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1、中药指纹图谱 小组成员 罗斌尹先珍 赵丹目录目录定义定义研究意义研究意义分析技术分析技术数据分析数据分析应用应用前景前景 定定 义义中药指纹图谱中药指纹图谱是指运用是指运用现代分析手现代分析手段段对中药对中药多维化学及其相关生物信多维化学及其相关生物信息息以图形（图像）的方式进行以图形（图像）的方式进行表征表征并加以并加以描述描述。分为三种：分为三种：色谱指纹图谱色谱指纹图谱，波谱指，波谱指纹图谱，生物指纹图谱纹图谱，生物指纹图谱研研 究究 意意 义义 作为有着悠久文明史的中药，其安全性、有效性作为有着悠久文明史的中药，其安全性、有效性早已经过历史的验证。但中药的均一稳定性早已经过历史的验证。
2、但中药的均一稳定性即质即质量可控的问题则是制约中药发展，走向国际市场的瓶量可控的问题则是制约中药发展，走向国际市场的瓶颈问题。颈问题。 中药一般为复方制剂，方剂中有效成份极为复杂，中药一般为复方制剂，方剂中有效成份极为复杂，大部分结构、作用机时尚不清楚。在现有条件下，以大部分结构、作用机时尚不清楚。在现有条件下，以单一化学成份分析的观点，不适合中药（天然药物）单一化学成份分析的观点，不适合中药（天然药物）这一复杂成份分析体系。这一复杂成份分析体系。 而解决这一难题的有效手段，就是要参照植物药而解决这一难题的有效手段，就是要参照植物药的质量控制方法，借鉴化学药品质量控制模式，借助的质量控制方法，
3、借鉴化学药品质量控制模式，借助于建立相应简单理化鉴别，借助于现代的、被国际社于建立相应简单理化鉴别，借助于现代的、被国际社会所认可的中药指纹图谱技术。会所认可的中药指纹图谱技术。 主要技术方法主要技术方法HPLCTLCGL CE high performance liquid chromatographyGas Chromatographycapillary electrophoresis Thin Layer Chromatography薄层色谱（薄层色谱（TLC）定义定义原理原理特点特点色谱法的基本原理色谱法的基本原理 利用混合物中各组分在某一物质中的吸附或溶解性能的不同，或和其它亲和作用
4、性能的差异，使混合物的溶液流经该种物质，进行反复的吸附或分配等作用，从而将各组份分开。定义定义 薄层色谱又叫薄板层析，属固薄层色谱又叫薄板层析，属固液吸附色谱。液吸附色谱。是在被洗涤干净的玻板（是在被洗涤干净的玻板（10103cm3cm左右）上均匀左右）上均匀的涂一层吸附剂或支持剂，待干燥、活化后将的涂一层吸附剂或支持剂，待干燥、活化后将样品溶液用管口平整的毛细管滴加于离薄层板样品溶液用管口平整的毛细管滴加于离薄层板一端约一端约1cm1cm处的起点线上，凉干或吹干后置薄层处的起点线上，凉干或吹干后置薄层板于盛有展开剂的展开槽内，浸入深度为板于盛有展开剂的展开槽内，浸入深度为0.5cm0.5cm
5、。待展开剂前沿离顶端约待展开剂前沿离顶端约1cm1cm附近时，将色谱板取附近时，将色谱板取出，干燥后喷以显色剂，或在紫外灯下显色。出，干燥后喷以显色剂，或在紫外灯下显色。 铺板；点样；展开；显色；计算铺板；点样；展开；显色；计算RfRf值值基本步骤基本步骤比移值比移值(Rf)是薄层色谱法中原点到斑点中心的距离与原点到溶剂前沿的距离的比值 。丹参丹参- -不同薄层板薄层色谱图不同薄层板薄层色谱图 高效液相色谱（高效液相色谱（HPLC）定义定义原理原理检测器检测器特点特点定义定义 液相色谱法是液相色谱法是以液体为流动相的以液体为流动相的色谱法。色谱法。 根据混合物中各组分对两相的亲根据混合物中各组
6、分对两相的亲和力的不同可分为液固吸附色谱；液和力的不同可分为液固吸附色谱；液液分配色谱法；离子交换色谱法；凝液分配色谱法；离子交换色谱法；凝胶渗透色谱法；离子色谱法；空间排胶渗透色谱法；离子色谱法；空间排阻色谱法。阻色谱法。液相色谱仪原理液相色谱仪原理 高效液相色谱仪的系统由储液器、高效液相色谱仪的系统由储液器、泵泵、进、进样器、色谱柱、样器、色谱柱、检测器检测器、记录仪等几部分组成。、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱( (固定相固定相) ) 内，
7、内， 由于样品溶液中的各组分在两由于样品溶液中的各组分在两相中具有相中具有不同的分配系数不同的分配系数， 在两相中作相对运在两相中作相对运动时，动时， 经过反复多次的吸附经过反复多次的吸附- - 解吸的分配过程，解吸的分配过程， 各组分在移动速度上产生较大的差别，各组分在移动速度上产生较大的差别， 被分离被分离成单个组分依次从柱内流出，成单个组分依次从柱内流出， 通过检测器时，通过检测器时， 样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来。以图谱形式打印出来。 液相色谱仪工作流程图液相色谱仪工作流程图检测器检测器功能功能 将被分析组在柱流出液
8、中浓度的变化转将被分析组在柱流出液中浓度的变化转化为光学或电学信号；化为光学或电学信号；分类分类紫外吸收检测器紫外吸收检测器紫外一可见分光光度检测器紫外一可见分光光度检测器示差折光化学检测器示差折光化学检测器二极管阵列紫外检测器二极管阵列紫外检测器荧光检测器荧光检测器电化学检测器电化学检测器工作特点工作特点 优点优点: :高压、高效、高灵敏度、分析速度快，高压、高效、高灵敏度、分析速度快，载液流速快（载液流速快（15-30min)15-30min)、应用范围广、应用范围广。此外高效液此外高效液相色谱还有色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易相色谱还有色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易回收等回收等.
9、 . 缺点缺点: :有有“柱外效应柱外效应”。在从进样到检测器之。在从进样到检测器之间，除了柱子以外的任何死空间（进样器、柱接头、间，除了柱子以外的任何死空间（进样器、柱接头、连接管和检测池等）中，如果流动相的流型有变化，连接管和检测池等）中，如果流动相的流型有变化，被分离物质的任何扩散和滞留都会显著地导致色谱被分离物质的任何扩散和滞留都会显著地导致色谱峰的加宽，柱效率降低。高效液相色谱检测器的灵峰的加宽，柱效率降低。高效液相色谱检测器的灵敏度不及气相色谱。而且需要严格的样品预处理，敏度不及气相色谱。而且需要严格的样品预处理，很难表达被固定相吸附的样品和高粘度的样品。很难表达被固定相吸附的样品
10、和高粘度的样品。气相色谱（气相色谱（GL）定义定义原理原理检测器检测器特点特点定义定义用气体作为移动相的色谱法。用气体作为移动相的色谱法。根据所用固定相的不同可分为根据所用固定相的不同可分为两两类：类： 固定相是固体的，称为气固色谱法；固定相是固体的，称为气固色谱法； 固定相是液体的则称为气液色谱法。固定相是液体的则称为气液色谱法。气相色谱仪原理气相色谱仪原理 气相色谱仪中有一根流通型的狭长管道，这就是色气相色谱仪中有一根流通型的狭长管道，这就是色谱柱。在色谱柱中，不同的样品因为具有不同的物理和谱柱。在色谱柱中，不同的样品因为具有不同的物理和化学性质，与特定的化学性质，与特定的柱填充物柱填充物
11、（固定相）有着不同的相（固定相）有着不同的相互作用而被载气（流动相）以互作用而被载气（流动相）以不同的速率带动不同的速率带动。 当化合物从柱的末端流出时，它们被当化合物从柱的末端流出时，它们被检测器检测器检测到，检测到，产生相应的信号，并被转化为电信号输出。在色谱柱中产生相应的信号，并被转化为电信号输出。在色谱柱中固定相的作用是分离不同的组分，使得不同的组分在固定相的作用是分离不同的组分，使得不同的组分在不不同的时间同的时间从柱的末端流出。从柱的末端流出。检测器检测器 气相色谱法中可以使用的检测器有很多种，最常用的气相色谱法中可以使用的检测器有很多种，最常用的有有热导检测器（热导检测器（TCD
12、TCD）与与火焰电离检测器（火焰电离检测器（FIDFID）。这两种。这两种检测器对很多种分析成分有灵敏的响应，同时可以测定一检测器对很多种分析成分有灵敏的响应，同时可以测定一个很大的范围内的浓度。个很大的范围内的浓度。 TCDTCD从本质上来说是通用性的，可以用于检测除了载气从本质上来说是通用性的，可以用于检测除了载气之外的任何物质（只要它们的之外的任何物质（只要它们的热导性能热导性能在检测器检测的温在检测器检测的温度下与载气不同）度下与载气不同）。 FIDFID对烃类的检测比对烃类的检测比TCDTCD更灵敏，但却不能用来检测水。更灵敏，但却不能用来检测水。两种检测器都很强大。由于两种检测器都
13、很强大。由于TCDTCD的检测是的检测是非破坏性非破坏性的，它可的，它可以与破坏性的以与破坏性的FIDFID串联串联使用（连接在使用（连接在FIDFID之前），从而对同之前），从而对同一分析物给出两个相互补充的分析信息。一分析物给出两个相互补充的分析信息。 有一些气相色谱有一些气相色谱仪与质谱仪相连接而以质谱仪作为它的检测器，这种组合仪与质谱仪相连接而以质谱仪作为它的检测器，这种组合的仪器称为的仪器称为气相色谱气相色谱- -质谱联用质谱联用（GC-MSGC-MS，简称气质联用），简称气质联用）工作特点工作特点 气相色谱法是一种在有机化学中对气相色谱法是一种在有机化学中对易挥发易挥发而不发生分解
14、的化合物进行分离与分析的色谱而不发生分解的化合物进行分离与分析的色谱技术。技术。 气相色谱的典型用途包括测试某一特定化气相色谱的典型用途包括测试某一特定化合物的合物的纯度纯度与对混合物中的各组分进行与对混合物中的各组分进行分离分离，同时测定各组分的同时测定各组分的相对含量相对含量。在微型化学实验。在微型化学实验中，气相色谱可以用于从混合物中制备纯品。中，气相色谱可以用于从混合物中制备纯品。毛细管电泳（毛细管电泳（CE）定义定义分类分类检测器检测器特点特点定义定义 是以是以弹性弹性毛细管为分离通道、以高毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力压直流电场为驱动力，依据样品中各，依据样品中各组分的淌
15、度（单位电场强度下的迁移组分的淌度（单位电场强度下的迁移速度）和速度）和/ /或分配行为的差异而实现分或分配行为的差异而实现分离的一种分析方法。离的一种分析方法。 通过改变操作模式和缓冲液成分，通过改变操作模式和缓冲液成分，可以对性质不同的各种成分进行有效可以对性质不同的各种成分进行有效分离和定量测定。分离和定量测定。 分类分类 1.1.分离模式分离模式 2 2. .操作方式操作方式 重新分为手动、半自动及全自动重新分为手动、半自动及全自动型毛细管电泳。型毛细管电泳。 3.3.分离通道形状分离通道形状 分为圆形、扁形、方形毛细分为圆形、扁形、方形毛细管电泳等。管电泳等。 4.4.缓冲液的介质缓
16、冲液的介质 分为水相毛细管与非水相毛分为水相毛细管与非水相毛细管细管 毛细管电泳仪由温度控制系统，高压电源，高压电毛细管电泳仪由温度控制系统，高压电源，高压电极槽，毛细管，极槽，毛细管，检测器检测器，低压电极槽，铂丝电极，低压电极槽，铂丝电极，记录数据处理。记录数据处理。检测器检测器 由于毛细管内径的限制，检测信号是由于毛细管内径的限制，检测信号是CECE系统最突出的问题。紫外可见法（系统最突出的问题。紫外可见法（UVUV）是）是CECE常用的检测方法，但是受到仪器、单波长等常用的检测方法，但是受到仪器、单波长等因素的限制。目前应用最广泛的是二极管阵因素的限制。目前应用最广泛的是二极管阵列（列
17、（PDAPDA）检测器。常规的检测器还有灵敏度）检测器。常规的检测器还有灵敏度很高的激光光热（很高的激光光热（LIPLIP）和荧光（）和荧光（FLFL）检测器。）检测器。 近些年，在实际应用中还产生了激光诱导近些年，在实际应用中还产生了激光诱导荧光（荧光（LIFLIF）、有良好选择性的安培（）、有良好选择性的安培（ECEC）、）、通用性很好的电导（通用性很好的电导（CDCD）助以及可以获得结）助以及可以获得结构信息的质谱（构信息的质谱（MSMS）等多种检测器。）等多种检测器。工作特点工作特点 优点：优点：高效高效 塔板数目在塔板数目在105-106 105-106 片片/m /m 间，当采用间
18、，当采用CGE CGE 时，塔板数目可达时，塔板数目可达107 107 片片/m /m 以上；以上；快速快速 一般在十几分钟内完成分离；一般在十几分钟内完成分离；微量微量 进样所需的样品体积为进样所需的样品体积为nL nL 级；级； 多样性多样性 可根据需要选用不同的分离模式且可根据需要选用不同的分离模式且仅需一台仪器；仅需一台仪器；经济经济 实验消耗不过几毫升缓冲溶液，维持实验消耗不过几毫升缓冲溶液，维持费用很低；费用很低；缺点：缺点：由于进样量少，因而由于进样量少，因而制备能力差制备能力差；由于毛细管直径小，使光路太短，用一些检由于毛细管直径小，使光路太短，用一些检测方法（如紫外吸收光谱法
19、）时，测方法（如紫外吸收光谱法）时，灵敏度较低灵敏度较低；电渗会因样品组成而变化，进而影响电渗会因样品组成而变化，进而影响分离重分离重现性现性。No.1No.1主要成主要成分分析分分析No.2No.2聚类分聚类分析法析法No.3No.3相似度相似度评价法评价法主要解析方法主要解析方法No.4No.4人工人工神经神经网络网络用依利特用依利特P1201P1201液相色谱仪分析三聚氰胺液相色谱仪分析三聚氰胺No.1No.1主要成分分析主要成分分析 又称主分量分析，在尽可能保留原有信息基又称主分量分析，在尽可能保留原有信息基础上，用综合指标解释多变量的方差础上，用综合指标解释多变量的方差- -协方差结
20、协方差结构，把给定的一组相关变量通过线性变换转换成构，把给定的一组相关变量通过线性变换转换成另一组不相关的变量，这些新变量按照方差依次另一组不相关的变量，这些新变量按照方差依次递减的顺序排列起来对多变量进行降维处理。递减的顺序排列起来对多变量进行降维处理。 该方法具有变差最优，信息损失最小，相关该方法具有变差最优，信息损失最小，相关性最优等特点。性最优等特点。No.2No.2聚类分析法聚类分析法 又称群分析，是根据实验数据本身的定性或定又称群分析，是根据实验数据本身的定性或定量特征，变量域之间的相似性而逐步归群成类的方量特征，变量域之间的相似性而逐步归群成类的方法。法。 其结果能客观反映些变量
21、或区域之间的内在组其结果能客观反映些变量或区域之间的内在组合关系。合关系。 可分为系统聚类分析可分为系统聚类分析(hierarchical clustering (hierarchical clustering analysis,HCA)analysis,HCA)和模糊聚类分析（和模糊聚类分析（fuzzy clustering fuzzy clustering analysis,FCA)analysis,FCA)。No.3No.3相似度评价法相似度评价法 相似度评价是将一张指纹图谱的数据用多维相似度评价是将一张指纹图谱的数据用多维向量表示，计算多张图谱之间的相似度值，如此向量表示，计算多张图谱
22、之间的相似度值，如此量化量化描述指纹图谱的相似性，即客观地数字化描描述指纹图谱的相似性，即客观地数字化描述。述。 常见的有距离系数法，夹角余弦，相关系数常见的有距离系数法，夹角余弦，相关系数法，法，NeiNei系数法，改进系数法，改进NeiNei系数法。系数法。No.4No.4人工神经网络人工神经网络 简称神经网络（简称神经网络（NNs)NNs)或称作连接模型或称作连接模型（Connectionist Modle),Connectionist Modle),是一种模仿动物神是一种模仿动物神经网络的行为，并进行分布式信息处理的数经网络的行为，并进行分布式信息处理的数字模型。字模型。 其数据处理过
23、程包括信号获取，特征提其数据处理过程包括信号获取，特征提取和信号检测三个步骤。取和信号检测三个步骤。应用应用在人参鉴定中的应用在人参鉴定中的应用在茶叶分析中的应用在茶叶分析中的应用园参园参红参红参人参中的应用人参中的应用 利用色谱指纹图谱对人参中的成分进行利用色谱指纹图谱对人参中的成分进行分析，可以得到各模式指纹图谱中的主要色分析，可以得到各模式指纹图谱中的主要色谱峰。通过对色谱峰的分析可以很好的反映谱峰。通过对色谱峰的分析可以很好的反映人参中所含的化学物质，准确的对人参进行人参中所含的化学物质，准确的对人参进行鉴别和质量控制。应用光谱技术对不同种属、鉴别和质量控制。应用光谱技术对不同种属、不
24、同种植类型和不同种植年份的人参进行分不同种植类型和不同种植年份的人参进行分析，对得到的指纹图谱谱图进行分析，可用析，对得到的指纹图谱谱图进行分析，可用来判断人参的真伪，还可用来区分人参的不来判断人参的真伪，还可用来区分人参的不同种属、不同产地、不同年份等。还可对人同种属、不同产地、不同年份等。还可对人参进行质量控制。参进行质量控制。安溪铁观音安溪铁观音 西湖龙井西湖龙井 茶叶中的应用茶叶中的应用 HPLCHPLC化学指纹图谱法主要通过测定茶叶中化学指纹图谱法主要通过测定茶叶中的自由氨基酸含量、儿茶素、咖啡因及黄酮的自由氨基酸含量、儿茶素、咖啡因及黄酮（苷）类等化学成分含量，提取茶特征成分与（苷
25、）类等化学成分含量，提取茶特征成分与模式识别方法相结合判别茶叶品种和产地。此模式识别方法相结合判别茶叶品种和产地。此方法的关键是模型的构建。不同地区、不同品方法的关键是模型的构建。不同地区、不同品种的茶叶有不同的判别模型。种的茶叶有不同的判别模型。例如例如 用人工神经网络（用人工神经网络（BP-ANNBP-ANN）模型判别高绿（浙）模型判别高绿（浙江）、毛尖（福建）、云雾绿茶（黄山）、青峰（茅江）、毛尖（福建）、云雾绿茶（黄山）、青峰（茅山）、和炒青绿茶（镇江）山）、和炒青绿茶（镇江）5 5种不同品种和产地的绿种不同品种和产地的绿茶。此外，也可利用光谱技术和矿质元素分析方法对茶。此外，也可利用
26、光谱技术和矿质元素分析方法对茶叶中的成分进行分析，根据建立的模型对茶叶的品茶叶中的成分进行分析，根据建立的模型对茶叶的品种进行鉴别。种进行鉴别。中国药典高效液相色谱方法图谱库http:/www.yaojia.org/forum-viewthread-tid-21250-fromuid-1023.html前前 景景 中药指纹图谱质控技术是中药质量标准现代化的突破口，中药指纹图谱质控技术是中药质量标准现代化的突破口，将现代分析学的优秀成果与中医药整体综合观有机融合，有将现代分析学的优秀成果与中医药整体综合观有机融合，有效地运用了全面质量管理的理念，能对中药复杂体系特性作效地运用了全面质量管理的理念
27、，能对中药复杂体系特性作出科学的表达。可用于成品质量、工艺操作、原料材料的质出科学的表达。可用于成品质量、工艺操作、原料材料的质量控制和监测，使其符合量控制和监测，使其符合GAPGAP的质量要求。的质量要求。 这对企业的发展提高竞争力是极为有利的，也是我们推这对企业的发展提高竞争力是极为有利的，也是我们推行中药指纹图谱技术，提高中药质量评价技术水平和科技含行中药指纹图谱技术，提高中药质量评价技术水平和科技含量，使其为国际社会所公认，实现与国际双向接轨，挤身国量，使其为国际社会所公认，实现与国际双向接轨，挤身国际市场，把中药产业做大做强的根本目的之所在。际市场，把中药产业做大做强的根本目的之所在。 指纹图谱的建立虽然处于初步的探索阶段，还存在着许指纹图谱的建立虽然处于初步的探索阶段，还存在着许多困难，如中药化学成分的不确定性，与药理作用的相关性多困难，如中药化学成分的不确定性，与药理作用的相关性和与实验条件的一致性等等。但是随着中医药现代化的发展，和与实验条件的一致性等等。但是随着中医药现代化的发展，必然将发挥更大的作用。必然将发挥更大的作用。谢谢观赏！
