中药材品质无损检测技术研究进展.docx

目前中药材品质检测的方法主要分为有损检测和无损检测两类。有损检测即常规检测方法，包括气相色谱法、高效液相色谱法、高效液相色谱-质谱联用法等，这些方法可以对中药材品质进行检测,但是检测的周期长,成本高，并且对中药材具有破坏性，不适合现场的快速检测.无损检测包括X射线技术、计算机视觉技术、核磁共振技术、近红外光谱技术、高光谱成像技术、太赫兹光谱技术等.X射线技术X射线技术已广泛应用于中药材的质量检测，其不但可以实现中药材品质的定性分析，还可以实现定量分析.如Ye等采用同步辐射X射线同轴相衬显微层析法探究野山参的特征结构，从而获得了野山参草酸钙簇晶的三维显微结构、体积大小等定量信息.中药材微量元素的量化分析有助于处方计量的确定和给药时间标准的制定。PraSad等采用粒子诱导X射线发射(PIXE)技术实现了对具抗牺尿病活性的药用植物进行微量元素量化分析。X射线技术的检测速度较快，可实现中药材的内部可视化分析，但是X射线设备较为品货，还会对人体产生辐射。计算机视觉技术计算机视觉技术是通过获取中药材的显微纹理、形状、颜色等特征来实现中药材品质检测.牛膝和川牛膝两种近缘中药材组织形态较为相近，传统主要依据性状和显微鉴别法进行鉴别0王耐等将中药材样品性状和维管束组织特征参数输入反向传播神经网络（BPNN）模型进行模式识别，平均识别率达到100V颜色也是中药材质量标准中的重要内容，传统的中药材颜色检测大多依靠人的感仃来进行评估，但是由于受到人为、环境等因素的影响，感官评价的结果往往不客观且重现性差。杨添钧研究采用自制的数码摄像箱对枸杞子等14种中药材进行图像采集，选取中药“五色”颜色特征值输入判别因子分析（DFA）判别模型，所有中药材的判别正确率分布在73.3：凫100%之间，可实现对中药材的数字化区分，具有一定的推广价值。微红花在舒筋活络、保护心脑血管等方面具有一定的疗效，其价格比较昂贵，对其进行品历分级非常重要>Kiani等提出了一种基于计算机视觉技术的藏红花表征方法：藏红花颜色与其产地位置、某些化学属性之间存在着一定的相关性，通过采用图像处理技术和多变量数据分析可实现时做红花的品质和新鲜度的预测。此后，Kiani等又研究采用计算机视觉技术结合电子鼻（E-nose）时敝红花进行掺假鉴别，提取每个样品的颜色和香气特征变量，采用支持向量机（SVM）和主成分分析（PCA）对藏红花识别，成功率分别为89%和100%。核磁共振技术核磁共振技术不仅可以对中药材进行全成分指纹图谱研究，还可以进行中药材成分含量测定，是评价中药材品质的有力手段。狭叶红景天和长鞭红景大都是藏药，但是它们的药效成分等方面差异较大,如果混用会影晌红景天临床用药的安全性。采用IH-网R技术采集长鞭红景天和狭叶红景天中药材信息，采用化学模式识别中的乂序聚类分析<HCA）,主成分分析（PCA）、偏最小二乘法-判别分析（P1.S-DA）,正交的偏最小二乘法-判别分析（OP1.S-DA）进行识别，结果表明OP1.S-I）R识别效果最佳.番荔枝科植物中含有的番荔枝内能具有抗癌作用，研究采用定量核磁共振（qNMR）对其进行了定量检测分析，结果表明该方法检测速度快，并且可以同时检测多种分析物，采用IHFMR技术对马钱子种子和茎中的番木鳌碱和马钱子喊进行定量分析，该方法可以在不需要参考生物联校准曲线的情况下对番木然底和马钱子被实现快速、准确的区分。银杏内酯化合物属于苗类化合物，白果内酯、很杏内丽A、银杏内幅B、银杏内赭C的差别在T含有的羟基数目和羟基连接的位置不I小采用IH-NMR技术对银杏叶和没有经过色谱净化的6种银杏产品中4种银杏内酯类化合物进行定量分析，结果在5分钟内即可检测出各种内胎的含垃.近红外光谱技术近年来，近红外光谱（NIRS）在制药工业中获得了广泛的认可，包括原料测试、产品质量控制和过程监控等.N1.RS技术也可应用于中药材真伪鉴别、产地分析等。采用NIRS技术结合OPUS软件建立了厚朴中药材鉴别模型，将光谱经过一阶导数和矢量归一处理之后，输入标准算法和因子化法所建立的模型，结果表明正品和伪品厚朴判别准确率都达到100K何首乌与同科同属的伪品冀蓼、毛脉蓼外形类似导致难以区分，与混沿品白首乌也经常发生.混用现象。韩莹等采集何首乌和制首乌样品以及其伪品白首乌、袋蓼,毛脉蓼的近红外光谱信息，采用矢量归一化方法进行预处理，最后将数据输入OPUS软件建立的何首乌定性判别模型和一致性检验模型，结果表明所建模型能够有效对何首乌真伪进行鉴别。不同产地的雪莲花由于其受到地理因素等方面的影响，其有效成分的含量也不尽相同。赵杰文等对来自4个不同产地的雪莲花样本采集近红外光谱信息，采用正态变量变换（SNV）、多元散射校正（MSC）、一阶导数和二阶导数对光谱数据进行预处理，最后将数据输入K-最近邻域（KNN）模型中，结果表明SNV+KNN方法对雪莲花的产地的交叉验证识别率为100%预测准确率为100机丹参与紫丹参虽然具有类似植物形态和生物活性，但临床上不能相互替代使用。Ni等采用NIRS技术实现了对丹参和紫丹参的鉴别，并且发现两种中药不仅在近红外光谱上存在差异,在亲脂性成分的种类和数量上也存在差异.针对单一中药材进行鉴别和分析相对来说比较容易，然而很多情况卜所针对的研究对象是中药材的混合物，传统的“先分离后分析”的方法在实际应用中具有局限性。彭惜媛采用NIRS技术采桀12种种子类中药材的光谱信息，分析各中药材谱图的出峰位置、数量和强度，找出每种中药材间具有的共性以及差异性，实现/对中药材混合物进行鉴别.近红外光谱技术也能够实现对中药材的定量分析。采集侧柏和辣木茎、叶的近红外光谱信息，采用SNV和一阶导数方法对光谱数据进行预处理，然后输入P1.S模型预测总多酚含量（TPC）,结果表明辣木叶片中TPC含燧最高，侧柏茎中TPC含放最低，该结果与fo1.in-CioCaIteU试剂法基本一致.另外，近红外光谱技术也能够实现对中草药提取过程（HEP）的有效监控。由于受到批次和质量的波动性的影响，HEP很难得到有效监控.收集大量HEP的光谱和质址数据信息，所有光谱信息经过MSC和信息变量选择后输入偏最小二乘回归（P1.S）模型中，并且与先验知识相结合，最终实现了HEP在线监测.商光谱成像技术高光谱成像技术在医药和生物领域得到了广泛的应用，它可以对选定波长的样品进行成像，能蜉准确反映出所测样品的物理和化学信息，采用高光谱成像技术可以实现对中药材的鉴别和有效活性成分含量的无损检测。采用数据校正技术对嬴光谱数据进行预处理，采用P1.ST)A模型可准确地对Sce1.etiumtortuosum和SCeIetiUmCraSSiCaUIe进行分类,准确率大于94%。Tankeu等采用高光谱技术结合PIS-DA方法对广防己与粉防已进行鉴别，准确度达到99%,并且可以检测大于10%的掺假情况。采用高光谱成像技术采集4种不同草药茶及其不同比例混合物的高光谱图像信息，先将：维光谱数据降维到二维数据,然后采用MSC.SNV和SG(Savitsky-Go1.ay)卷积平滑法进行数据预处理，采用PCA进行数据提取，最终以P1.S-DA模型成功检测J'每一种混合物的成分并精豳地测定了混合比例。采集八角茴香和日本莽草的高光谱图像信息，采用PCA对高光谱图像进行降维处理，采用P1.ST)A模型对两种中药材进行鉴别，该模型对八角茴香的预测准幽率为97.85%,对日本莽草预测准确率为98.42%。高光谱成像技术不但能够实现中药材品质的定性分析，也可以实现定珏分析.银杏叶中主要的活性成分是总黄酮，张第涛采用高光谱图像技术实现了银杏叶总黄朋的定量分析，并实现广黄削含量在叶片中分布的可视化，为银杏叶黄削含量的无损检测提供了依据。枇杷叶常含三菇酸类化合物，具有抗编、抗肿痛等多种生物活性。邹小波等首先将提取的批杷叶高光谱数据进行SNY预处理，然后采用联合区间偏最小二乘法(SiP1.S)进行预测，实现了对枇杷叶中三砧酸的快速测定。太替兹光谱技术太赫兹光谱技术可通过探测分子内振动和转动能级等参数，有效鉴别结构和功能相似的物质.由于光子能量低，其不会破坏检测物质的成分.采用太林兹波光谱对3种易混淆中药材(白英、龙葵、寻骨凤)进行鉴别，在0.21.2THz范围内获得光谱信息,采用PCA进行数据降维,分别应用SVM、决策树(DT)和随机森林(RF)分类算法对中药材进行鉴别，结果表明PCA-RF法预测效果最佳，准确率达到99%.杨玉平等采用太赫兹光谱技术采集藏红花和天然牛黄及其伪品的光谱数据，将光谱数据经过SG平滑预处理，利用PCA提取前两个主成分的得分值作为特征数据，然后将特征数据通过FiSher诊断线进行判别分析，结果微红花和草红花分类鉴别准确率均为1期，人工牛黄和天然牛黄的分类鉴别准确率分别为100。和90%.中药材染色剂可用以改善中药材的外观来提高消费者的购买意愿,但同时这些中药材染色剂对人们的健康和安全也构成潜在的威胁.金胺。是一种己被证实可致癌的黄色染色剂，而太赫兹波光谱技术对其定量分析提供了一种快速、有效的检测方法。采用太赫兹波光谱技术获取蒲黄与金胺0粉末不同混合比例的光谱数据，然后利用21)C()S-P1.SR模型来预测金胺0含量，结果表明该方法可快速、有效地测定金胺0的含量。拉曼光谱技术拉曼光谱学是研究物质分子的振动和转动状态的方法，通过测量拉曼散射光中特定谱成分的相对强弱，可获得被测分子或体系的相关信息，实现中药材的产地、掺伪、染色等方面的鉴别.如人参皂昔含量因人参产地的不同，在构象和浓度上存在差异而表现出独特的光谱特征，借由这些特征的存在或缺失可以标定人参产地“北沙参、峨参和桔梗3种中药材的外观相似，易混沿，万秋嫉等采用拉曼光谱技术对其进行鉴别，发现北沙参在2206cmI处出现拉曼特征峰：峨参在1050CmI和1869cm】处出现拉曼特征峰：桔梗在600CnrI和691Cnr】、1227Cnr1.处出现拉曼特征峰,通过特征峰可对3种中药材进行鉴别。张国庆等采用纸基-表面增强拉效光谱法(SERS)对染色南五味子进行快速鉴别。研究结果表明，通过比较染色前后SERS信号的变化就可将低浓度酸性红和赤群红染色的南五味子成功鉴别.另外，拉曼光谱技术也能够实现中药材的定量分析。如王清蓉等采用拉曼光谱法对丹参根鲜样的不同植物组织进行原位检测，探明/丹参酮类成分在丹参根中的分布情况，并发现丹参雨类成分的分布与周皮细胞颜色分布之间呈正相关性。结论近年来中药材无损检测技术得到了广泛的应用,而每一种无损检测技术都有其优势和劣势，技术的选择需要以中药材的品种、性状等参数为基准；选用不同的技术也会对检测的效果产生一定的影响.R1无权带植木化.*“分析整奥第苏博XMtttt<叫真理内心m种彩必可楂化二番情格Mar第餐附Mtc""3计IT根植电檀木墙及快或未依RP；发育欢f犹力修HttiUSIttniviurnV，欧、，废曲,，方(。喊0均&也篇彳悔化程厦客,血量近t1.”尼糖米可以实jt,b女Natv快速匕禽Jt嶷出我求找归.、力f6RH*)笠体站构tr用时识牖橙及。出育九曜或像我去及供择箝丸信em*xg发实时.学“数.在终分断Q8位格吊f1.hH量大W/优化我未修.也假刑QKttfVMHHHnKA“簸无曲找去图像份蟒本依岛篇tt12Q汝H均力拘塔时代“仅小时牌“州|侬*化俭做出相的内和分听.tfttwft.÷*8好样本12为愉格卡R文修“删霍网快也.w,可用水溶液例分析*不受体箫Ii1.t立文化电".5峙限一央收达伶定“允»11受公碣箝作!，无损检测技术在中药材品质检测领域的发展亦存在一些不足之处，今后可从以下4个方面进一步发展完善：(1)与深度学习融合建立中药材品质检测数据库，采用深度学习经怯对中药材品质检测大数据进行处理，以此使中药材品质检测更加智能、准确.(2)模型可移植现今的无损检测模型基本上不具有普适性，导致开发成本过离，未来可向普适或者局部普适模型方向发展。(3)中药材完整性。目前采用无损检测技术对中药材品质进行检测时，大多数的研究都将中药材样本进行粉碎，此种方式严格来说不属无损检测，更不利于中药材品质检测的便捷性。随着技术的发展，将可能向不粉碎样品的其无损检测方向发展，实现中药材品质的大规模、快速、无损检测.(4)经济适用性现今无损检测设备价格较高，不具有大规模推广意义，未来可向实时、低成本和高效率检测设备发展。