月季花的二维相关红外光谱研究

材料与方法

1.1 仪器设备

试验所用光谱仪为美国PerkinElmer公司生产的Frontier型傅里叶变换红外光谱仪，扫描范围4 000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1，扫描次数为16次；变温附件为EUROTHERM 3216型温控仪，测试温度范围50～120 ℃。

1.2 试验材料

所测试花瓣样品于2015年3月采自昆明市斗南花卉基地，见表1。将样品风干，取干燥花瓣样品放入玛瑙研钵中研磨，加入溴化钾搅磨均匀，压片测红外光谱。

1.3 光谱预处理及数据分析

所得到光谱均扣除背景，光谱处理使用OMNIC 8.0，进行基线校正、5点平滑处理、纵坐标归一化处理；利用Origin 8.5软件进行原始、二阶导数光谱数据处理；运用SPSS软件处理实现化学计量学分析，包括主成分分析（PCA）和系统聚类分析（HCA）；并采用清华大学分析中心编制的二维相关软件进行二维相关光谱处理。

2 结果与分析

2.1 月季花的红外光谱分析

图1为六种月季花的原始光谱图。图谱的形状大致相似，3 400 cm-1附近出现一个较宽的吸收峰，主要为羟基和氨基伸缩振动吸收；2 928 cm-1为亚甲基C-H的反对称振动；1 731 cm-1附近的吸收峰归属为脂类中C=O伸缩振动[11]；1 700～1 600 cm-1范围主要为蛋白质酰胺I带C=O伸缩振动及芳香环骨架吸收振动的叠加区[12]；1 625 cm-1附近的吸收峰表明黄酮及苷类化合物的存在[13]；1 511 cm-1附近的峰为芳香环骨架的振动吸收；1 500～1 200 cm-1区域表现为蛋白质、木质素、脂肪酸和多糖的混合振动吸收区；1 446 cm-1附近的吸收峰为花色苷类物质中CH3基团不对称变形振动以及氨基酸等化合物中的N-H变形振动的叠加峰[14，15]；1 440～1 400 cm-1范围为蛋白质、纤维素中甲基和亚甲基对称弯曲振动及CH3剪式振动的吸收区[16]；1 247 cm-1附近是木质素中苯羟基和羟酸类中C-O键的吸收振动叠加峰[17]；1 200～950 cm-1范围内主要是多糖的吸收区；900～760 cm-1主要为糖类的吸收区[18]。综上所述，月季花花瓣光谱主要由脂类、苷类、多糖及黄酮类化合物的吸收带组成。

2.2 二阶导数分析

一些重叠在一起的吸收峰在二阶导数谱上可以被清晰地划分开，便于分析。图2是6种月季花二阶导数红外光谱图，从图中可以看出，在1 700、1 667、1 636 cm-1附近，c中出现较强的吸收峰，而其他的月季花吸收峰较弱；1 184 cm-1附近，b、f出现较弱的吸收峰，a、c、d、e未出现吸收峰；在1 052 cm-1附近，a、b、f有吸收峰的出现，c、d、e未出现吸收峰；在1 040 cm-1附近，b、f有较弱的吸收峰，其余的吸收峰较强；在834、760 cm-1附近，c有较强的吸收峰，其余的较弱，表明糖的含量有差异。从吸收峰的强弱来看，不同品种的月季花样品中脂类、苷类、黄酮、糖等的含量有差异。

2.3 主成分分析

对6种月季花1 800～700 cm-1范围的二阶导数光谱做主成分分析。得到6种月季花的三维立体主成分得分图，如图3：其中PC1占总方差的贡献率为88.17%，PC2占总方差的贡献率为7.14%，PC3占总方差的贡献率为2.08%，前3个主成分的累计贡献率达到97.40%，涵盖了样品中的大部分信息。在图3中，横、纵、竖坐标分别表示3个主成分得分值，从图中可以看出，大桃红、粉玫瑰、黑玫瑰等玫瑰各自聚为一类，粉玫瑰分布和其他的玫瑰相比有点分散，但是每一个品种各自都聚到一起，整体效果比较好，分类正确率达100%。以上说明前3个主成分对6种不同品种月季花有较好的分类作用。

2.4 系统聚类分析

聚类分析是对研究对象进行分类的一种方法，利用距离表示样本之间的相似性，距离越近则越相似，容易聚在一起。该研究采用欧氏距离平方和计算法：dij=对30个月季花样品系统聚类分析结果如图4所示，选用1 800～700 cm-1范围二阶导数谱，并使用SPSS软件对该区域进行系统聚类分析，可以看出：在距离3以内月季花各自聚成一类；在距离5左右，蝴蝶玫瑰和浅粉玫瑰很好的聚集到了一起，说明亲缘关系很接近；在距离20左右所有月季花品种聚为一类。该聚类分析中，聚类准确率为100%。结果表明系统聚类分析对6种月季花具有很好的分类作用。

2.5 二维相关谱分析

二维相关红外光谱是利用外界微扰，将原始光谱在第二维上展开，以温度为微扰因素获取变化图谱，并反映出被测样品随升温变化过程中主体相似成分的动态变化规律，提高了红外谱图的分辨率[19-21]，而且提供了官能团之间结构信息的相关性，可用于鉴别和研究物质成分或基团之间的相互作用。二维相关红外光谱同步谱中处于主对角线位置上的峰称为自动峰，反映样品中各化学基团对热微扰的敏感程度，对热微扰越敏感，自动峰强度越强。非主对角线位的峰称为交叉峰，反映官能团之间可能存在着分子内或分子间的相互作用。对样品进行二维相关红外光谱分析，得到1 330～1 700 cm-1和950～1 300 cm-1的范围内的二维光谱如图5、图6所示。2D-IR光谱表明，6种样品的自动峰和交叉峰差异很大。

图5为6种月季花在1 330～1 700 cm-1范围的二维相关光谱，大桃红和粉玫瑰分别出现了3个明显的自动峰，大桃红在1 627、1 558和1 449 cm-1处，其中1 627 cm-1处最强，形成的正交叉峰是（1 558， 1 627 cm-1），（1 449，627 cm-1）和（1 449，1 558 cm-1）；粉玫瑰在1 639 cm-1自动峰最强，1 559 cm-1和1 448 cm-1处较弱，各自动峰互相形成正交叉峰，其中（1 559， 1 639 cm-1）和（1 448，1 639 cm-1）最强；黑玫瑰1 628 cm-1处自动峰最强，1 448 cm-1其次，1 551、1 420、 1 400和1 359 cm-1处自动峰最弱，并且1 628、1 551、1 420 cm-1等自动峰之间形成明显的正交叉峰，其中（1 448，1 628 cm-1）最强；蝴蝶玫瑰在1 619和1 449 cm-1处的自动峰最强，1 420和1 349 cm-1处自动峰最弱，并且1 639、1 619、1560、1 449、1 420和1 349 cm-1等自动峰之间形成明显的正交叉峰，其中（1 449， 1 639 cm-1）、（1 449，1 619 cm-1）和（1 449，1 560 cm-1）最强；浅粉玫瑰1 639 cm-1处自动峰最强，1 449 cm-1处较强，出现在1 639、1 558、1 418和1 349 cm-1处的自动峰最弱，1 639、1 558和1 449 cm-1等自动峰之间形成明显的正交叉峰，其中（1 449，1 639 cm-1）最强；维西莉亚在1 640和1 619 cm-1处自动峰最强，1 449 cm-1处自动峰较弱，1 406 cm-1处自动峰最弱，其中1 640、1 619和1 449 cm-1等自动峰之间形成明显的正交叉峰，其中（1 449，1 640 cm-1）和（1 449， 1 619 cm-1）交叉峰最强。

图6为6种月季花在950～1 300 cm-1范围的二维相关红外光谱，大桃红和粉玫瑰均有1 257、1 149、1 100、1 079、1 060和1 010 cm-1自动峰出现，但是粉玫瑰988 cm-1的自动峰几乎消失，大桃红和粉玫瑰在以上自动峰均有明显的正交叉峰出现；黑玫瑰在1 248 cm-1处的自动峰最强，1 210和1 070 cm-1处的自动峰较强，988 cm-1处最弱，1 248、1 210、 1 150 cm-1等自动峰之间形成正交叉峰，其中（1 070， 1 248 cm-1）和（1 071，1 210 cm-1）交叉峰最强；蝴蝶玫瑰在1 070 cm-1处自动峰最强，1 179和1 140 cm-1处最弱，1 250、1 197和1 140 cm-1等自动峰之间形成明显的正交叉峰，其中（1 010，1 070 cm-1）交叉峰最强；浅粉玫瑰在1 070 cm-1处自动峰最强，1 140 cm-1处最弱，1 250、1 210和1 149 cm-1等自动峰之间形成明显的正交叉峰，其中（1 018，1 049 cm-1）和（1 018，1 070 cm-1）交叉峰最强；维西莉亚在1 060 cm-1处自动峰最强，1 020和988 cm-1处最弱，1 260、1 150和1060 cm-1等自动峰之间形成明显的正交叉峰，其中（1 060，1 260 cm-1）交叉峰最强；结合图5和图6可知，6种月季花中所含的热敏物质不同，所以二维相关光谱中有多处差异，根据图谱中自动峰的个数、强度和位置差异可以对不同品种的月季花进行有效鉴别。

3 讨论

通过利用傅里叶红外光谱技术、化学计量学分析及二维相关光谱分析对6种不同品种的月季花进行了鉴别。所得到的光谱比较相似，差异比较小，说明不同品种的月季花的化学成分较为相似，选取1 800～700 cm-1范围，对该范围进行二阶导数光谱分析，运用SPSS软件对其进行主成分分析及系统聚类分析，在主成分分析中，前3个主成分累计贡献率达到97.40%，对6种不同品种月季花有较好的分类作用；在系统聚类分析中可以明显地看出月季品种可以很好地各自聚为一类，聚类准确率达到100%。在二维相关分析中，根据图谱中自动峰和交叉峰的个数、强度和峰的位置差异可以对月季花种类进行鉴别。综上研究结果表明，傅里叶红外光谱技术、化学计量学分析（主成分分析、系统聚类分析）及二维相关红外光谱分析可用来鉴别不同品种的月季，这为以后的其他品种鉴别提供了一种快速、有效、安全、环保的方法，也对月季花的研究有重要意义。

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