近紅外漫反射光譜法快速測定金銀花中水分含量

楊天鳴，和順芳，孫麗英，龔小霞

(中南民族大學(xué)藥學(xué)院，湖北 武漢 430074)

金銀花為忍冬科植物忍冬(LonicerajaponicaThunb.)的花蕾，是一種常見中藥，性味甘寒，其主要功效是清熱解毒[1]。金銀花是連花清瘟膠囊(顆粒)中最主要的中藥之一，連花清瘟膠囊被列入國家基本藥物目錄[2]，其清瘟解毒、宣肺泄熱功效顯著。2020年2月，連花清瘟膠囊(顆粒)被列入國家衛(wèi)生健康委《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第六版)》，在當(dāng)前抗擊新型冠狀病毒肺炎中發(fā)揮了重要作用。藥材的質(zhì)量決定了中成藥制劑的質(zhì)量，藥材中水分含量需要嚴(yán)格控制，《中華人民共和國藥典》中金銀花質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水分含量不得超過12.0%，按通則 0832第四法“甲苯法”測定水分含量[3]。該方法使用了易燃易爆有機(jī)試劑甲苯，甲苯被列入世界衛(wèi)生組織公布的第三類致癌物，對空氣、水環(huán)境及水源可造成嚴(yán)重污染；且根據(jù)國家《易制毒化學(xué)品管理?xiàng)l例》，甲苯屬于易制毒化學(xué)品，受公安部門嚴(yán)格管制購買及使用；另操作需在通風(fēng)櫥內(nèi)長時(shí)間進(jìn)行，實(shí)際應(yīng)用極不方便，測定結(jié)果精密度不高。

作者曾成功應(yīng)用傅立葉變換近紅外透射光譜技術(shù)測定了黃芪提取液中總皂苷含量[4]和銀杏葉提取液中總黃酮含量[5]，分析結(jié)果準(zhǔn)確。鑒于此，作者基于近紅外漫反射光譜技術(shù)采集金銀花粉末的近紅外漫反射光譜，利用偏最小二乘回歸(PLSR)分析建立金銀花中水分含量的定量模型，擬開發(fā)一種快速測定中藥材中水分含量的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

金銀花藥材，產(chǎn)于山東，經(jīng)中南民族大學(xué)藥學(xué)院楊天鳴教授鑒定確認(rèn)。

AntarisⅡ型近紅外光譜儀，Thermo Nicolet公司；DHS20-1型紅外水分儀，上海天平儀器廠；DZF-6021型真空干燥箱，上海一恒科技儀器有限公司。

1.2 樣品處理

用中藥粉碎機(jī)將金銀花藥材粉碎，過200目篩，于60 ℃下真空干燥不同時(shí)間，得7個(gè)金銀花樣品，用紅外水分儀測定樣品中水分含量分別為9.13%、11.59%、12.92%、16.16%、16.76%、17.87%、25.58%。將7個(gè)不同水分含量的金銀花樣品各分成3份，得21個(gè)建模樣本，置于干燥器(不裝干燥劑)中，備用。

1.3 金銀花近紅外漫反射光譜的采集

采用近紅外光譜儀(帶漫反射附件)采集金銀花樣品的近紅外漫反射光譜。采集條件：光譜范圍為10 000～4 000 cm-1，以金箔為參比，分辨率為8 cm-1，掃描次數(shù)為32次，每個(gè)建模樣本采集3張圖譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 金銀花樣品的近紅外漫反射光譜

7個(gè)不同水分含量的金銀花樣品的近紅外漫反射光譜如圖1所示。通過篩選，選取5 245～4 331 cm-1波數(shù)區(qū)間進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)處理。

2.2 金銀花中水分含量定量模型的建立

2.2.1 金銀花樣品的近紅外光譜主成分分析(PCA)

將金銀花樣品的近紅外漫反射光譜用多元散射校正，利用儀器配套的TQ Analyst智能分析軟件進(jìn)行主成分分析，考察預(yù)測殘差平方和(PRESS)與主成分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，結(jié)果如圖2所示。

圖1 7個(gè)不同水分含量金銀花樣品的近紅外漫反射光譜Fig.1 Near-infrared diffuse reflectance spectra of 7 honeysuckle samples with different water contents

圖2 PRESS與主成分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.2 Relationship between PRESS and principal components

從圖2可知，主成分?jǐn)?shù)為2時(shí)，PRESS最小。故確定建模的主成分?jǐn)?shù)為2。

2.2.2 金銀花中水分含量定量模型的構(gòu)建

在21個(gè)樣本中選擇14個(gè)樣本作為校正集(calibration)，以紅外水分儀測定金銀花中水分含量作為參考標(biāo)準(zhǔn)值用于建模，采用偏最小二乘法回歸分析建立金銀花中水分含量定量模型，并進(jìn)行誤差分析，結(jié)果見圖3。

從圖3可知，所建立的金銀花中水分含量定量模型的相關(guān)系數(shù)為0.999 12、校正標(biāo)準(zhǔn)差(RMSEC)為0.243、預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差(RMSEP)為0.450。表明該定量模型線性好、預(yù)測能力強(qiáng)。

2.2.3 金銀花中水分含量定量模型的交叉驗(yàn)證

在21個(gè)樣本中選擇剩余的7個(gè)樣本作為驗(yàn)證集(validation)，以紅外水分儀測定金銀花中水分含量作為參考標(biāo)準(zhǔn)值，對金銀花中水分含量定量模型進(jìn)行交叉驗(yàn)證，結(jié)果見圖4。

從圖4可知，交叉驗(yàn)證結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.994 00，交叉驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)差(RMSECV)為0.777。表明該定量模型質(zhì)量達(dá)到要求。

圖3 金銀花中水分含量定量模型(a)及其誤差分析(b)Fig.3 Quantitative model of water content in honeysuckle(a) and its error analysis(b)

圖4 金銀花中水分含量定量模型的交叉驗(yàn)證結(jié)果Fig.4 Cross-validation of quantitative model of water content in honeysuckle

2.3 樣品測定

分別采用近紅外漫反射光譜法和紅外水分儀測定金銀花中水分含量，結(jié)果見表1。

表1 兩種方法測定的金銀花中水分含量比較/%

Tab.1 Comparison of water content in honeysuckle by two detection methods/%

通過t檢驗(yàn),兩種方法的測定結(jié)果無顯著差異(|t|=1.074

3 結(jié)論

《中華人共和國藥典》規(guī)定的金銀花中水分含量測定的“甲苯法”耗時(shí)長，而本研究建立的金銀花中水分含量定量模型的日常近紅外漫反射光譜檢測及數(shù)據(jù)處理在3 min內(nèi)即可完成。利用近紅外漫反射光譜法測定中藥材中水分含量的方法具有分析時(shí)間短、樣品無損耗、不使用有毒有害試劑、結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)。