拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展-5-1239

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拉曼光谱技术结合深度学习算法在中药材质检过程中的应用

拉曼光谱技术结合深度学习算法在中药材质检过程中的应用

拉曼光谱技术结合深度学习算法在中药材质检过程中的应用摘要:随着我国进入信息技术高速发展时代,制造业的智能化转型正在不断升级,信息技术为中药生产的智慧化发展指明了方向。

利用云平台超强的计算能力和存储能力,将拉曼光谱分析技术和深度学习等人工智能算法进行融合,能够实现对中药材外源性有害残留物的检测。

首先,介绍了拉曼光谱分析技术的原理及优势、预处理方法、峰归属、特征波段提取和深度学习算法。

在此基础上,对近年来拉曼光谱分析技术在中药材鉴别、外源性有害残留含量测定进行归纳。

最后,对未来拉曼光谱分析技术在中药智能制造中的应用进行展望。

关键词:拉曼光谱;人工智能;深度学习算法;中药材;外源性有害残留物0引言近年来,中药材农药残留、重金属超标等问题备受关注,人们对中药材品质与安全标准要求也越来越高,已成为社会关注的热点。

中药材质量安全问题已经成为影响中医药治疗效果制约中医药发展的重要因素。

传统中药材质检方法如高效液相色谱法、质谱法、化学法等必须在实验室使用,使用场景受限,且对待测物具有破坏性,检测效率低,深度学习和拉曼光谱分析技术具有快速、无损、可靠等优点。

我国拉曼光谱技术在中药材质检领域仍处于摸索阶段,本文从拉曼光谱的图谱预处理、峰归属、特征波段提取及深度学习算法等角度,总结了拉曼光谱分析技术在中药材从收购到加工等领域对外源性有害残留物检测的应用,并对人工智能视域下拉曼光谱分析技术在中药材外源性有害残留物检测中的应用进行展望。

1拉曼光谱原理与优势当一束频率为v0的单色光照射到样品上后,分子可以使入射光发生散射,并非所有的光都发生瑞散射,有一小部分的光会因为被照射物体中分子振动和转到而改变发射波长,这部分改变波长的光形成的光谱图就是拉曼光谱。

利用拉曼谱图的特征峰进行快速定性分析,通过人工智能算法进行准确定量分析。

与液质联用、近红外光谱相比拉曼光谱检测技术具有无损、快捷和便捷等优点,在保证待测样品完整性的同时,又节省检测时间。

拉曼光谱技术在植物细胞壁中的应用以及展望

拉曼光谱技术在植物细胞壁中的应用以及展望
➢ 仅仅是页岩气革命么?不!核能不可再生而且存在风险,太阳能,风能,地热能,尤其 是——生物质能植物利用太阳能,通过碳同化的过程将吸收的二氧化碳转变为有机物, 储存于植物体内。生物质能的形成过程由植物体自身完成,同时消耗掉大气中的二氧化 碳,维持大气平衡。同时全世界范围内生物质资源总量十分丰富。木材是人们利用生物 质能源的主要形式。木材即植物的次生木质部,它由木本植物的一种侧生分生组织—维 管形成层活动而 产生,因此对维管形成层发育与遗传调控的研究是使人们了解木材形 成,提高木材产量和利用率的基础。
光照射到物质上时会发生非弹性散射,散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分(瑞利散射)外, 还有比激发光波长长的和短的成分,后一现象统称为拉曼(Raman)效应。
从理论到技术—拉曼散射效应的进展
➢1928年,印度物理学家拉曼(C.V.Raman)首次发现拉曼散射效应,荣获1930年的诺贝尔物 理学奖,拉曼也成为自然科学亚洲诺奖第一人。 ➢1928-1940年,拉曼光谱成为研究分子结构的主要手段。因为拉曼光谱频率及强度、偏振等 标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是拉曼 光谱具有广泛应用的原因。 ➢1940-1960年,拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱(约为入射光强的106),并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等。40年代中期,红外技术 的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。(原始的拉曼光谱以汞弧灯为光源,用常规摄 谱仪做色散系统,出现的谱线极其微弱,限制了拉曼光谱的发展。) ➢1960年以后,激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性 等优点,成为拉曼光谱的理想光源。而过滤器的发展过滤掉瑞利散射,计算机技术的发展使 大数据分析成为可能。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低,目前在物理、化学、生 物、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用,越来越受研究者的重视。并且形成了一门 光谱学的分支——拉曼光谱学。

结香纤维素与木素分布的显微激光拉曼光谱研究

结香纤维素与木素分布的显微激光拉曼光谱研究

引 言
细胞壁在植 物生 长、细胞分化 、 分运输 和植 物体支 撑 水
防护中发挥 着 重要 的 作用 ,是植 物生 长 发展 中 心 ,也是 纺
显微镜结合能谱仪 、荧光 显微 镜 、及紫外显 微镜等 技术 ,这 些传统技术 的主要缺点是样品制备繁琐 、化学处理导致样 品
受 到严重破坏 ,无法获得纤 维素与木素原 位分布 的信息 。近 年来 , 随着激光 、 微信 号检测及纳 米技术 的广泛 应用 ,显微 激光拉曼光谱技术 已广泛应用于材料科学 、生物 医学 及药物
点。
聚糖组成 , 是多分枝 的低分子 聚合 物。而木 素是 由苯 丙烷结
构单元通过醚键和碳一 碳键联接而成的芳香族高分子化 合物 。
纤维素 、 半纤维 素及 木素在细胞 壁 中分布 规律不 同,纤维 素
构成细胞壁的骨架 ,由一层层排列方 向不 同的微 纤丝交错排 列组成 。 半纤维 素填 充在微纤 丝之 间。木素是结 壳物 质 , 将 纤维素与半纤维素粘结在一起 , 成类似 钢筋混泥土式坚 实 形 的细胞壁结构 。植物细胞 壁这种复杂的结构 严重阻碍 了木 质
1 实验部分
1 1 原 料 .
结 香( a h T u b ) 树 取
科技 大学植 物 园,选 择 有代 表性 的试样 ,风 干后 人 工切 成
4c m长的小段 , 沸 1h后在 真空条 件下 存 放于 甘油一 精 煮 酒 ( 3混合溶液 中。 1: )
等 , 而对其纤维细胞壁超微结构 的研究未见报道 。 在透射电子显微镜下观察发现 , 结香 纤维细胞 的细胞壁
微共焦拉曼光谱仪 , 配备 Oy p s X 1 聚焦显 微镜及 三 l u 5 共 m B 维微 动平台 , 平台精度为 XY轴 ( 向) 横 扫描步 长为 0 1 . m,

拉曼光谱技术在微生物学中的应用_孙美娟

拉曼光谱技术在微生物学中的应用_孙美娟

quickness, sensitivity, non-destructiveness and Real-time detection. In this paper, we first introduce the principles and characteristics of confocal Raman microspectroscopy, resonance Raman spectroscopy, surface-enhanced Raman, Raman imaging, coherent anti-Stokes Raman, laser tweezers Raman and Raman-FISH respectively, and then focus on the application advantages of different Raman spectroscopy technologies employed to study the structure, chemical composition and metabolism of microbes. The proper use of these technologies in basic microbiology, microbial fermentation, diagnostic microbiology and other related aspects is very potential, especially in application. Key words: Raman spectroscopy Microbe Application
。Lee 等
[17]
通过表面增强共振拉曼散射检测了经 pH 诱导变性 的酵母异 -1-细胞色素 C 蛋白的光谱变化,他们发 现 当 pH<3 时, 酵 母 异 -1-细 胞 色 素 C 中 甲 硫 氨 酸 和组氨酸配体解离,引起分子结构的明显改变。在 中碱性条件下,氧化标志峰 1 375 cm-1,1 498 cm-1, 1 592 cm-1 和 1 640 cm-1 出 现, 表 明 在 低 自 旋 态 下 酵母异 -1-细胞色素 C 与血红素 Fe 结合。在 pH<3 时这些峰分别红移到 1 372 cm-1,1 489 cm-1,1 571 cm 和 1 602 cm ,表明在高自旋态下,酵母异 -1细胞色素 C 的第 80 位甲硫氨酸和第 18 位组氨酸配 体破裂。试验结果显示在低浓度的检测中,SERRS 比普通的共振拉曼光谱具有更高的灵敏度。

拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展

拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展
e - ma i l : x f x 3 1 5 @ Uf u . e d u . c 丌
e - ma i l : ma j i n g 6 7 8 @h o t m a i l . c 0 m
*通讯联 系人
1 2 4 0
光谱学 与光谱分 析
第3 3 卷
苷键联接 而成的线性 高分子均聚物 , 在 自然界 中 以高度 结晶
第3 3 卷, 第5 期
2 0 1




Vo ! . 3 3 , No . 5 , p p 1 2 3 9 — 1 2 4 3
Ma y,2 013
S p e c t r o s c o p y a n d S p e c t r a l An a l y s i s
的纤 维形 式存 在 。 半纤维素 由非结 晶 的复 合聚糖组 成 ,是多 分枝 的聚合物 。 而木质素是 由苯丙烷结构单 元通过醚键 和碳
系列重要的研究成果 。在简述拉曼光谱成 像技术原 理的基
础上, 重点介绍了拉曼光谱在植物细胞壁主要组分结构分 均是高分子化合物 , 其 中纤维素是 由 D - 葡萄糖基通过 l , 4 一
收稿 日期:2 0 1 2 — 1 0 — 0 8 。修订 日期 : 2 0 1 3 一 O 1 — 2 2
快速 、简单 、可 重复 、且无损 的获得 分子 、原子水 平上 的信 息 。目前拉曼光谱技 术 已广 泛应用 于材料 、石 油化 工、生 物
研究进展 ,为农林 生物质高效转化利用中细胞壁化学 结构与 超微结构 的原位分析提供 了新思路 、 新方 法。
拉曼光谱成像技术原理
拉曼光谱是研究分 子振动 和转动能级 跃迁 的光谱方法 , 是 由分子极化率变化诱导产生的 。 分子 的振 动和转动能级不 同, 拉曼 光谱 的谱线 数 目、位 移大 小和谱 线 强度则 不 同[ 2 3 。 通过对拉曼光谱谱带 的分析 ,可 判定被 测物质 的化学 组成 、 含量和结构特性 。 通过 与显微技 术的结合 , 可分析 被测样 品 中成分的微区空间分布 ,即激光束经显微镜物 镜聚焦在样 品

拉曼光谱在生命科学领域的应用

拉曼光谱在生命科学领域的应用
600
800
1000
1200
1400
1600
Wavenumber (cm-1)
图 4 不同甲状腺病变的拉曼光谱(感谢法国兰斯大学 Manfait 教授及其同事提供的数据)
对于骨组织的愈合过程,由于新生骨的骨胶原含量更高,且与成熟骨存在成分上的差异, 所以拉曼可提供新生骨和成熟骨的分布,如图 5,从而可以判断骨组织的愈合程度。如果对 愈合过程的不同时间阶段进行拉曼分析,还可以对愈合过程进行实时监测。
Scores on PC 2 Cross Validation Predicted
2,5 2
1,5 1
0,5 0
-0,5 -1
-1,5 -2
-2,5 25
PCA plot - PC 1 vs PC 2- capsules
Capsules form 1 Capsules form 2
25,5
26
26,5
由于拉曼光谱是无损的检测方法,它还可以用于药物与细胞之间相互作用的研究。如药 物与细胞作用的位点、在细胞中的分布、药物在细胞内的动力学研究等等。因此,拉曼光谱 也在药物的筛选等工作中有着广泛应用。图 8 是药物作用于细胞后的拉曼成像结果,其中绿 色是纯药物的分布位置,紫色、蓝色和粉色分别是药物作用于细胞膜、细胞质和 DNA 形成 复合物后的成分分布图。最后一张是所有成分分布的叠加。
图 2 细菌的三维拉曼成像
可以清晰地分开微小的细菌(感谢英国 CEH Oxford 的 Wei Huang 博士提供数据)。
另外,细胞种类繁多,如细菌有不同的菌种。通常,采用一些多元统计学方法,如聚类 分析、主成分分析、判别分析等可以更好地对研究对象进行评价。图 3 是对 3 种不同的细菌 在不同生长时间下获得的拉曼结果进行的统计分析,结果显示对于同一细菌,尽管生长时间 不一样,但是它们都被归属于同一类,证明拉曼可以很好地鉴别不同种类的细胞。

植物细胞壁拉曼光谱成像数据分析方法构建及其应用

植物细胞壁拉曼光谱成像数据分析方法构建及其应用

03
拉曼光谱技术在植物细胞壁研 究中的应用
拉曼光谱技术用于检测细胞壁组成
总结词
拉曼光谱技术能够检测细胞壁中的化学成分,如纤维素、木 质素、果胶等,有助于了解细胞壁的化学组成和结构特征。
详细描述
拉曼光谱技术利用光与物质相互作用产生的散射效应,对细 胞壁进行无损检测。通过对散射光谱的分析,可以确定细胞 壁中各种化学成分的存在和相对含量,从而揭示细胞壁的组 成和结构特征。
拉曼光谱技术用于分析细胞壁功能
总结词
拉曼光谱技术能够监测细胞壁在生理过程中的变化, 如水分的吸收和释放、化学物质的渗透等,有助于理 解细胞壁的功能和作用机制。
详细描述
拉曼光谱技术可以实时监测细胞壁在生理过程中的化学 变化和结构变化。例如,通过观察水分吸收和释放过程 中光谱的变化,可以了解细胞壁的吸水性能和膨胀行为 ;通过分析化学物质渗透过程中光谱的变化,可以揭示 细胞壁对化学物质的吸附和传输机制。这些信息对于理 解细胞壁的功能和作用机制具有重要意义,并为植物生 理学、植物病理学和农业科学等领域的研究提供有力支 持。
植物细胞壁的主要组成成分
纤维素
细胞壁中的主要成分,由葡萄 糖分子通过β-1,4糖苷键连接而 成,具有较高的结晶度和刚性

半纤维素
由多种单糖分子通过复杂的方 式连接而成,具有较高的化学 和物理多样性。
木质素
由苯丙烷类化合物通过醚键和 酯键连接而成,具有刚性和耐 久性。
果胶物质
主要存在于胞间层中,由半乳 糖醛酸通过糖苷键连接而成,
通过拉曼光谱成像技术,可以研 究植物抗病机制中的细胞壁变化 ,有助于深入了解植物抗病机理 和提高抗病育种水平。
在植物生长调控研究中的应用
生长激素作用机制研究

拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展-5-1239

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拉曼光谱在植物细胞壁研究中的进展
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) & 北京林业大学材料科学与技术学院北京! ) < ! !!! , & 齐齐哈尔大学轻工纺织学院黑龙江 齐齐哈尔! ) + ) +
摘!要!在能源紧缺和环境恶化的双重压力下农林生物质替代化石资源生产生物燃料化学品及生物基 材料的研究和开发已成为国内外众多学者关注的热点全面了解农林生物质原料的化学组成及其结构特 性是高效利用农林生物质的基础作为一种无损的检测技术现代拉曼光谱能够在原位状态下提供植物细 胞壁区域化学和主要组分结构特性信息本文简述了拉曼光谱成像技术原理概括了拉曼光谱在植物细胞 壁主要组分的结构分析纤维素和木质素的微区分布及其分子排列等方面的研究进展以促进该技术在植 物细胞壁研究中的应用 关键词!拉曼光谱纤维素木质素微区分布分子排列 中图分类号 & 9 3 3 6 & ) * " D ! C . ) 8!!!% & ' ) & ! D + E , ) ! " * ) , ! D * " !!文献标识码 F 析纤维素和木质素的微区分布及其分子排列方向等方面的
引!言
!!拉曼光谱又称拉曼效应是研究分子振动和转动的一种 光谱方法由于拉曼光谱具有样品制备无特殊要求可检测 微克级样品对样品可进行原位成分和结构分析等优点能 快速简单可重复且无损的获得分子原子水平上的信 息目前拉曼光谱技术已广泛应用于材料石油化工生物
) 特别是在珍贵样品和 医学地质考古宝石鉴定等领域
苷键联接而成的线性高分子均聚物!在自然界中以高度结晶 的纤维形式存在"半纤维素由非结晶的复合聚糖组成!是多 分枝的聚合物"而木质素是由苯丙烷结构单元通过醚键和碳 碳键联接而成的芳香族高分子化合物" 学者们研究了针叶木& 黑云杉$铁杉$柳杉$花旗松$雪 松$黄松$落叶松$赤松' $阔叶木& 桦木$枫木$橡木$椴树$
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

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