基于遗传算法的色谱指纹峰配对识别方法.pdf

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1、第31卷分析化学（FENXIHUAXUE）研究报告第5期2003年5月ChineseJournaIofAnaIyticaIChemistry513~517"!!!!!!!!"!研究报告!!"!!!!!!"!基于遗传算法的色谱指纹峰配对识别方法陈闽军程翼宇#（浙江大学药物信息学研究所，杭州310027）摘要指纹峰配对识别是色谱指纹图谱分析中的关键环节之一，本文提出一种基于遗传算法的色谱指纹峰配对识别方法。该法根据对照色谱指纹图谱的峰分布特性初选出若干标定峰，将其存入一个候选标定峰库；同时根据这些候选标定峰从待测指纹图谱中选出相应的候选标定峰，也存入候选标定峰库；再用遗传算法从库中选取一

2、组标定峰用于校正待测指纹图谱中各峰的峰位，并自动识别出与对照色谱指纹图谱相对应的各指纹峰。仿真实验及实际分析实验结果均表明，该法识别指纹峰准确可靠，可用于色谱指纹图谱相似度的快速自动计算。关键词色谱指纹图谱，中药质量分析，遗传算法，谱峰识别!引言化学指纹图谱分析技术是近年引起分析化学界重视的用于分析复杂化学物质体系组成特征的方［1］［2］［3］［4］法，已在溢油源跟踪、水污染源识别、葡萄酒产地鉴定以及天然药物质量评价等领域得到广泛［5］应用，并成为评价中药等天然药物质量及其药品批次间质量稳定性的分析工具。化学指纹图谱分析技术包括指纹图谱获取和指纹图谱计算分析两部分。在计算分析时，需先

3、将待测指纹图谱的指纹峰与对照指纹图谱中的指纹峰一一配对，然后计算比较各指纹峰间的相似度。目前最常用的指纹峰配对方法是采用保留时间识别峰位。但因受操作条件影响，每次进样分析所获的色谱指纹峰保留时间存在漂移现象，这给自动识别指纹峰带来困难。用合适的标定峰来校正峰位，可解决这一问题。择取标定峰的现有方法有两种，一是在样品中加入内标物，以内标物对应的谱峰作为标定峰；二是人工选择标定峰。然而，前者因中药等样品组成复杂，内标物常会影响指纹峰的测定；后者则依赖人工操作，无法用于指纹图谱的自动计算比较。本文提出一种基于遗传算法的色谱指纹峰配对识别方法，自动选出标定峰来校正待测指纹图谱中各峰的峰位，并

4、将待测指纹图谱与对照指纹图谱中的各指纹峰自动配对，从而克服了前述标定峰择取方法的固有缺陷，其指纹峰识别结果准确可靠。"基本原理色谱指纹图谱可提供指纹峰的保留时间和峰面积等信息。若指纹峰用点描述，其中c为保留时i间，A为峰面积，则指纹图谱可用一个点集来表示。假设待测指纹图谱的点集为P，对照指纹图谱的点i集为O，如下所示：P=｛（ci，A1），（c2，A2），⋯，（cL，AL）｝O=｛（c01，A01），（c02，A02），⋯，（c0M，A0M）｝其中，L为待测指纹图谱中的指纹峰数，M为对照指纹图谱中的指纹峰数。当仪器操作条件变异时，难以直接根据保留时间来对两者的指纹峰进行正确配对，若将

5、待测指纹图谱中各指纹峰的峰位作一定的伸缩和平移变换，就能使其与对照指纹图谱中相应的指纹峰互相配准。伸缩和平移变换如下式所示：'ci=a·ci+J（1）2002-05-08收稿；2003-01-20接受本文系国家重点基础研究发展规划（G1999054405）、国家“十五”重大科技攻关计划（2001BA701A01）及国家自然科学基金（20245002）资助项目514分析化学第31卷'其中，t为待测指纹图谱中第i个指纹峰的保留时间，t为该峰经校正后的保留时间，a为伸缩因子，bii为平移因子。为求得这两因子，需确定至少两个相对应的标定峰，这里采用遗传算法选择标定峰。当选定一组标定峰后，依式

6、（1）校正待测指纹图谱中各指纹峰的峰位，并根据校正后的保留时间将待测指纹图谱与对照指纹图谱中的各指纹峰相互配对识别。各指纹峰配对识别的计算方法如下。2.1建立候选标定峰库中药等样品的色谱指纹图谱中往往存在许多指纹峰，直接穷举搜索时需搜寻的空间很大。例如，假设待测指纹图谱与对照指纹图谱中均有30个指纹峰，要从中搜索得到12个标定峰对，完备搜索空间将1212达C·C。因此，有必要先依据某种规则初步选择一些候选标定峰，以大大缩小标定峰搜寻空间，减少3030计算量，提高搜索效率。这可先根据对照指纹图谱的谱峰分布特性初选一些标定峰，建立一个相对较小的候选标定峰库，再从中搜寻出一组最佳标定峰。候

7、选标定峰选择原则为：尽量选择峰面积较大的谱峰并尽可能使标定峰在谱图上分布均匀。为此，将对照指纹图谱按保留时间平均分为3部分，每部分取峰面积排前4位的指纹峰作为候选标定峰，总计获得12个候选标定峰。因在仪器操作参数相同条件下，待测指纹图谱的各指纹峰总是在对照指纹图谱相应指纹峰的附近位置，故对这12个候选标定峰的每一个，在待测指纹图谱中选择3个峰位与其最接近的峰作为相应的候选标定峰，所得结果记录于候选标定峰库STORE，侯选标定峰库的组成结构如下所示。1234