時(shí)間：2023-07-21 17:13:32
導(dǎo)語：在光譜學(xué)分析的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1拉曼光譜在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用
1．1在病原微生物檢測(cè)中的應(yīng)用
微生物細(xì)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標(biāo)志，因而可以作為菌種快速識(shí)別和鑒定的判斷標(biāo)準(zhǔn)。利用拉曼光譜可以在不依賴培養(yǎng)基的情況下直接對(duì)患者體內(nèi)分離下來的或?qū)嶒?yàn)室中保存的單一菌種或混合菌群進(jìn)行快速鑒別及分析［8］。美國華盛頓州的研究人員利用拉曼光譜對(duì)從臨床患者和醫(yī)院環(huán)境中分離得到的7株副溶血弧菌進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)7株菌株都有其各自不同于其他菌株的特征峰。他們還將其中2株副溶血弧菌菌株分別按照1∶2、1∶1和2∶1的比例混勻后分別利用拉曼光譜檢測(cè)，結(jié)果顯示可以通過2株細(xì)菌各自的特征峰將兩者明確區(qū)別開來，其中一株副溶血弧菌的特征峰出現(xiàn)在了1002cm－1、1177cm－1和1532cm－1處，而另一株副溶血弧菌的特征峰卻分別出現(xiàn)在了525cm－1、738cm－1、1319cm－1和1639cm－1處，證明拉曼光譜無論在單一菌種標(biāo)本還是混合菌群標(biāo)本中均具有良好的分析鑒定能力［9］。另有研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合使用拉曼光譜和化學(xué)計(jì)量法可以鑒別微生物的種類及各自血清型，已有實(shí)驗(yàn)利用銀納米顆粒作為基底對(duì)綠豆芽中的李斯特菌、霍亂弧菌、金黃色葡萄球菌等6種食物源性致病菌進(jìn)行了拉曼光譜的鑒定和區(qū)分［10］。有研究報(bào)道對(duì)日常生活中主要的食物源性致病菌進(jìn)行了拉曼光譜分析，從而對(duì)細(xì)菌進(jìn)行等級(jí)劃分，第一級(jí)便是區(qū)分革蘭陽性菌和革蘭陰性菌，另外通過各自特征峰區(qū)別不同細(xì)菌菌屬，結(jié)果顯示各級(jí)的識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確度均在91％以上［11］。利用拉曼光譜技術(shù)與微流控芯片相結(jié)合的辦法，毛麗華等人設(shè)計(jì)并建立了拉曼光譜－微流控芯片自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)了珠蛋白生成性障礙貧血型紅細(xì)胞與健康人紅細(xì)胞的拉曼光譜值，通過在1004cm－1、1130cm－1、1450cm－1等拉曼光譜特征峰的數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了珠蛋白生成障礙性貧血型紅細(xì)胞的血紅蛋白寬度較健康人紅細(xì)胞廣，并以此發(fā)現(xiàn)了新的快速、便捷的檢測(cè)珠蛋白生成障礙性貧血的檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)技術(shù)。另有研究者也利用拉曼光譜技術(shù)與微流控芯片相結(jié)合的辦法從十多種細(xì)菌混合的菌群中對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌進(jìn)行了快速分析研究。結(jié)果表明耐甲氧西林金黃色葡萄球菌較其他細(xì)菌有其獨(dú)特的拉曼波峰，并且整個(gè)檢測(cè)過程用時(shí)只需20s時(shí)間，在檢驗(yàn)精度上也與傳統(tǒng)PCR技術(shù)、免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)所得到的結(jié)果相似［12］。該方法簡便快速，安全可靠，非常適合用于衛(wèi)生稽查部門的快速檢驗(yàn)。
1．2在腫瘤檢驗(yàn)中的應(yīng)用
目前在全世界范圍內(nèi)依然沒有很好的針對(duì)腫瘤的治療手段，腫瘤的分期對(duì)預(yù)后起著決定性的影響，那么對(duì)腫瘤的早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療就擺在了尤為突出的地位［13］。在腫瘤組織中，在細(xì)胞發(fā)生病理學(xué)手段可觀測(cè)到的形態(tài)惡變之前，其實(shí)已經(jīng)存在由細(xì)胞增殖分裂分化或一些信號(hào)蛋白的產(chǎn)生等引起的細(xì)胞中遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)和脂類的結(jié)構(gòu)和含量改變，而這些細(xì)微的改變可以及時(shí)通過拉曼光譜檢測(cè)反映出來［14］。因而在腫瘤檢驗(yàn)中拉曼光譜技術(shù)具有傳統(tǒng)病理學(xué)檢測(cè)所無法替代的功能用途，對(duì)腫瘤的早期診斷有巨大幫助。實(shí)驗(yàn)證明拉曼光譜可用于癌變組織與正常組織的鑒別。早在1991年就有人率先對(duì)拉曼光譜的腫瘤檢驗(yàn)學(xué)價(jià)值進(jìn)行了報(bào)道。他們發(fā)現(xiàn)正常乳腺組織與腫瘤組織甚至良性腫瘤與惡性腫瘤的拉曼光譜在700～1900cm－1存在著明顯差別，且對(duì)應(yīng)的各自拉曼峰相對(duì)強(qiáng)度也存在顯著差異［15］。從此掀開了拉曼光譜應(yīng)用于早期腫瘤診斷的新時(shí)代。Gawinkowski等［16］對(duì)拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)了快速近紅外拉曼光譜檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了檢測(cè)效率，可在5s內(nèi)快速測(cè)得活體皮膚的拉曼光譜。隨即該科研團(tuán)隊(duì)利用此系統(tǒng)對(duì)肺癌組織進(jìn)行拉曼光譜檢測(cè)，結(jié)果顯示肺癌組織的拉曼光譜特征與正常肺組織之間存在明顯差別。此后，該科研小組又成功獲得了亞洲人種皮膚黑色素組織的拉曼光譜數(shù)據(jù)。在對(duì)胃癌的在體拉曼檢測(cè)中研究人員將拉曼光譜技術(shù)與微型攝像機(jī)、圖像分光儀、雙極管激光發(fā)生器等結(jié)合建立了新型拉曼內(nèi)鏡系統(tǒng)，也推動(dòng)了內(nèi)鏡技術(shù)的發(fā)展［17］。有學(xué)者利用激光作為拉曼光譜的激發(fā)光源，對(duì)15例手術(shù)切除且經(jīng)病理確診為基底細(xì)胞癌的組織標(biāo)本進(jìn)行拉曼照射，同時(shí)與正常皮膚組織進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示通過拉曼光譜檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基底細(xì)胞癌的高靈敏度診斷［18］。在對(duì)鼻咽癌組織和正常鼻咽組織的拉曼光譜比較中也有相似發(fā)現(xiàn)，它們?cè)?290～1320cm－1，1420～1470cm－1和1530～1580cm－1這3處波段區(qū)間均存在明顯特征差異，可以作為鑒別要點(diǎn)。另有研究人員選用830nm波長激光對(duì)甲狀旁腺腺瘤組織標(biāo)本及增生組織標(biāo)本中的結(jié)節(jié)區(qū)域進(jìn)行拉曼照射，重復(fù)了四十多次試驗(yàn)，比較發(fā)現(xiàn)二者的拉曼光譜比較相似，但在蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等某些特定波段仍存在可區(qū)別的差異，建立線性分析的數(shù)學(xué)模型可以很好地將二者區(qū)別開來［19］。對(duì)人體多處腫瘤組織的拉曼檢測(cè)均得到了較好的鑒別指標(biāo)，預(yù)示著拉曼光譜在腫瘤學(xué)檢驗(yàn)中將有寬廣的發(fā)展空間。
1．3在藥物分析檢測(cè)中的應(yīng)用
拉曼光譜較早即應(yīng)用于藥物檢驗(yàn)領(lǐng)域。早期便有科研人員用共聚焦拉曼光譜儀對(duì)鹽酸曲馬多進(jìn)行了檢測(cè)，所獲得的拉曼譜帶顯示圖譜峰形良好，峰強(qiáng)明顯，可以較準(zhǔn)確地反映出鹽酸曲馬多的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息［20］。研究人員分析了倍他米松磷酸鈉和地塞米松磷酸鈉這兩種差向異構(gòu)體的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異，分別對(duì)其固態(tài)及水溶飽和態(tài)進(jìn)行了常規(guī)拉曼光譜檢測(cè)，并進(jìn)一步對(duì)以銀膠為基底的這兩種藥物進(jìn)行了增強(qiáng)拉曼光譜檢測(cè)分析，成功建立了這兩種差向異構(gòu)體的拉曼區(qū)分系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)其快速區(qū)分鑒別的目的［21］。科研人員采用傅里葉變換拉曼光譜法對(duì)不同產(chǎn)地且不同采集時(shí)間的野生及人工種植黃芩進(jìn)行了分析研究，結(jié)果顯示利用該方法對(duì)中藥材的質(zhì)量鑒定較傳統(tǒng)鑒別方法更快速簡便且不會(huì)對(duì)受檢樣品造成破壞，值得推廣。有學(xué)者在前人基礎(chǔ)上開創(chuàng)性地將拉曼光譜技術(shù)與光纖傳感技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了甲硝唑片的快速無損鑒別，尤其適合于藥品監(jiān)管部門對(duì)藥品快速檢驗(yàn)。
1．4在眼部疾病檢驗(yàn)中的應(yīng)用
晶狀體是一具有高濃度蛋白質(zhì)的雙凸面透明組織，其內(nèi)蛋白變化對(duì)晶狀體功能改變具有決定性作用，對(duì)人眼屈光調(diào)節(jié)也有重要意義。利用拉曼光譜對(duì)晶狀體蛋白質(zhì)的亞結(jié)構(gòu)例如：氨基酸亞基、二硫鍵、羧基、巰基等的分析可以幫助人們更好地認(rèn)識(shí)晶狀體及其調(diào)節(jié)模式。拉曼光譜技術(shù)引入眼部疾病的研究首先是測(cè)定了牛晶狀體中α、β和γ蛋白的拉曼圖譜，結(jié)果顯示α蛋白主要集中于核部而β蛋白主要集中于皮質(zhì)部［22］。Short等［23］測(cè)試了紫外線誘導(dǎo)下的兔白內(nèi)障晶狀體拉曼光譜，結(jié)果顯示氨基酸殘基中的羥基譜線強(qiáng)度顯著增加，無法與水形成氫鍵，從而科學(xué)地解釋了白內(nèi)障晶狀體中水分的缺失。與此同時(shí)，研究中發(fā)現(xiàn)了多肽水解物的組成成分鄰氨基苯甲酸，暗示著光化學(xué)反應(yīng)可以造成色氨酸殘基的下降。綜合現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)，他們提出了紫外線誘導(dǎo)白內(nèi)障發(fā)生的熱損傷學(xué)說。研究人員測(cè)試了誘發(fā)哺乳動(dòng)物白內(nèi)障的致病性光譜，以6月齡家兔為陰性對(duì)照組，以7月齡糖尿病家兔為糖尿病組，對(duì)比發(fā)現(xiàn)在900～1700cm－1，并無明顯差異，而在800～850cm－1兩組差異明顯［24］。分析后認(rèn)為誘發(fā)晶狀體混濁的主要原因是α、β和γ晶體蛋白的不良聚合反應(yīng)。
1．5在骨科疾病檢測(cè)中的應(yīng)用
絕大部分生物樣本都有自體熒光，而熒光的強(qiáng)背景會(huì)對(duì)拉曼光譜造成很大的干擾，從而影響拉曼光譜的準(zhǔn)確性。雖然關(guān)于引起骨組織光譜背景的物質(zhì)尚不明確，但很有可能是一些有機(jī)基質(zhì)中的某些非膠原蛋白分子［25］。如果在未處理的情況下，利用拉曼光譜對(duì)骨組織的檢測(cè)很不準(zhǔn)確。隨后熊義等［26］發(fā)現(xiàn)了通過雙氧水法降低骨組織光譜背景的方法，從而為拉曼光譜在骨組織中的研究打開了大門。骨組織在發(fā)育成熟后其密度與硬度即隨生物力學(xué)環(huán)境的改變而改變，稱為骨重建。在人體整個(gè)生命進(jìn)程中，骨質(zhì)會(huì)伴隨著有所改變，利用拉曼光譜可以對(duì)這一過程進(jìn)行深入研究。一旦吸收與沉積的動(dòng)態(tài)平衡被打破，則會(huì)造成不同類型的骨科疾病。Oshokoya等［27］建立了以拉曼光譜為研究手段的外力作用下的顱縫早閉模型，研究內(nèi)容涉及顱骨成分、骨質(zhì)及基質(zhì)的相對(duì)含量和分布。顱縫早閉癥是一種由多病因造成的顱縫發(fā)育異常綜合征，在嬰幼兒屬于常見疾病，由于顱縫過早閉合，限制了顱腔的容積，不利于智力的發(fā)展。結(jié)果顯示在非軸向壓力的作用下成骨區(qū)的前端礦物含量相比無壓力的狀態(tài)下有所下降，其原因可能是礦物沉積不完全［28］。在成骨不全癥的研究中，有學(xué)者利用拉曼光譜證實(shí)了成骨不全癥小鼠在6月齡后的骨強(qiáng)度增長不是由于骨形態(tài)改變引起的，而是由于骨基質(zhì)的改進(jìn)而達(dá)成的［29］。
2展望
關(guān)鍵詞：光譜分析軟件天文學(xué)研究應(yīng)用探索
21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于科學(xué)信息及宇宙探索的渴望，使得天文學(xué)以驚人的速度快速發(fā)展。天文觀測(cè)進(jìn)一步從可見光、射電波段擴(kuò)展到包括紅外、紫外、X射線和γ射線在內(nèi)的電磁波各個(gè)階段，形成了全波段天文光譜學(xué)，并為探索各類天體和天文現(xiàn)象的物理本質(zhì)提供了強(qiáng)有力的觀測(cè)手段。
一、光譜分析數(shù)據(jù)的形成
對(duì)于天體光譜分析數(shù)據(jù)的有效研究表明，光譜分析數(shù)據(jù)是按照波長的有序排列來表示的天體電磁輻射，是一系列有連續(xù)性的數(shù)據(jù)，在每一處的波長中所對(duì)應(yīng)的的有效流量是不同的。天文學(xué)家利用光譜信息軟件，可以對(duì)宇宙中物質(zhì)的分布特征進(jìn)行相關(guān)研究及數(shù)據(jù)收集，同時(shí)可以對(duì)天體的形成及隨時(shí)間的演化等重大科學(xué)問題進(jìn)行初步的探索，并為進(jìn)一步的探索打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、光譜分析數(shù)據(jù)的特征提取方法
特征提取是光譜分析軟件應(yīng)用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘的重要一步。對(duì)于海量天體光譜數(shù)據(jù)處理的效率及準(zhǔn)確性有著重要的影響，這一環(huán)節(jié)中包括轉(zhuǎn)換和選擇兩個(gè)步驟，首先著重提取與目標(biāo)有關(guān)的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)成分分析，剔除與當(dāng)前任務(wù)無關(guān)的信息，隨后將提取的信息轉(zhuǎn)化為適合分析研究的表達(dá)方式，以供研究，在這里主要介紹三種特征的表達(dá)方式：統(tǒng)計(jì)約簡法、特征譜法、譜線法。
2.1統(tǒng)計(jì)約簡法
這是在目前的實(shí)際探索中，應(yīng)用最廣泛的一種提取方式，它的優(yōu)點(diǎn)是便于操作及使用。使用過程是對(duì)天體輻射能量進(jìn)行分解、重組和取舍，盡可能的去除冗余和噪聲，并及時(shí)的將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
2.2特征譜法
特征譜法可以看作是人工"光譜"，主要包括兩種構(gòu)造方法：一種是強(qiáng)調(diào)頻譜特征的準(zhǔn)確表征，相關(guān)研究者基于觀測(cè)光譜流量的中值法和幾何均值法研究了類星體特征普的構(gòu)造；第二種是強(qiáng)調(diào)對(duì)觀測(cè)光譜近似表達(dá)能力，這一方面的相關(guān)研究者根據(jù)PCA方法研究了恒星特定譜的構(gòu)造。
2.3譜線法
譜線法的優(yōu)點(diǎn)是物理意義強(qiáng)，易于解釋，但也有其相關(guān)的局限性：儀器、波長和流量標(biāo)定情況對(duì)于譜線的描述影響較大等。
三、軟件簡介
目前應(yīng)用較為廣泛且使用性能好的光譜分析軟件有以下7種：
3.1VOSpec軟件
VOSpec軟件在使用過程中，利用了光譜訪問協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)的組織功能強(qiáng)大，用戶在使用時(shí)可以通過天體名稱或坐標(biāo)在光譜庫中進(jìn)行有效的相關(guān)z索。VOSpec軟件標(biāo)準(zhǔn)功能主要有光譜分析和擬合光譜能量分布兩種，能夠?yàn)橛脩籼峁┛煽康墓庾V處理功能，在有效時(shí)間內(nèi)整合來自不同的數(shù)據(jù)提供者、波段和元數(shù)據(jù)光譜。
3.2VOSED軟件
通過簡單的光譜訪問協(xié)議，VOSED軟件可以進(jìn)行在線查詢光譜信息，并及時(shí)合成光譜能量分布。目前，VOSED軟件有兩種工作模式：單目標(biāo)模式和多目標(biāo)模式。單目標(biāo)模式是指用戶在輸入目標(biāo)名稱后，VOSED通過數(shù)據(jù)庫現(xiàn)實(shí)該目標(biāo)的的相關(guān)信息；多目標(biāo)模式是指，用戶在工作中可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控查詢狀態(tài)，查詢結(jié)束后可以創(chuàng)建相關(guān)的壓縮文件。VOSED的查詢界面和顯示界面如下圖：
3.3Spec View軟件
Spec View軟件不僅能夠讀取哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)格式，還可以讀取其他科學(xué)設(shè)備的光譜，并通過虛擬天文臺(tái)查詢并讀取數(shù)據(jù)。它的功能主要包括：光譜單位轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、繪圖注釋、可視化參數(shù)自定義、平鋪繪圖等。
3.4Iris軟件
Iris軟件主要有NED數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)可視化和自定義、光譜模型擬合光譜能量分布和非常規(guī)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具四個(gè)特點(diǎn)。Iris可以讀取多個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)源或光譜能量分布，用戶可以通過Iris的紅移法、插值法、集成法三種方法來創(chuàng)建光譜能量分布。
3.5SPLAT軟件
SPLAT軟件在工作過程中能夠同時(shí)讀取多個(gè)光譜，并進(jìn)行單個(gè)或多個(gè)顯示。它的功能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：查詢和下載光譜的簡單光譜訪問協(xié)議；在桌面上使用的簡單應(yīng)用程序傳遞消息。
3.6CASSIS軟件
CASSIS軟件主要有譜線認(rèn)證、構(gòu)造任何望遠(yuǎn)鏡的理論光譜、比較望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)和和各種模型光譜數(shù)據(jù)及估計(jì)光譜物理參量四個(gè)特點(diǎn)，可以通過簡單應(yīng)用程序消息傳遞協(xié)議使數(shù)據(jù)在不同的天文軟件間傳遞和交互操作。
3.7ASERA軟件
ASERA軟件的特點(diǎn)：譜線能夠隨鼠標(biāo)而動(dòng)，同時(shí)紅移值自動(dòng)給出；自定義可視化；批處理程序，可以同時(shí)處理多個(gè)光譜；光譜平滑等。用戶借助ASERA軟件可以輕松識(shí)別光譜和估測(cè)紅移，尤其對(duì)低質(zhì)量光譜的識(shí)別。
結(jié)束語：
在未來的天文學(xué)發(fā)展中光譜軟件的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，相信隨著天文學(xué)家和研究者的互動(dòng)，光譜分析軟件會(huì)朝著方便快捷、強(qiáng)大有效的方向繼續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[關(guān)鍵詞]皮膚血管病變；面部毛細(xì)血管擴(kuò)張；窄譜強(qiáng)脈沖光；Nd：YAG激光長脈寬1 064nm
[中圖分類號(hào)]R730.57 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-6455（2014）13-1083-04
皮膚血管性病變?yōu)槠つw科常見病癥，常見的有血管瘤、微靜脈畸形、毛細(xì)血管擴(kuò)張等。由于血管性病變可能累及毛細(xì)血管、靜脈或者動(dòng)脈，病變的范圍和深度各有不同，雖然目前有多種激光可以治療，但療效各異。2013年8月～2014年2月，筆者科室嘗試采用窄譜強(qiáng)脈沖光聯(lián)合長脈寬1 064nm激光治療皮膚血管性病變，取得了滿意療效，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。
1 資料和方法
1.1一般資料：血管性病變患者共214例，其中男47例，女167例，年齡1個(gè)月～53歲。病例類型：血管瘤133例，微靜脈畸形56例，毛細(xì)血管擴(kuò)張25例。本組選取的病例：血管性病變處于增生期或靜止期，而處于消退期或已有其他類型激光、冷凍、注射、放射敷貼等治療史者均不列入本研究。血管瘤患者治療前先行彩色B超檢查，明確瘤體的范圍大小和深度（厚度）；微靜脈畸形進(jìn)行病理活檢，以明確診斷，并進(jìn)一步了解病變內(nèi)血管情況，作為激光治療前參數(shù)設(shè)定依據(jù)。毛細(xì)血管擴(kuò)張的病例，包括炎癥性毛細(xì)血管擴(kuò)張和點(diǎn)陣激光術(shù)后面部紅斑。病變部位每次治療前行相同的數(shù)碼相機(jī)拍照，選擇相同的拍照環(huán)境、光線及相機(jī)參數(shù)。
1.2儀器參數(shù)及方法：用輝煌TM 360工作平臺(tái)（以色列飛頓激光公司生產(chǎn)），窄譜強(qiáng)脈沖光波長500～600nm，光斑面積3cm2，能量密度5～15J/cm2，脈寬選擇10ms、12ms或15ms。Nd：YAG激光長脈寬1 064nm，根據(jù)血管病變的深度和血管管徑的大小選擇2.0mm或6.0mm光斑，能量選擇30～450J/cm2，脈寬分別為10ms、15ms、45ms和60ms。
1.2.1血管瘤的治療：術(shù)前B超排除動(dòng)靜脈漏的血管畸形。首先采用LP 1 064nm激光治療，光斑的選擇：病灶厚度大于1mm，選擇6mm光斑，小于1mm的病灶可選擇2.0mm的小光斑；能量選擇：起始能量160J/cm2，超過2.0mm厚度的病灶則中央位置為180～200 J/cm2；脈寬的選擇：隨著能量、密度的增加，視病灶厚度選擇40ms或60ms脈寬。散在點(diǎn)狀發(fā)射能量，不重疊，觀察可見病灶點(diǎn)狀變灰。然后用窄譜強(qiáng)脈沖光治療，脈寬15ms，能量密度8J/cm2，照射一遍。
針對(duì)各種病變類型做相應(yīng)調(diào)整，根據(jù)病變的厚度選擇脈寬及能量。治療后以達(dá)到血管病變表面變灰、萎縮，予以冰塊冷敷止痛、減輕水腫。病變厚度大于1mm時(shí)，長脈寬1 064nm激光可選擇6.0mm的大光斑，脈寬適當(dāng)延長至60ms；而厚度小于1mm的病變可選擇2.0mm的小光斑，脈寬40ms，然后應(yīng)用窄譜強(qiáng)脈沖光治療，能量選擇應(yīng)慎重，可以從低能量開始，逐漸加大至病變反應(yīng)變灰。
1.2.2微靜脈畸形的治療：根據(jù)微靜脈畸形的外觀、充血反應(yīng)、病變的厚度以及病理檢查的結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)募す鈪?shù)。淺層的微靜脈畸形（鮮紅色）應(yīng)用窄譜強(qiáng)脈沖光治療，顏色較深（紫紅色）和增厚型的微靜脈畸形聯(lián)合應(yīng)用長脈寬1 064nm激光和窄譜強(qiáng)脈沖光，治療方法與上述血管瘤基本相同。
1.2.3毛細(xì)血管擴(kuò)張的治療：對(duì)于毛細(xì)血管擴(kuò)張性紅斑、酒糟鼻以及點(diǎn)陣激光術(shù)后皮膚發(fā)紅的患者，病變大部分相對(duì)表淺，則使用窄譜強(qiáng)脈沖光治療，選擇脈寬15ms，能量8J/cm2，照射一遍，病灶即刻反應(yīng)會(huì)更紅，約3天后逐漸消退；炎癥性病變局部可能加深，病變較厚則需要聯(lián)合應(yīng)用窄譜強(qiáng)脈沖光和長脈寬1 064nm激光進(jìn)行治療。由于病灶相對(duì)較淺，長脈寬1 064nm激光的能量
1.3療效評(píng)定及標(biāo)準(zhǔn)：通過臨床觀察和測(cè)量病變的顏色、范圍，直尺和方格尺測(cè)量，數(shù)碼照片的對(duì)比，血管瘤病變可以根據(jù)皮損表面消退情況及復(fù)查彩色B超，客觀檢查血管瘤的范圍和深度的改變。微靜脈畸形和毛細(xì)血管擴(kuò)張則根據(jù)測(cè)量病變的范圍，加上治療前后照片的對(duì)比，由專業(yè)醫(yī)生判斷病變消退的程度，以及出現(xiàn)并發(fā)癥的情況。治愈：病變消退>90%；顯效：病變消退60%～90%；有效：病變消退30%～60%；無效：病變消退
2 結(jié)果
2.1治療結(jié)果：本組病例中血管瘤經(jīng)過1次聯(lián)合治療可見病灶變淺及部分消退，4周后重復(fù)治療，大部分病例經(jīng)過2～3次治療病變完全消退；微靜脈畸形需要2～6次治療；毛細(xì)血管擴(kuò)張激光治療1次即可見病灶消退。本組病例分別經(jīng)過1～6次治療后門診隨訪觀察3～6個(gè)月。治愈87例（40.65%），顯效115例（53.73%），9例有效（4.20%），總有效率94.38%。典型病例治療前后照片見圖1～4。
2.2不良反應(yīng)：治療中出現(xiàn)水皰13例、紫癜10例、色素沉著6例，偶見色素脫失2例，潰瘍和瘢痕各有1例（可能與光斑重疊或能量過大有關(guān)），水皰和紫癜均在1～2周消退，色素沉著2～3個(gè)月消退，色素部分脫失隨時(shí)間逐漸恢復(fù)。
3 討論
3.1 皮膚血管性疾病較為常見，表現(xiàn)為病理性的血管增生和擴(kuò)張，通常可以分為血管性腫瘤和血管畸形[1]。血管瘤好發(fā)于嬰幼兒，頭面部常見，表現(xiàn)為紅色、柔軟的腫塊，如草莓狀，部分位于皮下的柔軟腫塊，B超檢查可見血管密集，常存在血管畸形[2]。血管瘤有增生或消退的過程，目前提倡積極治療，尤其對(duì)于生長較快的血管瘤。微靜脈畸形舊稱鮮紅斑痣，表現(xiàn)為皮膚的紅色斑塊，先天性，好發(fā)于面、頸部，色斑不規(guī)則，邊界清楚，壓之部分退色，可見毛細(xì)血管擴(kuò)張，隨著年齡增長，后微靜脈擴(kuò)張，顏色加深變紅，變紫，皮膚增厚并出現(xiàn)結(jié)節(jié)[3]。皮膚反應(yīng)性潮紅、炎癥導(dǎo)致的局部病變（如酒渣鼻）、點(diǎn)陣激光磨削治療后皮膚長期的發(fā)紅，都可以是毛細(xì)血管擴(kuò)張，影響患者的容貌。
3.2窄譜強(qiáng)脈沖光的特性：根據(jù)選擇性光熱作用理論[4]，激光照射血管性病變后，氧合血紅蛋白特異性吸收激光能量，發(fā)生變性或凝固，紅細(xì)胞變形，產(chǎn)生正鐵血紅蛋白，紅細(xì)胞膜損傷，與內(nèi)皮細(xì)胞凝固，導(dǎo)致血管閉塞。氧合血紅蛋白的吸收峰為418nm、 542nm和577nm[5]。窄譜強(qiáng)脈沖光的波長為500～600nm，它同時(shí)包含兩個(gè)氧合血紅蛋白吸收峰，從而大大增強(qiáng)了治療效果。窄譜強(qiáng)脈沖光采用大光斑，能量分布均勻，不易產(chǎn)生花斑，它的序列脈沖模式使升溫更平穩(wěn)、治療更安全，不易產(chǎn)生紫癜和水皰。由于窄譜強(qiáng)脈沖光波長相對(duì)較短，它主要針對(duì)表淺的血管性病變[6]。
3.3 長脈寬1 064nm激光的特性：氧合血紅蛋白在800～1100nm之間有另外一個(gè)相對(duì)較弱的吸收峰， 1 064nm則位于這個(gè)吸收峰內(nèi)。雖然氧合血紅蛋白對(duì)1 064nm的吸收較542nm 和577nm少，但是增加激光的波長可以增加激光的穿透深度，同時(shí)加長脈寬，可以更有效地達(dá)到深層血管。Nd：YAG激光長脈寬1 064nm波長可以穿透皮下5.0～6.0mm，其脈寬一般在10～100ms時(shí)可凝固直徑較大的血管，對(duì)于皮損較厚或較深的血管瘤和靜脈畸形具有顯著的療效[7]。長脈沖1 064nm激光可以治療較深層的血管瘤和微靜脈畸形的真皮血管畸形[8-9]。
3.4 聯(lián)合應(yīng)用的治療效果：臨床常見的皮膚血管性病變，除了包含表淺的血管病變，也可能含有較深層的血管擴(kuò)張。以往筆者單獨(dú)應(yīng)用脈沖染料激光、長脈寬1 064nm激光或者強(qiáng)脈沖光（IPL），常常需要反復(fù)多次治療。脈沖染料激光和長脈寬1 064nm激光容易產(chǎn)生水泡和紫癜，能量過大則造成皮膚破潰，從而形成瘢痕，甚至影響容貌。IPL難以作用到深層的血管病變[10]。根據(jù)血管瘤和血管畸形的血管特性，筆者根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的特性，采用窄譜強(qiáng)脈沖光和Nd：YAG激光長脈寬1 064nm聯(lián)合應(yīng)用。先用1 064nm激光，穿透治療深層血管，然后應(yīng)用窄譜強(qiáng)脈沖光繼續(xù)照射血管病變，使得病變血管進(jìn)一步收縮、凝固，達(dá)到治療效果。
本組病例治療結(jié)果顯示如下特點(diǎn)：①達(dá)到治愈和顯著療效的治療次數(shù)明顯減少。血管病變經(jīng)過兩種激光的聯(lián)合治療，加快了病變血管的閉合，大部分病例2～4次即可達(dá)到治愈或顯著效果；②血管性病變的治愈率大為提高。窄譜強(qiáng)脈沖光和激光的聯(lián)合治療，同時(shí)兼顧了深、淺部位的血管病變，治療效果大為提升；③出現(xiàn)并發(fā)癥的情況輕微。窄譜強(qiáng)脈沖光的波長更加集中，選擇性治療的針對(duì)性較強(qiáng)，而正常皮膚組織吸收不多。應(yīng)用Nd：YAG激光長脈寬1 064nm時(shí)選擇能量密度應(yīng)由小到大逐漸增加，光斑不要重疊。本組研究的病例中沒有出現(xiàn)潰瘍或明顯的瘢痕，這對(duì)于嬰幼兒，尤其頭面部的治療更為關(guān)鍵。筆者認(rèn)為，窄譜強(qiáng)脈沖光和Nd：YAG激光長脈寬1 064nm聯(lián)合應(yīng)用，可以相互取長補(bǔ)短，既增加了療效，又縮短了治療次數(shù)，在血管性病變的臨床治療上值得推廣應(yīng)用。
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關(guān)鍵詞：微波消解；電感耦合等離子體質(zhì)譜；肉及肉制品；重金屬
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
中圖分類號(hào)：TS254 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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，食品安全問題已經(jīng)成為人類共同關(guān)注的焦點(diǎn)，由于環(huán)境、運(yùn)輸、各種加工助劑污染造成各種食品的污染物含量超標(biāo)問題也逐漸凸顯，這其中尤以重金屬污染為重[1-4]。重金屬是指密度在
5×10-3 kg/m3以上的金屬，主要包括汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、砷（As）、鋅（Zn）、錫（Sn）等[5-7]。肉及肉制品作為人類賴以生存的動(dòng)物蛋白的良好來源，其食用安全性關(guān)系到千家萬戶的生命健康，其中重金屬的污染也有眾多途徑[8]，其一動(dòng)物從環(huán)境中攝取的重金屬通過食物鏈的生物放大作用，在較高級(jí)生物體內(nèi)成千上萬倍的富集起來，通過加工成肉制品后進(jìn)入人體內(nèi)，其二來自于畜產(chǎn)品及其制品在生產(chǎn)加工、貯藏運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的污染等途徑帶來的重金屬也會(huì)在最終產(chǎn)品中殘存和富集，有毒重金屬具有排出困難的特點(diǎn)，一旦在體內(nèi)沉淀會(huì)給身體帶來很多潛在危害。因此檢測(cè)其肉及肉制品中重金屬殘留的重要性不言而喻[9-14]。
目前對(duì)于重金屬等無機(jī)化學(xué)分析的儀器主要有原子吸收光譜儀（atomic absorption spectroscopy，AAS）、原子熒光光譜儀（atomic fluorescence spectrometry，AFS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer，ICP-AES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）等[9-14]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法具有一次進(jìn)樣可同時(shí)測(cè)定多種元素的優(yōu)點(diǎn)[15-16]，該法具有效率高，所有待測(cè)元素可同時(shí)測(cè)定；分析速度快，重復(fù)測(cè)定7 個(gè)元素3 次只需2～3 min；檢出限低，大多數(shù)元素檢出限為ng/kg或μg/kg；精密度高等諸多優(yōu)點(diǎn)[17-19]。結(jié)合微波消解的前處理手段則采用HNO3-H2O2體系，樣品消化完全，待測(cè)溶液中含有的硝酸介質(zhì)對(duì)ICP-MS法的測(cè)定干擾少[20]。該方法的建立對(duì)指導(dǎo)各檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)肉及肉制品中重金屬的檢測(cè)及監(jiān)督市場(chǎng)狀況有及其重要的意義[21]。
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【關(guān)鍵詞】 葉綠素 SPAD Ardunio
植物是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分，約占地球陸地表面的70%，是人類及一切生命的搖籃。葉片作為植物機(jī)體的最重要組成部分，它不僅是光合作用的主要場(chǎng)所，而且在果實(shí)成熟過程中充當(dāng)了重要的角色。綠色植物的各項(xiàng)生理活動(dòng)中，光合作用是最主要的生理活動(dòng)之一，它將光能變成電能—電能變成活躍的化學(xué)能——活躍的化學(xué)能變成穩(wěn)定的化學(xué)能，光合作用過程中，葉綠素起著至關(guān)重要的作用[1]。葉綠素是人們研究的最早也是目前做的最多的葉片生化參數(shù)之一，作為葉片的主要吸收光能的物質(zhì)，也是氮元素的主要體現(xiàn)物質(zhì)之一。葉片葉綠素含量也反映了植物對(duì)營養(yǎng)元素的需要當(dāng)植物受到環(huán)境脅迫或者是在衰老的過程中葉片中葉綠素含量會(huì)比其他色素更快的下降。可以說，其含量準(zhǔn)確快速的檢測(cè)對(duì)植物的光合效率、發(fā)育階段、營養(yǎng)狀態(tài)的判斷具有重要的意義。葉片葉綠素含量的變化對(duì)理解植物生長狀態(tài)，環(huán)境變化具有重要的指示作用，在指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)農(nóng)作物長勢(shì)和估產(chǎn)、分析農(nóng)田水肥狀況以及植物精細(xì)分類等諸多方面也具有重要意義[2，3]。
本文針對(duì)這種需要研制了一種基于Arduino的葉綠素含量光學(xué)檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物葉片葉綠素含量的無損、快速檢測(cè)。
1 測(cè)量機(jī)理
1.1 傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)方法獲取葉片葉綠素含量大都采用外觀診斷和化學(xué)分析法。外觀診斷法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡單、方便，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用。但是這種方法是事后性的，起不到主動(dòng)預(yù)防的作用；且由于此種診斷僅憑經(jīng)驗(yàn)判斷，處于定性或半定量階段；這種外觀癥狀又易與物理損傷相混淆，所以在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性和延后性[4]。化學(xué)分析法是獲得植物生化組分信息最準(zhǔn)確、可靠的方法，在實(shí)驗(yàn)室里這種方法是非常有效的，也是其他研究植物生化組分方法的技術(shù)參數(shù)依據(jù)。但是這種分析方法是破壞性的，從樣本的采集、烘干、稱重、研磨直到使用都使有潛在危害性的藥品進(jìn)行測(cè)試，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力和財(cái)力，結(jié)果也不具有實(shí)時(shí)性。而且實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析需要有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)分析人員和大量的分析試劑與設(shè)備，在很多情況下不具備這些條件，特別是發(fā)展中國家，因此在農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中這種方法是不可行的。
1.2 光學(xué)檢測(cè)方法
葉綠素檢測(cè)儀是根據(jù)葉綠體色素提取液對(duì)可見光譜的吸收，利用分光光度計(jì)在某一特定波長測(cè)定其吸光度，即可用公式計(jì)算出提取液中各色素的含量。根據(jù)朗伯——比爾定律，某有色溶液的吸光度A與其中溶質(zhì)濃度C和液層厚度L成正比，即：
A=αCL （1）
式中：α比例常數(shù)。當(dāng)溶液濃度以百分濃度為單位，液層厚度為1 cm時(shí)，α為該物質(zhì)的吸光系數(shù)。各種有色物質(zhì)溶液在不同波長下的吸光系數(shù)可通過測(cè)定已知濃度的純物質(zhì)在不同波長下的吸光度而求得。如果溶液中有數(shù)種吸光物質(zhì)，則此混合液在某一波長下的總吸光度等于各組分在相應(yīng)波長下吸光度的總和。這就是吸光度的加和性[5]。欲測(cè)定葉綠體色素混合提取液中葉綠素a、b和類胡蘿卜素的含量，只需測(cè)定該提取液在三個(gè)特定波長下的吸光度A，并根據(jù)葉綠素a、b及類胡蘿卜素在該波長下的吸光系數(shù)即可求出其濃度。在測(cè)定葉綠素a、b時(shí)為了排除類胡蘿卜素的干擾，所用單色光的波長選擇葉綠素在紅光區(qū)的最大吸收峰。
1.3 葉綠素儀
葉綠素檢測(cè)儀簡稱為葉綠素含量儀或者葉綠素測(cè)量儀，是通過測(cè)定spad值來顯示植物綠色程度的儀器。SPAD502葉綠素含量儀是葉綠素測(cè)量儀中最高端的儀器，它通過測(cè)定SPAD值，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證明SPAD值與葉綠素含量成正比關(guān)系，因而SPAD值代表葉綠素含量。但該儀器主要依賴進(jìn)口，加個(gè)偏高。
2 測(cè)量系統(tǒng)搭建
2.1 Arduino開發(fā)板
Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號(hào)的Ardunio板）和軟件（Arduino IDE）。Arduino，是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬體平臺(tái)，構(gòu)建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。
2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
該儀器主要由單色光源、光電探測(cè)器、光源驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)調(diào)理電路和微控制系統(tǒng)等部分組成，儀器框圖如（圖1）所示。
單色光源發(fā)光照射葉片，光電探測(cè)器檢測(cè)到帶有葉綠素信息的光強(qiáng)信息，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后滿足轉(zhuǎn)換器的要求，微控制系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示等功能。微控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、監(jiān)控電路、串口通信、時(shí)鐘電路、和按鍵等。
由于Arduino編程的便捷性，僅需要極少代碼即可實(shí)現(xiàn)。部分代碼如下，led1pin與led2pin分別為敏感波長與參比波長的LED二極管所連接到板上端口（表1）。
3 儀器標(biāo)定
3.1 儀器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
采用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定葉片葉綠素SPAD值作為標(biāo)準(zhǔn)值，該儀器測(cè)量精度優(yōu)于0.1 SPAD。采用本文研制的儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片吸光度值的測(cè)量。測(cè)量對(duì)象為同一種植物的30個(gè)葉片，并且摘于不同植株，這些葉片的厚度相差不大，主要位于一個(gè)植株的中間部位。植物葉片摘于實(shí)驗(yàn)前的30分鐘，以清水沖洗，保證不同葉片樣本測(cè)量位置的一致。同一葉片樣本重復(fù)測(cè)量3次，取平均值作為該葉片的SPAD值。
3.2 標(biāo)定模型和性能評(píng)價(jià)
將上面采集到的每個(gè)葉片的吸光度和葉綠素濃度標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的3次測(cè)量數(shù)據(jù)分別進(jìn)行平均，作為最終的測(cè)量值，共得到30組數(shù)據(jù)，同時(shí)采用本文所研發(fā)儀器進(jìn)行同樣測(cè)量，30組葉片樣本兩種測(cè)量數(shù)據(jù)如（圖2）所示。以SPAD-502葉綠素儀測(cè)定葉片葉綠素SPAD值作為標(biāo)準(zhǔn)值，則本文儀器的測(cè)量均方根誤差為2.7 SPAD。
4 結(jié)論
本文開發(fā)了一種基于Arduino的植物葉片葉綠素含量光學(xué)檢測(cè)儀器，該儀器操作簡單、體積小、攜帶方便、精度高。由于采用Ardunio開發(fā)板，從而在一定程度上簡化了裝置結(jié)構(gòu)、降低了成本。采用該儀器對(duì)葉片進(jìn)行測(cè)量，將得到的測(cè)量結(jié)果與SPAD-502葉綠素儀測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，誤差為2.7 SPAD。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，能夠滿足對(duì)葉綠素濃度測(cè)量的應(yīng)用要求，可以實(shí)現(xiàn)葉綠素濃度的快速、無損檢測(cè)。
參考文獻(xiàn)：
[1]李慶波，徐玉坡，張超航，張廣軍，吳瑾光.基于光譜技術(shù)的植物葉綠素濃度無損檢測(cè)儀器的研制.光譜學(xué)與光譜分析，2009（10）：875-2878.
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關(guān)鍵詞：土壤中；重金屬檢測(cè)；樣品前處理技術(shù)
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.081
在樣品化學(xué)分析技術(shù)中，導(dǎo)致分析產(chǎn)生最大誤差的是樣品前處理，因?yàn)閮x器本身產(chǎn)品誤差的可能性相對(duì)較小。不同前處理技術(shù)在對(duì)同一樣品進(jìn)行操作時(shí)，所獲取的最終結(jié)果也會(huì)有一定區(qū)別。所以，在樣品前處理技術(shù)中提出一個(gè)更加快速、簡單的操作方法是當(dāng)務(wù)之急。
1 濕法消解
濕法消解是將氧化性強(qiáng)酸加入到樣品中，通過對(duì)有機(jī)物的加熱破壞，達(dá)到待測(cè)無機(jī)成分的釋放，最終形成穩(wěn)定的無機(jī)化合物用于實(shí)際分析。濕法消解是目前較為簡單的一種操作技術(shù)，故被廣泛用于土壤中重金屬檢測(cè)樣品前處理。
1.1 濕法消解的試劑選擇
在實(shí)際操作中，濕法消解主要使用幾種試劑，第一是鹽酸；第二是硝酸；第三是高氯酸；第四是氫氟酸。首先，鹽酸是一種效果較強(qiáng)的試劑，其在高溫高壓下的多種物質(zhì)，如硫酸鹽和硅酸鹽等都能和鹽酸形成可溶的鹽酸鹽。其次，硝酸是一種強(qiáng)氧化劑，實(shí)驗(yàn)室通常對(duì)其應(yīng)用重金屬元素的釋放樣品中，并形成可溶性的硝酸鹽。再次是高氯酸，其也具有很強(qiáng)的氧化性，不僅能形成金屬反應(yīng)，還能對(duì)有機(jī)物進(jìn)行消解，但需要注意的是高氯酸在熱濃條件下，很容易與氧化過的無機(jī)物產(chǎn)生爆炸。最后是氫氟酸，其是一種有效溶劑，能對(duì)硅基物料進(jìn)行有效溶解，并將其轉(zhuǎn)化為能揮發(fā)的SiF，之后需要對(duì)相關(guān)元素加以檢測(cè)。
1.2 濕法消解技術(shù)現(xiàn)狀
總的來說，濕法消解是一種操作簡單的技術(shù)，幾乎所有實(shí)驗(yàn)室都能通過其進(jìn)行樣品前處理，但其中還是存在一些需要化的問題。第一，濕法消解主要是一種氧化法應(yīng)，其在過程中需要消耗大量時(shí)間，通常需要五到十小時(shí)左右，主要根據(jù)檢測(cè)樣品的成分來決定。濕法消解所常用的四種酸實(shí)際都屬于相對(duì)危險(xiǎn)的物質(zhì)，其中的高氯酸更有可能產(chǎn)生爆炸的可能，氫氟酸的缺陷在于會(huì)腐蝕玻璃，如果操作不當(dāng)會(huì)對(duì)儀器造成損害。電熱板加熱消解，石墨消解儀加熱時(shí)間在十個(gè)小時(shí)左右，時(shí)間長，消解不徹底，消解后的溶液常有殘?jiān)脙x器進(jìn)行分析測(cè)試時(shí)容易堵塞進(jìn)樣的毛細(xì)管，全自動(dòng)石墨消解，自動(dòng)設(shè)定升降溫，加酸，定容，搖勻等程序，消解時(shí)間在五六個(gè)小時(shí)，時(shí)間短，消解也徹底，消解后的溶液澄清明亮，解放了人力，適合批量樣品的消解，一批最多可消解60個(gè)樣品。
2 干灰化法消解
2.1 干灰化法消解的原理
高溫灼燒是干灰化法的主要方式，以利于分解氧化有機(jī)物，再測(cè)定所剩下的無機(jī)物。在利用干灰化法進(jìn)行樣品前處理時(shí)，溫度需要及時(shí)調(diào)整，其能對(duì)不同元素產(chǎn)生影響。為了提升干灰化法的灰化時(shí)間，實(shí)驗(yàn)中通常會(huì)加入一些試劑，第一是HNO3；第二是Mg（NO3）2等灰助劑，由于加入試劑的不同對(duì)元素產(chǎn)生的作用也會(huì)有相應(yīng)的區(qū)別。
2.2 干灰化法的現(xiàn)狀
干灰化法是通過高溫氧化樣品中的有機(jī)質(zhì)，其操作方法容易，需要使用的試劑也較小，不會(huì)形成太大的樣品污染。同時(shí)，干灰化法要實(shí)現(xiàn)分析樣品準(zhǔn)確度的提高，還可以通過稱樣量的增加來實(shí)現(xiàn)。但是干灰化法也有需要優(yōu)化的問題，通常，灰化需要持續(xù)六小時(shí)以上，如果最終灰化效果不理想還可能需要及時(shí)進(jìn)行降溫，然后將混酸加入繼續(xù)灰化。
3 微波消解
3.1 微波消解的操作原理
根據(jù)各自應(yīng)用方法的情況來看，微波消解操作技術(shù)在實(shí)踐操作中具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，消解能力強(qiáng)；第二，樣品污染少；第三，分析結(jié)果準(zhǔn)確，也是其擁有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，從而是土壤中重金屬檢測(cè)樣品前處理的一種常用方法。微波消解技術(shù)和傳統(tǒng)加熱有一定的區(qū)別，其是屬于內(nèi)加熱，通過微波能達(dá)到快速的深層加熱，微波的變交磁場(chǎng)會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生并極化介質(zhì)分子，高頻磁場(chǎng)促使極性分子交替進(jìn)行排列，最終分子高速震蕩。同時(shí)，震蕩因?yàn)榉肿拥姆肿娱g和熱運(yùn)動(dòng)受到影響，以此獲取很高的能量。這種相互作用導(dǎo)致樣品表面層產(chǎn)生破裂，形成酸反應(yīng)和新的表面層，以達(dá)到快速溶解樣品的效果。
3.2 微波消解技術(shù)的現(xiàn)狀
在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛的情況下，微波消解技術(shù)的合理應(yīng)用，是提高其檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要途徑。當(dāng)前，通過其實(shí)踐操作，可以總結(jié)出如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，第一是，快速加熱且具有高溫，并具有很強(qiáng)的消解功能，使樣品溶解時(shí)間有效縮短。同時(shí)，微波的加熱是直接實(shí)施到樣品，能使高溫高壓在罐內(nèi)快速形成，要對(duì)樣品進(jìn)行消解只需要十分鐘左右即可完成，比干灰化法和濕法消解都效率很多。第二是，所需耗費(fèi)的酸較少，空白值低。通常情況下，微波消解所需要的酸溶劑只需10ml就能完成一個(gè)樣品，不僅降低試劑的使用率，還能降低由于試劑所形成的干擾，并有效減小空白值。第三是，樣品揮發(fā)得到有效控制，濕法消解加熱是通過電熱板，其缺點(diǎn)是揮發(fā)性極易損失，而微波消解是在密封的罐內(nèi)進(jìn)行，在消解過程中不會(huì)出現(xiàn)樣品的揮發(fā)，并能使結(jié)果準(zhǔn)確性有效提高。
4 結(jié)束語
總而言之，土壤中重金屬檢測(cè)樣品前處理技術(shù)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，其能對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生很大影響。要達(dá)到統(tǒng)一重金屬樣品前處理技術(shù)還需要大量分析人員們進(jìn)一步探索和研究，將幾種方法的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行綜合，并有效避免其存在的弊端，以提出一種高效、簡單且不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生污染的處理方法。
參考文獻(xiàn) ：
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關(guān)鍵詞：紅外光譜特征峰；二次求導(dǎo)；關(guān)節(jié)軟骨；膠原蛋白；蛋白多糖
中圖分類號(hào)：O433； O657.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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.
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（61378087）資助項(xiàng)目；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20133218120017）資助項(xiàng)目；南京航空航天大學(xué)2014～2015年本科專業(yè)建設(shè)（1403ZJ04XX03）資助項(xiàng)目。
收稿日期：2015-03-02；修訂日期：2015-04-28
Key words： infrared characteristic band； second derivative； articular cartilage； collagen； proteoglycan
關(guān)節(jié)軟骨覆蓋在骨關(guān)節(jié)的連接表面，表面光滑，輔以關(guān)節(jié)滑液，有利于減少相鄰兩骨的摩擦，并具有承壓和緩沖運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)等重要作用。這些重要的生理功能主要是由關(guān)節(jié)軟骨特殊成分的生理結(jié)構(gòu)決定。它主要由Ⅱ類膠原蛋白（Collagen Ⅱ）、蛋白多糖（Proteoglycan，PG）、水和少量的無機(jī)離子組成。膠原蛋白構(gòu)成纖維網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證了關(guān)節(jié)軟骨的抗拉剛度和強(qiáng)度，從而有效地固定住PG。而后者則能更好地保證軟骨的彈性、耐壓性和持久性。正是由于二者的有機(jī)組合（構(gòu)成軟骨基質(zhì)），從而可以有效地保持水的含量以及與滑液的離子交換，承載人體運(yùn)動(dòng)和負(fù)重。一旦關(guān)節(jié)軟骨的主成分含量和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，則可能誘發(fā)骨關(guān)節(jié)炎（即關(guān)節(jié)軟骨退化病變）等關(guān)節(jié)疾病。目前該類疾病仍不能很好地治愈和根除，已經(jīng)成為影響人們健康的一大醫(yī)學(xué)難題，所以非常有必要對(duì)關(guān)節(jié)軟骨和骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)行更深入的研究，以便更有效地預(yù)防和治療該疾病。
目前對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的原發(fā)性原因仍然不明，還有許多問題需要探索，其中就包括膠原纖維的結(jié)構(gòu)破壞和PG的含量損失以及二值之間的因果關(guān)系等。這些涉及到關(guān)節(jié)軟骨的精細(xì)（微）結(jié)構(gòu)、主成分含量分布的研究，將有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)組織退化和修復(fù)過程的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而有效地預(yù)防和治療關(guān)節(jié)疾病。
在過去的相關(guān)研究中，人們采用的測(cè)試手段主要是生物化學(xué)分析[1]，磁共振成像[1]、生物力學(xué)測(cè)量[2]和各種形式的顯微技術(shù)[3-5]。然而這些技術(shù)方法不能實(shí)現(xiàn)在微結(jié)構(gòu)水平上同時(shí)獲得軟骨主成分的含量分布和分子結(jié)構(gòu)信息，傅里葉變換紅外光譜成像（Fourier transform infrared spectroscopic imaging，F(xiàn)TIRI）技術(shù)的出現(xiàn)則有效彌補(bǔ)了這一缺憾[6-7]。此外FTIRI還可以進(jìn)行樣品的形貌探測(cè)和光譜微成像[8]，具有測(cè)定時(shí)間短，精度高，并且可以進(jìn)行多成分測(cè)定、無損和連續(xù)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，便于研究退變的軟骨中組分含量與結(jié)構(gòu)變化。
軟骨中主成分含量的定性研究通常利用紅外光譜特征帶強(qiáng)度進(jìn)行分析[9-11]，但由于軟骨中主成分間的特征譜帶的大范圍重疊極大地影響了對(duì)主成分的含量分析，并帶來了一定的難度。雖然和化學(xué)計(jì)量學(xué)相結(jié)合進(jìn)行的定量計(jì)算相對(duì)更精確[12-13]，但過程相對(duì)復(fù)雜繁瑣。為對(duì)主成分含量及其變化實(shí)現(xiàn)更快速有效和準(zhǔn)確的檢測(cè)和判斷，對(duì)主成分特征譜帶進(jìn)行深入分析及選擇準(zhǔn)確有效的研究方法則顯得十分必要，有助于軟骨主成分含量甚至骨關(guān)節(jié)炎的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和修復(fù)。本文的目的即在于通過對(duì)主成分特征譜帶的分析，采用特征帶的積分強(qiáng)度（峰面積）和二次求導(dǎo)后的峰面積強(qiáng)度表達(dá)軟骨主成分（光譜的二次求導(dǎo)處理可以提高光譜的分辨率[14]），并和主成分回歸（Principal component regression，PCR）的定量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，尋找和判斷更合適的主成分表達(dá)和有效的定性分析方法。
1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1 樣本制備
本實(shí)驗(yàn)中采用狗的關(guān)節(jié)軟骨組織。首先將新鮮的健康狗（共5組）的肱骨軟骨組織切成2 mm×2 mm×2 mm大小的切塊，用生理鹽水清洗后快速冰凍，然后用低溫切片機(jī)（Leica CM 1950，Germany）在-20℃條件下切片成10 μm厚度的顯微切片，放在室溫下風(fēng)干用于顯微成像及后面的相關(guān)性分析。
1.2 紅外光譜成像及分析
實(shí)驗(yàn)采用的FTIRI系統(tǒng)是Perkin Elmer公司的Spotlight 300，主要由一個(gè)傅里葉變換紅外光譜儀（Spectrum One）耦合一個(gè)Spotlight 300顯微鏡裝置。系統(tǒng)內(nèi)部包含一個(gè)16×1單元（400 μm×25 μm）HgCdTe （MCT）線性陣列探測(cè)器，以液氮冷卻。所探測(cè)的紅外光譜范圍從744 cm-1到4 000 cm-l，分辨率為16 cm-l，紅外成像的空間分辨率為6. 25 μm×6.25 μm/pixel。可見光成像的收集則通過一個(gè)CCD相機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)控制的顯微鏡樣品臺(tái)的運(yùn)動(dòng)來最終實(shí)現(xiàn)，而后在可見光成像區(qū)域內(nèi)選擇感興趣的目標(biāo)區(qū)域（ROI）進(jìn)行紅外光譜成像。獲得ROI的各彩色像素、相應(yīng)的紅外光譜以及成分圖像，從而可形象直觀地分析樣品結(jié)構(gòu)、組分及其空間分布和變化等。從5組樣品的FTIR圖像中提取64個(gè)IR光譜用于下面的PCR濃度計(jì)算及濃度和特征光譜強(qiáng)度的相關(guān)性分析，其中一組被選作典型性分析。
1.3 PCR定量分析
PCR是一種多元回歸分析方法，旨在解決自變量間存在多重共線性問題。所采用的軟件為PE公司的Spectrum X。本研究中PCR模型的建立是基于兩種主成分以不同比例混合后所測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)光譜和已知濃度之間建立的數(shù)據(jù)庫，用來預(yù)測(cè)關(guān)節(jié)軟骨主成分含量[12-13]，并用于和定性方法所得結(jié)果之問的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)和比較，為驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)的方法準(zhǔn)確性提供標(biāo)準(zhǔn)參考。線性相關(guān)性分析采用Origin軟件進(jìn)行。前述光譜分析（峰面積積分和二次求導(dǎo)）則是在FTIRI系統(tǒng)自帶軟件中完成。
2 結(jié)果與討論
2.1 軟骨的紅外光譜與成像
圖1所示是從關(guān)節(jié)軟骨切片的FTIR成像當(dāng)中在某像素位置提取的紅外光譜，各特征峰分別在相應(yīng)的位置被標(biāo)記。光譜分析[15-16]得出，AmideⅠ（1 700～1 600 cm-1），Amide Ⅱ（1 600～1 500cm-1）不僅是膠原蛋白的特征峰，同時(shí)部分來自PG的貢獻(xiàn)；Amide Ⅲ帶（1 240 cm-1）位置同時(shí)包含1 260 cm-1（S=O stretching）[l7]；PG的紅外特征峰則是Sugar ring帶（1 125～960 cm-1）[18]，Amide Ⅲ & S=O stretching帶[19]對(duì)其也可能有部分貢獻(xiàn)。兇為兩種主成分的相應(yīng)特征峰相互之間存在明顯重疊[19]，所以在下面的軟骨切片的FTIRI光譜分析中，將研究Amide Ⅰ，Amide Ⅱ，Amide Ⅲ（或l 240 cm-1）和Sugar帶能否分別用作膠原蛋白和PG的特征峰及含量表征。
圖2所示分別為一健康軟骨切片的可見圖像，全吸收紅外成像以及從傘吸收紅外圖像所得到的AⅠ、AⅡ、AⅢ和Sugar等特征帶的紅外圖像（Chemimap），圖2（c～f）分別是酰胺Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和糖帶等特征帶的紅外圖像。（AⅠ），（AⅡ），（AⅢ）和（Sugar）分別表示軟骨內(nèi)酰胺Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和糖帶的吸光度隨軟骨深度的變化關(guān)系（附標(biāo)準(zhǔn)偏差）。在圖2（b～f）中，色棒的最大值分別是0.9，0.5，0.15，0.24和0.15。SZ，TZ，RZ和TM分別表示表層區(qū)、過渡區(qū)、放射區(qū)和潮線。從這些Chemimap可以判斷各個(gè)特征帶所對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)在整個(gè)成像范圍內(nèi)的分布情況。進(jìn)一步，可以將這些特征紅外圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槎S曲線，可更直觀地表現(xiàn)這些特征基團(tuán)含量隨軟骨深度的變化信息，如圖2中的各個(gè)曲線所示。如果AⅠ（AⅡ）和Sugar特征帶的貢獻(xiàn)分別主要來源于膠原蛋白和蛋白多糖.則可以定性分析出兩種主成分隨軟骨深度的分布是不均勻的。
2.2 峰面積與二次求導(dǎo)
為方便進(jìn)一步分析這些特征帶的歸屬并減少工作量，在接下來的分析中將全吸收?qǐng)D像從軟骨的表層區(qū)到潮線（TM）范圍共分成15個(gè)區(qū)域分別提取平均光譜，而后對(duì)這15個(gè)光譜中的各個(gè)特征帶（AⅠ、AⅡ、AⅢ和Sugar）進(jìn)行積分及二次求導(dǎo)（因?yàn)檐浌亲畋韺拥墓庾V成像受散射效應(yīng)的影響較大，該位置由表及里的4列像素?cái)?shù)據(jù)未考慮在內(nèi)）。這些特征帶的積分面積隨軟骨深度的變化如圖3所示，橫軸表示軟骨切片在FTIRI可移動(dòng)平臺(tái)上的絕對(duì)位置坐標(biāo)。表層區(qū)位于左側(cè)。從圖中可見，無論是從積分強(qiáng)度還是二次求導(dǎo)后的面積強(qiáng)度來看，這些特征基團(tuán)含量隨軟骨深度的增加均呈現(xiàn)不均勻分布。同一個(gè)特征帶的積分和二次求導(dǎo)光譜強(qiáng)度隨深度的變化趨勢(shì)也較相似。
為精確分辨出特征峰積分及二次求導(dǎo)方法更適合哪一個(gè)特征帶（基團(tuán)）或主成分，引入主成分回歸（PCR）[12-13]方法對(duì)這15個(gè)光譜進(jìn)行計(jì)算。PCR作為一種常用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，采用迭代和因子分析過濾掉冗余信號(hào)并獲取主成分信息，常用于定量分析，計(jì)算結(jié)果也更準(zhǔn)確[13]。圖4所示即為這組光譜經(jīng)PCR計(jì)算后所得到的結(jié)果，橫軸表示軟骨切片在FTIRI可移動(dòng)平臺(tái)上的絕對(duì)位置坐標(biāo)，表層區(qū)位于左側(cè)。從圖中可見，兩種主成分隨軟骨深度的增加，呈不均勻分布。相較于蛋白多糖，膠原蛋白在軟骨表層區(qū)甚至過渡區(qū)濃度較高，蛋白多糖則相反；前者總體濃度高于后者。膠原蛋白濃度的變化趨勢(shì)和圖3當(dāng)中AⅠ和AⅡ的積分強(qiáng)度的變化趨勢(shì)較為接近，蛋白多糖的變化趨勢(shì)則和Sugar帶二次求導(dǎo)強(qiáng)度的變化接近。
2.3 相關(guān)性分析
為定量研究圖4和圖3當(dāng)中相關(guān)曲線之間的近似程度及各特征帶的歸屬或表征，相關(guān)性分析的研究是非常必要可行的。分別將從多組樣本不同深度位置提取的光譜的各特征帶積分強(qiáng)度及二次求導(dǎo)強(qiáng)度和其對(duì)應(yīng)位置的PCR主成分濃度進(jìn)行線性相關(guān)性比較，結(jié)果如圖5所示，中級(jí)斷線表示95%可信限度。兩個(gè)灰線表示95%的預(yù)測(cè)限。兩個(gè)變量之間的相關(guān)性系數(shù)在每個(gè)圖中均已被標(biāo)出。圖5（a）表示的是積分強(qiáng)度和PCR濃度的相關(guān)性比較，圖5（b）圖表示的則是二次求導(dǎo)后特征帶面積強(qiáng)度和PCR濃度的相關(guān)性比較。相關(guān)系數(shù)及其他統(tǒng)計(jì)參數(shù)列于表1中，蛋白多糖濃度和糖帶的積分強(qiáng)度及二次求導(dǎo)強(qiáng)度之間進(jìn)行相關(guān)性比較，膠原蛋白濃度則和酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的積分強(qiáng)度及二次求導(dǎo)強(qiáng)度之間進(jìn)行相關(guān)性比較。斜線前（后）面的數(shù)據(jù)是積分強(qiáng)度（二次求導(dǎo)強(qiáng)度）和主成分濃度之間的相關(guān)系數(shù)。
由圖5和表1可見，Amide Ⅰ和AmideⅡ帶的積分強(qiáng)度和膠原蛋白的濃度相關(guān)性很強(qiáng)（RA-amide Ⅰ=0.944，RA-Amide Ⅱ=0.949，n=64），預(yù)示著其可以用來定性表征膠原蛋白的含量及分布；Sugar帶二次求導(dǎo)強(qiáng)度和蛋白多糖濃度的相關(guān)性最高（R=0.858，n=64），高于積分強(qiáng)度和蛋白多糖的濃度相關(guān)性（R=0.658，n=64），說明Sugar特征帶二次求導(dǎo)強(qiáng)度表征更適用于蛋白多糖的含量及分布研究，也說明樣品當(dāng)中蛋白多糖的含量對(duì)該帶的貢獻(xiàn)比較大[19]。這一研究結(jié)果和報(bào)到的關(guān)于蛋白多糖的二次求導(dǎo)和積分強(qiáng)度和光密度的相關(guān)性研究[11]結(jié)果是一致的，并且相關(guān)性更高，說明本結(jié)果具有更高的可信度和準(zhǔn)確度。交叉研究顯示Amide Ⅰ和Amide Ⅱ的積分強(qiáng)度或二次求導(dǎo)面積強(qiáng)度和蛋白多糖濃度具低相關(guān)性，暗示著這兩個(gè)特征帶均不適合表征蛋白多糖；相反，Sugar帶也不適合表征膠原蛋白。這一結(jié)果也說明了文中正常組織切片采用Sugar帶定性表征蛋白多糖含量的可行性[8，13]。
這些相關(guān)性的研究說明以上3個(gè)特征帶在分別對(duì)膠原蛋白和蛋白多糖的表征中起關(guān)鍵和主導(dǎo)作用，也說明3個(gè)特征帶都是由不同的成分綜合貢獻(xiàn)的。Amide Ⅲ帶的相關(guān)系數(shù)則比較低，不能直接用于表征關(guān)節(jié)軟骨中的兩種主成分及其分布[19]。
3 結(jié)束語
本文進(jìn)行了關(guān)節(jié)軟骨切片的FTIRI研究，獲得各特征譜帶對(duì)應(yīng)的Chemimap，定性或半定量地描述了軟骨中相應(yīng)特征基團(tuán)的分布。這些特征帶的積分強(qiáng)度及二次求導(dǎo)面積強(qiáng)度和不同主成分的PCR預(yù)測(cè)濃度的相關(guān)性各不相同：（1） Amide Ⅰ、Ⅱ帶的積分強(qiáng)度和膠原蛋白的濃度相關(guān)性很強(qiáng)，預(yù)示著它們均可用來定性表征膠原蛋白的含量及分布；（2）Sugar帶的二次求導(dǎo)面積強(qiáng)度和蛋白多糖濃度的相關(guān)性高于積分強(qiáng)度和蛋白多糖的濃度相關(guān)性，前種方法的Sugar特征帶表征更適用于蛋白多糖的含量及分布研究；（3） Amide Ⅲ帶任一方法表征既不適合表征膠原蛋白也不適合表征PG的含量；（4）這些特征帶均對(duì)主成分的回歸定量計(jì)算起到重要的貢獻(xiàn)。最終可見各主成分含量或濃度隨軟骨深度的變化呈不均勻分布。
綜上，在關(guān)節(jié)軟骨和骨關(guān)節(jié)炎的研究中，可針對(duì)性地選擇不同的分析方法，定性或定量地探測(cè)軟骨中主成分含量及分布、排列結(jié)構(gòu)變化等，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨及其退行性病變的快速高效研究，有效監(jiān)測(cè)軟骨退化和修復(fù)，促進(jìn)關(guān)節(jié)疾病的預(yù)防和治療。
致謝：本文作者感謝美國Oakland大學(xué)Xia Yang教授對(duì)本次光譜測(cè)量所提供的設(shè)備支持。
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關(guān)鍵詞: 微波消解；原子吸收；大葉羊蹄甲；金屬離子
中圖分類號(hào):R931;O657.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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
傣藥大葉羊蹄甲為豆科植物褐毛羊蹄甲的干燥藤莖.秋、冬季采收，具有清熱涼血、祛風(fēng)解毒、活血通經(jīng)、消腫止痛等功效.用以治療皮癬、疔瘡膿腫、濕疹、風(fēng)疹、麻疹、水痘、麻風(fēng)病等［1］.關(guān)于羊蹄甲屬植物的研究主要集中于有機(jī)成分［2］，對(duì)于金屬元素的研究未見報(bào)道.現(xiàn)代研究表明，中藥療效不僅與有機(jī)成分有關(guān)，而且與無機(jī)元素的種類和含量也有著密切關(guān)系.近年來，通過測(cè)定中草藥中微量元素的含量來研究其對(duì)人類正常生理功能的影響，考察中草藥中微量元素的藥理活性及建立中草藥中微量元素質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)是很有意義的［3］.
本文采用微波消解火焰原子吸收法對(duì)大葉羊蹄甲中的鋅、銅、鐵、錳、鈣、鎂6種金屬元素進(jìn)行測(cè)定，以期從微量元素角度為大葉羊蹄甲的作用機(jī)理提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)［4-7］.微波消解作為一種新的樣品前處理方法，是在較高的溫度和壓力下進(jìn)行的，因而可以縮短消解時(shí)間，且消解時(shí)更為安全［8］，克服了傳統(tǒng)消解的缺點(diǎn)，具有簡單、節(jié)能、節(jié)省試劑、減輕環(huán)境污染、空白值低和勞動(dòng)強(qiáng)度低的特點(diǎn)［9］.
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器試劑
1.1.1 試劑及材料
大葉羊蹄甲原藥（購于云南省西雙版納傣族自治州民族醫(yī)藥研究所）；硝酸、鹽酸、30% H2O2，均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水.1000 μg/mL鈣、鎂、銅、錳、鐵、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家鋼鐵材料測(cè)試中心制）；使用時(shí)用1% HNO3稀釋成100 μg/mL鈣、鎂、鐵和錳標(biāo)準(zhǔn)使用液，10 μg/mL銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)使用液.
1.1.2 主要儀器
WX-4000微波快速消解系統(tǒng)（上海屹堯分析儀器有限公司）AA-6300原子吸收分光光度計(jì)（日本島津公司）；鈣、鎂、銅、錳、鐵、鋅空心陰極燈；電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）；電熱恒溫干燥箱（天津市津北真空儀器廠）.測(cè)定條件見表1.
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 樣品處理
稱取粉碎的大葉羊蹄甲樣品0.100 0 g于Telfon微波消化罐中，加濃HNO34.00 mL，放置10 h,加蓋后于微波消解爐中消解10 min（分3個(gè)工步，120 ℃，05 MPa，800 W，3 min；170 ℃，15 MPa ，800 W，4 min；185 ℃，25 MPa ，1000 W，3 min），冷卻后取出，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，定容待測(cè).同法制備空白試液.
1.2.2 器皿的處理
為確保測(cè)得結(jié)果的準(zhǔn)確性，玻璃儀器、Teflon消化罐等均以體積分?jǐn)?shù)1％ HNO3浸泡24 h以上，用蒸餾水反復(fù)沖洗，最后烘箱110 ℃烘干后方可使用.
1.2.3 樣品測(cè)定
按標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制條件，分別測(cè)定試劑空白和樣品試液.
2 結(jié)果與分析
2.1 消化溶劑及消化條件的選擇
消解試樣使用最廣泛的酸是HNO3、HCl、HF、HC1O4、H2O2等，它們都是良好的微波吸收體，它們?cè)谖⒉t中的穩(wěn)定性、沸點(diǎn)和蒸汽壓以及與試樣的反應(yīng)［8~11］良好.其中HNO3是一種強(qiáng)氧化劑且廣泛地用來釋放生物樣品中的痕量元素.為了完全破壞復(fù)雜的有機(jī)基體往往需要120 ℃以上的溫度，或加其它強(qiáng)氧化劑，如H2O2和HClO4.本文選擇HNO3作為消解試劑，采用逐步升溫和升壓的程序工步消解法，安全、穩(wěn)定，開罐后消化液呈淺黃色，加5~6滴30％ H2O2后即得完全澄清透明的液體.
2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限
按表1選定的工作條件，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度，得線性回歸方程及相性系數(shù)見表2.對(duì)試樣空白測(cè)定12次，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為檢出限，分別求得各元素的檢出限見表2.
2.3 樣品測(cè)定及精密度
大葉羊蹄甲樣品按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表3.
由測(cè)定結(jié)果可以看出，大葉羊蹄甲中Ca、Mg、Mn、Fe、Zn的含量較多.
2.4 回收率試驗(yàn)
為了考察方法的可靠性，做了加標(biāo)回收率試驗(yàn).結(jié)果見表4.
由表4看出用本方法測(cè)定大葉羊蹄甲中鋅、鐵、錳、鈣具有較好的回收率.
3 結(jié)論
1）微波消解法處理大葉羊蹄甲，具有節(jié)約時(shí)間、操作簡便、節(jié)省試劑、消解完全等特點(diǎn)，測(cè)定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度令人滿意.
2）大葉羊蹄甲中含有豐富的鈣、鎂、錳、鐵和鋅，這些金屬元素是人體生命活動(dòng)不可缺少的，有著重要的生理功能、營養(yǎng)作用和臨床診斷意義.例如Zn能參與多種酶的合成與激活,并能影響動(dòng)物體神經(jīng)發(fā)育、生長發(fā)育、生殖機(jī)能和創(chuàng)傷愈合等過程，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能.錳參與體內(nèi)氧化還原過程、組織呼吸、骨的形成，影響生長繁殖、血液形成和內(nèi)分泌器官的功能，具有保護(hù)機(jī)體細(xì)胞免疫和體液免疫系統(tǒng)的正常功能.Fe是生物體內(nèi)最大豐度的微量元素之一，是人體血液中交換與輸送氧所必需的，也是體內(nèi)某些酶和許多氧化還原體系所不可缺少的一種元素.Fe在生物催化、呼吸鏈上傳遞電子等方面起著重要的作用，因此Fe的補(bǔ)給可能有利于各種含鐵酶的修復(fù)和正常運(yùn)轉(zhuǎn).大葉羊蹄甲中含有豐富的Fe、Mn，這可能與其具有清熱涼血、祛風(fēng)解毒、活血通經(jīng)、消腫止痛等功效有關(guān)［12-13］.
3）微量元素是中藥療效的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，但藥物中微量元素含量的多少并不能完全作為標(biāo)準(zhǔn)來判別其質(zhì)量高低，因?yàn)閱渭兊母缓⒉灰欢ㄅc藥物的生物效應(yīng)完全一致.微量元素含量與活性間可能有一定的相關(guān)性，有待于進(jìn)一步研究.
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收稿日期:2009-11-04.
基金項(xiàng)目:國家民委科學(xué)研究項(xiàng)目（08YN05）；國家民委本科教學(xué)改革與質(zhì)量建設(shè)研究項(xiàng)目；云南民族大學(xué)重點(diǎn)專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目.
本文簡單介紹了拉曼光譜的原理、拉曼光譜分析技術(shù)在紡織纖維定性方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合目前纖維定性鑒別的方法，提出了將拉曼光譜用于紡織纖維定性的可行性，突破了現(xiàn)有檢測(cè)方法存在的局限。
關(guān)鍵詞：拉曼光譜；定性；紡織纖維；應(yīng)用
隨著新技術(shù)的不斷更新，新的化學(xué)纖維層出不窮，為了充分利用各種化學(xué)纖維的優(yōu)良性能以滿足各種用途的需要，多種化學(xué)纖維與天然纖維混紡或交織的產(chǎn)品愈來愈多，給纖維檢驗(yàn)工作帶來了很大困難，因此開發(fā)新型檢測(cè)技術(shù)，提高纖維定性水平，簡化檢驗(yàn)程序尤為重要。本文簡單介紹了一種新型的檢測(cè)技術(shù)“拉曼光譜”的原理以及其在紡織纖維定性工作中的發(fā)展應(yīng)用。
1 紡織纖維定性檢驗(yàn)方法現(xiàn)狀
紡織纖維含量檢測(cè)是纖檢部門檢測(cè)的重要項(xiàng)目之一。在紡織品纖維含量檢測(cè)過程中，首先需要對(duì)紡織品中不同的纖維組分進(jìn)行定性，來確定紡織品纖維組分。目前，纖檢部門常用的鑒別方法包括顯微鏡觀察法、燃燒法、化學(xué)溶解法、熔點(diǎn)試驗(yàn)法、紅外光譜分析法等幾種。最常用的是燃燒法、顯微鏡法和化學(xué)溶解法[1]。
燃燒法和顯微鏡觀察法以及化學(xué)試劑法在定性檢測(cè)中都有一定的局限性，例如粘膠纖維、莫代爾、萊賽爾3種再生纖維素纖維，它們?cè)陲@微鏡下的形態(tài)以及燃燒現(xiàn)象很相似，難以很好地區(qū)分。有的檢驗(yàn)需要采用化學(xué)溶解的方法，常用幾種有毒的化學(xué)試劑[2]（如二甲基甲酰胺、甲酸/氯化鋅等），不僅給檢驗(yàn)人員身體健康帶來危害，而且對(duì)大氣造成污染。紅外光譜定性分析方法雖然可以準(zhǔn)確地鑒別紡織纖維，在纖維定性中得到了很多應(yīng)用，但是它對(duì)測(cè)試環(huán)境溫濕度要求較高、檢測(cè)周期長，樣品制作麻煩。
近來，環(huán)保、快速、準(zhǔn)確的檢驗(yàn)方法已成為紡織品檢驗(yàn)人員的追求目標(biāo)。拉曼光譜定性檢測(cè)方法因具有需要樣品量少、不需前處理、測(cè)試速度快、對(duì)樣品無損害、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、不產(chǎn)生污染物等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以有效地解決紡織行業(yè)現(xiàn)行方法存在的問題。
2 拉曼光譜測(cè)量原理
2.1 拉曼光譜原理
拉曼散射是光照射到物質(zhì)上發(fā)生的非彈性散射所產(chǎn)生的。單色光束的入射光光子與分子相互作用時(shí)可發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞，在彈性碰撞過程中，光子和分子間沒有能量交換，光子只改變運(yùn)動(dòng)方向不改變頻率，這種散射過程稱為瑞利散射。而在非彈性碰撞過程中，光子與分子之間發(fā)生能量交換，光子不僅僅改變運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)光子的一部分能量傳遞給分子，或者分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能量傳遞給光子，從而改變了光子的頻率，這種散射過程稱為拉曼散射。拉曼散射分為斯托克斯散射和反斯托克斯散射[3]。
拉曼光譜具有以下特點(diǎn)：
（1）檢測(cè)范圍廣，拉曼光譜可以檢測(cè)所有的無機(jī)和有機(jī)化合物、高分子混合物。
（2）檢測(cè)靈敏度非常高、速度快、無損、無污染。拉曼光譜方法是一種純粹的化學(xué)檢測(cè)方法，其檢測(cè)過程不需制樣、不損害樣品、不產(chǎn)生污染物、分析周期短、重復(fù)性好。
（3）拉曼光譜檢測(cè)所需試樣不受水的影響，而且對(duì)樣品的大小沒有要求，可以檢測(cè)微量樣品。雖然近紅外也可以適用于各種類型的試樣，但實(shí)際操作仍然有許多困難。
2.2 拉曼光譜儀的測(cè)量原理
拉曼光譜儀的測(cè)量原理如圖1所示，將一塊樣品放在儀器上，用激光束照射，儀器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生拉曼光譜圖，樣品的組成不同，所測(cè)得的譜圖不同，根據(jù)譜圖的特征來辨別樣品的組成。
3 拉曼光譜的發(fā)展和應(yīng)用
拉曼光譜技術(shù)是定性分析的強(qiáng)有力的工具。拉曼光譜常包含有許多確定的能分辨的拉曼峰，所以，原則上應(yīng)用拉曼光譜分析可以區(qū)分各種試樣。不過，所有可能的純凈材料和它們的混合物的數(shù)量是無窮盡的，僅有少量的簡單分子及其混合物的拉曼光譜，在與其他式樣的光譜相比較時(shí)，能輕易地區(qū)別出來。所以，定性分析的一個(gè)必要工作是根據(jù)測(cè)得的拉曼光譜判定出可能的材料和混合物，限定這些可能物的數(shù)量。這一工作的完成需要應(yīng)用試樣的其他信息，例如試樣的來源和經(jīng)歷，是否是混合物，它的物理性質(zhì)和外貌以及其他技術(shù)得到的資料[4]。
拉曼光譜之所以一開始就受到重視，是因?yàn)樗c紅外光譜有相同的波長范圍，但操作比紅外光譜簡單。目前，拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于考古、醫(yī)學(xué)、石油化工、林業(yè)和法庭科學(xué)等諸多領(lǐng)域。隨著激光技術(shù)的發(fā)展和檢測(cè)裝置的改進(jìn)，拉曼光譜技術(shù)在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。王文科用激光拉曼光譜對(duì)乙醇、甲醇的混合物進(jìn)行了研究，結(jié)果表明用工業(yè)酒精甚至甲醇勾兌的假酒利用拉曼光譜法鑒別是可行的。
4 拉曼光譜在纖維定性方面的應(yīng)用情況
在拉曼光譜分析紡織纖維結(jié)構(gòu)方面，近幾年的研究主要集中于以下幾個(gè)方面：復(fù)合材料的界面和機(jī)體結(jié)構(gòu)的測(cè)定，再生蠶絲制備過程中，分子鏈規(guī)整度和取向度變化的測(cè)定；絲素經(jīng)酶處理后，高分子結(jié)構(gòu)的變化研究以及羊絨和羊毛分子結(jié)構(gòu)研究，而在纖維成分分析方面有如下研究：鑒別天然綠色棉和染色棉；研究聚丙烯、羊毛、聚酯和一些天然纖維的鑒別方法；對(duì)染色纖維中染料的分析以及比較紅外光譜與拉曼光譜對(duì)染色纖維區(qū)分的效果。吳儉儉等用拉曼標(biāo)準(zhǔn)譜圖試驗(yàn)區(qū)分了聚酯纖維PET和PTT，并提出了利用單組分樣品的標(biāo)準(zhǔn)化譜圖建立特征表數(shù)據(jù)庫的建議。拉曼光譜特別適合于鑒別化學(xué)結(jié)構(gòu)相近的同類纖維，如萊賽爾、莫代爾、銅氨等再生纖維素纖維以及聚酯纖維（PET、PBT、PTT）。
拉曼光譜主要用在針對(duì)混紡織物的纖維定性鑒別中，由于每種纖維的分子組成不一樣，得出的光譜圖也各有特征。首先采取各種不同的纖維的單組分織物在拉曼光譜儀上測(cè)出光譜圖，采用提取特征值、特征表的方法記錄每種纖維的特征峰個(gè)數(shù)、特征峰的值以及對(duì)應(yīng)的X軸上的值建立數(shù)據(jù)庫，再將待測(cè)樣品進(jìn)行測(cè)量得出的譜圖與數(shù)據(jù)庫中的值進(jìn)行對(duì)比，即可得出織物的纖維組分。該方法能滿足纖維檢測(cè)的要求，并以快速、無損、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
雖然紡織纖維的拉曼光譜檢測(cè)方法具有方便、快速、環(huán)保、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但受限于其測(cè)量原理，拉曼光譜在纖維鑒別中也存在一些局限性，比如熒光物質(zhì)、纖維熔點(diǎn)、黑色染料、纖維含量等因素的影響。與紅外光譜分析法比較，對(duì)檢測(cè)環(huán)境的溫濕度無特別要求，樣品無需特殊處理，特別適合檢測(cè)含水的樣品。
5 結(jié)論
顯微鏡法、燃燒法、溶解法鑒別紡織纖維是目前定性行之有效的方法，但由于新的化學(xué)纖維不斷出現(xiàn)，用以上方法就難以區(qū)分了。拉曼光譜技術(shù)是定性分析的強(qiáng)有力的工具，其快速、無損、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，拉曼光譜技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到了考古、醫(yī)學(xué)、石油化工、林業(yè)和法庭科學(xué)等諸多領(lǐng)域。隨著激光技術(shù)的發(fā)展和檢測(cè)裝置的改進(jìn)，拉曼光譜技術(shù)在紡織纖維定性工作中必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，當(dāng)然， 目前依然面臨著一些急待解決的問題，如建立一個(gè)所有纖維拉曼光譜特征峰的數(shù)據(jù)庫、檢測(cè)裝置的改進(jìn)等，這些都是目前有待于開發(fā)的課題。
參考文獻(xiàn)：
[1] FZ/T 01057—2007 紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 [S].
[2] GB/T 2910—2009 紡織品定量化學(xué)分析 [S].
[3] 喬西婭，戴連奎，吳儉儉.拉曼光譜特征提取在化學(xué)纖維定性鑒別中的應(yīng)用[J].光譜學(xué)與光譜分析，2010，30（4）：975-978.