آنالیز سریع و غیرمخرب مواد گیاهی با استفاده از روش‌های FTIR و کمومتریک

تجزیه و تحلیل مواد گیاهی نیازمند روش‌هایی کارآمد، قابل‌اعتماد و پایدار برای تعیین ویژگی‌ها، تایید اصالت و کنترل کیفیت است. طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) در ترکیب با کمومتریکس، به عنوان روشی غیرمخرب که به حداقل آماده‌سازی نمونه نیاز دارد، مطرح شده است. این مقاله مروری، پیشرفت‌ها و کاربردهای کمومتریکس FTIR در آنالیز گیاهان را در بازه زمانی ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۵ و بر اساس بیش از ۳۲ مطالعه منتشرشده، خلاصه می‌کند. سیر تحول تحلیل داده‌ها از تکنیک‌های کلاسیک، از جمله «تحلیل مؤلفه‌های اصلی» (PCA) و «حداقل مربعات جزئی» (PLS)، به سمت روش‌های یادگیری ماشین نظیر «ماشین‌های بردار پشتیبان» (SVM) و «جنگل‌های تصادفی» (Random Forests) تشریح شده است. همچنین، حالت‌های مختلف FTIR از جمله ATR-FTIR، DRIFTS و FTIR-PAS برای تحلیل برگ‌ها، ریشه‌ها، ریزوم‌ها، گل‌ها، میوه‌ها و بقایای گیاهی فسیل‌شده مورد بحث قرار گرفته‌اند. کاربردهای گزارش‌شده شامل شناسایی گونه‌ها با دقت نزدیک به ۱۰۰٪، تایید اصالت منشاء جغرافیایی با دقت ۷۷ تا ۹۴ درصد، تشخیص تقلب در محصولات باارزش مانند زعفران، تعیین کمی ترکیبات زیست‌فعال با ضرایب تعیین (R²) بین ۰٫۹۶ تا ۰٫۹۹، و ارزیابی تأثیرات محیطی یا زراعی بر ترکیبات گیاهی است. اگرچه چالش‌هایی همچون پیچیدگی ماتریس نمونه و انتقال کالیبراسیون همچنان وجود دارد، اما کمومتریکس FTIR ابزاری پایدار، سریع و مقرون‌به‌صرفه برای تحقیقات و کنترل کیفیت صنعتی محسوب می‌شود. چشم‌اندازهای آتی بر یکپارچه‌سازی جهانی هوش مصنوعی و کوچک‌سازی ابزارها تأکید دارند.

Plant material analysis requires efficient, reliable, and sustainable methods for characterization, authentication, and quality control. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), combined with chemometrics, has emerged as a non-destructive approach that requires minimal sample preparation. This review summarizes developments and applications of FTIR chemometrics in plant analysis from 2015 to 2025, based on more than 32 published studies. The evolution of data analysis is described from classical techniques, including Principal Component Analysis and Partial Least Squares, to machine learning methods such as Support Vector Machines and Random Forests. Various FTIR modes, namely ATR FTIR, DRIFTS, and FTIR PAS, are discussed for analyses of leaves, roots, rhizomes, flowers, fruits, and fossilized plant materials. Reported applications include species identification with accuracies approaching 100%, geographic origin authentication with 77-94% accuracy, detection of adulteration in high-value commodities such as saffron, quantification of bioactive constituents with determination coefficients of 0.96-0.99, and assessment of environmental or agronomic influences on plant composition. Although challenges remain, particularly matrix complexity and calibration transfer, FTIR chemometrics represents a sustainable, rapid, and cost-effective tool for research and industrial quality control. Future directions emphasize the global integration of artificial intelligence and instrument miniaturization.