为了给苍术颗粒剂基于高光谱成像的可视化区分提供理论指导, 选用竞争性自适应重加权采样法(CARS)和相关性分析(CA)进行两次特征波长选择, 提出了利用近红外高光谱成像技术对苍术颗粒剂产品溯源的新方法。 874~1 734 nm波段范围内采集150个来自三个生产厂家的苍术颗粒剂高光谱图像, 提取感兴趣区域(ROI)的光谱反射率值作为鉴别模型的输入变量, 采用邻近算法(KNN)、 误差反向传输神经网络(BPNN)、 偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)、 最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立四种算法(分类器)的判别模型。 通过对模型效果的评价标准(预测集总体判别率以及kappa系数)来判别三个不同厂家苍术颗粒剂的区分效果。 除KNN模型外, 预测集的判别率都是100%, kappa系数均为1。 为了加快运算速度, 研究通过CARS、 随机蛙跳算法(RF)、 连续投影算法(SPA)和序列前向选择(SFS)算法初步选择特征波长; 采用CARS, RF, SFS和SPA结合CA算法取得了4组最优波长。 分别得到4个(975, 1 220, 1 419, 1 476 nm)、 2个(1 005, 1 442 nm)、 4个(924, 1 005, 1 419, 1 584 nm)和3个(948, 1 146, 1 412 nm)最优波长, 并分别建立了KNN, BPNN, PLS-DA和LS-SVM判别模型。 在筛选三种最优算法的情况下, 能够以较少的特征波长个数获得的最好建模效果为: CARS-CA-LS-SVM模型中预测集总体判别率是100%, kappa系数为1。 将CARS-CA筛选出波长变量的每个像素点光谱数据输入到LS-SVM模型中, 将判别结果用不同颜色直观显示。 该研究为快速无损进行苍术颗粒剂产品溯源提供了思路, 为今后开发相关机构的快速监管提供了技术支持。
高光谱成像 苍术颗粒剂 化学计量学 特征波长 Hyperspectral imaging Atractylodes lancea granules Chemometrics Characteristic wavelengths 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3567
大连海事大学信息科学技术学院, 辽宁 大连 116026
针对合成孔径雷达(SAR)图像中普遍存在具有相干斑噪声、流冰区域浮冰接触紧密及小碎冰较多等背景复杂问题,提出了一种基于背景抑制显著性检测的SAR流冰分离算法。首先基于图像的显著性检测,通过学习随机森林回归量得到初步显著性图;然后通过超像素构建图像区域并进行离散傅里叶变换,提取区域频域特征并计算卡方距离;之后对边界背景进行抑制,生成背景抑制模块图;最后将两阶段的图融合得到增强显著性图。在SAR海冰数据集上对所提算法、7种显著性算法及3种海冰分割方法进行对比实验。结果表明,所提算法可以有效检测出孤立浮冰,抑制背景区域。
图像处理 合成孔径雷达 海冰 显著性检测 浮冰分离 激光与光电子学进展
2020, 57(20): 201010
中国科学院西北高原生物研究所, 青海省藏药药理学和安全性评价研究重点实验室, 青海 西宁 810001
同步辐射X射线荧光(SR-XRF)技术具有光强高、 能量范围宽、 信噪比高、 检测限低、 无损伤分析等特点, 在元素分析中具有极为显著的优势。 采用SR-XRF技术, 对临床治疗肝胆疾病常用的藏药材(川西獐牙菜)及藏药制剂中的金属元素进行较为准确的定量半定量分析, 以期揭示藏药中这些金属元素与其药效的关系。 SR-XRF分析结果发现, 藏药材川西獐牙菜中含有钾(K)、 钙(Ca)、 钛(Ti)、 钒(V)、 铬(Cr)、 锰(Mn)、 铁(Fe)、 锌(Zn)、 铅(Pb)共九种金属元素(含量均处于ppb或亚ppm级别), 且不同来源样品间的元素组成具有明显的差异性。 另外, 发现研究的藏药复方制剂含有钾(K)、 钙(Ca)、 钛(Ti)、 钒(V)、 铬(Cr)、 锰(Mn)、 铁(Fe)、 镍(Ni)、 铜(Cu)、 锌(Zn)、 铷(Rb)、 铅(Pb)、 汞(Hg)、 钴(Co)、 镓(Ga)15种金属元素及一种非金属元素砷(As), 各元素含量均在ppb至ppm级别, 不同复方制剂中的元素组成具有显著性的差异。 利用SR-XRF技术对常用藏药材和藏药制剂中元素进行了, 初步揭示了传统藏药中微量金属元素与其生物学效应的关系, 并发现该技术可用于藏药微量金属元素的直接、 快速检测。
藏药 川西獐牙菜 制剂 同步辐射X-射线荧光 金属元素 Tibetan medicine Swertia mussotii franch. Preparations Synchrotron radiation X-ray fluorescence Metallic elemental 光谱学与光谱分析
2015, 35(6): 1730
1 中国科学院西北高原生物研究所, 青海 西宁 810001
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西藏藏医学院, 西藏 拉萨 850000
4 甘肃省藏医药研究院, 甘肃 合作 747000
5 四川省阿坝藏族羌族自治州藏医院, 四川 马尔康 624000
6 青海省藏医院, 青海 西宁 810007
佐太是一种古老的传统藏药,由水银、硫磺、八金、八矿等原辅料炮制而成,主要用来配制多种珍宝类藏药制剂.佐太作为含重金属藏药的典型代表,安全性与有效性一直备受质疑,而探明佐太的精确理化表征,则是科学阐释该疑问的重要切入点.该研究采用X射线能谱(EDX)、X射线荧光谱(XRF)、同步辐射X射线吸收精细结构(XAFS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),对佐太的元素组成、汞的化学价态与配位结构、物相成分与空间结构、微观形貌进行系统分析.EDX和XRF结果发现,佐太中主要元素为Hg和S,另外还有少量的O,Fe,Al,Cu,K,Ag,Ca,Mg等元素.XAFS分析发现,佐太中Hg是以正二价形式存在,配位数为4,配位原子为S.XRD结果发现,佐太中存在立方晶系β-HgS(空间群为F-43m 216)、斜方晶系单质硫S8(空间群为Fddd 70),以及少量的六方晶系C(空间群为P63/mmc 194)、六方晶系Fe1.05S0.95(空间群为P63/mmc1 94)、六方晶系Cu6S6(空间群为P63/mmc 194)、立方晶系Cu1.8S(空间群为F-43m 216)等;另还发现,佐太的结晶度约为59%,无定型态物质约占41%.SEM和AFM分析发现,佐太应为古代微纳米药物,其微粒多在100～600 nm,并有不少低于100 nm,这些微粒常堆聚成1～20 μm松散的无定型态颗粒.本研究探明了佐太的元素组成、汞的配位信息、物相成分和微观尺寸特征等,对科学解读神秘藏药——佐太的生物效应具有重要的启发。
藏药 佐太 重金属 汞 化学形态 Tibetan medicine Zuotai(gTso thal) Heavy meta Mercury Chemical form 光谱学与光谱分析
2015, 35(4): 1072
1 中国科学院西北高原生物研究所, 青海 西宁 810001
2 青海省藏药药理学和安全性评价研究重点实验室, 青海 西宁 810001
3 中国科学院大学, 北京 100049
选择藏族地区常用的四种藏药成方制剂安置精华散、当佐、仁青常觉和七十味珍珠丸作为研究对象,通过优化消化条件和测定条件,探索建立其铅、砷含量测定的湿法消化与流动注射氢化物发生-原子吸收光谱(FI-HAAS)联用分析方法,并对其铅砷含量进行精确测定.在优化的工作条件下,铅和砷的检出限分别为:0.067和0.012 μg·mL-1;定量限分别为:0.22和0.041 μg·mL-1;线性范围分别为:25～1 600 ng·mL-1(r=0.999 5),12.5～800 ng·mL-1(r=0.999 4);精密度(RSD)分别为:2.0%和3.2%;加标回收率范围分别为:98.00%～99.98%和96.67%～99.87%.四种藏药成方制剂的铅、砷含量测定结果如下,安置精华散中铅砷含量分别为:0.63～0.67和0.32～0.33 μg·g-1;当佐为:42.92～43.36和24.67～25.87 μg·g-1;仁青常觉为:1 611.39～1 631.36和926.76～956.52 μg·g-1;七十味珍珠丸为:1 102.28～1 119.27和509.96～516.87 μg·g-1.本研究建立了藏药成方制剂中铅、砷检测方法,并测定了四种藏药成方制剂中铅、砷含量,为其在临床安全有效使用提供了参考依据.
藏药成方制剂 铅 砷 湿法消化 流动注射氢化物原子吸收光谱法 Traditional tibetan medicine prescription preparat Lead Arsenic Wet digestion Flow injection-hydride generation-atomic absorptio 光谱学与光谱分析
2015, 35(4): 1037
1 中国科学院西北高原生物研究所, 青海省藏药药理学和安全性评价研究重点实验室, 青海 西宁 810001
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 清华大学化学系生命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室, 北京 100084
利用红外光谱三级鉴定方法对藏药川西獐牙菜及其不同溶液提取物进行分析研究。 选择川西獐牙菜中含量相对较高的药用成分龙胆苦苷作为不同溶液提取物的对照成分进行红外光谱和二阶导数光谱的分析; 同时对不同浓度乙醇提取物进行二维相关光谱分析。 结果显示, 龙胆苦苷红外光谱中1 611和1 075 cm-1处的两个主要特征峰强度的变化趋势, 和川西獐牙菜不同溶剂提取物中龙胆苦苷含量变化趋势一致; 提取溶剂极性相近时, 提取物的红外光谱图相似; 随着提取溶液极性的逐渐降低, 提取物的红外谱图中2 853, 1 733, 1 464, 1 277和1 161 cm-1等处吸收峰强度逐渐增强, 提取物中酯类化合物含量逐渐增加, 萜类化合物的提取率逐渐增加; 红外光谱图极为相近的不同浓度乙醇提取物在二维红外光谱图中有很明显的差异。 龙胆苦苷特征峰强度的变化趋势和不同提取物中龙胆苦苷含量变化趋势的一致性说明红外光谱分析结果能体现分析对象中所含有成分的含量变化; 川西獐牙菜原药材, 水提物和不同浓度乙醇提取物谱图的相似性和相似度的变化规律, 说明传统用药水煎液和低浓度醇提物的科学性; 红外光谱技术可成为川西獐牙菜不同提取物后期药理活性成分宏观控制, 和多以复方入药的藏药研究中准确、 快速、 有效的分析方法。
川西獐牙菜 提取物 红外光谱 二阶导数光谱 二维相关光谱 Swertia mussotii Franch Extracts Fourier transform infrared spectroscopy Second derivative infrared spectroscopy Two dimensional IR correlation spectroscopy 光谱学与光谱分析
2014, 34(11): 2973
1 中国科学院西北高原生物研究所, 青海 西宁810008
2 青海省藏药药理学和安全性评价研究重点实验室, 青海 西宁810008
3 中国科学院研究生院, 北京100049
藏药中的重金属汞已成为藏药安全性评价研究的重点。 该文以藏药当佐为研究对象, 分别采用湿法消解和人工胃液处理, 利用金汞齐富集-冷原子荧光法(GAE-AFS), 测定当佐中总汞含量及其在人工胃液中游离态汞含量, 并对所建立的方法及仪器的工作条件进行了考察。 在选定的测试条件下, 仪器系统稳定性良好, HgS的回收率(n=6)为99.56%(RSD=1.94%), Hg的检出限为0.2 ng·L-1, 线性范围为0～500 ng·L-1, r=0.999 9。 同时, 应用该方法对不同地区来源的当佐进行了测定, 结果总汞含量变化范围为3.998 0～16.735 8 mg·g-1, 游离汞含量变化范围为45.537 7～1 033.985 0 ng·g-1, 表明不同来源样品中总汞及其在人工胃液中游离态汞含量具有一定差异。 该方法快速、 灵敏, 适合于中、 藏药中的总汞及其在人工胃液中的游离汞的测定。
冷原子荧光 金汞齐富集 当佐 佐太 汞 人工胃液 Atomic fluorescence spectrometry Gold amalgam enrichment Dangzuo gTSo thal Hg Artificial gastric juice 光谱学与光谱分析
2011, 31(7): 1950
