全 文 ：渐进窗口正交投影分析法用于决明子色谱
指纹图谱峰的匹配
邹纯才１，鄢海燕１，方洪壮２
（１．皖南医学院 药学系，安徽 芜湖 ２４１００２；
２．佳木斯大学 药学院，黑龙江 佳木斯 １５４００７）
［摘要］ 目的：探求渐进窗口正交投影分析法对不同条件下决明子的色谱指纹图谱进行峰匹配的原理及依据。方法：样
品用１５ｍｏｌ·Ｌ－１盐酸液加热水解，用氯仿回流提取，利用不同高效液相色谱仪、色谱柱，采用梯度洗脱技术进行 ＨＰＬＣ分离
分析。通过渐进窗口正交投影分析法对不同色谱条件下获得的决明子的ＨＰＬＣ指纹图谱进行谱间峰匹配。结果：得到了不同
色谱条件下的决明子的特征指纹图谱。结论：采用渐进窗口正交投影分析法可以准确地进行不同指纹图谱间色谱峰的匹配。
［关键词］ 渐进窗口正交投影分析法；决明子；指纹图谱；峰匹配
［收稿日期］ ２００８１１１２
［通信作者］ 邹纯才，副研究员，从事药物分析的教学科研工作，
Ｔｅｌ：（０５５３）３９３２４９２，Ｅｍａｉｌ：ｚｏｕｃｈｃ＠１６３．ｃｏｍ
中药色谱指纹图谱就其本质而言，应可视为中
药的一种依赖于不同提取方法所得的活性化学组分
的相对浓度谱［１］。由于中药色谱指纹图谱所含化
学组分较多，且很多化学组分还缺乏相应的对照品，
难于采用传统的分析方法来精确描述，特别是由于
实验的时间、地点以及一些不可控实验因素的差异，
往往也会在一定程度上导致色谱保留时间的偏移，
给中药色谱指纹图谱的识别与鉴定带来不便，可能
导致错误的结论［２］。由于联用色谱仪器在色谱分
离过程中记录了各流出组分的波谱信息，为此，本研
究利用联用色谱中的组分光谱信息，通过渐进窗口
正交投影分析法准确地进行不同指纹图谱间色谱峰
的匹配。
１ 方法原理［３］
设Ｘ为采用联用色谱测得的样本１的中药色
谱指纹图谱的Ｎ×Ｍ阶二维数据矩阵，它们的行方
向表征了色谱的流出信息（Ｍ个流出时间点），列方
向表征了光谱信息（Ｎ个吸收波长）；设 Ｙ为采用联
用色谱测得的样本２的色谱指纹图谱的 Ｎ′×Ｍ′阶
二维数据矩阵，它们的行方向表征了色谱的流出信
息（Ｍ′个流出时间点），列方向表征了光谱信息（Ｎ′
个吸收波长）。
首先确定样本１中待匹配的基准色谱峰：
Ａ＝Ｘ（［ｔ１∶ｔ２］，：） （１）
ｔ１，ｔ２为基准色谱峰的起止时间。再将Ａ进行奇
异值分解，并将抽象光谱中的第一列即主成分提取
出来：
［Ｓ１，Ｖ１，Ｄ１］＝ｓｖｄ（Ａ） （２）
Ａ１＝Ｄ１（：，１） （３）
再对样本２进行处理，寻找与样本１中基准色
谱峰相匹配的目标色谱峰。设置移动窗口 ｗ，在 Ｙ
中自第１点起移动至ｎ２－ｗ＋１止（ｎ２为Ｙ的列数），
同时对Ｙ进行奇异值分解，并将抽象光谱中的第１
至窗口尺寸 ｗ的列数提取出来，以其构造正交投影
阵。
［Ｓ２，Ｖ２，Ｄ２］＝ｓｖｄ（Ｙ（ｉ∶ｉ＋ｗ－１，：）） （４）
Ｍ＝Ｉ－Ｄ２（：，１）Ｄ２（：，１）
＋ （５）
其中，Ｉ为单位矩阵，Ｄ＋２为 Ｄ２的广义逆阵。用
矩阵Ｍ对Ａ１进行投影运算。
Ａ ＝ＭＡ１ （６）
Ａ表示 Ａ１投影后的残余光谱。为消除不等性
噪声［３］的影响，令投影后所得的残余光谱Ａ与投影
前的原始光谱Ａ１的夹角余弦为ｒｊ，即：
ｒｊ＝ＡＡ
Ｔ
１（‖Ａ‖‖Ａ
Ｔ
１‖）
－１ （７）
并以ｒｊ作为鉴别色谱峰峰匹配的判据。
由于Ｍ扣除了 Ａ１与 Ｄ２相关的光谱信息，Ａ保
留了Ａ１与Ｄ２不相关的光谱信息；所以，ｒｊ值越小，即
经投影所得的残余光谱Ａ与投影前的原始光谱 Ａ１
的夹角越大，说明 Ａ保留 Ａ１的光谱信息越少，Ａ１与
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Ｄ２相关性越大；反之 ｒｊ值越大，说明 Ａ保留 Ａ１的光
谱信息越多，Ａ１与 Ｄ２的光谱相关性越小。当 ｒｊ值等
于 ０时，Ａ与Ａ１完全正交，Ｍ完全扣除了Ａ１与Ｄ２相
关的光谱信息，Ａ完全只剩下随机噪声。
以样本１中待匹配的色谱峰的抽象光谱矩阵
Ａ１对投影矩阵Ｍ进行投影，可得光谱矢量夹角余弦
曲线。随着窗口的移动，若该曲线的 ｒｊ值为零或接
近于零，则说明样本２中此段时间内的色谱峰的主
成分与样本１中的目标色谱峰为相同的物质，此峰
相匹配，否则，样本２中没有与样本１中目标色谱峰
相匹配的色谱峰。
２ 材料
Ａｇｉｌｅｎｔ１１００高效液相色谱仪（包括 Ａｇｉｌｅｎｔ
１１００四元泵，Ａｇｉｌｅｎｔ１１００二极管阵列检测器，Ａｇｉ
ｌｅｎｔ１１００色谱化学工作站）；ＨＰ１１００高效液相色谱
仪（包括 Ａｇｉｌｅｎｔ１１００四元泵，ＨＰ１１００二极管阵列
检测器，ＨＰ色谱化学工作站）。
大决明子药材，产地为河北，小决明子药材，产
地为安徽，经佳木斯大学生药学教研室刘娟教授鉴
定分别为豆科植物决明 ＣａｓｉａｏｂｔｕｓｉｆｏｌｉａＬ．和小决
明Ｃ．ｔｏｒａＬ．的成熟种子；芦荟大黄素对照品（批号
７６６２００２１０）、大黄素对照品（批号７５６２００１１０）、大
黄酸对照品（批号７７４２００３１１）、大黄酚对照品（批
号 ７９６２００２０４）、大黄素甲醚对照品（批号 ７５８
２００４０８０）均购自中国药品生物制品检定所。乙腈、
甲醇为色谱纯，盐酸、磷酸及氯仿为分析纯。
３ 方法与结果
３．１ 供试品制备
３．１．１ 对照品溶液 称取芦荟大黄素、大黄酸、大
黄素、大黄酚和大黄素甲醚对照品适量，以甲醇为溶
剂，配制成２００ｍｇ·Ｌ－１的芦荟大黄素、大黄酸、大
黄素、大黄酚和大黄素甲醚５种成分的混合对照品
溶液。
３．１．２ 供试品溶液 取决明子样品，粉碎，过 ８０
目筛，称取２０ｇ，加１５ｍｏｌ·Ｌ－１的盐酸溶液３０
ｍＬ，加热回流 １５ｈ，放冷，加氯仿 ２５ｍＬ，回流
２０ｍｉｎ，取出，分取氯仿层，酸水层再加氯仿 ２５
ｍＬ，回流２０ｍｉｎ，分取氯仿层，同上法操作，加氯
仿再回流提取 ２次，合并 ４次氯仿提取液，加水
２０ｍＬ振摇洗脱，弃去水层，将氯仿液蒸干，残渣
加甲醇 １５ｍＬ使溶解，过滤，定量转移至 ２５ｍＬ
量瓶中，加甲醇至刻度，摇匀，经０４５μｍ微孔滤
膜过滤，即得。
３．２ 色谱条件
色谱柱 １：ＺｏｒｂａｘＥｃｌｉｐｓｅＸＤＢ
$
Ｃ１８（４６
ｍｍ×２５０ｍｍ，５μｍ），保护柱：ＺｏｒｂａｘＳＢＣ１８柱
（４６ｍｍ×１２５ｍｍ，５μｍ）；色谱柱 ２：Ｈｙｐｅｒｓｉｌ
ＯＤＳ（４０ｍｍ×２５０ｍｍ，５μｍ），保护柱：Ｓｃｉｅｎｈｏ
ｍｅＣ１８柱（３０ｍｍ×２０ｍｍ，５μｍ）；流动相乙腈
（Ａ）０１％ 磷酸水溶液（Ｂ）作梯度洗脱，０ｍｉｎ，
１０％ Ａ～９０％ Ｂ；５ｍｉｎ，１５％ Ａ～８５％ Ｂ；１０
ｍｉｎ，４０％ Ａ～６０％ Ｂ；４０ｍｉｎ，７０％ Ａ～３０％
Ｂ；４１ｍｉｎ后１００％ Ａ。流速 １０ｍＬ·ｍｉｎ－１；柱
温室温；检测波长 ２７８ｎｍ，参比波长 ５５０ｎｍ；光
谱数据记录范围 ２２０～５００ｎｍ，波长间隔 ２ｎｍ；
色谱记录时间０～５０ｍｉｎ；进样量１０μＬ。
３．３ 计算程序
采用Ｍａｔｌａｂ６０软件工具，所用程序系自编。
３．４ 色谱图的确定
３．４．１ 特征峰选定 按３１２供试品溶液的制备方
法做空白试验，结果见图１。检出峰中峰面积最大值
及峰高最大值分别在２００Ａ及５ｍＡＵ以下，因此选取
ＡｒｅａＲｅｊｅｃｔ＝２００，ＨｅｉｇｈｔＲｅｊｅｃｔ＝５对所有供试品进
行积分，选取有积分值的峰作为决明子的特征峰。取
芦荟大黄素、大黄酸、大黄素、大黄酚和大黄素甲醚对
照品混合溶液于Ａｇｉｌｅｎｔ１１００高效液相色谱仪、色谱
柱１上按选定色谱条件同法测定，结果见图２。另取
大决明子、小决明子供试品溶液分别于 Ａｇｉｌｅｎｔ１１００
高效液相色谱仪、色谱柱１及ＨＰ１１００高效液相色谱
仪、色谱柱２上按选定色谱条件测定，记录其色谱图，
按规定方法积分，结果见图３～４。
色谱柱１。
图１ 决明子空白溶液的ＨＰＬＣ图
３．５ 色谱峰的匹配
按实验方法原理对不同条件下的对照品溶液、
大、小决明子供试品溶液的色谱指纹图谱间的峰进
行匹配。如大黄酚对照品与大决明子指纹图谱间的
峰匹配，见图５；大黄素对照品与大决明子指纹图谱
间的峰匹配，见图６；大决明子的５号峰与小决明子
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色谱柱１；１．芦荟大黄素；
２．大黄酸；３．大黄素；４．大黄酚；５．大黄素甲醚。
图２ 对照品溶液ＨＰＬＣ图
色谱柱１。
图３ 大决明子生品ＨＰＬＣ图
色谱柱２。
图４ 小决明子生品ＨＰＬＣ图
指纹图谱间的峰匹配，见图７；大决明子的１５号峰
与小决明子指纹图谱间的峰匹配，见图８。
图５ 大黄酚对照品与大决明子色谱指纹图谱全部二维
数据正交投影前后光谱矢量夹角余弦图
由图５可知，大黄酚对照品的色谱峰与大决明
子指纹图谱中时间点在４０３９５５～４００４８８的色谱
峰即第１５号色谱峰相匹配；由图６可知，在大决明
子的色谱指纹图谱中没有与大黄素对照品色谱峰
图６ 大黄素对照品与大决明子指纹图谱全部二维
数据正交投影前后光谱矢量夹角余弦图
图７ 大决明子的５号峰与小决明子指纹图谱全部二维
数据正交投影前后光谱矢量夹角余弦图
图８ 大决明子的１５号峰与小决明子指纹图谱全部
二维数据正交投影前后光谱矢量夹角余弦图
相匹配的色谱峰；由图７可知，大决明子的第５号
色谱 峰 与 小 决 明 子 指 纹 图 谱 中 时 间 点 在
１４９４７１～１４９９５６的色谱峰即第 ７号色谱峰相
匹配；由图８可知，大决明子的第１５号色谱峰与小
决明子指纹图谱中时间点在４０９９９０～４１３０３３
的色谱峰即第２２号色谱峰相匹配，具体峰匹配结
果见表１。
由表１可知，大决明子的１，２，３，４，５，６，７，８，９，
１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８号峰分别与小决明
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表１ 对照品、大决明子、小决明子色谱指纹图谱间的峰匹配
峰匹配
大决明子
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７１８
对照品
１ ２ ３ ４ ５
小决明子 １ ＋
２ ＋
３ ＋
４ ＋
５
６
７ ＋
８
９ ＋
１０ ＋
１１
１２
１３ ＋
１４ ＋
１５ ＋
１６
１７ ＋
１８
１９ ＋ ＋
２０ ＋
２１ ＋
２２ ＋ ＋
２３ ＋ ＋
２４ ＋
２５ ＋
２６
对照品 １
２
３ ＋
４ ＋
５ ＋
注：＋为色谱峰匹配，无标记为无色谱峰匹配。
子的１，２，３，４，７，９，１０，１３，１４，１５，１７，２０，２１，２２，２３，
２４，２５，２６号峰相匹配；大决明子的１２，１５，１６号峰，
小决明子的１９，２２，２３号峰分别为大黄素、大黄酚和
大黄素甲醚。
４ 结论与讨论
４．１ 本研究的优点
在很大程度上克服了仅凭单波长数据进行色谱
峰匹配的盲目性；光谱识别率较好，可有效区分同系
物等具有近似光谱及末端吸收的成分色谱峰；可处
理不复杂的重叠色谱峰问题；无需验证峰纯度，通过
窗口的设置可将抽象光谱中的第１至窗口尺寸 ｗ
的列数提取出来，依次进行峰匹配。
４．２ 数据的选取
基准峰与目标色谱峰进行匹配时，是将基准峰
的抽象光谱对目标色谱峰所在的整个指纹图谱的全
部数据通过窗口移动获得的抽象光谱进行正交投
影，通过计算机程序化处理，即防止数据的漏选，又
作到了快速处理。
４．３ 流动相的选择
指纹图谱一般采用梯度洗脱，流动相的变化影
响光谱数据，因此不同指纹图谱间应采用相同的流
动相。
［参考文献］
［１］ 谢培山．中药色谱指纹图谱［Ｍ］．北京：人民卫生出版社，
２００５：１４１．
［２］ 邹纯才，方洪壮，刘娟，鄢海燕．指纹图谱在中药质量控制上的
局限性［Ｊ］．黑龙江医药科学，２００５，４（２８）：９３．
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Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００９
［３］ 梁逸曾．白灰黑复杂多组份分析体系及其化学计量学算法 ［Ｍ］．湖南：湖南科学技术出版社，１９９６：８７．
Ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｗｉｎｄｏｗｏｒｔｈｏｇａｎａｌｉｔｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏ
ｄｅｃｉｄｅｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｐｅａｋｍａｔｃｈｉｎｇｏｆＳｅｍｅｎＣａｓｓｉａｅ
ＺＯＵＣｈｕｎｃａｉ１，ＹＡＮＨａｉｙａｎ１，ＦＡＮＧＨｏｎｇｚｈｕａｎｇ２
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈａｒｍａｃｙ，ＷａｎｎａｎＡｃａｄｅｍｙｏｆｍｅｄｉｃａｌ，Ｗｕｈｕ２４１００２，Ｃｈｉｎａ；
２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈａｒｍａｃｙ，ＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｍｕｓｉ１５４００７，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ：ＴｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｂａｓｉｓａｂｏｕｔｔｈｅｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｐｅａｋｍａｔｃｈｉｎｇｏｆＳｅｍｅｎ
Ｃａｓｓｉａｅｂｙｔｈｅａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｗｉｎｄｏｗｏｒｔｈｏｇａｎａｌｉｔｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｍｅｔｈｏｄ：ＴｈｅｓａｍｐｌｅｓｏｆＳｅｍｅｎＣａｓｓｉａｅｗｅｒｅｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄ
ｉｎｔｈｅ１５ｍｏｌ·Ｌ－１ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅａｃｉｄａｎｄｔｈｅｎｒｅｆｌｕｘｅｘｔｒａｃｔｅｄｗｉｔｈｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ．Ｔｈｅｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎ：ｔｈｅＨＰＬＣｗａｓｒｕｎ
ｏｎＡｇｉｌｅｎｔ１１００ｃｏｌｕｍｎ，ＺｏｒｂａｘＥｃｌｉｐｓｅＸＤＢＣ１８（４６ｍｍ×２５０ｍｍ，５μｍ）．Ｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｅｄｃｏｌｕｍｎ：ＳｃｉｅｎｈｏｍｅＣ１８ｃｏｌｕｍｎ（３０
ｍｍ×２０ｍｍ，５μｍ）ｗｉｔｈａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅｗａｔｅｒ（０１％ ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃａｃｉｄ）ａｓｍｏｂｉｌｅｐｈａｓｅｉｎｇｒａｄｉｅｎｔｅｌｕｔｉｏｎａｔａｆｌｏｗｒａｔｅｏｆ１０ｍＬ·
ｍｉｎ－１．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｗｅｒｅ２７８ｎｍａｎｄ５５０ｎｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｒｅｓｕｌｔ：Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｉｎｇｅｒ
ｐｒｉｎｔｃｏｌｅｃｔｉｏｎｏｆｉｌｕｓｔｒａｔｉｖｅｐｌａｔｅｓｏｆＳｅｍｅｎＣａｓｓｉａｅｈａｖｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔＨＰＬＣａｎｄｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃｃｏｌｕｍｎ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：Ｕ
ｓｉｎｇｔｈｅａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｗｉｎｄｏｗｏｒｔｈｏｇａｎａｌｉｔｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｃａｎｐｒｏｇｒｅｓｓｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｔｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｃｏｌｅｃｔｉｏｎｏｆｉｌｕｓｔｒａｔｉｖｅ
ｐｌａｔｅｓｐｅａｋｍａｔｃｈｉｎｇｗｅｌａｎｄｔｒｕｌｙ．
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｗｉｎｄｏｗｏｒｔｈｏｇａｎａｌｉｔｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ；Ｓｅｍｅｎａｓｓｉａｅ；ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｃｏｌｅｃｔｉｏｎｏｆｉｌｕｓｔｒａｔｉｖｅ
ｐｌａｔｅｓ；ｐｅａｋｍａｔｃｈｉｎｇ
［责任编辑 周驰］
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第３４卷第２２期
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