當代傅立葉變換紅外光譜技術的應用

沈愛平

黃岡職業技術學院

引言

傅立葉變換紅外光譜技術（Fourier transform infrared spectros?copy，FTIR）是以4000 cm-1～400cm-1連續波數的紅外光對測定對象進行照射，通過采集透過或由測定對象表面反射的光譜，經傅立葉轉換得到各波數光譜透過或被吸收的量，借助適當的數據分析手段，得到檢測結果的一種分析方法。傅立葉變換紅外光譜儀是第三代紅外光譜儀，具有高光通量、低噪聲和測量速度快等一系列優點，同時紅外譜線波長較長，能量小，所以不破壞樣品的結構，可以實現多項指標同時測定、多個樣品連續測定及樣品非損傷性測定等要求。FTIR實現了由化學研究領域發展到臨床醫學和微生物鑒定等研究領域，從離體分析發展到在體內無損分析，具備測定時間短、靈敏度高、操作簡便等優點，是實時、在線、原位定性/定量分析測定的方法之一，目前已廣泛應用于臨床醫藥、生物、食品、環保、農業和化工等各個方面。本文主要對FTIR在臨床疾病檢測、微生物研究及中草藥分析中的應用進行了簡要介紹。

一、在臨床疾病監測方面的應用

目前癌癥的臨床診斷主要靠病理解剖和組織細胞學，但往往受經驗和主觀性所限。由于細胞和組織紅外光譜能反映出蛋白質、核酸、脂質和糖類分子在細胞內的含量、構型、構象及其所發生的變化，因此，紅外光譜能在分子水平上揭示正常組織和癌組織之間存在的差異，有可能發展成為癌癥簡便、快速、準確的診斷方法。

王健生等[]提取胃癌組織細胞和胃癌旁正常組織細胞的細胞膜，將細胞膜進行溴化鉀壓片，應用Nicolet Magna750型紅外光譜儀對溴化鉀壓片進行紅外光譜檢測，經過特征性光譜的比對，發現胃癌組織細胞膜的紅外光譜特征與相應正常組織細胞膜光譜特征存在異同，另外胃癌組織細胞膜與胃癌組織、胃癌細胞株的光譜特征也存在異同，主要表現在與脂類相關的2920 cm-1、2850 cm-1、1740 cm-1譜帶的變化，為胃癌的診斷提供了參考。

傅立葉變換紅外光譜技術檢測惡性腫瘤不僅快速、無創和廉價，更重要的是它可以提高惡性腫瘤的診斷水平，在惡性腫瘤的研究中已日益顯示出它的優勢，可以檢測出通過組織學分析未能發現的更早期的惡性腫瘤。

二、在微生物研究中的應用

傅立葉變換紅外光譜技術（FTIR）在微生物研究領域中主要用于微生物的分類鑒定，FTIR通過讀取微生物菌體的細胞壁、細胞膜及細胞內組分在內的所有組成成分（包括脂多糖、磷脂雙分子層、蛋白質、脂肪、多糖以及核酸等）的化學鍵的振動情況，提供整個微生物菌體生化組成成分的光譜定量信息，反映整個細胞組分的光譜特征，結合基于分級聚類分析（Hierarchical cluster analy?sis，HCA）和主成分分析（Principal component analysis，PCA）兩種聚類分析模型的化學計量學分析方法，可以成功地實現對微生物的分類鑒定。

楊麗君等[]應用傅立葉變換紅外光譜技術對5種沙門氏菌在光譜上的細微差別進行有效鑒別，采集指紋圖譜數據，應用化學計量學分析方法對光譜進行分析。建立了5種沙門氏菌的標準FTIR光譜數據庫，建立了基于主成分分析和分級聚類分析兩種聚類分析模型，成功的對5種可疑目標沙門氏菌進行鑒定。這為FTIR技術用于細菌株的鑒別能力提供了有力證據，也說明FTIR技術結合化學計量學分析方法在細菌鑒別中的巨大優勢，將成為細菌分類鑒定的一個重要工具。

三、在中草藥分析中的應用

中草藥分析是中草藥質量控制的關鍵，中草藥的質量控制包括定性和定量兩個方面。定性分析主要包括中草藥真偽、產地的鑒別及相似、相近藥材的區分與鑒定，傳統的定性分析方法有顯微電鏡、薄層色譜等，具有操作復雜、操作技術要求高、分析時間長等缺點。定量分析主要指有效成分含量的測定，定量分析方法有紫外光譜法、紅外光譜法等，這些方法需要經過復雜的提取分離等預處理步驟，測定成本高且效率較低，無法滿足快速分析和在線分析的要求。近紅外光譜技術具有預處理簡單、操作簡便、分析速度快等特點，已經在中草藥藥材真偽鑒別、產地及質量鑒定、有效組分的快速定性分析及在線質量控制等方面得到廣泛應用。

劉燕等[]用水蒸氣蒸餾結合正己烷連續液-液萃取法提取金銀花，將山銀花的揮發油將金銀花和山銀花揮發油溶液滴在溴化鉀窗片上，待溶劑揮發后形成油膜，用傅立葉變換紅外光譜法測定紅外光譜；將紅外光譜進行基線趨勢去除和曲線平滑處理；選取1800 cm-1～850 cm-1范圍內光譜數據作為特征光譜進行聚類分析，根據聚類分析結果區分金銀花和山銀花揮發油樣品。通過8個樣品的實際測定，發現4個金銀花樣品聚為一類，其余的樣品聚為一類，顯示所建立的方法可以將金銀花揮發油與各種山銀花的揮發油區分開來，可用于鑒別金銀花揮發油。

總結

當前傅立葉變換紅外光色譜技術已向全功能型儀器方向發展，隨著計算機軟件功能、聯用技術、全功能附件等方面的迅速發展，FTIR已經實現了分析對象從表面到斷層、從靜態到瞬間等均可進行分析，對固、液、氣態檢測樣品均可在不破壞樣品的情況下進行分析。FTIR技術已經成為當前分析學科的一個重要手段，可以對樣品進行定性及定量分析，在鑒定分析、定量分析等眾多領域得到廣泛的應用，隨著計算機應用技術的不斷創新和紅外光譜硬件技術的不斷發展，FTIR技術將會在生活相關的諸多領域中發揮出越來越重要的作用。

[1]王健生,吳文安,張佳.胃癌及癌旁正常組織細胞膜中蛋白質及脂質改變的傅立葉變換紅外光譜研究.西安交通大學學報(醫學版),2009,30(4):463-465.

[2]楊麗君,李兆杰,宋曉華等.傅立葉變換紅外光譜技術對5種沙門氏菌的快速分類鑒定.微生物學通報,2013,40(2):373-379.

[3]劉燕,唐鐵鑫,邱新華等.傅立葉變換紅外光譜法鑒別金銀花揮發油.中國中醫藥信息雜志,2013,20(11):63-65.