[发明专利]基于四元数主成分分析的TLC-SERS定量建模方法

说明书

本发明涉及基于四元数主成分分析的TLC‑SERS定量建模方法，属于化学计量学领域应用到食品添加剂检测。其包括以下步骤：金纳米粒子表面增强活性基底制备；样品的制备；样品进行薄层色谱展开；通过便携式拉曼光谱仪采集不同三聚氰胺浓度污染牛奶样品的表面增强拉曼光谱；表面增强拉曼光谱嵌入四元数空间并行表示；基于四元数主成分特征提取的多光谱特征交叉和特征融合；基于支持向量回归的三聚氰胺污染牛奶样品定量预测模型建立。本发明将四元数主成分分析算法引入化学计量学，通过挖掘薄层色谱分离后沿展开方向空间顺序分布的多通道光谱之间的相关性，解决传统TLC‑SERS联用技术难以进行定量分析的挑战。

技术领域

本发明涉及基于四元数主成分分析的TLC-SERS定量建模方法，属于新的化学计量学方法应用到食品安全领域。

背景技术

三聚氰胺(Melamine，MEL，C3H6N6，1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺)是富氮杂环化合物。三聚氰胺在三鹿奶粉事件和美国宠物饲料致死猫犬事件进入大众视野。三聚氰胺用途广泛，主要用作化工中间产品、兽药及杀虫剂、简洁的食物添加剂及塑料包装等，三聚氰胺的代谢具有细胞毒性、急性毒性、慢性毒性、致癌性等。三聚氰胺进入动物和人体体内，经过脱氨基作用，不会再体内立即产生作用，但是长期摄入三聚氰胺可能造成生殖能力损害、膀胱或肾结石、膀胱癌等。根据FDA风险评估：对于一个6个月的婴儿(7kg)，以每天摄入奶粉150g，其三聚氰胺耐受量为15mg/kg。婴幼儿的肾小管相对于成人要细得多，更容易造成堵塞，且婴幼儿的主食是奶粉，摄入量多，所以更易结石。因此，建立一种快速、准确、灵敏的检测三聚氰胺含量的方法是非常必要的。

目前检测三聚氰胺的方法中酶联免疫吸附法具有较低的选择性和灵敏度；气相色谱-质谱联用技术分析成本非常高；紫外分光光度法、毛细管电泳法等需要昂贵的仪器和复杂的操作流程；薄层色谱和表面增强拉曼散射联用技术的分析方法重复性和稳定性较差。对于复杂的分析对象，SERS光谱信号容易重叠，目标组分测定会受到基质成分的严重干扰。传统的化学计量学方法对TLC-SERS联用技术获得的光谱进行分析时忽略待分析物薄层展开分离过程中多个测量点的空间分布以及采样点之间的相关性，这导致TLC-SERS的定量分析问题一直没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的是提供基于四元数主成分分析的TLC-SERS定量建模方法，具有通过综合利用更多通道光谱数据并进行并行特征提取，从而提高定量建模分析准确性的效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于四元数主成分分析的TLC-SERS定量建模方法，包括以下步骤：

一、在剧烈搅拌下将氯金酸水溶液加热至沸点，加入还原剂和稳定剂，胶体再回流20min。局部表面等离子体共振峰在528nm处，光谱宽度相对较窄，直径约为40nm，金纳米粒子浓度为4×10^-10M，摩尔消光系数为3.4×10¹⁰M^-1cm^-1。

二、将三聚氰胺溶解在甲醇中制备三聚氰胺标准液，在室温下将不同量的三聚氰胺标准液和超市购买牛奶混合制备出七种三聚氰胺浓度不同的待分析污染牛奶样品；

三、首先用微量移液管在距薄层色谱展开板底部12mm处滴加2uL样品溶液；然后进行薄层色谱展开15min，待流动相自然蒸发后，将2uL的AuNP滴加在比移植位置；最后使用波长785nm，激光功率30mW，光谱扫描范围400-1800cm^-1，分辨率2cm^-1，积分时间5000ms的便携式拉曼光谱仪获得分析物斑点内顶部、中部和底物三个位置的三条SERS光谱；

四、分析物斑点内顶部、中部和底物三个位置的三条SERS光谱嵌入四元数空间并行表示；

五、提取光谱的四元数主成分分析特征并进行特征交叉和融合；