三种不同石蒜红外光谱对比分析

本科生毕业论文（设计）题目三种不同石蒜红外光谱对比分析学院物理与电子科学学院专业物理学年级、班级学号学生姓名指导教师I目录TOC\o"1-2"\h\u摘要： I关键词： IAbstract:

IIKeywords: II引言 11.实验部分 11.1材料 11.2实验仪器与方法 12.结果与分析 12.1三种石蒜鳞茎的红外光谱统计分析 12.2三种石蒜鳞茎的化学成分分析 53.结论 8参考文献 10致谢 11附录 12PAGEPAGE1三种不同石蒜红外光谱对比分析摘要：本文对忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜三种石蒜鳞茎的红外吸收光谱进行了对比分析，探究产自江苏省宿迁市沭阳县三种石蒜鳞茎的红外光谱特性。通过对其红外光谱的分析,可知它们的红外光谱的谱峰基本相同。所以可知忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜三种石蒜鳞茎中含有的化学成分基本相同，即它们都含有蛋白质、糖类和黄酮类化合物等化学成分。最后对比了这三种石蒜各谱峰的相对吸光度，发现各谱峰的相对吸光度差别较小，说明这三种石蒜的各化学成分的相对含量差别较小。关键词：忽地笑；乳白石蒜；红花石蒜；红外光谱。ComparativeAnalysisofInfraredSpectraofThreeDifferentLycorisAbstract:

Inthispaper,theinfraredabsorptionspectraofthreelycorisShuyangbulbsfromSuqiancity,JiangsuprovincewerecomparedandanalyzedbyFourierinfraredspectroscopy.Throughtheanalysisoftheirinfraredspectra,itisknownthatthespectralpeaksoftheirinfraredspectraarebasicallythesame.Soitcanbeseenthatthechemicalcomponentsinthebulbsofthethreetypesoflycoris,includinglycorisaurea,lycorisalbifloraKoidz,andlycorisradiata,arebasicallythesame,thatis,theyallcontainchemicalcomponentssuchasproteins,sugars,andflavonoids.Finally,therelativeabsorbanceofeachspectralpeakofthesethreetypesoflycoriswascompared,anditwasfoundthattherelativeabsorbancedifferenceofeachspectralpeakwassmall,indicatingthattherelativecontentdifferenceofeachchemicalcomponentofthesethreetypesoflycoriswasrelativelysmall.Keywords:LycorisAurea;LycorisAlbifloraKoidz;LycorisRadiata;InfraredSpectroscopy.PAGEPAGE1三种不同石蒜红外光谱对比分析引言石蒜始载于《图经本草》，为石蒜科石蒜属植物。石蒜不仅观赏价值高，是优良的园艺植物，也是重要的药用植物。全世界石蒜属及其杂交种共有20种，我国拥有15种REF_Ref4169\r\h[1]。本次我的实验材料为忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜三种相同产地的石蒜。忽地笑，又名铁色箭、黄花石蒜，是石蒜科石蒜属植物，多年生草本石蒜属植物，药用历史悠久REF_Ref4411\r\h[2]，主要药用成分包括石蒜碱、加兰他敏、力可拉敏等，可用于治疗食物中毒、风湿性关节炎等，其中加兰他敏作为乙酰胆碱酯酶抑制剂，可用于治疗老年性痴呆症，并且是治疗重症肌无力和小儿麻痹后遗症的特效药，具有重要的药用价值和广泛的开发前景REF_Ref4470\r\h[3]。乳白石蒜隶属石蒜科石蒜属植物，其花型中等、花色变异丰富且多为乳白色REF_Ref4512\r\h[4]。红花石蒜在民间又被成为蟑螂花、龙爪花，为石蒜科石蒜属植物，鳞茎含有力可拉碱、石蒜碱、加兰他敏等十多种生物碱，主要用于治疗瘰痢、肿痛疮毒、肾炎水肿等，石蒜碱具有一定抗癌活性，并能抗炎、镇静及催吐，加兰他敏和力可拉敏为治疗小儿麻痹症的药REF_Ref4581\r\h[5]。傅里叶红外光谱仪是利用干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的。当一定频率的红外光照射到石蒜样品时，其辐射的能量被样品的分子吸收，从而引起分子的转动能级和振动能级的跃迁，由于样品内分子的特定基团对某些频率的光有吸收，而对其他频率的光无吸收，通过干涉仪获得入射光的干涉图，然后通过傅里叶数学变换，把时间域函数干涉图变换为普通的红外光谱图。通过查阅文献可知，近些年对忽地笑的研究，主要集中在对忽地笑的繁殖，忽地笑的基因表达分析等；对于红花石蒜的研究，主要集中在研究它不同部位、不同时期的糖类、蛋白质和生物碱的含量以及它生长发育过程中的园艺研究；对于乳白石蒜，主要是对它园艺方面的研究。但是用傅里叶红外光谱分析这三种石蒜本身中的化学成分的报道却很少。本文采用傅里叶红外光谱仪对忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜进行了红外光谱检测，获得了其红外光谱，并对三者的红外光谱进行了比较。同时还通过其红外光谱对其可能含有的化学成分进行了分析。1.实验部分1.1材料红花石蒜、乳白石蒜、忽地笑三种石蒜的鳞茎，三种石蒜均在网上自行购买的，均产自江苏省宿迁市沭阳县，保证了实验结论不是受地理位置的影响，符合了控制变量法的原则。买来后将鳞茎切片放在阳光下自然风干几天，然后再拿去60摄氏度的烤箱中烤干，直到没有水分，最后用玛瑙研钵把它们研磨成粉末状。1.2实验仪器与方法按1:150取样品加入KBr，用玛瑙研钵研细后加压压片，压力为11吨，每个样品都压3分钟，再进行光谱测定，光谱扫描范围4000cm-1～400cm-1，我采用的实验分析光谱范围是4000cm-1～500cm-1，因为此波段集中着更多的特征峰。仪器为美国ThermoFisherScientific生产的Nicoletis5型傅里叶变换红外光谱仪，光谱分辨率4cm-1，扫描型号累积16次，采集时间在25.59～25.61sec范围内。2.结果与分析2.1三种石蒜鳞茎的红外光谱统计分析图2-1忽地笑5个样品的红外光谱图图2-2乳白石蒜5个样品的红外光谱图图2-3红花石蒜5个样品的红外光谱图在红外光谱检测过程中，为了减小实验误差，我们将忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜的红外光谱进行了多次重复测量，即将上述三种物质，使用同样的制样方法各制备5个测试样品，在相同的仪器测试参数下进行检测，每种物质各测得了5条谱线，共计测得了15条谱线。见图2-1（忽地笑）、图2-2（乳白石蒜）和图2-3（红花石蒜），其中图中谱线均进行了自动基线校正和纵坐标归一化处理。表2-1忽地笑的红外光谱谱峰（平均值）和其相对吸光度（平均值）的统计结果序号峰位平均值（cm-1）峰位标准差（cm-1）相对吸光度平均值相对吸光度标准差134240.03.2720.109229261.61.4180.032328531.01.0510.029417321.00.4970.033516370.01.3690.049615590.70.6160.030715170.70.6650.045814582.71.0620.059914231.91.0550.0491013840.71.0000.0001113402.80.9080.0431212472.50.8290.0491311591.41.2860.0511411121.91.4360.0461510761.61.6280.0731610351.41.7940.090179980.71.5140.048189312.10.7580.023198622.20.2220.036207622.00.2090.019215312.30.7080.036通过对比忽地笑红外光谱的5条谱线（图2-1），发现这5条谱线的形貌基本一致，说明5次测量得到的忽地笑的红外光谱误差较小。为了进一步分析忽地笑的红外光谱的重现性，我们对其谱峰和相对吸光度进行了统计分析，统计结果见表2-1，原始数据见附录表1。从对谱峰的统计结果上看，忽地笑的5条谱线在4000-500cm-1主要有21谱峰，其中约有38.1%的谱峰的标准偏差不大于1cm-1，不大于2cm-1的谱峰占66.7%，且所有的谱峰最大偏差不超过3cm-1；因此，说明5次测量得到的红外光谱的谱峰具有较好的重复性。为了分析谱峰形貌上的差异，我们令1384cm-1处的谱峰的相对吸光度为1，计算了其余20个谱峰的相对吸光度。从统计结果可以看出，其相对吸光的得标准偏差均较小，如在3424cm-1处，其相对吸光度的平均值为3.272，标准偏差为0.109；在1732cm-1处，其相对吸光度的平均值为0.497，标准偏差为0.049；和在1340cm-1处，其相对吸光度的平均值为0.908，标准偏差为0.043。因此，说明5条谱线的形貌具有较好的相似性。表2-2乳白石蒜的红外光谱谱峰（平均值）和其相对吸光度（平均值）的统计结果序号峰位平均值（cm-1）峰位标准差（cm-1）相对吸光度平均值相对吸光度标准差134240.73.0110.118229261.21.3650.038328541.00.9700.032417341.90.4280.024516361.21.0950.035615591.60.4890.022715161.40.5790.005814582.51.0440.066914251.91.0320.0531013840.71.0000.0001113412.40.9020.0371212470.70.8470.0281311592.11.3210.0581411090.71.4630.0781510771.61.6090.1401610471.61.8830.145179981.01.5540.108189311.00.7630.012198621.20.2290.023207631.20.2100.034215281.60.6930.052同上，我们还对乳白石蒜（图2-2）和红花石蒜（图2-3）的红外光谱进行了统计分析，统计结果分别见表2-2（乳白石蒜）和2-3（红花石蒜）。通过统计可知两者的所有谱线均在4000-500cm-1范围内测出了21个谱峰，且绝大部分谱峰的标准偏差小于2cm-1（乳白石蒜约占85.7%，红花石蒜约占95.2%）。同时所有谱峰的标准偏差均不超过3cm-1，因此说明其具有较好的重复性。同时，从其相对吸光度的标准偏差上看，两者对应的谱峰的相对吸光度标准差均很小，说明其离散度较小，即重复性较好。因此乳白石蒜和红花石蒜各自的红外光谱形貌上具有较好的重复性。表2-3红花石蒜的红外光谱谱峰（平均值）和其相对吸光度（平均值）的统计结果序号峰位平均值（cm-1）峰位标准差（cm-1）相对吸光度平均值相对吸光度标准差134240.73.2260.219229261.21.3930.023328530.91.0100.025417340.00.4710.014516361.41.2620.061615582.50.5490.021715170.90.6390.022814560.71.0600.014914241.01.0600.0081013840.01.0000.0001113400.00.9210.0071212470.70.8620.0071311571.71.3280.0521411121.91.4940.1071510771.61.7070.1121610350.01.8800.226179981.41.5720.137189311.00.8010.014198621.20.2190.022207621.40.1980.016215280.70.7150.0392.2三种石蒜鳞茎的化学成分分析查阅相关文献REF_Ref13856\r\h[3，REF_Ref13863\r\h5REF_Ref13872\r\h，6REF_Ref13876\r\h，7]可知，忽地笑和红花石蒜中存在糖类、生物碱、蛋白质和黄酮类等化学成分。而关于乳白石蒜的化学成分情况未见文献报道。为了分析三者的化学成分的异同，我们对忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜鳞茎的红外光谱的平均光谱图（图2-4）进行了对比和分析。图2-4中a、b和c三条谱线分别是图2-1（忽地笑）、图2-2（乳白石蒜）和图2-3（红花石蒜）的平均光谱。由图可以看出，红花石蒜、乳白石蒜、忽地笑在4000cm-1～500cm-1的峰位及峰形都十分相似，均在3424cm-1、2926cm-1、2853cm-1、1732cm-1、1637cm-1、1559cm-1、1517cm-1、1458cm-1、1423cm-1、1384cm-1、1340cm-1、1247cm-1、1159cm-1、1112cm-1、1076cm-1、1035cm-1、998cm-1、931cm-1、862cm-1、762cm-1、701cm-1、597cm-1、574cm-1和531cm-1附近共有21个吸收峰，表明它们所含的化学成分种类相同。图2-4三种石蒜鳞茎的红外光谱（a:忽地笑；b:乳白石蒜；c:红花石蒜）通过对表2-4中三种石蒜的红外光谱的主要特征峰归属可得，在波数是3424cm-1附近对应的可能为多糖中羟基的伸缩振动吸收峰REF_Ref23326\r\h[8]；在2926cm-1附近为糖（苷）类物质中C-H的反对称伸缩振动吸收峰REF_Ref3399\r\h[9]；在波数是2853（2854）cm-1附近的是C-H的伸缩振动REF_Ref23326\r\h[8]；在波数是1734（1732）cm-1附近的主要对应的是挥发油、黄酮类的C=O伸缩振动REF_Ref13324\r\h[9]；在波数是1650～1620cm-1对应的是酰胺Ⅱ带的振动吸收峰，石蒜中1637（1636）cm-1处的吸收峰就归属为该区域中C-N的伸缩振动和N-H的变形振动区域REF_Ref30774\r\h[10]；在波数是1560～1480cm-1对应的是酰胺Ⅱ带的振动吸收峰REF_Ref32727\r\h[10]，石蒜中1559（1558）cm-1、1517（1516）cm-1、1458（1456）cm-1处的吸收峰就归属为该区域内的NH3变形振动；在波数是1340（1341）cm-1附近的是CH2的伸缩振动REF_Ref12857\r\h[11]；在波数是1247cm-1处的吸收峰可能是木质素中C-O-C的伸缩振动REF_Ref12857\r\h[11]；在波数为1500～1200cm-1范围内是蛋白质、脂类和多糖的混合振动带REF_Ref4099\r\h[12]，石蒜中1458（1456）cm-1、1423（1424、1425）cm-1、1385cm-1、1341（1340）cm-1、1247cm-1处的吸收峰就归属为该区域中的CH的弯曲振动；在波数范围是1150～1000范围是对应的是糖类C-OH和C-O-C的伸缩振动，而石蒜中1112（1109）cm-1、1076（1077）cm-1、1035（1047）cm-1的吸收峰均在这个范围内REF_Ref15572\r\h[13]；在波数为1000～800cm-1范围内的是糖类的糖环环呼吸振动REF_Ref23553\r\h[14]。因此，通过忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜的红外光谱可知，这三种石蒜都含有一定量的糖类、蛋白质和黄酮类等化合物。表2-43种石蒜主要的吸收峰峰位、振动方式以及主要归属忽地笑（cm-1）乳白石蒜（cm-1）红花石蒜（cm-1）属342434243424292629262926285328542854173217341734163716361636,N-H变形155915591558NH3变形151715161516NH3变形145814581456NH3变形，142314251424138413841384134013411340，124712471247115911591157111211091112,107610771077,103510471035,998998998糖环931931931糖环862962862糖环762763762—701704702—597597597—574574574—531528528—为了分析忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜的各种化学成分的相对含量是否存在差异。我们对其各峰的相对吸光度进行了计算（设1384cm-1的相对吸光对为1），见表2-5。通过对表2-5的观察后不难发现，三种石蒜在同一吸收峰附近的相对吸光度的差异都很小，例如在波数是3424cm-1附近处的最大相对吸光度之差是0.154，在波数是2853cm-1附近处的最大相对吸光度之差为0.057，在波数是1732（1734）cm-1处的最大相对吸光度差是0.054，在波数是1637（1636）cm-1处的最大吸光度差是0.233，在波数是1559（1558）cm-1处的最大相对吸光度差是0.115，在波数是1423（1424、1425）cm-1处的最大相对吸光度差是0.016，在波数是1247cm-1附近处的最大相对吸光度差是0.066，在波数是1035（1047）cm-1处的最大相对吸光度差是0.094，在波数是998cm-1处的最大吸光度差是0.072，在波数是531（528）cm-1处的最大相对吸光度差是0.014。综合分析后可知：忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜的红外光谱各峰的相对吸光度相差均较小，所以三种石蒜在成分上的相对含量也相差不大，即三者含有的蛋白质、糖类和黄酮类等化学成分的相对含量基本相同。表2-5三种石蒜鳞茎的特征峰峰位、吸光度、相对吸光度忽地笑乳白石蒜红花石蒜峰位（cm-1）相对吸光度（A/A0）峰位（cm-1）相对吸光度（A/A0）峰位（cm-1）相对吸光度（A/A0）34243.23434243.08034243.16929261.40229261.39829261.37328531.04228540.98528541.01017320.49217340.43817340.46516371.35316361.12016361.24215590.61015590.49515580.55015170.66615160.58915160.63914581.03614581.06814561.05114231.04514251.04614241.06113841.00013841.00013841.00013400.89913410.91413400.92212470.82412470.85712470.89011591.28911591.34411571.32311121.42111091.49711121.46810761.61710771.63010771.70610351.78210471.87810351.8749981.5039981.5759981.5709310.7519310.7819310.7908620.2218620.2328620.2207620.2087630.2147620.1975310.7015280.7035280.7153.结论本文采用采用傅里叶红外光谱仪对忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜三种石蒜的鳞茎进行了红外光谱采集，获得了其对于的红外光谱谱图。为了减小实验误差，我们对每种石蒜进行了重复测量，测量次数为5次。通过统计可知无论是在峰位（含峰数），还是在光谱形貌上，这三种石蒜的红外光谱均体现出了较好的光谱重现性。同时，我们还对忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜三者的红外光谱图进行对比分析，发现它们的红外光谱的峰位和峰数都基本一样，说明这三种石蒜所含有的化学成分种类类似。通过红外光谱分析可知它们都含有蛋白质、糖类和黄酮类等化学成分。最后，通过对比忽地笑、乳白石蒜和红花石蒜的红外光谱各谱峰的相对吸光度可知，他们的化学成分的相对含量上相差很小，基本一样。这些研究结果可为今后这三种石蒜的开发和利用提供一定的科学依据。参考文献张成华,朱庆均,田景振.石蒜应用研究现状.[J].食品及药品.2017,19（4）:298-301.孙志峰,穆淑珍,张建新,等.黔产药用植物忽地笑中的化学成分研究[J].北方药学,2013,10(09):1-2.全妙华,夏伟健.忽地笑鳞茎中总生物碱含量的月动态变化[J].光谱实验室,2012,29(03):1800-1803.陈妍,高燕会,廖望仪,等.乳白石蒜rDNA-ITS序列分析及种内系统发育研究[J].植物资源与环境学报,2009,（3）:25-31.胡誉怀,穆淑珍,晏晨,等.黔产红花石蒜中生物碱成分的分离与鉴定[J].沈阳药科大学学报,2013,30(07):517-522.刘小攀,田春莲,肖卓炳,等.忽地笑多糖分子量及单糖组成研究[J].天然产物研究与开发,2017,29(10):1648-1653+1682.张瑶,蔡军火,魏绪英,等.红花石蒜开花过程中不同部位糖类和蛋白质含量变化[J].江西农业大学学报,2022,44(06):1419-1427.陈晓梅,康颐璞,司民真.石吊兰的红外光谱分析[J].光散射学报，2009,21（04）:360-365.刘艳,司民真,李家旺,等.草豆蔻、红豆蔻、宽丝豆蔻的傅里叶变换红外光谱研究[J].激光生物学报,2015,24(05):416-422.胡皆汉,郑学仿.实用红外光谱学.[M]科学出版社,2011:315,323.池玉杰.6种白腐菌腐朽后的山杨木材和木质素官能团变化的红外光谱分析[J].林业科学,2005(02):136-140.田胜尼,李亚楠,胡艺璇,李纯.安徽齐云山石斛傅里叶红外光谱分析[J].生物学杂志,2021,38(06):65-69.翁诗甫,徐怡庄.傅里叶变换红外光谱分析.[M].化学工业出版社,2016:375，389.马芳,张方,汤进,陈平,陈建波,周群,孙素琴.不同产地茯苓皮药材红外光谱的识别[J].光谱学与光谱分析,2014,34(02):376-380.致谢时光飞逝，仿佛昨天刚踏进大学校园，但实际已经到了论文的最后一章节，四年的本科生涯也即将结束。虽然怀念以前的高中生活，但楚师的生活对于我来说更加的炙热，同时也经历了许多，忽然间就从步入学校的小白变成了独当一面的大人，这四年来目光所及之处，皆是回忆。我度过了人生中最青春最快乐的年华，纵有万般不舍。首先我要特别感谢我的论文指导老师张老师，张老师有着严谨的教学态度，严密的逻辑思维，丰富的学科知识，以及负责人的工作态度让我在学习和做人方面都受益匪浅。在整个论文的定题、修改过程中也少不了张老师的细心审查，耐心的为我修正错误，提出方向。我将牢记老师的教诲，不管对于这个课题，还是对于做人的态度，我将奋力拼搏，修改错误，超越之前的自己。其次我要感谢我的家人，感谢家人对我二十多年的悉心照顾，让我无忧无虑快快乐乐的长大，衣食不愁，健康的成长少不了家人的陪伴与支持，对我今后的路他们也义无反顾的支持我、信任我。他们的爱我会牢记于心，砥砺前行，同时也希望我的家人们能够健康、快乐。再者，我要感谢我的朋友们，感恩相遇，我可爱的室友们、同学们，有你们的存在使我这四年并不枯燥，感思知己，我们一起努力，一起进步，虽然最终我们都会天各一方，但是希望你们能够前程似锦，不负韶华。能够陪伴在我身边的朋友们，希望你们无论之后是在哪里生活、哪里工作，我们也许很难见面，但是唯有爱意不减。最后感谢物电学院的所有老师，特别是我的班主任。感谢在这四年里老师们的倾囊相授，感谢给我一次又一次锻炼的机会，无论是在学生工作还是在学科竞赛中的一些课本上学习不到的知识，这都让我受益终身。希望老师们能够快乐,希望班主任能够更加优秀。

终有一别，但是我们来日方长。附录附表1忽地笑红外光谱谱峰及相对吸光度样品1样品2样品3样品4样品5峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）34243.19234243.13234243.29734243.34134243.39829251.40629241.39229261.39929281.41829271.47328541.06128531.00928541.04028521.05728521.08817330.55317330.47617310.47217310.50217320.48316371.39916371.28516371.38016371.37516371.40515590.64215590.57115590.62715580.59915600.63915170.62015160.63915180.72315170.70215170.63914601.02614600.98414601.09614551.06714551.13614231.02214230.99714201.08614241.05014251.11913841.00013841.00013831.00013841.00013851.00013420.90413430.85013370.88813370.93313410.96312470.79912450.77712440.86112500.80912490.89811601.32311581.22611601.35311601.26811571.26211121.41911151.45811111.42211101.50211121.38110761.68410771.67110741.66310751.50510781.61910361.85610361.86810331.84510341.73910361.6639981.5509981.5499981.5359971.5029991.4359340.7769290.7779310.7699320.7229290.7488630.2248650.2298610.2188590.2718620.1707640.2207620.1977600.2387640.1917600.2015330.6715290.6655290.7365340.7325300.735附表2乳白石蒜红外光谱谱峰及相对吸光度样品1样品2样品3样品4样品5峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）峰位相对吸光度（A/A0）34243.15834242.96134253.10934242.95334232.87629251.36129251.35329261.37429261.42329281.31728540.96228530.97328530.95028551.02428550.94217340.41817330.44817340.44217320.39117370.44116361.10416371.09816371.14616341.05316361.07215580.49115590.49315570.49815610.50915600.45215180.57915140.58515160.58315160.57715160.57114551.12714601.05614561.01214581.07414610.95114251.07314251.04214241.05914281.04714230.93913841.00013831.00013841.00013851.00013841.00013420.92413420.91413380.91313440.92313390.83612470.87012460.86412470.8