在过去的几年里,过敏的发生率急剧增加:在过去15-20年里,全世界过敏性疾病的流行率翻了一番。
据估计,呼吸道过敏(通常称为花粉症)影响的人在西方国家,15%到25%。在许多情况下,当有特别是在盛开的季节增加了大气中致敏花粉,触发这些过敏。
花粉的过敏性根据品种而异,因此它是至关重要的识别,鉴定和量化空气中花粉,以获得变应原的暴露的清晰画面。显微拉曼光谱提供了一个选择性,快速,和非破坏性的鉴定花粉颗粒。欧洲杯猜球平台
花粉的拉曼光谱表征
根据花粉类型,花粉粒的直径从10µm到200µm不等。花粉粒是种子植物的雄性配子体,是有性生殖周期的一部分。它们被认为是季节性的空气污染物,因为花粉只在开花的时候扩散到大气中。
花粉结构、外壁模式(粒的外壁)和形态提供了很好的分类学参数。目前,这些形态参数是通过电子显微镜或光学显微镜获得的,通常用于花粉鉴定。然而,谷物的化学成分水平存在巨大差异:根据植物来源,蛋白质的数量——主要导致过敏性疾病的化合物——可能在干重的10%到40%之间不等。
拉曼光谱是由这些变化在样品的分子组成的影响,因此使拉曼光谱对花粉的鉴定和表征一个有趣的工具。
由于拉曼光谱具有快速、高化学选择性、非破坏性和能够量化单个颗粒的特点,它提供了一种替代纯光学鉴定技术或涉及可能导致样品变性的纯化步骤的化学表征方法。不同花粉种的光谱差异如图1所示。
图1。来自菌种5花粉的拉曼光谱:玉米(玉米,蓝色),栎coccifera(栗栎,红色),多年生黑麦草(黑麦草,在黑色),Parietaria犹太(传播Pellitory,在粉红色)和柳atrocinerea(灰色柳树,绿色)。
对光谱特征的深入研究揭示了蛋白质和氨基酸在1650厘米处的酰胺I波段的存在-1或典型的环在1005厘米呼吸模式-1从苯丙氨酸特性,表示在每一个光谱。与此相反,类胡萝卜素光谱特征,在1160厘米指示由两个强共振峰值-1和1530厘米-1,在黑麦草,Salix atrocinerea和玉米的例子中可以看到,稍微为Quercus coccifera,而它们不存在于顶叶植物谱系中。
这表明在不同的花粉种类的化学成分和捕捉拉曼光谱这些差异的能力的多样性。此外,可以在同一家族的不同物种之间观察到的差异,如图2,其显示属于木犀科花粉类型的光谱示出。这意味着标识可以的家庭在种的水平之内完成。
图2。白蜡(Fraxinus floribunda)(蓝色)、女贞(Ligustrum lucidum)(绿色)、油橄榄(Olea europaea)(红色)花粉的拉曼光谱,均属于木犀科。
通过库搜索空降样品的鉴定
由于花粉的光谱和化学检测越来越重要,需要建立包括大气中发现的不同类型花粉的拉曼光谱库。
为此目的,34种花粉类型的拉曼光谱记录和在光谱库收集。灌木不同的家庭,树木以及杂草和草的花粉种类包括列表在大气中。
为了测试光谱库检索的光谱识别能力,对2012年夏季和春季采集的10组航空花粉光谱进行了测试。对于所有这10个样本,正确物种的识别是准确的,如表1所示,其中排名最高的参考光谱与查询光谱匹配。如果Hit Quality越高,查询频谱和库频谱之间的匹配就越好。
查询范围 |
打击 |
名称(HIT质量) |
查询范围 |
打击 |
名称(HIT质量) |
1-宏碁(四月) |
1英石 |
复叶槭(888.2) |
6-宏碁(可能) |
1英石 |
复叶槭(795.4) |
2nd |
复叶槭(888.2) |
2nd |
Parietaria犹太(746.9) |
3.rd. |
栎coccifera(821.6) |
3.rd. |
Rumex spp。(732.3) |
2-桦pendula_air(4月) |
1英石 |
桦木属翻车机(876.1) |
宏碁(五月) |
1英石 |
复叶槭(892.5) |
2nd |
齿栗叶漂白亚麻纤维卷(851.1) |
2nd |
栎coccifera(827.4) |
3.rd. |
欧榛(819.8) |
3.rd. |
Parietaria犹太(793.1) |
3-悬铃木X acerifolia_air(4月) |
1英石 |
梧桐(906.2) |
8- Platanus x acerifolia_air (may) |
1英石 |
梧桐(756.8) |
2nd |
复叶槭(742.9) |
2nd |
长叶车前(728.5) |
3.rd. |
Parietaria犹太文物(710.1) |
3.rd. |
宏碁牡(692.4) |
4-车前草(四月) |
1英石 |
Plantago生长状况(909.2) |
9-悬铃木X acerifolia_air(5月) |
1英石 |
悬铃木X悬铃木(726.3) |
2nd |
梧桐(720.9) |
2nd |
Parietaria犹太(718.5) |
3.rd. |
Parietaria犹太文物(675.8) |
3.rd.栗(957.1) |
5-宏基negundo_air(5月) |
1英石 |
宏碁牡(891.7) |
10-栗sativa_air(8月) |
1英石 |
栗(957.1) |
2nd |
栎coccifera(830.8) |
2nd |
桦木属翻车机(893.3) |
3.rd. |
栗(828.8) |
3.rd. |
Quercus coccifera (853.2) |
结论
所提出的例子表明,显微拉曼光谱可成功应用于空气花粉的鉴定和分析。拉曼微光谱不需要样品制备,快速,化学选择性高,因此它提供了一种替代光学显微镜方法,只依赖形态学参数。此外,其他光谱技术(如SPRi)为过敏原检测提供了补充分析。由于花粉病已成为一个主要的健康问题,需要先进的分析表征工具,因此对这种鉴定方法的需求正在增加。
资料来源及进一步阅读
- A.古埃德斯,H.里贝罗,M.费尔南德斯冈萨雷斯,M.J.姶良,I.阿布雷乌,Talanta,119,473-478(2014)
- F. Schulte, J. Lingott, U. Panne, J. Kneipp, Anal。化学,80,9551-9556(2008)。
- 空气中桦树花粉过敏原的检测,堀场科学应用说明。
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