利用指纹图谱对几种中药材、中成药的质量进行研究

利用指纹图谱对几种中药材、中成药的质量进行研究

目前，中国正在实施中药指纹谱质量控制，这对21世纪的中药现代化和中药在世界上发挥了积极作用。指纹图谱是中药质量控制的一种新模式。这种模式以波谱分析技术为依托,用计算机对中药的各种波谱进行解析与辨识,找出其“指纹”特征,依此确定中药材(或中成药)的真伪,判定其质量是否稳定。近年来,在广东省自然科学基金的资助下,我们开展了中药指纹图谱质量控制的方法学研究,并将其应用于一些中药材和中成药质量控制的实际工作中。现对这项研究作一回顾,并浅谈几点认识与体会。1研究活动的回顾1.1不同产地的及其-质量关系的聚类分析黄芩是一种常用中药,目前临床上使用的除《中国药典》规定的正品黄芩ScutellariabaicalensisGeorgi外,还有多种代用品,如粘毛黄芩ScutellariaviscidulaBge.、滇黄芩ScutellariaaC.H.Wright、丽江黄芩ScutellariaDiels、甘肃黄芩ScutellariarehderiaaDiels。我们对10个不同产地的5种黄芩(正品黄芩、粘毛黄芩、滇黄芩、丽江黄芩、甘肃黄芩)进行了薄层色谱分析,薄层色谱反映出不同样品所含化学成分的差异。依据斑点的有无,我们将薄层色谱解析成计算机能够接受的0和1组成的数量化特征矩阵,用计算机聚类分析技术进行处理,准确地鉴别了《中国药典》规定的正品黄芩和非正品黄芩。聚类分析结果还反映出正品黄芩与4种非正品黄芩差异的大小。我们还对10个不同产地的5种黄芩样品的乙醇、乙醚、乙酸乙酯提取液进行了紫外光谱分析,并从紫外光谱中解析出反映各样品差异的数量化特征,用计算机主成分分析技术进行系统辨识,区分正品黄芩与非正品黄芩,准确率达100%。1.1.2权威砂色谱分析砂仁是一种常用中药,《中国药典》收载的正品砂仁是姜科植物阳春砂AmomumvillosumLour.、绿壳砂AmomumvillosumLour.var.xanthioidesT.L.WuetSenjen或海南砂AmomumlongiligulareT.L.Wu的干燥成熟果实。但目前砂仁的代用品和伪品甚多,给药材市场带来很大混乱。我们对正品砂仁(阳春砂、海南砂、绿壳砂)及其混伪品(艳山姜、滑叶山姜、海南假砂仁、长序砂仁、华山姜)的紫外光谱进行解析,获得数量化分类特征,通过聚类分析有效地鉴别出正品砂仁及其混伪品。我们还以正品砂仁(阳春砂、海面砂、绿壳砂)及其混伪品(红壳砂、海面假砂仁、长序砂仁、草豆蔻、山姜、华山姜、艳山姜、花叶山姜、滑叶山姜)宏量及微量元素数据为分类特征,通过模糊聚类分析找出内在规律,对正品砂仁及其混伪品进行鉴别分类。1.1.3灰色系统理论分析浙贝母和川贝母均为常用中药,二者作用相似但又有区别。我们以浙贝母和川贝母中四种宏量元素为分类特征,采用星区图法对样品进行分类。该方法将样品点绘在一个半圆内,首先对样品的分类特征经计算机进行数学更换,计算每一个特征所对应的坐标,然后用折线连接各特征对应的坐标,形成路径,路径的终点代表样品所对应的星位。同类样品组成一个星区,不同类样品组成不同的星区。我们还用灰色系统理论对浙贝母和川贝母微量元素特征进行了关联度分析,发现浙贝母和川贝母微量元素的关联序完全不同;在此基础上进一步采用微量元素均值偏移度法对浙贝母和川贝母进行了分类。1.1.4基于类模型的方法在样品处理方面的应用三棱是一种常用中药,目前市场上三棱商品的主流是黑三棱科植物黑三棱SparganiumstoloniferumBuch.-Ham.(药典品种),但莎草科植物荆三棱Scirpuflaviatilis(Torr.)A.Gray在国内部分地区也作三棱药用,给药材市场带来混乱。我们用NLM(non-linearmapping)、SIMCA(softindependentmodelingofclassanalogy)等系统辨识方法快速处理20个黑三棱和12个荆三棱样品宏量及微量元素特征谱。NLM通过将高维空间的点向二维平面映射来反映样品的分类情况。SIMCA则是基于类模型基础上的系统辨识方法,该方法总是基于这样的假设:同类样本具有相似的特征,在一定的特征空间内,属于同一类的样本就会聚集在某一特定的空间区域;而对不同类的样本,则分布在不同的区域。通过因子分析,分别根据训练集中的每类样本建立类模型。对试验集中的样本,计算其到各类模型的SIMCA距离,将样本归类。黑三棱和荆三棱的计算机分类结果与生药学鉴定完全一致。1.1.5木科植物女贞苦丁茶为常用中药,目前市场上商品苦丁茶的主流是冬青科植物枸骨(IlexcomutaLindl.)和大叶冬青(IlexlatifoliaThunb.)的叶。此外,尚有木樨科植物女贞(LigustrumlucidumAit.)的叶在我国部分地区也作苦丁茶药用。我们以78个商品苦丁茶样品内20种宏量及微量元素为分类特征,采用模式识别技术,借助计算机对苦丁茶样品进行鉴别分类。另外,我们还采用反向传播人工神经网络技术,对苦丁茶样品的HPLC特征进行辨识。反向传播人工神经网络的运行过程:首先利用一组已知的样品构成训练集,经过训练的网络把系统规则、预测能力、变量转化都以权值的形式隐含在网络中,只要给出待辨识样品的分类特征,计算机即可快速给出鉴别结果。1.1.6细胞质分析细辛为常用中药,来源于马兜铃科植物北细辛、汉城细辛和华细辛的干燥全草,其主要有效成分为挥发油类。我们对细辛挥发油进行了气相色谱-质谱分析,从中获取反映不同样品化学成分差异的特征,用PRIMA(patternrecognitionbyindependentmultiveariateanalysis)技术,对细辛样品进行计算机鉴别分类。此外,我们采用PCA(principalcomponentanalysis)处理细辛样品宏量及微量元素特征谱,经PCA压缩后的特征用欧氏距离为量度进行聚类分析,结果准确。1.2华氏再造丸的鉴别价值华佗再造丸具有活血化瘀、化痰通络、行气止痛等功效。我们对华佗再造丸成品进行了薄层色谱分析,不同批号华佗再造丸成品斑点一致,重现性和分离效果良好,可作为真伪鉴别的依据。此外,我们还对华佗再造丸石油醚提取液进行了气相色谱分析,获取了其气相色谱指纹特征,并根据特征指标对华佗再造丸的质量稳定性进行了评价。1.2.2气相色谱指纹特征乌鸡白凤丸具有补气养血、调经止带的功效。我们对陈李济药厂生产的乌鸡白凤丸石油醚提取液进行了气相色谱分析,获取了其气相色谱指纹特征,可作为该产品真伪鉴别的依据。在此基础上,建立了综合评价其质量稳定性的模式识别新方法。1.2.3气相色谱分析仲景胃灵片是治疗胃病的良药。我们对仲景胃灵片及其原料药小茴香、高良姜、肉桂、砂仁挥发性成分进行了气相色谱分析,获得了其指纹特征,可作为仲景胃灵片及其原料药真伪鉴别的依据。2主分量分析法2.1中药指纹图谱反映的不是单一化学成分的信息,而是中药内各种化学成分的整体信息,它是一个多变量多指标的复杂体系。将其视为灰色系统或模糊系统是可取的,在对其辨识时采用灰色关联度分析或模糊聚类分析不失为一个明智的方法。2.2中药指纹图谱必定会涉及共有峰和非共有峰,定一个统一的共有峰和非共有峰比例是否对任何中药都适用?有无必要?这是一个从理论上和实际操作上都必须认真思考和认真对待的问题。2.3指纹特征的选择,绝对不应以峰的大小作为量度或依据。确定“指纹”特征峰的最有效办法是主分量分析法(principalcomponentanalysis,PCA)。它是在没有从外部给出目标变量或不存在目标变量的情况下,从内部从属性