关键词：红外光谱分析；特色化；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）16-0050-02
红外光谱作为有机化合物、高聚物结构研究、纺织助剂分析鉴定等强有力的工具，在日常分析和科学研究中已得到广泛地应用，特别是随着现代科学技术的发展，红外光谱仪器测试的先进性、快捷性、准确性得到了很大提升，因此，它已成为科学研究必不可少的工具[1]。红外光谱课程是化学类相关专业的工具课，但是，以往的教学并没有针对不同专业学生的知识背景，采用相应的教学模式，这造成理论教学与实际应用的衔接不连贯，致使学生在学习时比较困难，思路不清[2]。同时，不同班级以及班级内学生之间差异较大，表现在知识水平、学习风格、学习兴趣等多方面，而在实际教学中如何根据学生的个体差异以及非智力因素，制定具有特色的教学内容及方式，对于提升整体教学质量具有重要意义。鉴于此，本文就红外光谱的教学提出了特色化改革方案。
一、依据专业背景特色，调整教学内容，激发学习兴趣
红外光谱分析课程是面向应用化学、轻化工程、制药工程、化学工程与工艺等专业本科生和研究生开设的专业必修课，旨在通过学习本课程，使学生了解红外光谱测试仪器、方法和技术在相关学科领域中的基本应用，了解并初步掌握仪器的基本原理、操作技术和实际应用，培养学生在科研工作过程中综合运用现代分析测试方法和技术解决实际问题的能力。由于各个专业的培养目标差异较大，学生的知识背景、智力水平以及学习兴趣也各不相同，因此，在红外光谱教学过程中，应根据这些差异，适当调整教学内容，在基础理论讲解完成的前提下，设计具有专业特色的例题，让学生通过较为熟悉的、具有本专业特色的化合物，学习各种化学键及官能团的特征吸收，如学生的有机化学基础薄弱，应适当增加基础知识的讲解，将新知识与基础知识融会贯通，便于学生理解新知识，并学会应用基础知识，达到学以致用的目的；同时，将所选择的化合物与日常生活和工作相联系，让学生深切体会红外光谱课程在今后学习和工作中的应用价值，激发学习兴趣。
二、改进教学手段和方法，提高教学效率
随着计算机技术的发展，基于多媒体技术的课堂辅助教学日益加强。多媒体技术可以根据教学目标和教学对象的特点，通过教学设计、合理选择和运用现代教学媒体，并与传统教学手段相结合的方式，形成合理的教学过程，使学生在最佳的学习条件下进行学习[3]。例如：在讲解红外光谱仪器的基本原理中，一味的口述很难讲解清楚，而板书讲解速度较慢，此时将多媒体技术引入，很容易将仪器原理以及光路系统形象化，便于学生对知识点的理解与运用。再如：红外光谱中化学键的特征频率是个很重要的概念，而化学键的特征频率是红外光谱解析的基础，学生在初学时，总觉得化学键的吸收频率范围难以记忆，因此在讲解双原子分子振动时，将谐振子模型形象化，通过公式推倒，让学生深刻理解化学键的特征频率是与化学键本身的性质以及原子的折合质量有关，在后续的教学中以相同的方式讲解特征区、指纹区以及影响吸收峰位的几个因素，从而让学生将知识前后联系，加深理解。
在红外光谱教学过程中，引入多媒体技术可使教学化静为动，更加形象，同时又寓教于乐，增加感染力，而且，有利于培养和激发学生的学习兴趣，；有利于学生对知识点的理解和记忆；还能节省传统的板书时间，拓宽知识面，增加信息量，提高学习效率。
三、结合实验教学，提升实践能力
红外光谱是一门应用型课程，实验教学占有很重要的地位。掌握实验操作，通常是化学及其相关学科的大学生和研究生必须的技能之一[4，5]。
在红外光谱实验教学中，首先应让学生了解红外样品以及红外谱图的基本要求，讲解红外光谱的适用范围，气体、固体、液体样品的制样方法，仪器的操作方法以及复习红外谱图解析的基本步骤，期间穿插生动的正反实例，如样品浓度过大或过小时的处理方法，压片过厚或过薄可能产生的后果及处置方法；然后，指导学生具体的实验操作，包括盐片的处理、玛瑙研钵使用的注意事项、可拆卸液体池的组装、各种样品的制作方法、仪器软硬件操作及注意事项等；最后由学生亲自动手完成实验，并对实验数据进行处理，采取小组讨论的形式，让学生阐述各自谱图的解析过程以及制样过程中的心得和体会，诸如：实验各步骤的操作要领和注意事项，谱图解析式如何对所测得的化合物红外吸收峰进行官能团的归属、推断分子结构等，同时，引导学生了解小分子谱图与高聚物谱图的差异，理解红外光谱的优缺点，通过实验教学切实提高学生的实践能力。
四、结合科研项目，提升创新能力
本课程是化学相关学科的工具课，在科学研究中具有很强的实际应用价值，因此在教学中结合科研项目，有利于提高学生的创新能力。在教学过程中搜集相关教师承担的科技服务课题，结合红外光谱的优缺点分析，不仅可以提高授课水平和学生的兴趣，同时也要阐明对于特殊样品，尤其是未知混合物分析，由于可能包括多种化合物，甚至是高分子材料，如简单通过红外光谱确定其分子结构，较为草率。例如，纺织助剂是纺织品生产加工过程中必须的化学品。纺织助剂对提高纺织品的产品质量和附加价值具有不可或缺的重要作用，对提升纺织工业的整体水平以及在纺织产业链中的作用是至关重要的。纺织助剂产品约80%是以表面活性剂为原料，约20%是功能性助剂。对于这样一个混合物的剖析与制备，需要大量的分离、分析工作，其中红外光谱的测试与谱图解析起到了重要作用，但是对于混合物的解析不能只用单一的红外光谱测试，而往往需要多种分析测试手段相互佐证，以精确化合物的结构。将红外光谱教学与类似的科研项目相结合，不仅可让学生切实理解红外光谱的优缺点以及应用范围，而且可让学生理解在实际科研与日常工作中，往往需要多种分析手段相结合，如Raman、XPS等分析技术，甚至是实践经验，对样品结构进行深入分析。
五、结语
通过红外光谱的特色化教学，我们取得了较好的教学效果，主要体现在：学生学习兴趣明显提高，课堂氛围良好；学生对红外光谱基础知识以及解谱方法的了解和掌握较扎实；学生熟悉了红外光谱制样、测试方法；学生对红外光谱在工作和科研中应用的优缺点有了进一步的理解，为后面的应用打下了较好的基础。在进一步的教学改革中，拟将红外光谱教学与大型综合实验相结合，针对性地设置相关的合成与测试表征实验，将多种分析技术相结合，切实提高学生对红外光谱的理解和实际应用能力。
参考文献：
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[3]杨睿，汪昆华，宗建芳，曾志刚.聚合物红外光谱多媒体课件的开发与应用[J].计算机与应用化学，2003，20（1）：179-180.
本书是第二卷，由四部分组成，共25章：第一部分是“历史的综述”，含第1章：1. Aimé Cotton在1895年发现CD和ORD后的第一个十年；第二部分是“有机立体化学”，含2-12章：2. 一些天然的手性发色团――经验规则和量子化学计算；3. 用于测定苯和其它芳香族发色团绝对构型的电子CD；4. 电子CD激子手性方法：原理和应用；5. 手性扩展p-电子化合物的CD光谱：绝对立体化学和实验验证的理论确定；6. 利用固态电子圆二色性和量子力学计算来编配天然产物的绝对构型；7. 金属有机化合物的动态立体化学和旋光光谱学；8. 动态系统的圆二色性：开关分子及超分子的手性；9. 超分子系统的电子圆二色性；10. 利用有量子计算功能的HPLCECD进行手性化合物的在线立体化学分析；11. 用振动圆二色性进行手性天然产物的结构测定；12. 分子绝对构型的测定：选择适当旋光法的准则。第三部分是“无机立体化学”，含第13章：13. 电子圆二色性在无机立体化学中的应用。第四部分是“生物分子”，含第14-25章：14. 蛋白质的电子圆二色性；15. 肽的电子圆二色性；16. 拟肽的电子圆二色性；17. 核酸的电子圆二色性；18. 肽核酸及其类似物的电子圆二色性；19. 蛋白质与核酸相互作用的圆二色性；20. 用电子圆二色性来分析捆绑在核酸上的药物或天然产物；21. 用电子圆二色性来探索HSA和AGP药物捆绑位置；22. 生物高聚物、肽、蛋白质和核酸的构象研究――振动圆二色性的作用；23. 从拉曼光学活性来看生物分子的结构和行为；24. 糖类和复合糖的旋光、电子圆二色性以及振动圆二色性；25. 通过电子圆二色性来发现药物。本书以纪念已故的Carlo Rosini教授的短文开头。每章的结尾有参考书目，目录的前面有各章作者简介，结尾有主题索引。
本书第一编著贝罗娃博士是美国纽约哥伦比亚大学化学系的研究员。1998年以来，她一直是《手性》杂志的编委会成员。
本书可用做大学生或研究生的教科书，或学术和工业领域的研究工作者的参考书。
关键词：CCD；直读发射光谱仪；相板；摄谱
1. 发射光谱分析的基本原理及主要仪器设备
1.1 原子发射光谱法是以测量物质内部能级跃迁时辐射出电磁波的波长和强度为基础的光学分析法。组成物质成分的各种元素或化合物，在一定的温度条件下解离成原子或离子，激发辐射出各种不同特征波长的复合光；经过光谱仪的分光系统分光记录后得到一系列代表各元素的特征谱线；[1] 不同元素，产生不同波长的光谱线，通过观察辨认各特征波长谱线存在的情况，可以进行光谱定性分析，各元素的谱线强度与物质的含量有关，通过进一步测量各特征谱线的黑度可以进行光谱定量分析。[2]
1.2 在地质矿样的光谱分析中通常使用一米平面光栅摄谱仪或两米平面光栅摄谱仪。常用的激发源是交直流电弧发生器。测微光度计用来测量相板上各元素相对应的谱线的黑度。光谱投影仪是目视观察相板上谱线黑度的仪器，是进行光谱定性、半定量分析的必备仪器。CCD-1型平面光栅直读发射光谱仪将被测元素的光谱线用光电倍增管接收，然后经放大、光电直接测量，显示读数及含量。
2. 光谱分析的特点及应用范围
2.1 原子发射光谱分析是一种多元素分析技术，其操作简单，分析速度快。对于岩石、矿物试样，可以不经任何处理，直接利用固体粉末制样，就能同时对样品中几十种金属元素进行全分析。可以避免溶液测试样品的一些缺点，例如易挥发元素硼的损失、难溶元素锡分解不完全等问题，原子发射光谱法可以利用不同的元素蒸发温度的差异来避开某些干扰，可以用来全面了解各种岩石、土壤、矿物等成分的含量，为剔除低品位的矿石矿物，为矿产的综合利用，为选择合理的分析方法、查明化学分析的干扰成分，制定合理的分析方案等提供了依据。
2.2 地球化学试样分析通常批量较大，一些元素如镓、锡、硼、银等因多种原因难以用多元素分析流程测试，通常使用石墨炉原子吸收光谱法、极谱法等逐一测定。而原子发射光谱法选择性好，只要选择合适的工作条件，减少谱线的重叠干扰，可以一次摄谱同时完成镓、锡、硼、钼、铅、银等元素的分析测试，而不需进行化学分离，减少了单元素分析流程，降低了分析成本，提高了分析效率。原子发射光谱法适用于微量及痕量元素的分析，测定各元素的指标可达到《区域地球化学勘查规范》（DZ/T0167-95）的要求，准确度较高，已广泛应用于地球化学勘查试样批量分析中。
3. 传统相板摄谱法
3.1 试剂的配制：对光谱分析来说，曝光后的相板一般都在固定条件下显影。显影液有多种配方，通常使用A（米吐尔、无水亚硫酸钠、对苯二酚）和B（无水碳酸钠、溴化钾）显影液。配制显影液时必须按照试剂的先后顺序逐一加入，充分搅拌待一种试剂完全溶解后再加入另一种试剂，否则显影液容易变质、失效。配制好的A液和B液要分别存放在两个棕色瓶中，不能混合在一个瓶中，密闭遮光存放在阴凉处，待相板显影时将A液和B液按比例等量混合。根据需要，混合后的显影液还可以加入一定量的蒸馏水稀释。定影液的配制方法和显影液一致，必须按照试剂的先后顺序逐一加入，充分搅拌待一种试剂完全溶解后再加入另一种试剂。为了防止相板的胶面在冲洗过程中过分吸水膨胀，破损或脱落，通常会在定影液中加入坚膜剂明矾，它可以使相板的胶面变得坚固。明矾在酸性条件下才能发挥坚膜剂的作用。因此，我们在定影液中加入一定量的冰醋酸。
3.2 摄谱及洗相：制备好试样后操作人员首先进入暗室，在红光灯下将相板装入暗盒。把暗盒装在摄谱仪上，开始摄谱。相板曝光后，操作人员再次进入暗室，将相板进行显影、定影。暗室处理对测试分析结果有直接的关系，其中显影液的成分，各种分析试剂的配比，显影液的温度以及显影时间等相关因素对相板谱线的黑度影响很大。如果操作人员显影时间过长，相板上谱线的黑度就较深，若显影时间过短，谱线的黑度就较浅。每个人的视觉误差不同，相板上谱线的黑度不同，直接影响分析测试结果。相板经过显影、定影后需要用流动的清水缓慢冲洗，以洗去残留在相板上的硫代硫酸钠及银的配合物，使相板上曝光的谱线清晰可见。否则相板晾干后表面会有一层白色的硫代硫酸钠结晶，它吸收空气中的二氧化碳后，分解出的硫与银发生反应生成硫化银，使相板变色，谱线模糊不清，无法测试相板的黑度。
3.3 测光及结果计算：测光时相板应调平，保证谱线在测微光度计的狭缝上的成像特别清晰，同时相板的谱带要与测微光度计的狭缝保持平行。相板调平后进行零点校正，测试过程中要严格保持狭缝的宽度一致，不能中途改变，分析测试人员要时刻注意相板每板移一步，必须保证测光狭缝始终与谱带居中切平。测试结束后处理分析样品的谱线，保存测试结果。
4.光谱直读摄谱法
4.1 CCD-1型平面光栅电弧直读发射光谱仪简介：CCD-1型平面光栅电弧直读发射光谱仪使用高品质的CCD全谱单色器代替相板采集信息，以直读数字信息的方式取代了摄谱时使用感光相板摄谱、洗相、定影、晾干、调平译谱等一系列过程，大大提升了分析速度。现在的CCD-1型平面光栅电弧直读发射光谱仪使用SpecDirect分析软件，支持WinXp/Win7/Win8系统。SpecDirect 是数据采集和数据处理软件，主要功能有建立分析方法和管理、数据采集、查看谱图、谱线位置指示、谱图局部放大、分析测试结果存盘和打印、测量数据结果可根据需要导出为文本文件或Excel电子表格。其中谱线的波长定位功能，极大的方便光谱分析人员辨识和分析不熟悉的特 征谱线和谱线的位置。
4.2 用SpecDirect分析软件摄谱及数据处理：SpecDirect分析软件，操作界面简便实用。试样准备好后，操作人员双击软件的桌面快捷图标进入软件操作界面，在主程序屏幕中点击工具栏按钮打开方法，再点击样品摄谱窗口，输入样品编号，该软件可同时输入1000件样品号。输完后点击确定。点击试样摄谱按钮开始摄谱，所有试样完成摄谱后，单击结束退出。位餮品分析按钮，进入数据分析界面。首先要校正参考线。校准后谱线指示针应对准参考线的峰顶上，可以使用放大谱图的功能来确定指针是否对准谱线。校准参考线后点击校正谱带按钮，开始校正谱带波长，多次校正直至所有谱线偏移为零。单击开始测量按钮，软件进行数据测试。测完后选择存盘，点击确定后显示标准曲线，逐条修正曲线后保存文件，打印数据。
5. 传统相板摄谱与光谱直读的对比
5.1 原子发射光谱分析之前多采用相板记录方式，需要经过洗相、显影、定影、晾干等一系列过程，流程较长。每个人操作时显影温度、显影时间不同对相板黑度影响很大。晾干后的相板还需用测微光度计测量相板各元素的谱带黑度，之后经过计算才能得出分析数据。两米平面光栅摄谱仪只是单纯的摄谱仪器，需和测微光度计联合使用才能完成分析测试。
5.2 现在的CCD-1型平面光栅电弧直读发射光谱仪是一整的分析仪器，可以直接将试样曝光的光强转换为数字信号，完全取代了使用感光相板摄谱、洗相、译谱等过程，省去了摄谱前显影液、定影液的配制过程，节约了显影液、定影液试剂及相板的花销，有效地降低了操作人员显影操作时产生的系统误差。CCD-1型平面光栅电弧直读发射光谱仪搭载的SpecDirect分析软件，可同时输入1000件样品号。而相板摄谱时一块相板最多只能摄谱70多件。之前分析人员需要用光谱投影仪目视观察相板上谱线黑度，并且要熟悉掌握各个元素的特征谱线，用平面光栅摄谱仪光谱图对应相板上的谱线查找特定谱线。现在的CCD-1型平面光栅电弧直读发射光谱仪其SpecDirect分析软件的谱线定位功能极大地方便了光谱分析人员辨识和分析不熟悉的特征谱线和谱线的位置。
6. 综述
现在的CCD-1型平面光栅电弧直读发射光谱仪替代了测微光度计和光谱投影仪，其分析应用软件操作界面简便实用，可以一次曝光摄谱满足多元素同时分析的要求，经测试硼、银、锡等元素的分析质量完全满足化探分析的要求，减少了分析环节，降低了操作人员个人操作误差，摒弃了显影液和定影液的使用，减少了人工成本和材料成本，避免了相板洗相过程中分析样品银沾污的困扰。省去了一系列处理过程，具有分析速度快，分析精准，稳定性好的特点。
参考文献：
关键词：近红外光谱技术；中药鉴定；定性、定量分析
我国有着丰富的中药材资源，约有12000多种【1】。我国已经深入研究了400多种中药材，并从中筛选出了800多种生物活性成分，鉴于中药材成分十分复杂，难以检测其有效成分，近红外光谱技术的应用很好的解决了这一难题，凭借简单、无损、快捷的检测方式，实现了中药检测的多、快、好、省。近红外光谱技术是一项新兴的中药分析检测技术，在中药检测定性及定量方面发挥了重要的作用。
一、近红外光谱技术应用原理及特点
近红外光谱（NIRS）技术是一项新兴的通过近红外光谱区所包含物质信息进行有机物定量定性分析的方式。它是一种间接分析技术，通过建立定标模型分析未知样品中的定量及定性。近红外光谱技术在中药鉴定方面广泛应用。
美国材料检测协会将波长在780-2526nm（12500-4000cm-1）范围之内的电磁波定义为近红外光谱区，近红外光谱区是吸收光谱区人们发现的第一个非可见光区【2】。有机分子振动时的合频、倍频吸收特定波段的电磁波形成的谱带即为近红外光谱。有机分子中含氢基团X-H（ ）等振动的倍频以及合频所吸收信息都是光谱主要记录的信息。物质不同，近红外区域吸收光谱也各不相同。近红外光谱（NIRS）分析物质定性、定量的基础就是各种物质不同的特定吸收特征。近红外技术根据近红外光谱吸收的不同特性对样品中化学成分进行定量、定性分析。
近红外光谱（NIRS）技术进行检测样品成分分析过程中具有以下特点：（1）快速扫描。通常是一个样品的全光谱图只需1min便可获得；（2）只需一次光谱检测就可以结合已经建立的校正模型对检测样品进行组分、非化学参数的测定；（3）进行样品检测时候无需破坏样品；（4）很少或根本不需要实施用品的预处理；（5）可对样品进行定性、定量分析；（6）采用光导纤维可以实现有毒材料、恶劣环境及过程分析等远程分析。
近红外光谱分析技术同时也具有一定的局限性：（1）目前只能进行常量分析，0.1%是其检测极限，目前还不能进行痕量分析。（2）需要采用参比方法对大量代表性样品实施测定，并结合化学计量学方法，建立校正模型。（3）近红外光谱分析技术并不是原始方法，原始方法的准确性是决定测定准确性的标准。
二、NIRS在中药鉴定中起到的作用
2.1 对中药进行定性分析
1、鉴别中药材的真伪。中药材的真伪鉴定目前主要方法有依据药材形状鉴定、理化鉴定、显微鉴定、核磁共振波谱法、裂解气相色谱法等。对于一些同属相近、同科的种类，采用理化鉴定、显微鉴定及形状鉴定难以得到准确的结果，需要先对药材实施样品处理。采用近红外光谱与判别分析法、聚类分析相结合的方式可以准确、快速对多种常用药材进行鉴别。现今已经可以采用近红外光谱技术成功鉴别丹参，对天门冬根、紫云英根及高丽参等外形极为相似的药材也能够辨别其真伪。
2、分析中药材的产地。由于我国中药品种繁多、产区广泛，如果采用传统的鉴别方法很难准确的鉴别出准确产地。目前主要采用形态学特征进行中药质量控制方法的鉴定，并结合少量的显微鉴别法、分光光度法及薄层色谱法等鉴定方法，采用这种方法很难快速、有效的进行产地鉴别。邢旺兴等【1】依据近红外漫反射光谱与聚类分析相结合的方式对使用7种红曲药材进行鉴别，这7种药材均以红曲霉属真菌发酵制作。鉴别结果相比较扫描电镜、形态学检验结果没有差别，由此可见使用近红外光谱分析技术可以快速、简便的分析中药材，且可靠性、重现性较高。
2.2对中药进行定量分析
1、常规分析。薄层色谱法及气相色谱法是常用的中药有效成分常规定量分析法，但是中药散剂组成相对较为复杂，如果采用常规方法定量分析，需要先进行预处理，测定特定组分的量才能够确定散剂主要成分含量，采用近红外光谱能够进行散剂成分的直接测定。陈斌等【1】检测葛根中总异黄酮的含量，采用近红外光谱分析技术仅用7min就得到了准确的测定结果，不但效果达到理化检测要求，同时也极大提高了分析效率。
2、在线质量控制。传统分析技术通常情况下是进行离线分析，需要对待分析样品进行预处理，分析结果存在滞后性。近红外光谱分析技术可以实现快速在线分析，将近红外光谱分析技术与光纤技术有机结合，可以在线分析中草药提取、纯化、浓缩等过程【3】。
（1）提取过程监控：提取中药过程中，因提取液中活性成分常常低于杂质的含量，造成提取速度慢、不准确等问题，中药生产过程中缺乏质量控制手度。采用近红外光谱分析技、可以快速、准确、无损的进行中药生产过程中的活性成分含量测定。从源头上解决中药生产的安全性，稳定性及可靠性，促进了中药技术的进步及产品质量的提升。
（2）纯化过程监测：杨南林等【1】采用光纤近红外透射光谱方法解决了大孔吸附树脂纯化过程在线分析问题，并把这项方法运用在预测黄连纯化过程中生物碱洗脱曲线方面，精确度与工业过程分析要求相一致。
（3）浓缩过程监测：瞿海斌等在红参浓缩过程中运用了近红外光谱技术，实现在线分析，能够随时对人参总皂苷含量、乙醇浓度等进行监控，实时反映浓缩状态，是中药制药过程中质量控制的有效方法。
三、结语
近红外光谱分析技术在中药检测体系中广泛应用在定量、定性的检测方面，相信伴随深入研究中药化学成分的发展，近红外光谱分析技术会取得更为广阔的发展前景。
参考文献：
[1] 王升. 近红外分析技术在中药检测体系中的应用[J]. 中国科技纵横. 2011（5）：339
关键词：食品工业 近红外光谱 食品检测
长久以来，人们都渴望有一种分析方法，可以方便快捷的方法快速检测出原料、中间产物以及成品的质量。随着科学技术的进步，20世纪80年代近红外光谱技术作为谱分析技术的一种，迅速发展起来并引起人们的重视。近红外光谱分析技术采取间接的分析方法，结合了光谱测量技术、化学计量学技术以及基础测量技术三者，能够快速、高效的对样品进行分析得出较为准确的结果。
1.近红外光谱分析的原理
ASTM是指波长在780～2526nm之间的电磁波，波数范围在12820～3959cm-1.之间。近红外光谱区的吸收是因为分子振动的倍频以及合频吸收的存在，但是只有当分子中的基频振动的频率达到2000/cm，它的倍频吸收才会到达近红外谱区。当其处于近红外光谱的范围时，研究主要包含C=C、C=O、S-H、C-H、N-H、O-H基团振动的合频或者倍频吸收[1]。研究表明，不同分子之间具有表示其特征结构的独特振动频率，即特定的红外吸收光谱，这个是红外光谱进行定性分析的基础。相比于中红外光谱，近红外光谱带较宽而且强度较小，这是样品可不直接稀释便可在近红外光谱中进行测定的原因。
2.消除噪声和其他干扰信息
进行光谱预处理主要是为了去除干扰信息和突出有用的信息。近红外光谱的信号不仅受样品的大小、密度、形状以及化学成分的影响，基线漂移和温度这些条件也会影响到光谱的吸收。所以必须采取相应的化学计量学方法把近红外光谱中的干 扰信息和无用信息去除[2]。近红外光谱测定的信息携带了许多关于样品的信息，要想发现有用的信息，必须注意到样品中光谱的微小差别，尽可能提取有用的信息。
近红外的干扰因素主要有基线漂移、高频随机噪声、样品的不均匀化等引起的光散射等等，可以采用平滑处理以及基线校正的方法实现相应的消除。一般常将光谱信号中的大方差信号作为有用的分析信号，而小方差信号则被认为是随机误差或者仪器的噪声导致的。Savitzk与Golay建立的多项式平滑方法，即卷积平滑，以最小二乘法为原理，保留了分析信号中有用的信息，进而消除随机噪声。光谱图的漂移常常是由于仪器和样品背景等造成的，会给模型校正的质量和样品检测带来一定的影响。用一阶导数和二阶导数可以进行基线校正，前者常用于校正基线偏移，后者用于校正基线漂移。在多元线性回归中，常需对样品的吸收谱区进行一定的选择。若采用主成分回归以及最小二乘等因子分析技术时，不需要对波长范围进行选择。
3.在食品安全中的应用
3.1鉴别食品产地及种类
要想食品安全得到保障，首先要检测判断出食品的产地和种类。Cozzolino和 Murray 教授用主成分分析法分析了不同动物来源的肉，如猪肉、牛肉、羊肉以及鸭肉，据统计它的准确性达到了80%.Reid等食品专家则采取了NIR结合线性判别技术以及PLS来测定不同品种的苹果汁，准确率高达100%。在中国，相关专家对杨梅以及苹果汁进行了聚类分析，然后以人工神经网络技术测定，准确率分别为95%以及100%[3]。
3.2食品掺杂鉴别
食品种类较多，成分也较复杂，目前能够掺杂到食品中的物质很多，且其外观、物理和化学性质又较为接近，用一般的化学方法较难鉴别出真假。如何快速鉴别出食品是否掺杂其他物质是整个食品市场的重要研究课题之一。最近的研究表明，近红外光谱能够成功的检测出奶粉、蜂蜜以及橄榄油，就连酒精饮料也能够较快的检测出，其准确率高达95%[4]。国内陈全胜等专家用近红外光谱分析技术结合支持向量机模式识别鉴别碧螺春真假，准确率达到 84.44 %[5]。
跟传统的分析手段相比，近红外光谱分析技术能够在几分钟甚至几秒钟内测出样品的浓度及性质数据，对样品造成的破坏较小且无污染形成。
参考文献：
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一、色谱分析法
色谱分析是理化文书物证检验中常用的分析分离技术.近年来,由于气相色谱法和高压液相色谱法的不断完善和发展,色谱分析技术已经广泛应用于法庭科学,成为不可缺少的分析手段之一.
色谱分析法实质上是一种物理化学的分离方法,即利用不同物质在固定相和流动相中具有不同的分配系数这一原理而工作的.在两相相对运动时,这些不同的物质在两相中会反复多次分配,从而达到使不同的物质得到较完全的分离的目的.
在色谱技术中,流动相为气体的称作气相色谱,流动相为液体的称作液相色谱.固定相装在管柱中的叫柱色谱,固定相作成薄层的则称作薄层色谱.若利用滤纸做固定相,成做纸色谱.目前根据色谱法制成的色谱仪器,主要有气相色谱仪和液相色谱仪.下面气相色谱仪为例进行说明。
自从1955年气相色谱仪投入市场后,最初几年主要是用于易发挥性化学成分的分离和分析.随着选择性检测器的发展和完善以及裂解器,程序升温控制器等一系列附加功能部件的问世,使得气相色谱法的用途更加广泛.尤其是和其他手段的连用,不仅弥补了它本身的缺陷,而且向快速自动化方向发展.
1、原理.气相色谱法又称气相层析法,是色谱法的一个分支,是重要的,有效的分离,分析方法之一.
2、特点.气相色谱有其本身特有的优越性:高速度,高分离效率,高灵敏度,应用范围广等.
3、气相色谱仪的主要部件.
(1)气源.气源是气相色谱仪载气和辅助气的来源,可以是高压气体钢瓶,也可以是氢气,氮气发生器以及空气压缩机。
(2)进样系统.增充柱进样系统有常压气体进样,液体进样,毛细管柱进样系统有分流进样系统,不分流进样系统,柱头进样系统,其中热烈解色谱是近几年发展较快的.
(3)色谱柱.色谱柱是色谱仪的心脏,而固定相是色谱柱的关键.气——固色谱柱常用的固定相不多,有分子筛,硅胶,高分子小球,碳分子筛等.
(4)检测器.
(5)记录和数据处理系统.句路和数据处理系统是记录色谱保留值和峰高或峰面积的设备,一般常用的是记录仪和色谱工作站.
(6)柱箱.柱箱控温在气相色谱系统中要求最高.
5、应用.气相色谱仪在刑事案件侦破中有着重要作用,主要分析有机物,尤其是容易挥发的物质.例如:墨水,在墨水中的染料相同时,可以用气相色谱法根据色谱图的峰数,保留时间及相对峰高比等鉴别相同染料墨水的不同配方或不同厂家的墨水;纸张,将纸张中的饿植物纤维,胶料等高分子化合物裂解成易挥发的低分子碎片,再进行气相色谱分析.一般可根据得到的纸张裂解色谱图的峰数,保留时间,峰高比等进行纸张的比对检验.
二,光谱分析法
光谱分析是仪器分析中重要的分析方法之一.该法利用仪器分析物质产生的光谱波长与强度来确定物质所含的成分与含量.光谱分析是基于下列一些现象:光的发射,吸收,散射,荧光,磷光以及化学发光而进行工作的.
(一)x射线分析法
X射线是一种电磁波.是研究分析鉴定物质尤其是固态物质结构和元素组成的最普遍,最有用的电磁波.X射线分析法的真正发展是20世纪50年代以后开始的.由于电子技术,高真空技术的发展,x射线荧光分析,x射线衍射分析等到了广泛的发展和应用.下面将介绍x射线荧光分析和x射线衍射分析.
1、原理
X射线荧光分析:进行x射线分析,首先要有x射线发射源,获得x射线最常用的方法是利用x射线管.
X射线衍射分析:晶体内原子,离子或分子有规则的排列在三度空间,晶体中原子间距离与x射线的波长属于同一数量级,因此晶体可作为x射线的光栅产生衍射现象.
2、仪器结构
(1)x射线荧光光谱仪
x射线照射样品时,样品激发出各种波长的荧光x射线,必须将它们按波长分开,分别测量不同波长的x射线强度,来进行定性,定量分析.根据分光原理,x射线荧光光谱仪有两种类型:一类是波长色散型;另异类是能量色散型。
(2)x射线衍射仪
x射线衍射仪由x射线源,样品,衍射线接收测量系统和衍射图处理分析系统等几部分组成。
3、x射线的安全防护
x射线对人体组织会造成伤害.人体受x射线辐射损伤的程度与辐射量及部位有关,眼睛和头部容易受伤害.对x射线的防护是有关工作人员必须牢记的。
4、应用
x射线荧光分析和x射线衍射分析在法庭科学中有重要的应用.例如,印泥成分的分析.利用质子诱导x射线分析法能非破坏的鉴定附着在纸上的印泥样品,日本科学警察研究所黑木健郎分析7种印泥的x射线荧光光谱,检测出10种元素.以所有样品中都检出的Pb的特性x射线强度作为文书物证检验学基准,比较其他各元素的特性x射线强度,结果能鉴别这7种印泥。
(二)拉曼光谱法
拉曼光谱属于分子的振动和转动光谱,通常简称为分子光谱.早在1923年,斯迈克尔等著名物理学家就预言了单色光被物质散射时可能有频率改变的散射光,印度物理学家拉曼于1928年在实验室中发现了这种散射,因而以拉曼的名字命名为拉曼散射,相应的散射光谱亦称为拉曼光谱。
目前拉曼光谱技术以其光谱信息丰富,样品不需制备,可进行微量,微区,非破坏性,原位分析等的优点,在法庭科学文书物证检验领域显示出独特的应用前景。
1、基本原理
激光拉曼光谱分析,是利用激光来照射被检物质时发生散射现象而产生与入射光频率不同的散射光谱所进行的分析方法。
拉曼散射效应.一单色光射入透明介质,在透射和发射方向以外所出现的光称散射光,分子引起的拉曼散射就是散射光之一,它可用量子理论来解释。
拉曼光谱与红外光谱的关系.两种光谱同属分子光谱,都能够提供分子振动频率的信息,但产生两种光谱的机理有本质区别.拉曼光谱是分子对单色光的散射所产生的光谱,红外光谱是吸收光谱,即分子对红外光源的吸收所产生的光谱。
2、仪器
由于拉曼散射光十分微弱,它的强度知识瑞利散射线强度的百万分之一,所以拉曼光谱仪必须以尽可能强的光照射式样,或提高检测器的灵敏度.然而在发现拉曼散射效应后的30多年时间里,这是难以达到的,使得拉曼光谱仪发展非常缓慢.
(1)色散型激光拉曼光谱仪.传统的色散型激光拉曼光谱仪使用的是可见辐射,故它与紫外---可见分光光度计的结构基本类似,主要包括激光光源,样品室,单色器和检测器四个部分。
A、激光光源.对光源最主要的要求是应该具有高单色性,并且其照射在样品上时候能产生足够强度的散射光,激光是拉曼光谱仪的理想光源.
B、样品室.样品室的功能是使激光聚焦在样品上,产生拉曼散射,并使其聚焦在单色器的入射狭缝上.
C、单色器.激光照射到样品上后,除了产生所需要的拉曼光外,还有频率十分接近于拉曼光的瑞利散射以及其他一些杂散光,特别是瑞利散射,它的强度十分大,相比之下拉曼散射就非常弱,对拉曼光谱构成严重的干扰.
D、检测器.拉曼光谱仪的检测器作用是把它检测到的光信号转变成电信号,由于拉曼散射光信号非常弱,因此要求检测器具有较高的灵敏度。
E、特殊附件.激光拉曼光谱仪可以通过配置显微镜,光纤探针等特殊附件,对一些微量,或者不均匀样品,不便直接取样的样品进行检测分析。
(2)傅立叶变换拉曼光谱仪
傅立叶变化拉曼光谱仪以近红外激光为激发光源,并引进了傅立叶变换红外光谱仪中常用的傅立叶变化技术,是从90年代前后发展起来的一种新型的拉曼光谱测试仪器。
A、光源。
B、样品室.傅立叶变换拉曼光谱仪有一系列适用于不同需要的样品池,所有样品池豆科被置于一标准样品板中。
C、迈克尔逊干涉仪.迈克尔逊干涉仪是傅立叶变换拉曼光谱仪的重要组成之一.
D、特殊的滤光器.拉曼光谱的特点是拉曼效应极其微弱,拉曼散射的强度仅为激发光强度的109分之一左右,样品在激光的照射后所产生的拉曼散射处于强大的激光背景噪音之中。
E,检测器.
共焦激光拉曼光谱仪
(3)共焦激光拉曼光谱仪也是拉曼光谱仪的新发展,它具有三维分辨能力,即可对一些样品做光学切片,其纵向分辨能力独具优越性。
3.应用
拉曼光谱结束被用在法庭科学中的时间并不长,在我国也是近年才开始利用拉曼光谱仪开展理化物证文书检验工作.该技术具有准确性高,信息量大,谱图容易辨认,差异性区分明显,分析速度快,且对样品无需制备,可进行微量,微区,原位的非破坏性检验的特点。
以文书检验的种属认定为例,在文书材料检验中,大量遇到的是要对文书上的墨水,油墨,印泥,印油等进行比对检验,以鉴别文书是否被篡改.检验时,只要将检材或样本直接放在拉曼光谱仪的载物台上,通过显微镜找准被测物质,即可测试其拉曼光谱,最后对所获得的拉曼光谱进行比较分析.检验程序简单,仪器操作方便。
三,其他仪器分析法
分析测试技术随着科学技术的进步而飞速发展.除了上述常用的仪器分析方法外,原理与其相异的质谱分析法,热分析法,中子活化分析法,核磁共振法等仪器分析方法应用也非常广泛。
下面以显微分光光度仪为例:
显微分光光度仪是20世纪60年代中期出现的光电分析仪器.它是集分光光度仪与显微镜的功能于一身，显微镜部分为分光光度仪部分提供了放大的样品图象,使得被分析的样品的尺寸可以非常小,而分光光度仪部分本身就是一种可以测量光强度变化的光学仪器.因此:"显微分光光度仪"成为无损的检验微量物证的有效仪器。
(一)原理
从显微分光光度仪测量样品的吸收光谱,可以了解样品的化学结构根据光学原理,照射在不透明的涂料表面的光,受到了表面材料的影响.具体的情况有如下两方面:
1、一部分入射光还没有进入材料的表面,就被反射掉,这种表面反射的光的波长成分与入射光波长的成分接近,几乎没有变化。
2、这部分入射光透过物体的表面,在穿过色料颗粒时,一部分被色料选择吸收,而另一部分则向四周散射.当然还会有一小部分被涂料表面散射掉的散射光。
(二)显微分光光度仪的结构
目前使用的显微分光光度仪绝大部分是国外生产的,尽管各厂家的仪器性能有差异,但是其主要构造不外乎有四个部分组成.即:显微镜部分,分光光度仪部分,计算机控制系统,输出系统有打印机,彩色照相机,彩色tv显示器。
(三)显微分光光度仪应用的特点
1、显微分光光度仪测量技术是一项无损,微量的测量技术用显微分光光度仪测量微量物证,不需要对检材进行任何预处理.这一特点是很优秀的.因为保护从现场或嫌疑人处提取的微量物证不被破坏,在刑事科学检验中十分重要.因为现代刑事物证鉴定都是采用系统检验.即对于一个物证要采用多种方法进行检验,要按照先无损,后破坏;先宏观,后微观;先物理,后化学的原则,进行系统检验.显微分光光度检验方法是无损检验方法,同时又是物理检验方法.因此应该最先进行显微分光光度检验.例如:在对文检案件的检验中,运用显微分光光度测量技术可以直接的将可疑文书或书证等放在显微镜的载物台上,然后就可以对可疑字迹的笔画及可疑点进行测量.这样就可以不破坏检材,又可以得到客观,准确的结果。
2、显微分光光度测量技术是一项灵敏度高,准确的,客观的检验技术因为人眼分辨颜色的主观性很强,在不同观察者之间,或在不同的条件下,即使由同一个人得到的认定颜色的结论也不一文书物证检验学致这是因为人眼看颜色是由人的视觉细胞对颜色刺激在大脑中引起的一种感觉。
(四)应用
把显微分光光度仪应用到文书真伪的检验中,可以说是传统文书检验技术的一次分跃.世界上从70年代末开始,先后有美国,瑞士,俄罗斯,日本,中国,以色列等国家的文检工作者应用显微分光光度测量技术对各类有问题的文书进行了检验.在国内,由于近年来国内的经济纠纷案件数量急剧地增加,涉及到的金额越来越大,作案手段也越来越隐蔽,越来越智能化,给国家,企业和个人带来了巨额的损失有许多疑难案件,如不采用新的先进技术,而依赖传统的文书检验技术是很难解决的.通过多年的研究发现了圆珠笔字迹的始笔点具有独特的光谱特性.应用这一特性,可以准确的检验利用同一支圆珠笔进行的添改字迹.另外应用显微分光光度仪,通过测量可疑文书上的公章的印文印泥的成分,然后与标准样本上相同印文的印泥成分进行比对,从而可以判断待检文书上公章的盖印时间.这样就解决了检验文书制成时间这一长期另人棘手的难题。
(五)具体分析
1、用显微分光光度仪检验添加字迹因为在原文书上添加字迹是一种常见的犯罪手段.一般多见于变造,伪造借据,收据,合同,发票等.特别多见是在原文书上的金额树木字的前后添加几个阿拉伯数目字.这种案件的特点是作案方法简单,方便,而且危害性大,欺骗性大,不容易检验.送案人对于这类案件,往往要求检验可疑文字是否是后添加字迹.以及要求确定添加笔画的先后顺序.对于这类案件,利用显微分光光度仪检验是非常有效的.其测量方法简称为三字测量法.即对可疑文字及在它前后紧挨着的两个非可疑字迹共三个字笔画墨水的光谱和颜色参数进行测量,然后对结果进行比对,如果发现可疑文字笔画的各光谱曲线及颜色参数与两个非可疑字迹的光谱曲线和颜色参数差别明显,而两个非可疑字迹笔画的各种参数和光谱曲线基本一致,就可以认定可疑字迹是后添加字迹.其检验原理是因为如果用同一支笔,按正常顺序连续书写的字迹,是在同样的书写条件下书写的,所以笔迹的力度,笔尖的运动速度及运动方式等基本保持一致.所以测得的光谱参数和颜色参数及光谱曲线等也基本一致.但是如果是在事后隔了一段时间后添加的字迹,或用了不同的笔添加了字迹,这时的书写条件很难保证与原文书书写条件一致.即使是用同一支笔,由同一个添加字迹,由于添加字迹往往是在原文书的金额数字前后或日期或在文书的结尾,开头等处添加.所以一定要受到原文书书写条件的限制,使得被添加字迹排列得过密,而使整个文书的布局发生了异常的变化,破坏了原文书的书写格式.连字迹的笔顺有改变了.此外,罪犯为了添加字迹,只能改变原来的书写习惯和风格,在紧张的心态下,其运笔的力度和方式上也发生了变化.因此字迹的书写连续性往往被破坏.对于添加字迹的异常表现,可以通过显微分光光度仪对字迹笔画的测量揭示出可疑文字是否是后添加字迹。
2、显微分光光度仪检验涂改字迹有效因为利用涂改原文书上的某些字迹,企图获得某些私利的案件,也是一种常见的犯罪手段.这类案件的特点是改写后字迹的笔画显得很生硬,不流畅.这是因为罪犯为了借用原文书上某些字的笔画,改写成自己需要的字,所以难免生硬.其相应的笔画顺序和运笔都有了异常.这些异常有时用肉眼也可以发现,但是如何证明是添改字迹,这时使用显微分光光度仪检验是一个非常有效的科学方法。
3、显微分光光度仪检验印章印文的盖印时间，因为形成印章印文的材料,诸如印泥,印油等的成分和颜色以浓度的经时变化过程是一个连续变化的过程,中间不应该出现跳跃.在不更换印泥或印油时,印泥,印油中的不稳定成分的变化是不可逆的.众所周知,一个单位的公章是一个单位权利的象征,通常要有专人的保管使用所以我们认为一个单位的公章的印泥,印油成分随时间的变化规律是可信的所以利用显微分光光度仪测量单位公章的印泥,印油成分的变化规律,可以间接的确定其盖印时间。
【关键词】中药鉴定；近红外光谱；应用
我国中药材种类繁多，来源较多，药物质量参差不齐，对于中药的鉴定工作带来了一定的困难，传统上常用的根据性状鉴定，显微鉴定，根据理化性质鉴定等虽然可以在一定程度上鉴定重要良莠，但是前两种方法需要积累一定经验，而理化鉴定耗费的时间很长[1]，因此，找到一种操作简单，结果可靠的鉴定方法至关重要，本文主要分析总结了近红外光谱技术对于中药品种、真假及产地等特性鉴定中的作用。
近红外光是一种波长在可见光与中红外光之间的一种电磁波，是21世纪以来发展较为迅速的高新技术之一，其将电子技术、光谱技术、计算机技术及化学技术融为一体，在对于复杂样品的分析中具有重要的作用，其操作简单，分析迅速，效率高，花费少，结果重复性好[2]，同时采用近红外光谱技术在检测过程中样品不需要处理，不会破坏受检品，使得在线分析便于实现，是一种典型无损伤的分析方法，已经得到了广泛应用。
1近红外光谱技术的原理及其特点
11原理近红外光谱技术是一种结合了光谱技术与化学技术的新型检测技术，是近年来发展较快的分析方法，其主要是以分子的振动为基础，但是与中红外的分子振动不同，近红外区的振动频率比较高，分子主要是采用倍频吸收（含氢集团）及合频吸收两种方式对其吸收，近红外光谱技术主要是通过测定相应的光谱，利用其组成或者性质的相关数据库，采用适当的化学方法建立准确的校正模型[3]，将未知样品与建立的校正模型进行比较，从而达到定性及定量分析。
12近红外光谱技术特点①分析速度快，一般在30 s内就可以鉴定完成。②操作及制备样品简单易行。③一次样品采集即可以完成多种指标的检测。④当模型建立后，不需要其他化学方法，在检测过程中不使用有毒试剂。⑤是一种非破坏性的检测方法。⑥精确度及准确度较高，结果可靠。
2近红外光谱技术在中药鉴定中的应用
21近红外光谱技术在鉴定中药真伪中的应用利用近红外光谱技术能够准确迅速的鉴定出多种不同的中药药材，有研究[4]对于16种不同的中药药材进行近红外光谱扫描，根据光谱图可以准确地看到峰位置、峰数目及峰强度之间的差异，根据这些差异鉴定不同的中药材。
22近红外光谱技术在鉴定中药品种中的应用应用近红外光谱技术中的聚类分析的方法，可以鉴别不同的中药品种，利用近红外光谱的谱图的特征，能够有效地鉴别形态相似或者种属关系较近的中药品种。
23近红外光谱技术在鉴定中药产地中的应用对于中药产地的鉴定是近红外光谱技术较为鲜明的优势，与传统方法相比，近红外光谱技术可以准确的判断中药是否来源于较好的产度，为鉴别其质量优劣提供基础。
24近红外光谱技术对中成药的定性鉴定中药复方是一种不同配伍比例的混合物，传统分析方法对其鉴定存在一定的困难，近红外光谱技术与聚类方法结合能够很好的鉴别出中药复方的成分，其主要是借助不同组分的指纹图谱，根据它们之间的差异建立一种识别模型，从而达到对于不同配伍比例的中药复方的鉴别。
3近红外光谱技术的缺陷
虽然近红外光谱技术在中药鉴定中应用如此广泛，鉴定效果准确可靠，但是其仍然存在以下缺点[5]：①应用近红外光谱技术对样品进行检测，其组分的含量应该在01%以上，因此，其检测的灵敏度较低，对于中药中含量较低的组分并不能准确反映。②近红外光谱技术在对中药材进行鉴定时，需要对原始图谱应用准确的数据处理方法进行。
近年来，近红外光谱技术在中药鉴定中的应用越来越引起人们的关注，其对于解决中药产品鉴定中的困难具有很好的应用前景，由于近红外光谱技术需要建立准确的校正模型，从而对样品进行定性及定量分析，其准确度及精密度较高，检测速度快，是一种无损伤的检测技术，可以在中药鉴定中广泛应用。
参考文献
[1]刘沭华，张学工，周群，等近红外漫反射光谱和模式识别技术鉴别中药材产地光谱学与光谱分析，2006，26（4）：629632.
[2]龚海燕，宋瑞丽，李珊，等近红外光谱结合一致性检验对铁棍山药的鉴别研究.计算机与应用化学， 2010，27（7）：967969.
关键词：普洱[Camellia assamica （Mast.） Chang]生茶；陈化年份；鉴别；氨糖比；傅里叶变换红外光谱
中图分类号：S123 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）16-4261-04
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.16.048
普洱茶[Camellia assamica （Mast.） Chang]主要产于云南省西双版纳、普洱、临沧等地，以其独特的保健功效而闻名于世。普洱生茶更因其抗氧化、延缓衰老、延年益寿、清除自由基等功效[1]被誉称为“美容茶”，越来越受到广大消费者的青睐。普洱生茶的市场价格与其陈化年份有着密切的关系，随着陈化时间的不断延长，普洱茶的价格会成倍增长。目前普洱茶市场比较混乱，特别是在普洱茶年份的鉴别上，以当年生产的普洱茶冒充陈年普洱茶的现象比较严重，既损害了消费者利益，也不利于普洱茶市场的健康发展。因此，建立快速、准确的普洱茶陈化年份鉴别方法，对于促进普洱茶的进一步发展、维护普洱茶市场的稳定具有十分重要的意义。
传统的普洱茶鉴别方法主要为感官审评，然而茶叶的感官审评需专业的、业务素质高、感官灵敏的评茶人员，且感官审评结果易受主观意识及外界客观因素的影响[2]。傅里叶变换红外光谱因其分析速度快、效率高、样品范围广、成本低，样品不需预处理、无损伤、无污染、重现性好、对人员要求不高等优点而被广泛应用于现代分析技术与食品研究[3-14]。国内已有大量学者对红外光谱在茶叶陈化年份的鉴别[15，16]、茶叶属性的判断[17]、不同茶叶类别的区分[18，19]等方面进行了应用研究。但红外光谱存在灵敏度低、仅适用于间接分析，因此仅依据茶样红外光谱图对其陈化年份的鉴定不严谨且缺乏具体量值数据的支撑。本研究通过茶样的理化指标氨糖比与傅里叶变换红外光谱相结合，研究普洱生茶的陈化年份，寻找不同陈化年份普洱生茶氨糖比及傅里叶变换红外光谱的变化趋势，旨在为普洱生茶陈化年份的鉴别提供数据支撑和理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验样品为不同陈化年份的普洱生（饼）茶，由勐海茶业有限责任公司提供。
1.2 仪器与试剂
FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪（光谱范围 4 000～400 cm-1），HWS28型电热恒温水浴锅（上海一恒科学仪器有限公司），722型可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），TU-1901型双光束紫外可见光分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），电子天平（梅特勒-托利多仪器[上海]有限公司）；溴化钾，蒽酮硫酸显色溶液，葡萄糖标品，缓冲液（磷酸氢二钠与磷酸二氢钾配制），水合茚三酮显色溶液（水合茚三酮与二氯化锡配制），氨基酸标品等。
1.3 方法
1.3.1 可溶性糖和氨基酸测定 精确称取茶叶粉末样品2.0 g于500 mL锥形瓶，加入沸水300 mL，在沸水浴中浸提45 min，趁热减压抽滤，滤液定容为500 mL提取液。
可溶性糖含量测定：分别精确移取1 mL提取液、8 mL蒽酮硫酸溶液置于25 mL的大试管中，摇匀后沸水浴煮7 min，冷却后于波长620 nm处比色测定，以葡糖糖为标准品校正茶汤的可溶性糖含量。
氨基酸含量测定：分别精确移取1 mL提取液、0.5 mL缓冲液、0.5 mL水合茚三酮显色溶液于25 mL的容量瓶中，摇匀后沸水浴煮20 min，冷却超纯水定容，在波长570 nm处比色测定，以谷氨酸为标准品校正茶汤的氨基酸含量。
1.3.2 红外光谱扫描 先将茶样制成粉末样品，精确称取茶叶粉末样品1.0 mg，再加入100 mg溴化钾粉末研磨均匀，压片测定。
2 结果与分析
2.1 不同陈化年份普洱生茶的氨基酸和可溶性糖变化趋势
不同陈化年份普洱生茶的氨基酸和可溶性糖检测结果见表1。由表1可以看出，普洱生茶中氨基酸含量随陈化时间的延长而变化不明显。而可溶性糖含量随陈化时间的延长而逐渐减少，特别是陈化5年的变化差异更为明显。
2.2 不同陈化年份普洱生茶的氨糖比变化趋势
通过将表1中氨基酸与可溶性糖数据进行整合，得出自然仓储陈化时间为0～9年的普洱生茶氨糖比分别为2.01、2.08、2.15、2.13、2.15、2.53、2.83、3.11、3.84、5.77。总体上普洱生茶的氨糖比随着陈化年份的延长而增大，其中普洱生茶陈化0年到陈化4年的氨糖比为2.01～2.15，变化差异不显著，然而陈化时间从第五年开始普洱生茶的氨糖比由2.53升高到2.83、3.11、3.84，第九年高达5.77，氨糖比变化明显。普洱生茶的氨糖比随陈化时间的变化趋势如图1。故可依据普洱生茶的氨糖比数值简易鉴别其陈化年份，当氨糖比在2.0～2.5之间时，即可判定普洱生茶的陈化时间不超过4年；当氨糖比大于5时，即可判定普洱生茶的陈化时间不低于9年。
2.3 普洱生茶傅里叶变换红外光谱特征
普洱生茶内含物质是复杂的混合物体系，其红外光谱反映的是混合物中若干成分吸收光谱的总体叠加，每一个吸收峰都是茶叶样品中相关官能团特征吸收峰的总体叠加。对普洱生茶的磨碎试样进行了傅里叶变换红外光谱扫描，特征光谱见图2。普洱生茶茶叶磨碎试样的红外光谱在波数3 409、 2 917、2 848、1 635、1 454、1 367、1 238、1 145 cm-1附近存在强吸收。波数3 409 cm-1附近的强宽吸收峰，主要归属于不饱和碳上C-H或O-H、N-H伸缩振动吸收。波数2 917、2 848 cm-1附近的吸收峰归属为饱和碳上C-H伸缩振动吸收。波数1 635 cm-1附近的吸收峰归属为C=C的伸缩振动吸收。波数1 454 cm-1附近的吸收峰归属为饱和碳上C-H的不对称弯曲振动吸收。甲基的存在使红外光谱图在波数 1 454、1 367 cm-1附近同时有吸收。波数1 238 cm-1附近的吸收峰归属为酰胺中C-O伸缩振动吸收。1 145 cm-1附近的吸收峰归属为醚类或甲氧基类物质中的C-O-C反对称伸缩振动。
2.4 不同陈化年份普洱生茶红外光谱特征变化趋势
分别对自然仓储环境下陈化0年、陈化1年、陈化3年、陈化5年、陈化7年、陈化9年的普洱生茶进行傅里叶变换红外光谱扫描，光谱见图3。
从图3可以看出：①不同陈化年份普洱生茶在波数3 409、2 917、2 848、1 635、1 454、1 367、1 238、 1 145、871.67、821.53、761.74、742.46、607.47 cm-1等附近均存在吸收，说明不同陈化年份的普洱生茶茶叶内主要化合物成分一致；②不同陈化年份普洱生茶的红外光谱峰的位置未发生移动，这说明茶叶内主体化合物不会因陈化时间的改变而发生官能团异构。
不同陈化年份普洱生茶的傅里叶变换红外光谱主要差异有：①不同陈化年份普洱生茶的红外光谱随着陈化时间的延长，红外吸收峰强度逐渐变弱，峰形由起始的尖锐变得平滑，这说明茶叶内主体化合物的含量随着陈化时间的延长而呈现逐渐减少的趋势；②陈化7年之后的普洱生茶红外吸收强度相对稳定，特别是在波数2 250 ～950 cm-1范围内，陈化7年与陈化9年普洱生茶傅里叶变换红外吸收峰几乎完全重叠，这说明在自然环境下陈化7年后，普洱生茶的主要化合物含量已相对稳定；③当年生产的普洱生茶（即陈化0年）红外吸收峰的强度最强，陈化1年后红外吸收强度显著减弱，这表明普洱生茶压制成型后，短时间内，在自然环境、陈化过程中茶叶主要化合物可能在微生物作用或无氧条件下因官能团类型变构而发生了快速的、复杂的变化。
3 小结与讨论
1）首次提出了茶叶氨糖比的概念，且采用普洱生茶理化指标氨糖比同傅里叶变换红外光谱相结合分析，以便快速地鉴别自然仓储普洱生茶的陈化年份。
2）茶企或相关茶叶研究单位可对不同生产厂家、不同储存环境、不同系列茶叶做陈化年份条件试验的后续研究，通过大量的调研与分析，建立普洱生茶陈化年份鉴别信息数据库，从而为普洱生茶陈化年份的鉴定提供数据支持与参考。
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关键词：拉曼光谱；B样条；平滑；光谱预处理；信噪比
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）11-2614-04
Abstract： Material identification technique， based on the analysis of Raman spectroscopy has been widely used in many fields. Raman spectroscopy smooth technology is an important step in the Raman spectra preprocessing， smoothing is to eliminate the random noise and burr. At present， most of the existing smoothing algorithm exist the following problems： parameter settings are complex and not easy to programming. Cubic B-spline can overcome these two shortcomings. the Cubic B-spline fitting is applied to Raman spectra smoothing， and do the experiment， from the experimental results， It can be see the frequency of the noise of Raman spectra is reduced and the signal to noise ratio is improved.
Key words： raman spectroscopy； b-spline； smoothing； spectral preprocessing； signal to noise ratio
拉曼光谱是一种散射光谱，有机分子不同的功能团具有不同的拉曼特征峰，通过对拉曼光谱的分析就可对这些功能团的化合物进行定性和定量的分析。拉曼光谱应用非常广泛，文献[1，2，3，4]分别是拉曼光谱分析在食品安全检测、药品真假辨识、石油化工分析和宝石鉴定等方面的应用。拉曼光谱的测量过程是光谱仪将光信号转化为电信号的过程，在这个过程中，由于外界的干扰、仪器本身噪声等因素的存在，使得拉曼光谱中含有随机噪声和毛刺，影响了光谱的质量，降低了后续分析的准确性和辨识的稳定性。通过对测量到的光谱进行平滑处理可降低噪频率、提高信噪比。因此，光谱平滑是光谱分析中常用的预处理步骤之一。
拉曼光谱是二维数据序列。在文献[5]中介绍了光谱的常见平滑方法：中值法、均值法、多项式拟合法等，其中Savitzky-Golay多项式拟合法效果较好，在二维光谱分析中应用最为广泛。但是，一方面，以上拟合方法都需要设定一个平滑窗口，并要求对平滑窗口内的原始数据点与拟合点的拟合误差矢量按某种范数达到最小值，常见的如最小二乘法。在实际的应用中，这个平滑窗口（或者说平滑系数）的选择根据不同的应用往往会有不同的要求。另一方面，考虑到平滑的目的是为了更好的后续分析，而在后续分析征峰的辨识又是重要的一个环节，在文献[6]介绍了一阶微分和二阶微分在色谱峰的检测和分析中的应用，因此，在选择平滑方法的时候，还要考虑到计算一阶、二阶微分的便利性。
B样条（Bspline）广泛应用于当前的CAD/CAM系统中，已经成为几何造型的核心方法。在文献[7]中提到了三次B样条具有：局部修改特性、凸包性、对称性、三阶可微、参数表达式简单易于编程等特点。其中局部修改性是指：三次B样条曲线只受相邻的4个顶点（控制点）控制，而与其他控制点无关。因此，当移动或改变一个控制点的位置时，只将影响前后最多4段曲线，而不会对整条曲线产生影响。从而使得在使用B样条平滑的时候不需要设定平滑窗口，也不需要考虑在这个平滑窗口内整体达到某种范数最小。另一方面，三阶可微的特点保证了能有效的计算一阶微分和二阶微分。在文献[8]中采用B样条平滑滤波技术，对GT-1A航空重力勘查系统的测量数据进行了滤波试验研研究，在文献[9]中采用五次B样条对机械手关节空间轨迹进行平滑。目前没有将三次均匀B样条用于拉曼光谱平滑的相关研究报道。
本文将三次B样条应用到拉曼光谱平滑预处理中，在本文的第二部分给出了B样条的通用数学表达式和三次B样条以及其一阶微分的表达式。该文的第三部分使用了欧普图斯公司生产的RamTracer-200光谱仪进行了相关的实验，实验结果表明：经过B样条平滑处理后的拉曼光谱噪声频率降低同时信噪比提高。
1 拉曼光谱的平滑方法
在文献[7]中指出：在数学上，样条函数是一类分段光滑、并且在各段交接处也有一定光滑性的函数；采用分段低次多项式，克服了高次分段多项式插值可能出现的振荡现象，具有较好的数值稳定性和收敛性。
1.2 三次B样条曲线的性质及意义
1） 三次B样条具有三阶可微。
2） 在任何一维长度变化均匀的时候，三次B样条始末端点在该维度的分量恰好和其相应控制点在该维度的分量重合。
3） 每段三次B样条曲线端点位于由相应控制点和相邻控制点构成的三角形的中线上。
4） 每段三次B样条曲线端点的切线平行于由相应控制点和相邻控制点构成的平行四边形的对角线。
1.3 拉曼光谱数据的B样条平滑
拉曼光谱是一组二维数据序列，每一个光谱数据点都可以看作成是一个控制点：
如下图2中，描述了一段拉曼光谱经过三次B样条平滑前后的形态，其中粗实线为拉曼光谱原始数据点连成的折线，折线的端点就是光谱的数据点也就是B样条的控制点。细虚线为根据这些控制点计算后得到B样条的端点连接的折线。在下图中，横轴表示拉曼位移，纵轴表示拉曼信号强度2 实验与分析
2.1实验设置
我们选取欧普图斯公司生产的RamTracer-200激光拉曼光谱仪，其激发波长是785nm，上位机用C#编写实验程序，并且对采集到的原始光谱数据进行平滑处理。相关的原理如下图3所示：待测样品在受到激光激发后产生拉曼散射信号，然后通过光纤探头对拉曼散射信号进行收集，收集光纤传输到光谱仪上，光谱仪内置的光栅根据拉曼散射光波长的不同进行分离，然后经过探测器光电转换后的模拟信号由读出电路读出后经过A/D转换送给PC上位机。
PC上位机获得数字信号后，就可通过程序对光谱信号进行分析处理。
4 结论
本文详细介绍了拉曼光谱平滑处理中的三次B样条平法方法。举例说明了该算法的应用效果，从例子中能看到经过平滑后的数据，信噪比有所提高。
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