指纹图谱测定方法及研究进展

刘健

（辽宁省农业科学院蔬菜研究所，辽宁沈阳110161）



·研究综述·

指纹图谱测定方法及研究进展

刘健

（辽宁省农业科学院蔬菜研究所，辽宁沈阳110161）

摘要：本文综述了指纹图谱的测定方法，重点介绍了薄层色谱（TLC）、高效液相色谱（HPLC）和气相色谱（GC）技术及其应用现状；并且对指纹图谱信息处理的主要技术聚类分析法和主成分分析法进行了概述，为指纹图谱技术在作物上的应用提供了参考。

关键词：指纹图谱；薄层色谱；高效液相色谱法；气相色谱；分析方法

指纹图谱技术是运用现代分析技术得到的能够标示某些复杂天然植物的色谱或光谱的图谱，最终用于评价其质量的科学方法［1］，是近年来伴随着现代仪器分析技术及信息技术的发展而产生的在复杂物质的质量控制中具有广泛应用的1项新技术，是对物质或者样品进行全面的、定量的物质鉴定和质量控制的1种手段，以真实性、同质性来评价产品质量及稳定性，已广泛应用于食品、药品等很多领域。

1　指纹图谱的测定方法

指纹图谱通常通过使用色谱和光谱等仪器获得。色谱法包括传统的薄层色谱法（TLC）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法（GC）、高效毛细管电泳法（HPCE）和高速逆流色谱（HSCCC）等，光谱法包括紫外光谱法、红外光谱法、X射线衍射法和近红外光谱法等，还有其它波谱方法，如核磁共振法、质谱等［2］。现阶段，TLC、HPLC和GC色谱技术为公认的3种常规的分析手段，是目前研究指纹图谱优先考虑的方法［3］。

1.1薄层色谱（TLC）指纹图谱

薄层色谱（TLC）因其具有操作简单、快速可靠、适用范围广等优点成为常用的测定指纹图谱的方法，它利用中药各成分性质上的差异在薄层上分离后相对位移值的不同进行鉴别［4］。TLC的优势是能够提供直观形象的可见光或荧光图像，配合色谱扫描或数码处理后可得到不同层次的轮廓图谱和相应积分数据。但由于TLC是1种开放的色谱系统，受外界因素影响较多，因此重现性与精密度差，不能完全满足指纹图谱研究的要求，所以目前有关薄层色谱指纹图谱的研究较少。

周漩等［5］用乙酸乙酯提取不同产地高良姜样品黄酮类有效成分并以薄层色谱法进行分离分析，建立其TLC特定指纹图谱，以薄层色谱扫描法对色谱图进行定量的扫描，结果用主成分分析法进行处理，并从整体上比较各特定指纹图谱的差异。研究表明，TLC指纹图谱可有效对高良姜进行产地鉴别及质量评价。关明［6］等运用TLC对不同地理群居的大蒜进行了比较分析，通过分析TLC指纹图谱的相似度，发现不同地理环境条件下的大蒜在活性成分的相对含量上有不同程度的差异（基本分为5类），同时TLC指纹图谱可作为分析大蒜来源和质量控制的重要依据。

1.2高效液相色谱（HPLC）指纹图谱

高效液相色谱（HPLC）适合分析复杂体系，通过与不同检测器联用，有针对性地检测分析复杂体系中的不同化学成分，具有高速、高效、高灵敏度、重现性好等特点，且不受样品挥发性和热稳定性的限制。大多数成分均可在HPLC上进行分析检测，因此HPLG成为指纹图谱中应用最广的一类。

张聪［7］等采用HPLC指纹图谱法对不同品种的中国红参和高丽红参进行了对比研究，发现不同品种的中国红参和高丽红参的色谱峰重叠率低，仅为60%左右，故用HPLC指纹图谱可作为区分不同的红参品种的重要依据。游松等［8］采用HPLC法对银杏叶注射剂进行了指纹图谱研究，结果发现所有参数均符合国家食品药品监督管理局关于中药注射剂的技术要求。

1.3气相色谱（GC）及气相色谱-质谱联用（GC/ MS）指纹图谱

GC是1种以气体为流动相的柱色谱法，多用于挥发性物质的分离检测，具有高效、高专属性、高灵敏度、分析速度快等特点。GC不仅可以分析有机物，还可以分析部分的无机物，具体应用时多与质谱技术联用，即气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）。

黄天来等［9］研究了生姜所含挥发油成分的GC指纹图谱。结果表明，生姜挥发油成分指纹图谱由5组峰群组成，各组峰群清晰可辨，分离度较好。该方法准确简单，为生姜的鉴别和质量评价提供了依据。刘伟等［10］采用GC法建立了怀菊花挥发性成分的指纹图谱，共确定了27个共有峰，为怀菊花的质量控制标准提供了有效的方法。曹慧等［11］在桂花品种香气成分的GC-MS指纹图谱研究中发现金桂中的香气组分最多，丹桂中最少，3个桂花品种均含有的香气组分为顺-罗勒烯、乙酸-4-己烯酯、顺-芳樟醇氧化物、反-芳樟醇氧化物、β-芳樟醇、α-紫罗酮和β-紫罗酮。运用相似度评价法和主成分分析法对桂花香气成分的GC-MS指纹图谱进行判别分析可准确归类鉴别出不同品种的桂花样本。

2　指纹图谱的数据处理方法

对指纹图谱的数据处理必须依靠统计学和计算机方法，海量、多维的原始数据经过统计学软件的分析才能得到适合的、能充分反应差异以及统一性的结论。因此，在得到样品的指纹图谱信息后如何计算各图谱间的相似度、量化他们之间的差异是关键环节之一。目前，用于指纹图谱信息处理的主要技术有聚类分析法、主成分分析法等。

2.1聚类分析法

聚类分析是把未进行信息分类的资料按相似程度归类。聚类分析所用的方法大致分为两类：系统聚类法和非系统聚类法。对同一数据选用不同的聚类方法进行分析得到的结果很有可能不同，只有选用合适的聚类分析方法才能得到理想的处理结果［12］。邢旺兴等［13］对红曲基原菌的鉴别采用了GC—模糊聚类分析法，具有一定的实用价值。李玉锋等［14］利用HPLC法分析测定了11种贝母样品，根据得到的HPLC图谱对不同化学组分的保留时间、相对峰面积采用化学计量学方法计算相邻两个色谱峰分离的程度和质量，并进行聚类分析。结果证实聚类分析的结果与其植物学分类是相一致的。

2.2主成分分析法

在研究中会经常遇到多指标问题，指标间往往存在一定相关性，直接分析可能会导致多元共线性而不能得出正确结论。主成分分析利用降维思想通过线性变换将原始数据中的多个指标组合成相互独立并能充分反映总体样本信息的几个少数指标，既不丢掉主要信息又能避免共线性的问题。主成分分析只能作为中间手段，提取出的主成分只要能包含主要信息即可，便于进一步分析，不一定有准确的实际意义［12］。

曹慧等［11］在桂花品种香气成分的GC-MS指纹图谱研究中以特征峰的相对峰面积作为参量，分别利用指纹图谱相似度评价法和主成分分析法对桂花样本进行归类和鉴别，对我国桂花资源开发利用提供了重要的科学根据。

植物指纹图谱技术已有许多成功应用的先例。随着仪器分析及指纹图谱技术的日渐成熟，借助指纹图谱技术对作物进行质量控制和定位就显得尤为重要。因此，对作物中芳香类物质标准指纹图谱的研究及致香物质对作物质量稳定性控制的方法研究，定将成为作物品质判断及风格特色定位等领域研究的重点。

参考文献

［1］刘帅帅.烤烟GC/MS指纹图谱构建与验证［D］.中国农业科学院，2012.

［2］罗莎.四种红木抽提物的FTIR与GC-MS指纹图谱鉴别研究［D］.中南林业科技大学，2013.

［3］周玉新.中药指纹图谱研究技术［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［4］武炕，黎晓敏.中药指纹阁濟的研究进展［J］.海南医学院学报，2005，11（6）：549～552.

［5］周漩，梁汉明，玛毅凡，等.高良姜薄层色谱特定（指纹）图谱的研究［J］.药物分析杂志，2005，25（8）：916～919.

［6］关明，王凤琳，陈坚.不同地理居群大蒜药材高效薄层色谱指纹图谱研究［J］.药物分析杂志，2011，31（10）：1924～1929.

［7］张聪，王智华，金德庄.中国红参与高丽红参的指纹谱（HPLC-FPS）比较研究［J］.中成药，2001，23（3）：160.

［8］游松，王亮，蒋雅红，等.银杏叶注射剂指纹图谱研究［J］.中草药，2003，33（3）：216～218.

［9］黄天来，洪馨，王宁生.生姜挥发油成分气相色谱指纹图谱研究［J］.中药新药与临床药理，2003，14（2）：123～124.

［10］刘伟，邢志霞，陈志红，等.怀菊花挥发性成分的GC指纹图谱研究［J］.中草药，2007，38（8）：1174～1177.

［11］曹慧，李祖光，沈德隆.桂花品种香气成分的GCMS指纹图谱研究［J］.园艺学报，2009，36（3）：391～398.

［12］孔维婷.信阳毛尖香气特征及其成分GC-MS指纹图谱的研究［D］.西南大学，2012.

［13］邢旺兴，必鹤鸣，陈斌等.气相色谱一模糊聚类分析法用于红曲基原菌的鉴别［J］.中国中药杂志，2000，25（6）：329～333.

［14］李玉锋，颜舫，唐琳.化学计量学方法应用于贝母化学特征指纹图谱的研究［J］.中药材，2006，29（3）：216～218.