一種基于聲光可調(diào)-近紅外光譜技術(shù)的復(fù)方丹參片快速定性分析方法

[摘要] 目的：建立復(fù)方丹參片 AOTF-近紅外光譜定性分析方法。方法：采用 PCA 主成分分 析法進(jìn)行定性鑒別。結(jié)果：建立的復(fù)方丹參片 FFDS-C 定性分析模型，能有效地鑒別組成相 近的中成藥和陰性對(duì)照品，結(jié)果令人滿意。結(jié)論：該方法是一種簡(jiǎn)便、快速、低耗的新型分 析技術(shù)，可用于為復(fù)方丹參片的定性鑒別。

[關(guān)鍵詞]：聲光可調(diào)濾光器；近紅外光譜技術(shù)；復(fù)方丹參片；PCA?????? 主成分分析；快速鑒別

復(fù)方丹參片的定性鑒別在 2005 版《中國(guó)藥典》中采用薄層層析的方法，以冰片、三七 為對(duì)照藥材、丹參酮ⅡA、三七皂苷 R1、人參皂苷 Rb1、人參皂苷 Rg1 等為對(duì)照品進(jìn)行定性 鑒別分析，以上幾種成分鑒別需分別制備供試液進(jìn)行薄層分析，操作煩瑣，成本較高，費(fèi)事 費(fèi)力，難以用于現(xiàn)場(chǎng)快速、鑒別分析。近紅外光譜分析方法是一種便捷、快速及無污染的分 析測(cè)試技術(shù)[1]，最大特點(diǎn)是：快速省時(shí)、操作簡(jiǎn)便、采用 NIR 透射和漫反射等光學(xué)檢測(cè)方法 可直接對(duì)樣品粉末進(jìn)行分析。目前，第 5 代聲光可調(diào)（AOTF）近紅外光譜儀，已開始應(yīng)用于 煙草及化工行業(yè)[2] ,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本研究采用 AOTF–近紅外光譜分 析技術(shù)，以 15 個(gè)省 23 個(gè)生產(chǎn)廠家的復(fù)方丹參片為分析對(duì)象，采用 PCA 主成分定性分析的方 法，對(duì)驗(yàn)證集樣品和陰性對(duì)照品進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果令人滿意，為復(fù)方丹參片的快速定性分析提 供了一種新方法。

1、儀器與試藥

?1.1 儀器：

美國(guó) BRIMROSE 公司生產(chǎn)的 Luminar 5030 型便攜式 AOTF 技術(shù)近紅外光譜儀， 主要部件包括：光學(xué)部分、控制部分、電源適配器、筆記本電腦。儀器波長(zhǎng)范圍為 1 100nm-2 300nm，波長(zhǎng)增量 2 nm，掃描次數(shù)為 300，采用 InGaAs 檢測(cè)器。挪威CAMO 公司 The Unscrambler 分析軟件。

1.2 試驗(yàn)材料

品：復(fù)方丹參片 收集北京同仁堂制藥廠、山東濟(jì)南宏濟(jì)堂制藥有限責(zé)任公司、廣奇星藥業(yè)有限公司、黑龍江紅豆杉藥業(yè)有限責(zé)任公司、云南白藥集團(tuán)股份有限公司、安徽華 佗國(guó)藥廠、廣西廣明藥業(yè)有限公司等 15 個(gè)省 23 個(gè)生產(chǎn)廠家 44 個(gè)批號(hào)的復(fù)方丹參片。中成藥對(duì)照品；上海雷允上藥業(yè)有限公司的丹參片；天津天士力制藥股份有限公司復(fù)方丹參滴丸。

原料藥材：三七、丹參、冰片由濟(jì)南宏濟(jì)堂制藥有限責(zé)任公司提供。

2 實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果

?2.1 樣品處理與制備：

供試樣品 分別取不同廠家不同批號(hào)復(fù)方丹參片供試樣品 15 片，研磨成粉末，過 80 目篩備用（其中糖衣片先將糖衣剝掉后再研磨，過 80 目篩備用）。 中成藥對(duì)照樣品 復(fù)方丹參滴丸和丹參片，按相同方法處理備用。

陰性對(duì)照品 根據(jù) 2005 版《中國(guó)藥典》復(fù)方丹參片組方、生產(chǎn)工藝和樣品處理與制備的方法，分別制成丹參、三七和冰片陰性對(duì)照樣品備用。

供試樣品、中成藥對(duì)照品和陰性對(duì)照品見表 1-3。

表 1、供試樣品一覽表

?

表 2、中成藥對(duì)照品一覽表

?

表 3、陰性對(duì)照品一覽表

2.2 近紅外光譜采集及光譜預(yù)處理

使用 Brimrose 公司 Luminar 5030 型近紅外光譜儀采集樣品粉末的光譜數(shù)據(jù)。將粉末 樣品放置于樣品盒槽中，用盒蓋將樣品刮平，連同盒蓋一起放置于支架上，光譜儀的探頭卡 在樣品盒蓋的圓孔中，垂直卡緊，采用漫反射的測(cè)樣方式采集光譜，波長(zhǎng)范圍從 1100 nm 到2 300 nm，波長(zhǎng)增量為 2 nm。每個(gè)樣品重復(fù)掃描十次，得到原始光譜圖，在建立模型前， 首先對(duì)掃描得到的原始吸收光譜進(jìn)行光譜預(yù)處理，以消除噪音和基線漂移的影響。我們采用 的預(yù)處理方法為一階導(dǎo)數(shù) 9 點(diǎn)平滑法（savitzky-golay），經(jīng)一階導(dǎo)數(shù)處理可以很好地消除 樣品由于顏色差別引起的光譜基線偏移和漂移。

2.3 建立復(fù)方丹參片定性分析模型

?在 23 個(gè)廠家生產(chǎn)的不同批號(hào)的 44 個(gè)復(fù)方丹參片樣品中，各廠取出 1 個(gè)樣品，組成校正 集（名稱為 ffds-c），用于建立復(fù)方丹參片校正集定性分析模型，其余的 21 個(gè)樣品作為驗(yàn) 證集（名稱為 ffds-v），用來驗(yàn)證所建立模型的預(yù)測(cè)能力。將校正集樣品光譜經(jīng)過一階微分 處理后的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入 The Unscrambler 分析軟件，然后利用 PCA（主成分分析）對(duì)光譜數(shù) 據(jù)進(jìn)行計(jì)算建立定性分析模型 FFDS-C。23 個(gè)校正集復(fù)方丹參片樣品的 PC1、PC2 主成分空間 分布圖見圖 1。

1.4 檢測(cè)模型效果

?2.4.1 模型預(yù)測(cè)方法

對(duì)以 PCA 主成分分析法建立的復(fù)方丹參片 FFDS-C 定性分析模型性能的預(yù)測(cè)，可采用以下兩種方法：一是通過計(jì)算機(jī) Excel 表格顯示的方法，二是模型區(qū)域判別法，見圖 2。在表格中，如果在 Excel 表中樣品編號(hào)后面是空白，說明該樣品被檢測(cè)為不屬于模型內(nèi)樣品，如 果樣品編號(hào)后面有*號(hào)標(biāo)記，說明該樣品被檢測(cè)為屬于模型內(nèi)的樣品；圖 2 右側(cè)模型區(qū)域圖 中，紅色的點(diǎn)所在區(qū)域?qū)儆趶?fù)方丹參片模型區(qū)域，綠色 x 所在區(qū)域?qū)儆陬A(yù)測(cè)的樣品著落區(qū)域。 x 號(hào)在紅點(diǎn)的范圍內(nèi)，說明被檢測(cè)的樣品與建模樣品類型相同，在紅點(diǎn)范圍以外，說明被檢 測(cè)的樣品不屬于建模樣品。

? ?? 圖 2?? 驗(yàn)證集復(fù)方丹參片樣品的預(yù)測(cè)結(jié)果

2.4.2 以 FFDS-C 定性分析模型預(yù)測(cè)驗(yàn)證集樣品

?調(diào)用定性分析模型 FFDS-C，對(duì) 21 個(gè)驗(yàn)證集的復(fù)方丹參片進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到的結(jié)果見圖 2。 由圖 2 顯示：在表格中所有 21 個(gè)驗(yàn)證集樣品編號(hào)后面均有*號(hào)標(biāo)記，說明他們屬于模型內(nèi)樣 品，在模型區(qū)域圖中，21 個(gè)驗(yàn)證集樣品均落在復(fù)方丹參片模型區(qū)域內(nèi)，說明被檢測(cè)的樣品 與建模樣品相同，被 FFDS-C 定性分析模型認(rèn)可，兩種方法都說明被檢測(cè)的樣品屬于建模樣 品，即是復(fù)方丹參片。

2.4.3 以 FFDS-C 定性分析模型預(yù)測(cè)中成藥對(duì)照品和三個(gè)陰性對(duì)照品

調(diào)用定性分析模型 FFDS-C，分別對(duì)中成藥對(duì)照品丹參片、復(fù)方丹參滴丸和三個(gè)陰性對(duì)照品進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到的結(jié)果見圖 3-5。

由圖 3-5 可見，中成藥對(duì)照品和三個(gè)陰性對(duì)照品在 Excel 表格中的樣品編號(hào)后都沒有* 號(hào)標(biāo)記，說明他們不屬于模型內(nèi)樣品；在模型區(qū)域圖中，中成藥對(duì)照品和三個(gè)陰性對(duì)照品均 沒有落在復(fù)方丹參片模型區(qū)域內(nèi)，以上兩種方法均說明被檢測(cè)的樣品與建模樣品不相同，被 FFDS-C 定性分析模型排除，證明被檢測(cè)的樣品不屬于建模樣品，即不是復(fù)方丹參片。

3、討論

3.1 近紅外光譜是有機(jī)分子中含氫基團(tuán) C-H、N-H、O-H 振動(dòng)的合頻與倍頻吸收，但由于 NIR 區(qū)的倍頻和合頻吸收弱、譜帶復(fù)雜、重疊嚴(yán)重，信息無法有效地分析和解離。因此，現(xiàn)代近 紅外光譜技術(shù)不是通過觀察供試品圖譜特征或測(cè)量供試品圖譜參數(shù)直接進(jìn)行定性分析，需要 通過化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，將其中有用信息提取出來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物質(zhì)的定性分析。

3.2 近紅外的定性分析常采用模式識(shí)別法，如主成分分析等，它基于的基本假設(shè)是“物以 類聚”，認(rèn)為性質(zhì)相近的樣本在模式空間中所處的位置相近，它們?cè)诳臻g形成“簇”。主成分 分析中心目的是將數(shù)據(jù)降維，以排除眾多化學(xué)信息共存中相互重疊的信息，它將原變量進(jìn)行 轉(zhuǎn)換，使少數(shù)幾個(gè)新變量是原變量的線性組合。同時(shí)這些新變量要盡可能多地表征原變量的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征而不丟失信息[9]。

3.3 通過用建立的復(fù)方丹參片 FFDS-C 定性分析模型對(duì)驗(yàn)證集（21 個(gè)復(fù)方丹參片）、中成藥 對(duì)照品（丹參片，復(fù)方丹參滴丸）和三個(gè)陰性對(duì)照品的檢測(cè)分析，結(jié)果令人滿意，驗(yàn)證集樣 品均被建立的復(fù)方丹參片 FFDS-C 定性分析模型判定為是復(fù)方丹參片；而中成藥對(duì)照組和陰 性對(duì)照組均被建立的復(fù)方丹參片 FFDS-C 定性分析模型排除，判定不是復(fù)方丹參片。由此可 見，以 PCA 主成分定性分析法建立的 FFDS-C 定性分析模型，可用于 23 個(gè)生廠家復(fù)方丹參 片的快速定性分析，如果繼續(xù)增加復(fù)方丹參片的樣品量，使建立的定性分析模型的使用范圍 更廣。

3.4?? 復(fù)方丹參片和復(fù)方丹參滴丸兩種中成藥都是由丹參、三七和冰片三味藥組成，丹參片含丹參一味藥，上述三種中成藥在藥物組成方面有相同之處，在 2005 版《中國(guó)藥典》三種 中成藥的定性定量分析中，均規(guī)定檢測(cè)丹參中的相關(guān)化學(xué)成分。利用 AOTF–近紅外光譜技術(shù) 建立的復(fù)方丹參片?? FFDS-C?? 定性分析模型可反映復(fù)方丹參片的綜合信息，能有效地將三種中成藥的粉末辨別，由此可見???? AOTF-近紅外光譜技術(shù)用于中成藥定性分析的獨(dú)到之處。

3.5 采用 Luminar 5030 便攜式近紅外光譜儀對(duì)復(fù)方丹參片粉末狀態(tài)的樣品直接進(jìn)行掃描測(cè) 定，由計(jì)算機(jī)直接顯示分析結(jié)果，不用化學(xué)試劑、速度快，體現(xiàn)了 AOTF-NIR 光譜分析技術(shù) 可用于現(xiàn)場(chǎng)快速分析的特點(diǎn)，為復(fù)方丹參片提供了一種可用于現(xiàn)場(chǎng)快速鑒別分析的新方法。

圖 1、復(fù)方丹參片光譜圖

圖 2、丹參片光譜圖

圖 3、丹參滴丸光譜圖

圖 4、冰片陰性對(duì)照品光譜圖

圖 5、丹參陰性對(duì)照品光譜圖

圖 6、三七陰性對(duì)照品光譜圖

?

?