1.3 化学指纹图谱技术简介

化学指纹图谱概念一般有狭义和广义之分。狭义上的指纹图谱技术是指对采用色谱技术所获得的由指标性成分与未知色谱峰群共同构成的分析对象指纹特征图谱进行的以相似度评价为代表的综合质量控制手段,“整体性”和“模糊性”是其相对于经典含量测定方法而言的显著特点。广义化学指纹图谱技术则是指采用色谱、光谱及质谱等的联用技术对灰色复杂体系开展非目标分析方式的以定性、定量化学计量学分析为基础的“全景式(panorama mode)”复杂体系表征及高内涵分析技术的统称。该技术侧重于如何充分有效地表征复杂样品信息的湿法实验,而对应的数学解析等干法实验则主要通过化学计量学方法实现。其雏形至少在20世纪70年代已经出现于当时的色谱和光谱分析当中,并以色谱或光谱 “指纹图谱”这一约定俗成的名词进行命名,从而与传统的生物计量学指纹图谱相区别。

伴随着现代分析化学学科的跨越式发展,对复杂体系的解析进入高维、高内涵的崭新阶段,这使得人们对研究对象本身的复杂性和多样性有了新的更全面的认识。指纹图谱分析技术不同于经典分析方法之处在于它不再从一个“点”(少数指标性化合物或最大吸收波长所代表的标量)而是从某一个“面”(特定条件下的整体组分信息表征的多维矩阵)对对象进行表征与分析。这种从“只见树木、不见森林”的“特写模式”(close-up mode)到“全景模式”的刻画方式的转变,体现了由经典的“微观分解”研究思路向现代“宏观模型”分析策略的演进,促进了灰色复杂体系研究对象“白箱化”的质变过程。由化学指纹图谱技术带来的分析策略和理念上的改变,将伴随着该项检测技术的不断深入发展,在很大程度上填补现有质量评价技术的空白,并促进相关分析标准的不断完善和提升。

作为新兴的多学科交叉技术,化学指纹图谱分析在诸多相关领域获得了广泛的研究和应用。仅根据国内所发表的文献检索统计,化学指纹图谱的论文发表数量从2000年之前的年均不足10篇,发展到目前的超过1000篇/年(图1-4),其所受重视程度可见一斑。以中药及天然药物行业为例,中国、美国及欧盟等主要药品监管机构都对中药或植物药的申报和质控过程提出了色谱指纹图谱分析要求。在我国,中药指纹图谱质量控制技术被认为是中药现代化进程中“牵一发而动全身”的关键技术。

图1-4 相关研究领域国内文献检索统计
图1-5 化学指纹图谱学二级学科