黄芪指纹图谱相似度的分析

作者：柏建学, 杨慧珠 王晓辉 李永吉 孙妍

【摘要】 　　目的 采用Excel 2003的统计功能计算黄芪药材指纹图谱的相似度。 方法在多维空间利用相关系数及夹角余弦的基本公式计算指纹图谱间的相似度。 结果10批药材指纹图谱的夹角余弦和相关系数均大于99%。结论此方法能敏感地反应图谱间的差异，计算简单，易于推广。

【关键词】 黄芪 指纹图谱 相似度

　　黄芪为豆科植物蒙古黄芪Astragalus membranaceus (Fisch.)Bge. var.mongholicus(Bge.)Hsiao或膜荚黄芪Astragalus membranaceus (Fisch.) Bge.的干燥根［1］。其主要成分为皂苷类、黄酮类、氨基酸类、多糖类等。 传统的质量控制指标一般是测定其黄芪甲苷的含量，但难以反映药材的内在质量，本实验通过用高效液相色谱法建立黄芪药材的指纹图谱，并利用相关系数法和夹角余弦法进行指纹图谱相似度的计算，将两个指纹图谱间相似性的问题转化为两个向量的相似度问题，考察了各批次黄芪之间的数据关系，提高了样品间的可比性。

　　1 仪器与试药

　　美国Waters公司高效液相2695色谱仪；Waters2996检测器；Empower色谱工作站；药品：黄芪甲苷（购于中国药品生物制品检定所）；试剂：色谱乙腈（美国Dikma公司），超纯水，其它试剂为分析纯。

　　2 方法与结果

　　2.1 供试品溶液的制备 取黄芪粉末16 g，加8倍量70%乙醇浸泡后，回流提取2 h，样品过滤，回收醇至无醇味，静置，离心，取上清液，浓缩至10 ml，加正丁醇（水饱和）萃取3次，合并正丁醇溶液，将正丁醇回收至干。甲醇溶解，定容于10 ml容量瓶中。

　　2.2 对照品溶液的制备 精密称取黄芪甲苷3.01 mg，用甲醇定容至10 ml容量瓶中，得到浓度为0.301 mg/ml的对照品溶液。

　　2.3 色谱条件 色谱柱为Kromasil C18（4.6 mm×200 mm ，5 μm）；流动相为乙腈：水=3∶7；流速1 ml/min；检测波长203 nm；柱温30℃。

　　2.4 黄芩甲苷标准曲线的制备 将“2.2”项制得的对照品溶液按照一定比例注入色谱仪中，测得峰面积积分值，以对照品质量为横坐标，以峰面积为纵坐标，得到黄芩甲苷标准曲线方程Y=6.4×104X-3.1×104,r=0.999 1。

　　2.5 精密度实验精密吸取对照品溶液，重复进样5次，10 μl/次,记录指纹图谱，结果表明，各色谱峰的相对保留时间和其相对峰面积比值基本一致（RSD＜3%），符合指纹图谱要求。

　　2.6 稳定性考察精密吸取供试品溶液，每次进样10 μl分别在0，2，4，8，16 h进行检测，,分别对共有峰的相对保留时间及相对峰面积进行统计（RSD＜3%），表明供试品溶液在16 h内稳定，符合规定标准。

　　2.7 重现性实验 同一批次黄芪供试品，平行取5份，精密量取，每次进样10 μl，检测指纹图谱，结果表明，各色谱峰的相对保留时间和其相对峰面积比值基本一致（RSD＜3%），符合指纹图谱要求。

　　3 相似度计算

　　3.1 相似度计算原理［2］

　　3.1.1 相关系数法 可以确定两种属性之间的关系，公式(1)为：

　　相关系数=ni=1（Xi-i）（Y-i）ni=1（Xi-i）2（Y-i）2

　　Xi为某个样品对应保留时间下的峰面积或峰高，Yi为n批样品（n≥10）对应保留时间下的平均峰面积或峰高。

　　3.1.2 夹角余弦法是将中药指纹图谱数据视为多维空间中的向量，使指纹图谱的相似性问题转化为多维空间中的两个向量间的相似性问题。公式(2)为：

　　夹角余弦= ni=1XiYini=1Xi2ni=1Yi2

　　Xi为某个样品对应保留时间下的峰面积或峰高，Yi为n批样品（n≥10）对应保留时间下的平均峰面积或峰高。 夹角余弦值越接近1说明两个向量越相似［3］。

　　3.2 谱峰匹配应用Waters公司工作站软件对10批药材指纹图谱进行重叠（见图1），各批样品相应色谱峰大体互相重合，符合匹配要求。应用Excel 2003软件的图表功能对匹配结果进行效验［4］，绘出药材指纹图谱相对峰面积比值的点折线图（见图2），匹配较合理，不存在遗漏或错误。

　　图1 10批药材指纹图谱重叠图（略）

　　图2 黄芪药材指纹图谱折线图（略）

　　3.3 指纹图谱数据计算将匹配好的相对峰面积值复制到Excel 2003工作表中(见表1),其中1-10列为10批对照指纹图谱的共有峰相对峰面积,11列为标准指纹图谱的相对峰面积。应用公式（1）相关系数和公式（2）夹角余弦，对照指纹图谱数据对标准指纹图谱数据进行计算，结果见表1第15，16行。各对照指纹图谱数据的夹角余弦和相关系数值均大于99%，表明药材指纹图谱相似程度良好。

　　表1 黄芪药材指纹图谱相似度（略）

　　4 结论

　　利用向量夹角法计算HPLC指纹图谱的相似度能够定量的对获得的指纹图谱进行有效的评价，利用客观参数反映图谱间差异，改变了对图谱只能直观描述的状况，全面反映指纹图谱之间的共性和个性差异，提高了指纹图谱的信息利用率。

　　本方法计算的黄芪药材指纹图谱相似度准确，能敏感地反映谱图间的差异，计算简单，易于推广。

【参考文献】
　　［1］ 国家药典委员会.中国药典,Ⅰ部［S］.北京：化学工业出版社，2005：212.

　　［2］ Application of Microsoft Excel2002 to Calculate the Similarity in Fingerprints of Chinese Herbs［J］.药学进展，2003；27（1）：52.

　　［3］ 王龙星，肖红斌，梁鑫淼，等.一种评价中药指纹图谱相似性的新方法：向量夹角法［J］.药学学报，2002,37(9)：713.

　　［4］ 苗爱东,孙殿甲.Excel2002在中药指纹图谱相似度计算中的应用［J］.药学进展，2003，27(1)：51.