陳超，王淑美，梁生旺

摘要：分析技術(shù)的快速發(fā)展使得中藥研究手段日益豐富，隨之產(chǎn)生的大量信息、數(shù)據(jù)，亟須應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行處理。本文簡要綜述了常見化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在中藥研究中的典型應(yīng)用，提出在中藥學(xué)專業(yè)本科生尤其是研究生的教學(xué)中，開設(shè)《化學(xué)計(jì)量學(xué)》選修課程，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，加強(qiáng)培養(yǎng)他們的數(shù)據(jù)解析能力，具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義和教育教學(xué)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：化學(xué)計(jì)量學(xué)；中藥學(xué)；選修課程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）12-0193-02

中藥學(xué)專業(yè)主要開設(shè)中藥學(xué)、中藥鑒定學(xué)、中藥資源學(xué)、中藥藥理學(xué)、中藥藥劑學(xué)、中藥化學(xué)、中藥制劑分析等必修課程，培養(yǎng)具備中藥學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本技能以及與其相關(guān)的中醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等方面的知識(shí)和能力，能在中藥生產(chǎn)、檢驗(yàn)、流通、使用和研究與開發(fā)領(lǐng)域從事中藥鑒定、設(shè)計(jì)、制劑及臨床合理用藥等方面工作的高級(jí)科學(xué)技術(shù)人才[1]。然而，中藥在現(xiàn)代化研究過程中，具有藥效物質(zhì)不明、作用機(jī)理不請(qǐng)、質(zhì)量可控性差等問題，隨著先進(jìn)儀器和技術(shù)的引入和發(fā)展，給中藥研究帶來了有利的手段，但同時(shí)也造就了復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息需要處理的問題?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)方法非常適合于中藥復(fù)雜體系研究中大量數(shù)據(jù)有效信息的提取，將化學(xué)計(jì)量學(xué)引入中藥復(fù)雜體系研究可以發(fā)揮重要作用，也為中藥的進(jìn)一步研究提供了新的思路、方法和手段。筆者認(rèn)為，既然現(xiàn)時(shí)化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在中藥研究中已得到了廣泛應(yīng)用，那么中藥學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)就應(yīng)該切合實(shí)際需要，適時(shí)地為本科生特別是研究生開設(shè)《化學(xué)計(jì)量學(xué)》選修課程。

一、化學(xué)計(jì)量學(xué)的學(xué)科內(nèi)涵

國際化學(xué)計(jì)量學(xué)學(xué)會(huì)（ICS）定義了化學(xué)計(jì)量學(xué)（Chemometrics）的學(xué)科內(nèi)涵：“化學(xué)計(jì)量學(xué)是一門通過統(tǒng)計(jì)學(xué)或數(shù)學(xué)方法將對(duì)化學(xué)體系的測量值與體系的狀態(tài)之間建立聯(lián)系的學(xué)科”。它應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和其他方法及手段（包括計(jì)算機(jī)技術(shù)），選擇最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和測量方法，并通過對(duì)測量數(shù)據(jù)的處理和解析，最大限度地獲取有關(guān)物質(zhì)系統(tǒng)的成分、結(jié)構(gòu)與其他相關(guān)信息[2]。化學(xué)計(jì)量學(xué)在上世紀(jì)80年代開始有了較大的發(fā)展，各種新的算法層出不窮，基礎(chǔ)及應(yīng)用研究取得了長足進(jìn)展，迅速成為化學(xué)與分析化學(xué)發(fā)展的重要前沿領(lǐng)域。

二、化學(xué)計(jì)量學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用

中藥是十分復(fù)雜的化學(xué)量測體系，具有化學(xué)成分眾多、藥效物質(zhì)不明等特點(diǎn)，隨著先進(jìn)量測儀器與技術(shù)的應(yīng)用，中藥復(fù)雜化學(xué)體系得以逐漸闡明，但隨之而來的是獲得的海量量測數(shù)據(jù)亟需整理挖掘。此時(shí)，要從錯(cuò)綜復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)中更加有效地提取出有用信息，必須借助于化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法與技術(shù)，將化學(xué)計(jì)量學(xué)引入中藥復(fù)雜體系研究，必然可以發(fā)揮重要作用，也為中藥的進(jìn)一步研究提供了新的思路、方法和手段。下文簡述了幾種化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在中藥研究領(lǐng)域中的一些典型應(yīng)用。

1.主成分分析法（PCA）。PCA旨在運(yùn)用降維思想，把給定的一組相關(guān)變量通過線性變換，轉(zhuǎn)化成另一組彼此正交的低維變量。PCA被廣泛用于光譜、色譜及其聯(lián)用指紋圖譜的模式識(shí)別，如徐永群等[3]測量了黃芩的紅外光譜數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用PCA法進(jìn)行聚類分析，將來自15個(gè)產(chǎn)地的黃芩樣品分為6個(gè)產(chǎn)區(qū)，相同產(chǎn)區(qū)內(nèi)樣品的化學(xué)成分相似，以此提出了黃芩藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法。

2.聚類分析法（CA）。CA是對(duì)一組尚無明確分類的樣本按相似程度的大小加以歸類，屬于無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，其目標(biāo)是在模式空間中找到客觀存在的類別。張銘光等[4]通過測定廣藿香裂解色譜指紋圖譜，應(yīng)用算術(shù)平均最小法對(duì)13張指紋圖譜進(jìn)行了聚類分析，總結(jié)出樣品間相關(guān)系數(shù)與產(chǎn)地的關(guān)系，此方法不以廣藿香醇、廣藿香酮等有限成分的含量作為主要指標(biāo)，可作為中藥廣藿香的質(zhì)量控制方法。

3.判別分析法（DA）。DA則屬于一種有監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，它利用一組已知樣本為訓(xùn)練集，經(jīng)訓(xùn)練后得到一個(gè)判別模型，從而對(duì)未知樣本進(jìn)行分類。DA法可分為參數(shù)法和非參數(shù)法。張亮等[5]采用RP-HPLC法測定了六味地黃丸缺味藥模擬方的浸出物，借助Bayes判別建模，取得了滿意的識(shí)別效果。蘇薇薇等[6]分析了不同產(chǎn)地、不同部位的化橘紅樣品的HPLC量測數(shù)據(jù)，借助DA法可快速、準(zhǔn)確地對(duì)樣品進(jìn)行分類。

4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）。ANN是一種通過模仿人中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元之間相互聯(lián)系的方式來進(jìn)行計(jì)算的信息處理技術(shù)。它借鑒人腦神經(jīng)系統(tǒng)處理信息的過程，以數(shù)學(xué)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為理論基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)和算法已有多種，包括BP（反向誤差傳播）、ART（自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、MDL（自適應(yīng)線性機(jī)）、FANN（模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等，其中以BP網(wǎng)絡(luò)在中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)中應(yīng)用得最為廣泛，如喬延江等[7]借助ANN法建立了中藥蟾蜍的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

5.支持向量機(jī)（SVM）。SVM是建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)習(xí)理論和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原理基礎(chǔ)上的一種新型機(jī)器學(xué)習(xí)算法，具有小樣本學(xué)習(xí)和泛化能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。其基本原理是把訓(xùn)練集數(shù)據(jù)從輸入空間非線性地映射到一個(gè)高維特征空間，然后在此高維空間中求解凸優(yōu)化問題，得到唯一的全局最優(yōu)解。張錄達(dá)等[8]測定了中藥大黃樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合SVM法建立了大黃樣品真?zhèn)巫R(shí)別模型，對(duì)訓(xùn)練集與測試集的檢驗(yàn)精度分別達(dá)到了100%和96.77%。

本文簡要綜述了化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在中藥研究中的一些典型應(yīng)用，而且隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)理論和方法的不斷深入發(fā)展，其在中藥研究中的應(yīng)用必將越來越廣泛。因此筆者相信，在中藥學(xué)專業(yè)本科生尤其是研究生的教學(xué)中，開設(shè)《化學(xué)計(jì)量學(xué)》選修課程，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，加強(qiáng)培養(yǎng)他們的數(shù)據(jù)解析能力，具有重要的實(shí)踐意義和教學(xué)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁生旺.中藥制劑分析（第二版）[M].北京：中國中醫(yī)藥出版社，2007.

[2]梁逸曾，俞汝勤.化學(xué)計(jì)量學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]徐永群，孫素琴，馮學(xué)峰，等.黃芩產(chǎn)區(qū)紅外指紋圖譜和聚類分析法的快速鑒別研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2003，23（3）：505-505.

[4]張銘光，袁敏，袁鵬，等.廣藿香裂解色譜指紋圖譜及其聚類分析[J].中草藥，2003，34（8）：749-752.

[5]張亮，劉展鵬.六味地黃丸缺味藥的Bayes法和PRIMA法定性識(shí)別研究[J].中國中藥雜志，2000，（1）：29-32.

[6]蘇薇薇，林海丹，方鐵錚，等.中藥化橘紅的模式識(shí)別——計(jì)算機(jī)辨識(shí)研究J].中藥材，2002，25（8）：554-561.

[7]喬延江，吳剛，王璽，等.中藥蟾蜍質(zhì)量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化學(xué)模式識(shí)別研究[J].分析化學(xué)，1995，23（6）：630-634.

[8]張錄達(dá)，蘇時(shí)光，王來生，等.支持向量機(jī)（SVM）在傅里葉變換近紅外光譜分析中的應(yīng)用研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2005，25（1）：33-35.

作者簡介：陳超（1981.11-），男，江蘇漣水人，博士，副教授，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量學(xué)應(yīng)用于中藥分析及質(zhì)量控制的研究。