近紅外光譜法測定西紅花中西紅花苷I含量的研究

張 聰， 胡 馨， 張英華， 俞佳寧， 周慶氫

(1.上海市中藥研究所，上海201401;2.上海市藥材有限公司，上海200002)

西紅花為鳶尾科植物番紅花(Crocus sativus L.)的干燥柱頭，主產于西班牙、希臘、法國及中亞西亞一帶，我國上海、浙江、江蘇等地栽培。西紅花性平，味甘，歸心、肝經。能活血化瘀，涼血解毒，解郁安神，用于經閉癥瘕，產后瘀阻，溫毒發(fā)斑，憂郁痞悶，驚悸發(fā)狂［1］。

近紅外分光光度法［2］系通過測定被測物質在近紅外譜區(qū)的特征光譜，并利用化學計量學方法提取相關信息后，對被測物質進行定性、定量分析的一種分析技術［3］。該技術操作簡便，分析迅速，實時反映被測對象狀態(tài);同時具有不破壞樣品，不需對樣品作任何預處理直接進行測定的優(yōu)點。

本論文采用便攜式近紅外光譜儀對西紅花進行測定，建立了藥材粉末中西紅花苷-I的NIR測定模型，并用于未知樣本中西紅花苷-I含量的測定［4］。本研究為西紅花藥材大規(guī)模種植的現(xiàn)場采摘、加工過程控制等提供了快速檢測方法。

1 實驗材料

1.1 樣品

西紅花由上海市藥材公司提供(產地上海崇明)，本研究采用的兩個批號樣本20091025(編號01～12)和20091120(編號01～11)分別為兩個不同采集時間所獲取的樣品，其中編號代表不同的收集地塊樣品。西紅花苷-I對照品(批號:111588-200501)購自中國藥品生物制品檢定所。

1.2 儀器與試藥

島津LC-10A高效液相色譜，色譜柱:Agilent ZORBAX SB-C18(150 mm × 4.6 mm，5 μm)美國BRIMROSE公司Luminar 5030便攜式AOTF近紅外光譜儀，InGaAs檢測器，Snap光譜采集處理軟件，The Unscrambler定量分析軟件。近紅外光譜實驗所用的參數設置為:波長范圍，1 100～2 300 nm;波長增量，2 nm;掃描平均次數:600。掃描模式為“Ratio mode”。

2 方法與結果

2.1 西紅花苷I的含量測定

按照中國藥典［1］方法測定，典型的西紅花高效液相色譜圖如圖1所示，23個西紅花樣品的測定結果見表1。結果表明，西紅花樣品中西紅花苷-I的含量均大于6%，高于近紅外光譜的一般檢出限。

2.2 光譜采集

將西紅花樣品研磨成粉末(過3號篩)，根據樣品的狀態(tài)，本實驗選用旋轉測樣系統(tǒng)進行光譜采集，可以有效地扣除背景變化帶來的影響。

實驗中采集到的西紅花粉末的原始光譜圖如圖2所示。從圖可以看出，樣品的光譜排列比較緊密，光譜與光譜之間的相似性較強。

2.3 定性分析檢測

2.3.1 樣本光譜的預處理與定性模型的建立

將建模樣品光譜經過一階微分處理后的光譜數據導入The Unscrambler分析軟件，然后利用PCA(主成分分析)對光譜數據進行計算建立定性分析模型。

2.3.2 定性模型驗證

表1 藥典法測定樣品中西紅花苷-I成分的含量

圖1 西紅花苷-I對照品(A)及西紅花樣品(B)HPLC色譜圖

圖2 樣品的原始光譜圖

對以PCA主成分分析法建立的定性分析模型性能的預測，可采用樣品與模型距離圖。模型區(qū)域圖中，圓點所在區(qū)域屬于定性模型區(qū)域，x所在區(qū)域屬于預測樣品著落區(qū)域，如果x在模型范圍內，說明被測樣品與建模樣品類型相同，在模型范圍以外，說明被測樣品與建模樣品類型不同。對驗證樣品進行定性分析，結果如圖3所示，模型區(qū)域圖中x均落在模型范圍內，說明驗證樣品都屬于西紅花樣品。

圖3 用PCA模型預測結果

2.4 定量分析檢測

2.4.1 定量模型的建立

將經過預處理后的光譜數據與樣品含量數據關聯(lián)，采用偏最小二乘法(PLS1)，交叉 －驗證法(cross-validation)，用The Unscrambler定量分析軟件建立模型。光譜和化學值異常值(outlier)分別采用光譜影響值Leverage和化學值誤差Residual這兩個統(tǒng)計量來檢驗剔除。經過異常值的剔除進行逐步優(yōu)化，最后得到了較為理想的校正模型(見圖4)。

圖4 西紅花苷I指標的PLS1回歸模型

從圖4可以看出，近紅外光譜與西紅花苷I成分含量間呈現(xiàn)出明顯的線性關系，其中西紅花苷I指標的相關性為0.953 7。說明樣品具有明顯的近紅外活性，能夠產生明顯的近紅外吸收，所以指標含量和光譜圖之間有呈現(xiàn)出良好的線性關系。

2.4.2 模型內部驗證

使用建立好的PLS1模型對所有參與建模的21個樣品進行驗證，驗證結果如表2所示。

表2 21個建模樣品驗證結果(n=3)

2.4.3 模型外部驗證

利用建立好的校正模型對2個外部樣品進行預測，結果如表3所示。從表3可以看出苷I指標的模型預測2個外部樣品的絕對偏差分別為－0.35與0.32，相對偏差分別為5.33與3.91，這充分說明校正模型能夠對樣品進行準確的檢測。

表3 2個驗證樣品驗證結果

2.4.4 方法的重復性

重復掃描某樣品10次，將得到近紅外數據帶入校正模型中進行計算，結果表明，10次測量得到的西紅花苷I的平均含量為8.94% ，相對標準偏差為0.01，說明建立的西紅花中西紅花苷I的近紅外快速測定方法精密度良好。

3 討論

利用近紅外光譜數據和校正模型能夠有效測定西紅花粉末中西紅花苷I的含量。

建模樣品的選擇應具有代表性，同時要保證實驗所得原始數據的準確性。隨著用于建模的樣品數增多，未知樣品的預測準確度還會不斷得以提高。

本試驗所建立的西紅花中西紅花苷I的近紅外測定方法，具有操作簡便，分析速度快，無樣品破壞，無需其他試劑成本等特點，為名貴藥材的質量評價和控制提供了快速有效的方法。

［1］中國藥典［S］.一部.2010:120.

［2］谷筱玉，徐可欣，汪 曣.波長選擇算法在近紅外光譜法中藥有效成分測量中的應用［J］.光譜學與光譜分析，2006，26(9):1618-1620.

［3］朱 斌，鄭清明，秦路平，等.20種金絲桃屬植物的近紅外漫反射光譜法鑒別［J］.第二軍醫(yī)大學學報，2003，24(4):455-456.

［4］蔣受軍，劉麗娜，朱 斌，等.近紅外光譜法測定注射用丹參(凍干)中丹參素、原兒茶醛及總酚含量的初步研究［J］.藥物分析，2008，28(7):1094-1098.