（分析化学专业论文）三维荧光多维校正方法用于人体液样中药物分析的研究.pdf

a n a l y s i so fd r u g si nh u m a nb o d yf l u i d ss a m p l e su s i n gt h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c ec o u p l e dw i t hm u l t i w a yc a l i b r a t i o nm e t h o d s b y 殇l i l i b e ( t a n g s h a nn o r m a lc o l l e g e ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e a n a l y t i c a lc h e m i s t r y i n t h e g r a d u a t es c h o o l m a y , 2 0 1 1 6肌野舢3 册80 舢9 舢1胂丫 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 孑两荫 日期：砷l 年f 月背日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名： 导师签名： 孑砀两 劫汤邻 日期：们f 年j 月冶日 日期：仍- f 年f 月徊 硕士学位论文 摘要 化学计量学是复杂体系解析的重要工具，是现代分析化学的重要发展前沿。 化学计量学理论体系中二阶校正法是一极具特色的核心研究领域，它具有“二阶 优势 ：即使有复杂背景干扰共存也能对感兴趣多组分进行直接同时快速定量分 析，它以“数学分离方式去直接解决现代分析化学中复杂体系的定性定量分析 难题，已取得显著的进展。当然，在遇到更复杂的分析体系，未知的背景干扰与 目标分析物之间若存在较强的基体效应时，二阶校正方法也会有一定的局限性， 而新进发展的三阶校正方法则能从复杂体系中提取更多有用的化学信息。为了能 够很好地解决分析化学遇到的定量研究难题，本论文采用化学计量学的二阶校正 和三阶校正方法，结合荧光光谱技术，对人体液样中的若干药物的直接定量分析 问题，展开系列的应用研究，主要包括以下几个方面： 1 利用激发发射矩阵( e e m ) 荧光光谱技术，结合分别基于自加权交替三线性 分解( s w a t l d ) 和交替归一加权残差( a n w e ) 算法的二阶校正方法，直接快速测定 人体液中以及有萘丁美酮或萘普生干扰共存下的奥沙普秦的含量。利用该方法的 “二阶优势一，可在尿液内源物质( 尿样背景) 及萘丁美酮或萘普生干扰共存下，有 效地分辨出奥沙普秦的激发发射荧光光谱，并且同时获得其含量信息。结果表明， 解析结果准确可靠，方法快速简便，无需样品预处理，成本低廉，为临床及医药 实时快速测定人体液样中奥沙普秦含量提供了新的定量分析方法。 2 采用胶束增敏增强荧光策略与基于平行因子分析( p a r a f a c ) 和自加权交替 归一残差拟合( s w a n r f ) 的化学计量学二阶校正方法相结合，以“数学分离一代 替“化学分离 ，对血浆样这一复杂体系中多潘立酮和甲氧氯普胺进行了直接快速 同时定量测定研究。即使血浆样有未知干扰共存，仍能获得满意结果。多潘立酮 和甲氧氯普胺均为常用的胃动力药，临床上两种药物常联用以治疗呕吐，取得较 好的治疗效果。由于两种药物价格低廉而应用广泛，报道的不良反应也日渐增多。 甲氧氯普胺半衰期短，个体间的药动力学特征差异大，长期或高剂量使用容易造 成严重的锥体外系反应，因此直接快速检测血浆样中这两种物质的含量对临床用 药有重要的指导作用。本研究实现了在血浆背景干扰共存下多潘立酮和甲氧氯普 胺精确的光谱分辨和准确的浓度预测。 3 美洛昔康为新型的非甾体类抗炎药，临床上主要用于风湿性关节炎、类风 湿性关节炎等各种炎症及疼痛的治疗。美洛昔康本身没有荧光，但是利用无荧光 药物通过氧化反应可以转化为有荧光的物质这一特性，采用基于氧化衍生的反应 的激发发射矩阵荧光与基于平行因子分析( p a r a f a c ) 和交替归一加权残差 n 三维荧光多维校正方法用于人体液样中药物分析的研究 ( a n w e ) 算法的二阶校正方法相结合测定人尿液样中的美洛昔康含量，实现了无 荧光药物美洛昔康在人尿样中的间接浓度分析。 4 萘丁美酮是首例非酸性非甾体抗炎药，是一种无药理活性前体药物。萘丁 美酮在肝脏内被迅速代谢为6 m n a ，可抑制前列腺素合成而起解热、镇痛、抗炎 作用。6 m n a 与血浆间存在基体效应，运用二阶校正方法预测血浆中6 m n a 会 出现不同程度的预测偏差。三阶校正相对于二阶校正能从复杂体系中提取出更多 的有用信息，因此，通过改变血浆量而改变荧光量子产率这一维构建四维数阵， 利用三阶校正方法对测定人血将样中6 m n a 进行了初步研究。 关键词：二阶校正；三阶校正；奥沙普秦；萘丁美酮；萘普生；多潘立酮；甲氧 氯普胺；美洛昔康；6 甲氧基2 萘乙酸；化学计量学 l l i 硕士学位论文 1ll量詈置皇皇暑暑墨暑暑量一 a b s t r a c t i nt h ef i e l do fm o d e r na n a l y t i c a l c h e m i s t r y , c h e m o m e t r i c si s a ni m p o r t a n t a n a l y t i c a lt o o lf o rc o m p l e xc h e m i c a ls y s t e m s e c o n d o r d e rc a l i b r a t i o nm e t h o db a s e d o nt h r e e - w a yd a t aa n a l y s i si sah o tr e s e a r c ha r e ai nt h et h e o r e t i c a l s y s t e mo f c h e m o m e t r i c s i tc a ne a s i l yq u a n t i f yt h ec o m p o n e n t ( s ) o fi n t e r e s te v e ni nt h ep r e s e n c e o ft h eu n k n o w ni n t e r f e r e n c e si nc o m p l e xs y s t e m s b e s i d e s ，w h e nt h e a n a l y t e so f i n t e r e s th a v em o r eh e a v ym a t r i xe f f e c tf r o mc o m p l e xb a c k g r o u n d ，s e c o n d o r d e r c a l i b r a t i o nh a sa l s os o m ed e f i c i e n c i e s t h i r d o r d e rc a l i b r a t i o nc a ne x t r a c tm o r eu s e f u l c h e m i c a li n f o r m a t i o nf r o mc o m p l e xs y s t e mt h a ns e c o n d - o r d e rc a l i b r a t i o n i nt h i s t h e s i s ，s e c o n d - o r d e rc a l i b r a t i o na n dt h i r d o r d e rc a l i b r a t i o nm e t h o d o l o g i e s c o u p l e d w i t hf l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p yt e c h n o l o g yh a v eb e e nt r i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no ft h e c o n c e n t r a t i o n so fp h a r m a c e u t i c a lc o m p o u n d si nh u m a np l a s m aw h i c hh a v e b e e n i n c l u d e da sf o l l o w s ： 1an e wa n de f f e c t i v ea p p r o a c hw a sd e v e l o p e df o rt h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f o x a p r o z i ni nh u m a nu r i n es a m p l e sb yt h ei n c o r p o r a t i o no fe x c i t a t i o n - e m i s s i o nm a t r i x f l u o r e s c e n c e ( e e m ) a n ds e c o n d - o r d e rc a l i b r a t i o nm e t h o d o l o g i e sb a s e do ns e l f - w e i g h t e da l t e r n a t i n g t r i l i n e a r d e c o m p o s i t i o n ( s w a t l d ) a n d a l t e r n a t i n g n o r m a l i z a t i o n - w e i g h t e de r r o r ( a n w e ) a l g o r i t h m s ，r e s p e c t i v e l y w i t ht h ea p p l i c a t i o n o fas e c o n d o r d e ra d v a n t a g e ，e x c i t a t i o ns p e c t r a lp r o f i l e sa n de m i s s i o ns p e c t r a l p r o f i l e so fo x a p r o z i nw e r ee f f e c t i v e l yr e s o l v e de v e ni n t h ep r e s e n c eo fu r i n e b a c k g r o u n da n do t h e rh o m o g e n e o u sd r u g ss u c ha sn a b u m e t o n eo rn a p r o x e n t h e a v e r a g er e c o v e r i e so fo x a p r o z i ni nu r i n es a m p l e sa n dt h ep r e c i s i o no ft e s tr e s u l t sa r e s a t i s f a c t o r y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tb o t ha l g o r i t h m sw e r ea c c u r a t ea n dr e l i a b l e t h e m e t h o di ss i m p l e ，w i t h o u tp r e v i o u ss e p a r a t i o np r o c e d u r e 2m i c e l l a r e n h a n c i n gf l u o r i m e t r yc o m b i n i n gw i t h s e c o n d - o r d e rc a l i b r a t i o n s t r a t e g i e sb a s e do nb o t hp a r a f a ca n ds w a n r fa l g o r i t h m sw a se m p l o y e dt o s i m u l t a n e o u s l yd e t e r m i n et w oc o m p o n e n t s ，d o m p e r i d o n ea n dm e t o c l o p r a m i d e ， i n p l a s m ac o m p l e xs y s t e m t h em e t h o dl i g h tan e wa v e n u et os i m p l ee x p e r i m e n t a t i o n u s i n g “m a t h e m a t i c a ls e p a r a t i o n a sar e p l a c e m e n to f “p h y s i c a lo rc h e m i c a l s e p a r a t i o n ” o fu n c a l i b r a t e d b a c k g r o u n d o r i n t e r f e r e n t s d o m p e r i d o n e a n d m e t o c l o p r a m i d ea r ec o m m o n l yu s e df o rg a s t r i cm o t i l i t yi nc l i n i c a lm e d i c i n e u s i n g b o t h d r u g sf o rt r e a t m e n t i n gv o m i t i n gh a sa c h i e v e d ab e t t e rt h e r a p e u t i ce f f e c t i v 三维荧光多维校正方法用于人体液样中药物分析的研究 h o w e v e r , b e c a u s et h et w od r u g sa r ea f f o r d a b l ea n dw i d e l yu s e d ，t h er e p o r t e da d v e r s e r e a c t i o n sa r ei n c r e a s i n g m e t o c l o p r a m i d eh a l f - l i f ei ss h o r t ，t h ei n d i v i d u a ld i f f e r e n c e s i np h a r m a c o k i n e t i cc h a r a c t e r i s t i c si sl a r g e ，a n dl o n g - t e r mo rh i g hd o s e sl i k e l yt oc a u s e s e v e r ee x t r a p y r a m i d a lr e a c t i o n s h e n c e ，i ti si m p o r t a n tt od e t e r m i n et h ec o n c e n t r a t i o n o ft h e s ec o m p o u n d sf o r c l i n i c a lm e d i c i n e t h i sr e s e a r c hh a so b t i n e dt h es p e c t r a l r e s o l u t i o n ，t h ep r e c i s ec o n c e n t r a t i o n so fd o m p e r i d o n ea n dm e t o c l o p r a m i d ei nh u m a n p l a s m as a m p l e se v e ni nt h ep r e s e n c eo fu n k n o w ni n t e r f c r e n c e s 3m e l o x i c a mi san e wn o n s t e r o i d a la n t i i n f l a m m a t o r yd r u g ( n s a i d ) d e v e l o p e d f o rt h et r e a t m e n to fr h e u m a t o i da r t h r i t i sa n do s t e o a r t h r i t i s m e l o x i c a ms h o w sn o f l u o r e s c e n c e ，b u ti tc a nb et r a n s f o r m e di n t oah i g h l yf l u o r e s c e n td e r i v a t i v et h r o u g h o x i d a t i o nr e a c t i o nw i t hh 2 s 0 4 a ne f f e c t i v ee x c i t a t i o n - e m i s s i o nf l u o r e s c e n c em e t h o d w a sp r o p o s e dt od e t e r m i n em e l o x i c a mi nh u m a nu r i n es a m p l e sw i t ht h e a i do f s e c o n d o r d e rc a l i b r a t i o nm e t h o d sb a s e do n p a r a l l e l f a c t o ra n a l y s i s ( p a r a f a c ) a l g o r i t h m s a n d a l t e r n a t i n gn o r m a l i z a t i o n w e i g h t e de r r o r ( a n w e ) a l g o r i t h m s ， r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tn o n f l u o r e s c e n c em e d i c i n ew a sb e e ni n d i r e c t l y q u a n t i f i e da n a l y s i si np e r s o nu r i n es a m p l e s 4n a b u m e t o n ei sa no r a ln o n s t e r o i d a ia n t i i n f l a m a t o r yd r u g ( n s a i d ) o ft h ea c e t i c a c i dc h e m i c a lc l a s sa n da l s oap r o d r u gt h a tr e q u i r e sc o n v e r s i o nt oa na c t i v em e t a b o l i t e 6 - m e t h o x y 2 - n a p h t h y l a c e t i ca c i df o ri t sa n t i i n f l a m m a t o r y , a n a l g e s i c ，a n da n t i p y r e t i c a c t i v i t y b e c a u s e6 m n aa n dt h eb l o o dp l a s m ah a st h em a t r i xe f f e c t ，t h eu s e d s e c o n d o r d e rc a l i b r a t i o nm e t h o d ss h o w e dt h ei n e f f e c t i v e n e s si nt h e s ec o n d i t i o n s t h i r d - o r d e rc a l i b r a t i o nc a l le x t r a c tm o r eu s e f u lc h e m i c a li n f o r m a t i o nf r o mc o m p l e x s y s t e mt h a ns e c o n d o r d e rc a l i b r a t i o n t h u s ，af o u r - w a yd a t aa r r a yw a sc o n s t r u c t e d b a s e do nt h ea l t e r a t i o no ff l u o r e s c e n c eq u a n t u my i e l db yc h a n g i n gt h eq u a n t i t yo f q u e n c h e rp l a s m a u s i n gt h i r d - o r d e rc a l i b r a t i o nm e t h o d sc o n d u c t e dap r e l i m i n a r y r e s e a r c ho nt h ed e t e r m i n a t i o no f6 - m n ai nh u m a nb l o o ds a m p l e s k e y w o r d s ：s e c o n d o r d e r c a l i b r a t i o n ；t h i r d o r d e r c a l i b r a t i o n ；o x a p r o z i n ； n a b u m e t o n e ；n a p r o x e n ；d o m p e r i d o n e ；m e t o c l o p r a m i d e ；m e l o x i c a m ； 6 - m e t h o x y 2 - n a p h t h y l a c e t i ca c i d ；c h e m o m e t r i c s v 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i v 第1 章绪论1 1 1 化学计量学的发展及研究内容1 1 2 多维校正方法。2 1 2 1 一阶校正。2 1 2 2 二阶及更高阶校正2 1 3 多维校正方法的应用5 1 4 本文的立项意义及研究内容6 1 4 1 本文的立项意义6 1 4 2 本文的研究内容6 第2 章三维荧光二阶校正法快速测定人尿样中奥沙普秦含量8 2 1 引言8 2 2 方法原理8 2 2 1 三线性成分模型8 2 2 2 自加权交替三线性分解算法9 2 2 3 交替归一加权残差三线性分解算法9 2 2 4 组分数的确定- 9 2 2 5 品质因子l0 2 3 实验部分1 0 2 3 1 仪器与试剂1 0 2 3 2 实验用储备液及人工合成样的配制1 0 2 3 3 实际样品的配制1 l 2 3 4 实验参数设置1 1 2 4 结果与讨论1 2 2 4 1 人工合成样中o x p 的定量分析1 2 2 4 2 尿液样中o x p 的荧光光谱分辨及定量分析1 2 2 4 3 同类药物干扰共存下尿液样中o x p 的荧光光谱分辨及定量分析1 3 2 4 4 品质因子和椭圆置信区间1 5 2 4 5 方法的精密度试验1 6 v i 三维荧光多维校正方法用于人体液样中药物分析的研究 2 5d 、结：16 第3 章胶束增敏三维荧光结合二阶校正方法定量分析人体液样中的多潘立酮与 甲氧氯普胺1 7 3 1 引言1 7 3 2 方法原理18 3 2 1 三线性成分模型( 见2 2 1 ) 1 8 3 2 2 平行因子分析算法l8 3 2 3 自加权交替归一残差拟合算法1 8 3 2 4 品质因子1 9 3 3 实验部分1 9 3 3 1 仪器与试剂1 9 3 3 2 实验方法2 0 3 4 结果与讨论2 0 3 4 1 组分数的估计2 0 3 4 2 人工合成样的定量分析2 l 3 4 3 血浆样中多潘立酮和甲氧氯普胺的荧光光谱2 l 3 4 4 人体血浆样中多潘立酮与甲氧氯普胺的同时定量分析2 3 3 5 小结2 4 第4 章衍生三维荧光结合二阶校正法定量分析人体液样中无荧光药物美洛昔康2 5 4 1 前言2 5 4 2 方法原理2 6 4 2 1 三线性成分模型( 见2 2 1 ) 2 6 4 2 2 平行因子分析( p a r a f a c ) 算法( 见3 2 2 ) 2 6 4 2 3 交替归一加权残差( a n w e ) 算法( 见2 2 3 ) 。2 6 4 3 实验部分2 6 4 3 1 仪器2 6 4 3 2 试剂2 6 4 3 3 实验方法一2 6 4 4 结果与讨论2 7 4 4 1 美洛昔康的氧化反应机制2 7 4 4 2 测试样中美洛昔康的定量间接测定2 8 4 4 3 尿液样中美洛昔康的衍生三维荧光光谱及定量分析2 8 4 5 ，j 、结3l 第5 章借助四维模型研究血浆基体效应对萘丁美酮活性代谢物的影响3 2 5 1 前言3 2 v 硕士学位论文 5 2 方法原理3 3 5 2 1 三线性成分模型( 见2 2 1 ) 3 3 5 2 2 交替惩罚三线性分解( a p t l d ) 算法3 3 5 2 3 交替归一残差拟合( a n w e ) 算法( 见2 2 3 ) ：3 4 5 2 4 四线性模型3 4 5 2 5 四维平行因子分析( f o u r - w a yp a r a f a c ) 算法3 5 5 2 6 交替加权残差约束四线性分解( a w r c q l d ) 算法3 5 5 3 实验部分3 6 5 3 1 仪器与试剂3 6 5 3 2 实验方法3 7 5 4 结果与讨论一3 7 5 4 1 二阶校正方法结合激发发射三维数阵分析血浆样中的6 m n a 3 7 5 4 2 四线性分解算法分析荧光响应四维数阵得到的6 - m n a 定性结果。3 9 5 4 3 四线性分解算法分析存在血浆基体效应时6 - m n a 含量的初步探讨4 0 5 5d 、结：4 l 结论4 2 参考文献。4 3 致谤 5 3 附录a 攻读硕士学位期间发表的学术论文5 4 v m 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 化学计量学的发展及研究内容 分析化学是人们获得物质化学组成和结构信息的科学，是化学学科的一个重 要分支。在医药卫生、工业、农业、国防、资源开发等许多领域中都需要分析化 学的理论知识和技术，如在临床药物分析方面，用于诊断和治疗的临床检验；预 防医学中的营养成分分析：药学领域的药物成分含量的测定、药物药代动力学及 新药的药理分析等【l 】。随着科学技术的飞速发展，现代分析仪器技术不断更新， 新型联用仪器不断涌现，如液相色谱与二极管阵列联用仪( h p l c d a d ) 、气相色 谱与质谱联用仪( o c m s ) 、气相色谱与红外联用仪( c o i r ) 、毛细管电泳与质谱仪 ( c e m s ) 、激发发射荧光仪( e x e m ) 等。借助于这些现代分析联用仪器人们能更 快速便捷地获取大量复杂分析体系的数据，这些数据存储了分析对象丰富的物理 化学信息，可为我们提供复杂化学样本的定性与定量信息。但如何快速、有效、 全面地从这些庞大的原始量测数据中获取这些有用的物理化学信息，以实现复杂 体系的直接快速定量分析，却是一直困扰着分析化学家的难题。他们使传统的分 析、处理和解析方法面临严峻挑战。化学工作者同样面临着类似于行为科学家和 经济学家所遇到的大量数据如何处理的问题，这一问题不可避免地会促使分析化 学从方法论上寻找一个新的生长点即化学计量学【2 羽，以最优方式从复杂体系中提 取物质的有用信息，为分析、处理和解析多维数据开辟新的道路。 化学计量学是一门新兴的与化学信息密切相关的化学学科分支，由瑞典化学 家w o l d 教授和美国化学家k o w a l s k i 教授于上世纪七十年代初共同创立的。化学 计量学综合运用数学、统计学、计算机科学以及其它相关学科的理论与方法，优 化化学量测过程，并从化学量测数据中最大限度地获取有用的化学信息【2 6 】。化学 计量学以化学量测为基点建立在多个学科交叉基础上，它正成为化学( 特别是分析 化学) 与数学、统计学及计算机科学等多个学科之间的“接口 1 6 - 7 】。 化学计量学经过3 0 多年的发展，其基础理论和方法已基本形成了一套较为完 整的体系。其理论与方法贯穿于采样一测量一数据处理整个化学测量与分析全过 程，包括了采样理论与方法、实验设计与化学化工过程优化控制、化学信号处理、 多元校正与分辨、化学模式识别、化学过程和化学量测过程的计算机模拟、化学 定量构效关系、化学数据库、人工智能与化学专家系统等方面。化学计量学为化 学量测提供了新的理论和方法，为各类波谱与化学量测数据的解析以及化学化 工过程的机理研究和优化提供新的解决途径。 三维荧光多维校正方法用于人体液样中药物分析的研究 化学计量学的研究主要包括两个方面的内容：一方面是化学计量学基础理论 与方法的研究，即利用其它领域特别是数学中的许多有用的数学分析方法、人工 智能及数论方法等，结合化学体系的独有特征，建立起适合于化学问题的化学计 量学方法；另一方面是化学计量学在分析化学及其它相关领域的应用研究【8 母】。例 如，在医药分析【10 1 、环境分析【1 1 1 、食品分析【1 2 州】等领域的应用，化学计量学的独 特优势能解决传统方法无法处理或解决的实际复杂体系分析问题【”。2 2 1 。这两方面 相辅相成，化学计量学的基础理论与方法研究是实际应用研究实现的基础，实际 研究体系的复杂化对化学计量学理论有更高的要求，促使新的化学计量学方法的 出现。 1 2 多维校正方法 1 2 1 一阶校正 一阶校正解决的是二维化学数据分析体系中多个化学组分的定量分析问题， 它首先利用校正样的浓度矩阵与响应信号矩阵得出系数矩阵，然后利用系数矩阵 与未知样的响应信号阵计算出未知样中各组分的浓度分布。一阶校正数据一般由 一阶仪器产生，如紫外可见分光光度计、红外、近红外等各类光谱仪、单通道测 试的高效液相色谱、传感器阵列等。一阶仪器量测一个实验样本时，获得的是矢 量类型数据。根据分析数据类型的不同，它可分为线性模式和非线性模式，一阶 校正为线性模式。一阶校正不仅可以有效提高定量分析的选择性，可同时分析多 组分，从中提取出更多有效的信息，而且可以大大减少噪音，可以寻找和剔除异 常值，使定量分析的可靠性更高。它从本质上由标量数据校正向矢量、矩阵数据 解析的概念性突跃与蜕变。多元校正分析技术事实上已经解决了多组分同时分析 问题，为分析工作者提供了一个相对强有力的同时分析工具。 化学计量学家已经发展了许多基于二维数据的一阶校正方法【2 3 ，2 4 1 ，常用的方 法主要包括多元线性回归方法( m u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o n ，m l r ) 、主成份回归 ( p r i n c i p a lc o m p o n e n tr e g r e s s i o n ，p c a ) 和偏最小二乘法( p a r t i a ll e a s ts q u a r e s ，p l s ) 等。p c a 和p l s 算法是最常用的一阶校正方法，由于它们可以实现混合化学体系不 完全分离下的多个感兴趣组分的同时定量分析，因此在分析化学及生命科学等相 关领域的应用报道日益增加【2 5 ，2 6 1 。然而，所有一阶校正方法要求用于建模的校正 样品必须包含预测样中能产生背景信号的全部组分，预测样品中可能存在的未知 干扰也不例外。只有这样建立的回归模型去预测未知待测样时才能获得准确的结 果；否则，如果校正样品未包含待测样中存在的部分干扰，预测结果将不再可靠。 1 2 2 二阶及更高阶校正 针对单个样本响应信号为矩阵类型数据进行建模与预测的方法称为二阶校正 硕士学位论文 方法。其矩阵类型数据主要来自液相色谱与二极管阵列联用仪( h p l c d a d ) 、气相 色谱与质谱联用仪( g c m s ) 、气相色谱与红外联用仪( o c i r ) 、毛细管电泳与质谱 仪( c e m s ) 、激发发射荧光仪( e x e m ) 等二维响应联用分析仪器。在二阶校正中， 测量多个样本并将多个响应矩阵组合起来就可以得到一个三维响应数阵。二阶校 正方法可以看成是数学分离与单组分或多组分同时定量分析的结合。二阶校正方 法与一阶校正方法相比，其主要优势是只需满足一个前提，即单个或多个待测感 兴趣分析物存在于校正样中。因此，只需配制较少数目的校正样，且校正样中只 需包含感兴趣组分即可，而预测样品中则可含有校正样品中未考虑到的各种未知 干扰。这就真正实现了在预测样品中存在未校正和未知干扰下感兴趣组分的直接 定量测定，这就是著名的“二阶优势 【2 7 ，2 引。在二阶校正方法中，由于三维数据 阵的三线性分解具有唯一性【2 9 3 们，使得人们能够直接有效地获得分析体系中每个 感兴趣组分的相对浓度信息和其它定性谱图特征。如二阶校正方法结合三维荧光 技术定量分析物质的方法，可有效地简化复杂样品的预处理步骤，并能快速得到 被分析物的光谱定性信息及用于定量分析的相对浓度信息。 目前，分析工作者已经研究出一系列具有优良分析性能的二阶校正方法用于 三维响应数据解析。二阶校正算法大致分为三类：直接求解法、最小二乘法和迭 代求解法。基于直接求解的二阶校正方法以s i n c h e z 和k o w a l s k i 提出的广义秩消法 ( g r a m ) t 3 1 3 4 】和直接三线性分解法( d t l d ) 【3 5 4 0 1 为典型代表。其基本原理是利用样 本中产生信号的组分数与矩阵的秩相等这一关系，当扣除只含某一组分的校正样 信号的特定倍数后，预测样的信号矩阵的秩降l ，利用倍数值计算出预测样中该组 分的含量( 这里指预测样中也含有该组分) 。虽然此方法计算繁杂，一次只能进行一 个样品中一个组分的定量分析，但由于可进行未知干扰共存下的定量分析，获得 了人们的高度重视。这类算法具有对预先设定的因子数不敏感的优势，但是它们 存在的严重问题包括多样品有用信号的丢失、数据分解时的方差较大、当数据阵 存在不严格服从三线性成分模型或者仪器噪声等随机误差水平较高时，有可能出 现虚数解【4 1 1 。因此，这类方法一般适用于信噪比高、组份数难以准确估计的化学 体系，虽然直接分解类方法的解析结果的稳定性欠缺，方差浮动较大，但却可以 用于为迭代类方法创造一个良好初始值。有关第二类二阶校正方法的研究不多， l i n d e r 和s u n d b e r g 利用直接最小二乘分解原理的双线性最小二乘法( b l l s ) 【4 2 ，4 3 】是 其中一个代表方法。第三类为迭代类方法，以迭代的方式交替最小化目标函数以 实现三维响应数阵的分解。该类方法具有对仪器噪音和模型偏离不敏感的突出优 点而成为应用最广泛的一类。这一类型的二阶校正方法根据是否对估计的组分数 敏感，还可进一步区分为两类【4 4 1 。对估计组分数敏感的迭代类算法的提出相对较 早，以p a r a f a c 法最为典型。p a r a f a c 二阶校正方法的核心思路是基于三线性 三维数据阵的最优化拟合，理论上其应具有最小、最稳定的模型误差。但是，在 三维荧光多维校正方法用于人体液样中药物分析的研究 实际应用中存在着不足，该算法对预估计组分数太敏感，容易受到随机初始化与 多重共线性影响而导致计算收敛速度缓慢。此外，该算法的分析性能在很大程度 上决定于模型误差，使用其处理非三线性三维数据时，容易陷入计算“沼泽”当中， 收敛到局部最优解，而出现没有化学意义的退化解【4 5 4 6 】。对估计的组分数敏感的 迭代二阶校正方法的其它代表算法还包括多