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春季鲜花授粉引起过敏,拉曼光谱仪在花粉分类准确识别的研究

作者:拉曼光谱仪产品 日期:2021-01-25 14:00:17 点击数:

春季鲜花授粉引起过敏,拉曼光谱仪在花粉分类准确识别的研究(图1)

  花粉是有花植物雄性器官,其主要通过风媒及虫媒传播。春季授粉季节,空气中的花粉浓度极高,高浓度的花粉导致人类高致敏。近几年,花粉过敏成为人类困扰的一大健康问题,统计资料显示花粉过敏患者数量不断上涨,不同患者对不同种类的花粉有不同的过敏反应,因此对空气中的花粉进行分类检测尤为重要。花粉在大气 中 的分布具有多样性、浓度可变的特征,相对湿度等环境条件及臭氧和氮氧化物等空气污染物均可对花粉在大气中的多样性及浓度产生影响。与此同时,作为一种生物样品,花粉具有组成成分复杂的特点,准确地对花粉进行分类识别是一项颇具难度的工作。

  拉曼光谱能够提供花粉样品的指纹图谱,光谱清晰。通过显微拉曼光谱识别空气中34种花粉样品并建立花粉拉曼光谱数据库,证明了拉曼光谱对花粉鉴别的有效性。

  实验过程中发现花粉属于自然生物样品,由于样品成分复杂及受到污染物的影响,样品光谱具有很强的荧光背景,这些荧光背景影响拉曼信号的检测,荧光背景较大时湮灭了拉曼光谱的信号峰,在此选择了光漂白法对样品进行处理使得样品中荧光分子的辐射能力被破坏,有效减弱荧光信号的影响。

春季鲜花授粉引起过敏,拉曼光谱仪在花粉分类准确识别的研究(图2)

  在一些共性的拉曼峰。先对拉曼峰位及初步峰位归属进行分析,拉曼位移在1600,1440,1080,1000cm-1及600cm-1附近的拉曼峰被认为是由孢粉素引起:1600cm-1附近有很强的拉曼峰,振动模式为苯环环状拉伸,对应物质为苯丙氨酸和酪氨酸;1440~1560cm-1范围内的拉曼峰振动是 C—H2的变形,与脂类及孢粉素相对应;1080cm-1附近的拉曼峰振动模式为骨格 振动;1080cm-1附近的拉曼峰对应三角环呼吸振动;少数光谱在600cm-1附近出现较弱的拉曼峰,其代表芳香环变形的振动模式。

        拉曼位移在1660,1300,1525cm-1附近的拉曼峰被认为是由蛋白质引起:1300~1360cm-1范围内的拉曼峰振动模式是 N—H 及 C—H 的变形,与核酸物质及酰胺Ⅲ族相对应;1660cm-1附近的拉曼峰属于 C=C伸缩振动模式并与酰胺Ⅰ族相对应;1525cm-1附近的拉曼峰可能属于酰胺Ⅱ类(N—H 变形、C—N伸缩)。拉曼位移在1565cm-1(腺嘌呤、鸟嘌呤)、1360cm-1(腺嘌呤、鸟嘌呤)、1166cm-1(鸟嘌呤)、820cm-1(C—O—P—O—C)、790cm-1(胞嘧啶、尿嘧啶)及750,720,640cm-1(胸腺嘧啶、腺嘌呤)附近的拉曼峰被认为是由核酸引起;在1440cm-1附近及820~840cm-1范围内的拉曼峰代表脂质物质;在420~400cm-1范围内的拉曼峰强一般比较弱,代表一些普通的碳水化合物。

春季鲜花授粉引起过敏,拉曼光谱仪在花粉分类准确识别的研究(图3)

  以拉曼光谱技术为主要手段,将42种花粉的标准样品作为研究对象,对采集的465条光谱数据进行预处理,利用主成分分析及 SVM 建立识别模型。对于区别较大的科间花粉的预测准确率达 到97.75%,对常规手段难以区分的蔷薇科属间花粉的预测准确率达到 90.47%,虽准确率没有科间花粉高,但同样说明拉曼光谱对花粉识别具有可行性;对菊科属间拉曼光谱进行分析并说明科间可能存在对分类识别有影响的因素。综上,利用拉曼光谱技术可有效鉴别花粉样品,为花粉的检测分类提供新的方向。

春季鲜花授粉引起过敏,拉曼光谱仪在花粉分类准确识别的研究(图4)



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