專利名稱：一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光譜學(xué)無(wú)損快速分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法。
背景技術(shù)：
食用植物油為人們提供了良好的感官享受以及身體發(fā)育所必須的脂肪酸，其安全性得到越來(lái)越多的關(guān)注。不同食用植物油間的營(yíng)養(yǎng)和價(jià)格差異以及食用植物油種類鑒別的困難性，使得不法分子為謀取暴利而進(jìn)行各種植物油摻雜行為，嚴(yán)重危害了消費(fèi)者的權(quán)益。因此食用植物油種類鑒別方法的研究是非常有理論意義和實(shí)用價(jià)值的。目前對(duì)食用油種類鑒別的方法種類繁多，可分為理化法、色譜法、核磁共振波譜法以及光譜法。熒光光譜技術(shù)作為光譜法的一種具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、試樣量少等優(yōu)點(diǎn)，但是其譜峰重疊嚴(yán)重、譜帶較寬的不足也為其在食用植物油鑒別領(lǐng)域帶來(lái)了一定的局限。二維相關(guān)分析的基本概念最早是由30年前理查德.恩斯特在核磁共振(NMR)領(lǐng)域提出的。二維核磁譜是通過(guò)多脈沖技術(shù)激發(fā)核自旋，采集時(shí)間域上原子核自旋弛豫過(guò)程的衰減信號(hào)，經(jīng)雙傅里葉變換得到的。直到1986年，日本化學(xué)家Isao Noda (野田勇夫)就二維NMR技術(shù)的理論提出了一個(gè)概念性的突破，他把核磁實(shí)驗(yàn)中的多重射頻勵(lì)磁技術(shù)看作是一種對(duì)體系的外部擾動(dòng)，以這種全新的視角簡(jiǎn)化看待二維核磁技術(shù)。1989年Noda將一定形式的微擾(最初為正弦波形低頻擾動(dòng))作用在樣品體系上使樣品激發(fā)，這個(gè)低頻率的擾動(dòng)作用在樣品上，通過(guò)測(cè)定一系列的紅外振動(dòng)動(dòng)態(tài)光譜，并利用數(shù)學(xué)上的相關(guān)分析技術(shù)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分析得到二維相關(guān)紅外譜圖，這就是最初的二維紅外相關(guān)技術(shù)理論。1993年，Isao Noda又提出了廣義二維紅外相關(guān)光譜的(generalized two-Dimensionalcorrelation spectroscopy)概念,將外部微擾從正弦波形的低頻擾動(dòng)拓展到能導(dǎo)致光譜信號(hào)變化的任何形式，如:溫度、濃度、壓力、反應(yīng)時(shí)間、磁場(chǎng)等。從而將二維相關(guān)分析技術(shù)從普通的紅外光譜推廣到近紅外光譜、拉曼光譜和熒光光譜等。二維相關(guān)光譜分析包括同步相關(guān)光譜分析和異步相關(guān)光譜分析。同步相關(guān)譜強(qiáng)度表征兩個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)間的協(xié)同程度，當(dāng)兩個(gè)動(dòng)態(tài)變化同相(反相)，值為正(負(fù))；當(dāng)兩個(gè)動(dòng)態(tài)變化正交，值為零。而異步相關(guān)光譜強(qiáng)度表征兩個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)間的相異程度。當(dāng)兩個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)彼此正交時(shí)，值可正可負(fù)；而當(dāng)兩個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)同相或反相時(shí)值為零。同步相關(guān)光譜是關(guān)于主對(duì)角線對(duì)稱的，其中位于主對(duì)角線上的為自動(dòng)峰，由動(dòng)態(tài)信號(hào)自身相關(guān)得到，它的強(qiáng)度代表了體系對(duì)外擾的敏感程度。位于非主對(duì)角線位置處的峰則稱為交叉峰，交叉峰的存在可能意味著兩個(gè)峰的變化有共同的機(jī)理和起源。異步相關(guān)光譜為主對(duì)角線反對(duì)稱，只由交叉峰組成。異步交叉峰表明兩個(gè)光譜峰的強(qiáng)度變化存在相對(duì)加速度。這種特性能夠區(qū)分重疊在一起的起源不同的峰。參見(jiàn)《Two-dimensional Correlation Spectroscopy -Applications in Vibrational andOptical Spectroscopy))中的 21-23 頁(yè)。由于在一維熒光光譜上，出現(xiàn)的都是峰型單一、峰位不明顯的簡(jiǎn)單型“饅頭峰”，很多熒光信息都隱含在其主峰之中，使得對(duì)熒光光譜的解析非常困難，有些細(xì)微的熒光信息無(wú)法直接提取，從而限制了熒光光譜分析技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。將二維相關(guān)分技術(shù)引入到熒光光譜分析，可使其在第三維方向(外擾方向)上將重疊峰進(jìn)行擴(kuò)展，這樣可以有效的提高譜圖分辨率，將重疊峰甚至原來(lái)被掩蓋的小峰清晰地顯示出來(lái)，可以清晰的反映出樣品體系在外界微擾作用下，分子內(nèi)各結(jié)構(gòu)單元、官能團(tuán)發(fā)生變化然后弛豫恢復(fù)到初始的先后關(guān)系。該技術(shù)在熒光光譜中應(yīng)用已經(jīng)有所報(bào)道，例如中島美嘉等利用基于熒光猝滅擾動(dòng)的二維相關(guān)熒光光譜驗(yàn)證了腐植酸熒光光譜中的兩個(gè)突出譜峰源于腐植酸中的不同熒光物質(zhì)。黃昆等利用二維相關(guān)光譜探測(cè)熒光能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，驗(yàn)證了 Eu3+和Nd3+的熒光發(fā)射與吸收之間存在能量傳遞。孫艷輝等在利用熒光光譜法研究羥基自由基誘導(dǎo)的酪氨酸氧化過(guò)程中利用二維同步熒光光譜相關(guān)分析獲得各峰強(qiáng)的變化順序。由于食用植物油鑒別的難度和復(fù)雜性，二維相關(guān)熒光分析使用在食用植物油的品質(zhì)分析中可以更加能發(fā)揮該技術(shù)的特長(zhǎng)(特殊性)，并通過(guò)食用植物油品質(zhì)分析的特例，分析二維相關(guān)分析技術(shù)在復(fù)雜體系的具有熒光效應(yīng)的組分檢測(cè)的共性問(wèn)題，解釋和總結(jié)出熒光生產(chǎn)和淬滅機(jī)理和共性的科學(xué)問(wèn)題，建立食品與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量快速分析中的使用二維相關(guān)熒光光譜分析技術(shù)的方法，為該技術(shù)的發(fā)展以及在相關(guān)行業(yè)中的應(yīng)用提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和方法。并且在利用二維相關(guān)時(shí)采用偏振角度作為外擾，與傳統(tǒng)的溫度外擾相比，其節(jié)省了大量的試驗(yàn)時(shí)間，且更易于操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于偏振擾動(dòng)下的二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，克服了傳統(tǒng)熒光光譜譜峰重疊嚴(yán)重的不足，且以偏振角度為外擾也克服了基于時(shí)間和溫度外擾耗時(shí)的不足，可以快速無(wú)損簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)植物油種類的鑒別檢測(cè)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，按照下述步驟進(jìn)行:
(1)動(dòng)態(tài)光譜采集:選用熒光偏振儀或者添加偏振片的普通熒光儀作為光譜采集儀器，通過(guò)改變偏振角度獲得同一植物油的一系列偏振突光光譜作為動(dòng)態(tài)光譜；
(2)二維相關(guān)圖譜繪制:利用二維相關(guān)原理，對(duì)動(dòng)態(tài)光譜進(jìn)行相關(guān)分析，繪制二維相關(guān)圖譜及自動(dòng)峰強(qiáng)度譜，
(3)二維圖譜比較分析:通過(guò)將二維相關(guān)圖與自動(dòng)峰強(qiáng)度譜結(jié)合分析，比較不同植物油二維圖譜出峰情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同植物油的直觀快速鑒別。偏振角度選擇一個(gè)單調(diào)區(qū)間，以所選儀器為普通熒光儀添加偏振片為例。其中步驟(I)所述的動(dòng)態(tài)光譜采集，偏振片既可以同時(shí)加于起偏處(光源與樣品池之間)和檢偏處(樣品池與檢測(cè)器之間)，也可以只加其一；改變角度時(shí)，只需改變起偏角或者檢偏角。其中步驟(I)所述的動(dòng)態(tài)光譜采集，如偏振片所標(biāo)示角度不準(zhǔn)確，在試驗(yàn)采集前需要做預(yù)實(shí)驗(yàn)，尋找單調(diào)區(qū)間。其中步驟(I)所述的動(dòng)態(tài)光譜采集，在區(qū)間內(nèi)，偏振角度等間隔掃描熒光光譜，構(gòu)成動(dòng)態(tài)光譜。
其中步驟(2)中二維譜圖采用等高線圖譜形式繪制。其中步驟(3)中所述的不同植物油二維圖譜出峰情況是指相關(guān)峰的出峰數(shù)目、位置和強(qiáng)度。其中步驟(3)譜圖比較分析，自動(dòng)峰強(qiáng)度譜相比于二維同步相關(guān)圖能夠更為清晰的顯示自動(dòng)峰出峰情況。在進(jìn)行譜圖分析時(shí)可以作為二維相關(guān)圖分析的一個(gè)強(qiáng)有力輔助。其中步驟(3)譜圖比較分析，繪制二維圖譜時(shí)等高線參數(shù)的選擇，不宜過(guò)大或者過(guò)小，過(guò)大會(huì)造成圖譜過(guò)于冗雜，過(guò)小則會(huì)人為丟失信息以致譜圖間差異性不顯著。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
I)與傳統(tǒng)熒光光譜法相比，熒光二維相關(guān)光譜法將熒光信號(hào)由一維空間拓展到二維空間，在二維空間中大大提高熒光光譜的分辨率并能突顯熒光信號(hào)強(qiáng)度，區(qū)分出在一維圖中被覆蓋的小峰弱峰，進(jìn)而擴(kuò)展各種食用植物油之間的熒光差異，實(shí)現(xiàn)熒光光譜差異的可視化。2)與傳統(tǒng)的基于溫度的外擾相比采用偏振角度為外擾簡(jiǎn)化了試驗(yàn)過(guò)程，節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間。


圖1為674nm處峰強(qiáng)與偏振角度關(guān)系圖,其中偏振角度為X軸，峰強(qiáng)為Y軸,顯不了峰強(qiáng)隨偏振角度的變化趨勢(shì)。圖2為菜籽油在所選區(qū)間內(nèi)每10°等間距調(diào)節(jié)角度并掃描熒光光譜，獲得10條光譜組成動(dòng)態(tài)光譜圖即從上至下依次為菜籽油在偏振角度60-150°內(nèi)每10°等間距調(diào)節(jié)角度時(shí)掃描獲得的熒光光譜。圖3為菜籽油的二維相關(guān)圖譜，其中a:二維相關(guān)同步圖；b:二維相關(guān)異步圖，其中二維相關(guān)圖譜等高線參數(shù)為64。圖4為橄欖油的二維相關(guān)圖譜，其中a: 二維相關(guān)同步圖；b: 二維相關(guān)異步圖，其中二維相關(guān)圖譜等高線參數(shù)為64。圖5為菜籽油和橄欖油的自動(dòng)峰強(qiáng)度譜。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施例方式本實(shí)施方式中利用基于偏振擾動(dòng)下的二維熒光光譜快速鑒別使用植物油種類通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
I)動(dòng)態(tài)光譜采集:選用熒光偏振儀或者添加偏振片的普通熒光儀作為光譜采集儀器，通過(guò)改變偏振角度獲得同一植物油的一系列熒光光譜作為動(dòng)態(tài)光譜。2) 二維相關(guān)圖譜繪制:利用二維相關(guān)原理，對(duì)動(dòng)態(tài)光譜進(jìn)行相關(guān)分析，繪制二維相關(guān)圖譜及自動(dòng)峰強(qiáng)度譜，二維譜圖采用等高線圖譜形式。3) 二維圖譜比較分析:通過(guò)將二維相關(guān)圖與自動(dòng)峰強(qiáng)度譜結(jié)合分析，比較不同植物油二維圖譜出峰情況(相關(guān)峰的出峰數(shù)目、位置、強(qiáng)度等)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同植物油的直觀快速鑒別。
所述的動(dòng)態(tài)光譜采集及譜圖分析:
動(dòng)態(tài)光譜采集:
偏振角度選擇一個(gè)單調(diào)區(qū)間，以所選儀器為普通熒光儀添加偏振片為例。I)偏振片既可以同時(shí)加于起偏處(光源與樣品池之間)和檢偏處(樣品池與檢測(cè)器之間)，也可以只加其一。改變角度時(shí)，只需改變起偏角或者檢偏角。2)如偏振片所標(biāo)示角度不準(zhǔn)確，在試驗(yàn)采集前需要做預(yù)實(shí)驗(yàn)，尋找單調(diào)區(qū)間。3)在區(qū)間內(nèi)，偏振角等間隔掃描熒光光譜，構(gòu)成動(dòng)態(tài)光譜。譜圖比較分析:
I)自動(dòng)峰強(qiáng)度譜相比于二維同步相關(guān)圖能夠更為清晰的顯示自動(dòng)峰出峰情況。在進(jìn)行譜圖分析時(shí)可以作為二維相關(guān)圖分析的一個(gè)強(qiáng)有力輔助。2)繪制二維相關(guān)圖譜時(shí)等高線參數(shù)的選擇,不宜過(guò)大或者過(guò)小,過(guò)大會(huì)造成圖譜過(guò)于冗雜，過(guò)小則會(huì)人為丟失信息以致譜圖間差異性不顯著。以橄欖油、菜籽油為例，所用設(shè)備為添加偏振片(標(biāo)示度數(shù)不準(zhǔn)確)的普通熒光儀F96S，且偏振片添加于檢偏處。選用激發(fā)波長(zhǎng)為405nm。一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法的具體步驟為:
I)選擾動(dòng)區(qū)間。將偏振片等間隔每10°采集一次光譜，共36條。并以出峰位置674nm處峰強(qiáng)與角度做圖，得圖1。由圖1中可清晰看`出個(gè)單調(diào)區(qū)間，實(shí)例中選單調(diào)遞減區(qū)間60-150°作為擾動(dòng)區(qū)間。2)掃描動(dòng)態(tài)光譜。在所選區(qū)間內(nèi)每10°等間距調(diào)節(jié)角度并掃描熒光光譜，獲得10條光譜組成動(dòng)態(tài)光譜，如圖2。3)繪制二維相關(guān)圖譜，并進(jìn)行比較分析。圖3、圖4和圖5分別為菜籽油和橄欖油的二維相關(guān)圖譜以及自動(dòng)峰強(qiáng)度譜，圖譜等高線參數(shù)為64，其中a:二維相關(guān)同步圖；b:二維相關(guān)異步圖。從圖中可以看出菜籽油和橄欖油自動(dòng)峰極其相似，與同步圖相比自動(dòng)峰強(qiáng)度譜更加清晰的顯示了自動(dòng)峰的出峰信息和兩者間自動(dòng)峰的出峰位置差異，菜籽油的主自動(dòng)峰在676nm而菜籽油在674nm。比較兩者二維相關(guān)譜圖，同步圖之間，可以直觀地看出，除自動(dòng)峰外，菜籽油存在一個(gè)水滴狀相關(guān)峰，位于出76，523)。兩者異步圖之間差異較明顯。菜籽油在￠50-750,650-750)區(qū)域內(nèi)相關(guān)峰比橄欖油雜亂，邊際不清晰。其他區(qū)域相關(guān)峰分布也不相同，菜籽油的另一個(gè)較大相關(guān)峰位于(677，524)，橄欖油位于(674,395)。
權(quán)利要求
1.一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行: (1)動(dòng)態(tài)光譜采集:選用熒光偏振儀或者添加偏振片的普通熒光儀作為光譜采集儀器，通過(guò)改變偏振角度獲得同一植物油的一系列偏振突光光譜作為動(dòng)態(tài)光譜； (2)二維相關(guān)圖譜繪制:利用二維相關(guān)原理，對(duì)動(dòng)態(tài)光譜進(jìn)行相關(guān)分析，繪制二維相關(guān)圖譜及自動(dòng)峰強(qiáng)度譜， (3)二維圖譜比較分析:通過(guò)將二維相關(guān)圖與自動(dòng)峰強(qiáng)度譜結(jié)合分析，比較不同植物油二維圖譜出峰情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同植物油的直觀快速鑒別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于其中步驟(I)所述的動(dòng)態(tài)光譜采集，偏振片同時(shí)加于起偏處即光源與樣品池之間和檢偏處即樣品池與檢測(cè)器之間，或者只加其一；改變角度時(shí)，只需改變起偏角或者檢偏角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于其中步驟(I)所述的動(dòng)態(tài)光譜采集，如偏振片所標(biāo)示角度不準(zhǔn)確，在試驗(yàn)采集前需要做預(yù)實(shí)驗(yàn)，尋找單調(diào)區(qū)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于其中步驟(I)所述的動(dòng)態(tài)光譜采集，在區(qū)間內(nèi)，偏振角度間隔掃描熒光光譜，構(gòu)成動(dòng)態(tài)光譜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于其中步驟(2)中二維譜圖采用等高線圖譜形式繪制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于其中步驟(3)中所述的不同植物油二維圖譜出峰情況是指相關(guān)峰的出峰數(shù)目、位置和強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于其中步驟(3)譜圖比較分析，自動(dòng)峰強(qiáng)度譜相比于二維同步相關(guān)圖能夠更為清晰的顯示自動(dòng)峰出峰情況；在進(jìn)行譜圖分析時(shí)可以作為二維相關(guān)圖分析的一個(gè)強(qiáng)有力輔助。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，其特征在于其中步驟(3)譜圖比較分析，繪制二維圖譜時(shí)等高線參數(shù)的選擇，不宜過(guò)大或者過(guò)小，過(guò)大會(huì)造成圖譜過(guò)于冗雜，過(guò)小則會(huì)人為丟失信息以致譜圖間差異性不顯著。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二維熒光光譜技術(shù)快速鑒別食用植物油種類的方法，涉及利用光譜學(xué)無(wú)損快速分析技術(shù)領(lǐng)域。將廣義二維相關(guān)與熒光光譜技術(shù)相結(jié)合可以較好的解決熒光光譜譜峰重疊的問(wèn)題，使各油脂譜圖間差異性更加明顯直觀。本方法采用偏振擾動(dòng)即為選用偏振角度為外擾，其可以很好的克服傳統(tǒng)的以溫度為外擾時(shí)試驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的不足。其具體步驟為(1)采集動(dòng)態(tài)光譜。(2)繪制二維相關(guān)圖譜。(3)譜圖比較分析。本發(fā)明可以應(yīng)用于食用植物油種類的快速鑒別，檢測(cè)成本低，分析時(shí)間短，檢測(cè)無(wú)損。
文檔編號(hào)G01N21/64GK103115910SQ201310058510
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者陳斌, 田萍, 陸道禮, 于麗燕 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)