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    易科泰光谱成像技术应用于中药材品种品质检测鉴定

    发布时间: 2020-04-02  点击次数: 779次

    中药材真伪优劣问题是关系到中医药发展和国民健康的重要议题,也是生物安全的重要内容之一。传统上多采用经验鉴别的方法,包括看、尝、嗅、摸等,耗时且具有很大的不确定性。现代仪器分析技术多采用损伤性(取样处理)成分分析方法,繁琐、复杂。如何快速、无损、高通量检测鉴定中药材(包括饮片),具有特别重要的意义。

    易科泰生态技术公司生态健康研究中心依托Ecolab光谱成像实验室,对中药材高通量无损伤品种品质检测鉴定进行了系列研究探索,认为光谱成像技术具备快速无损、高灵敏度、“图谱合一”等优势,在中药材真伪优劣鉴别、品种鉴别、产地鉴别、质量控制以及中成药定性鉴定等多个方面具有广阔的的应用前景。

    应用案例1、光谱成像技术在人参原料产品鉴定中的应用

    茨瓦内工业大学的学者在区分人参、西洋参、假人参和西伯利亚人参四种人参种类和鉴定人参产品中原材料的实验中,使用高光谱成像(HSI),中波红外(MWIR)和近红外(NIR)光谱分析了经过认证的标准人参和商业产品。使用多元分析软件建立了主成分分析(PCA)和(正交)偏小二乘判别分析模型(OPLS-DA)。UHPLC-MS用于分析标准人参原材料和商业产品的甲醇提取物。研究结果显示,振动光谱和HSI技术与多变量数据分析工具相结合,以快速,简便、经济高效且无损的方式,为人参原料和商品认证提供了有效的技术支持。

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    左上图为基于高光谱成像数据的商业产品和真实参考材料(测试集)的PLS-DA鉴定结果;右上图为不同人参种类与人参内部参考物质的光谱相关性,A)人参、B)西洋参、C)西伯利亚人参、D)假人参。

    应用案例2、高光谱成像技术在草药质量控制中的应用——以神经毒性日本八角茴香为例

    茨瓦内工业大学的学者应用短波红外(SWIR)高光谱成像技术,光谱范围为920-2514 nm,对中国八角茴香和日本八角茴香进行了研究分析,将主成分分析(PCA)应用于图像,进行降维去噪处理并将数据可视化,使用偏小二乘判别分析(PLS-DA),为这两个品种建立了一个具有4个主要成分的分类模型。并进行了验证,结果表明,SWIR高光谱成像技术,是一种客观且无损的质量控制技术,可以有效的识别中国八角茴香和日本八角茴香。

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    上图为创建三维超立方体的示意图。空间尺寸用X和Y表示,光谱尺寸用Z表示。在此示例中,尺寸X和Y的图像是在10个不同的波长(>1-10)下采集的,并按顺序堆叠以形成超立方体。

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    上图中,左图为中国八角茴香和日本八角茴香的果实,右图为识别效果图。

    应用案例3、高光谱成像技术对甘草和黄芪两种中药饮片的识别

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    易科泰生态技术公司生态健康研究中心利用SpectraScan-FX高光谱成像系统,将可见光近红外(VIS-NIR)光谱与高分别率成像相结合,获取样品化学成分的量化数据以及空间分布等详细信息,图像中每一像素都记录了其对应样品点的化学组成、质量、颜色等信息的光谱特征,用于对样品进行定性、定量分析。

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    左图:甘草和黄芪中药饮片;右图:两种饮片一阶微分曲线图

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    上图中为运用SpectraScan-FX高光谱成像技术对黄芪和甘草的分类鉴定结果(红色为甘草、绿色为黄芪),左图为两种饮片分类规则摆放,右图为随机混合摆放

    应用案例4、高光谱成像技术应用于冬虫夏草的识别

    虫草是麦角菌科真菌冬虫夏草菌寄生在蝙蝠娥科昆虫幼虫上的子座及幼虫尸体上的复合体。虫草的采集,受季节的限定,若采集稍晚,冰雪融化,与杂草混合在一起的虫草不易分辨。

    易科泰生态技术公司采用SpectraScan-FX高光谱成像仪,对杂草中的虫草进行了鉴别实验。结果表明,虫草在波段400-1000nm的光谱图像中,虫体部可被有效识别出;在波段1000-1700 nm的光谱图像中,虫草的识别精度非常高,能在杂草中被有效区分出来,这一结果对虫草的野外识别采集及鉴定具有重要意义。

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    左上图为虫草和杂草的RGB图片,中间图为虫草在波段400-1000nm的光谱图像中的分类结果图,右上图为虫草在波段1000-1700nm的光谱图像中的分类结果图。

    易科泰生态技术公司Ecolab光谱成像实验室为中药材品质品种检测鉴定提供全面技术方案、技术服务和技术合作。