三維數(shù)據(jù)分析及其在色譜和熒光分析中的應(yīng)用.pdf

1、化學(xué)計量學(xué)是一門新興發(fā)展的化學(xué)學(xué)科分支。它運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等方法設(shè)計優(yōu)化化學(xué)量測過程，并通過解析化學(xué)量測數(shù)據(jù)最大限度地獲取化學(xué)及相關(guān)信息。分析手段的儀器化和化學(xué)體系的復(fù)雜化已成為現(xiàn)代分析化學(xué)的一個重要特征。化學(xué)計量學(xué)利用現(xiàn)代分析儀器所產(chǎn)生的龐大的量測信號，為復(fù)雜多組分化學(xué)體系的定性、定量分析提供了便利的研究手段?；瘜W(xué)計量學(xué)二階校正方法具有二階優(yōu)勢，即使在未知干擾物共存下，依然能對復(fù)雜體系中感興趣組分快速給出定量分析結(jié)果，可以

2、解決傳統(tǒng)的分離分析手段難以解決的問題，提高分析效率?；瘜W(xué)計量學(xué)方法與現(xiàn)代分析儀器結(jié)合，以“數(shù)學(xué)分離”代替或者增強(qiáng)“化學(xué)分離”，顯示出其快速、通用、可靠的特點。它將對各化學(xué)分支學(xué)科，其中特別是生物化學(xué)、食品化學(xué)、藥物化學(xué)等學(xué)科帶來較大的影響，為直接解決這些分支學(xué)科中的實際分析難題提供有力武器。本文作者通過利用LC×LC—DAD、HPLC—DAD及三維熒光光譜等現(xiàn)代分析儀器量測手段，結(jié)合化學(xué)計量學(xué)多維數(shù)據(jù)陣分析的新方法及新算法，在復(fù)雜多組分

3、體系的定量分析方面進(jìn)行了深入的研究。本論文主要涉及以下幾個方面： 1．高維量測數(shù)據(jù)中背景扣除新方法的研究(第二章) 針對全二維聯(lián)用色譜如LC×LC—DAD分析中的背景漂移問題，提出了一種扣除背景的新方法。該方法主要是基于三線性分解原理，對儀器響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行交替三線性分解(ATLD)。在建模時，因樣品包含背景漂移信息，如同其他樣品組分，將背景漂移看作是一個組分或者因子來考察。該方法首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三線性分解，然后提取背景組

4、分的信息，并將其從原始數(shù)據(jù)中減掉，使得分析信號處于一平穩(wěn)的基線上。同時考察背景漂移和分析組分的信息能明顯提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。本章采用此方法分析了模擬數(shù)據(jù)以及實驗數(shù)據(jù)中的背景漂移，結(jié)果表明該方法能有效地扣除LC×LC—DAD數(shù)據(jù)中的背景漂移，為進(jìn)一步進(jìn)行全二維色譜的定量分析奠定了良好的基礎(chǔ)。該方法無需空白樣品的分析，并且也無需事先知道樣品組分的信息。 2．復(fù)雜多組分體系的定量分析的研究(第三章—第六章) 隨著人們對食品質(zhì)量與安全

5、問題的日益關(guān)注，食品分析對檢測方法的精確度、時效性要求越來越高，人們在不斷地探索研究新技術(shù)并應(yīng)用于食品檢測。蘇丹紅并非食品添加劑，而是一種人工合成的紅色染料，常作為一種工業(yè)染料，被廣泛用于如溶劑、油、蠟、汽油的增色以及鞋、地板等增光方面。不幸的是，蘇丹紅常被作為增色劑添加入食品如辣椒粉中，嚴(yán)重危害人們的健康。本論文的第三章采用HPLC—DAD分析辣椒粉中蘇丹紅Ⅰ和蘇丹紅Ⅱ，結(jié)合二階校正方法對色譜量測數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。實驗采用甲醇和0.5％(

6、v/v)醋酸水溶液作為色譜條件，樣品預(yù)處理簡便快速。結(jié)果表明在辣椒粉中有未知干擾基質(zhì)存在的情況下，采用二階校正方法能對該混合物中的蘇丹紅Ⅰ和蘇丹紅Ⅱ給出準(zhǔn)確的色譜輪廓、光譜輪廓分辨以及滿意的濃度預(yù)測。 磺胺類(SAs)藥物在奶牛業(yè)中的應(yīng)用非常普遍。由于SAs在體內(nèi)作用和代謝的時間比較長，在動物源性食品中容易殘留，危及人體健康。論文的第四章采用HPLC—DAD檢測與交替懲罰三線性分解(APTLD)算法相結(jié)合對牛奶中的磺胺類獸藥殘留

7、進(jìn)行了分析測定，盡管樣品中組分分離不完全，并且存在大量干擾組分，但利用化學(xué)計量學(xué)二階校正方法的“二階優(yōu)勢”，仍然能對體系中感興趣的磺胺組分給出準(zhǔn)確的定量分析結(jié)果?；瘜W(xué)計量學(xué)二階校正方法的應(yīng)用，為食品成分檢測提供了新的檢測途徑。 藥物在體液中的分析是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域面臨的一個重要問題，傳統(tǒng)方法采用色譜分離技術(shù)來實現(xiàn)這一目的，通常情況下通過調(diào)整色譜柱或者色譜條件分離，但是在某些情況下完全分離是難于實現(xiàn)的，且體液中含有不可預(yù)測的基質(zhì)及

8、其他干擾物。 糖皮質(zhì)激素是由腎上腺皮質(zhì)分泌的一類甾體激素，為維持生命所必需。超生理量的糖皮質(zhì)激素具有抗炎、抗過敏和抑制免疫等多種藥理作用，臨床應(yīng)用非常廣泛。由于氫化可的松和波尼松龍兩者結(jié)構(gòu)相似，它們的光譜也很相似，色譜出峰時間接近，因此色譜分析很難達(dá)到完全分離。傳統(tǒng)色譜分析方法大都需要內(nèi)標(biāo)，且其方法僅適合于尿液或者血液中氫化可的松或波尼松龍的測定。本論文的第五章采用甲醇和水作為高效液相色譜的分離條件對血漿和尿液中兩種糖皮質(zhì)激素氫

9、化可的松和波尼松龍進(jìn)行了同時快速測定，然后結(jié)合交替三線性分解(ATLD)算法解析色譜數(shù)據(jù)，結(jié)果滿意。該方法無需采用內(nèi)標(biāo)，樣品預(yù)處理簡單。 美托洛爾為第二代β1受體阻滯劑，臨床上用于治療各種類型高血壓、冠心病、心律失常、甲亢等。針對熒光檢測具有高靈敏度、高選擇性以及檢測成本低等特點，在第六章中我們利用美托洛爾的熒光特性，采用激發(fā)發(fā)射矩陣熒光結(jié)合三線性分解算法對美托洛爾的血藥濃度進(jìn)行了定量分析，實現(xiàn)了人血漿中美托洛爾的直接測定。該方

10、法快速簡便，無需繁瑣的樣品預(yù)處理，花費(fèi)成本低廉，定量結(jié)果滿意。為實現(xiàn)體液中美托洛爾的近實時快速分析打下了基礎(chǔ)，為開展臨床藥理學(xué)研究及血藥濃度監(jiān)測提供了一種簡便可靠的定量方法，對指導(dǎo)臨床安全合理用藥具有重要的意義。 3．三維數(shù)據(jù)分析在藥物動力學(xué)研究中的應(yīng)用(第七章) 研究藥物與DNA的相互作用不僅對理解作用機(jī)制有很大意義，還可以指導(dǎo)新藥的設(shè)計。然而，我們對藥物小分子與DNA的相互作用機(jī)制知之甚少。本文第七章利用平行因子分析

11、算法(PARAFAC)與熒光分析相結(jié)合，研究了吡柔比星(THP)、溴化乙錠(EB)與DNA的相互作用。采用PARAFAC處理可以很方便地得到激發(fā)發(fā)射光譜在不同的反應(yīng)和平衡混合物中的相對濃度。從PARAFAC分析得到的光譜及濃度圖表明，THP能競爭EB與DNA的結(jié)合位點，抑制EB和DNA的反應(yīng)。分析結(jié)果表明，THP以嵌入方式與DNA發(fā)生相互作用，并且生成了不發(fā)熒光的絡(luò)合物。這些結(jié)果對于進(jìn)一步深入了解THP、EB與DNA作用時的競爭機(jī)制很有