专利名称：一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法
技术领域：
本发明涉及利用光谱学无损快速分析技术领域，特别是涉及一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法。
背景技术：
食用植物油为人们提供了良好的感官享受以及身体发育所必须的脂肪酸，其安全性得到越来越多的关注。不同食用植物油间的营养和价格差异以及食用植物油种类鉴别的困难性，使得不法分子为谋取暴利而进行各种植物油掺杂行为，严重危害了消费者的权益。因此食用植物油种类鉴别方法的研究是非常有理论意义和实用价值的。目前对食用油种类鉴别的方法种类繁多，可分为理化法、色谱法、核磁共振波谱法以及光谱法。荧光光谱技术作为光谱法的一种具有灵敏度高、选择性强、试样量少等优点，但是其谱峰重叠严重、谱带较宽的不足也为其在食用植物油鉴别领域带来了一定的局限。二维相关分析的基本概念最早是由30年前理查德.恩斯特在核磁共振(NMR)领域提出的。二维核磁谱是通过多脉冲技术激发核自旋，采集时间域上原子核自旋弛豫过程的衰减信号，经双傅里叶变换得到的。直到1986年，日本化学家Isao Noda (野田勇夫)就二维NMR技术的理论提出了一个概念性的突破，他把核磁实验中的多重射频励磁技术看作是一种对体系的外部扰动，以这种全新的视角简化看待二维核磁技术。1989年Noda将一定形式的微扰(最初为正弦波形低频扰动)作用在样品体系上使样品激发，这个低频率的扰动作用在样品上，通过测定一系列的红外振动动态光谱，并利用数学上的相关分析技术对红外信号进行相关分析得到二维相关红外谱图，这就是最初的二维红外相关技术理论。1993年，Isao Noda又提出了广义二维红外相关光谱的(generalized two-Dimensionalcorrelation spectroscopy)概念,将外部微扰从正弦波形的低频扰动拓展到能导致光谱信号变化的任何形式，如:温度、浓度、压力、反应时间、磁场等。从而将二维相关分析技术从普通的红外光谱推广到近红外光谱、拉曼光谱和荧光光谱等。二维相关光谱分析包括同步相关光谱分析和异步相关光谱分析。同步相关谱强度表征两个动态信号间的协同程度，当两个动态变化同相(反相)，值为正(负)；当两个动态变化正交，值为零。而异步相关光谱强度表征两个动态信号间的相异程度。当两个动态信号彼此正交时，值可正可负；而当两个动态信号同相或反相时值为零。同步相关光谱是关于主对角线对称的，其中位于主对角线上的为自动峰，由动态信号自身相关得到，它的强度代表了体系对外扰的敏感程度。位于非主对角线位置处的峰则称为交叉峰，交叉峰的存在可能意味着两个峰的变化有共同的机理和起源。异步相关光谱为主对角线反对称，只由交叉峰组成。异步交叉峰表明两个光谱峰的强度变化存在相对加速度。这种特性能够区分重叠在一起的起源不同的峰。参见《Two-dimensional Correlation Spectroscopy -Applications in Vibrational andOptical Spectroscopy))中的 21-23 页。由于在一维荧光光谱上，出现的都是峰型单一、峰位不明显的简单型“馒头峰”，很多荧光信息都隐含在其主峰之中，使得对荧光光谱的解析非常困难，有些细微的荧光信息无法直接提取，从而限制了荧光光谱分析技术的应用领域。将二维相关分技术引入到荧光光谱分析，可使其在第三维方向(外扰方向)上将重叠峰进行扩展，这样可以有效的提高谱图分辨率，将重叠峰甚至原来被掩盖的小峰清晰地显示出来，可以清晰的反映出样品体系在外界微扰作用下，分子内各结构单元、官能团发生变化然后弛豫恢复到初始的先后关系。该技术在荧光光谱中应用已经有所报道，例如中岛美嘉等利用基于荧光猝灭扰动的二维相关荧光光谱验证了腐植酸荧光光谱中的两个突出谱峰源于腐植酸中的不同荧光物质。黄昆等利用二维相关光谱探测荧光能量转移现象，验证了 Eu3+和Nd3+的荧光发射与吸收之间存在能量传递。孙艳辉等在利用荧光光谱法研究羟基自由基诱导的酪氨酸氧化过程中利用二维同步荧光光谱相关分析获得各峰强的变化顺序。由于食用植物油鉴别的难度和复杂性，二维相关荧光分析使用在食用植物油的品质分析中可以更加能发挥该技术的特长(特殊性)，并通过食用植物油品质分析的特例，分析二维相关分析技术在复杂体系的具有荧光效应的组分检测的共性问题，解释和总结出荧光生产和淬灭机理和共性的科学问题，建立食品与农产品质量快速分析中的使用二维相关荧光光谱分析技术的方法，为该技术的发展以及在相关行业中的应用提供宝贵的经验和方法。并且在利用二维相关时采用偏振角度作为外扰，与传统的温度外扰相比，其节省了大量的试验时间，且更易于操作。
发明内容
本发明提供了一种基于偏振扰动下的二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，克服了传统荧光光谱谱峰重叠严重的不足，且以偏振角度为外扰也克服了基于时间和温度外扰耗时的不足，可以快速无损简单的实现植物油种类的鉴别检测。本发明所采用的技术方案:一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，按照下述步骤进行:
(1)动态光谱采集:选用荧光偏振仪或者添加偏振片的普通荧光仪作为光谱采集仪器，通过改变偏振角度获得同一植物油的一系列偏振突光光谱作为动态光谱；
(2)二维相关图谱绘制:利用二维相关原理，对动态光谱进行相关分析，绘制二维相关图谱及自动峰强度谱，
(3)二维图谱比较分析:通过将二维相关图与自动峰强度谱结合分析，比较不同植物油二维图谱出峰情况，实现对不同植物油的直观快速鉴别。偏振角度选择一个单调区间，以所选仪器为普通荧光仪添加偏振片为例。其中步骤(I)所述的动态光谱采集，偏振片既可以同时加于起偏处(光源与样品池之间)和检偏处(样品池与检测器之间)，也可以只加其一；改变角度时，只需改变起偏角或者检偏角。其中步骤(I)所述的动态光谱采集，如偏振片所标示角度不准确，在试验采集前需要做预实验，寻找单调区间。其中步骤(I)所述的动态光谱采集，在区间内，偏振角度等间隔扫描荧光光谱，构成动态光谱。
其中步骤(2)中二维谱图采用等高线图谱形式绘制。其中步骤(3)中所述的不同植物油二维图谱出峰情况是指相关峰的出峰数目、位置和强度。其中步骤(3)谱图比较分析，自动峰强度谱相比于二维同步相关图能够更为清晰的显示自动峰出峰情况。在进行谱图分析时可以作为二维相关图分析的一个强有力辅助。其中步骤(3)谱图比较分析，绘制二维图谱时等高线参数的选择，不宜过大或者过小，过大会造成图谱过于冗杂，过小则会人为丢失信息以致谱图间差异性不显著。与现有技术相比，本发明的有益效果是:
I)与传统荧光光谱法相比，荧光二维相关光谱法将荧光信号由一维空间拓展到二维空间，在二维空间中大大提高荧光光谱的分辨率并能突显荧光信号强度，区分出在一维图中被覆盖的小峰弱峰，进而扩展各种食用植物油之间的荧光差异，实现荧光光谱差异的可视化。2)与传统的基于温度的外扰相比采用偏振角度为外扰简化了试验过程，节省了试验时间。
图1为674nm处峰强与偏振角度关系图,其中偏振角度为X轴，峰强为Y轴,显不了峰强随偏振角度的变化趋势。图2为菜籽油在所选区间内每10°等间距调节角度并扫描荧光光谱，获得10条光谱组成动态光谱图即从上至下依次为菜籽油在偏振角度60-150°内每10°等间距调节角度时扫描获得的荧光光谱。图3为菜籽油的二维相关图谱，其中a:二维相关同步图；b:二维相关异步图，其中二维相关图谱等高线参数为64。图4为橄榄油的二维相关图谱，其中a: 二维相关同步图；b: 二维相关异步图，其中二维相关图谱等高线参数为64。图5为菜籽油和橄榄油的自动峰强度谱。
具体实施方式
具体实施例方式本实施方式中利用基于偏振扰动下的二维荧光光谱快速鉴别使用植物油种类通过以下步骤实现:
I)动态光谱采集:选用荧光偏振仪或者添加偏振片的普通荧光仪作为光谱采集仪器，通过改变偏振角度获得同一植物油的一系列荧光光谱作为动态光谱。2) 二维相关图谱绘制:利用二维相关原理，对动态光谱进行相关分析，绘制二维相关图谱及自动峰强度谱，二维谱图采用等高线图谱形式。3) 二维图谱比较分析:通过将二维相关图与自动峰强度谱结合分析，比较不同植物油二维图谱出峰情况(相关峰的出峰数目、位置、强度等)，实现对不同植物油的直观快速鉴别。
所述的动态光谱采集及谱图分析:
动态光谱采集:
偏振角度选择一个单调区间，以所选仪器为普通荧光仪添加偏振片为例。I)偏振片既可以同时加于起偏处(光源与样品池之间)和检偏处(样品池与检测器之间)，也可以只加其一。改变角度时，只需改变起偏角或者检偏角。2)如偏振片所标示角度不准确，在试验采集前需要做预实验，寻找单调区间。3)在区间内，偏振角等间隔扫描荧光光谱，构成动态光谱。谱图比较分析:
I)自动峰强度谱相比于二维同步相关图能够更为清晰的显示自动峰出峰情况。在进行谱图分析时可以作为二维相关图分析的一个强有力辅助。2)绘制二维相关图谱时等高线参数的选择,不宜过大或者过小,过大会造成图谱过于冗杂，过小则会人为丢失信息以致谱图间差异性不显著。以橄榄油、菜籽油为例，所用设备为添加偏振片(标示度数不准确)的普通荧光仪F96S，且偏振片添加于检偏处。选用激发波长为405nm。一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法的具体步骤为:
I)选扰动区间。将偏振片等间隔每10°采集一次光谱，共36条。并以出峰位置674nm处峰强与角度做图，得图1。由图1中可清晰看`出个单调区间，实例中选单调递减区间60-150°作为扰动区间。2)扫描动态光谱。在所选区间内每10°等间距调节角度并扫描荧光光谱，获得10条光谱组成动态光谱，如图2。3)绘制二维相关图谱，并进行比较分析。图3、图4和图5分别为菜籽油和橄榄油的二维相关图谱以及自动峰强度谱，图谱等高线参数为64，其中a:二维相关同步图；b:二维相关异步图。从图中可以看出菜籽油和橄榄油自动峰极其相似，与同步图相比自动峰强度谱更加清晰的显示了自动峰的出峰信息和两者间自动峰的出峰位置差异，菜籽油的主自动峰在676nm而菜籽油在674nm。比较两者二维相关谱图，同步图之间，可以直观地看出，除自动峰外，菜籽油存在一个水滴状相关峰，位于出76，523)。两者异步图之间差异较明显。菜籽油在￠50-750,650-750)区域内相关峰比橄榄油杂乱，边际不清晰。其他区域相关峰分布也不相同，菜籽油的另一个较大相关峰位于(677，524)，橄榄油位于(674,395)。
权利要求
1.一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于按照下述步骤进行: (1)动态光谱采集:选用荧光偏振仪或者添加偏振片的普通荧光仪作为光谱采集仪器，通过改变偏振角度获得同一植物油的一系列偏振突光光谱作为动态光谱； (2)二维相关图谱绘制:利用二维相关原理，对动态光谱进行相关分析，绘制二维相关图谱及自动峰强度谱， (3)二维图谱比较分析:通过将二维相关图与自动峰强度谱结合分析，比较不同植物油二维图谱出峰情况，实现对不同植物油的直观快速鉴别。
2.根据权利要求1所述的一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于其中步骤(I)所述的动态光谱采集，偏振片同时加于起偏处即光源与样品池之间和检偏处即样品池与检测器之间，或者只加其一；改变角度时，只需改变起偏角或者检偏角。
3.根据权利要求1所述的一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于其中步骤(I)所述的动态光谱采集，如偏振片所标示角度不准确，在试验采集前需要做预实验，寻找单调区间。
4.根据权利要求1所述的一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于其中步骤(I)所述的动态光谱采集，在区间内，偏振角度间隔扫描荧光光谱，构成动态光谱。
5.根据权利要求1所述的一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于其中步骤(2)中二维谱图采用等高线图谱形式绘制。
6.根据权利要求1所述的一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于其中步骤(3)中所述的不同植物油二维图谱出峰情况是指相关峰的出峰数目、位置和强度。
7.根据权利要求1所述的一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于其中步骤(3)谱图比较分析，自动峰强度谱相比于二维同步相关图能够更为清晰的显示自动峰出峰情况；在进行谱图分析时可以作为二维相关图分析的一个强有力辅助。
8.根据权利要求1所述的一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，其特征在于其中步骤(3)谱图比较分析，绘制二维图谱时等高线参数的选择，不宜过大或者过小，过大会造成图谱过于冗杂，过小则会人为丢失信息以致谱图间差异性不显著。
全文摘要
本发明涉及一种二维荧光光谱技术快速鉴别食用植物油种类的方法，涉及利用光谱学无损快速分析技术领域。将广义二维相关与荧光光谱技术相结合可以较好的解决荧光光谱谱峰重叠的问题，使各油脂谱图间差异性更加明显直观。本方法采用偏振扰动即为选用偏振角度为外扰，其可以很好的克服传统的以温度为外扰时试验费时费力的不足。其具体步骤为(1)采集动态光谱。(2)绘制二维相关图谱。(3)谱图比较分析。本发明可以应用于食用植物油种类的快速鉴别，检测成本低，分析时间短，检测无损。
文档编号G01N21/64GK103115910SQ201310058510
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者陈斌, 田萍, 陆道礼, 于丽燕 申请人:江苏大学