目标转换因子分析用于瓜蒌薤白及其组方药材的色谱峰匹配

邹纯才，鄢海燕

（皖南医学院药学院，安徽芜湖241002）

目标转换因子分析用于瓜蒌薤白及其组方药材的色谱峰匹配

邹纯才，鄢海燕*

（皖南医学院药学院，安徽芜湖241002）

目的：探求渐进窗口目标转换因子分析法用于色谱峰匹配的原理及应用。方法：采用HPLC-PDAD获取瓜蒌薤白有效部位及其组方药材瓜蒌、薤白的指纹图谱，按渐进窗口目标转换因子分析法的原理对瓜蒌薤白有效部位与其组方药材的色谱指纹图谱进行峰匹配。结果：采用该方法用于瓜蒌薤白有效部位与组方药材色谱指纹图谱峰的匹配，瓜蒌薤白乙酸乙酯部位与瓜蒌乙酸乙酯部位有22个共有峰，瓜蒌薤白正丁醇部位与薤白正丁醇部位有10个共有峰。结论：采用渐进窗口目标转换因子分析法可以快速、准确地进行不同指纹图谱间色谱峰的匹配。

渐进窗口目标转换因子分析法；瓜蒌薤白有效部位；组方药材；指纹图谱；峰匹配

瓜蒌薤白组方源于汉代名医张仲景所著的《金匮要略》〔1〕，课题组前期以槲皮素和腺苷为对照品对其进行了HPLC化学指纹图谱的研究〔2〕。在进行化学指纹特征相似度评价的过程中，因药材的多样性和实验条件的差异性，使得指纹图谱中的色谱峰会发生一定程度的偏移，给色谱峰的定性和鉴别带来困难，峰匹配成为指纹图谱相似度评价中急需解决的问题〔3-4〕。HPLC-PDAD联用为我们提供了色谱-光谱信息〔5-7〕，通过对光谱信息进行分解，可在特定条件下将抽象因子旋转变换成真实因子，以该原理为基础的因子分析方法称为目标转换因子分析（TTFA）〔8-9〕。利用渐进窗口目标转换因子分析法可实现瓜蒌薤白有效部位与其组方药材间的色谱峰匹配，为中药指纹图谱的色谱峰匹配提供了理论依据。

1 方法原理

采用HPLC-DAD获得指纹图谱1和指纹图谱2的色谱-光谱二维数据，分别为X（n×m）和Y（n′×m），其中n、n′代表色谱信息，即保留时间；m代表光谱信息，即波长。

设在指纹图谱1中待匹配色谱峰为A，起止时间点为t1、t2，

对A进行奇异值分解：

令：

其中，p为主成分数，一般为矩阵X的假秩（pseudo-rank），重构矩阵AA：

为考察指纹图谱2中是否有与色谱峰A相匹配的色谱峰，需对指纹图谱2的数据Y进行处理。

在Y中设置移动窗口w，并自第1点起移动至n′-w+1止（n′为Y的行数）。随着窗口的移动，提取的Y的数据发生如下变化：

同时对提取的Y（i）进行奇异值分解：

令：

重构矩阵YY：

从YY中抽取出目标光谱rout，即

计算rin与rout的夹角余弦值r（i），即

由于消除了不等性噪声的影响，若在指纹图谱2中有与指纹图谱1中色谱峰A相匹配的色谱峰，则在该色谱峰保留时间点处的r（i）为1或接近于1。

2 仪器与试剂

2.1 仪器岛津LC-20A高效液相色谱仪（含LC-20A真空在线脱气机，LC-20AT四元泵，CTO-10AS柱温箱，SPD-M20A检测器）；AUW-220D型电子天平（日本岛津公司）；Heidolph-LR4010∕4011旋转蒸发仪（德国海道尔夫公司）。

2.2 药品及试剂瓜蒌、薤白药材购自河北安国市御颜坊中药材有限公司，经皖南医学院生药学教研室包淑云副教授鉴定，瓜蒌为葫芦科植物栝楼Trichosanthes kirilowii Maxim.的成熟果实，薤白为百合科植物小根蒜Allium macrostemon Bge.的干燥鳞茎。槲皮素对照品（药固体制剂制造技术国家工程研究中心，批号：1206-08219，质量分数≥98%），腺苷对照品（国药集团化学试剂有限公司，批号：F20111212，质量分数≥98%）。乙腈为色谱纯，水为超纯水，其余试剂为分析纯。

3 方法与结果

3.1 溶液制备槲皮素对照品、腺苷对照品、瓜蒌薤白及其组方药味瓜蒌、薤白溶液的制备方法参照文献〔10〕。

3.2 色谱条件瓜蒌薤白及其组方药味乙酸乙酯部位和正丁醇部位的色谱条件参照文献〔10〕。

3.3 数据处理所有数据的处理及图谱的绘制均采用Matlab 7.0语言自编程序完成。

3.4 瓜蒌薤白有效部位与组方药材色谱指纹图谱峰的匹配

3.4.1 图谱的获取按选定的色谱条件记录槲皮素标准品、腺苷标准品、瓜蒌薤白乙酸乙酯部位和正丁醇部位及瓜蒌乙酸乙酯部位和薤白正丁醇部位的色谱图。见图1～6。

3.4.2 色谱峰的匹配按实验方法、原理对槲皮素标准品、腺苷标准品、瓜蒌薤白有效部位与其组方药材的色谱指纹图谱间的峰进行匹配。如槲皮素标准品与瓜蒌薤白乙酸乙酯部位、瓜蒌薤白乙酸乙酯部位的1、2、11、28号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位指纹图谱间的峰匹配。见图7～11。腺苷标准品与瓜蒌薤白正丁醇部位、瓜蒌薤白正丁醇部位的1、12号峰与薤白正丁醇部位指纹图谱间的峰匹配。见图12～14。

由图7可知，槲皮素标准品的色谱峰与瓜蒌薤白乙酸乙酯部位指纹图谱中时间点在27.916 1～28.368 0的色谱峰即第15号色谱峰相匹配；由图8可知，瓜蒌薤白乙酸乙酯部位1号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位时间点在9.001 9～9.426 7的色谱峰即第1号色谱峰相匹配；由图9可知，瓜蒌薤白乙酸乙酯部位2号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位时间点在10.112 8～10.325 6的色谱峰即第2号峰相匹配；由图10可知，瓜蒌薤白乙酸乙酯部位11号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位时间点在23.207 6～23.556 1的色谱峰即第9号峰相匹配；由图11可知，瓜蒌薤白乙酸乙酯部位28号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位时间点在43.952 5～44.223 0的色谱峰即29号峰相匹配；由图12可知，腺苷标准品与瓜蒌薤白正丁醇部位时间点在11.846 7～12.723 1的色谱峰即第8号峰相匹配；由图13可知，瓜蒌薤白正丁醇部位1号峰与薤白正丁醇部位时间点在4.932 5～4.998 3的色谱峰即第1号色谱峰相匹配；由图14可知，瓜蒌薤白正丁醇部位8号峰与薤白正丁醇部位时间点在11.732 9～11.993 5的色谱峰即第12号相匹配。具体峰匹配结果见表1～2。

图1 槲皮素的HPLC色谱图

图2 腺苷的HPLC色谱图

图3 瓜蒌薤白乙酸乙酯部位的HPLC指纹图谱

图4 瓜蒌薤白正丁醇部位的HPLC指纹图谱

图5 瓜蒌乙酸乙酯部位的HPLC指纹图谱

图6 薤白正丁醇部位的HPLC指纹图谱

图7 槲皮素标准品与瓜蒌薤白乙酸乙酯部位的峰匹配

图8 瓜蒌薤白乙酸乙酯部位1号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位的峰匹配

图9 瓜蒌薤白乙酸乙酯部位2号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位的峰匹配

图10 瓜蒌薤白乙酸乙酯部位11号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位的峰匹配

图11 瓜蒌薤白乙酸乙酯部位28号峰与瓜蒌乙酸乙酯部位的峰匹配

图12 腺苷标准品与瓜蒌薤白正丁醇部位的峰匹配

图13 瓜蒌薤白正丁醇部位1号峰与薤白正丁醇部位的峰匹配

图14 瓜蒌薤白正丁醇部位8号峰与薤白正丁醇部位的峰匹配

表1 瓜蒌薤白（A）、瓜蒌（B）与槲皮素（C）色谱指纹图谱间的峰匹配结果

表2 瓜蒌薤白（A）、薤白（B）与腺苷（C）色谱指纹图谱间的峰匹配结果

4 讨论

在实际的工作中，人们主要还是借助“保留时间”来进行色谱峰的定性，对于那些没有标准品或对照品的成分，特别是当色谱峰较多且密集时，使得色谱峰的定位更为困难，主观因素影响较多，非常容易误判，具有一定的盲目性和人为性。更合理的算法应是在色谱峰保留时间匹配的基础上，更深入地挖掘和更充分地利用光谱信息〔11〕。渐进窗口目标转换因子分析法借助HPLC-PDAD联用所提供的色谱-光谱信息，通过计算机程序化处理，对光谱信息进行分解，将抽象光谱及抽象色谱中的主成分提取出来，取前nc个主成分重构矩阵，计算待匹配峰的光谱rin及窗口移动过程中的目标指纹图谱的光谱rout的夹角余弦，实现不同指纹图谱间的色谱峰的快速、准确匹配。

在中药中活性成分往往具有相同的类别，如黄酮类、蒽醌类等，它们的紫外光谱特征往往较为相似，尽管本实验采用了全波长处理，但这种情况的影响也不容忽视，因此在计算夹角余弦时，结果较为接近，特别是目标峰较小，而类似物峰较大时，会出现目标峰的r值小于类似物峰r值的情况，见图9。此时应兼顾保留时间和紫外光谱两个判据，在时间窗相对允许误差为5%的范围内进行比对，结果才会更加可靠。

当某些色谱峰过小时，由于噪音和背景信号的影响，采用该方法进行峰匹配尚存在一定困难，有关组分浓度、光谱相似性及噪音和背景信号的影响有待进一步系统研究。

〔1〕雷燕，但汉雄，韩林涛，等.瓜蒌-薤白药对大鼠抗急性心肌缺血的药效学研究〔J〕.湖北中医杂志，2013，35（1）：68-71.

〔2〕鄢海燕，邹纯才，魏美玲，等.瓜蒌薤白滴丸抗心肌缺血的谱效关系研究〔J〕.中药材，2015，38（9）：1912-1918.

〔3〕曾令军，林兵，宋洪涛.中药谱效关系研究进展及关键问题探讨〔J〕.中国中药杂志，2015，40（8）：1425-1432.

〔4〕吕邵娃，董书羽，郭玉岩，等.数据分析技术在中药谱效关系中的应用进展〔J〕.中国实验方剂学杂志，2015，21（15）：226-230.

〔5〕易伦朝，梁逸曾，曾仲大，等.交互移动窗口因子分析法（AMWFA）用于二维数据重叠色谱峰的比较分析〔J〕.高等学校化学学报，2006，27（11）：2052-2055.

〔6〕赵晨曦，梁逸曾，方洪壮，等.移动子窗口搜索法在紫丁香挥发油气相色谱-质谱分析中的应用〔J〕.分析化学，2006，34（9）：179-182.

〔7〕梁逸曾，易伦朝，许青松.中药现代化研究与化学计量学〔J〕.中国科学（B辑：化学），2008，38（4）：278-287.

〔8〕KELLER H R，MASSART D L，KIECHLE P，et al.Effect of the scan time on methods based on evolving factor analysis in liquid chromatography〔J〕.Analytica Chimica Acta，1992，256（1）：125-131.

〔9〕倪永年.化学计量学在分析化学中的应用〔M〕.北京：科学出版社，2004：1-389.

〔10〕鄢海燕，邹纯才.瓜蒌薤白颗粒的高效液相色谱特征图谱及与组方药味的相关性〔J〕.中国医院药学杂志，2013（4）：276-280.

〔11〕朱臻宇，乔善磊，张海，等.中药色谱指纹图谱全排序模板匹配算法研究〔J〕.第二军医大学学报，2007，28（2）：183-187.

Target Transformation Factor AnalyticalMethod Used in the HPLC Peak-matching ofthe Gualou-Xiebaiand the Herbs in Its Prescription

Zou Chuncai,Yan Haiyan*
（DepartmentofPharmacy,Wannan MedicalCollege,Wuhu,Anhui241002,China）

Objective:To investigate the principle and application of the asymptotic window target transformation factor analytical method in the HPLC chromatographic fingerprintpeak matching.Methods:The fingerprints ofthe effective fraction in Gualou-Xiebai and the herbs in its prescription were obtained by using HPLC-PDAD,and the HPLC chromatographic peaks in fingerprints were peak-matched based on the principle of the asymptotic window target transformation factor analytical method.Results:With this method,there were 22 common peaks between the ethyl acetate extraction of Gualou-Xiebaiand Gualou,and there were 10 common peaks between the n-butanolextraction of Gualou-Xiebaiand Xiebai.Conclusion:The asymptotic window targettransformation factor analyticalmethod can match the chromatogram peaks quickly and accurately between differentfingerprints.

asymptoticwindow targettransformation factoranalyticalmethod;effective fraction in Gualou-Xiebai;herbsin prescription; chromatographic fingerprint;peak-matching

O657

A

2096-2266（2017）06-0025-06

10.3969∕j.issn.2096-2266.2017.06.007

（责任编辑李杨）

安徽高校省级自然科学研究重大项目资助项目（KJ2015ZD41；KJ2016SD60）；安徽省科技攻关资助项目（12010402089）

2016-09-05

2016-12-13

邹纯才，副教授，主要从事药物制剂及其质量控制研究.

*通信作者：鄢海燕，教授.