科研产出
腐植酸增值尿素的多谱学分子结构表征
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：尿素生产过程中加入腐植酸生产腐植酸增值尿素,可以有效延缓尿素水解,提高作物产量与氮肥利用效率,然而在此过程中腐植酸(HA)与尿素(U)主要发生什么反应还未见报道.利用风化煤源HA生产含腐植酸5%,10% 及20% 的腐植酸增值尿素(HAU5,HAU10及HAU20),采集并分析了HAU5,HAU10,HAU20及U的红外谱图及其二阶导数谱图,用XPS与O(1s)NEXAFS分别对HAU20,HA及U进行表征;通过无水乙醇溶解HAU20的方式去除了HAU20中的尿素,并利用FTIR与XPS对醇不溶物(UHA)进行表征.结果表明:(1)FTIR原谱图及二阶导数谱图表明,腐植酸增值尿素伯胺C—N振动强度低于普通尿素,且振动强度随着HA添加量的提高而降低,XPS N(1s)与O(1s)NEXAFS检测到HAU20中分别存在较多仲胺氮与非羰基氧,且FTIR发现UHA酰胺特征明显,表明腐植酸增值尿素制备过程中HA与U发生了反应.(2)XPS C(1s)表明,HAU20与UHA羧基碳比例少于HA,FTIR结果表明,UHA中不存在HA中检测到的羧酸C—O—H面内弯曲振动,羧基C=O伸缩振动位置发生偏移且伯胺氮特征明显,表明腐植酸的羧基参与了HA与U的反应,且反应方式为腐植酸羧基C—OH化学键断裂,与尿素胺基结合,脱水形成R—CO—N H—CO—N H2.因此,采用光谱分析明晰了腐植酸增值尿素制备过程中,腐植酸与尿素的主要反应方式,这将为腐植酸增效尿素机理揭示以及增值尿素研制提供基础资料.
关键词： 腐植酸增值尿素 腐植酸 反应方式 傅里叶变换红外光谱 X射线光电子能谱 X射线近边吸收光谱
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超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱法对三七果中皂苷类成分的快速鉴定
《分析化学 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：采用超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱法(UPLC-Orbitrap HRMS),通过对照品的保留时间、相对分子质量、二级质谱碎片和相关文献等信息对三七果中的皂苷类化合物进行了解析,以探明三七果中的皂苷类成分及其结合态糖苷类化合物构成.从三七果中共鉴定出60种三萜皂苷,包括43种原人参二醇型皂苷、3种原人参三醇型皂苷、12种C-17支链发生变化的三萜皂苷和2种齐墩果酸型皂苷,其中双丙二酰基人参皂苷Rc(Double malonyginsenoside Rc)、双丙二酰基人参皂苷Rb2(Double malonyginsenoside Rb2)和双丙二酰基人参皂苷Rb3(Double malonyginsenoside Rb3)为首次从三七果中鉴定出的3种双丙二酰基人参皂苷.同时,根据离子碎片信息推测了皂苷的裂解途径,揭示了不同类型皂苷的质谱裂解规律.本研究较为全面地阐明了三七果中的皂苷类成分,为三七果中皂苷类成分的鉴定以及三七非药用部位果实的后续开发利用提供了理论依据.
关键词： 三七果;超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱;皂苷;裂解规律
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新型缩氨基硫脲类化合物的设计、合成及杀菌活性研究
《有机化学 》 2022 SCI 北大核心 CSCD
摘要：为发现新型高活性的杀菌剂候选化合物,以天然产物肉桂醛衍生物N-α-戊基-(4-溴苯基)-亚丙烯基-N'-2',3'-O-亚异丙基-5'-O-尿苷甲酰基腙(A16)为先导,用具有杀菌活性的硫脲基团替代先导结构中的酯基尿苷,设计并合成了一系列缩氨基硫脲类化合物.目标物结构均经过1HNMR、13C NMR、IR、元素分析或HRMS确证.离体抑菌活性测试结果表明,在100μg/mL浓度下,部分化合物对多种病原菌表现出明显的抑菌活性.其中,化合物2a对黄瓜灰霉病菌(B.cinerea)、黄瓜炭疽病菌(C.orbiculare)、番茄早疫病菌(A.solani)三种病原菌的抑制率均超过80%,化合物2p对水稻纹枯病菌(R.solani)、小麦赤霉病菌(F.graminearum)、黄瓜炭疽病菌和番茄早疫病菌的抑制率均超过90%.进一步的精密毒力测试(EC50)结果表明,化合物2a对黄瓜灰霉病菌(EC50=1.77 μg/mL)的抑制活性和化合物2p对于水稻纹枯病菌(EC50=2.07 μg/mL)的抑制活性优于对照多氧霉素B.同时,化合物2p在40 μg/mL浓度下对几丁质合成酶的抑制活性(69%)优于对照药剂尼克霉素Z(52%).
关键词： 缩氨基硫脲 天然产物 肉桂醛 合成 几丁质合成酶 杀菌活性
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典型作物残茬磷分子形态表征
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：作物残茬还田对农业绿色发展和地力提升意义重大.我国作物残茬产量大,种类多,研究典型作物残茬中磷的赋存形态是预测其还田后作物有效性的前提.目前,液相磷-31核磁共振(31 P-NMR)是可在分子水平上表征磷素形态的主流分析技术.而利用该技术表征作物残茬磷素形态的已有研究有限,且主要采用不同磷化合物的化学位移进行图谱解析.由于某些有机磷的峰位置相邻,其化学位移受样品pH等化学条件影响较大,导致单纯依靠文献报道进行图谱解析存在较大不确定性,并且识别出的有机磷种类偏少.该研究进行加标实验,选取典型作物残茬(玉米、小麦、水稻、大豆、花生、棉花),利用液相31 P-NMR技术表征了不同部位(茎叶、谷壳和种子)磷的分子形态及其含量.研究发现,所有供试作物残茬中总磷含量均为种子>谷壳>茎叶.NaOH-EDTA前处理对供试作物残茬总磷有较高的提取率(73%~139%),平均105%.根据加标试验的31 P-NMR图谱,供试样品中检测出的无机磷形态包括正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐,有机磷包括植酸、α/β-甘油磷酸盐、单核苷酸,首次在作物残茬的正磷酸二酯组分中检测到脱氧核糖核酸;供试茎叶和谷壳中磷均以正磷酸盐为主,大约占NaOH-EDTA可提取磷的49.3%~71.6%,种子以植酸为主,占比达48.5%~82.9%;将正磷酸单酯和正磷酸二酯含量针对正磷酸二酯的降解产物进行矫正,发现作物茎叶中正磷酸二酯(17.1%~33.5%)高于正磷酸单酯(9%~13.5%),谷壳中正磷酸单酯和正磷酸二酯的百分含量分别为8.8%~23.2%及8.8%~24.6%,种子中则以正磷酸单酯为主(57.6%~82.9%).研究结果表明,供试作物残茬尤其茎叶秸秆还田后可能释放正磷酸盐和正磷酸二酯,作为有效磷源供给后茬作物吸收.该研究为作物残茬还田及农田磷肥管理提供重要科学依据.
关键词： 磷 分子形态 液相磷-31核磁共振 作物残茬
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双功能化磁性纳米修复剂对多重金属的快速、高效钝化行为
《无机化学学报 》 2021 SCI 北大核心 CSCD
摘要：采用"一锅法"制备了四氧化三铁/半胱氨酸(Fe_3O_4/Cys)磁性纳米微球,随后对Fe_3O_4/Cys进行亚氨基二乙酸(IDA)修饰得到Fe_3O_4/Cys/IDA磁性双功能化纳米微球。研究发现Fe_3O_4/Cys中的L-Cys是通过—SH基团接枝到Fe_3O_4表面的,随后IDA分子中的羧基与Fe_3O_4/Cys中的—NH_2形成酰胺键,最终形成多支链多羧基的Fe_3O_4/Cys/IDA磁性纳米修复剂。基于修复剂表面短支链-长支链交替的多羧基结构,实现了羧基基团的高密度接枝。同时,Fe_3O_4/Cys/IDA磁性纳米微球对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+)、Zn~(2+)为专性吸附,而对Hg~(2+)属于非专性吸附,且吸附重金属后得到的钝化产物均表现了良好的稳定性。另外,Fe_3O_4/Cys/IDA对重金属离子的吸附符合Langmuir模型,属于单层均相吸附,其吸附过程符合准二级动力学模型,最大吸附量为49.05 mg·g~(-1)。
关键词： 四氧化三铁 多羧基 重金属 接枝机理 动力学 热力学
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基于DNA四面体的微流控芯片用于致病性大肠杆菌O157∶H7的检测
《分析化学 》 2020 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：设计了一种微流控芯片,在其通道表面修饰DNA四面体,并通过生物素-链霉亲和素反应连接适配体作为捕获探针,用于大肠杆菌O157∶H7(Escherichia coli O157∶H7,E.coli O157∶H7)的检测研究。微流控芯片鱼骨形结构的设计降低了细菌捕获时受到的剪切力;在其表面修饰DNA四面体,可进一步调节探针之间的距离,提高探针对细菌的识别效率。琼脂糖凝胶电泳表征结果证实了DNA四面体纳米结构的成功制备和DNA四面体-适配体捕获体系的构建。采用荧光显微镜对检测结果进行进一步成像分析,并将此微流控芯片检测平台用于实际样品的检测。结果表明,不需要大型仪器或设备及其它信号放大技术的辅助,在普通光学显微镜下,利用此检测系统即能实现浓度为10 CFU/mL的E.coli O157∶H7的检测,且操作简便,检测耗时少于2 h。实际样品的检测回收率为88.3%～108.3%。本研究基于DNA四面体纳米结构构建的微流控平台,不仅为食源性致病菌的检测提供了一种有效的检测方法,在其它食品安全隐患、疾病早期诊断等研究领域也具有潜在应用价值。
关键词： DNA四面体 微流控芯片 适配体 大肠杆菌O157∶H7
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可见光光谱和机器学习的温室黄瓜霜霉病严重度定量估算
《光谱学与光谱分析 》 2020 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：温室黄瓜霜霉病严重度的准确估算是科学防治霜霉病的前提条件,对于减少农药使用量、提升温室黄瓜品质和农民经济效益具有重要意义。机器学习在植物病害诊断领域的应用越来越广泛,已经取得了丰富的研究成果,病害严重程度的估算萌发了新的思路。利用霜霉病可见光图像并结合机器学习方法,开展温室黄瓜霜霉病严重度快速准确定量估算研究。利用数码相机采集温室黄瓜霜霉病叶片图像并进行预处理,剔除病害图像的背景。以黄瓜霜霉病叶片图像为输入,构建基于卷积神经网络(CNN)的估算模型。利用可见光光谱颜色特征(CVCF)结合支持向量机进行温室黄瓜霜霉病病斑图像分割,采用SURF(speeded up robust features)特征及形态学操作对分割结果进行优化。在获取黄瓜霜霉病病斑分割图像后,提取病斑图像RGB, HSV, L~*a~*b~*, YCbCr和HSI共5个颜色空间15个颜色分量的平均值和标准差2个颜色特征,以及在此基础上结合灰度共生矩阵提取各颜色分量的对比度、相关性、熵和平稳度4个纹理特征,共计90个特征;利用Pearson相关性分析进行特征优选,采用与温室黄瓜霜霉病严重程度实际值相关性高的图像特征构建浅层机器学习估算模型,包括支持基于向量机回归(SVR)的估算模型和基于BP神经网络(BPNN)的估算模型。基于以上3种估算模型开展黄瓜霜霉病严重度定量估算,采用决定系数(R~2)和归一化均方根误差(NRMSE)对估算模型准确率进行定量评价。结果表明,模型估算的温室黄瓜霜霉病严重度与实际值之间具有良好的线性关系,其中,基于CNN的估算模型准确率最高,模型的R~2为0.919 0, NRMSE为23.33%,其次是基于BPNN的估算模型,其R~2为0.890 8, NRMSE为24.64%,基于SVR的估算模型的准确率最低,其R~2为0.8901, NRMSE为31.08%。研究结果表明,利用黄瓜霜霉病可见光图像数据,结合卷积神经网络估算模型,实现了温室黄瓜霜霉病严重度的准确估算,能够为温室黄瓜霜霉病的科学防治提供参考,提高病害防治效率,减少农药使用。
关键词： 温室黄瓜 霜霉病 严重度 可见光光谱 机器学习 估算
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联合光谱-空间信息的短波红外高光谱图像茶叶识别模型
《光谱学与光谱分析 》 2019 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：茶叶种类识别和等级划分的实践意义重大。成像光谱技术较传统检测、识别手段具有图谱合一及快速无损等优势。获取了君山银针、无锡白茶、信阳毛尖、和六安瓜片4种外观相近的线条形茶叶的短波红外(1 000～2 500 nm)高光谱图像。首先利用最小噪声分数(MNF)和非参数权重特征提取(NWFE)将高维高光谱数据投影到低维子空间,然后用单因素方差分析(ANOVA)重新评估投影特征的可分性并选择对茶叶识别较为有效子空间,同时考虑到"光谱和特征"能较好地表征物质反射属性,将选择的投影子空间MNF_1, MNF_2, MNF_4, MNF_6, MNF_8, NWFE_1, NWFE_2,及"光谱和特征"一起作为光谱特征集并用SVM分类器获得光谱特征下像元的分类结果。另一方面,利用图像本质分解(IID)算法将高光谱图像的光谱分解为自身反射光谱R与阴影成分S;在均质性较优的光谱范围(1 006～1 900 nm)按照光谱距离对R求取梯度图像并用分水岭算法实现了图像空间分割,得到空间相关度较高的分割子块。最后,将像元分类和图像分割结果进行融合,具体:在每个图像分割子块中,重新统计像元分类结果并按照最大投票法对整个子块的类别进行赋值,也即联合光谱-空间信息的茶叶识别模型。结果表明,构建的模型对4种茶叶的识别结果较为满意,在仅为约1%水平的训练样本下,茶叶的总体分类精度达94.3%, Kappa系数为0.92。该模型还较好地克服了茶叶光谱的"同物异谱"现象,并期待方法对实践生产具有指导意义。
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表面增强拉曼光谱检测二噁英类化合物研究进展
《化学学报 》 2019 SCI 北大核心 CSCD
摘要：以二噁英及二噁英类多氯联苯为代表的持久性有机污染物(POPs),具有致畸、致癌、致突变的性质,被国际癌症研究中心列为人类一级致癌物.POPs通过环境进入食物链对食品安全造成威胁和影响.以表面增强拉曼光谱(SERS)为代表的新型快速检测技术具有高灵敏分析的特点.本综述总结了近年来基于SERS技术分析POPs的研究进展,归纳了不同类型增强基底,提出了SERS分析POPs的若干关键技术难点,并对未来SERS技术在POPs分析方面的发展进行了展望.
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基于拉曼光谱技术的蜂王浆品质定量模型研究
《光谱学与光谱分析 》 2019 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：蜂王浆是一种具有抗氧化、抗衰老、调节心血管系统和免疫功能的纯天然营养保健食品,近年来在食品、生物医学等领域广泛应用。由于蜂王浆的采集过程费时费力且没有快捷简便的方法检测其品质,使得市场上的蜂王浆产品质量参差不齐,因此实现蜂王浆品质的快速鉴别就显得至关重要。该研究以蜂王浆的水分和蛋白质为研究对象,利用拉曼光谱技术结合主成分回归算法(PCR)和偏最小二乘法对蜂王浆进行了快速定量检测,建立了水分、蛋白质的定量模型,探究对其定量分析的可行性,并进行光谱预处理以提升模型的预测能力,使其预测准确性更高。蜂王浆中水分和蛋白质化学值的测定分别采纳蜂王浆国家标准规定的减压干燥法和凯氏定氮法。蜂王浆光谱的采集则是由DXR激光共焦显微拉曼光谱仪测得。应用TQ Analyst分析软件对蜂王浆光谱进行预处理及建立定量分析模型。其中光谱预处理包括导数、标准正态变换、多元散射校正、Savitsky-Golay卷积这四种光谱预处理法,并按一定关系排列组合成多种不同的预处理方法,对蜂王浆样品光谱进行数据处理,寻找出最优的模型与处理方法。结果表明,利用主成分回归法建立蜂王浆水分和蛋白质的定量模型效果不理想,水分的定量模型结果表明,Savitsky-Golay平滑(7)处理校正集决定系数最高但也仅为0.741 3,预测集决定系数为0.661 6,RMSEC为0.656,RMSEP为1.34,建模效果差。蛋白质的PCR定量模型结果表明,Savitsky-Golay平滑(7)处理相较之下最优,校正集决定系数0.675 0,预测集决定系数为0.566 8,RMSEC为0.548,RMSEP为0.957,建模效果较差。因此,基于PCR所建模型对蜂王浆水分、蛋白质的含量有一定的预测可能性,但建模效果较差,预测准确度低,稳健性差。而结合偏最小二乘法并进行S-G(7)+二阶导数+SNV处理对蜂王浆水分建模效果最好,水分含量校正集和预测集的决定系数分别为0.992 7和0.948 8,RMSEC和RMSEP分别为0.162和0.442。蛋白质的PLS定量模型,通过对多种预处理组合处理结果进行对比,S-G(7)+一阶导数+SNV处理对蜂王浆蛋白质建模效果最佳,蛋白质含量校正集和预测集的决定系数分别为0.991 6和0.879 5,RMSEC和RMSEP分别为0.143和0.497,建模效果好。因此,利用拉曼光谱结合偏最小二乘法快速检测蜂王浆中水分和蛋白质的含量是可行的,且所建定量模型稳健性良好,预测准确度高。通过上述实验可总结得出,在一些不可避免的外界因素影响下,将多种预处理方法组合起来可以提高模型的准确性和稳健性,比用单一的光谱预处理方法修正光谱更加有效,优化效果更加明显,且有效提升了模型的各参数,更好的提高了模型预测的准确性。同时表明了,拉曼光谱技术应用于蜂王浆品质的快速检测是可行的,且检测准确度高,速度快,在蜂王浆品质的快速检测方面展现了很好地应用前景。
关键词： 蜂王浆 拉曼光谱 偏最小二乘法 主成分回归法 定量分析
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