基于光谱和色谱数据融合策略的青叶胆及近似种的鉴别研究
发布时间：2021-11-07 09:11
青叶胆（Swertia leducii）为獐牙菜属（Swertia）一年生草本植物,在肝炎病治疗方面效果显著。其与同属近似种外观极其相似,加之常以干燥全草入药,仅从形态难以正确鉴别。不同物种有效成分存在明显差异,其药效也有所不同。基于光谱和色谱数据融合建立青叶胆及近似种的鉴别方法,为青叶胆药用真实性与安全性提供科学依据。采集青叶胆及其近似种植物共102份样品的傅里叶变换红外光谱（FTIR）和超高效液相色谱（UPLC）指纹图谱;利用标准正态变量（SNV）、多元散射校正（MSC）、 Savitzky-Golay平滑（SG）、一阶导数（1D）、二阶导数（2D）等方法对原始红外光谱数据进行预处理,通过系统聚类分析（HCA）探讨獐牙菜属不同种类样品化学信息相似性与差异性; Kennard-Stone算法将所有样品按2∶1比例划分为训练集和预测集,训练集基于FTIR, UPLC,低级与中级数据融合建立随机森林（RF）判别模型,预测集用于验证模型预测能力,其中灵敏性（sensitivity）、特异性（specificity）、精密度（precision）和正确率（accuracy）用来评价模型性能。...
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(08)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
数据融合流程图
HCA是一种无监督的分析方法, 根据样品间化学信息相似程度的不同将其分为若干组。 图3为青叶胆与近似种基于FTIR数据的HCA树状图。 图中横坐标代表样品编号, 纵坐标为不同獐牙菜属植物间临界值距离, 距离越小, 样品相似度越高, 标红色样品代表被错分样品。 图中显示仅7个紫红獐牙菜(Sp)样品被错分, 其余4种獐牙菜属植物样品均分类正确, 正确率为93.1%。 聚类距离为25时, 獐牙菜属植物样品被分为两组, 狭叶獐牙菜(Sa)单独成一组, 表明狭叶獐牙菜与其他4种獐牙菜属植物样品化学成分差异最大; 距离为15时, 剩余4种獐牙菜属植物样品被分为3组, 第一组为青叶胆(Sl), 第二组包括川东獐牙菜(Sd)、 紫红獐牙菜和西南獐牙菜(Sc), 第三组仅包括一个紫红獐牙菜样品(Sp-1), 可能是由于个体变异导致Sp-1样品化学成分发生变化; 距离为10时, 仅包括紫红獐牙菜和西南獐牙菜, 表明紫红獐牙菜与西南獐牙菜化学组成相似, 其中小部分紫红獐牙菜与西南獐牙菜聚为一类, 可能是个体差异所致, 也有可能与两个物种亲缘关系较近有关。2.4 RF分析
采集青叶胆及近似种FTIR光谱与UPLC色谱, 采用MSC, SNV, SG, 1D, 2D等方法对原始光谱进行预处理, 对最佳预处理光谱数据进行HCA分析, 探讨5种獐牙菜属植物间的亲缘关系, 并通过FTIR、 UPLC、 低级融合与中级融合数据结合RF建立物种鉴别模型。 结果显示, SNV+SG+2D为光谱最佳预处理组合; 在此基础上进行HCA分析, 表明除紫红獐牙菜Sp-1样本外, 明显聚为5类, 其中青叶胆与川东獐牙菜、 紫红獐牙菜、 西南獐牙菜亲缘关系最近, 与狭叶獐牙菜亲缘关系最远; 中级数据融合策略结合RF建立判别模型对未知样品种类的分类正确率达到100%, 效果优于FTIR、 UPLC和低级数据融合策略, 表明中级融合利用FTIR和UPLC数据信息的互补性增加了整体化学信息, 通过对数据中有效信息的提取, 提高了青叶胆及近似种分类的正确率。 中级数据融合策略建立RF判别模型能准确区分青叶胆及近似种, 为獐牙菜属植物鉴别提供了一种有效新方法, 进一步完善了獐牙菜种类鉴别体系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]HPLC特征指纹图谱结合化学计量学比较川牛膝及其混淆品、掺混品化学成分差异[J]. 施崇精,王姗姗,程中琴,刘小妹,袁强华,刘莉,呼梅,宋英. 中国中药杂志. 2018(11)
[2]基于红外光谱法的云南重楼及其近缘种的亲缘关系研究[J]. 吴喆,王元忠,张霁,杨绍兵,张金渝,徐福荣. 中草药. 2017(11)
[3]3种獐牙菜属民族药UPLC指纹图谱研究[J]. 狄准,张霁,赵艳丽,王元忠,李鹂. 中草药. 2017(09)
本文编号：3481581
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(08)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
数据融合流程图
HCA是一种无监督的分析方法, 根据样品间化学信息相似程度的不同将其分为若干组。 图3为青叶胆与近似种基于FTIR数据的HCA树状图。 图中横坐标代表样品编号, 纵坐标为不同獐牙菜属植物间临界值距离, 距离越小, 样品相似度越高, 标红色样品代表被错分样品。 图中显示仅7个紫红獐牙菜(Sp)样品被错分, 其余4种獐牙菜属植物样品均分类正确, 正确率为93.1%。 聚类距离为25时, 獐牙菜属植物样品被分为两组, 狭叶獐牙菜(Sa)单独成一组, 表明狭叶獐牙菜与其他4种獐牙菜属植物样品化学成分差异最大; 距离为15时, 剩余4种獐牙菜属植物样品被分为3组, 第一组为青叶胆(Sl), 第二组包括川东獐牙菜(Sd)、 紫红獐牙菜和西南獐牙菜(Sc), 第三组仅包括一个紫红獐牙菜样品(Sp-1), 可能是由于个体变异导致Sp-1样品化学成分发生变化; 距离为10时, 仅包括紫红獐牙菜和西南獐牙菜, 表明紫红獐牙菜与西南獐牙菜化学组成相似, 其中小部分紫红獐牙菜与西南獐牙菜聚为一类, 可能是个体差异所致, 也有可能与两个物种亲缘关系较近有关。2.4 RF分析
采集青叶胆及近似种FTIR光谱与UPLC色谱, 采用MSC, SNV, SG, 1D, 2D等方法对原始光谱进行预处理, 对最佳预处理光谱数据进行HCA分析, 探讨5种獐牙菜属植物间的亲缘关系, 并通过FTIR、 UPLC、 低级融合与中级融合数据结合RF建立物种鉴别模型。 结果显示, SNV+SG+2D为光谱最佳预处理组合; 在此基础上进行HCA分析, 表明除紫红獐牙菜Sp-1样本外, 明显聚为5类, 其中青叶胆与川东獐牙菜、 紫红獐牙菜、 西南獐牙菜亲缘关系最近, 与狭叶獐牙菜亲缘关系最远; 中级数据融合策略结合RF建立判别模型对未知样品种类的分类正确率达到100%, 效果优于FTIR、 UPLC和低级数据融合策略, 表明中级融合利用FTIR和UPLC数据信息的互补性增加了整体化学信息, 通过对数据中有效信息的提取, 提高了青叶胆及近似种分类的正确率。 中级数据融合策略建立RF判别模型能准确区分青叶胆及近似种, 为獐牙菜属植物鉴别提供了一种有效新方法, 进一步完善了獐牙菜种类鉴别体系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]HPLC特征指纹图谱结合化学计量学比较川牛膝及其混淆品、掺混品化学成分差异[J]. 施崇精,王姗姗,程中琴,刘小妹,袁强华,刘莉,呼梅,宋英. 中国中药杂志. 2018(11)
[2]基于红外光谱法的云南重楼及其近缘种的亲缘关系研究[J]. 吴喆,王元忠,张霁,杨绍兵,张金渝,徐福荣. 中草药. 2017(11)
[3]3种獐牙菜属民族药UPLC指纹图谱研究[J]. 狄准,张霁,赵艳丽,王元忠,李鹂. 中草药. 2017(09)
本文编号：3481581
本文链接：https://www.wllwen.com/wenshubaike/shenghuobaike/3481581.html
