科研产出
信号放大技术在食品安全检测领域的应用
《化学进展 》 2018 SCI 北大核心 CSCD
摘要：食品安全是保障人类健康、提高人类生活品质的基础,同时因我国当前所处经济社会发展的阶段性,食品安全问题在中国日益凸显。目前,食品安全检测领域主要面临检测方法不多、快检技术不成熟,尤其是缺乏超痕量的检测分析技术导致的检测灵敏度不高等问题。信号放大技术为这些问题提供了可能的解决途径,将信号放大技术与传统检测方法相结合,实现食品中重金属、生物/化学毒素、微生物及违法添加剂等方面的痕量检测正逐渐引起人们的重视。本文从四种主要的信号放大技术与该技术在食品安全检测中的研究现状、发展趋势两方面进行了概述,并展望了信号放大技术在食品安全检测领域的研究重点和未来的发展前景。
关键词： 信号放大技术 食品安全 食品污染物 生物传感器 纳米材料 核酸扩增
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液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱法测定饲料中砷的形态
《分析化学 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：建立了饲料中亚砷酸盐(As~(3+))、砷酸盐(As~(5+))、一甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、对氨基苯胂酸(p-ASA)、羟基苯胂酸(4-OH)和洛克沙胂(ROX)共7种不同形态砷的高效液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱(HPLC-HG-AFS)分析方法。饲料样品采用甲醇-水(1∶1,V/V)溶液提取,15 mmol/L(NH_4)_2HPO_4和10 mmol/L邻苯二甲酸氢钾为流动相,经PRP-X100阴离子交换色谱柱分离后,由HG-AFS测定。结果表明,7种砷形态标准曲线的线性关系良好(R2≥0.9964),方法检出限为5~30 μg/kg,平均回收率为76.3%~108.1%,日内相对标准偏差≤7.7%,日间相对标准偏差≤17.4%。本方法灵敏度高、前处理简单、运行费用低廉,适用于饲料产品中砷的形态分析。
关键词： 液相色谱 氢化物发生原子荧光光谱 饲料 砷 形态分析
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亲水作用-反相二维液相色谱串联质谱法鉴定水稻蛋白质
《分析化学 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：建立了亲水作用-反相二维液相色谱串联质谱分析水稻叶片蛋白质组学的方法。利用标准肽段系统分析了液相色谱流动相酸碱度对二维亲水作用-反相色谱系统正交性的影响。结果表明,第一维亲水作用色谱在碱性(pH 9.3)和第二维反相色谱在酸性(pH 3.3)的条件下,正交性最佳(R~2=0.34113)。在此基础上,结合馏分收集技术进一步评价了本测试系统在水稻叶片蛋白质分析中的正交性。结果表明,在所有馏分收集组分中,鉴定次数小于2次的水稻叶片肽段占总肽段数目的 50%以上,且一维液相色谱馏分收集的肽段在第二维色谱及质谱分离分析中,可以较好地分布在不同时间段的洗脱窗口,表明本研究建立的亲水作用-反相二维液相色谱串联质谱结合馏分收集技术在复杂水稻叶片蛋白质分离鉴定中可提供良好的的分离正交性。结合水稻蛋白质数据库检索,共鉴定出207345个肽段,归属于2930个蛋白质簇。
关键词： 亲水作用-反相二维液相色谱 蛋白质 水稻叶片 纳升级液相色谱串联质谱 正交性
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可见光光谱和支持向量机的温室黄瓜霜霉病图像分割
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：针对温室现场环境下采集的黄瓜霜霉病叶片图像中存在光照不均匀和背景复杂的问题,提出了一种基于可见光光谱和支持向量机的温室黄瓜霜霉病图像分割方法。首先,提出了一种基于可见光谱的颜色特征CVCF(combination of three visible color features)及其检测方法,该颜色特征将超红特征(excess red,ExR)、H分量和b*分量三种颜色特征结合,通过设置ExR参数,降低光照条件对ExR的影响,克服了光照不均匀对病斑分割的影响。在CVCF的基础上,结合基于径向基核函数的支持向量机分类器,通过优化分类器参数构建病斑分割模型,获得了温室黄瓜霜霉病图像初始分割结果。在初始分割结果基础上,采用SURF(speeded up robust features)特征及形态学操作,对分割结果进一步优化,消除背景噪声对分割结果的影响,从而获得最终病斑分割结果。为进一步验证方法的有效性,选择了OTSU算法、K均值聚类算法和决策树算法,作对比研究。结果表明,OTSU+H*0.2,K-means+H+b*,DT+H+b*和该研究算法的错分率分别为:19.44%,40.19%,16.27%和7.37%,该算法对温室现场环境下采集的黄瓜霜霉病图像的分割效果明显优于其他对比方法。该方法能够充分克服光照不均匀和复杂背景的影响准确地提取病斑,为病害识别提供了良好的数据来源。
关键词： 温室黄瓜 霜霉病 可见光光谱 支持向量机 CVCF 图像分割 SURF特征
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拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层的穿透深度研究
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：拉曼高光谱成像技术不仅可以获取样本的空间分布信息,图像上每个像素点还包括了完整的光谱信息,因其信息量丰富的特点已在食品安全检测方面得到了应用。本研究探索拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层中的穿透深度,以及采集参数和奶粉类型对穿透深度的影响。实验选取均匀奶粉层样品放置于厚度为5mm的三聚氰胺样本之上,检测奶粉层厚度为0.8~4.0mm时的三聚氰胺特征峰强度,以此评估光在奶粉层中的穿透性和信号衰减情况。结果显示当奶粉层厚度一定时,随着激光功率变大,拉曼特征峰值随之增加,此外更长的曝光时间也可以使拉曼信号得到增强。在激光功率不小于2 W且曝光时间不小于500ms时,光在全脂奶粉层的穿透深度可达4mm。奶粉层厚度在0.8~4.0mm范围内,穿透奶粉层的拉曼信号随着奶粉层厚度增加呈指数式衰减。在激光功率为8W、曝光时间为1 000ms的条件下,光在全脂、低脂和脱脂奶粉层的穿透深度均达到了4mm。在相同测量厚度下,通过脱脂奶粉层接收的拉曼信号弱于通过全脂和低脂奶粉层接收的拉曼信号强度。研究结果为拉曼高光谱检测中奶粉样品的前处理提供了有益参考。
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支持向量机的动物血液光谱特征提取和识别分类
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：利用光谱检测和数据挖掘实现不同种类动物血液光谱数据的精确识别与分类具有重要意义,目前尚未见到较为完善及普适的相关研究报道。实验采集了鸽、鸡、鼠、羊四种动物全血和红细胞溶液(浓度为1%)的荧光光谱数据;基于小波变换的软阈值去噪方法,首先对原始光谱数据进行去噪处理,并确定了717个原始特征(包括荧光峰强度值、荧光峰连线斜率等4类特征);提出以"区分度统计量"为核心的特征提取方法,结合主成分分析法和平均影响值算法,实现了对717个原始特征到2个识别特征的高效筛选;进一步建立了径向基核函数的支持向量机分类器,对四类不同动物的全血荧光光谱数据实现了准确率为100%的识别分类,对红细胞荧光光谱数据实现了94.69%~99.12%的识别率;最后蒙特卡洛交叉验证的结果表明所提出的思路和方法对于动物全血溶液的识别分类具有较好的泛化能力,能对荧光光谱数据进行准确的识别分类,因此能够在进出口检查、食品安全、医药等领域发挥重要作用。针对动物血液荧光光谱,提出的基于"区分度统计量"的特征提取方法,相比于传统的人为特征选取方法,能够从大量原始特征中自动提取少量且有效的识别特征,具有较强的普适性和高效性,为其他领域的光谱特征提取和识别分类提供了一种新的思路。
关键词： 动物血液 荧光光谱 识别分类 特征提取 支持向量机
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胡杨叶片水分含量的近红外光谱检测
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：胡杨叶片水分含量是评价胡杨健康状况的重要指标。光谱检测法是一种常用的手段,但在近红外光谱的测量过程中,在一定程度上必然受到仪器噪声、摆放形态差异和环境的干扰,为避免噪声、散射对近红外光谱的影响,减少数据维数,采用多元散射校正(MSC)算法对原始光谱数据进行预处理,去除散射和基线漂移的影响,增加了光谱数据的信噪比,使有效光谱信息较为明显,谱带特征得到加强,有利于特征波长的选择。为降低模型的复杂度,防止过拟合现象,减小共线性影响,利用连续投影算法(SPA)进行特征变量选择,并通过多元线性回归模型,分析各个波长模拟的残差平方,评价各个波长的贡献,剔除贡献较小的波长,最终获得用于建模的特征波长,改善建模条件。最后使用偏最小二乘回归算法建立胡杨叶片水分含量检测模型。实验表明,直接使用原始光谱,利用SPA算法筛选变量个数为6个,模型预测精度为90.144%,相关系数r=0.674 24,RMSE=0.021 434,MSC处理后,利用SPA算法选定最终变量数为5个,预测精度为97.734%,相关系数r=0.781 63,RMSE=0.016 776。MSC和SPA算法有效的消除了散射噪声、减小了共线性干扰,模型的预测精度和相关性增加,误差减小,可用于胡杨叶片水分的快速无损检测,而且对其他作物叶片水分检测也具有一定的借鉴意义。
关键词： 近红外光谱 多元散射校正 连续投影算法 偏最小二乘回归 水分
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土壤表层湿度影响下冬小麦晚霜冻害及冠层光谱检测
《光谱学与光谱分析 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：为探究土壤表层湿度影响下冬小麦冠层光谱反射率响应晚霜冻害的特征,并检验敏感光谱波段预测小麦产量变化的能力,于2013和2014年小麦拔节期,分别设置了表层土壤含水量为<10%(干)、10%~20%(中)和>20%(湿)的三个湿度处理的冻前试验,并在低温室内进行降温处理。分析了不同土壤表层湿度下受冻冬小麦的穗数、穗粒数、千粒重、单株产量、冠层光谱反射率及其一阶微分值的差异,对冬小麦冻害产量变化率和高光谱特征参量进行了相关分析和一元线性拟合。结果表明:冬小麦穗粒数和单株产量总体上均随土壤表层湿度的降低而呈减少态势,在土壤表层干处理条件下冻害对冬小麦产量造成的影响最为显著(p<0.05);在绿峰(523nm附近)、黄边(571nm附近)、红边(732nm附近)和近红外台的两个水分吸收带(952和1 145nm附近),干+冻害处理冬小麦冠层反射率的一阶微分值与中+冻害、湿+冻害处理的差值明显;剥离了土壤表层湿度对光谱的影响后,冬小麦冠层反射率一阶微分差值在以570nm为中心的黄边区域和以710nm为中心的红边区域对干、中和湿梯度处理下晚霜冻害响应的差异明显;两年试验中的黄边面积(SDy)和570nm处一阶微分值(d570)均与冻害产量变化率达到显著正相关(p<0.05),说明黄边区域的高光谱特征参量可用于检测土壤表层湿度影响下的冬小麦晚霜冻害程度。本研究可为土壤表层湿度和晚霜冻害叠加影响下冬小麦产量变化预测方法的探讨提供参考。
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丝胶蛋白的结构、性能及生物医学应用
《化学进展 》 2017 SCI 北大核心 CSCD
摘要：丝胶蛋白来源于天然蚕茧,具有良好的生物相容性和一系列独特的生物学性能,是一种性能卓越的天然生物材料。丝胶蛋白特有的氨基酸组成和结构性质赋予了其良好的水溶性、促细胞黏附和增殖活性、原位荧光性、抗氧化活性以及酪氨酸酶抑制活性等。在交联剂、化学活性基团和紫外光等作用下,丝胶蛋白能交联形成微纳米结构材料、二维(图案化)膜材料、水凝胶或三维多孔支架,在创伤修复、组织再生、药物传递、生物医药和材料涂层等生物医学领域显示出广阔的应用前景。本文基于丝胶蛋白近年来重要的研究成果,综述了丝胶蛋白的结构和理化性质,重点讨论了丝胶蛋白材料的设计方法及其在生物医学中的最新应用,并对丝胶蛋白的发展趋势进行了展望。
关键词： 丝胶蛋白 生物医学应用 水凝胶 微纳米材料 二维膜
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介孔沸石材料负载传统基质用于激光解吸电离-飞行时间质谱分析小分子化合物
《分析化学 》 2017 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：考察了介孔沸石材料负载传统有机基质α-氰基-4-羟基桂皮酸(CHCA)用于基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)分析多肽Substance P和氟喹诺酮类药物等小分子的效果。在相同的MALDI-TOF-MS质谱条件下,与传统CHCA进行了比较,同时分别考察了不同硅铝比(SiO_2/Al_2O_3)的ZSM-5以及不同介孔大小的Beta与ZSM-5沸石载体对Substance P的检测效果。结果表明,沸石负载CHCA新型复合基质具有抑制碱金属离子峰、消除干扰碎片离子、简化与改善质谱图、提高离子化效率等优点。实验结果表明,沸石表面酸性越强,有力介孔能够充分包裹CHCA分子,则复合基质抑制干扰碎片和提高离子化效率的能力越高。复合基质成功应用于复杂样品中恩诺沙星与诺氟沙星药物小分子的MALDI-TOF-MS检测。
关键词： 介孔沸石 激光解吸电离-飞行时间质谱 小分子化合物 氟喹诺酮类药物
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