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

1、基于加權(quán)模糊識別的中藥材質(zhì)量評估及產(chǎn)地分析模型作者：蘭繼斌 林健 宋玉風畢業(yè)論文2010-11-19 2:06:08【摘要】 研究通過采集藥材HPLC指紋圖譜數(shù)據(jù)，運用加權(quán)模糊模式識別方法評估中藥材的質(zhì)量及其產(chǎn)地分布情況，得到了很好的分辨率。最后通過一個實例說明了此模型實際應(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 我國是中草藥資源豐富的國家，對中藥材的藥性、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就是在對中藥系統(tǒng)的不斷深入研究中發(fā)展起來的，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程中，得到了許多不錯的結(jié)果3，4。特別是與交叉學科的相互滲透方面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)量評估方式，來識別其等級及產(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；流動相：甲醇-水-冰乙酸（60：40：1）；流速：0.8ml/min；檢測波長

5、：254nm；柱溫：室溫；進樣量：20l。2 模型的建立 Step1. 設(shè)所考慮的對象為A藥材，取m種已知質(zhì)量等級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)的等級評價為“一等、二等、m等”。測定不同產(chǎn)地此藥材的HPLC指紋圖譜，采集各等級藥材在實驗中的指紋圖譜的保留時間和峰面積。 Step2. 選擇t個共有色譜峰作為指紋圖譜的特征峰，其中藥材Aj觀測到的第i個特征峰的保留時間為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間及峰面積的信息矩陣Hj=aj1 aj2 ajtbj1 bj2 bjt，并對矩陣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. 在同樣實驗條件下，對一未知質(zhì)量等級的待測A藥材A進行觀測，得到t個共有色譜峰的保留時間ai和峰面積bi，i=1,2,t。建立表征指紋圖譜中保留時間及峰面積的信息矩陣H=a1 a2 atb1 b2 bt,對矩陣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)藥材中各成分所對應(yīng)色譜峰面積的大小，以及該成分對藥效的重要程度，綜合考慮給出1t號峰所對應(yīng)的一個權(quán)重向量w=(w1,w2,wt)。并根據(jù)實驗中保留時間的穩(wěn)定性優(yōu)于峰面積的穩(wěn)定性這一事實，考察兩者穩(wěn)定性的相對程度，給出指紋圖譜中保留時間和峰面積的權(quán)重指標=(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、)計算N(X，Y1)，N(X，Y2)，,N(X，Ym)的值，其中“”為取小算子。 Step8. 計算N(X，Yj0)=maxN(X，Y1)，N(X，Y2)，N(X，Ym)，考察實驗中不同產(chǎn)地該藥材的差異性程度，設(shè)置閥值。當N(X，Yj0)時，則認為X與Yj0最貼近。由擇近原則8，最后判斷X與Yj0為一類。當N(X，Yj0)時，則判斷X的質(zhì)量不合格。3 實例分析 白芷在我國生長區(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A3（三等品）、湖北A4（四等品）、湖南A5（五等品），建立HPLC法測定上述各產(chǎn)地何首烏的HPLC指紋圖譜，如圖1所示，并采集各等級白芷在實驗中

9、指紋圖譜的保留時間和峰面積7。3.1 選擇10個共有色譜峰作為指紋圖譜的特征峰，其中藥材Aj觀測到的第i個特征峰的保留時間為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間及峰面積的信息矩陣，并對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號峰保留時間歸一化后數(shù)值（略）表2 110號峰峰面積歸一化后數(shù)值（略）3.3 現(xiàn)有一個等待定級的白芷樣本A，在同樣實驗條件下，得到10個共有色譜峰的保留時間ai和峰面積

10、bi，i=1,2,10。建立表征指紋圖譜中保留時間及峰面積的信息矩陣并對每行分別歸一化得：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)白芷各成分所對應(yīng)色譜峰面積的大小，以及該成分對藥效的重要程度，綜合考慮給出110號峰所對應(yīng)的一個權(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)實驗中保留時間的穩(wěn)定性優(yōu)于峰面積的穩(wěn)定性這一事實，考察兩者穩(wěn)定性的相對程度，給出白芷指紋圖譜中保留時間和峰面積的權(quán)重指標=(0.6,0.4)。3.5 利用綜合加權(quán)最小平均貼近度公式計算得：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估人員對藥材質(zhì)量的要求，給出閥值=0.85。 綜上可知該待測白芷樣品為三等品，其產(chǎn)于四川一帶。4 結(jié)束語 本研究通過采集中藥材HPLC指紋圖譜數(shù)據(jù)，建立符合藥材

12、特征的數(shù)學模型，分析待測藥材的質(zhì)量等級及產(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估?！緟⒖嘉墨I】 1 王瑾,胡璟華. 中藥指紋圖譜的研究概述. 解放軍藥學學報 ,2004,3 : 214216.2 楊桂芳,王鵬. 中藥指紋圖譜的建立方法和作用. 時珍國醫(yī)國藥, 2004,1 :21.3 鄭云楓,彭國平. 梔子藥材HPLC指紋圖譜的研究. 南京中醫(yī)藥大學學報(自然科學版) ,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別研究. 現(xiàn)代中藥研究與實踐 ,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定指紋圖譜中的應(yīng)用研究. 計算機與應(yīng)用化學 ,2005,