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中药/天然药检测
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【金秋计划】气相色谱-离子迁移谱技术在中药质量评价中的应用研究进展
Ins_c893613c
2024/09/08
私聊
中药/天然药检测
随着科学技术的迅猛发展,现代的物质检测技术不仅可以通过物质的形态、微观构造、化学成分及蛋白质
DNA
分子方面进行分析检测,而且可以通过物质的挥发性气体来推断其内部质量情况
[
1
]
。常见气体检测分析技术有电子鼻(
e-nose
)
[
2
]
、
气相色谱
法(
GC
)
[
3
]
、
气相色谱
-
质谱联用法(
GC-MS
)
[
4
]
、二维
气相色谱
法(
GC×GC
)
[
5
]
、
气相色谱
-
嗅觉质谱法(
GC-O-MS
)
[
6
]
、
气相色谱
-
离子迁移谱(
GC-IMS
)
[
7
]
等,气体检测技术已在环境与医疗等领域发挥重要作用。
GC-IMS
作为气体分离检测技术之一,具有节检测时间短、测试成本低、敏度高、精准度高、痕量识别气体等优势。与
GC-MS
技术相比该技术无需真空要求,在常压下即可测试,降低了检测成本,该技术通过离子漂移时间的差异检测挥发性物质,可对低浓度挥发性物质痕量检测,弥补了
GC-MS
技术对小相对分子质量和低含量挥发性物质的灵敏度较低的不足。其次该技术对样品中的挥发性有机物进行
2
次分离,与直接使用传感器检测混合挥发性物质的电子鼻技术相比,更加充分分离鉴定挥发性成分,弥补了其检测模糊性的缺点,增加了检测精度。最后
GC-IMS
技术融合了
气相色谱
技术高效分离与离子迁移技术痕量检测的特点,能够全方位、多层次捕捉挥发性气体,并且在数据输出方面具有可视化的特点,可将检测到的挥发性有机成分(
VOCs
)以三维图谱形式展现
[
8
]
。目前该技术广泛应用于食品
[
9
]
、医药
[
10
]
、环境
[
11
]
、烟草
[
12
]
、微生物
[
13
]
、粮油
[
14
]
等领域,在食品与医药领域的应用频率较高。
中药是中医药发展的基础,中药的质量影响其临床疗效,因此对中药进行质量监测及合理评价十分重要。由于中药具有特殊性和复杂性,其质量问题较为突出,常出现真假难分、产地难分、生长期不足、加工损失等问题
[
15
]
。在传统中药鉴别实践中,常使用眼观、手摸、口尝、鼻闻的方法,气味是中药质量的重要判断指标之一,如砂仁“气芳香而浓烈,味辛凉、微苦”、安宫牛黄丸“气芳香浓郁,味微苦”,因此通过气味对中药质量评价有理可依。传统实践中仅依靠人的经验评估药材质量,具有主观性和模糊性,
GC-IMS
技术可弥补经验判断的不足,将中药气味数字化,实现对中药气味的客观评估。
以
GC-IMS
、
气相
离子迁移谱为关键词,检索中国学术期刊全文数据库(
CNKI
)、万方数据库(
WanfangData
)、
Web ofScience 3
个数据库在
2004
—
2024
年期间发表的中英文文献,排除重复和与中药不相关文献,最终筛选出
116
篇与
GC-IMS
在中药应用相关的文献,发现至少已有
61
种中药根据不同研究目的,通过
GC-IMS
技术对其挥发性成分检测进行质量评价。本文综述国内外文献,围绕
GC-IMS
在中药质量评价方面的应用,阐述
GC-IMS
的工作原理、使用流程及特点、数据分析处理方法,从而总结
GC-IMS
技术应用于中药质量评价时的研究思路,为推进该技术在中药领域的应用提供参考,为更好控制中药质量提供新的方法手段。
综上所述,
GC-IMS
有分析速度快、准确性高等优点,可补人类感官描述的主观性、模糊性,该技术对中药气味成分的检测可以实现中药真伪、基源、产地的区分以及中药在采收、加工、贮存过程中的变化监控等。该技术对中药
VOCs
的痕量检测可高效确定中药特征,结合化学计量法可建立中药质量的定性定量模型,为中药快速鉴别和质量评价提供新的研究思路。
通过整理相关文献发现:
①
GC-IMS
技术在中药炮制中应用频率最高,包括炮制前后对比分析、不同炮制品比较等方面,可较好的揭示炮制品挥发性成分的变化;
GC-IMS
技术在中药掺伪劣品鉴别中的应用较少,有待挖掘,中药伪劣品常与正品存在相同化合物,将伪劣品掺入正品中使分析情况更加复杂,增加了辨识难度。
②
在中药领域中,
GC-IMS
技术与其他技术联用可帮助分析挥发性成分,如
GC-IMS
与
GC-MS
技术结合使用,可完善对中药挥发性成分表征,不仅能检测到更多的挥发性成分,而且可互相辅证研究结果,构建更加全面可靠的分析方法。
③
中药挥发性成分数据处理常使用到化学计量学方法,其中
PCA
使用频率在
90%
以上,自
2022
年起
KNN
与聚类分析分别在中药炮制、产地鉴别研究中使用频率增多,常用于进一步证明
PCA
分析结果,而
PLS-DA
、
OPLS-DA
使用频率分别在
11%
和
15%
。
GC-IMS
技术已在中药领域广泛应用,但该技术的软件部分仍存在以下问题需要关注:
①
数据库完整性。研究中常见有机物无法在数据库中匹配到,数据库收录
VOCs
数据不够完整,阻碍了中药特征性挥发成分的定性。若建立云端数据库实时收录中药
VOCs
信息,补充数据库实现数据共享,将推进
GC-IMS
在中药领域的应用。
②
VOCs
定性存在主观性问题。将划定的有机物进行数据库匹配时,常出现一个有机物对应多个名称的情况,此时需要研究者主观判断有机物名称。若在系统中完善自动匹配程序,无需主观意识即可自动输出化合物名称并提供准确率,将降低化合物定性错误率。
③
特征峰选取。建立指纹图谱需要人工观察选取感兴趣的特征,易存在误差影响数据的准确性。已有研究使用彩色差分可视化方法结合
Otsu
算法进行特征提取
[
101
]
,将图像中感兴趣的目标从背景中分离,实现自动化选择特征峰,若把该类数字图像处理技术融入仪器软件系统,将缩短数据处理时间,提升数据可信度。
随着数据处理技术的不断进步,数据分析软件将更加智能和精确的实现
VOCs
的定性及定量表征;中药挥发性成分数据库将不断扩充,有望实现中药中有机物的快速表征,为建立中药
GC-IMS
模型数据系统提供可能。在后续的研究中,
GC-IMS
技术在中药等级评价与掺伪检测中的运用等将是重点研究方向,未来也可将该技术与其他常规检测技术和智能感官技术结合应用,挖掘学科共通点,采用多源数据融合方法,提高模型预测准确率,使中药质量评价更智能、高效。
GC-IMS
技术未来通过不断地更新改进,在中药领域会有更加广阔的发展前景。
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私聊
xiahuanihao
第1楼
2024/09/10
中药材——应用研究在进展!
0
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