常用花類中藥材粉末的光譜成像快速鑒別與分析Δ

胡翠英，馬 驥，龐其昌，趙 靜，王 琳，崔代軍

（1.暨南大學(xué)物理系，廣州510632；2.暨南大學(xué)廣東省高等學(xué)校光電信息與傳感技術(shù)重點實驗室，廣州 510632；3.南方醫(yī)科大學(xué)中醫(yī)藥學(xué)院，廣州 510515；4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，廣州 510640）

常用花類中藥材粉末的光譜成像快速鑒別與分析Δ

胡翠英1，2＊，馬 驥3#a，龐其昌2#b，趙 靜4，王 琳2，崔代軍2

（1.暨南大學(xué)物理系，廣州510632；2.暨南大學(xué)廣東省高等學(xué)校光電信息與傳感技術(shù)重點實驗室，廣州 510632；3.南方醫(yī)科大學(xué)中醫(yī)藥學(xué)院，廣州 510515；4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，廣州 510640）

目的：探討光譜成像技術(shù)在中藥真?zhèn)舞b別和質(zhì)量控制方面的應(yīng)用范圍與優(yōu)勢。方法：采用電可控液晶濾光光譜成像裝置，快速檢測凌霄花、紅花、合歡花、菊花和野菊花5種花類中藥材的粉末：通過提取5種花類中藥材的特征熒光光譜曲線，對不同種類的花類中藥材粉末進行鑒別；系統(tǒng)光譜分辨率為5 nm，光譜覆蓋范圍為400～650 nm。結(jié)果：5種花類中藥材具有各自不同的特征光譜曲線。結(jié)論：光譜成像技術(shù)可用于花類中藥材的真?zhèn)舞b別，具有樣品不需經(jīng)任何前處理、操作簡便、快速、無損等優(yōu)點。

花類中藥材；光譜成像技術(shù)；快速鑒別

光譜成像分析技術(shù)是將光譜分析技術(shù)和圖像分析技術(shù)結(jié)合起來的一種新的分析檢測技術(shù)，其基本原理是運用光譜掃描手段獲取試樣在不同波長照射下的不同光學(xué)行為信息，形成由試樣上相應(yīng)點的不同光學(xué)參量值構(gòu)成的信息分布圖像，并據(jù)此圖像獲得試樣的定位、定性和定量分析信息。

由于光譜成像分析技術(shù)可以同時得到試樣光譜維和空間維的豐富信息，并具有快速、無損、非接觸以及全面等一系列優(yōu)點，加之具有試樣制備簡單、不改變試樣的原始狀態(tài)、不產(chǎn)生化學(xué)和生物污染等適應(yīng)現(xiàn)代科技領(lǐng)域特別要求的性質(zhì)，已成為目前廣泛應(yīng)用的分析技術(shù)之一，受到遙測遙感、地質(zhì)勘探、刑偵分析、生物醫(yī)學(xué)、精細(xì)農(nóng)業(yè)及食品保鮮貯藏等許多學(xué)科的高度重視[1～5]。本課題組在對根及根莖類、皮類、葉類及全草類中藥材和飲片進行一系列探索性研究的基礎(chǔ)上[6～8]，應(yīng)用光譜成像分析技術(shù)快速鑒別了5種花類中藥材粉末，并對試驗結(jié)果做出了對比分析。

1 儀器與試藥

中藥檢測光譜成像系統(tǒng)包括紫外光源及其干涉濾光片、Varispec液晶電可控濾光器、鏡頭組、CMOS攝像機、視頻采集卡、計算機等（暨南大學(xué)廣東省高等學(xué)校光電信息與傳感技術(shù)重點實驗室設(shè)計研制[9]）。

花類中藥材粉末5種：凌霄花、紅花、合歡花、菊花和野菊花，均采用廣東省或廣州市藥檢所提供的對照藥材，購買時間分別為2010年12月8日和2011年4月27日。試樣基本信息見表1。

2 方法與結(jié)果

2.1 試驗條件與方法

表1 試樣基本信息Tab 1 Basic information of samples

試驗采用中心波長為254 nm的汞燈作為激發(fā)光源，采用單通道、連續(xù)光譜掃描方式進行檢測。光譜掃描范圍為400～650 nm，由Varispec液晶電可控濾光器進行分光，相鄰2幀圖像間隔為5 nm。調(diào)節(jié)CMOS攝像機成像鏡頭，使550 nm波段處焦平面與試樣表面重合，將CMOS攝像機設(shè)為連續(xù)工作方式，曝光時間設(shè)為1 000 ms，與光譜掃描時間同步進行各種試樣熒光光譜圖像的采集，采集的圖像以jpg格式存儲于計算機。一次檢測可得到由57幀光譜圖像組成的一個被檢試樣的光譜立方體。

2.2 特征光譜曲線的獲取

不經(jīng)任何前處理，將被檢試樣置于載物臺的襯底上，按“2.1”項下方法進行檢測。在獲得各花類中藥材粉末的光譜立方體后，采用帶通濾波器進行噪聲去除，進而對試樣所對應(yīng)的像素進行平均統(tǒng)計，并歸一化，獲得試樣的特征光譜曲線。

2.3 5種花類中藥材粉末的歸一化特征光譜曲線

凌霄花、紅花、合歡花、菊花和野菊花各自的歸一化特征光譜曲線分別見圖1～圖5。5種花類中藥材粉末的歸一化特征光譜曲線的集合見圖6。

從圖中可以看出，5種花類中藥材粉末各自的特征光譜曲線具有不同的峰形、峰頂和峰谷等形態(tài)。

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 穩(wěn)定性試驗 取同一供試品適量，每24 h進樣1次，按“2.1”與“2.2”項下方法檢測，連續(xù)檢測5次，對比特征光譜曲線。結(jié)果，5條曲線峰形的相似度（用其協(xié)方差量度）均＞0.95；且其特征峰位不變，各特征峰光強波動的不確定度≤測量值的1.86%，表明供試品在本方法的檢測特征中具有較好的穩(wěn)定性。

2.4.2 精密度試驗 取同一供試品適量，按“2.1”與“2.2”項下方法檢測，重復(fù)檢測5次，對比特征光譜曲線。結(jié)果，5條曲線峰形的相似度（用其協(xié)方差量度）均＞0.95；且其特征峰位不變，各特征峰光強波動的不確定度≤測量值的1.86%，表明本方法精密度良好。

2.4.3 重復(fù)性試驗 取同一供試品適量，共6份，分別按“2.1”與“2.2”項下方法檢測，對比特征光譜曲線。結(jié)果，6條曲線峰形的相似度（用其協(xié)方差量度）均＞0.95；且其特征峰位不變，各特征峰光強波動的不確定度≤測量值的1.86%，表明本方法重復(fù)性良好。

3 討論

本試驗中的試樣均采用國家藥檢部門提供的對照藥材（即進行中藥鑒定的國家標(biāo)準(zhǔn)藥材），并通過了穩(wěn)定性、精密度和重復(fù)性試驗。因此，其歸一化特征熒光光譜曲線可供今后建立標(biāo)準(zhǔn)藥材的數(shù)據(jù)庫使用，所建立的模型適用于對同一中藥的不同市售來源進行測定、對其偽品作出識別，以及評價藥材或飲片的質(zhì)量等級、甄別不同中藥的混合物等。光譜成像分析技術(shù)在這些方面的應(yīng)用已在西洋參、白鮮皮、黃柏、五加皮、香加皮、鉤藤葉等中草藥的檢測分析中得到證實[6～12]。

由圖1～圖6可以看出，5種花類中藥材粉末的歸一化特征光譜曲線具有顯著性差異，各自的總體走勢及特征峰顯著不同。紅花與凌霄花的歸一化特征光譜曲線具有偏峰結(jié)構(gòu)，紅花特征曲線的峰頂在610 nm處，峰高為1.0（歸一化強度，以下同），熒光強度在峰頂處變化較大；凌霄花特征曲線的峰頂在590 nm處，峰高為0.89，熒光強度在峰頂附近變化較小。菊花與野菊花的歸一化特征光譜曲線接近正態(tài)分布，菊花特征曲線的峰頂在530 nm處，峰高為1.0，曲線在峰頂兩側(cè)呈階梯分布；野菊花特征曲線的峰頂在555 nm處，峰高為0.66，峰頂附近熒光強度變化平緩。合歡花在檢測波段上熒光強度較低，其光譜曲線較為平緩，峰頂不明顯。以具有最大曲線下面積的菊花峰下面積記為100%，則曲線下面積由大到小分別為：菊花100%，凌霄花99.5%，合歡花76.4%，野菊花71.2%，紅花66.2%。試驗結(jié)果表明，5種花類中藥材粉末具有各自不同的歸一化特征光譜曲線。

上述5種花類中藥材均屬于雙子葉植物。凌霄花（C.grandiflora）涼血去瘀、祛風(fēng)止癢，系紫葳科植物；合歡花（A.julibrissin）解郁安神、滋陰補陽，為豆科植物；紅花（C.tinctorius）、菊花（C.morifolium）和野菊花（C.indicum）同為菊科植物，前者為中醫(yī)常用活血化瘀藥，后兩者均以清熱解毒為主要功效。它們在植物學(xué)上屬于獨立的種，且親緣關(guān)系較遠（除菊花和野菊花為同屬植物），形態(tài)、結(jié)構(gòu)各異，其特征光譜曲線也充分反映出它們不同的種屬特征。

眾所周知，花是被子植物特有的繁殖器官，也是鑒定物種的重要依據(jù)。就花類中藥材而言，其藥材和飲片在形態(tài)、結(jié)構(gòu)及大小方面基本等同。完整的花類中藥材依據(jù)花的結(jié)構(gòu)或入藥部位進行鑒別并不困難。例如：紅花以不帶子房的管狀花入藥，而合歡花、菊花和野菊花則以頭狀花序入藥；紅花為聚藥雄蕊，凌霄花是二強雄蕊，等等。但是，當(dāng)花類中藥材結(jié)構(gòu)殘缺、破碎或研為粉末后，鑒別就比較困難了，不但需要通過顯微或超微特征來鑒別，而且也要求檢測人員具備豐富的實踐經(jīng)驗，才能作出正確判斷。本試驗結(jié)果表明，光譜成像分析技術(shù)為花類中藥材粉末的鑒別提供了一種客觀、簡便的方法。

光譜成像分析技術(shù)可用于花類中藥材粉末的真?zhèn)舞b別與分析，使花類中藥材及其粉末的鑒別過程不再依賴于個人經(jīng)驗，結(jié)果更加可靠，且該方法具有試樣不需經(jīng)任何前處理、操作簡便、快速、無損等優(yōu)點，為中藥材鑒別及中藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了一種新的檢測方法。

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Rapid Identification and Analysis of Common Flower Types of Chinese Herbal Medicines Powders by Spectral Imaging Technology

HU Cui-ying
（Dept.of Physics，Jinan University，Guangzhou 510632，China）
HU Cui-ying，PANG Qi-chang，WANG Lin，CUI Dai-jun
（Key Laboratory of Optoelectronic Information and Sensing Technologies，Guangdong Institutions of Higher Education，Jinan University，Guangzhou 510632，China）
MA Ji
（College of Traditional Chinese Medicine，Southern Medical University，Guangzhou 510515，China）
ZHAO Jing
（College of Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510640，China）

OBJECTIVE：To discuss the application range and advantages of spectral imaging technology in identification and quality control of Chinese herbal medicines.METHODS：The powder of Campsis grandiflora，Carthamus tinctorius，Albizia julibrissin，Chrysanthemum morifolium and C.indicum were identified rapidly with electric controlled liquid crystal filter spectral imaging device；the character fluorescence spectral curves of them were picked up；the spectral resolution was 5 nm，and the spectral range were 400～650 nm.RESULTS：5 kinds of flowers had different character fluorescence spectral curves.CONCLUSION：Spectral imaging technology can be used to identify flower of Chinese herbal medicines，the testing course is convenient，quick and noninvasive without pre-treatment.

Flower of Chinese herbal medicine；Spectral imaging technology；Rapid identification

R284.1；R282.5

A

1001-0408（2012）43-4075-03

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2012.43.17

Δ國家自然科學(xué)基金資助項目（60908038）；廣東省科技計劃項目（2012B040302002）；廣州市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項目（GZCQC1002FG08015）

＊副教授，博士。研究方向：生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)。電話：020-85224386-307。E-mail：hcyhome@163.com

#a通訊作者：教授，博士。研究方向：中藥鑒定與質(zhì)量控制。電話：020-61648256。E-mail：majilx@163.com

#b通訊作者：教授，博士研究生導(dǎo)師，碩士。研究方向：光電檢測。電話：020-85220484。E-mail：tpqch@jnu.edu.cn

2011-11-13

2012-01-28）