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温控近红外光谱研究进展

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2019/07/01
Chinfo近红外小分队

近红外光谱是分析水基生物样品的有力工具。近红外光谱不仅包含独立的分子结构和官能团的信息，还涉及分子间或分子内相互作用。一些扰动（例如，温度或添加物）会影响分子结构和相互作用，从而导致近红外光谱发生变化。基于温度对光谱的影响，开发温控近红外光谱获得了随温度变化的光谱。由于水的强吸收和温度对水的氢键具有显着影响，该技术已被用于水溶液的结构和定量分析。

最早通过两种氢键模型观察水的温度依赖性光谱变化，用于研究光谱变化和氢键之间的关系，发现氢键和非氢键水物种的光谱特征随温度变化明显。近年来，提出了一种更为复杂的模型，根据扰动引起近红外光谱的变化，提出了水可以采取形成零、一、二、三和四个氢键的结构（S₀，S₁，S₂，S₃和S₄）。由于近红外光谱中的宽峰和重叠峰，已采用化学计量学方法来提高分辨率并提取分析中的光谱特征。利用高斯拟合，得到了在不同温度下测量的水和葡萄糖溶液的近红外光谱中的光谱成分。通过分析光谱成分的变化，发现葡萄糖与葡萄糖相互作用诱导的有序（四面体）水团簇。水随温度升高，为生物系统中碳水化合物的生物保护功能提供了可能的原因。此外，提出了多级同时成分分析（MSCA）和互因子分析（MFA）从温度依赖的近红外光谱中提取定量信息，水溶液或血清样品中低浓度葡萄糖的定量测定得以实现。因此，在化学计量学的帮助下，温度依赖性近红外光谱可以成为水溶液结构和定量分析的有用工具。

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