专利名称：中药色谱指纹图谱特征数字化和全定性全定量质量控制方法
技术领域：
本发明属于医药技术领域，确切地说它是中药色谱指紋图谱质量控制 技术的理论控制方法，即中药色谱指紋图谱数字化控制方法和全定性全定 量相似度质量控制方法。
背景技术：
中药是我囯医药中具有自主知识产权的魂宝，加入世贸组织后，是最 有竟争力的品种。制约我国中药产业的瓶颈是中药质量控制，严重影响了 中药的出口。指紋图谱是当前国际公认的最有效的全面反映天然药物质量 的最可靠控制技术，所有中药材和中药制剂采用指紋图谱控制技术是必由 之路，是中药走向世界的前提条件。在21世纪全面控制天然药物的质量成 为现实，指紋图谱质控技术植根于生产实践，具有通用性和实用性，是控 制天然药物质量的首选技术。由于中药指紋图谱结果是一个巨大的潜信息 库，以HPLC、 GC、 HPCE、 TLC等色谱方法为主要手段，包括质谱和光谱等 多方面的大量信息，必须采用多维数据处理的方法和理论，结合不断发展 的计算机技术和化学计量学手段，对大量信息提取、加工、精练，才能从 多维角度揭示中药色谱指紋图谱所具有的特征和很好地控制中药的质量。 目前囯内外关于中药指紋图谱定量相似度控制方法是一个空白，有关定性 相似度的质量控制方法有很大缺陷，本发明很好地解决了中药色谱指紋图 谱定性定量控制问题，公布了全定性和全定量相似度质量控制技术。
发明内容
本发明公开了 一种中药色谱指紋图谱数字化控制方法，其37个特征指 标结合计算机软件技术用于中药材、中药提取物和中药制剂以及植物药的 生产质量控制。同时公开了中药色谱指紋图谱全定性全定量相似度质量控 制方法。本发明包括如下几个方面一、中药色谱指紋图谱数字化指标1检测波长A,用来揭示指紋峰紫外吸收情况；2指紋峰总数/7,说明共有峰容量；3指紋峰基线分离() > 1. 5 )峰对儿数顶，它直观反映分离情况；4有效分离率/ ,"=」~它简明指出分离好坏；5指紋信号均化系数 — 1K,为向量p(l,l，l，…，l)和指紋向量,- C^^，^，…，A)之间的夹角余弦值，A代表峰面积，K也可以用向量^(1，1，1，…，l)和指紋向量^ =A)之间的夹角佘弦值表示，A代表各共有峰面积分数， y=["^>,2]4， K越接近l,则指紋信号平均化越好；6指紋峰几何平均面积厶，A=^。4，它简要代表指紋信号大小；7指紋峰算术平均面积7， 7 =丄1>,,它也代表指紋峰信号大小；8峰面积比率3，所有指紋峰面积越接近,'则Ao越趋与Z相等((5越接近1)，因此5也代表信号均化性；9色谱空间占用率"，7 = ^~一xioo%,所有指紋峰峰宽之和占末峰与首峰保留时间差的百分数，它代表共有指紋峰色谱空间占用率，在各组分完全分离条件下，/7越大越好。10总积分面积和2>,，它代表各成分的总体含量和积分信号大小；ii第一强峰归一化面积12第二强峰归一化面积^/ ; 13第三强峰归一化面积^%; 14第四强峰归一化面积J/。； 15第 五强峰归一化面积^%; 16第六强峰归一化面积J//。； 17第七强峰归一化 面积^/。； 18第八强峰归一化面积A°/。，归一化面积是指峰面积的百分数， 按峰面积百分数大小统计的八强峰可概括指示重要指紋信号分布情况和大致含量分布；19三强峰比例以第三强峰面积」尸1，计算第一、二、三强峰之比，以其可控制重要指紋成分比例含量；M平均峰高存，为 共有指紋峰平均峰高，它从总体上揭示指紋信号强弱；n共有峰平均峰宽r,它可揭示指紋系统柱效情况，^越小，柱效越高；22最强峰柱效7K,以积分面积最大指紋峰计算的理论板数，它约为系统最低柱效；23总分离 度和2>,，为各峰间分离度之和，它代表系统分离情况，越大越好；24平 均分离度f,各峰间分离度的平均值》=丄1>,,它简要揭示分离情况(与1.5比较，可看出系统分离好坏)；25分离度均化系数r, r是向量 5=(1，1,1,…，l)和分离度向量^= 0^A，A…，A-》之间的夹角余弦 值，r越接近l，则分离度平均化越好，各峰间距越理想；"末指紋峰保 留时间7(min)，它代表分析方法的时间效率；27表观进样量( (mg)，与 一次进样量相当的原生药材(或制剂)质量(mg)， ( 越大，它说明样品含 有的化学成分含量越低；28色谱指紋图谱指数,， i^lg及-"外lg^^外l;ig4，它代表指紋信号大小、信号均匀化程度和分离/=1效率高低，^越大越好；29色谱指紋图谱相对指数,r ;F = ^ = 50"^lg4=50^glg4，它是将hg中药材(或制剂)提取物进样分离50 min后获得的尸值，它综合了指紋信号强度、信号分布均匀性、 分离效率(有效分离率和时间效率)以及原生药材(或制剂)取量等多方 面信息；30色谱指紋图谱时间校正指数尸r ^ ,;笆=50"她、_^在50 min内分离供试液获得的尸值,它揭示固定时间内系统指紋图谱指数的大小；31色谱指紋图谱表观进样量校正指数尸i7W f (e) = ^ = =外^"',它是将lmg中药材(或制剂)提取物进样后获得的^值，它综合了指紋信号强度、信号分布均匀性、有效分离率和样品提取信息丰富程度的指数；32指紋图谱总熵值《根据信息量理论，指紋图谱系统总熵值为^=-|: p>a， p/为色谱峰面积归一化值，^代表指紋图谱信息量大小，越大越好；33色谱指紋租谱信息量指数/; 指紋系统总信号强度以* = ^々.《""2 表示，两边同时取自然对数得/ = 111"-1>,1">4 ， /是单峰信息量与峰面积自然对数乘积的 总和，是总信号强度的指数，它既揭示了指紋图谱总信息量、反映指紋图 谱总信号大小，它又揭示只有在各指紋峰面积相等时可获得最大值(即信号的平均化程度)，因此/是代表指紋信号大小、信号均匀化程度和信息量多少的指数，/越大越好；34色谱指紋图谱相对信息量指数/r，由lmg中 药材(制剂)提取物进样后，50min内获得/值，,，=-5。l由'!"', /,越大越好；35色谱指紋图谱时间校正信息量指数力m，供试液进样后在50min内获得的/值，^平-4:n, 36色谱指紋图谱进样量校 正信息量指数由1 mg中药材(制剂)提取物进样后获得的/值， -ln/^ ln鴻/柳=^ = "^——；37两种指数比值w,反映二种指数间 的差异。中药色谱指紋图谱数字化控制方法以色谱指紋图谱指数^和信息量指 数/为核心，揭示色谱指紋图谱的潜信息特征(1)以，^，互反映指紋 信号大小；(2)以y，3，r反映指纹信号均化性；(3)以〃，^:及,.，》反映分离情况；(4)以#, r反映系统柱效；(5)以总积分面积和反映指紋成分 总体含量、八强峰及三强峰比反映各主要成分的含量与比例；(6)以o揭 示指紋峰的色谱空间利用率。本发明建立了能够揭示中药材或中药制剂色 谱指紋图谱的数字化判据系统，从多维数据角度、多侧面、全方位展示色谱指紋图谱系统的特征性，挖掘出有利于中药质量控制的质控数据。 二、定性相似度和定量相似度指标体系1.比率定性相似度^在指紋图谱试验中，获得药材供试液指紋向量(X,，X2，…，Xn)和对照指紋向量7 = (y,，^2,…，yn) , A禾口 Jl为峰面积计算 X与f间夹角余弦值即为定性相似度&iWt晰地揭示了供试品化学成分与对照指紋图谱化学成分在分布比例上的 相似程度，但各元素对&贡献不等，iWf特别突出了大指紋峰影响，且大指紋峰严重掩蔽小指紋峰。本发明将对照指紋向量P作A—1，1，1，…，1),样品X作A =匸！l，丑，...，i; = &,r2,... ，rj,把A与 >。间夹角余弦值定义为比率定性相似度s"(2)， S;对各指紋峰具有等权性，可灵敏监测小指紋峰缺失。2.投影含量相似度tl和模长百分比r%根据7在？上的投影为:<formula>formula see original document page 9</formula>称a为投影含量相似度。由于各批样品!均f影到F上时为5， 5与？方 向相同，二者的模长比即为o:实际上x和F大小的最简单比较即模长比见(5 )式，在^趋于0时，a= ，在i>>0. 90时zr河较好地反映样品 中各组分与对照指紋图谱之间的总体含量关系。(6)式揭示了 c《与^关系，因此o考虑了样品中各组分的含量性质同时也考虑了各组分的分布比例， 具有精确性，是利用指紋图谱进行宏观定量控制时非常优秀的指标之一。a = i> '將…...w —3.欧氏距离百分比^^和投影含量相似度误差」6^ X与？差向量；二 (x厂y" x2-y2,…，xn-yn,)的模长就是欧氏距离，能够反映样,中各组分 与对照指紋图谱中各组分的含量差距，其值"越！越，。把^与？模长百分 比值称为，氏距离百，比/%(越小越好)，表示X与F的差别大小，见(7) 式。S在？上的投映5与l們的比值恰好反映样品与对照指紋图谱的宏观含 量差别，见(8)式，它恰好是投影含量相似度的误差。万 2", 1》,x 100% = ^-x 100% = C% _ 100%... (8)4.含量相似度^和校正含量相似度^/。用A与A模长百分比值来从 总体上说明样品中各组分在多大程度上与对照指紋成分含量的接近程度， 见(9)式。P对皇能够代表指紋图谱中各组分的含量与对照指紋图谱对应各 组分的含量相似情况，称含量相似度。当考虑各成分分布比例时对(^f直进 行校正得到(10)式，显然( 4比(^i十算结果更合理些，但由于公式中的平方项影响使得二者数值常常偏高，r产O. 5-2.0时，控制的真实性会更好些。<formula>formula see original document page 10</formula>5. 宏观含量相似度i^和定量相似度户f样品共有指紋峰总积分面积与对照指紋图谱的指紋峰总积分面积的百分比值A《称为宏观含量相似度，可宏观判定二者含量差异。相加时不同指紋峰面积有互相抵偿作用， 应进行相似度&校正， <formula>formula see original document page 10</formula>则得到定量相似度户<formula>formula see original document page 10</formula>户聘虑了不同组分的分布比例， 控制准确性好于W《，特别在5V较低时影响明显。6. 平均质量百分数#鄉校正平均质量百分数#4求A各元素"均值<formula>formula see original document page 10</formula>对其进行定性相似度&校正，则膝. #务…—(14 )，称为校正平均质量百分数膝发#鄉#4能比较简洁地描述样品与对照指紋图谱间的含量相近'廣况。三、中药色谱指紋图谱全定性全定量相似度质量控制方法 l.描述化学成分分布的全定性相似度在色谱指紋图谱研究中，根据^受大指紋峰影响严重，很难反映小指紋峰丢失；比率定性相似度《对所有 指紋峰具有等权性，但反映大指紋峰变动不灵敏。因此由&与&联合构成 全定性相似度可兼顾监测指紋祖谱中大指紋峰和小指紋峰变动与缺失。2.描述化学成分总体含量的全定量相似度在色谱指紋图谱研究中，投影含量相似度,考虑了各组分含量同时也考虑了各组分分布，能清晰反 映供试品化学成分与对照指紋图谱化学成分在总体含量上的相似度，但受 大指紋峰影响严重，难以反映小指紋峰丢失而具片面性，其与&具有相关 性。由于宏观含量相似度iMT是以峰面积一次方形式定量控制样品指紋成 分总体含量，再用描述成分分布比例的&校正后得到定量相似度户，，因校 正了不同峰积分相加而产生的抵偿作用，因此能很好地反映组分的分布比 例和含量性质。/^对所有峰积分值具有等权性，能较好反映大指紋峰和小 指紋峰含量变动。c，与/^构成全定量相似度，用来兼顾监测色谱指紋图 谱中大指紋峰和小指紋峰的含量变动与缺失。全定量相似度也可以是/r，与 ^《或。《与#泉或( ^与*《的组合。中药样品①全定性相似度^和《,都大于o. 9,②全定量相似度d和户《(或妙与A泉或( 》与#泉或&《与#4)都为90% ~ 110%，③全定量相 似度组内误差小于10%,以上三个条件为中药样品质量合格的控制标准。本发明用37个量化指标揭示中药指紋图谱的超信息特征，建立了能够 揭示中药材或中药制剂色谱指紋图谱超信息特征的数字化判据系统，从多 维数据角度、多恻面、全方位展示色谱指紋图谱系统的特征性。将此方法 用于中药材或中药制剂的指紋图谱评价及其试验条件的确认评价，使不同 条件下实验结果具有量化参考指标，具有很好的实用性，所应用的定性相似 度和定量相似度指标对在中药指紋图谱的全定性全定量控制中发挥了很大 的作用。
图1为样品指紋向量和对照指紋向量图具体实施方式
1、 使用中药色谱指紋图谱数字化控制方法即用37个特征参数，从多 侧面、全方位揭示中药色谱指紋图谱的浅信息特征。使用上述指标通过汇 编计算机软件来实现控制中药材、中药提取物和中药制剂以及植物药的质量。2、 以"、4、 y，5，r， M r、,、尸r、 /、 /r等指标单独或部分 指标进行中药材、中药提取物和中药制剂的生产质量控制，以此37个特征 参数或其中 一部分汇编计算机软件。3、 将宏观含量相似度^^、含量相似度( 泉校正含量相似度&，、投影 含量相似度O;定量相似度尸l、模长百分比n平均质量百分数^泉校 正平均质量百分数浙A 8个定量相似度指标应用于中药材、中药提取物和 中药制剂以及植物药生产质量控制和汇编评价软件。4、 使用W、 (^、 ^复(X户《n #众^^中任何一个参数或其中 的几个参数同时作为生产控制指标和汇编评价软件5、 比率定性相似度&参与定性相似度评价或汇编软件，进行中药材、 中药提取物和中药制剂以及植物药生产质量控制。6、 中药全定性全定量相似度质量控制方法，即由&与&同时使用构 成全定性相似度监测大指紋峰或小指紋峰的变动与缺失；由<^与/%，或 將与i 泉或d与鄉，或&%与怂^等指标四种组合中任意一组构成全定量 相似度来同时监测大指紋峰和小指紋峰宏观含量变动。由上述全定性相似 度和四种全定量相似度中的任意一组构成全定性全定量相似度质量控制方 法来实现中药材、中药提取物和中药制剂的生产质量控制及汇编评价软件，7、 样品全定性相似度5^和&都大于0. 9，全定量相似度C%和戶％(或 將与W泉或。%与J汰或。^与龄幻都为90% ~ 110%,定量相似度组内误 差小于10%为合格控制标准。
权利要求
1、中药色谱指纹图谱特征数字化和全定性全定量质量控制方法，其特征在于它用37个特征参数，揭示中药色谱指纹图谱的超信息特征和双定性双定量相似度方法分别与计算机软件技术结合，实现控制中药材、中药提取物和中药制剂以及植物药的质量。
2、 根据权利要求1所述的中药色谱指紋图谱超信息特征数字化和全 定性全定量质量控制方法，其特征在于以/7、 4、 y，夂r， "， ,、 尸、尸r、 /、 /r、总积分面积和三强峰比单独或部分指标进行中药材、中 药提取物和中药制剂的生产质量控制，以此37个特征参数汇编计算机软 件。
3、 根据权利要求1所述的中药色谱指紋图谱超信息特征数字化和全 定性全定量质量控制方法，其特征在于将含量相似度PI宏观含量相 似度W《校正含量相似度^！投影含量相似度^、定量相似度？见模 长百分比/T/。、平均质量百分数#泉校正平均质量百分数浙《、欧氏距离 百分比^^和投影含量相似度误差」O10个定量相似度用于中药材、中药提取物和中药制剂以及植物药的生产质量控制和汇编计算机软件。
4、 根据权利要求3所述的中药色谱指紋图谱超信息特征数字化和全 定性全定量质量控制方法，其特征在于使用休C夂M、 a、 M、 ^ #4、 M和」《其中任何一个参数或其中的几个参数作为生产控制指标和 汇编中药指紋图谱计算机评价软件。
5、 根据权利要求1所述的中药色谱指紋图谱超信息特征数字化和全 定性全定量质量控制方法，其特征在于以比率定性相似度&参与通过 计算机软件技术，实现中药材、中药提取物和中药制剂以及植物药的生产质量控制和汇编中药指紋图谱计算机评价软件。
6、 根据权利要求1所述的中药色谱指紋图谱超信息特征数字化和全 定性全定量质量控制方法，其特征在于由^与^同时使用构成双定性 相似度监测大峰或小峰的变动与缺失，由Ci与/%(或由i^与#幻构成 双定量相似度来监测大峰和小峰的含量变动，四者构成双定性双定量相似 度质量控制法来实现中药材、中药提取物和中药制剂的生产质量控制和汇 编中药指紋图谱计算机评价软件。
7、 根据权利6所述的中药色谱指紋图谱超信息特征数字化和全定性 全定量质量控制方法，其特征在于样品定性相似度&和^都大于0.9、 定量相似度C《和户鄉为90%~110%， 5>和&、 C》和/^的组内误差小于 10%为合格的控制标准。
全文摘要
本发明公开了一种中药色谱指纹图谱超信息特征数字化控制方法，其37个特征指标结合计算机软件技术用于中药材、中药提取物和中药制剂的生产质量控制。同时公开了中药色谱指纹图谱全定性全定量质量控制方法，使用比率定性相似度S<sub>F</sub>′、含量相似度Q％、校正含量相似度Q<sub>F</sub>％、投影含量相似度C％、定量相似度P％、模长百分比W％、平均质量百分数M％、校正平均质量百分数M<sub>F</sub>％、欧氏距离百分比d％和投影含量相似度误差ΔC％等指标，结合计算机软件技术用于中药材、中药提取物和中药制剂以及植物药的生产质量控制。本发明用于中药材或中药制剂的指纹图谱评价及其试验条件的确认评价，使不同条件下实验结果具有量化参考指标，具有很好的实用性。
文档编号G01N30/00GK101271092SQ20081008719
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月19日 优先权日2007年3月19日
发明者孙国祥, 毕开顺 申请人:沈阳药科大学