Rapid Screening of 4 Banned Substances in Acne-clearing Cosmetics by UV Spectroscopy Combined with Machine Learning Algorithm

XIANG Jian-hua; LU Li; FANG Fang; SHI Xin-hong

doi:10.12452/j.fxcsxb.24122328

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Rapid Screening of 4 Banned Substances in Acne-clearing Cosmetics by UV Spectroscopy Combined with Machine Learning Algorithm

Scientific Papers | 更新时间：2025-06-09

- Rapid Screening of 4 Banned Substances in Acne-clearing Cosmetics by UV Spectroscopy Combined with Machine Learning Algorithm
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 44, Issue 6, Pages: 1096-1106(2025)
- 作者机构：
  
  1.江苏省药品监督检验研究院，江苏南京 210019
  2.中国药科大学中药学院，江苏南京 211198
  3.国家药品监督管理局化学药品杂质谱重点实验室，江苏南京 210019
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.24122328
  CLC： O657.3;TQ658
- Received：23 December 2024，
  
  Revised：09 January 2025，
  
  Accepted：13 January 2025，
  
  Published：15 June 2025
- 稿件说明：
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向健华,芦丽,方方,石心红.紫外光谱结合机器学习算法的祛痘类化妆品中4种禁用抗感染类药物快速筛查[J].分析测试学报,2025,44(06):1096-1106.

XIANG Jian-hua,LU Li,FANG Fang,SHI Xin-hong.Rapid Screening of 4 Banned Substances in Acne-clearing Cosmetics by UV Spectroscopy Combined with Machine Learning Algorithm[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(06):1096-1106.
向健华,芦丽,方方,石心红.紫外光谱结合机器学习算法的祛痘类化妆品中4种禁用抗感染类药物快速筛查[J].分析测试学报,2025,44(06):1096-1106. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.24122328.

XIANG Jian-hua,LU Li,FANG Fang,SHI Xin-hong.Rapid Screening of 4 Banned Substances in Acne-clearing Cosmetics by UV Spectroscopy Combined with Machine Learning Algorithm[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(06):1096-1106. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.24122328.

摘要

基于紫外光谱结合机器学习算法，以甲硝唑、酮康唑、氯霉素和诺氟沙星4种常见禁用抗感染类药物为模型物质，建立了一种适用于祛痘类化妆品中非法添加禁用药物的快速筛查定性模型。该研究共采集167批祛痘类化妆品的紫外光谱，采用二维相关光谱（2D-COS）进行紫外光谱特征波段选择，通过对比22种光谱预处理方法、3种机器学习算法、3种数据集划分比例下各模型的效果，建立了分别含甲硝唑、酮康唑、氯霉素、诺氟沙星的阳性样品和阴性样品的五分类定性模型。结果表明，选择190~360 nm的紫外光谱，经标准正态变量变换（SNV）和Savitzky-Golay卷积平滑（SG）联合处理，选用训练集与预测集划分比例7∶3，采用误差逆传播（BP）神经网络算法建立定性分类模型时，模型训练集与预测集的准确率分别可达96.58%和98.00%，具有良好的预测与泛化能力。此方法能有效对化妆品中4种禁用抗感染药物进行快速准确筛查鉴别，不仅节省了检测成本与时间，提高了检测效率，为化妆品中非法添加禁用物质的检测提供了一种新型智能化的手段，也为未来不断更新迭代的非法添加禁用物质的快速筛查提供了新的思路和解决方案，且可助力现场快检。

Abstract

A qualitative model for rapid screening of metronidazole，ketoconazole，chloramphenicol and norfloxacin in acne-clearing cosmetics was developed based on ultraviolet spectrum of cosmetics combined with machine learning algorithms. In this study，ultraviolet spectra of 167 batches of acne-clearing cosmetics were collected for model building. The two-dimensional correlation spectroscopy（2D-COS） technique was used for ultraviolet spectra feature band selection，and the effect of each model was compared under 22 spectral preprocessing methods，three machine learning algorithms，and three dataset division ratios. Five-classification qualitative models were established for positive and negative samples containing metronidazole，ketoconazole，chloramphenicol and norfloxacin，respectively.The results showed that the ultraviolet spectra of 190-360 nm were selected to be processed jointly by standard normal variables（SNV） and Savitzky-Golay convolutional smoothing（SG），and the ratio of training set to prediction set division of 7∶3 was chosen to build a qualitative classification model using the error back propagation（BP） neural network algorithm. The accuracy of the model training set and prediction set can reach 96.58% and 98.00%，respectively，with good prediction and generalisation ability. This method can effectively screen and identify the four banned anti-infective drugs in cosmetics quickly and accurately，which not only saves the detection cost and time and improves the detection efficiency，but also helps the on-site rapid inspection and provides a rapid and intelligent solution for the detection of illegal addition of banned substances in cosmetics.

关键词

Keywords

references

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