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易科泰光譜成像技術應用于中藥材品種品質檢測鑒定
發布時間： 2020-04-02 點擊次數： 2503次中藥材真偽優劣問題是關系到中醫藥發展和國民健康的重要議題，也是生物安全的重要內容之一。傳統上多采用經驗鑒別的方法，包括看、嘗、嗅、摸等，耗時且具有很大的不確定性。現代儀器分析技術多采用損傷性（取樣處理）成分分析方法，繁瑣、復雜。如何快速、無損、高通量檢測鑒定中藥材（包括飲片），具有特別重要的意義。
易科泰生態技術公司生態健康研究中心依托Ecolab光譜成像實驗室，對中藥材高通量無損傷品種品質檢測鑒定進行了系列研究探索，認為光譜成像技術具備快速無損、高靈敏度、“圖譜合一”等優勢，在中藥材真偽優劣鑒別、品種鑒別、產地鑒別、質量控制以及中成藥定性鑒定等多個方面具有廣闊的的應用前景。
應用案例1、光譜成像技術在人參原料產品鑒定中的應用
茨瓦內工業大學的學者在區分人參、西洋參、假人參和西伯利亞人參四種人參種類和鑒定人參產品中原材料的實驗中，使用高光譜成像（HSI），中波紅外（MWIR）和近紅外（NIR）光譜分析了經過認證的標準人參和商業產品。使用多元分析軟件建立了主成分分析（PCA）和（正交）偏小二乘判別分析模型（OPLS-DA）。UHPLC-MS用于分析標準人參原材料和商業產品的甲醇提取物。研究結果顯示，振動光譜和HSI技術與多變量數據分析工具相結合，以快速，簡便、經濟高效且無損的方式，為人參原料和商品認證提供了有效的技術支持。
左上圖為基于高光譜成像數據的商業產品和真實參考材料（測試集）的PLS-DA鑒定結果；右上圖為不同人參種類與人參內部參考物質的光譜相關性，A）人參、B）西洋參、C）西伯利亞人參、D）假人參。
應用案例2、高光譜成像技術在草藥質量控制中的應用——以神經毒性日本八角茴香為例
茨瓦內工業大學的學者應用短波紅外（SWIR）高光譜成像技術，光譜范圍為920-2514 nm，對中國八角茴香和日本八角茴香進行了研究分析，將主成分分析（PCA）應用于圖像，進行降維去噪處理并將數據可視化，使用偏小二乘判別分析（PLS-DA），為這兩個品種建立了一個具有4個主要成分的分類模型。并進行了驗證，結果表明，SWIR高光譜成像技術，是一種客觀且無損的質量控制技術，可以有效的識別中國八角茴香和日本八角茴香。
上圖為創建三維超立方體的示意圖。空間尺寸用X和Y表示，光譜尺寸用Z表示。在此示例中，尺寸X和Y的圖像是在10個不同的波長（>1-10）下采集的，并按順序堆疊以形成超立方體。
上圖中，左圖為中國八角茴香和日本八角茴香的果實，右圖為識別效果圖。
應用案例3、高光譜成像技術對甘草和黃芪兩種中藥飲片的識別
易科泰生態技術公司生態健康研究中心利用SpectraScan-FX高光譜成像系統，將可見光近紅外（VIS-NIR）光譜與高分別率成像相結合，獲取樣品化學成分的量化數據以及空間分布等詳細信息，圖像中每一像素都記錄了其對應樣品點的化學組成、質量、顏色等信息的光譜特征，用于對樣品進行定性、定量分析。
左圖：甘草和黃芪中藥飲片；右圖：兩種飲片一階微分曲線圖
上圖中為運用SpectraScan-FX高光譜成像技術對黃芪和甘草的分類鑒定結果（紅色為甘草、綠色為黃芪），左圖為兩種飲片分類規則擺放，右圖為隨機混合擺放
應用案例4、高光譜成像技術應用于冬蟲夏草的識別
蟲草是麥角菌科真菌冬蟲夏草菌寄生在蝙蝠娥科昆蟲幼蟲上的子座及幼蟲尸體上的復合體。蟲草的采集，受季節的限定，若采集稍晚，冰雪融化，與雜草混合在一起的蟲草不易分辨。
易科泰生態技術公司采用SpectraScan-FX高光譜成像儀，對雜草中的蟲草進行了鑒別實驗。結果表明，蟲草在波段400-1000nm的光譜圖像中，蟲體部可被有效識別出；在波段1000-1700 nm的光譜圖像中，蟲草的識別精度非常高，能在雜草中被有效區分出來，這一結果對蟲草的野外識別采集及鑒定具有重要意義。
左上圖為蟲草和雜草的RGB圖片，中間圖為蟲草在波段400-1000nm的光譜圖像中的分類結果圖，右上圖為蟲草在波段1000-1700nm的光譜圖像中的分類結果圖。
易科泰生態技術公司Ecolab光譜成像實驗室為中藥材品質品種檢測鑒定提供全面技術方案、技術服務和技術合作。