基于加權(quán)模糊識(shí)別的中藥材質(zhì)量評(píng)估及產(chǎn)地分析模型

1、基于加權(quán)模糊識(shí)別的中藥材質(zhì)量評(píng)估及產(chǎn)地分析模型作者：蘭繼斌 林健 宋玉風(fēng)畢業(yè)論文2010-11-19 2:06:08【摘要】 研究通過(guò)采集藥材HPLC指紋圖譜數(shù)據(jù)，運(yùn)用加權(quán)模糊模式識(shí)別方法評(píng)估中藥材的質(zhì)量及其產(chǎn)地分布情況，得到了很好的分辨率。最后通過(guò)一個(gè)實(shí)例說(shuō)明了此模型實(shí)際應(yīng)用的可行性與優(yōu)越性。 【關(guān)鍵詞】 指紋圖譜； 模糊模式識(shí)別； 加權(quán)； 閥值A(chǔ)bstract As the quality of the medicines on the market varies greatly, based on the weighted fuzzy pattern recognition of qua

2、lity assessment and origin analysis model of Chinese herbal medicines, a method using HPLC fingerprint of the medicines is presented to assess the quality and origin in this paper . The numerical experiments show that the method has good resolution .By an example, it is verified that this model is m

3、ore feasible and effective than the previous model in practice. Key words fingerprint; fuzzy pattern recognition; weighted; threshold 我國(guó)是中草藥資源豐富的國(guó)家，對(duì)中藥材的藥性、成分等方面的研究也有著優(yōu)良的傳統(tǒng)。中藥指紋圖譜1，2就是在對(duì)中藥系統(tǒng)的不斷深入研究中發(fā)展起來(lái)的，是表征中藥所含成分與其質(zhì)量關(guān)系的有效手段。目前，在應(yīng)用中藥指紋圖譜研究藥材成分的過(guò)程中，得到了許多不錯(cuò)的結(jié)果3，4。特別是與交叉學(xué)科的相互滲透方面5，6，其研究水平和應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。由于

4、氣候及產(chǎn)地等因素的影響，中藥材的成分和質(zhì)量等級(jí)也有著差異性。鑒于此，我們有必要探詢一種有效的藥材質(zhì)量評(píng)估方式，來(lái)識(shí)別其等級(jí)及產(chǎn)地分布情況。1 儀器及分析條件71.1 儀器與試劑 島津LC-10ATVP高效液相色譜儀；島津SPD10AVP紫外檢測(cè)器；TB328B型電光分析天平（上海天平儀器廠）；HH-2型電子恒溫水浴鍋（金壇市新航儀器廠）；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）。甲醇為色譜純，水為重蒸水，其余試劑為分析純。1.2 色譜條件 色譜柱：島津ULTRONVX-ODS(4.6mm250mm,5l)柱；流動(dòng)相：甲醇-水-冰乙酸（60：40：1）；流速：0.8ml/min；檢測(cè)波長(zhǎng)

5、：254nm；柱溫：室溫；進(jìn)樣量：20l。2 模型的建立 Step1. 設(shè)所考慮的對(duì)象為A藥材，取m種已知質(zhì)量等級(jí)并有代表性的該藥材A1（產(chǎn)地1），A2（產(chǎn)地2），Am（產(chǎn)地m），它們相應(yīng)的等級(jí)評(píng)價(jià)為“一等、二等、m等”。測(cè)定不同產(chǎn)地此藥材的HPLC指紋圖譜，采集各等級(jí)藥材在實(shí)驗(yàn)中的指紋圖譜的保留時(shí)間和峰面積。 Step2. 選擇t個(gè)共有色譜峰作為指紋圖譜的特征峰，其中藥材Aj觀測(cè)到的第i個(gè)特征峰的保留時(shí)間為aji，峰面積為bji，i=1,2,，t, j=1,2,m。建立表征指紋圖譜中保留時(shí)間及峰面積的信息矩陣Hj=aj1 aj2 ajtbj1 bj2 bjt，并對(duì)矩陣Hj每行分別應(yīng)用公式rj

6、i=aji t i=1aji，Rji=bji t i=1bji歸一化得：hj=rj1 rj2 rjtRj1 Rj2 Rjt。 Step3. 將藥材Aj歸一化后的信息矩陣hj轉(zhuǎn)化成信息向量：Yj=(rj1 rj2 rjt Rj1 Rj2 Rjt）, j=1，2,m。 Step4. 在同樣實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)一未知質(zhì)量等級(jí)的待測(cè)A藥材A進(jìn)行觀測(cè)，得到t個(gè)共有色譜峰的保留時(shí)間ai和峰面積bi，i=1,2,t。建立表征指紋圖譜中保留時(shí)間及峰面積的信息矩陣H=a1 a2 atb1 b2 bt,對(duì)矩陣H的每一行分別應(yīng)用公式ri=ai t i=1ai，Ri=bi t i=1bi歸一化得：h=r1 r2 rtR1

7、R2 Rt。 Step5. 將藥材A歸一化后的信息矩陣h轉(zhuǎn)化成信息向量：X=(r1 r2 rt R1 R2 Rt）。 Step6. 根據(jù)藥材中各成分所對(duì)應(yīng)色譜峰面積的大小，以及該成分對(duì)藥效的重要程度，綜合考慮給出1t號(hào)峰所對(duì)應(yīng)的一個(gè)權(quán)重向量w=(w1,w2,wt)。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)中保留時(shí)間的穩(wěn)定性優(yōu)于峰面積的穩(wěn)定性這一事實(shí)，考察兩者穩(wěn)定性的相對(duì)程度，給出指紋圖譜中保留時(shí)間和峰面積的權(quán)重指標(biāo)=(1,2)。 Step7. 利用綜合加權(quán)最小平均貼近度公式 N(X,Yj)=1t i=1wi(rirji)+2t i=1wi(RiRji) 1 21t i=1wi(ri+rji)+2t i=1wi(Ri+Rji

8、)計(jì)算N(X，Y1)，N(X，Y2)，,N(X，Ym)的值，其中“”為取小算子。 Step8. 計(jì)算N(X，Yj0)=maxN(X，Y1)，N(X，Y2)，N(X，Ym)，考察實(shí)驗(yàn)中不同產(chǎn)地該藥材的差異性程度，設(shè)置閥值。當(dāng)N(X，Yj0)時(shí)，則認(rèn)為X與Yj0最貼近。由擇近原則8，最后判斷X與Yj0為一類。當(dāng)N(X，Yj0)時(shí)，則判斷X的質(zhì)量不合格。3 實(shí)例分析 白芷在我國(guó)生長(zhǎng)區(qū)域分布十分廣泛，其主要產(chǎn)于浙江A1（一等品）、河南A2（二等品）、四川綿陽(yáng)A3（三等品）、湖北A4（四等品）、湖南A5（五等品），建立HPLC法測(cè)定上述各產(chǎn)地何首烏的HPLC指紋圖譜，如圖1所示，并采集各等級(jí)白芷在實(shí)驗(yàn)中

9、指紋圖譜的保留時(shí)間和峰面積7。3.1 選擇10個(gè)共有色譜峰作為指紋圖譜的特征峰，其中藥材Aj觀測(cè)到的第i個(gè)特征峰的保留時(shí)間為aji，峰面積為bji，i=1,2,10，j=1,2,5。3.2 建立表征指紋圖譜中保留時(shí)間及峰面積的信息矩陣，并對(duì)該矩陣每行分別歸一化并轉(zhuǎn)化成信息向量：Yj=(rj1 rj2 rj10 Rj1 Rj2 Rj10)，rj1 、Rj1具體數(shù)值分別如表1、表2所示，i=1,2,10，j=1,2,5。表1 110號(hào)峰保留時(shí)間歸一化后數(shù)值（略）表2 110號(hào)峰峰面積歸一化后數(shù)值（略）3.3 現(xiàn)有一個(gè)等待定級(jí)的白芷樣本A，在同樣實(shí)驗(yàn)條件下，得到10個(gè)共有色譜峰的保留時(shí)間ai和峰面積

10、bi，i=1,2,10。建立表征指紋圖譜中保留時(shí)間及峰面積的信息矩陣并對(duì)每行分別歸一化得：按上述公式轉(zhuǎn)化成信息向量X=(r R)，其中： r=(0.0177 0.0303 0.0429 0.0591 0.0735 0.0857 0.0998 0.1372 0.1776 0.2762 ) R=( 0.1936 0.0235 0.1168 0.0286 0.0029 0.0325 0.0449 0.3183 0.1225 0.1165)3.4 根據(jù)白芷各成分所對(duì)應(yīng)色譜峰面積的大小，以及該成分對(duì)藥效的重要程度，綜合考慮給出110號(hào)峰所對(duì)應(yīng)的一個(gè)權(quán)重向量w=(0.16,0.04,0.12,0.04,0

11、.04,0.08,0.08,0.20,0.12,0.12)。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)中保留時(shí)間的穩(wěn)定性優(yōu)于峰面積的穩(wěn)定性這一事實(shí)，考察兩者穩(wěn)定性的相對(duì)程度，給出白芷指紋圖譜中保留時(shí)間和峰面積的權(quán)重指標(biāo)=(0.6,0.4)。3.5 利用綜合加權(quán)最小平均貼近度公式計(jì)算得：N(X，Y1)=96.782%，N(X，Y2)=94.804%，N(X，Y3)=97.645%，N(X，Y4)=91.634%，N(X，Y5)=96.790%。 根據(jù)白芷的成分組成以及評(píng)估人員對(duì)藥材質(zhì)量的要求，給出閥值=0.85。 綜上可知該待測(cè)白芷樣品為三等品，其產(chǎn)于四川一帶。4 結(jié)束語(yǔ) 本研究通過(guò)采集中藥材HPLC指紋圖譜數(shù)據(jù)，建立符合藥材

12、特征的數(shù)學(xué)模型，分析待測(cè)藥材的質(zhì)量等級(jí)及產(chǎn)地分布，得到了很好的辨別效果，該模型可以廣泛應(yīng)用于各種中藥材的分析和評(píng)估。【參考文獻(xiàn)】 1 王瑾,胡璟華. 中藥指紋圖譜的研究概述. 解放軍藥學(xué)學(xué)報(bào) ,2004,3 : 214216.2 楊桂芳,王鵬. 中藥指紋圖譜的建立方法和作用. 時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥, 2004,1 :21.3 鄭云楓,彭國(guó)平. 梔子藥材HPLC指紋圖譜的研究. 南京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,2005,1: 4547.4 易中宏,胥秀英,鄭一敏,王龍. 茯苓藥材指紋圖譜模糊模式識(shí)別研究. 現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐 ,2004,4:62.5 袁鵬,張銘光,袁敏等. 模糊聚類分析法在郁金裂解色譜測(cè)定指紋圖譜中的應(yīng)用研究. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué) ,2005,