基于吸收率择优的近红外波长筛选方法及其应用

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1、暨南大学硕士学位论文第一章前言第一章前言1.1研究背景及意义血清总胆固醇（TotalCholesterol，TC），生物学上定义为存在于血液中全部脂蛋白所含有的胆固醇的总和。血清总胆固醇包括两种形式：一种是游离胆固醇（游离型胆固醇，FreeCholesterol，FC），另一种是胆固醇酯（酯化型胆固醇，CholesterolEster，CE），而肝脏都是合成和贮存胆固醇的主要器官。胆固醇，又名胆甾醇，属于一种类固醇及甾醇，化学表达式为C27H46O，分子量为386.6535。其固体形态为无色结晶，动物体的细胞膜中较为常见，是合成诸多生理活性物质的

2、关键原材料，诸如肾上腺皮质激素、性激素、胆汁酸及维生素D等等，其血清的浓度更是衡量脂代谢水平的一个惯用指标。在日常检验中，血液化验是医学检查中最为常见、常规的一种检查方式，而总胆固醇（TC）、甘油三酯(TG)等指标，能给予临床诊断提供非常重要的参考依据，如用于判断人体的健康状况。血清总胆固醇水平的升高，意味着许多疾病的发生，如高脂血症（Hypelipidemia）。高脂血症（Hypelipidemia）是指血脂水平过高，是引起心脑血管等病变的重要因素之一，并且常常会导致一些严重危害人体健康的疾病，如动脉粥样硬化、冠心病、胰腺炎等。而本病所引起的心

3、脑血管疾病发病率非常高、危害极大，其死亡率更是达到人类总死亡率的半数左右。日常血常规检测中，人体总胆固醇的常规检验是对血清的检验，常需要一些特定的化学试剂和血清产生化学反应，因而会导致样品使用的一次性，不利于样品的循环使用。然而，多种成分分析所用到化学试剂的多样性，对操作者应当具备的专业技能要求也高，不仅增加了被检测人员的身体和经济负担，也容易造成环境污染。因此，研究无需化学试剂、简便快速的检测方法，对于面向家庭、社区的大人群日常检测具有非常重要的意义。随着科技的快速发展，近红外光谱技术日趋成熟，逐渐地成为近几年非常核心的一门分析技术。近红外光（

4、NIR）是一种波长范围在780-2498nm间的电磁波，产生原理是能量跃迁即分子振动中的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁，在跃迁过程中分子吸1暨南大学硕士学位论文第一章前言收能量，进而产生了分子吸收光谱。近红外光主要是对含氢基团，如X－H（X=C、N、O）振动的倍频和合频的吸收，吸收光谱中包含大量有机化合物的组成和分子结构信息。近红外光照射样品时，对于具有相同频率的光线和基团之间，将会产生共振现象，光能通过分子偶极距的变化传给分子。如果光的频率与样品分子的频率不一样，就不会产生共振现象，进而光能将不会被吸收。根据上述的特点，又由于不同样品所含

5、有机物成分不尽一样，然而所含的分子或基团存在不同程度上的差异，导致样品对不同频率近红外光进行选择性吸收，可能在某些波长范围内有较强的吸收，而在其他的一些波长范围内吸收程度比较弱。样品的NIR光谱通过直接测量即可得到，无需任何化学试剂并省去了化学反应时间，任何波长上的光谱值是样品所有组分对近红外光吸收的总和，并不能直接体现某一组分对光的吸收信息，而且一般存在着其他成分吸收信息对待测成分信息的干扰。因此，对样品成分含量的测定，需要结合化学计量学方法的方法，通过一定的计算与分析才能得到期望效果。由上所述，近红外光谱分析技术，是一种非破坏性、无损的分析技

6、术，已广泛的[1~18]应用于多个领域：农产品、食品、医药、环境监测等多个行业的质量判定和在线分析，并不断往生物医学领域进行扩展应用的研究。本文利用近红外光谱分析技术，尝试对血清总胆固醇指标进行定量测量，与常规检测技术相比，最显著的优点是对待测样品实施无损、多成分的同时分析。对于在临床上的日常、大批量常规血清化验，具有显著的优势。因此，利用结合化学计量学方法的NIR技术，对血清胆固醇成分进行定量测定，弥补了临床检测的不足，具有广阔的应用前景和实际意义。1.2国内外研究现状和本文的研究随着科学技术的飞速发展，近红外光谱的无损分析技术也逐渐引起研究人

7、员的关注，特别基于软、硬件技术的更新换代与化学尽量学的不断发展，有关学者将近红外技术应用到各种有机物的定量与定性的分析检测中。近红外光谱技术，已广泛的应用于多个不同的领域：农产品、食品、制药、化工、环境、土壤检测等行业的定量与定性分析。随着化学计量学的发展，近红外作为特殊的优势，众多学者已经涉足在生物医学领域上的应用研究。1.2.1近红外光谱技术在无创血糖检测中的应用2暨南大学硕士学位论文第一章前言糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。对于糖尿病患者，长期存在的高血糖容易导致患者各种组织器官（如眼、肾、心脏、血管等）的损伤和功能性障碍。近年来，

8、国外许多科研机构正开展近红外在快速低成本血糖检测方法上的研究。[19~21]德国的H.M.Heise和美国G.W.Small研究团队等进