四川松潘地產(chǎn)大黃藥材近紅外光譜法快速鑒別研究

劉蟬 王珺

◇醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與藥學(xué)研究◇

四川松潘地產(chǎn)大黃藥材近紅外光譜法快速鑒別研究

劉蟬 王珺

目的：利用近紅外光譜法快速分析四川松潘地產(chǎn)大黃藥材。方法：以三種大黃藥材和對(duì)照藥材為研究對(duì)象，建立近紅外一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?。結(jié)果：通過(guò)對(duì)三種大黃藥材、對(duì)照藥材及偽品大黃的研究，掃描近紅外光譜圖，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)結(jié)果，建立近紅外一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并用樣品交叉?yàn)證，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。結(jié)論：近紅外光譜法具有快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，可用于四川松潘地產(chǎn)大黃藥材的快速鑒別。

大黃 藥材 近紅外光譜 一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

近紅外光譜（near-infrared spectroscopy，NIR）是由分子振動(dòng)使分子振動(dòng)從基態(tài)向高能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光譜，主要攜帶了含氫基團(tuán)等振動(dòng)的合頻和倍頻吸收，不同的分子具有表征其結(jié)構(gòu)特性的振動(dòng)頻率，即對(duì)應(yīng)特有的紅外吸收光譜，這是紅外光譜定性分析的物理基礎(chǔ)[1]。目前，大黃藥材的分析主要采用色譜法，這些方法準(zhǔn)確可靠，但檢測(cè)周期長(zhǎng)，前處理過(guò)程復(fù)雜，無(wú)法避免使用各種有機(jī)化學(xué)試劑等缺陷。藥材中所含化學(xué)成分比較復(fù)雜，但其化合物中一般都含有能引起近紅外吸收的C-H和O-H鍵。不同大黃藥材中所含成分的差異及含量的不同，均會(huì)導(dǎo)致其近紅外光譜圖也不盡相同，這種反映在光譜圖上面的差異性使近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于其分類成為可能[2]。本文采用NIR技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)相結(jié)合的方法，建立了四川松潘地區(qū)大黃藥材的NIR鑒別模型，可快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)鑒別分析。

1 儀器設(shè)備和材料

1.1 儀器設(shè)備 Matrix-F傅里葉變換近紅外光譜儀（德國(guó)Bruker），配有采樣光纖，OPUS分析軟件；四號(hào)篩、五號(hào)篩；恒溫干燥箱（德國(guó)Binder）；西林瓶（經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)挑選所得）；XP205型電子天平（瑞士Mettler Toledo）。

1.2 樣品 三種大黃的對(duì)照藥材（全部用于建模）；唐古特大黃藥材樣品11批；掌葉大黃藥材樣品8批；藥用大黃藥材樣品1批、偽品大黃藥材樣品2批。

2 方法

2.1 光譜采集 分別取上述樣品粉末，過(guò)篩，取能通過(guò)四號(hào)篩但不能通過(guò)五號(hào)篩的粉末，作為供試品，精密稱取1g，置西林瓶中，輕輕敲打使粉末均勻分布在西林瓶底部，蓋上橡膠塞，每個(gè)樣品制備6個(gè)供試品。溫度20℃，空氣濕度60%，用光纖探頭直接抵住西林瓶底部中心位置，不留空隙，采集樣品的NIR漫反射圖譜，得到6張近紅外光譜。NIR光譜儀參數(shù)為：掃描范圍：12000～4000cm-1，分辨率為8cm-1，掃描次數(shù)為32次。由采集的三種大黃的對(duì)照藥材和一個(gè)偽品大黃藥材的典型原始光譜圖，見(jiàn)圖1可知，不同種類的大黃藥材，雖然化學(xué)成分不盡相同，但近似的組成基本掩蓋了化學(xué)成分的差異，使得NIR光譜差別較小，尤其是原始圖譜，峰位基本無(wú)變化，無(wú)法直接作出鑒別判斷。它們之間的差別只能通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)方法提取近紅外光譜中含有的特征信息來(lái)區(qū)分[3]。

圖1 原始圖譜

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 光譜預(yù)處理[4]目前在NIR分析中應(yīng)用較多的光譜預(yù)處理方法主要有微分法、矢量歸一化法(VN)等。本研究應(yīng)用了微分法中的二階導(dǎo)數(shù)法（2ndD）。導(dǎo)數(shù)光譜可以增強(qiáng)原譜的信號(hào)。1stD可以明顯地消除光譜即顯的漂移，這對(duì)校正光譜的不確定性十分有效。采用2ndD法則可以消除基線的線性傾斜（也稱圖譜的旋轉(zhuǎn)），可去除高頻基線漂移、高頻隨機(jī)噪音、裝樣條件差異和光散射等影響。由于樣品粒徑和裝樣條件差異對(duì)固體光纖采集的光譜影響最大，故采用2ndD法作為預(yù)處理方法。預(yù)處理結(jié)果見(jiàn)圖2、3可以得到，光譜圖的基線漂移得到校正，增加了重疊峰的分辨率，增強(qiáng)了光譜特征。但微分在除去低頻基線的同時(shí)，也會(huì)放大高頻的噪音。因此，進(jìn)行平滑處理以濾去噪音。

圖2 經(jīng)1stD預(yù)處理后的光譜圖

圖3 經(jīng)2stD預(yù)處理后的光譜圖

2.2.2 譜段的選擇 在上述近紅外光譜掃描范圍中，每個(gè)光譜圖包含兩千余個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，信息量豐富，但如果直接用來(lái)建模，計(jì)算量大且運(yùn)算復(fù)雜，可能影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。考慮到藥材所含化學(xué)成分比較復(fù)雜，但其中的化合物中一般都含有可以引起近紅外吸收的C-H、O-H及N-H鍵，這些X-H鍵的合頻和倍頻吸收比較集中地反映在譜段9000～4250cm-1，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的譜段選擇結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 NIR譜段的選擇

2.2.3 CI限度的選擇 優(yōu)選的CI限度見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)選的三個(gè)模型的CI限度值

3 結(jié)果

近紅外一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)確性得到驗(yàn)證。唐古特大黃、掌葉大黃及三種大黃藥材模型的建立及驗(yàn)證結(jié)果分別見(jiàn)圖4。

圖4 一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證結(jié)果

表3 常用的幾種鑒別方法與NIR法的比較[5]

4 討論

4.1 近紅外光譜法用于大黃鑒別是可行的 NIR方法與其他鑒別分析方法應(yīng)用于中藥材及飲片的比較見(jiàn)表3。本研究首次采用近紅外漫反射光譜法進(jìn)行了松潘地產(chǎn)三種大黃的鑒別，由于化學(xué)成分差別較大，故樣品之間的區(qū)別比較明顯，結(jié)果與形態(tài)學(xué)分類結(jié)果一致，判斷準(zhǔn)確，表明這種判斷方法用于大黃分類及偽品的鑒別是可行的。這種鑒別方法無(wú)須經(jīng)過(guò)提取分離等過(guò)程而獲得樣品內(nèi)在的成分信息，更加簡(jiǎn)單快捷，為中藥鑒定學(xué)提供了一種新的方法和手段。

4.2 樣品處理 采用“雙篩分”法對(duì)樣品粉末進(jìn)行篩選，并且用2ndD對(duì)原始光譜進(jìn)行處理，可大大減少粒徑差異對(duì)分析帶來(lái)的影響。由于本研究得到的樣品數(shù)量有限，所建立的一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ腿孕柰晟疲x擇足量有代表性的校正集樣本數(shù)量越多，建立模型的準(zhǔn)確性和抗干擾能力越強(qiáng);并且校正集樣本必須具備良好的代表性，即建立校正模型的樣品應(yīng)能涵蓋以后要分析樣品性質(zhì)參數(shù)的范圍[6]。

4.3 譜段的選擇 在5000～5600cm-1這一段是與水分吸收有較大關(guān)聯(lián)的譜段，即使同一個(gè)樣品，在不同的時(shí)間測(cè)定多次，在這個(gè)譜段上也會(huì)有所差異，但是其余的譜段內(nèi)的特征基本是相似的，這說(shuō)明了空氣中的水分變化對(duì)這個(gè)譜段的影響是比較大的，因此不適宜參與建立一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

1 饒毅，魏惠珍，方少敏,等．近紅外光譜技術(shù)在中藥制藥過(guò)程質(zhì)控中的應(yīng)用[J]．中成藥,2011,33（1）:126～130．

2 馮艷春，胡昌勤．近紅外光譜法在藥物分析中的應(yīng)用[J]．中國(guó)藥事，2003，17(5)：312～314．

3 萬(wàn)定榮，江燕，陳科力．近紅外光譜用于卷柏屬藥用植物種下類型鑒別及種間關(guān)系探討[J]．中華中醫(yī)藥雜志，2008，23(11)：967～970．

4 胡昌勤，馮艷春．近紅外光譜法快速分析藥品[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010．

5 國(guó)家藥典委員會(huì)．中國(guó)藥典[M]．北京:中國(guó)醫(yī)藥科技出版社,2010．

6 張學(xué)博，尹利輝．近紅外光譜一致性檢驗(yàn)方法用于快速判斷藥品質(zhì)量的研究[J]．藥物分析雜志,2011，31 (3)：603～608．

Establishment of near-infrared(NIR)spectroscopic conformity test for rapid Examination of Rhubarb Planted in Songpan Area Sichuan

Anhui Food and Drug Inspection Institute,Hefei 230051,Anhui
LIU Chan,WANG Jun

Objective:Establishing near-infrared reflectance(NIR)conformity test model to identity the Rhubarbs Planted in Songpan Area Sichuan.METHODS Using NIR technology to screen Rhubarbs planted in Songpan area, and establishing models of rapid identification of Rhubarb.RESULTS The NIR models for identifying the Rhubarb from fake products successfully,and distinguished between the Rheum palmatum L.and Rheum tanguticum Maxim.ex Balf precisely.CONCLUSION The established NIR methods can be applied to identify the Rhubarbs quickly and precisely.

Rhubarb;Near-infrared(NIR);Spectroscopic;Conformity test /

R282.5

A

1671－8054（2015）02-0073-03

（編審：張善堂 施仲賦）

安徽省食品藥品檢驗(yàn)研究院 合肥 230051

2014-12-12收稿，2015-02-01修回