【摘要】：近年來,傳統(tǒng)中醫(yī)藥不僅越來越多地受到國內(nèi)外民眾的認可和歡迎,也得到了國家的高度重視。2016年,中醫(yī)藥的發(fā)展被上升為國家戰(zhàn)略,并得到了法律層面的保障,一系列規(guī)范和振興中醫(yī)藥的政策相繼出臺。隨著中醫(yī)藥事業(yè)蓬勃發(fā)展,中藥的質(zhì)量控制成為必須解決的難題,如何提供一種快速有效的檢測手段成為當下的一個研究熱點。作為一種新興的光譜檢查手段,太赫茲時域光譜技術(shù)以其穿透性強、光譜分辨能力高、便捷高效、安全無污染等優(yōu)勢,在物質(zhì)檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,也為中藥檢測提供了一種可行的途徑。目前,太赫茲時域光譜技術(shù)尚處于起步階段,相關(guān)研究多集中于成分構(gòu)成相對單一的物質(zhì)檢測上,對于中藥這種成分復(fù)雜的檢測對象,還有許多問題需要解決。本文從中藥檢測中不同情況的需要出發(fā),結(jié)合光譜分析、量子化學(xué)及機器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的相關(guān)知識,以分子仿真的方式分析了中藥太赫茲光譜的來源,對基于太赫茲時域光譜技術(shù)的中藥分類識別、定量回歸分析模型展開了研究,并在增強其檢測靈敏度上作了初步的嘗試。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)以中藥黃花蒿的有效成分青蒿素為例,對單一中藥成分進行了檢測與識別。通過青蒿素的太赫茲時域譜計算獲取了0.2-1.6THz波段的吸收光譜,其吸收曲線表現(xiàn)出了顯著的特征吸收峰,以此作為識別依據(jù)有效地將青蒿素同吡哆素、苯甲酸、肉桂酸等其他幾種藥物進行了區(qū)分。利用量子化學(xué)計算方法中的密度泛函理論對青蒿素的單分子及多分子模型進行了仿真計算,以此對太赫茲特征吸收峰的產(chǎn)生機理進行了解釋并為實驗結(jié)果提供了佐證。(2)對于復(fù)雜成分中藥的分類識別,在檢測并計算出斷腸草、忍冬草、五指毛桃、白英、尋骨風(fēng)和龍葵草等六種外觀相似中藥材的太赫茲吸收光譜的基礎(chǔ)之上,分別運用支持向量機、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和隨機森林建立模型對不同中藥材進行了分類識別,并對分類結(jié)果進行了分析和比較。針對隨機森林模型在中藥識別過程中具有最快的運算速度并且對參數(shù)不敏感,但是在不平衡問題下效果較差這一問題,結(jié)合聚類算法和合成少數(shù)類過采樣技術(shù)(SMOTE),提出了CDKM-SMOTE隨機森林。這一方法無論在一般情況下還是不平衡問題下,都在速度最快的條件下達到了較高的正確率,從而為復(fù)雜成分中藥的分類識別提供了一種快捷高效的機器學(xué)習(xí)模型。(3)對于中藥的定量回歸分析,按檢測中藥復(fù)雜程度的不同,以摻偽中藥材三七粉中的三七含量、中藥復(fù)方止血定痛片中的三七含量和染色中藥材蒲黃中的非法染色劑金胺O的含量這三種情況為例進行了研究。針對偏最小二乘(PLS)、區(qū)間偏最小二乘(iPLS)、后向區(qū)間偏最小二乘(biPLS)和組合區(qū)間偏最小二乘(SiPLS)等常用模型在中藥定量回歸分析中效果不夠理想的問題,提出了2DCOS-PLS模型,通過引入二維相關(guān)光譜(2DCOS)來對偏最小二乘的區(qū)間篩選進行優(yōu)化。實驗證明無論在哪一種測量情況下,2DCOS-PLS都取得了比另外幾種模型精確的結(jié)果,從而為中藥的定量回歸分析提供了一種更為理想的機器學(xué)習(xí)模型。(4)利用超材料吸波器在太赫茲波照射下產(chǎn)生的諧振峰位置對表面電介質(zhì)的相對介電常數(shù)較為敏感這一特點,首次就太赫茲時域光譜結(jié)合超材料吸波器以提高中藥檢測靈敏度的可行性進行了初步研究。對于依據(jù)仿真結(jié)果制備的一種基于歐姆環(huán)結(jié)構(gòu)的超材料吸波器,測得在0.750 THz和1.138 THz處各有一個諧振峰。當加入不同種類的中藥冰片(艾片、梅片和人工合成冰片)時,諧振峰相應(yīng)出現(xiàn)的不同程度紅移能夠?qū)⒉煌苯訁^(qū)分;中成藥添加劑馬來酸氯苯那敏由于含量太小而無法在當前的太赫茲時域光譜系統(tǒng)下得到反映,但是利用超材料吸波器之后,馬來酸氯苯那敏的含量變化情況能夠較為明顯地由諧振峰紅移程度反映出來。實驗表明利用超材料吸波器能夠較大地提高太赫茲時域光譜技術(shù)對中藥檢測的靈敏度。
【圖文】：

圖 1.1 電磁波譜中太赫茲輻射的位置示意圖（引自網(wǎng)絡(luò)：http://www.taihezi.com/html/2013/fengxiang_0608/36.html）太赫茲科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展被美國、日本及歐洲多國相繼放在了非常重要的

圖 1.2 中藥三大來源比例圖示材的主要來源總體上可分為三種類：植物、動物及礦物。如圖 1.材的最主要來源，約占了全部種類的 87%；第二大來源是動物，[87]
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP18;O441

【參考文獻】

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本文編號：2678936