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联用色谱数据的化学计量学解析方法及应用研究

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第一章引言

第二章基于部分移动窗口因子分析的色谱流出模式诊断

第三章交替移动窗口因子分析法研究复杂联用色谱数据

第四章二步迭代约束法研究复杂体系中多组分的定量变化

第五章交替移动窗口因子分析法与最小熵法寻找生物标记物模式

第六章正交投影技术用于鱼腥草药材及注射液指纹图谱的模式识别研究

第七章修正的窗口目标检测因子分析用于中药指纹谱图的比较研究

第八章色谱指纹图谱技术及智能化数据分析方法用于中药及烟用香精香料的质量控制

第九章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

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摘要

现代分析仪器，尤其是色谱和联用色谱等，提供了丰富的多组分量测信息，为解决中药现代化，系统生物学和环境科学研究中的分析问题创造了强有力的条件。而化学计量学的多变量解析方法，为从联用色谱数据中获取复杂体系多组分的定性定量信息提供了重要的手段。特别值得关注的是，作为国粹的中药，其活性成分的发现，药理作用，质量控制和多组分协同效应的研究等，弄清其化学物质基础，都是至关重要的一步。本论文就是从这些实际问题出发，发展新的化学计量学高维数据解析方法，解决中药研究和生物体系分析中面临的复杂多组分分析难题。论文主要涉及三个方面：联用色谱数据分辨算法及其在复杂中药体系研究中的应用；化学计量学方法寻找生物标记物模式以及色谱指纹图谱技术与多变量数据分析方法在中药质量控制中的应用。 一．联用色谱数据分辨算法及其在复杂中药体系研究中的应用(第二章一第四章)：第二章提出了在没有“先入先出”假设的情况下，诊断色谱流出模式的部分移动窗口因子分析法，实现了顺序流出与多组分完全包埋体系的分析。第三章首次提出了交替移动窗口因子分析法，实现了同一样本在不同分析条件下(如不同实验室，不同仪器，甚至是不同色谱柱等等)；或者是不同但具有一定相关性的样本(如单味药与复方，野生中药材与种植药材，同一中药的不同药用部位，中药进血液前与进血液后)之间复杂多组分的综合比较，充分利用二个相关联用色谱的信息，挖掘出被比较体系之间组分的相互关系，并进一步分辨出它们的纯光谱，并根据已公布的化学物质的标准光谱，检索数据库，实现复杂体系物质群的无标样定性分析。这本质上是用二个二维数据，构造了处理张量数据的方法，可以用于解决很多传统方法难以处理的问题。在此基础上，第四章提出了目标组分定量分析法，综合交替移动窗口因子分析，得到了目标组分的色谱定量信息，从而实现了多组分的全分析(定性定量分析)。并将这些新算法在几味中药单味药以及复方中得到了成功应用，为解决象中药这样复杂实际样本的分析，阐明中药作用的物质基础提供了新的方法。二．化学计量学方法寻找生物标记物模式(第五章)：本论文基于生物体系的复杂性，综合提出了交替移动窗口因子分析法和最小熵法，利用有与没有某种疾病的人体血清样本中小分子代谢模式的不同和GC-TOF-MS联用色谱数据的选择性质量色谱，找出了它们之间某些具有特征性的小分子化合物定性定量信息的差异性，成功地找到了能够对疾病进行诊断的生物标记物模式，为复杂生物体系的研究提供了崭新的思路。 三．色谱指纹图谱技术与多变量数据分析方法在中药质量控制中的应用(第六章一第八章)：第六章首次提出了对中药色谱指纹图谱进行模式识别的正交投影技术，通过提取不同来源中药材的特征信息，能够鉴定它们的真伪，“道地性”，替代品等，并可用于识别不同制造商的产品，评价质量等级等；第七章应用改进的窗口目标检测因子分析法，实现了来自不同产地，不同药用部位的中药材中化学组分的定性比较分析，为中药的提取分离，生产以及药理研究提供依据；第八章综合各种化学计量学的指纹图谱数据处理方法，编写了多个指纹图谱数据库系统，智能化分析与识别系统以及联用色谱数据比较分析系统，为复杂数据分析与中药的质量控制提供了非常有效的手段，并已经成功地应用于不同产品制造商的生产实际中。

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