魚腥草注射液與其藥材揮發(fā)油相關(guān)組分的分析

摘 要 利用GC-MS提供的二維化學(xué)數(shù)據(jù)信息，通過多組分波譜相關(guān)色譜方法及化學(xué)計量學(xué)分辨技術(shù)，對中試生產(chǎn)的魚腥草注射液及其對應(yīng)的藥材揮發(fā)性成分進行比較和歸屬分析。結(jié)果表明，在藥材和注射液圖譜的40個峰族中，只有5個非相關(guān)峰族，即在藥材制成成品注射液過程中，盡管大量組分出現(xiàn)了濃度消長的現(xiàn)象，但是成品注射液的絕大部分成分來自藥材，其中僅有少數(shù)組分出現(xiàn)了消失和生成現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞 魚腥草； 氣相色譜-質(zhì)譜； 多組分波譜相關(guān)色譜法； 揮發(fā)油； 相關(guān)組分

1 引 言

魚腥草注射液為魚腥草經(jīng)加工制成的滅菌水溶液，臨床上廣泛用于清熱、解毒、利濕等[1，2]。2006年6月，因魚腥草注射液出現(xiàn)注射不良反應(yīng)，國家食品藥品監(jiān)督管理局宣布，在全國范圍內(nèi)暫停使用和審批魚腥草注射液[3]。盡管隨后啟動了產(chǎn)品調(diào)查和再評價工作，但是系統(tǒng)的研究工作及相關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)還很缺乏。本實驗采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）法分離檢測中試生產(chǎn)的魚腥草注射液和魚腥草藥材揮發(fā)油成分，采用多組分波譜相關(guān)色譜法（MSCC） [4]及化學(xué)計量學(xué)分辨方法對注射液與其藥材揮發(fā)油成分的相關(guān)組分進行比較分析，對兩者的色譜流出組分進行判斷和歸屬分析，為中成藥與藥材中各組分的比較研究提供了方便且可行的分析方法，為魚腥草注射液成分的歸屬提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

2 實驗部分

2.1 魚腥草藥材與供試品溶液的制備

魚腥草藥材采集于湖南省懷化市楊村魚腥草種植基地實驗園區(qū)，經(jīng)懷化學(xué)院生物系鑒定。自然晾干16 d。將魚腥草地上部分切碎（1.5～2.0 cm），按照中國藥典2005版第一部附錄XD揮發(fā)油測定法提取并收集揮發(fā)油，置4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?。?0

。質(zhì)譜檢測器，電離方式EI，電離能量70 eV，質(zhì)量范圍20～450 U，掃描間隔：0.2 s/次。

3 理論分析

多組分波譜相關(guān)色譜方法主要用于分析兩色譜峰簇的相關(guān)性[4，5]。聯(lián)用色譜測定兩個樣品而得到相應(yīng)的色譜圖，即二維波譜色譜數(shù)據(jù)X、Y。子矩陣Xtarget為圖譜X中的目標(biāo)色譜峰（簇），子矩陣Ytest表示Y中的待測組分色譜峰簇。首先，對Xtarget進行奇異值分解，如式（1）所示，并從中提取各組成物質(zhì)的波譜。

X target＝UpSpVpT＋E（1）

其中，Up和Vp分別表示得分矩陣和荷載矩陣，含有Xtarget的p個組分的色譜和波譜信息。Sp為對角陣，收集了Xtarget矩陣的特征值，表征了各組分在該色譜峰（簇）中的權(quán)重。E為誤差，包含了實驗和儀器誤差。上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。

將荷載矩陣Vp定義為關(guān)鍵波譜矩陣，然后用其構(gòu)建正交投影矩陣P，

P=I－VpVpT（2）

式中，I為單位矩陣，用正交投影矩陣P對二維圖譜數(shù)據(jù)Y的每一色譜流出位置對應(yīng)的波譜矢量yj進行投影運算，

yjop＝Pyj （j＝1， …， m，）（3）

式中，yjop為波譜yj的投影殘差。

如果原始波譜yj與關(guān)鍵波譜矩陣Vp的波譜相關(guān)，則yjop為0矢量，對其求模后應(yīng)為0，即：

rej＝||yjop||＝0（4）

然而，考慮到儀器背景噪聲等因素，尤其是不等性噪聲（Heteroscedastic noise）的影響[6～8]，波譜相關(guān)色譜方法以投影后所得的殘差波譜yjop與投影前的原始波譜yj的內(nèi)積（Inner-product coefficient）為判據(jù)，即

rj＝y(tǒng)jTyjop‖yj‖‖yjop‖ （j＝1， 2，…， m）（5）

rj（j＝1， …， m）的值為0≤rj≤1。再以rj對Y的色譜流出時間作圖。根據(jù)此圖判斷圖譜Y中是否存在與Xtarget相關(guān)的色譜峰（簇）。如果圖譜Y中的色譜峰（簇） Ytest與Xtarget所含有的化學(xué)組分波譜相關(guān)，那么Ytest所在的色譜區(qū)間對應(yīng)的rj等于零或接近于零。否則，rj等將遠(yuǎn)大于零。

4 結(jié)果與討論

4.1 多組分光譜相關(guān)色譜用于藥材與注射液重疊色譜峰的比較

圖1為魚腥草注射液和藥材揮發(fā)油成分GC-MS總離子流圖（TIC）。為了方便比較，將注射液的TIC畫為負(fù)方向。根據(jù)聯(lián)用儀器及工作站提供的色譜和波譜數(shù)據(jù)，只能對一些比較純的色譜峰進行比較。但由于中藥樣品十分復(fù)雜，不可能使所有的組分都達(dá)到分離。因此對重疊色譜峰的比較和分析，需要借助化學(xué)計量學(xué)和計算機技術(shù)。以下討論用波譜相關(guān)色譜方法對魚腥草和注射液樣品中的重疊色譜峰進行快速的比較

以圖1中保留時間范圍15.73～16.00 min的注射液樣品的色譜峰簇Peak 6（圖2a）和保留時間范圍15.69～16.00 min的魚腥草藥材樣品的色譜峰簇Peak 6′（圖2b）的GC-MS二維量測數(shù)據(jù)為例，闡述多組分波譜相關(guān)色譜在藥材和成品組分的重疊色譜峰比較研究中的應(yīng)用。依據(jù)多組分波譜相關(guān)色譜方法，從注射液及魚腥草藥材二維數(shù)據(jù)圖中截取Peak 6與Peak 6′數(shù)據(jù)矩陣X1和X2，利用主成分分析估計注射液色譜峰簇X1的組分?jǐn)?shù)為3；再由奇異值分解（式1）計算色譜峰簇X1的關(guān)鍵波譜V3。用V3構(gòu)建投影矩陣P （P=（I－V3 V3T）） （式2），并根據(jù)式（3）對藥材的二維波譜色譜數(shù)據(jù)X2的每個色譜流出位置對應(yīng)的波譜矢量yj進行投影運算，計算每個色譜峰的波譜矢量與投影后的波譜殘差的相關(guān)系數(shù)rj，因而得到一條隨色譜流出時間變化的波譜相關(guān)色譜曲線（圖2d）。從圖2d可見，在15.75～15.85 min內(nèi)的波譜相關(guān)色譜曲線接近零。該區(qū)間為魚腥草藥材的色譜峰簇X2所在的部分區(qū)域，而另一側(cè)區(qū)域的波譜相關(guān)色譜曲線值較大。這就說明色譜峰簇X2只有在15.75～15.85 min保留時間范圍內(nèi)與三組分峰簇含有相同的化學(xué)物質(zhì)，其余組分不同。

以藥材的色譜峰簇X2構(gòu)建投影矩陣，進而判斷注射液中與之波譜相關(guān)的色譜峰簇。從X2的二維波譜色譜數(shù)據(jù)中提取4個組分的關(guān)鍵波譜V4；對注射液的二維數(shù)據(jù)圖譜進行波譜投影運算，得到另一條波譜相關(guān)色譜曲線（圖2c）。從圖2c中的波譜相關(guān)色譜曲線可見，X1在保留時間15.78～15.92 min范圍內(nèi)的流出組分與X2的組分波譜相關(guān)，即X1中在該保留時間內(nèi)的組分與藥材的X2所含的組分相同。上述分析結(jié)果表明，注射液X1在15.78～15.92 min內(nèi)的流出組分源于藥材，而藥材X2中的另一些成分在注射液中消失。

4.2 直觀推導(dǎo)式演進特征投影法（HELP）用于藥材與注射液重疊色譜峰的分辨

綜上可知，多組分波譜相關(guān)色譜方法可以直接利用聯(lián)用儀器（GC-MS）提供的二維波譜色譜信息快速判斷成品和藥材的量測圖譜中各色譜峰（簇）的組分相關(guān)性，而無需對重疊色譜組分進行分辨解析，更不需要知道各色譜組分的具體化學(xué)物質(zhì)，這對于一些嚴(yán)重重疊的色譜峰簇的比較尤為適用。將其用于藥材和成品化學(xué)組分的消長變化追蹤，既節(jié)省分析時間，又可降低分析成本。同理，可以用多組分波譜相關(guān)色譜方法對圖1中其它重疊的色譜峰簇進行相關(guān)性判斷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在藥材和注射液圖譜的40個峰族中，只有5個非相關(guān)的峰族（Peak 1， 3， 4， 7和27）。即在藥材制成成品注射液過程中，盡管大量組分出現(xiàn)了濃度消長現(xiàn)象，但是成品注射液的絕大部分成分來自藥材，其中只有相當(dāng)少數(shù)組分出現(xiàn)了消失（Peak 4， 7和27）和生成（Peak 1和3）現(xiàn)象。結(jié)果表明，魚腥草注射液中的絕大部分組分來自藥材魚腥草。

References

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Analysis of Related Volatile Constituents in Houttuynia

Cordata Injection and Its Raw Material Herb

LU Hong-Mei1， GUO Fang-Qiu1， WU Xian-Jin 2， LIANG Yi-Zeng1

1（Research Center for Modernization of Chinese Herbal Medicine， College of Chemistry and Chemical Engineering，

Central South University， Changsha 410083）

2（Key Laboratory of Hunan Province for Study and Utilization of Ethnic Medicinal Plant Resources，

Department of Life Science， Huaihua College， Huaihua 418008）



Abstract The comparison and attribution analysis of volatile oil in Houttuynia cordata injection from pilot production and the corresponding herb were conducted， after the combination of multicomponent spectral correlative chromatography and chemometric resolution technique， based on the two-dimensional data from hyphenated chromatography GC-MS. The results showed that there were only 5 non-related Peaks among 40 Peaks of the injection and herb spectrochromatograms. That is， although the concentration of a large number of components fluctuated during the injection production process， most of ingredients in finished product injection came from the raw material herb. Only a very small number of components disappeared and occurred.

Keywords Houttuynia cordata Thunb.; Gas chromatography-mass spectrometry; Multicomponent spectral correlative chromatography; Volatile oil; Related component