备支持。
参考文献：
[1] Zheng Shaokuan， Xia Yang， Bidthanapally A， et al.Damages to the extracellular matrix in articular cartilage due to cryopreservation by microscopic magnetic resonance imaging and biochemistry [J]. Magn Reson Imaging， 2009， 27（5）： 648-655.
[2] Wilson W， Huyghe J M， van Donkelaar C C. Depth-dependent compressive equilibrium properties of articular cartilage explained by its composition [J]. Biomech Model Mechanobiol， 2007， 6（1/2）： 43-53.
[3] Chen S S， Falcovitz Y H， Schneiderman R， et al.Depth-dependent compressive properties of normal aged human femoral head articular cartilage： relationship to fixed charge density [J]. Osteoarthritis Cartilage， 2001， 9（6）： 561-569.
[4] Xia Yang， Alhadlaq H， Ramakrishnan N， et al. Molecular and morphological adaptations in compressed articular cartilage by polarized light microscopy and Fourier-transform infrared imaging[J]. Journal of Structural Biology， 2008， 164（1）： 88-95.
[5] Tan A H C， Mitra A K， Chang PC C， et al. Assessment of blood-induced cartilage damage in rabbit knees using scanning electron microscopy [J]. J Orthopaedic Surgery， 2004， 12（2）：199-204.
[6] 尹建华，黄凤玲，钱志余，等，傅里叶变换红外光谱学显微成像技术在骨病研究中的应用和进展[J].光谱学与光谱分析，2014， 34（2）：340-343.
Yin Jianhua， Huang Fengling， Qian Zhiyu， et al. Applications and progress of fourier transform infrared spectroscopic microimaging in bone disease research [J]. Spectroscopy and Spectral Analysis， 4，34（2）：340-343.
[7] Yin .Jianhua， Xia Yang， Ramakrishnan N. Depth-dependent anisoiropy of proteoglycan in articular cartilage by Fourier transform Infrared Imaging[J]. Vibrational Spectrosc， 2011， 57（2）： 338-341.
[8] Ramakrishnan N，Xia Yang， Bidthanapally A. Polarized IR microscopic imaging of articular cartilage[J].Physics in Medicine and Biology， 2007， 52 （15）：4601-4614.
[9] Camacho N P， Torzilli P A， Mendelsohn R， et al. FTIR microscopic imaging of collagen and proteogly can in bovine cartilage [J]. Biopolymers， 2001， 62（1）：1-8.
[10] Bi X，Li G，Doty S B， et al. A novel method for determination of collagcn orientation in cartilage by Fourier transform infrared imaging spectroscopy （FT-IRIS） [J]. Osteoarthritis Cartilage， 2005， 13（12）：1050-1058.
[11] Rieppo L， N?rhi T， Helminen H J， et al. Infrared spectroscopic analysis of human and bovine articular cartilage proteoglycans using carbohydrate peak or its second derivative[J]. J Biomed Opt， 2013， 18（9）： 1-6.
[12] Yin Jianhua， Xia Yang. Macromolecular concentrations in bovine nasal cartilage by Fourier transform infrared imaging and principal component regression [J]. Applied Spectroscopy， 2010， 64 （11）： 1199-1208.
[13] Yin Jianhua， Xia Yang. Concentration profiles of collagen and proteoglycan in articular cartilage by Fourier transform infrared imaging and principal component regression [J]. Spectrochimica Acta Part A： Molecular & Biomolecular Spectroscopy. 2012（88）：90-96.
[14] Hun Caiqin， Song Chunyuan， Wu Bin， et al. Fluorescence spectrum analysis of ether-water solution based on gaussian decomposition method [J]. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Asronautics， 2010，27（1）：70-71.
[15] Iconomidou V A， Georgaka M E， Chryssikos G D， et al. Dogfish egg case structural Studies by ATRFT-IR and FT-Raman spectroscopy [J]. International Journal of Biological Macromolecules， 2007. 41（1）： 102-108.
[16] Jackson M， Choo L P， Watson P H， et al. Beware of connective tissue proteins： assignment and implications of collagen absorptions in infrared spectra of human tissucs [J]. Biochimica et Biophysica Acta： Molecular Basis of Disease， 1995， 1270（1）：1-6.
[17] Amarasekara A S， Opoku G， Qiu X， et al. Effect of oversulfation on the chemical and biological properties of chondroitin-6-sulfate [J]. Carbohydrate Polymers， 2007，68（1）：116-121.
[18] Crombie D E， Turer M， Zuasti B B， et al. Destructive effects of murine arthritogenic antibodies to type Ⅱ collagen on cartilage explants in vitro [J]. Arthritis Research & Therapy， 2005， 7（5）： R927-R937.
关键词: 微波消解；原子吸收；大叶羊蹄甲；金属离子
中图分类号:R931;O657.36 文献标识码:A 文章编号:1672-8513(2010)02-0119-03
Determination of Metal Elements in Bauhinia by Microwave Digestion and Atomic Absorption Spectrometry
[KH*2]ZHANG Qunfang, SONG Shuang, GUO Junming, YANG Min, BAI Wei, YE Yanqing
（School of Chemistry and Biotechnology, Yunnan University of Nationalities, Kunming 650031,China）
Abstract: This research aims to establish a simple method for the determination of metal elements in Bauhinia variegata L. The samples were digested by microwave digestion, and the metal ions (Ca, Mg, Cu, Mn, Fe, Zn) in digested samples were determined by atomic absorption spectrometry. The results showed that the detection limits were below 0.0081 μg/mL, the relative standard deviations were less than 4.19%, and the addition standard recoveries were in the range of 88.15%-98.58%. The determination results are satisfactory.
Key words: microwave digestion; atomic absorption spectrometry; Bauhinia variegata L; metal ions
傣药大叶羊蹄甲为豆科植物褐毛羊蹄甲的干燥藤茎.秋、冬季采收，具有清热凉血、祛风解毒、活血通经、消肿止痛等功效.用以治疗皮癣、疔疮脓肿、湿疹、风疹、麻疹、水痘、麻风病等［1］.关于羊蹄甲属植物的研究主要集中于有机成分［2］，对于金属元素的研究未见报道.现代研究表明，中药疗效不仅与有机成分有关，而且与无机元素的种类和含量也有着密切关系.近年来，通过测定中草药中微量元素的含量来研究其对人类正常生理功能的影响，考察中草药中微量元素的药理活性及建立中草药中微量元素质量控制标准是很有意义的［3］.
本文采用微波消解火焰原子吸收法对大叶羊蹄甲中的锌、铜、铁、锰、钙、镁6种金属元素进行测定，以期从微量元素角度为大叶羊蹄甲的作用机理提供实验依据［4-7］.微波消解作为一种新的样品前处理方法，是在较高的温度和压力下进行的，因而可以缩短消解时间，且消解时更为安全［8］，克服了传统消解的缺点，具有简单、节能、节省试剂、减轻环境污染、空白值低和劳动强度低的特点［9］.
1 实验部分
1.1 仪器试剂
1.1.1 试剂及材料
大叶羊蹄甲原药（购于云南省西双版纳傣族自治州民族医药研究所）；硝酸、盐酸、30% H2O2，均为分析纯；实验用水为蒸馏水.1000 μg/mL钙、镁、铜、锰、铁、锌标准溶液（国家钢铁材料测试中心制）；使用时用1% HNO3稀释成100 μg/mL钙、镁、铁和锰标准使用液，10 μg/mL铜、锌标准使用液.
1.1.2 主要仪器
WX-4000微波快速消解系统（上海屹尧分析仪器有限公司）AA-6300原子吸收分光光度计（日本岛津公司）；钙、镁、铜、锰、铁、锌空心阴极灯；电子天平（北京赛多利斯天平有限公司）；电热恒温干燥箱（天津市津北真空仪器厂）.测定条件见表1.
1.2 实验方法
1.2.1 样品处理
称取粉碎的大叶羊蹄甲样品0.100 0 g于Telfon微波消化罐中，加浓HNO34.00 mL，放置10 h,加盖后于微波消解炉中消解10 min（分3个工步，120 ℃，05 MPa，800 W，3 min；170 ℃，15 MPa ，800 W，4 min；185 ℃，25 MPa ，1000 W，3 min），冷却后取出，加入8~10滴30%H2O2，直至消解液澄清透明后，移入25.00 mL容量瓶中，定容待测.同法制备空白试液.
1.2.2 器皿的处理
为确保测得结果的准确性，玻璃仪器、Teflon消化罐等均以体积分数1％ HNO3浸泡24 h以上，用蒸馏水反复冲洗，最后烘箱110 ℃烘干后方可使用.
1.2.3 样品测定
按标准曲线的绘制条件，分别测定试剂空白和样品试液.
2 结果与分析
2.1 消化溶剂及消化条件的选择
消解试样使用最广泛的酸是HNO3、HCl、HF、HC1O4、H2O2等，它们都是良好的微波吸收体，它们在微波炉中的稳定性、沸点和蒸汽压以及与试样的反应［8~11］良好.其中HNO3是一种强氧化剂且广泛地用来释放生物样品中的痕量元素.为了完全破坏复杂的有机基体往往需要120 ℃以上的温度，或加其它强氧化剂，如H2O2和HClO4.本文选择HNO3作为消解试剂，采用逐步升温和升压的程序工步消解法，安全、稳定，开罐后消化液呈浅黄色，加5~6滴30％ H2O2后即得完全澄清透明的液体.
2.2 标准曲线与检出限
按表1选定的工作条件，测定标准溶液吸光度，得线性回归方程及相性系数见表2.对试样空白测定12次，计算其标准偏差，以3倍空白值的标准偏差为检出限，分别求得各元素的检出限见表2.
2.3 样品测定及精密度
大叶羊蹄甲样品按实验方法进行测定，测定结果见表3.
由测定结果可以看出，大叶羊蹄甲中Ca、Mg、Mn、Fe、Zn的含量较多.
2.4 回收率试验
为了考察方法的可靠性，做了加标回收率试验.结果见表4.
由表4看出用本方法测定大叶羊蹄甲中锌、铁、锰、钙具有较好的回收率.
3 结论
1）微波消解法处理大叶羊蹄甲，具有节约时间、操作简便、节省试剂、消解完全等特点，测定结果的精密度和准确度令人满意.
2）大叶羊蹄甲中含有丰富的钙、镁、锰、铁和锌，这些金属元素是人体生命活动不可缺少的，有着重要的生理功能、营养作用和临床诊断意义.例如Zn能参与多种酶的合成与激活,并能影响动物体神经发育、生长发育、生殖机能和创伤愈合等过程，增强机体免疫功能.锰参与体内氧化还原过程、组织呼吸、骨的形成，影响生长繁殖、血液形成和内分泌器官的功能，具有保护机体细胞免疫和体液免疫系统的正常功能.Fe是生物体内最大丰度的微量元素之一，是人体血液中交换与输送氧所必需的，也是体内某些酶和许多氧化还原体系所不可缺少的一种元素.Fe在生物催化、呼吸链上传递电子等方面起着重要的作用，因此Fe的补给可能有利于各种含铁酶的修复和正常运转.大叶羊蹄甲中含有丰富的Fe、Mn，这可能与其具有清热凉血、祛风解毒、活血通经、消肿止痛等功效有关［12-13］.
3）微量元素是中药疗效的物质基础之一，但药物中微量元素含量的多少并不能完全作为标准来判别其质量高低，因为单纯的富含并不一定与药物的生物效应完全一致.微量元素含量与活性间可能有一定的相关性，有待于进一步研究.
参考文献:
［1］云南省食品药品监督管理局.云南省中药材标准(傣族药)［M］.3版.昆明:云南科技出版社,2007.
［2］尚小雅,刘威,赵聪伟.羊蹄甲属植物化学成分和药理活性研究进展［J］.中国中药杂志,2008,33(6):709-717.
［3］梁沛,胡斌,陈浩,等.微波消解/ICP-MS法测定中草药中痕量元素的研究［J］.光谱实验室,2001,18(4):509-512.
［4］叶艳青,念晓,刘晓芳,等.微波消解-原子吸收法测定青竹标中的金属元素［J］.安徽农业科学,2008,23(36):10 024-10 025.
［5］许良,胡建国,刘瑞平,等.微波消解－火焰原子吸收光度法分析蒙成药金属元素［J］.光谱学与光谱分析,2008,28(1):222-224.
［6］徐文军.微波消解火焰原子吸收光谱法连续测定金银花中铁、锌、铜和锰［J］.分析实验室,2007,26(7):61-63.
［7］付川,祁俊生.原子吸收光谱法测定中药中微量元素［J］.光谱学与光谱分析,2003,23(3):617-618.
［8］刘冬莲,刘会媛,刘征原.微波消解技术在环境分析中的应用［J］.唐山师范学院学报，2006,28(5):42-44.
［9］郎春燕,汪模辉,罗方若.分析测试中的微波溶样技术［J］.理化检验(化学分册),1989,25(5):315-317.
［10］刘彦明,陈志勇,韩金土,等.微波消解/电感耦合等离子体质谱法测定鹿骨粉中的微量元素［J］.光谱学与光谱分析,2006,26(5):947-949.
［11］孟兆芳,范朝辉,张玺.微波消解-原子荧光光谱法测定保健品中的砷和汞［J］.现代仪器，2006(3):29-30.
［12］孔祥瑞.必需微量元素的营养、生理及临床意义［M］.合肥:安徽科学技术出版社，1982.
［13］王夔,徐辉碧,唐任寰,等.生命科学中的微量元素［M］.北京:中国计量出版社，1992.
收稿日期:2009-11-04.
基金项目:国家民委科学研究项目（08YN05）；国家民委本科教学改革与质量建设研究项目；云南民族大学重点专业建设项目.
本文简单介绍了拉曼光谱的原理、拉曼光谱分析技术在纺织纤维定性方面的应用现状，结合目前纤维定性鉴别的方法，提出了将拉曼光谱用于纺织纤维定性的可行性，突破了现有检测方法存在的局限。
关键词：拉曼光谱；定性；纺织纤维；应用
随着新技术的不断更新，新的化学纤维层出不穷，为了充分利用各种化学纤维的优良性能以满足各种用途的需要，多种化学纤维与天然纤维混纺或交织的产品愈来愈多，给纤维检验工作带来了很大困难，因此开发新型检测技术，提高纤维定性水平，简化检验程序尤为重要。本文简单介绍了一种新型的检测技术“拉曼光谱”的原理以及其在纺织纤维定性工作中的发展应用。
1 纺织纤维定性检验方法现状
纺织纤维含量检测是纤检部门检测的重要项目之一。在纺织品纤维含量检测过程中，首先需要对纺织品中不同的纤维组分进行定性，来确定纺织品纤维组分。目前，纤检部门常用的鉴别方法包括显微镜观察法、燃烧法、化学溶解法、熔点试验法、红外光谱分析法等几种。最常用的是燃烧法、显微镜法和化学溶解法[1]。
燃烧法和显微镜观察法以及化学试剂法在定性检测中都有一定的局限性，例如粘胶纤维、莫代尔、莱赛尔3种再生纤维素纤维，它们在显微镜下的形态以及燃烧现象很相似，难以很好地区分。有的检验需要采用化学溶解的方法，常用几种有毒的化学试剂[2]（如二甲基甲酰胺、甲酸/氯化锌等），不仅给检验人员身体健康带来危害，而且对大气造成污染。红外光谱定性分析方法虽然可以准确地鉴别纺织纤维，在纤维定性中得到了很多应用，但是它对测试环境温湿度要求较高、检测周期长，样品制作麻烦。
近来，环保、快速、准确的检验方法已成为纺织品检验人员的追求目标。拉曼光谱定性检测方法因具有需要样品量少、不需前处理、测试速度快、对样品无损害、测试结果准确、不产生污染物等诸多优点，可以有效地解决纺织行业现行方法存在的问题。
2 拉曼光谱测量原理
2.1 拉曼光谱原理
拉曼散射是光照射到物质上发生的非弹性散射所产生的。单色光束的入射光光子与分子相互作用时可发生弹性碰撞和非弹性碰撞，在弹性碰撞过程中，光子和分子间没有能量交换，光子只改变运动方向不改变频率，这种散射过程称为瑞利散射。而在非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅仅改变运动方向，同时光子的一部分能量传递给分子，或者分子的振动和转动能量传递给光子，从而改变了光子的频率，这种散射过程称为拉曼散射。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射[3]。
拉曼光谱具有以下特点：
（1）检测范围广，拉曼光谱可以检测所有的无机和有机化合物、高分子混合物。
（2）检测灵敏度非常高、速度快、无损、无污染。拉曼光谱方法是一种纯粹的化学检测方法，其检测过程不需制样、不损害样品、不产生污染物、分析周期短、重复性好。
（3）拉曼光谱检测所需试样不受水的影响，而且对样品的大小没有要求，可以检测微量样品。虽然近红外也可以适用于各种类型的试样，但实际操作仍然有许多困难。
2.2 拉曼光谱仪的测量原理
拉曼光谱仪的测量原理如图1所示，将一块样品放在仪器上，用激光束照射，仪器会自动产生拉曼光谱图，样品的组成不同，所测得的谱图不同，根据谱图的特征来辨别样品的组成。
3 拉曼光谱的发展和应用
拉曼光谱技术是定性分析的强有力的工具。拉曼光谱常包含有许多确定的能分辨的拉曼峰，所以，原则上应用拉曼光谱分析可以区分各种试样。不过，所有可能的纯净材料和它们的混合物的数量是无穷尽的，仅有少量的简单分子及其混合物的拉曼光谱，在与其他式样的光谱相比较时，能轻易地区别出来。所以，定性分析的一个必要工作是根据测得的拉曼光谱判定出可能的材料和混合物，限定这些可能物的数量。这一工作的完成需要应用试样的其他信息，例如试样的来源和经历，是否是混合物，它的物理性质和外貌以及其他技术得到的资料[4]。
拉曼光谱之所以一开始就受到重视，是因为它与红外光谱有相同的波长范围，但操作比红外光谱简单。目前，拉曼光谱已广泛应用于考古、医学、石油化工、林业和法庭科学等诸多领域。随着激光技术的发展和检测装置的改进，拉曼光谱技术在当代工业生产和科学研究中必将得到越来越广泛的应用。王文科用激光拉曼光谱对乙醇、甲醇的混合物进行了研究，结果表明用工业酒精甚至甲醇勾兑的假酒利用拉曼光谱法鉴别是可行的。
4 拉曼光谱在纤维定性方面的应用情况
在拉曼光谱分析纺织纤维结构方面，近几年的研究主要集中于以下几个方面：复合材料的界面和机体结构的测定，再生蚕丝制备过程中，分子链规整度和取向度变化的测定；丝素经酶处理后，高分子结构的变化研究以及羊绒和羊毛分子结构研究，而在纤维成分分析方面有如下研究：鉴别天然绿色棉和染色棉；研究聚丙烯、羊毛、聚酯和一些天然纤维的鉴别方法；对染色纤维中染料的分析以及比较红外光谱与拉曼光谱对染色纤维区分的效果。吴俭俭等用拉曼标准谱图试验区分了聚酯纤维PET和PTT，并提出了利用单组分样品的标准化谱图建立特征表数据库的建议。拉曼光谱特别适合于鉴别化学结构相近的同类纤维，如莱赛尔、莫代尔、铜氨等再生纤维素纤维以及聚酯纤维（PET、PBT、PTT）。
拉曼光谱主要用在针对混纺织物的纤维定性鉴别中，由于每种纤维的分子组成不一样，得出的光谱图也各有特征。首先采取各种不同的纤维的单组分织物在拉曼光谱仪上测出光谱图，采用提取特征值、特征表的方法记录每种纤维的特征峰个数、特征峰的值以及对应的X轴上的值建立数据库，再将待测样品进行测量得出的谱图与数据库中的值进行对比，即可得出织物的纤维组分。该方法能满足纤维检测的要求，并以快速、无损、环保的优点弥补了传统方法的不足，具有很高的应用价值。
虽然纺织纤维的拉曼光谱检测方法具有方便、快速、环保、稳定等优点，但受限于其测量原理，拉曼光谱在纤维鉴别中也存在一些局限性，比如荧光物质、纤维熔点、黑色染料、纤维含量等因素的影响。与红外光谱分析法比较，对检测环境的温湿度无特别要求，样品无需特殊处理，特别适合检测含水的样品。
5 结论
显微镜法、燃烧法、溶解法鉴别纺织纤维是目前定性行之有效的方法，但由于新的化学纤维不断出现，用以上方法就难以区分了。拉曼光谱技术是定性分析的强有力的工具，其快速、无损、环保的优点弥补了传统方法的不足，具有很高的应用价值，拉曼光谱技术现已广泛应用到了考古、医学、石油化工、林业和法庭科学等诸多领域。随着激光技术的发展和检测装置的改进，拉曼光谱技术在纺织纤维定性工作中必将得到越来越广泛的应用，当然， 目前依然面临着一些急待解决的问题，如建立一个所有纤维拉曼光谱特征峰的数据库、检测装置的改进等，这些都是目前有待于开发的课题。
参考文献：
[1] FZ/T 01057—2007 纺织纤维鉴别试验方法 [S].
[2] GB/T 2910—2009 纺织品定量化学分析 [S].
[3] 乔西娅，戴连奎，吴俭俭.拉曼光谱特征提取在化学纤维定性鉴别中的应用[J].光谱学与光谱分析，2010，30（4）：975-978.
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