近红外光谱法和色差计法用于白术饮片的快速质量评价研究

本论文基于近红外光谱法和色差计法,结合化学计量学技术建立定性和定量模型,用于快速判别白术饮片的炮制程度,以及测定白术饮片中三种白术内酯的含量,以期建立一种快速、简便、可靠的白术饮片的质量评价方法。本论文已完成如下主要研究内容与成果:1.收集12批不同产地不同批次的生白术饮片,按照中国药典中麸炒白术的方法,将生白术饮片分别炮制3,6,9,12和15分钟,由临床经验丰富的药剂师将得到的60个麸炒白术样品,根据其表面颜色以及粉碎后的粉末颜色,按偏浅、适度和过深分别将样品划分为两个标签集Y1和Y2。利用色差计测定白术粉末的色差值X,将X与Y1或Y2利用偏最小二乘判别分析法（PLS-DA）,分别建立定性模型,以留一法检验,计算判别错误率（ERR）、真阳性率（TPR）、真阴性率（TNR）和F1-score（F1）等参数,以评价模型性能。结果发现,利用X-Y2所建PLS-DA模型,综合性能要优于X-Y1所建模型,这可能与生白术饮片来自不同产地不同批次,大小、厚度不均匀,导致炮制后的饮片内外部颜色存在较大差别有关。2.采集麸炒白术样品的近红外光谱X’,将其表面颜色标签集Y1与X’进行关联,建立PLS-DA定性模型。通过标准正态变量变换（SNV）、多元散射校正（MSC）、求导和平滑对X’进行预处理,考察InfFS等14种特征选择方法对模型的影响。结果发现,以1D5S或1D9S预处理光谱,以InfFS、Relief-F、MutInfFS、Fisher或CFS优选建模波段,所建立的PLS-DA模型结果最佳,对三类颜色标签的麸炒白术样品实现100%准确判别,模型的ERR值均降至0.00,TPR,TNR和F1均增加至1.00,1.00和1.00。因此,本研究所建的PLS-DA模型可以准确地区分麸炒白术样本的炮制程度,为麸炒白术的快速质量评价和控制提供一种更客观的方法。3.建立了白术饮片中白术内酯I、II和III的含量的HPLC测定方法,并进行了方法学考察;然后,对白术饮片样品的三种白术内酯含量进行了测定,记为Y3;分别与上述色差数据集X和近红外光谱数据集X’进行关联,用偏最小二乘回归法（PLSR）建立定量分析模型,考察优化了光谱预处理方法,以及粒子群优化算法和遗传算法（GA）两种特征选择方法;以决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和相对分析误差（RPD）等参数,综合评价PLSR模型的性能。结果发现,X’-Y3模型性能优于X-Y3,其中经1D9S预处理光谱和GA选择波段后的X’-Y3所建模型表现最佳,预测三种白术内酯含量的RC2和RP2均>0.95,RMSEC和RMSEP均<0.04%,MAEC和MAEP均<0.04%,且RPD均>5。因此,本研究所建的PLSR模型可以准确地测定白术饮片中三种白术内酯的含量,为白术的快速质量评价和控制提供了新方法。