专利名称：基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法
技术领域：
本发明所涉及一种中草药炮制品的鉴别方法，具体涉及一种基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法。
背景技术：
中药在中华民族的医学史中占据着不可替代的地位，为中华民族的繁衍生息做出了不可磨灭的贡献。我国是世界四大传统医药体系之一(中国、埃及、希腊和印度)，中医药是理论最完整、医疗实践最丰富、疗效最确切的体系。中药材多为植物的干燥器官，由于复杂的自然环境、社会状况以及人为混淆等原因，造成了中药材在应用方面的复杂性。不同炮制方法的同种中药材，他们所含有的活性化学组分有差异的相同，这必然会影响到以其作为原料生产出的中成药(中药复方制剂)的临床疗效和质量品质。随着现代仪器分离技术和计算机信息处理技术的进步和发展，建立中药现代质量评价体系已成为中药现代化发展的重要环节。结合国际植物药品评价方法的研究现状而开展的中药指纹图谱质控技术研究，成为中药研究中最热门的领域，作为中药质量控制和质量评价的一种有效手段，它能从原材料的引种、栽培、中成药生产工艺的规范与优化，到产品质量标准的制定提供全方位的质量保证，中药指纹图谱是一种综合的、可量化的化学鉴定手段。借以评价中药材及中药制剂半成品质量的真实性、优良性和稳定性，“整体性”和“模糊性”为其显著特点。其不但有特征的体现而且还可以用作定性鉴别使用，还体现了量的概念，引入量的概念，把定量和定性相结合可以使中药指纹图谱具有更大的作用。目前，对中草 药炮制品质量评价的中药指纹图谱主要集中在以化学成分为中心的质量控制，即以分子结构清楚，构效关系明确的已知的活性组分为基础建立药材指纹图谱，以进行检测，存在对照品不足，检测程序繁琐，检测效率不高等缺点。因此，很有必要在现有技术的基础之上，研究涉及一种操作便捷，对照品需求少，能准确、快速、全面鉴定中草药炮制品的新方法。

发明内容
发明目的:本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种对照品需求少，检测速度快、操作简单、可重复性好、灵敏度高，能准确、快速、高效鉴定不同中草药炮制品的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的鉴别方法。本发明采用飞行时间质谱质量分析器为分析手段，与其他类型的质量分析器相t匕，飞行时间质量分析器既不需要磁场，也不需要电场的扫描，具有结构简单、分析速度快、分辨率和灵敏度高、质量范围宽的优点。它采用软电离源技术使电离的碎片离子大为减少，简化了谱图分析，使质谱对复杂混合物的鉴定能力有了很大地提高。技术方案:为了达到以上目的，本发明采取的技术方案为:
基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，包括中草药炮制品前处理，中草药炮制品飞行时间质谱的谱图信息采集和谱图分析及稀疏识别算法；(I)中草药炮制品前处理包括以下步骤:取中草药炮制品粉碎、干燥后加入乙醇，采用超声提取法或索氏提取法，合并提取液，浓缩，溶液过0.45 μ m滤膜后得到供试品；作为优选方案，所述的加热回流提取法:取IOg中草药炮制品粉末(如黄芪)于250mL圆底烧瓶中，加入IOOmL浓度为70%的乙醇水溶液加热回流提取2小时，将提取液减压浓缩至近干，加甲醇溶解并定容于5mL量瓶中，溶液过0.45 μ m滤膜后得供试品溶液；作为优选方案，所述的索氏提取法:取IOg中草药炮制品(如黄芪)于索氏提取器中，加浓度为70%的乙醇水溶液适量，回流提取6小时，将提取液减压浓缩至近干，加甲醇溶解并定容于5mL量瓶中，溶液过0.45 μ m滤膜后得供试品溶液；(2)中草药炮制品飞行时间质谱谱图信息采集包括以下步骤:向IOmL的进样瓶中装入ImL的供试品溶液，采用室温下大气压毛细管直接顶空采样进行分析，主要参数条件:电离方式:单光子电离；抽真空至0.8X1 (T3Pa 1.8X1 (T3Pa ;电离区气压7.0 8.0Pa ;加速区电压为2650 2700V，250微米毛细管直接进样，无加热措施；每张TOF质谱全谱图信号累计时间为15s ；

(3)谱图数据分析及稀疏识别算法包括以下步骤:稀疏识别算法以中草药炮制品飞行时间质谱原始谱图的感知数据作为特征描述，然后将中草药炮制品测试样本与中草药炮制品训练样本集的压缩感知特征纳入到稀疏识别的框架下，并通过求解一个I1引人范数优化问题来获取分类结果，具体如下:首先，将中草药炮制品测试样本图象拉伸为向量描述X e Rn ;其次，将k类中草药炮制品训练样本，每类η个，进行同样的拉伸组成中草药炮制品训练样本集X:Χ = [Χ⑴，X⑵，…，X(k)] GRnxkX(l) = [x!(l), x2(l),...，xn(1)]，i = l，...，k其中:表示第i类第j个中草药炮制品训练样本；再次，按照Ji= Φ = { 肩进行压缩感知的采样，其中φ为欠定感知矩阵或观测矩阵，y称为X的感知数据；将中草药炮制品测试样本X与中草药炮制品训练样本集X投影到感知空间，在此基础上结合公式min | r t.Xr = x进行I1范数求解:y = Φχ, Y = ΦΧmin | r | | ^.t.Yr = ΦXr = Φχ = y其中y是中草药炮制品测试样本的感知数据，Y是中草药炮制品训练样本的感知数据组成的压缩感知矩阵，Φ在式中起到维度约减的作用；最后，对r的元素中各个类别子集进行求和，选取最大值做为中草药炮制品测试样本X的分类鉴定结果:Kclass(x) <= max (Trfj)其中元素为原始数据域第i类第j个中草药炮制品训练样本在感知空间下的
关联程度度量。作为优选方案，以上所述的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，步骤(I)所述的乙醇为浓度30 95%。作为优选方案，以上所述的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，步骤(2)飞行时间质谱谱图信息采集包括以下步骤:向IOmL的进样瓶中装入ImL的供试品溶液，采用室温下大气压毛细管直接顶空采样进行分析，主要参数条件 :电离方式:单光子电离；抽真空至0.8X1 (T3Pa 1.8X1 (T3Pa ;电离区气压7.0Pa ;加速区电压为2650V，250微米毛细管直接进样，无加热措施；每张TOF质谱全谱图信号累计时间为15s。作为优选方案，以上所述的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，可广泛应用于不同中草药炮制品的鉴别，所述的中草药炮制品为蜜炙黄芪和酒炙黄芪等。有益效果:本发明提供的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，该方法以飞行时间质谱技术为检测手段，以稀疏编码压缩感知理论为基础构建识别方法，将模式识别技术与谱图分析技术相结合，提出一种广泛适用于中草药炮制品鉴别的方法。实验结果表明，该方法检测效率高，检测灵敏度高，检测结果准确可靠，为控制中药炮制品的质量，保证临床用药安全具有重要意义，应用范围广泛。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，包括中草药炮制品前处理，中草药炮制品飞行时间质谱的谱图信息采集和谱图分析及稀疏识别算法；(I)蜜炙黄芪和酒炙黄芪前处理包括以下步骤:取蜜炙黄芪和酒炙黄芪饮片样本各40批，粉碎，分别取IOg蜜炙黄芪和酒炙黄芪饮片于250mL圆底烧瓶中，加入IOOmL浓度为70%的乙醇水溶液加热回流提取2小时，将提取液减压浓缩至近干，加甲醇溶解并定容于5mL量瓶中，溶液过0.45 μ m滤膜后得到蜜炙黄芪和酒炙黄芪供试品溶液；(2)蜜炙黄芪和酒炙黄芪飞行时间质谱谱图信息采集包括以下步骤:向IOmL的进样瓶中分别装入ImL的步骤(I) 40批蜜炙黄芪和酒炙黄芪供试品溶液，分别采用室温下大气压毛细管直接顶空采样进行分析，主要参数条件:电离方式:单光子电离；抽真空至0.8X1 O^3Pa 1.8X10_3Pa ;电离区气压7.0Pa ;加速区电压为2650V，250微米毛细管直接进样，无加热措施；每张TOF质谱全谱图信号累计时间为15s ；(3)谱图数据分析及稀疏识别算法包括以下步骤:
稀疏识别算法以蜜炙黄芪和酒炙黄芪飞行时间质谱原始谱图的感知数据作为特征描述，然后将蜜炙黄芪和酒炙黄芪测试样本10批与蜜炙黄芪和酒炙黄芪训练样本40批，的压缩感知特征纳入到稀疏识别的框架下，并通过求解一个I1引儿范数优化问题来获取分类结果，具体如下:首先，将40批蜜炙黄芪和酒炙黄芪样本图象拉伸为向量描述X e Rn ;其次，将蜜炙黄芪和酒炙黄芪训练样本，每类40个，进行同样的拉伸组成蜜炙黄芪和酒炙黄芪训练样本集X:X = [X(1), X(2),..., x(k)] e RnxkX(1) =「x,(1), x2(1),…，xx(1)],i = l,…，k其中I表示第i类第j个中蜜炙黄芪和酒炙黄芪训练样本；再次，按照产=A Φ<-Ρ.η,Μ^,η进行压缩感知的采样，其中φ为欠定感知矩阵或观测矩阵，y称为X的感知数据；将蜜炙黄芪和酒炙黄芪测试样本X与蜜炙黄芪和酒炙黄芪训练样本集X投影到感知空间，在此基础上结合公式:min | r t.Xr = x进行I1 范数求解:
权利要求
1.基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，其特征在于包括中草药炮制品前处理，中草药炮制品飞行时间质谱的谱图信息采集和谱图分析及稀疏识别算法; (1)中草药炮制品前处理包括以下步骤: 取中草药炮制品粉碎、干燥后加入乙醇，采用超声提取法或索氏提取法，合并提取液，浓缩，溶液过0.45 μ m滤膜后得到供试品； (2)中草药炮制品飞行时间质谱谱图信息采集包括以下步骤: 向IOmL的进样瓶中装入ImL的供试品溶液，采用室温下大气压毛细管直接顶空采样进行分析,主要参数条件:电离方式:单光子电离；抽真空至0.8Xl(T3Pa 1.8Xl(T3Pa ;电离区气压7.0 8.0Pa ;加速区电压为2650 2700V，250微米毛细管直接进样，无加热措施；每张TOF质谱全谱图信号累计时间为15s ； (3)谱图数据分析及稀疏识别算法包括以下步骤: 首先，将中草药炮制品测试样本图象拉伸为向量描述X e Rn5其次，将k类中草药炮制品训练样本，每类η个，进行同样的拉伸组成中草药炮制品训练样本集X:X = [Χ(1), Χ(2),…，X(k)] e RnxkX(1) = [χ/1)，χ2ω，…xn(1)]，i = l，...，k 其中表示第i类第j个中草药炮制品训练样本； 再次，按照
2.根据权利要求1所述的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，其特征在于，步骤(I)所述的乙醇为浓度30 95%。
3.根据权利要求1所述的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，其特征在于，步骤(2)飞行时间质谱谱图信息采集包括以下步骤: 向10mL的进样瓶中装入1mL的供试品溶液，采用室温下大气压毛细管直接顶空采样进行分析,主要参数条件:电离方式:单光子电离；抽真空至0.8Xl0-3Pa 1.8Xl0-3Pa ;电离区气压7.0Pa ;加速区电压为2650V，250微米毛细管直接进样，无加热措施；每张TOF质谱全谱图信号累计时间为15s。
4.根据权利要求1所述的基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，其特征在于，所述的中草药炮制品为蜜炙黄芪和酒炙黄芪。
全文摘要
本发明公开一种基于稀疏识别算法和飞行时间质谱的中草药炮制工艺的鉴别方法，该方法以飞行时间质谱技术为检测手段，以稀疏编码压缩感知理论为基础构建识别方法，将模式识别技术与谱图分析技术相结合，提出一种广泛适用于中草药炮制品鉴别的方法。实验结果表明，该方法检测效率高，检测灵敏度高，检测结果准确可靠，为控制中药炮制品的质量，保证临床用药安全具有重要意义，应用范围广泛。
文档编号G01N27/64GK103235029SQ20131009741
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者王海燕, 王国祥, 刘军, 姜久英, 刘芸, 王虎 申请人:江苏省质量安全工程研究院