本發(fā)明涉及一種中藥材的溯源方法，具體涉及茅蒼術(shù)產(chǎn)地的溯源方法。

背景技術(shù)：

1、蒼術(shù)(atractylodis?rhizoma)為菊科植物茅蒼術(shù)atractylodes?lancea(thunb.)dc.或北蒼術(shù)atractylodes?chinensis(dc.)koidz.的干燥根莖，最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》(漢代)，用于消化系統(tǒng)疾病、夜盲癥和流感的治療。蒼術(shù)質(zhì)量會(huì)受到多種因素的影響，包括基原、土壤(肥力、礦質(zhì)元素含量等)、地理位置(經(jīng)度、緯度、海拔等)以及氣候條件(溫度、濕度、降雨量等)。自古以來，茅蒼術(shù)質(zhì)量顯著優(yōu)于北蒼術(shù)，以江蘇茅山地區(qū)產(chǎn)者品質(zhì)最佳，為公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)商品。近年來，由于環(huán)境及人為因素的影響，野生茅蒼術(shù)資源瀕臨絕跡，栽培品逐漸成為茅蒼術(shù)商品的主流，以江蘇、湖北、河南等省產(chǎn)者居多。目前，市場(chǎng)上流通的蒼術(shù)商品較為復(fù)雜，不同基原、產(chǎn)地、生產(chǎn)方式的商品魚龍混雜，嚴(yán)重影響了茅蒼術(shù)商品的品質(zhì)、臨床療效的發(fā)揮以及茅蒼術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2、茅蒼術(shù)溯源發(fā)明中常用的分析手段有氣質(zhì)聯(lián)用(gc-ms)、高效液相色譜(hplc)、超高效液相色譜(uplc)、近紅外光譜(nir)等，通過這些分析手段，以蒼術(shù)的揮發(fā)性成分、低聚糖等代謝物為發(fā)明指標(biāo)，部分實(shí)現(xiàn)了不同基原蒼術(shù)、不同產(chǎn)地茅蒼術(shù)的區(qū)分。此外，前期發(fā)明基于揮發(fā)性代謝物成功探索出了一種采用頂空氣相質(zhì)譜譜(hs-gc-ms)和快速氣相電子鼻(flash?gc-e-nose)對(duì)蒼術(shù)基原、茅蒼術(shù)產(chǎn)地及生產(chǎn)方式進(jìn)行溯源的方法。雖然該方法為解決茅蒼術(shù)的質(zhì)量問題提供了新的思路，但植物中的代謝物在儲(chǔ)存、加工和運(yùn)輸?shù)倪^程中會(huì)發(fā)生不可控的變化，這可能會(huì)導(dǎo)致特征成分的損失，影響溯源穩(wěn)定性。因此，如何建立更加穩(wěn)定、可靠的方法來識(shí)別茅蒼術(shù)地理來源、生產(chǎn)方式及蒼術(shù)基原仍然是茅蒼術(shù)質(zhì)量控制中急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種基于穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀(ea-irms)與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(icp-ms)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的茅蒼術(shù)產(chǎn)地溯源方法。本發(fā)明首次采用ea-irms檢測(cè)蒼術(shù)樣品中的碳、氮穩(wěn)定同位素比值，并使用icp-ms測(cè)定蒼術(shù)樣品中7li、9be、11b等22種元素的含量，使用化學(xué)計(jì)量學(xué)尋找不同類型蒼術(shù)樣品中的特征元素，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建茅蒼術(shù)溯源模型。本發(fā)明有望為茅蒼術(shù)及其它中藥材的產(chǎn)地溯源發(fā)明提供依據(jù)，為茅蒼術(shù)質(zhì)量控制體系的完善提供一個(gè)新的思路。

2、技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種基于ea-irms與icp-ms結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的茅蒼術(shù)產(chǎn)地溯源方法，其包括以下步驟：

4、(1)樣品采集

5、采集菊科植物茅蒼術(shù)與北蒼術(shù)的干燥根莖樣品，經(jīng)洗滌、切片，干燥，用打粉機(jī)粉碎為粉末，過篩(優(yōu)選60目)后裝入自封袋內(nèi)，真空冷凍(優(yōu)選-20℃)下保存，備用；

6、(2)取步驟(1)的供試品采用ea-irms測(cè)定蒼術(shù)供試品的碳、氮穩(wěn)定同位素比值信息；

7、(3)取步驟(1)的供試品采用icp-ms測(cè)定蒼術(shù)供試品7li、9be、11b等22種礦質(zhì)元素含量信息；

8、(4)采用正交偏最小二乘判別分析對(duì)不同類型蒼術(shù)供試品的穩(wěn)定同位素比值數(shù)據(jù)與礦質(zhì)元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行化學(xué)計(jì)量學(xué)分析，通過vip評(píng)分與student’s?t-test評(píng)分，篩選出區(qū)分不同基原、產(chǎn)地、生產(chǎn)方式蒼術(shù)的主要元素作為特征元素；

9、(5)利用步驟(2)的ea-irms測(cè)定得到的蒼術(shù)供試品碳、氮穩(wěn)定同位素比值數(shù)據(jù)與步驟(3)icp-ms測(cè)定得到的蒼術(shù)供試品礦質(zhì)元素含量數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，進(jìn)一步建立茅蒼術(shù)溯源模型，實(shí)現(xiàn)茅蒼術(shù)基原、產(chǎn)地、生產(chǎn)方式的一次性精準(zhǔn)溯源。

10、作為優(yōu)選方案，以上所述的一種基于ea-irms與icp-ms結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的茅蒼術(shù)產(chǎn)地溯源方法，步驟(2)ea-irms測(cè)定碳、氮穩(wěn)定同位素比值的方法包括：首先，用5mm×8mm錫杯包裹適量蒼術(shù)樣品(根據(jù)碳、氮含量不同，約1mg-40mg不等)，壓實(shí)成小圓球，經(jīng)自動(dòng)進(jìn)樣器(mas?plus?autosampler)載入960℃的高溫氧化爐中(載氣流速180ml/min,吹掃氣流速100ml/min)；經(jīng)注氧高溫燃燒后(氧氣o2流速200ml/min，純度99.999％)，樣品中的碳、氮元素被氧化成二氧化碳、氮?dú)?、氮氧化物和其他雜質(zhì)氣體的混合氣體；混合氣體隨氦氣流(he，純度99.999％)進(jìn)入還原爐(800℃)，氮氧化物在高溫銅還原管中被還原為氮?dú)?；隨后，含有氮?dú)夂投趸嫉暮饬鹘?jīng)化學(xué)阱除水，然后通入色譜柱(50℃)中進(jìn)一步純化。最后，純化后的氣體通過專用接口(confloⅳ)進(jìn)入穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀(delta?virms)中，以乙酰苯胺(thermo?acetanilide)(δ15nair＝-2.78‰,δ13cvpdb＝-25.43‰)為內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行單點(diǎn)校正，計(jì)算茅蒼術(shù)樣品有機(jī)碳、氮的同位素組成。使用國(guó)際標(biāo)樣-l-谷氨酸usgs40(δ15n＝-4.52‰,δ13c＝-26.39‰)對(duì)乙酰苯胺進(jìn)行標(biāo)定，連續(xù)測(cè)試6次，δ13c的標(biāo)準(zhǔn)偏差(1σ)值為0.04‰，δ15n的標(biāo)準(zhǔn)偏差(1σ)為0.06‰。

11、作為優(yōu)選方案，以上所述的一種基于ea-irms與icp-ms結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的茅蒼術(shù)產(chǎn)地溯源方法，步驟(3)采用icp-ms測(cè)礦質(zhì)元素含量方法為：

12、供試液制備：稱取過60目篩的蒼術(shù)樣品，放入消解管中，加入hno3和hf后加蓋密封，放入微波消解系統(tǒng)中；微波消解升溫程序:120℃保持2min；升溫至150℃保持5min，然后升溫至190℃保持30min，微波功率1500kw，待微波消解儀溫度下降到室溫，取出管體，用超純水將消解液轉(zhuǎn)移至坩堝內(nèi)，置于電熱套上蒸至近干，最后用超純水轉(zhuǎn)移至容量瓶定容后備用；

13、icp-ms工作參數(shù)：高頻等離子體功率為1200w，探測(cè)器電壓為-1950v，載氣為高純氬氣(ar,99.999％)。等離子體氣體、霧化氣體和輔助氣體的流速分別為17l/min、0.92ml/min和1.2ml/min。采用跳峰模式進(jìn)行三次重復(fù)采樣。用標(biāo)準(zhǔn)多元素溶液構(gòu)建外部校準(zhǔn)曲線，計(jì)算每種元素的濃度。內(nèi)標(biāo)ge和rh(20μg/l)與多元素同時(shí)測(cè)定，以確保分析的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

14、作為優(yōu)選方案，以上所述的一種基于ea-irms與icp-ms結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的茅蒼術(shù)產(chǎn)地溯源方法，步驟(4)化學(xué)計(jì)量學(xué)分析方法為：

15、碳、氮穩(wěn)定同位素比值數(shù)據(jù)與礦質(zhì)元素?cái)?shù)據(jù)分別在matlab中進(jìn)行zscore歸一化處理，將歸一化后的數(shù)據(jù)合并，導(dǎo)入simca-p軟件進(jìn)行正交偏最小二乘判別分析，根據(jù)置換檢驗(yàn)結(jié)果評(píng)估模型擬合情況，使用得分圖評(píng)價(jià)模型對(duì)不同基原、產(chǎn)地、生產(chǎn)方式的蒼術(shù)樣品的分類性能，以變量重要性投影值≥1、p_value<0.05為標(biāo)準(zhǔn)，篩選區(qū)分不同類型蒼術(shù)樣品的特征元素。

16、作為優(yōu)選方案，以上所述的一種基于ea-irms與icp-ms結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的茅蒼術(shù)產(chǎn)地溯源方法，步驟(5)機(jī)器學(xué)習(xí)模型建立與模型評(píng)估方法為：

17、在python中構(gòu)建了8種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，包括邏輯回歸、決策樹、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、樸素貝葉斯、自適應(yīng)增強(qiáng)、隨機(jī)森林、極致梯度提升；使用分層抽樣法將樣品劃分為訓(xùn)練集、測(cè)試集，并使用5折交叉驗(yàn)證，以準(zhǔn)確度、召回率、精確率、f1得分以及受試者工作特征曲線的曲線下面積評(píng)估模型的分類性能，準(zhǔn)確度、召回率、精確率、f1得分的計(jì)算公式如式(1)-(4)所示，公式中的tp為真正例，表示被模型預(yù)測(cè)為正類的正樣本；tn為真反例，表示被模型預(yù)測(cè)為負(fù)類的負(fù)樣本；fp為假正例，表示被模型預(yù)測(cè)為正類的負(fù)樣本；fn為假反例，表示被模型預(yù)測(cè)為負(fù)類的正樣本；為了提高性能評(píng)估的客觀性，各評(píng)價(jià)指標(biāo)均采用加權(quán)結(jié)果，以均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式進(jìn)行展示，混淆矩陣圖用于可視化模型的預(yù)測(cè)能力；

18、

19、有益效果：本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、本發(fā)明采用元素分析-穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜儀(ea-irms)與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(icp-ms)分析全國(guó)8個(gè)主產(chǎn)區(qū)的153個(gè)蒼術(shù)樣品，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)分析尋找茅蒼術(shù)溯源有效指標(biāo)，使用極致梯度提升(xgboost)等八種機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立茅蒼術(shù)溯源模型。結(jié)果顯示，δ13c、δ15n及7li、9be、11b等22種元素在不同產(chǎn)地、不同生產(chǎn)方式茅蒼術(shù)及不同基原蒼術(shù)中的分布呈現(xiàn)顯著差異；結(jié)合opls-da分析得到的vip值與非參數(shù)檢驗(yàn)得到的p_value值，69ga、138ba、27al等11種元素被篩選為區(qū)分茅蒼術(shù)與北蒼術(shù)的特征元素；88sr、7li、52cr等9種元素被篩選為區(qū)分不同地理來源茅蒼術(shù)的特征元素；2種穩(wěn)定同位素(δ13c、δ15n)和3種礦質(zhì)元素(24mg、7li、52cr)被篩選為區(qū)分茅蒼術(shù)栽培品與野生品的特征元素；在八種機(jī)器學(xué)習(xí)算法中，xgboost具有最佳的分類和預(yù)測(cè)性能，可以同時(shí)對(duì)蒼術(shù)的基原以及茅蒼術(shù)的產(chǎn)地和生產(chǎn)方式進(jìn)行準(zhǔn)確溯源，溯源準(zhǔn)確率為85.63±3.27％。

21、本發(fā)明創(chuàng)造性的采用ea-irms對(duì)不同類型蒼術(shù)樣品的碳、氮穩(wěn)定同位素比值差異進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合icp-ms所測(cè)定的礦質(zhì)元素?cái)?shù)據(jù)，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)篩選不同類型蒼術(shù)樣品之間的特征元素，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法開發(fā)了一個(gè)準(zhǔn)確、有效、穩(wěn)定的茅蒼術(shù)溯源模型，用于解決茅蒼術(shù)商品的質(zhì)量差異問題，可應(yīng)用于在線檢測(cè)等質(zhì)量監(jiān)控環(huán)節(jié)，也為其他飲片產(chǎn)地溯源發(fā)明提供依據(jù)。