上海中医药大学中药研究所杨莉团队,在 Journal of Analysis and Testing 发表文章《基于微管纸喷雾联合微型质谱技术对沉香样品现场快速鉴定》(On-Site Analysis and Rapid Authentication of Valuable Agarwood Samples by Paper Capillary Spray Miniature Mass Spectrometry),文章使用微管纸喷雾—微型质谱(PCS-mini MS)技术(清谱科技),结合随机森林算法的人工智能模型快速准确鉴别珍稀沉香样品及其伪品,并与传统液相色谱法、薄层色谱法对比,从绿色化学的角度来评价,该方法具有明显优势。

 Cell 便携式质谱分析系统 

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  沉香背景Agarwood Background  

沉香是由瑞香科(Thymelaeaceae)沉香属(Aquilaria)属植物产生的含有树脂的木材,分布广泛且形成复杂,因此存在多种类型的沉香。沉香因其芳香气味和药用价值而被视为名贵中药材,尤其是奇楠(Kynam)品种,因其独特的香气和丰富的树脂含量在市场上尤为珍贵。沉香的高价值导致了伪造产品的泛滥,伪造方法包括高压注入人工香料、染色或用其他木材替代。

通过外观判断,有时难以判别真实性。鉴于沉香品种的多样性、价格的不确定性以及假冒产品的存在,迫切需要快速、有效的质量控制措施。

 研究方法 Research Methods 

利用PCS-mini MS技术将不同种类的沉香及其伪品磨成粉末,直接添加到色谱纸上,通过溶剂提取活性成分并进行质谱分析。在沉香中检测到特有的2-(2-苯基乙基)色酮类成分,而伪品中未检测到相应的特征成分。

建立基于随机森林算法的人工智能模型进行自动鉴别,利用Python编程语言进行数据加载和模型训练。

实验条件优化Optimization of Experimental Conditions

选择了甲醇增强0.1%甲酸作为提取溶剂,并通过测试不同体积的溶剂和电压来优化PCS-mini MS条件。确定最佳电喷雾电压为4500V,碰撞能量为1.5V,以获得最佳的样品响应强度和碎片离子响应。每次样本分析仅需1分钟。

 沉香样品分析Analysis of Agarwood Samples 

在正品沉香中,均可检测到m/z值为311(碎片离子220)和319(碎片离子301, 283)的特征离子,其结构分别被鉴定为6,7-二甲氧基-2-(苯基乙基)色酮和5,6,7,8-四羟基-2-(2-苯乙基)色酮,其中5,6,7,8-四羟基-2-(2-苯乙基)色酮(沉香四醇)为沉香中特有的成分,该化合物具有专属性,可作为关键标志物。

在正品奇楠沉香中,可观察到m/z值为251(碎片离子m/z 160, 91)和281(碎片离子m/z 190, 121)的特征离子,其结构分别被鉴定为2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮,被认为是奇楠沉香的特征成分。

此外,在正品中发现的其它PECs 类成分如m/z 283, 297, 327, 331, 341, 349, 357等可作为鉴定的辅证。

在伪品沉香中无明显上述特征类成分,多为其它未知成分,可能为造假过程中带入的某些成分。

 多元统计与人工智能模型 Multivariate Statistics and  Artificial Intelligence Models 

通过应用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型,实现了对样品的聚类分析,并有效地识别出了差异性标志物。

进一步结合人工智能模型(基于随机森林(RF)算法)对沉香样品进行分类和预测,本实验共计42批样品,分为3个组,其中正品沉香组28批,正品奇楠沉香组7批,伪品组7批。PCS-mini MS数据集被分为训练集(70%)和测试集(30%),用于模型开发和评估。采用关键的性能指标,包括精确率、召回率、F1值和准确度,来评估模型的有效性。将6批未知样品的数据直接导入所建立的预测模型,识别结果一致。

    

 绿色化学评价 Green Chemistry Evaluation 

将PCS-mini MS方法与高效液相色谱(HPLC)和薄层色谱(TLC)等方法进行比较,评估其准确性和绿色度。PCS-mini MS表现出高度的生态友好性,主要是因为其能够在线实时分析样品,减少繁琐的提取步骤和试剂浪费。

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 结论 ConclusionsJournal of Analysis and Testing 

1、本文介绍了一种利用PCS-Mini MS结合人工智能模型的沉香鉴别方法,该方法快速、高效且环保。仅需少量样品和简单的样品处理,即可实现沉香的准确鉴别。


2、该研究为沉香鉴别提供了一种可靠工具,并扩展了PCS-Mini MS技术的应用范围,显示出该技术在现场和快速测试自然样品方面的潜力。


清谱科技是一家专注于现场质谱化学分析和脂质组学产品开发、生产和制造的高科技公司。公司开发的便携式质谱分析系统为开发现场化学检测应用提供了实时准确和简单易用的分析解决方案。目前公司已经在公共安全、生物制药、医疗诊断、食品安全等领域为不同客户提供众多的现场即时检测应用方案。

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