傅里叶变换红外光谱法结合化学计量学对护肤品的检验研究.pdf
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1、引用格式:引用格式:付思源,姜红,隋彦博,等.傅里叶变换红外光谱法结合化学计量学对护肤品的检验研究J.中国测试,2024,50(2):73-78.FUSiyuan,JIANGHong,SUIYanbo,etal.InspectandstudyofskincareproductswithFouriertransforminfraredspectroscopyandchemometricsJ.ChinaMeasurement&Test,2024,50(2):73-78.DOI:10.11857/j.issn.1674-5124.2022050011傅里叶变换红外光谱法结合化学计量学对护肤品的检验研
2、究付思源1,姜红2,隋彦博1,王思琦1,刘瑞1,陈敏璠3(1.中国人民公安大学,北京100038;2.甘肃警察职业学院刑事侦查系,甘肃兰州730046;3.北京鉴知技术有限公司,北京100084)摘要:建立一种简便快速、无损检验护肤品的分析方法。利用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对 51 个护肤品样品进行检验,根据红外光谱中吸收峰的峰位进行分析后,重点选取波数范围为 35002700cm1和 17001000cm1区域的数据,结合主成分分析法(PCA)对光谱数据进行降维分析,并通过采用组间联接法度量该样本类间亲疏程度,采用欧氏距离作为度量个体间距离的依据,将变量 Z 分数标准化为 N0,1
3、后,进行系统聚类分析法(HCA)实现对护肤品分类情况的进一步验证和分析。根据光谱数据的处理和分析,护肤品样品可以被分为五大类,利用化学计量学方法可以将 51 个护肤品样品全部区分开。该实验方法操作简单,结果准确、重现性好,可为护肤品物证鉴定提供科学的依据,为公安工作开展提供有效的帮助。关键词:傅里叶变换红外光谱法;护肤品;化学计量学;分类中图分类号:TB9;O657.33文献标志码:A文章编号:16745124(2024)02007306Inspect and study of skin care products with Fourier transform infraredspectros
4、copy and chemometricsFUSiyuan1,JIANGHong2,SUIYanbo1,WANGSiqi1,LIURui1,CHENMinfan3(1.PeoplesPublicSecurityUniversityofChina,Beijing100038,China;2.CriminalInvestigationDepartmentofGansuPoliceVocationalCollege,Lanzhou730046,China;3.JINSPCompanyLimited,Beijing100084,China)Abstract:Toestablishasimple,fas
5、t,non-destructivemethodofinspectingskincareproducts.51skincaresampleswereexaminedbyFouriertransforminfraredspectrometer(FTIR).Afteranalysisaccordingtothepeakpositionoftheabsorptionpeaksintheinfraredspectrum,focusingonthedatainthewavenumberrangeof3500to2700cm1and1700to1000cm1regions,combinedwithprinc
6、ipalcomponentanalysis(PCA),bymeasuringthedegreeofclosenessbetweenthesampleclasses,usingtheEuclideandistanceasthebasisformeasuringthedistancebetweenindividuals,standardizingthevariableZ-scorestotheN0,1,systemclusteranalysismethod(HCA)canachievethefurtherverificationandanalysisofskincareproductsclassi
7、ficationsituation.Accordingtotheprocessingandanalysisofspectraldata,skincaresamplescanbedividedintofive收稿日期:2022-05-07;收到修改稿日期:2022-07-16基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助(2122JKF435)作者简介:付思源(2001-),女,黑龙江大庆市人,专业方向为刑事科学技术。通信作者:姜红(1963-),女,辽宁沈阳市人,教授,硕士生导师,主要从事微量物证方面的研究。第50卷第2期中国测试Vol.50No.22024年2月CHINAMEASUREMENT
8、&TESTFebruary,2024categories,and all the 51 skin care samples can be separated by using stoichiometric methods.Theexperimental method is simple,accurate and reproducible results,which provides scientific basis for theidentificationofskincareproductsandprovideseffectivehelpforthepublicsecuritywork.Ke
9、ywords:Fouriertransforminfraredspectrum;skincareproducts;chemometrics;classification0 引言随着科技的发展,护肤品的成分不断变化发展。不同护肤品的功能各异,但其原料在一定程度上相似。护肤品是由基质原料、辅助原料和功效原料加工而成的复杂混合物。其原料品种繁多且范围广,大多数都是化学合成物质1。在各类刑事案件现场中经常能提取到护肤品物证,通过对护肤品的检验能够为侦破案件提供线索、缩小范围,也可以为打击伪劣产品和解决处理民事诉讼纠纷提供帮助2。目前检验护肤品的方法有红外光谱法3、拉曼光谱法4、高效液相色谱法5、扫描电
10、镜能谱法和气相色谱法等。本文采用傅里叶变换红外光谱法6与化学计量学方法,将红外光谱的数据用化学计量学方法进一步处理和分析,使护肤品的分类结果更加准确。1 实验1.1 实验仪器及条件实验仪器:IT2000 傅里叶红外光谱仪(北京鉴知技术有限公司)。实验条件:波数范围为 4000500cm1;扫描次数为 32 次;分辨率为 2cm1;增益为 1。1.2 实验样品43 种品牌的 51 个护肤品样品。1.3 实验方法将少量(米粒大小)的护肤品样品涂于采样器样品台上,采用傅里叶红外光谱仪对护肤品样品进行红外光谱图采集7。红外光谱图显示,实验不受外界因素的干扰,谱图的信噪比较大,结果较好,选择400050
11、0cm1区域的数据进行分析。1.4 重现性实验在相同条件下选取 11 号样品进行重现性实验,平行测定 7 次,得出样品的红外光谱图。2 结果与分析2.1 重现性实验实验结果见图 1。两次实验中同一样品红外光谱图中吸收峰的峰值数量和峰值形状是相似的,因此傅里叶变换红外光谱法可用于护肤品样品的检测。4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 00050000.10.20.30.40.50.6吸光度波数/cm1图 1 11 号样品的红外光谱图2.2 护肤品样品的分类对 51 个护肤品样品进行红外光谱图分析8,发现吸收峰主要集中在 3345cm1和 1640cm1附近,
12、其中 3345cm1附近多为强峰,1640cm1附近多为中等强峰。根据护肤品在 2950cm1、1260cm1、1050cm1附近有无吸收峰可将 51 个护肤品样品分为五大类(见表 1)。图 26 分别为第 IV 类护肤品样品的红外光谱图9。表 1 护肤品的分类结果1)分类样品编号2950cm11260cm11050cm1I1、46、8、1113、1521、2428、3032、36、37、3941、4346、48、51II33、38、42+III7、34、35+IV49、50+V2、3、9、10、14、22、23、29、47+注:1)“+”代表该类样品在此处有吸收峰;“”代表该类样品在此处没有
13、吸收峰。74中国测试2024年2月图 2 是第 I 类 1 号样品的红外光谱图。从图 2可以看出,在 3318cm1处的强吸收峰是由 O-H 伸缩振动产生的,1636cm1处出现吸收峰是由烯烃类 C=C 伸缩振动形成,1111cm1和 1043cm1处出现吸收峰是由芳醚=C-O-C 对称伸缩运动产生的。4 0003 0002 0001 000000.10.20.30.40.50.6吸光度波数/cm13 3321 6361 0431 111图 2 第 I 类 1 号样品的红外光谱图图 3 是第 II 类 33 号样品的红外光谱图。从图 3可以看出,在 3359cm1处的强吸收峰是 O-H 伸缩振
14、动产生的,在 2921cm1和 2852cm1处出现弱吸收峰是由 C-H 伸缩振动产生,1640cm1处出现中吸收峰是由烯烃类 C=C 伸缩振动形成,1461cm1处出现吸收峰是由 O-H 面内弯曲振动形成的,1047cm1处出现吸收峰是由芳醚=C-O-C 对称伸缩运动产生的10。4 0003 0002 0001 000000.10.20.30.40.50.6吸光度波数/cm13 3592 9552 9212 8521 6421 4611 047图 3 第 II 类 33 号样品的红外光谱图图 4 是第 III 类 7 号样品的红外光谱图。从图 4可以看出,在 3343cm1处出现吸收峰是由
15、O-H 伸缩振动形成,在 2960cm1和 2927cm1处出现弱吸收峰是由芳醚 C-H 伸缩振动产生的,1640cm1处出现吸收峰是由烯烃类 C=C 伸缩振动形成的,1462cm1、1412cm1和 1378cm1三处出现吸收峰是由 O-H 面内弯曲振动形成的,1259cm1处出现强吸收峰是由芳醚=C-O-C 反对称伸缩运动产生的,1073cm1处出现强吸收峰是由 C-O-C 伸缩运动产生,在 804cm1处出现强吸收峰是由烯烃 CH面外伸缩振动形成的。2 9601 6401 2598042 9273 3421 0734 0003 0002 0001 000000.10.20.30.40.5
16、0.6吸光度波数/cm1图 4 第 III 类 7 号样品的红外光谱图图 5 是第 IV 类 49 号样品的红外光谱图。从图 5 可以看出,在 3347cm1处出现吸收峰是由 O-H 伸缩振动形成的,在 2960cm1处出现的弱吸收峰是由芳醚 C-H 伸缩振动产生的,在 1640cm1处出现吸收峰是由烯烃类 C=C 伸缩振动形成的,在1259cm1处出现强吸收峰是由芳醚=C-O-C 反对称伸缩运动产生的,在 1032cm1处出现吸收峰是由 C-O-C 对称伸缩运动产生。3 3472 9621 6401 0821 0327951 2594 0003 0002 0001 000000.10.20.
17、30.40.50.6吸光度波数/cm1图 5 第 IV 类 49 号样品的红外光谱图图 6 是第 V 类 9 号样品的红外光谱图。从图 6可以看出,在 3316cm1的强吸收峰是 O-H 伸缩振动产生的,在 2930cm1和 2586cm1处的弱吸收峰,是由 C-H 伸缩振动产生,在 1640cm1处的吸收峰是由烯烃类 C=C 伸缩振动形成的,在 1415cm1处形成的吸收峰是 O-H 面内弯曲振动形成的,在1044cm1处出现吸收峰是由芳醚=C-O-C 对称伸缩运动形成的。第50卷第2期付思源,等:傅里叶变换红外光谱法结合化学计量学对护肤品的检验研究753 3162 9302 8561 64
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