当代傅立叶变换红外光谱技术的应用

沈爱平

黄冈职业技术学院

引言

傅立叶变换红外光谱技术（Fourier transform infrared spectros⁃copy，FTIR）是以4000 cm-1～400cm-1连续波数的红外光对测定对象进行照射，通过采集透过或由测定对象表面反射的光谱，经傅立叶转换得到各波数光谱透过或被吸收的量，借助适当的数据分析手段，得到检测结果的一种分析方法。傅立叶变换红外光谱仪是第三代红外光谱仪，具有高光通量、低噪声和测量速度快等一系列优点，同时红外谱线波长较长，能量小，所以不破坏样品的结构，可以实现多项指标同时测定、多个样品连续测定及样品非损伤性测定等要求。FTIR实现了由化学研究领域发展到临床医学和微生物鉴定等研究领域，从离体分析发展到在体内无损分析，具备测定时间短、灵敏度高、操作简便等优点，是实时、在线、原位定性/定量分析测定的方法之一，目前已广泛应用于临床医药、生物、食品、环保、农业和化工等各个方面。本文主要对FTIR在临床疾病检测、微生物研究及中草药分析中的应用进行了简要介绍。

一、在临床疾病监测方面的应用

目前癌症的临床诊断主要靠病理解剖和组织细胞学，但往往受经验和主观性所限。由于细胞和组织红外光谱能反映出蛋白质、核酸、脂质和糖类分子在细胞内的含量、构型、构象及其所发生的变化，因此，红外光谱能在分子水平上揭示正常组织和癌组织之间存在的差异，有可能发展成为癌症简便、快速、准确的诊断方法。

王健生等[]提取胃癌组织细胞和胃癌旁正常组织细胞的细胞膜，将细胞膜进行溴化钾压片，应用Nicolet Magna750型红外光谱仪对溴化钾压片进行红外光谱检测，经过特征性光谱的比对，发现胃癌组织细胞膜的红外光谱特征与相应正常组织细胞膜光谱特征存在异同，另外胃癌组织细胞膜与胃癌组织、胃癌细胞株的光谱特征也存在异同，主要表现在与脂类相关的2920 cm-1、2850 cm-1、1740 cm-1谱带的变化，为胃癌的诊断提供了参考。

傅立叶变换红外光谱技术检测恶性肿瘤不仅快速、无创和廉价，更重要的是它可以提高恶性肿瘤的诊断水平，在恶性肿瘤的研究中已日益显示出它的优势，可以检测出通过组织学分析未能发现的更早期的恶性肿瘤。

二、在微生物研究中的应用

傅立叶变换红外光谱技术（FTIR）在微生物研究领域中主要用于微生物的分类鉴定，FTIR通过读取微生物菌体的细胞壁、细胞膜及细胞内组分在内的所有组成成分（包括脂多糖、磷脂双分子层、蛋白质、脂肪、多糖以及核酸等）的化学键的振动情况，提供整个微生物菌体生化组成成分的光谱定量信息，反映整个细胞组分的光谱特征，结合基于分级聚类分析（Hierarchical cluster analy⁃sis，HCA）和主成分分析（Principal component analysis，PCA）两种聚类分析模型的化学计量学分析方法，可以成功地实现对微生物的分类鉴定。

杨丽君等[]应用傅立叶变换红外光谱技术对5种沙门氏菌在光谱上的细微差别进行有效鉴别，采集指纹图谱数据，应用化学计量学分析方法对光谱进行分析。建立了5种沙门氏菌的标准FTIR光谱数据库，建立了基于主成分分析和分级聚类分析两种聚类分析模型，成功的对5种可疑目标沙门氏菌进行鉴定。这为FTIR技术用于细菌株的鉴别能力提供了有力证据，也说明FTIR技术结合化学计量学分析方法在细菌鉴别中的巨大优势，将成为细菌分类鉴定的一个重要工具。

三、在中草药分析中的应用

中草药分析是中草药质量控制的关键，中草药的质量控制包括定性和定量两个方面。定性分析主要包括中草药真伪、产地的鉴别及相似、相近药材的区分与鉴定，传统的定性分析方法有显微电镜、薄层色谱等，具有操作复杂、操作技术要求高、分析时间长等缺点。定量分析主要指有效成分含量的测定，定量分析方法有紫外光谱法、红外光谱法等，这些方法需要经过复杂的提取分离等预处理步骤，测定成本高且效率较低，无法满足快速分析和在线分析的要求。近红外光谱技术具有预处理简单、操作简便、分析速度快等特点，已经在中草药药材真伪鉴别、产地及质量鉴定、有效组分的快速定性分析及在线质量控制等方面得到广泛应用。

刘燕等[]用水蒸气蒸馏结合正己烷连续液-液萃取法提取金银花，将山银花的挥发油将金银花和山银花挥发油溶液滴在溴化钾窗片上，待溶剂挥发后形成油膜，用傅立叶变换红外光谱法测定红外光谱；将红外光谱进行基线趋势去除和曲线平滑处理；选取1800 cm-1～850 cm-1范围内光谱数据作为特征光谱进行聚类分析，根据聚类分析结果区分金银花和山银花挥发油样品。通过8个样品的实际测定，发现4个金银花样品聚为一类，其余的样品聚为一类，显示所建立的方法可以将金银花挥发油与各种山银花的挥发油区分开来，可用于鉴别金银花挥发油。

总结

当前傅立叶变换红外光色谱技术已向全功能型仪器方向发展，随着计算机软件功能、联用技术、全功能附件等方面的迅速发展，FTIR已经实现了分析对象从表面到断层、从静态到瞬间等均可进行分析，对固、液、气态检测样品均可在不破坏样品的情况下进行分析。FTIR技术已经成为当前分析学科的一个重要手段，可以对样品进行定性及定量分析，在鉴定分析、定量分析等众多领域得到广泛的应用，随着计算机应用技术的不断创新和红外光谱硬件技术的不断发展，FTIR技术将会在生活相关的诸多领域中发挥出越来越重要的作用。

[1]王健生,吴文安,张佳.胃癌及癌旁正常组织细胞膜中蛋白质及脂质改变的傅立叶变换红外光谱研究.西安交通大学学报(医学版),2009,30(4):463-465.

[2]杨丽君,李兆杰,宋晓华等.傅立叶变换红外光谱技术对5种沙门氏菌的快速分类鉴定.微生物学通报,2013,40(2):373-379.

[3]刘燕,唐铁鑫,邱新华等.傅立叶变换红外光谱法鉴别金银花挥发油.中国中医药信息杂志,2013,20(11):63-65.