1、昆 明 师 范 高 等 专 科 学 校 学 报 2007,29(4):110112CN 53-1131/G4ISSN 1008-7958Journal of Kunm i ng Teachers College收稿日期:2007-12-10基金项目:国家(863)高技术研究发展计划资助项目(2003AA2Z2021);云南省教育厅自然科学研究基金资助项目(04Y667C)作者简介:韦建荣(1964),男,云南建水人,高级工程师,主要从事中药质量及中药材种植研究;马银海(1964),男,云南昆明人,副教授,主要从事天然产物研究.Excel与中药色谱指纹图谱相似度计算韦建荣1,马银海2(1.云南白
2、药集团股份有限公司,云南 昆明 650032;2.昆明师范高等专科学校 化学系,云南 昆明 650031)摘要:利用Microsoft EXCEL强大的图表、函数和统计等数据处理功能,通过简单的界面设计与公式计算,可实现中药指纹图谱的数据分析与相似度计算,在不需要专业软件的情况下,通过每台计算机都带有的基础软件实现专业数据处理和分析,简便易行.关键词:Microsoft Excel;中药;指纹图谱;相似度中图分类号:R28411 文献标识码:A 文章编号:1008-7958(2007)04-0110-03The Sim ilarity Calculation of Chrom atograph
3、y Fingerprint w ithM icrosoft Excel SoftwareWEIJian2rong1,MA Yin2hai2(1.Yunnan Baiyao GroupsLTD,Yunnan Kunming 650032,China;2.Department of Chemistry,Kunming Teachers College,Yunnan Kunming 650031,China)Abstract:Owing to the powerful data calculating and statistical function,Microsoft Excelwas appli
4、ed in calculatingthe similarity of chromatography fingerprint of traditional Chinese medicine.According to simple design of interfaceand pre2set of calculating formula,the calculation of similarity became si mple and effective while without the spe2cialized software.Key words:Microsoft Excel;traditi
5、onal Chinese medicine;fingerprint;si milarity 由于中药成分的复杂性,对中药疗效的物质基础研究显得越来越困难,通过个别的有效成分或指标性成分的分析与控制,很难确切评价中药疗效与该部分成分的直接相关性.为了探索中药疗效与物质的相关性,以及评价不同来源的中药材原料、不同批次中成药特别是中药注射液内在物质的均一性也即疗效的一致性,以便更好地控制中药的质量,近十余年来,指纹图谱分析技术应用于中药和天然药物质量控制研究在国内外已得到很好开展,并成为一种新的突破口和发展趋势.中药指纹图谱是一种综合的、宏观的和可量化的整体评价手段,目前已被国家药典委员会采用1,用
6、于整体、模糊评价中药不同来源、不同批次之间的物质成分群的构成的一致性情况,这种一致性的客观评价指标由相似度来进行表达.为便于中药指纹图谱技术的推广和实施,本文介绍一种通过Microsoft Excel来进行相似度计算的简便易行的方法,可以同时得到目前比较通行的各种相似度计算方法的结果,以便于比较.1 相似度计算原理与方法目前中药色谱指纹图谱相似度的计算方法,一般采用相关系数法、向量夹角余弦法来进行2,两种方法结果基本一致.111 相关系数法将欲进行比较的两张指纹图谱的共有峰的峰面积值(也可以为峰高值,下同)看成二维坐标的以相对保留时间为横坐标的两组数值,利用相关系数来表征两条曲线之间的相似程度
7、:相似度=ni=1(ai-a)(bi-b)ni=1(ai-a)2(ni=1(bi-b)2.其中ai为待测指纹图谱中第i个峰的面积值,bi为标准指纹图谱即对照用指纹图谱(标准物质的指纹图谱或通过一个样品集得出的共有模板生成的指纹图谱)中第i个峰的面积值,a为待测指纹图谱中峰面积的平均值,b为标准指纹图中谱峰面积的平均值,n为色谱峰的数目.通过一个样品集(一般10批以上)形成的标准指纹图谱也即对照用指纹图谱峰面积数据的产生一般分为算术平均法和中位数法两种,计算公式分别为:算术平均法:bk=ni=1aikm(k=1,2,n).其中m为样品集的样本数,n为色谱峰的数目.中位数法:bk=median(a
8、1k,a2k,ank),(k=1,2,n).112向量夹角余弦法即把每个色谱指纹图谱看作一组对应保留时间下的峰面积的数值,可将这组数值看作多维空间中的向量,使两个指纹图谱间相似性的问题转化为多维空间的两个向量的相似性问题,利用cos 值来定量表征指纹图谱间的相似性.如果cos 越接近1则说明两个向量越相似.计算公式为:相似度=ni=1aibini=1a2ini=1b2i.计算公式中符号的意义同相关系数法.2Excel相似度计算方法为方便和安全考虑,相似度计算在Excel中采用数据录入、结果输出分离的方式来完成,即一张工作表用于数据录入,另一张工作表用于结果输出.结果输出工作表待设计完成后,可通
9、过工具菜单中的保护工作表进行保护,以免无意中修改或删除部分公式导致结果出错.将谱峰匹配好的色谱峰面积数据录入或复制到数据录入表格中(见图1),图1中通过表头、颜色及有关标识和说明等进行设计,利于录入数据的正确定位.设计可进行最多12组样品并包含93个色谱峰的计算.备注栏录入便于识别的注解,以方便打印结果在保留过程中的辨识.结果输出表格见图2,表格中除显而易见的有关标题、表头内容外,在以下单元格内编入有关判断、计算公式:C3备注单元格:=IF(数据录入!G2=,数据录入!G2)公式中嵌套IF判断函数是为了避免在数据录入工作表中对应的单元格没有录入内容时在自动复制时按0对待,以下公式中同.第6行D
10、6P6单元格:用于显示对应各组以共有模式作为对照指纹图谱并采用夹角余弦法计算所得的相似度数据,通过录入计算公式来得出数值,如D6中编如计算公式:=IF(OR(SUM(D10:D103)=0,SUM(P10:P103)=0),SUMPRODUCT(D10:D103,P10:P103)/S QRT(SUMSQ(D10:D103)3SUMS Q(P10:P103)D6P6各单元格中的公式结构相同,但需将对应的列号字母进行修改,可以通过选择并复制D6单元格后,依次粘贴到E6P6,软件将会自动修改,如粘贴到E6后,在E6中的公式中与D6公式中D10:D103相对应的部分将自动修改为E10:E103,其中
11、P10:P103为固定内容,复制、粘贴到任何地方均不会改变.第7行D7P7单元格:用于显示对应各组以共有模式作为对照指纹图谱并采用相关系数法计算所得的相似度数据,同样通过录入计算公式来得出数值,如D7中编入计算公式:=IF(OR(SUM(D10:D103)=0,SUM(P10:P103)=0),CORREL(D10:D103,P10:P103)E7P7单元格中的公式产生原理同第6行.第8行D8Q8单元格:用于显示对应各组以标准物质或某一典型对照物获得的指纹图谱为对照指纹图谱并采用夹角余弦法计算所得的相似度数据,同样通过录入计算公式来得出数值,如D8单元格中编入计算公式:=IF(OR(SUM(D
12、10:D103)=0,SUM(Q10:Q103)=0),SUMPRODUCT(D10:D103,Q10:Q103)/SQRT(SUMSQ(D10:D103)3SUMSQ(Q10:Q103)第9行D9Q9单元格:用于显示对应各组以标准物质或某一典型对照物获得的指纹图谱为对照指纹图谱并采用相关系数法计算所得的相似度数111第4期 韦建荣,马银海:Excel与中药色谱指纹图谱相似度计算据,同样通过录入计算公式来得出数值,如D9中编如计算公式:=IF(OR(SUM(D10:D103)=0,SUM(Q10:Q103)=0),CORREL(D10:D103,Q10:Q103)E9Q9单元格中的公式产生原理
13、同上.D10O102单元格:各单元格内自动填入各组色谱峰的峰面积数值,对应数据录入表中的C6N98单元格.通过公式将数据录入工作表中录入的数据自动填入,如D10中编入公式:=IF(数据录入!C6=,数据录入!C6)其它单元格公式的编制可采用上述复制、粘贴方式迅速完成.P10P102单元格:用于计算共有模式各对应峰的峰面积值(采用算术平均法).P10中公式为:=IF(SUM(D10:O10)=0,AVERAGE(D10:O10)其它单元格公式的编制可采用上述复制、粘贴方式迅速完成.Q10Q102单元格:用于自动填入标准物质或某一典型对照物获得的指纹图谱并作为对照指纹图谱的峰面积数值.分别对应数据
14、录入表格的O6O98单元格.Q10中公式为:Q10=IF(数据录入!O6=,数据录入!O6)其它单元格公式的编制可采用上述复制、粘贴方式迅速完成.到此Excel中药指纹图谱相似度计算模板设计、编制完成,如将某中药进行不同的灭菌处理后的4组指纹图谱数据录入后,以未经灭菌处理的指纹图谱为对照,不同灭菌处理条件的3组为待测供试品,计算并打印出的结果见图3,可作为原始记录进行保存.3 讨论设计中结合实际情况,仅考虑最多12个样品,93个色谱峰的计算,可满足一般要求,样品数或色谱峰数超过时,可根据设计原理进行扩大,理论上可达到任意样品数和色谱峰数.所设计的表格计算模板为通用模板,样品数、色谱峰数等数据规
15、模达不到上述最大数量时,相应的单元格不输入数据并不影响计算结果.在输入数据进行计算后,可通过文件的另存进行数据和计算结果的电子版保存.在进行新的计算之前,应将数据录入工作表中C6O98单元格中原来的数据全部清空后重新输入新的数据,以免影响计算结果.Microsoft Excel为微软办公软件套件之一,几乎每台计算机都装有,可轻易获得并使用,其所具备的强大的数据处理和统计分析功能及美观和直观的图、文、表功能,可作为其它药学研究数据处理的最好工具,如线性或非线性回归、方差分析、t检验、正交设计等.参 考 文 献1 国家药品监督管理局.中药注射剂指纹图谱研究的技术要求J.中成药,2000,22(10):671-672.2 王龙星,肖红斌,梁鑫淼,等.一种评价中药色谱指纹谱相似性的新方法:向量夹角法J.药学学报,2002,37(9):713-717.211 昆明师范高等专科学校学报 2007年12月
