CN103913476B - 一种获取植物类药材粉末衍射文件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取植物类药材粉末衍射文件的方法，先获取植物类药材的X射线衍射图谱文件，再将其转化为仅含衍射角度和相应衍射强度的TXT格式的文本文件，然后采用Savitzky‑Golay平滑滤波器对图谱信号进行去噪平滑，再进行B样条插值拟合，对所得拟合曲线函数求二阶导数，获得二阶导数指纹图谱，并采用对称零面积变换法进行寻峰处理，获得所寻衍射峰角度及其衍射强度，再根据布拉格公式计算晶面间距，最后依据国际标准粉末衍射文件格式制作该植物类药材的粉末衍射文件。本发明方法借助信号处理技术，能充分挖掘植物类药材的图谱指纹信息，解决了植物类药材X射线衍射图谱的解析问题，拓展了XRD的应用。
Description
技术领域
本发明属于药材X射线衍射图谱分析技术领域，具体涉及一种获得植物类药材粉末衍射文件的方法。
背景技术
近年来，药材分析领域引入X射线衍射指纹图谱，用于表征和鉴定药材，取得了不错的效果，但也仅限于结晶度好的矿物类和化石类药材。植物类药材由于含有大量有机成分，其XRD指纹图谱均呈弥散性宽峰，利用传统的XRD定性定量分析软件处理，无明显特征峰或根本无峰可寻，无法对其进行准确表征，得不到其粉末衍射文件(PDF卡片)，限制了XRD指纹图谱的应用。因此借助数据处理技术，充分挖掘图谱指纹信息，能够拓展XRD的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述植物类药材弥散性XRD图谱无明显特征峰或根本无峰可寻的缺点，提供一种获取植物类药材粉末衍射文件的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：
1、获取植物类药材的X射线衍射图谱文件
将植物类药材烘干、粉碎、过200目筛，得到植物类药材粉末样品，将样品压片，用X射线衍射仪测试，得到样品的X射线衍射图谱文件。
2、获取植物类药材的二阶导数指纹图谱
将样品的X射线衍射图谱文件转化为仅含衍射角度和相应衍射强度的TXT格式的文本文件，采用Savitzky-Golay平滑滤波器对TXT格式的文本文件对应的图谱信号进行去噪平滑，对平滑后的图谱信号进行B样条插值拟合，并对所得拟合曲线函数求二阶导数，然后对负值部分取绝对值、正值置零，获得样品的二阶导数指纹图谱。
3、寻峰处理
采用对称零面积变换法对样品的二阶导数指纹图谱进行寻峰处理，取阈值因子为0.1～1，获得所寻衍射峰角度及其衍射强度。
4、制作植物类药材的粉末衍射文件
根据步骤3得到的衍射峰角度和布拉格公式2dsinθ＝nλ计算相应的晶面间距，依据国际标准粉末衍射文件格式制作该植物类药材的粉末衍射文件。
本发明的获取植物类药材的二阶导数指纹图谱步骤2中，进一步优选将样品的X射线衍射图谱文件转化为仅含衍射角度和相应衍射强度的TXT格式的文本文件，采用基于Savitzky-Golay平滑滤波器的MATLAB内置函数smooth(signal，span，‘sgolay’，degree)对该TXT格式的文本文件对应的图谱信号进行去噪平滑，其中degree取2～11的整数，span取3～45的整数，然后采用MATLAB内置函数spapi(span_B，Theta，Intensity)对平滑后的图谱信号进行B样条插值拟合，其中span_B取2～11的整数，并对所得拟合曲线函数求二阶导数，然后对负值部分取绝对值、正值置零，获得样品的二阶导数指纹图谱。
本发明的寻峰处理步骤3中，采用对称零面积变换法对样品的二阶导数指纹图谱进行寻峰处理，进一步优选取阈值因子为0.2，获得所寻衍射峰角度及其衍射强度。
本发明借助信号处理技术，引入Savitzky-Golay平滑滤波器对XRD图谱进行平滑去噪，以B样条插值拟合计算二阶导数指纹图谱，选择对称零面积变换法进行寻峰处理，能充分挖掘图谱指纹信息，解决了植物类药材X射线衍射图谱的解析问题，拓展了XRD的应用。
附图说明
图1是实施例1获得的药材五味子的MDI格式X射线衍射图谱。
图2是实施例1获得的五味子的平滑后图谱和二阶导数指纹图谱。
图3是实施例1获得的五味子的二阶导数指纹图谱的寻峰结果。
图4是实施例1获得的五味子的PDF卡片。
图5是实施例2获得的黄秦花的PDF卡片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
1、获取药材五味子的X射线衍射图谱
将药材五味子(Schisandra chinensls(Turcz)Baill)置于烘干箱内70℃烘干，然后用粉碎机反复粉碎，过200目筛，得到五味子粉末样品，将五味子粉末样品压片，用Y-4Q型X射线衍射仪(由辽宁丹东仪器设备厂提供)进行测试，测试条件为：步宽0.03度，管压35kV，管流20mA，铜靶的Kα辐射，滤波片为镍，连续扫描，时间常数0.5秒，扫描范围10°～80°，得到五味子的MDI格式X射线衍射图谱，见图1。
2、获取药材五味子的二阶导数指纹图谱
去除五味子的MDI格式X射线衍射图谱文件的头信息，将其转化为仅包含衍射角度和衍射强度的TXT格式的文本文件，采用基于Savitzky-Golay平滑滤波器的MATLAB内置函数smooth(signal，span，‘sgolay’，degree)对该TXT格式的文本文件对应的图谱信号进行去噪平滑，其中signal指图谱信号，span＝5，指平滑窗口为5个数据点，‘sgolay’指采用Savitzky-Golay平滑滤波器，degree＝2，指以二阶多项式进行插值拟合，然后采用MATLAB内置函数spapi(span_B，Theta，Intensity)对平滑后的图谱信号进行B样条插值拟合，其中span_B＝5，指样条曲线阶数为5，Theta指衍射角度，Intensity指衍射强度，并对所得拟合曲线函数求二阶导数，然后对所得二阶导数的负值部分取绝对值、正值置零，获得五味子的二阶导数指纹图谱，见图2。
3、寻峰处理
采用对称零面积变换法对五味子的二阶导数指纹图谱进行寻峰处理，具体寻峰算法参照毕云峰等公开的《LIBS/Raman光谱对称零面积变化自动寻峰方法研究》(光谱学与光谱分析，Vol.33，No.22，pp438-443，February，2013)中的高斯线型函数作为对称零面积变换函数，其中高斯线型半高全宽为4、变换函数的窗口宽度为25，取阈值因子为0.2，获得所寻衍射峰角度及其衍射强度，结果见图3。
4、制作五味子的粉末衍射文件
根据布拉格公式2dsinθ＝nλ，利用步骤3中所得衍射峰角度信息，计算相应的晶面间距d，然后收集五味子中文名称、拉丁文名称、产地和生存环境等信息，依据国际标准粉末衍射文件格式制作药材五味子的粉末衍射文件，即五味子的PDF卡片。由于步骤3所寻衍射峰较多，这里只对衍射强度较大的前25个峰进行录入，见图4。
实施例2
按照实施例1中方法制作药材五味子用药材黄秦花(Gentiana macrophylla)的粉 末衍射文件，其中步骤1的扫描范围为3°～90°，其他条件和步骤与实施例1相同，得到药材黄秦花的PDF卡片，结果见图5。
为了证明本发明的有益效果，采用传统的XRD分析方法分别对药材五味子和黄秦花进行处理，获得五味子和黄秦花的原始X射线衍射图谱，然后利用JADE6.5图谱分析软件对其进行寻峰处理，平滑参数和扣除背景选择默认值，试验结果见表1。
表1传统XRD分析方法对五味子和黄秦花的寻峰结果
由表1可以看出，五味子没有寻到一个峰，根本无法对药材五味子进行表征；黄秦花仅寻到一个衍射峰，不足以表征药材黄秦花图谱丰富的指纹信息；而从本发明的实施例1和2的寻峰情况可以看出，其衍射峰较多，峰位明确，挖掘出了药材图谱本身所蕴含的大量指纹特征。对比看来，本发明能够有效地解决植物类药材弥散模糊性XRD图谱的解析问题，给出足够丰富的特征峰信息，以制作药材相应的PDF卡片，为药材真伪鉴别和质量控制提供了有价值的数据。
以上列举的仅是本发明的具体实施例子，本领域技术人员在本发明公开内容的基础上可以想到的任何变形都在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种获取植物类药材粉末衍射文件的方法，其特征在于它由下述步骤组成：
(1)获取植物类药材的X射线衍射图谱文件
将植物类药材烘干、粉碎、过200目筛，得到植物类药材粉末样品，将样品压片，用X射线衍射仪测试，得到样品的X射线衍射图谱文件；
(2)获取植物类药材的二阶导数指纹图谱
将样品的X射线衍射图谱文件转化为仅含衍射角度和相应衍射强度的TXT格式的文本文件，采用基于Savitzky-Golay平滑滤波器的MATLAB内置函数smooth(signal，span，‘sgolay’，degree)对该TXT格式的文本文件对应的图谱信号进行去噪平滑，其中degree取2～11的整数，span取3～45的整数，然后采用MATLAB内置函数spapi(span_B，Theta，Intensity)对平滑后的图谱信号进行B样条插值拟合，其中span_B取2～11的整数，并对所得拟合曲线函数求二阶导数，然后对负值部分取绝对值、正值置零，获得样品的二阶导数指纹图谱；
(3)寻峰处理
采用对称零面积变换法对样品的二阶导数指纹图谱进行寻峰处理，取阈值因子为0.1～1，获得所寻衍射峰角度及其衍射强度；
(4)制作植物类药材的粉末衍射文件
根据步骤(3)得到的衍射峰角度和布拉格公式2dsinθ＝nλ计算相应的晶面间距，依据国际标准粉末衍射文件格式制作该植物类药材的粉末衍射文件。
2.根据权利要求1所述的获取植物类药材粉末衍射文件的方法，其特征在于：所述的寻峰处理步骤(3)中，采用对称零面积变换法对样品的二阶导数指纹图谱进行寻峰处理，取阈值因子为0.2，获得所寻衍射峰角度及其衍射强度。
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