基于仿生嗅觉和核方法的中药材鉴别研究

中药材是我国中医最重要的物质载体,担负着中华民族几千年的治病治疗和养生健身的重任。即使是在今天的西医社会,中医仍然是许多中国人和海外华人的重要医疗与养生方式。道地中药材是指那些具有中国特色、传统公认、来源于特定产区的名优正品药材。但由于药材种类繁多、来源复杂,许多药材品种道地药材的伪劣品频繁出现在药材市场上,导致药材市场混乱,从而使人们的健康和财产蒙受损害。因此,道地药材质量的可控性研究一直是中医药界的热门课题。“鼻闻”法是传统的中药材鉴别方法之一,本文提出用仿生嗅觉技术以模拟人的鼻子,通过中药材的挥发性气体信息来建立一种检测、鉴别各品种道地药材的新方法。 本课题首先筛选出佛手、山奈、益母草、干姜、柴胡、薄荷、砂仁和苡仁等八种中药材样品作为研究对象,采用仿生嗅觉技术和核方法来实现相应品种道地药材的分类鉴别,研究结果如下： (1)采用便携式电子鼻PEN3对中药材样品进行气味检测,并根据检测所获得数据通过构建可直观地反映各种样品挥发性气味特性的雷达图谱,分析了中药材响应特性曲线、雷达图谱与中药材品种、采收期和产地(道地药材)等因素的关系。 (2)根据PEN3传感器阵列对各组中药材样品响应曲线的趋势和变化情况,先后提取了采样全过程中的平均值、最大响应值和标准差等三个静态特征参数向量以及各传感器在稳态响应时间间隔内的平均值和各传感器响应值中方差最大时刻的响应值等二个动态特征参数向量,合共五个特征子集来构成原始特征参数向量进行后续的模式识别处理。 (3)根据核方法的理论,选择了二次型核函数、d阶多项式核函数、径向基核函数等三种核函数,并分别设定三组相关参数,然后对同一组实验数据进行处理,分析了各种核函数在不同的参数下的处理结果,最后和PCA+LDA方法的分析结果作比较。总体上,基于核函数的处理方法优于PCA+LDA处理方法。而在基于核函数的处理方法中,基于径向基(高斯)核函数(当参数σ为50时)的Fisher判别分析的结果最佳,其次是基于二次型核函数(当参数c为20时)的Fisher判别分析,而基于d阶多项式核函数的Fisher判别分析的分析结果皆不理想。(4)采用基于径向基(高斯)核函数(当参数σ为50时)的Fisher判别分析方法,实现了对同一采收期不同种类的中药材的分类鉴别、同一采收期不同产地的中药材的分类鉴别和同一产地不同采收期的中药材的分类鉴别等三组中药材样品的分类,对各组待测样品的最终识别率均为100%。 结果表明,采用便携式电子鼻PEN3能够准确地实现道地中药材的分类鉴别。