于宏偉，胡夢璇，封卓帆，馬思怡，陳新樂，李吉納，郭雪純，王 雨

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

0 引言

葡萄糖（Glucose，分子式 C6H12O6）是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，在醫(yī)學(xué)[1]、畜牧[2，3]、食品[4]、電子[5]等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用.葡萄糖的廣泛應(yīng)用與其特殊結(jié)構(gòu)有關(guān).中紅外（MIR）光譜廣泛應(yīng)用于葡萄糖的結(jié)構(gòu)研究[6-9]，但葡萄糖近紅外（NIR）光譜研究卻少見報道[10，11].本研究采用漫反射NIR光譜（包括：一維漫反射NIR光譜和二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜）對葡萄糖結(jié)構(gòu)開展了研究，為葡萄糖的應(yīng)用提供了有意義的科學(xué)借鑒.

1 材料與方法

1.1 材料

葡萄糖（分析純，河北定州青年試劑廠）.

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrastar XL型近紅外光譜儀（美國Unity公司，測定頻率范圍14 000~4 000 cm-1）.

1.3 實驗方法

采用NIR光譜的漫反射的附件，原位對葡萄糖進(jìn)行NIR光譜數(shù)據(jù)采集.每個樣品掃描次數(shù)為32次，連續(xù)測定32個樣品.一維漫反射NIR光譜數(shù)據(jù)獲得采用InfoStar軟件（版本3.11.3-SP1），而二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜數(shù)據(jù)獲得采用Spectrum 6.3.5軟件（平滑點分別選擇5個平滑點、9個平滑點、13個平滑點、19個平滑點、25個平滑點、37個平滑點、49個平滑點和149個平滑點）.圖形及標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)處理采用Origin 8.0.

2 結(jié)果與討論

2.1 葡萄糖一維漫反射NIR光譜研究

在14 000~4 000 cm-1頻率范圍內(nèi)，開展了葡萄糖一維漫反射NIR光譜研究，見圖1.根據(jù)文獻(xiàn)[12]報道，其中 5 154.10 cm-1頻率處的吸收峰（ν1-一維）包括結(jié)晶水的伸縮振動模式（νH2O-one-dimensional-MIR）和結(jié)晶水彎曲振動模式（δH2O-one-dimensional-MIR）的組合頻吸收；6 682.00 cm-1頻率處的吸收峰（ν2-一維）包括：O—H（2υ）和·O—H—O—H 聚合體（·OH）；而10 236.00 cm-1頻率處的吸收峰（ν3-一維） 包括O—H（3υ），見圖 1（a）. 原位連續(xù)測量 32 次葡萄糖樣品的一維漫反射NIR光譜如圖1（b）所示，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表1.

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)可知，葡萄糖一維漫反射NIR光譜的吸收強度的數(shù)據(jù)平行性較好.計算了葡萄糖一維漫反射NIR光譜的3個吸收峰（ν1-一維、ν2-一維和 ν3-一維） 對應(yīng)的吸收頻率標(biāo)準(zhǔn)差，實驗發(fā)現(xiàn)葡萄糖一維漫反射NIR光譜對應(yīng)的吸收頻率平行性較差.

圖1 葡萄糖一維漫反射NIR光譜（303 K）

表1 葡萄糖一維漫反射NIR光譜數(shù)據(jù)（303 K） cm-1

2.2 葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜研究

2.2.1 二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜平滑點的選擇

平滑點的選擇對于有機物二階導(dǎo)數(shù)NIR光譜很重要[13-18].但對于有機物二階導(dǎo)數(shù)NIR光譜，平滑點選擇卻少見文獻(xiàn)報道.本研究系統(tǒng)研究了葡萄糖不同平滑點（5個平滑點、9個平滑點、13個平滑點、19個平滑點、25個平滑點、37個平滑點、49個平滑點和149個平滑點）的二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜（圖2），相關(guān)數(shù)據(jù)見表2.

由圖2和表2數(shù)據(jù)可知，較少的平滑點（5個平滑點和13個平滑點）對應(yīng)的譜圖基線噪音過大，而最多的平滑點（149個平滑點）對應(yīng)的譜圖分辨能力有所下降，37個平滑點則是適合的選擇.

2.2.2 二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜研究

圖2 不同平滑點的葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜（303 K）

在14 000~4 000 cm-1的頻率范圍內(nèi)，采用37個平滑點，進(jìn)一步開展了葡萄糖的二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜研究，如圖3（a）所示.根據(jù)文獻(xiàn)[12]的報道，4 038.21 cm-1頻率處的吸收峰（ν1-二階導(dǎo)數(shù)）包括：C—H伸縮振動以及C—C和C—O—C伸縮振動的組合頻；4 151.38 cm-1頻率處的吸收峰（ν2-二階導(dǎo)數(shù)）包括：C—H 伸縮振動和 CH2變形振動的組合頻；4 919.40 cm-1頻率處的吸收峰（ν3-二階導(dǎo)數(shù)）包括：OH彎曲振動和C—O伸縮振動的組合頻率以及OH—/C—O聚合體（·O—H和·C—O）；而 6 633.74 cm-1頻率處的吸收峰（ν4-二階導(dǎo)數(shù)）包括：O—H（2υ）及 O—H—O—H 聚合體（·OH）.原位連續(xù)測量32次葡萄糖樣品的二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜如圖3（b）所示，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表3.

計算了葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射 NIR 光譜的 4 個吸收峰（ν1-二階導(dǎo)數(shù)、ν2-二階導(dǎo)數(shù)、ν3-二階導(dǎo)數(shù)和 ν4-二階導(dǎo)數(shù)）對應(yīng)吸收頻率標(biāo)準(zhǔn)差（表3）.研究發(fā)現(xiàn)：葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜對應(yīng)的吸收頻率的數(shù)據(jù)平行性較好，要優(yōu)于相應(yīng)的一維漫反射NIR光譜對應(yīng)的吸收頻率.

表2 不同平滑點時葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜數(shù)據(jù)（303 K）

圖3 37個平滑點時葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜（303 K）

3 結(jié)論

開展了葡萄糖一維漫反射NIR光譜研究，繼續(xù)開展了葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜研究，并進(jìn)一步考查平滑點對于譜圖分辨能力的影響.研究發(fā)現(xiàn)：葡萄糖的二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜的譜圖分辨能力及數(shù)據(jù)平行性要優(yōu)于相應(yīng)的一維漫反射NIR光譜.本研究拓展了漫反射NIR光譜在葡萄糖結(jié)構(gòu)研究的領(lǐng)域，具有一定的理論研究價值.

表 3 37個平滑點時葡萄糖二階導(dǎo)數(shù)漫反射NIR光譜數(shù)據(jù)（303 K） cm-1