近红外光谱技术在中药领域中的应用--刘冰寒

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1、近红外光谱技术在中药生产过程质量控制中的研究摘要:随着中药在中国的不断发展以及近红外在解决重要问题方面的卓越成果，NIRS技术在中药分析领域中越来越引起人们的关注，呈现出有望应用于解决中药产品质量快速检测难题的光明前景。该项分析技术为二次分析技术，需要通过建立校正模型才能实现对未知样品的定性或者定量分析，鉴于中药本身就是一个复杂化学成分的混合物，其吸收光谱是所含各化合物吸收光谱的叠加，具有难以解析的复杂性，加之大多数药材的主体成分相似，图谱又具有一定的相似性，这使得建模方法学成为近红外光谱技术用于中药分析的关键和研究前沿。因此，近红外光谱技术需要结合中药的特点，开发适应中药体

2、系的近红外光谱特征信息提取和处理技术，才能更好地用于中药分析领域。关键词：NIRS中药生产过程质量控制1近红外光谱分析技术1.1近红外光谱简介近红外(Near Infrared 简称NIR)光，是波长范围介于可见光(VIS)与中红外(MIR)区之间的电磁波,一般波长范围为780～2526nm ,波数范围12820～3959cm-1。该谱区是1800年Herschel发现的,由于分子在NIR谱区的倍频和合频吸收信号弱,谱带相互重叠多,信息量大,解析复杂,受当时计算分析条件的限制以及化学计量学仍未发展应用于近红外光谱,一直“冷落”至20世纪50年代末,60年代后随着计算机技术的发

3、展,近红外光谱分析技术得到迅速发展,应用领域不断扩大,在农业、医药、石油化工、纺织、化妆品、烟草、宝石鉴定等很多领域得到广泛应用[1，16-20]。 近红外光谱分析技术是综合光谱学、化学计量学(Chemometrics)和计算机应用等多学科知识的现代分析技术，分析过程的高效和绿色化又使其具有典型的现代分析特征，利于实现在线检测和放行，因而成为近年来发展较快、引人注目的光谱分析技术之一，被称为分析领域的“巨人”，分析技术的一次重大革命。 1.2近红外光谱分析技术的组成NIRS分析技术主要由硬件、软件、模型3部分组成硬件主要包括光谱仪、取样系统、测样装置和样品预处理系统;软件包括

4、光谱实时采集软件和化学计量学光谱分析软件;模型在NIRS分析中处干核心地位，一般情况，在系统建立、调试初期，可利用一段时期内现场收集的有代表性样品，使用模型建立模拟系统建立一个初始模型，然后随着在线检测来逐渐扩充模型[2]。1.3模型的建立与评价近红外光谱分析常用的建模方法有偏最小二乘法(PLS)、多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)、主成分分析(PCA)、拓扑学方法和人工神经网络(ANN)等。本实验采用偏最小二乘法建模。偏最小二乘法具有较强的抗干扰能力，在光谱多元校正分析中应用最为广泛[1]。通过筛选出的近红外光谱最佳预处理方法、最优波段和维数，采用校正集建立校正模

5、型并进行内部交叉验证。所谓的内部交叉验证即每次从校正集中选出一个样品作为验证品，用剩余的样品来建立模型，再用建好的模型预测被选出样品的含量，将它与真实值进行比较，看两者之间的偏差。1.4近红外光谱分析技术的特点与传统分析技术相比,NIRS技术具有诸多优点1:分析速度快、产出多，能在几分钟内，仅通过对被测样品完成1次NIRS的采集测量，即可完成其多项性能指标的测定(最多可达10余项指标);2光谱测量时不需要对分析样品进行前处理，分析过程中不消耗其他材料或破坏样品;3可通过光纤实现远即离测量，实现在线检测(质量过程控制);角适用固态、半固态、液态等各种样本。2近红外光谱技术在中药

6、领域的应用中药是由众多化学成分所组成的典型复杂物质体系，待研究的药效成分往往不是单一化合物，而是复杂的混合体系，比如各种中药制剂（包括复方制剂）和天然药物（包括中成药）等。在中药质量控制中，待测成分因提取、炮制、煎煮等中药生产方式，又存在着动态化学变化和新成分的生成，导致其内部有效组分的复杂多变，难以阐明。对中药药品的质量分析，不仅要求分析方法能够快速不经分离的测定其成分，前处理不应过于复杂以免与实际生产过程不符，同时应能对其单体化合物、有效成分、总提取物、生产过程等各个层次和环节能进行分析，实现多指标成分分析【4】。近红外光谱（Nearinfraredspectrometr

7、y，NIRS）分析是近年来进入制药行业的高效绿色分析新技术。NIRS分析的最大特点是对样品无破坏性，操作简便，分析迅速，测量信号可以远距离传输和分析，特别是与多种化学计量学方法、计算机技术和光导纤维技术相结合，采用近红外透射、散射、漫反射等光学检测方法，直接对样品进行分析。【1】目前已成功的运用于中药的提取【5】，纯化【6】，浓缩【7】，质量评价【8】等各个环节。2.1中药材的定性鉴别与分析在中药材的定性鉴别与分析方面，NIRS常被用于区别不同产地或者近似但不同物种的中药材的快速分析以提供中药材的快速鉴