近紅外光譜技術(shù)在中藥鑒定中的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)

李則宇

（河南醫(yī)藥健康技師學(xué)院，河南 開封 475000）

在我國(guó)傳統(tǒng)文化構(gòu)成中，中醫(yī)藥是一個(gè)重要的文化資源，為了全面地彰顯出中醫(yī)藥對(duì)人類發(fā)展具有的重要作用，我國(guó)已經(jīng)全面實(shí)施“中醫(yī)藥現(xiàn)代化建設(shè)戰(zhàn)略”。目前，由于中藥研究與開發(fā)逐漸獲得廣泛重視，關(guān)于中藥相關(guān)組分鑒定、測(cè)定等已經(jīng)成為藥物質(zhì)量控制、標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要內(nèi)容。根據(jù)傳統(tǒng)的中藥鑒定技術(shù)來說，其類型豐富多樣，一般包括：顯微鑒定、理化檢測(cè)、現(xiàn)代技術(shù)檢測(cè)、經(jīng)驗(yàn)檢測(cè)等。對(duì)于顯微鑒定、理化檢測(cè)等技術(shù)而言，其操作流程過于繁瑣，從某種角度來看，它受到操作者的操作技能、嫻熟程度等因素的；對(duì)于經(jīng)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)來說，它對(duì)于操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有著嚴(yán)格的要求，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果與操作者的主觀思想有很大的相關(guān)性，與中藥現(xiàn)代化管理理念相違背。對(duì)于現(xiàn)代儀器分析法來說，其多見于生物DNA檢測(cè)、質(zhì)譜法、色譜法等，這些鑒別分析法的應(yīng)用能夠間接性地促進(jìn)中藥質(zhì)量研究行業(yè)的全面發(fā)展。不過以上分析法的操作過于比較復(fù)雜，必須要對(duì)藥材進(jìn)行分離、提純，整個(gè)過程耗費(fèi)大量的時(shí)間及試劑，所以在大面積應(yīng)用方面存在一定的局限性，而且無法達(dá)到快速鑒別與檢測(cè)等目的。對(duì)此，若要?jiǎng)?chuàng)建一套完善、成熟、高效的中藥質(zhì)量科學(xué)評(píng)價(jià)制度，必須要通過先進(jìn)的檢測(cè)儀器、科學(xué)的分析方法的互相結(jié)合，所以目前迫切需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)高效、精準(zhǔn)的中藥質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)前，NIRS 技術(shù)在中藥材鑒定、分析等方面能夠達(dá)到快速、便捷、精準(zhǔn)等目的，它不會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間與試劑，也不會(huì)破壞樣品質(zhì)量，甚至不會(huì)造成環(huán)境污染，所以逐漸成為一個(gè)備受關(guān)注的新型分析技術(shù)。

一、近紅外光譜技術(shù)在中藥鑒定中的優(yōu)勢(shì)

（一）近紅外光譜技術(shù)在中藥鑒定中的應(yīng)用原理

根據(jù)美國(guó)ASTM 設(shè)置的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，在中藥鑒定范圍內(nèi)，近紅外光譜的波長(zhǎng)范圍在780-252nm 之間，其吸收主體主要包括CH、OH、NH 基團(tuán)的倍頻、合頻等。因?yàn)槠湮兆V帶強(qiáng)度小，對(duì)此若要獲取相對(duì)完整、清晰的圖譜一般需要耗用大量的樣品，同時(shí)數(shù)據(jù)無法精簡(jiǎn)處理，再加上技術(shù)水平、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等存在局限性，則不能把近紅外光譜區(qū)域中的相關(guān)信息進(jìn)行逐一提取。目前，由于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛躍發(fā)展，能夠?yàn)榻鉀Q這一難題帶來幫助與支持函，對(duì)此，NIRS 技術(shù)已經(jīng)成為一種操作便捷、快速且不會(huì)破壞樣品的一種分析方法，它逐漸在農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)藥、紡織等領(lǐng)域內(nèi)得到全面應(yīng)用。

由于近紅外光譜區(qū)的吸收強(qiáng)度小、譜帶繁瑣、交叉明顯，不能通過傳統(tǒng)定性或定量技術(shù)進(jìn)行分析，一定要運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)中的多元統(tǒng)計(jì)、聚類分析等方法給予定標(biāo)檢測(cè)，方可其將包含的定性、定量信息提煉出來。近紅外光譜包括大量的不同類型的有機(jī)化合物，由于其包含不同的基團(tuán)，同時(shí)存在不同的能級(jí)，對(duì)此在不同的化學(xué)環(huán)境下，在吸收近紅外光期間，其波長(zhǎng)是完全不一樣的，所以，通過近紅外光譜能夠獲取相關(guān)信息，它屬于一個(gè)比較理想的載體。當(dāng)出現(xiàn)近紅外光照射的過程中，如果頻率一樣的光線與基團(tuán)，一般會(huì)出現(xiàn)共振反應(yīng)，光的能量利用分值偶極矩的變化能夠隨機(jī)傳輸給分子；如果近紅外光的頻率、樣品振動(dòng)頻率不一樣，那么這一頻率的光是無法被吸收的。所以，如果選擇頻率持續(xù)性變化的近紅外光照射某一物品的話，因?yàn)樵嚇訉?duì)不同頻率的近紅外光的吸收情況是不一樣的，那么被吸收的近紅外光線在某一波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)會(huì)變?nèi)酰窃谄渌ㄩL(zhǎng)區(qū)域內(nèi)會(huì)變強(qiáng)，穿透進(jìn)來的紅外光線通常攜帶一些有機(jī)物組分的結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息，利用現(xiàn)代檢測(cè)儀器分析其光密度，由此能夠鑒定其組分的類型與含量。利用鑒定穿透光線攜帶的信息給予檢測(cè)分析，就是所謂的近紅外透射技術(shù)；利用檢測(cè)反射光線攜帶的信息給予檢測(cè)分析，就是所謂的近紅外反射技術(shù)。

（二）優(yōu)勢(shì)

通過對(duì)近紅外光譜技術(shù)在中藥鑒定中的應(yīng)用原理能夠發(fā)現(xiàn)：其具備的優(yōu)勢(shì)比較明顯，具體包括：1.鑒定中藥專屬性。通過收集不同產(chǎn)地、不同采收期、不同炮制方法的樣品，明確其對(duì)應(yīng)的專屬性來源，然后對(duì)其給予鑒別，能夠?qū)⒁呀?jīng)混淆的品種篩選出來。2.鑒別中藥真?zhèn)?，并?duì)其內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)。現(xiàn)今常見的中藥鑒定法如果想要在鑒定藥材質(zhì)量的基礎(chǔ)上對(duì)其真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別，一般是非常困難的。比如，顯微鑒定法雖然能夠迅速鑒定其真?zhèn)?，但是無法精準(zhǔn)、客觀地評(píng)價(jià)其質(zhì)量；色譜指紋圖譜分析法雖然能夠?qū)χ兴庂|(zhì)量給予客觀、精準(zhǔn)測(cè)定，但是卻無法精準(zhǔn)地鑒別其品種及產(chǎn)地。如果將有機(jī)技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)相結(jié)合，則是一個(gè)不錯(cuò)的鑒定方法，它不但能夠鑒別中藥真?zhèn)?，定量分析其主成分，而且也能夠?chuàng)建一種標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整個(gè)鑒定流程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，由此能夠大大簡(jiǎn)化其中的繁瑣步驟，并進(jìn)一步降低其分析成本，縮短檢測(cè)周期。3.鑒別道地藥材并給予質(zhì)量評(píng)價(jià)。一般來說，道地藥材的產(chǎn)地、性能、化學(xué)特征等存在一定的獨(dú)特性，通過近紅外光譜技術(shù)能夠精準(zhǔn)鑒別，并且也能夠構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模型評(píng)價(jià)體系，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。

二、近紅外光譜技術(shù)在中藥鑒定中的應(yīng)用概述

（一）鑒定中藥品種

鑒定中藥品種一般是指對(duì)其來源及真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別。關(guān)于品種分類來說，通過近紅外光譜技術(shù)的整個(gè)操作過程相對(duì)精簡(jiǎn)，無需提供大量的樣品。例如，在對(duì)白芷類中藥材進(jìn)行鑒定期間，選擇近紅外光譜技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)八個(gè)品種，接下來其獲得的數(shù)據(jù)則需要利用系統(tǒng)聚類分析技術(shù)、非線性映射模式等展開識(shí)別分析。另外，在鑒定卷柏等品種的過程中，通過近紅外光譜技術(shù)能夠?qū)?0 種不同品種的卷柏屬藥植物識(shí)別出來，并探討它們之間的相關(guān)性。當(dāng)鑒別葛根、當(dāng)歸、白術(shù)、白芍、魔芋等中藥材的過程中，第一步需要對(duì)鑒定樣品進(jìn)行近紅外漫反射光譜分析，接下來在相關(guān)系數(shù)表征波長(zhǎng)不一的環(huán)境下，利用漸進(jìn)窗口式相關(guān)系數(shù)確定樣品光譜的相似性，然后篩選出特征波長(zhǎng)范圍不一的，并通過主成分分析法繪制樣品的二維空間結(jié)構(gòu)圖，由此能夠第一時(shí)間識(shí)別類型不同的樣品，并對(duì)其真?zhèn)谓o予識(shí)別?？傊?，根據(jù)以上資料的整理能夠發(fā)現(xiàn)：中藥來源鑒別等一般是能夠通過近紅外光譜給予檢測(cè)，但是其結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定，能夠?yàn)榇_定中藥品種真?zhèn)螏碇С峙c借鑒。

在鑒別中藥品種真?zhèn)螘r(shí)，校對(duì)模型創(chuàng)建是非常關(guān)鍵的，而且還必須要運(yùn)用一個(gè)科學(xué)、完善的數(shù)據(jù)整理方法。例如：在98 個(gè)大黃樣品的鑒別中通過近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行操作，隨機(jī)篩選出46 個(gè)樣品，創(chuàng)建校正模型，接下來以小波包嫡法、主成分分析法對(duì)光譜特征進(jìn)行提煉與篩選，確定Fisher 分類器并創(chuàng)建一個(gè)識(shí)別真?zhèn)蔚哪Ｐ?，最后能夠發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)技術(shù)的鑒別結(jié)果有明顯的差距，前者的識(shí)別率是2.9%，后者的識(shí)別率是10.6%。這能夠說明，如果數(shù)據(jù)處理方法不一樣，那么最后的結(jié)果也存在明顯的區(qū)別。

（二）識(shí)別產(chǎn)地

很多中藥材的產(chǎn)地來源比較多的，這必然會(huì)對(duì)其質(zhì)量帶來極大影響。道地藥材一般是指在特定區(qū)域生產(chǎn)獲得的優(yōu)質(zhì)中藥材，這屬于大部分學(xué)者對(duì)中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)關(guān)鍵依據(jù)。并且，道地藥材在作用療效、存儲(chǔ)條件、產(chǎn)量規(guī)模等方面具備的一些綜合性能與其他非地道藥材相比存在明顯的優(yōu)勢(shì)，不過對(duì)于其具備的綜合性能而言，主要是因?yàn)槠浣M成及關(guān)系復(fù)雜引起的，所以，不能創(chuàng)建具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)。那么在對(duì)其產(chǎn)地進(jìn)行鑒定期間，也是對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的一個(gè)重要過程。目前，近紅外光譜技術(shù)在這方面的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。例如，通過一項(xiàng)長(zhǎng)期的調(diào)查及研究發(fā)現(xiàn)，通過近紅外光譜能夠?qū)?67 個(gè)白芷樣品進(jìn)鑒別，最后發(fā)現(xiàn)包括四個(gè)不一樣的產(chǎn)地來源，而且其交叉驗(yàn)證精準(zhǔn)率能夠超過97.6%。并且，通過近紅外漫反射光譜去對(duì)產(chǎn)地來源不一的黃柏進(jìn)行鑒定，接下來借助于有機(jī)結(jié)合馬氏距離、主成分分析法等創(chuàng)建校正模型，最后發(fā)現(xiàn)，其有5 個(gè)不同的產(chǎn)地來源。再如，在對(duì)貴州、廣西、云南等不同地區(qū)的80 份重樓樣品進(jìn)行鑒別時(shí)，通過創(chuàng)建鑒別模型，能夠?qū)ζ洳煌漠a(chǎn)地進(jìn)行區(qū)分。這能夠說明，選擇近紅外光譜技術(shù)能夠更客觀、全面地分析中藥地道藥材，這對(duì)于保護(hù)地道產(chǎn)區(qū)及藥材等都能夠提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

（三）加工炮制鑒別

在對(duì)中藥進(jìn)行炮制處理之后，其化學(xué)組分一般會(huì)有明顯的變化，利用近紅外光譜技術(shù)能夠給予驗(yàn)證與說明。例如，蒸制生地黃之后，其還原糖含量會(huì)出現(xiàn)變化，但是由于蒸制的時(shí)間有差異，那么其含量變化也是完全不一樣的。利用近紅外漫反射光譜技術(shù)對(duì)其含量進(jìn)行檢測(cè)，能夠確定地黃樣品的蒸制時(shí)間與還原糖含量的變化關(guān)系，接下來按照標(biāo)準(zhǔn)算法聚類鑒別光譜對(duì)其進(jìn)行分析，由此能夠精準(zhǔn)地識(shí)別不同蒸制時(shí)間下的樣品。

（四）質(zhì)量評(píng)價(jià)

由于中藥的有效組分比較繁瑣、復(fù)雜，在對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)的過程中，一般通過近紅外光譜技術(shù)能夠獲得一個(gè)相對(duì)理想且精準(zhǔn)的結(jié)果。例如，若要對(duì)連翹中的連翹酯含量進(jìn)行檢測(cè)，通過高效液相色譜法進(jìn)行分析，一般需要在PLS 法的作用下創(chuàng)建一個(gè)近紅外光譜與樣品中連翹酯含量的多元校正模型，接下來對(duì)其樣品進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，最后發(fā)現(xiàn)：HPLC檢測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的相關(guān)系數(shù)、預(yù)測(cè)均方差等各是0.987、.0.18，所以，如果需要對(duì)大量連翹藥材中的連翹酯進(jìn)行檢測(cè)，那么僅需通過近紅外光譜技術(shù)即可迅速、精準(zhǔn)地獲得相應(yīng)的結(jié)果。由此來看，近紅外光譜技術(shù)是能夠定量檢測(cè)中藥組分，并且整個(gè)操作相對(duì)便捷，結(jié)果精準(zhǔn)等，能夠用來分析大量的中藥材的質(zhì)量。

三、結(jié)束語

總而言之，在中藥鑒定、質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面通過近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行分析能夠獲得比較確切的結(jié)果，它對(duì)于保護(hù)樣品也能夠發(fā)揮積極作用。在與傳統(tǒng)分析技術(shù)進(jìn)行對(duì)比中，能夠更直觀地彰顯出其優(yōu)勢(shì)，即：無損、精準(zhǔn)、快速、綠色等。不過值得一提的是，任何檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用在中藥領(lǐng)域內(nèi)都并非十全十美的，該技術(shù)也存在一定的局限性，例如，現(xiàn)今近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用多見于常量分析，其檢測(cè)極限通常是0.1%，無法對(duì)其進(jìn)行痕量分析；而且對(duì)于其精準(zhǔn)性來說，主要是與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相對(duì)比的情況下才能夠彰顯出其優(yōu)勢(shì)。由此來看，在運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)的過程中，必須要利用創(chuàng)建校正集模型來對(duì)樣品實(shí)施定性、定量分析，在保障模型的穩(wěn)定性、專業(yè)性的情況下，方可逐步擴(kuò)大近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍。