幾種新化學(xué)-生物分析方法及分析數(shù)據(jù)建模算法的研究與應(yīng)用.pdf

1、21世紀(jì)是環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)以及材料科學(xué)的世紀(jì),這些科學(xué)的基礎(chǔ)研究和高技術(shù)開發(fā)都需要分析科學(xué)的支持,同時(shí)也對分析科學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。近年來分析科學(xué)發(fā)展極為迅速,在化學(xué)修飾電極、壓電阻抗分析技術(shù)、色譜分析技術(shù)以及后端數(shù)據(jù)處理、算法建模等領(lǐng)域的研究十分活躍,取得了大量理論和應(yīng)用研究成果,極大推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。本文在廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上,開展了下述幾個(gè)方面的研究工作:
　　 1、采用β-環(huán)糊精/聚乙酰苯胺/多壁碳納米管(β-CD/

2、poly(N-acetyaniline)/MWNTs)修飾的玻碳電極(GC)測定對苯二酚(HQ)。采用循環(huán)伏安法研究了HQ與修飾電極上β-CD的包合作用。HQ被包合在β-CD的空腔內(nèi),可以觀察到可逆的伏安圖。并詳細(xì)討論了掃描速度、溶液pH和富集時(shí)間對HQ峰電流的影響。實(shí)驗(yàn)表明,在1×10-6～5×10-3 mol L-1濃度范圍內(nèi)陽極峰電流與HQ濃度成比例,線性回歸方程為:I/μA=0.4197+15.3036 CHQ/mmol L-1

3、,相關(guān)系數(shù)為0.9989,檢測限為8×10-7 mol L-1。另外,該電化學(xué)傳感器也顯示了良好的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和回收率。
　　 2、將具有分子識(shí)別功能的β-環(huán)糊精(β-CD)通過疏水作用固定在碳納米管表面,通過生物聚合物殼聚糖將含有β-CD的碳納米管層層自組裝到玻碳電極表面,首次制備了一種具有分子識(shí)別功能和可降低背景電流的碳納米管多層自組裝膜。由于β-CD能有效的分散碳納米管,同時(shí)使碳納米管的表面由疏水性變成親水性,因而可以使

4、組裝的碳納米管形成一種相對緊湊的三維空間結(jié)構(gòu)。與不含β-CD的碳納米管組裝膜相比,含有β-CD的多層碳納米管組裝膜不僅具有分子識(shí)別功能還同時(shí)能降低碳納米管修飾電極在溶液中的電容性背景電流,因而可以提高信噪比。
　　 3、根據(jù)巰基乙磺酸鈉(MES)修飾金電極結(jié)合陽極溶出伏安法(SWASV)可監(jiān)測大分子污染物存在下的重金屬離子的特性,首次采用方波陽極溶出伏安法測定了非活性銅綠假單胞菌菌體同時(shí)吸附Cd2+和Cu2+過程中自由金屬離子的

5、含量,通過MES有效地避免了銅綠假單胞菌接觸電極表面,在5-50μM濃度范圍內(nèi),Cd2+和Cu2+的陽極溶出峰電位分別為-0.13 V和0.34 V,陽極溶出峰電流與金屬離子濃度表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。基于電化學(xué)檢測結(jié)果,研究了吸附的動(dòng)力學(xué)過程和吸附平衡。通過非線性擬合,對Cd2+和Cu2+在單獨(dú)存在和共同存在兩種情況下與銅綠假單胞菌結(jié)合的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和最大吸附量進(jìn)行了討論。
　　 4、采用壓電阻抗技術(shù)-紫外可見分光光度聯(lián)用技術(shù)研究

6、了銅綠假單胞菌與大腸桿菌在單獨(dú)和混合微生物體系下兩種微生物的生長特性及其對Cr(Ⅵ)還原動(dòng)力學(xué)研究。研究結(jié)果表明,在單獨(dú)微生物培養(yǎng)體系下,兩種微生物的生長均受到了Cr(Ⅵ)的抑制,但相比大腸桿菌,銅綠假單胞菌對Cr(Ⅵ)的耐受性要強(qiáng)很多,銅綠假單胞菌的最大生長比速率(μm)從2.3942 h-1降到了1.8551 h-1;在混合微生物體系中,銅綠假單胞菌為優(yōu)勢菌種,其生長嚴(yán)重地抑制了大腸桿菌的生長,大腸桿菌的最大生長比速率(μm)從0.

7、871 h-1降到了0.153 h-1,銅綠假單胞菌自身的生長卻沒有受到明顯的影響。同時(shí)對Cr(Ⅵ)的還原過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模研究和非線性擬合,得到了單獨(dú)和混合微生物體系對Cr(Ⅵ)還原的動(dòng)力學(xué)模型和參數(shù),在兩種微生物初始濃度均為4.5×100 cells mL-1時(shí),半還原速率常數(shù)和最大比還原速率常數(shù)分別為80.05 mg Cr(Ⅵ)L-1和3.674 mg Cr(Ⅵ)cellsd h-1,殘差分析結(jié)果表明,本文建立的數(shù)學(xué)模型很好地表征

8、了這兩種微生物還原Cr(Ⅵ)的動(dòng)力學(xué)過程。
　　 5、建立了一種測定煙草中多酚物質(zhì)(綠原酸、蕓香苷和莨菪亭)的快速、簡單及可靠的膠束液相色譜法(Micellar Liquid Chromatography,MLC)分析方法。煙末經(jīng)溶劑提取后,酚類物質(zhì)直接使用MLC分析,紫外檢測波長為340 nm。膠束液相流動(dòng)相的組成通過計(jì)量學(xué)的方法確定,最優(yōu)的洗脫相組成為0.022 molL-1十二烷基硫酸鈉和0.45％(體積分?jǐn)?shù))1-丙醇溶液

9、(pH=5.0)。分析色譜柱為Eelipse XDB-C18(150 mm×3.0 mm,5μm)。綠原酸、蕓香苷和莨菪亭的檢測限分別為0.15,0.29和0.22μg mL-1。此方法已成功地應(yīng)用于煙草中的多酚定性和定量分析,其分析時(shí)間在10分鐘之內(nèi)。
　　 6、為揭示煙草中性香味成分與煙草品質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系,并借此探索煙草品質(zhì)評價(jià)的新方法,采用水蒸氣蒸餾法.氣質(zhì)聯(lián)用分析手段,對煙草中性香味成分進(jìn)行分析,并結(jié)合遺傳算法一BP神

10、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,建立預(yù)測模型。結(jié)果表明,本文采用的樣品預(yù)處理及儀器分析手段,能全面、準(zhǔn)確的獲取煙草中性香味成分,共定性定量76種重要中性成分;數(shù)據(jù)處理首先采用遺傳算法進(jìn)行特征因子選擇,共挑選出28種顯著性成分,然后運(yùn)用BP網(wǎng)絡(luò)建立相關(guān)性模型,與直接采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模相比,不僅簡化了模型,而且增強(qiáng)了模型的預(yù)測能力。訓(xùn)練樣本擬合誤差可控制在2％以內(nèi),預(yù)測誤差可控制在5％以內(nèi)。采用的整套技術(shù)手段可較好的應(yīng)用于煙草品質(zhì)評價(jià)。<

11、br>　　 7、率先在對某卷煙廠提供的200余種不同批次煙草樣品系統(tǒng)分析及指紋圖譜技術(shù)分析基礎(chǔ)上,建立了全面反映煙草及制品感官特性的煙草成分原始指紋圖譜數(shù)據(jù)庫;采用特征選擇、聚類分析等多種計(jì)量學(xué)應(yīng)用算法對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行壓縮,篩選出有效的特征因子、確定出影響煙草吸食感和風(fēng)味的特征空間及對應(yīng)權(quán)重,建立起了煙草感官特性和化學(xué)成分之間的聯(lián)系;在此基礎(chǔ)上,采用visual Basic高級語言將相關(guān)算法程序化,開發(fā)出了具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的煙草識(shí)別與智能