全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 1 期 2013 年 1 月

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近红外透反射光谱法用于复方苦参注射液渗漉过程在线检测
陈 晨 1，李文龙 1，瞿海斌 1*，王旭文 2，王瑞珍 2
1. 浙江大学 药物信息学研究所，浙江 杭州 310058
2. 山西振东制药股份有限公司，山西 长治 047100
摘 要：目的 利用近红外透反射光谱技术，对复方苦参注射液渗漉液中多组分的量进行快速测定。方法 采用氧化槐果碱、
氧化苦参碱的 HPLC 测定值，总糖的苯酚-硫酸法测定值及固体总量的烘烤法测定值为对照值，用偏最小二乘法建立近红外
光谱与对照值之间的校正模型，并对未知样品进行定量预测。结果 校正模型对氧化槐果碱、氧化苦参碱、总糖和固体总量
4 种组分的交叉验证均方根误差分别为 43.5、135.4、1 255.7 mg/L 和 150.7 mg/mL，相关系数分别为 0.926 6、0.954 6、0.953 9
和 0.974 1。经外部验证，预测均方根误差分别为 32.5、191.7、1 461.9 mg/L 和 164.0 mg/mL。结论 本方法方便、准确、可
靠，可用于中药渗漉过程的快速分析。
关键词：近红外透反射光谱；复方苦参注射液；渗漉；快速分析；氧化槐果碱；氧化苦参碱
中图分类号：R286.02 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2013)01 - 0047 - 05
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2013.01.010
Online control of percolation of Fufang Kushen Injection using near infrared
transflective spectroscopy
CHEN Chen1, LI Wen-long1, QU Hai-bin1, WANG Xu-wen2, WANG Rui-zhen2
1. Pharmaceutical Informatics Institute, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2. Shanxi Zhendong Pharmaceutical Co., Ltd., Changzhi 047100, China
Abstract: Objective To develop a fast analytical method for determining the multiple components in the percolation of Fufang
Kushen Injection with near infrared transflective spectroscopy. Methods The contents of oxysophocarpine and oxymalrine by HPLC,
total sugar by phenol-sulfuric acid method, and total solids by baking method were used as reference values. Multivariate calibration
models based on PLS algorithm were developed to correlate the near infrared spectroscopy and the corresponding values, and the
unknown samples were quantitively determined. Results The root mean square errors of cross-validation in calibration model for
oxysophocarpine, oxymalrine, total sugar, and total solids were 43.5, 135.4, 1 255.7 mg/L, and 150.7 mg/mL, respectively, and the
correlation coefficients were 0.926 6, 0.954 6, 0.953 9, and 0.974 1, respectively. External validation with external samples indicated
that the root mean square errors of prediction were 32.5, 191.7, 1 461.9 mg/L, and 164.0 mg/mL, respectively. Conclusion The
presented method is fast, accurate, and reliable, which could be used as a process analyzing method for the percolation process of
Chinese materia medica.
Key words: near infrared transflective spectroscopy; Fufang Kushen Injection; percolation; rapid analysis; oxysophocarpine; oxymalrine

在生产过程中引入过程分析技术是中药产业发
展的主要方向，其发展的前提是建立一种快速有效
的分析方法。由于中药成分复杂，难以进行快速测
定，导致目前很多中药生产环节仍然缺乏有效的过
程分析方法，无法实时监控生产过程中指标成分量
的变化，进而使产品批次间的质量差异较大。因此，
研究适用于中药生产过程的快速分析方法，将有助
于实现中药生产过程的在线检测与实时控制，对于
推进中药产业技术创新和提高产品质量具有重要的
现实意义。

收稿日期：2012-04-20
基金项目：国家“重大新药创制”科技重大专项（2008ZX09202-009）
作者简介：陈 晨（1987—），女，湖北竹山人，硕士，研究方向为中药制药过程分析技术。Tel: 15972079162 E-mail: cenzi1987@163.com
*通信作者 瞿海斌 Tel: (0571)88208428 13958089718 E-mail: quhb@zju.edu.cn
网络出版时间：2012-11-17 网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/12.1108.R.20121117.1459.008.html
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 1 期 2013 年 1 月

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复方苦参注射液是由苦参和白土茯苓精制而成
的纯中药制剂，渗漉是其生产过程中的重要提取环
节，生产数据表明，药材中 70%的有效成分在此过
程中被提取出来。常规的分析方法是从罐底取样后
进行 HPLC 测定，操作繁锁，分析周期长并且样品
前处理复杂。因此，迫切需要研究一种快速有效的
过程分析新方法。近红外光谱（near infrared spec-
troscopy，NIRS）技术是绿色、快速、非破坏性的
检测分析技术[1]，已在制药领域广泛应用[2-6]。透反
射附件光纤探头可以同时获取透射和反射光的信
息，采集的 NIRS 包含的信息更全面，因此广泛用
于液体样品的检测[7-8]。此外，通过光纤探头，可以
方便地实现远距离分析、定位分析，尤其适用于生
产过程的在线监测[9]。
本实验将近红外透反射光谱技术应用于复方苦
参注射液渗漉过程的快速分析，在渗漉过程中连续
取样和分析，采用偏最小二乘法（partial least
squares，PLS）[10]建立了渗漉液主要成分的 NIRS
定量校正模型，可同时测定渗漉液中多种成分的量，
为中药渗漉过程的实时快速监测提供了一种可靠的
分析方法。
1 仪器与材料
Antaris 傅里叶变换近红外光谱仪（美国 Thermo
Fisher），配有光纤采样系统、光谱采集软件 Result
和数据分析软件 TQ Analyst；数据处理软件
Unscrambler 8.0；长度 2 m 的石英光导纤维透射式
探头（美国 Ocean Optics）；恒温加热磁力搅拌器（杭
州仪表电机有限公司）；Agilent 1100 高效液相色谱
仪（美国 Agilent Technologies），配有 G1311A 四元
梯度泵，G1313A 自动进样器，G1316A 柱温箱，
G1315B 二极管阵列检测器，LC ChemStation；手提
式粉碎机（上海淀久中药机械制造公司）。
色谱纯乙腈（德国默克）；磷酸、浓硫酸（衡州
巨化）；超纯水（Millipore）；冰醋酸（江苏强盛化
工）；苯酚（Bio Basic Inc. BBI）；戊烷磺酸钠（J&K
Chemical）；氧化槐果碱对照品（批号 200301，质
量分数 98.0%以上，中国食品药品检定研究院）；氧
化苦参碱对照品（批号 H0081，质量分数 98.0%以
上，上海融禾医药科技有限公司）。苦参 Sophorae
Flavescentis Radix（批号 20090327、20101004、
20090512、20090604、20101123）和白土茯苓Smilacis
Glabrae Rhizoma（批号 20090425、20090428、
20090813、20091004、20100306）由山西振东制药
股份有限公司提供，由浙江大学药物信息研究所陈
柳蓉副教授鉴定，分别为豆科苦参属植物苦参
Sophora flavescens Ait. 的干燥根和百合科菝葜属植
物光叶菝葜 Smilax glabra Roxb. 的干燥根茎。
2 方法与结果
2.1 样品收集
模拟实际的生产工艺，取一定量的苦参和白土
茯苓药材粉碎为粗粉，分别称取苦参粗粉 70 g 和白
土茯苓粗粉 30 g，加 1 200 mL 1%醋酸-水溶液浸泡
24 h 后，将药粉装入渗漉装置中，压实，开始渗漉。
漉液为 600 mL 1%醋酸水溶液，渗漉时间约持续 24
h，体积流量 0.48 mL/min。在渗漉过程中每隔约 1 h
取样 1 次。对 5 次渗漉过程进行取样，共收集到 120
个样本。将前 4 次渗漉得到的样品组成校正集，第
5 次渗漉得到的样品组成验证集。采用 TQ 软件中
的 Dixon 检验法和杠杆值与残差 t 检验准则剔除部
分异常样品后，校正集和验证集的组成见表 1。

表 1 校正集和验证集样本组成
Table 1 Sample composition of calibration and validation sets
指 标 氧化槐果碱 / (mg·L−1) 氧化苦参碱 / (mg·L−1) 总糖 / (g·L−1) 固体总量 / (g·L−1)
校正集样本 11.3～522.4 11.6～1 948.9 0.622 4～15.620 4 95.0～2 660.0
验证集样本 205.5～436.6 362.5～1 197.9 0.516 9～13.104 3 127.5～2 215.0
校正集样本数 99 99 99 100
验证集样本数 16 16 13 20

2.2 样品定量测定
2.2.1 生物碱 HPLC 定量测定 色谱条件[11]：色谱
柱为 Diamonsil C18 柱（200 mm×4.6 mm，5.0 μm），
流动相为 0.04%磷酸-10 mmol/L 戊烷磺酸钠水溶液
（A）-乙腈（B），梯度洗脱：0～35 min，3%～7% B；
35～50 min，7% B；50～60 min，7%～10% B；60～
70 min，10% B；体积流量 1.2 mL/min，柱温 30 ℃，
检测波长 210 nm，进样量 5 μL。
对照品溶液制备：精密称取氧化槐果碱和氧化
苦参碱对照品适量，加 50%甲醇制成分别含氧化槐
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果碱 2.002 g/L和氧化苦参碱 5.414 g/L对照品溶液。
供试品溶液制备：将收集到的渗漉液样品离心，
取上清液备用。
方法学考察：对 HPLC 进行系统的方法学考察，
结果氧化槐果碱线性范围 10.25～640.6 mg/L，回归
方程 Y＝8 030 X＋14.83，r2＝0.999 9；精密度 RSD
为 0.22%（n＝6），重复性 RSD 为 0.40%（n＝6），
稳定性 RSD 为 0.49%（n＝5），加样回收率为
101.9%，RSD 为 0.79%（n＝6）；氧化苦参碱线性
范围 25.99～1 624 mg/L，回归方程 Y＝6 416 X＋
38.78，r2＝0.999 9；精密度 RSD 为 0.66%（n＝6），
重复性 RSD 为 0.43%（n＝6），稳定性 RSD 为 0.36%
（n＝5），加样回收率为 102.2%，RSD 为 0.77%（n＝
6）。可知建立的生物碱定量测定方法符合定量分析
的要求，具有较高的准确性。
2.2.2 总糖的测定 总糖的测定参照文献方法[12]：
精密称取 0.25 g 无水葡萄糖，置 50 mL 量瓶中，纯
水定容，摇匀备用。分别精密量取 0.1、0.3、0.5、
0.8、1.0、1.2、1.5 mL 葡萄糖溶液置 25 mL 量瓶中，
配制成一系列质量浓度的葡萄糖溶液。精密量取葡
萄糖溶液 1 mL 置具塞锥形瓶中，加入 1 mg/g 的苯
酚溶液 1 mL。在磁力搅拌下沿瓶壁缓缓加入 10 mL
浓硫酸。硫酸加完后再搅拌 2 min，之后静置 1 h，
在 490 nm 处测定紫外吸光度（A）值，以 A 值对质
量浓度进行线性回归，得回归方程。
精密量取渗漉液样品 1 mL 置具塞锥形瓶中，照
回归方程的制备方法，自“加入质量浓度为 1 mg/g
的苯酚溶液 1 mL”起，依法测定 A 值，代入回归方
程计算样品中总糖的质量浓度。
2.2.3 固体总量测定 固体总量测定参照《中国药
典》2010 年版方法[13]：精密量取一定体积渗漉液样
品于干燥至恒定质量的玻璃称量瓶中，置烤箱中于
105 ℃烘至恒定质量，按下式计算。
Cx＝100 W / V
Cx为供渗漉液样品的固体总量（g/mL），W 为渗漉液样品恒
定后的质量（g），V 为渗漉液样品的体积（mL）
2.3 光谱采集
使用近红外光纤采集系统。采集光谱的相关参
数：分辨率 8 cm−1，扫描次数 64 次，增益为 4×，
扫描光谱波长范围 4 000～10 000 cm−1。采集的样品
放置于西林瓶，光谱仪的探头垂直伸入瓶中，采用
透反射的测样方式采集光谱。渗漉液样品原始 NIRS
见图 1。



图 1 渗漉液样品的 NIRS 原始光谱
Fig. 1 NIRS original spectra of percolation sample
2.4 数据处理
2.4.1 建模波段的选择 尽管PLS可以在全谱范围
内建模，但这样易引入过多冗余信息。对建模波段
进行筛选，不仅可以提取有效信息，还可以提高计
算速度。水分子在近红外谱区的 1 440 nm（6 941
cm−1）与 1 940 nm（5 155 cm−1）附近有较强吸收，
而其他分子在此波段处的吸收相对较弱，因此，对
样品溶液进行近红外分析时，需要扣除由水分子带
入的吸收峰以减少干扰，提高模型的精度。最终确
定 5 388～6 572 cm−1 为建模波段。
2.4.2 光谱预处理方法的选择 在近红外透反射光
谱的采集过程中，环境的微小变化（如温度、湿度
等），随机噪声和样品背景干扰等因素都会对光谱产
生影响，导致校正结果出现偏差，因此在对 NIRS
进行分析之前，应对采集的原始光谱进行必要的预
处理。本实验在选定的波段，以相关系数（correlation
coefficient，R2）和交叉验证误差均方根（root mean
square error of cross validation，RMSECV）为指标，
比较了不同的预处理方法对模型性能的影响，结果
见表 2。可以看出，氧化槐果碱采用多重散射校正
（multiplicative scatter correction，MSC）处理之后的
光谱建模效果较好，氧化苦参碱采用标准正则变换
（standard normal variate，SNV）法处理之后的光谱
建模效果较好，而总糖和固体总量的最优光谱处理
方法是 MSC 与 Savitzky-Golay 平滑滤波（13 点 2
阶）联合使用。
2.4.3 主成分数的确立 在采用PLS法建模的过程
中，选择合适的主成分数有利于充分提取有效信息，
提高模型的预测能力。主因子数过少会导致信息不
全，过多容易造成模型的过度拟合。本实验通过交
叉验证法确定氧化槐果碱和氧化苦参碱模型的最佳
主成分数为 3，总糖和固体总量模型的最佳主成分
10 000 8 000 6 000 4 000
波数 / cm−1
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数是 4。
2.4.4 校正模型建立 将所有光谱和各指标数据导
入 Unscrambler 分析软件，经过不同的光谱预处理
后，采用 PLS 方式进行计算，建立定量校正模型，
预测值与校正值的相关图见图 2。校正模型对氧化
槐果碱、氧化苦参碱、总糖和固体总量 4 种组分的
RMSECV值分别为43.5、135.4、1 255.7 mg/L和150.7
mg/mL，R2分别为 0.926 6、0.954 6、0.953 9、0.974 1。

表 2 不同预处理方法对 PLS 校正模型性能的影响
Table 2 Effects of different pretreatment methods on performance of PLS calibration models
氧化槐果碱 氧化苦参碱 总糖 固体总量 预处理方法
R2 RMSECV R2 RMSECV R2 RMSECV R2 RMSECV
移动平滑 0.886 5 54.1 0.923 1 176.3 0.841 0 2.331 7 0.861 6 348.4
标准正则变换 (SNV) 0.926 4 43.6 0.954 6 135.4 0.944 0 1.383 7 0.968 8 165.3
1D1＋Norris3 0.862 9 59.5 0.916 2 184.1 0.881 2 2.015 2 0.902 1 292.9
2D2＋Norris3 0.795 1 72.7 0.851 0 245.4 0.775 8 2.768 7 0.805 5 412.9
多重散射校正 (MSC) 0.926 6 43.5 0.954 1 136.3 0.859 3 2.193 1 0.969 4 163.7
MSC＋1D＋Norris 0.924 4 44.1 0.953 1 137.6 0.940 7 1.424 0 0.969 6 163.1
MSC＋2D＋Norris 0.839 8 64.3 0.882 2 218.2 0.860 3 2.185 7 0.884 6 318.1
MSC＋SG4 0.920 0 45.4 0.934 9 162.2 0.953 9 1.255 7 0.974 1 150.7
1-一阶导数；2-二阶导数；3-Norris 平滑滤波，段长为 9，段间距为 5；4-Savitzky-Golay 平滑滤波，采用 2 次多项式 13 点平滑
1-first derivative; 2-second derivative; 3-Norris smooth filter, with segment length 9 and segment gap 5; 4-Savitzky-Golay smooth filter, using two-order
polynomial and 13 points smoothing






图 2 氧化槐果碱 (A)、氧化苦参碱 (B)、总糖 (C) 和固体总量 (D) 的校正集样品 NIRS 预测值与校正值之间的相关图
Fig. 2 Correlation between NIRS predicted and measured values for calibration models
of oxysophocarpine (A), oxymalrine (B), total sugars (C), and total solids (D)
预
测
值
/
(g
·L
−1
)
0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
校正值 / (g·L−1)
2.0
0.6
1.2
0.8
0.4
0
y＝0.920 0 x＋0.023 2
A
预
测
值
/
(g
·L
−1
)
0 0.5 1.0 1.5 2.0
校正值 / (g·L−1)
B
y＝0.942 3 x＋0.057 8
16


12


8


4


0
预
测
值
/
(g
·L
−1
)
C
y＝0.903 7 x＋0.978 1
0 5 10 15 20
校正值 / (g·L−1)
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
预
测
值
/
(g
·m
L−
1 )

D
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
校正值 / (g·mL−1)
y＝0.957 7 x＋0.067 6
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2.4.5 渗漉过程快速分析 将建立好的模型分别对
第 5 次渗漉采集的样品中氧化槐果碱、氧化苦参碱、
总糖质量浓度以及固体总量进行预测，预测均方根
误差（root mean square errors of prediction，RMSEP）
值分别为 32.5、191.7、1 461.9 mg/L 和 164.0 mg/mL。
NIR 预测的渗漉变化曲线见图 3，可以看出总糖和
固体总量的预测值比较接近测定值，而两种生物碱
由于质量浓度较低因此预测偏差较大，但仍然在实
际应用要求的偏差范围之内。建立的 PLS 模型有较
好的预测效果，说明将 NIRS 分析技术用于苦参注
射液渗漉过程中多种成分的快速检测是可行的。
采用本方法完成 1 次测量只需 1 min（64 次扫




图 3 NIRS 预测的渗漉过程中氧化槐果碱 (A)、氧化苦参碱 (B)、总糖 (C) 和固体总量 (D) 变化曲线
Fig. 3 Curves of oxysophocarpine (A), oxymalrine (B), total sugars (C), and total solids (D)
in percolation process predicted with NIRS

描），而 HPLC 完成 1 次测量至少需要 1.5 h，总糖
的比色法测定和固体总量的烘烤法测定耗时长且操
作繁琐。因此采用 NIRS 分析技术不仅可以实现中
药渗漉过程的实时监测，而且其检测比常规方法更
简便、更快速。
3 讨论
本实验将 NIRS 分析技术用于中药渗漉过程的
研究，对复方苦参注射液渗漉液中多组分的量同时
进行快速测定，效果较为满意。该方法使用透反射
光纤技术，无需样品处理，简便、快速、无损，弥
补了常规分析方法的不足，可推广应用于中药渗漉
过程的在线分析。通过使用生产中的实际监测数据
不断对模型进行完善和再校正，将进一步提高模型
在中药注射剂生产中的适用性与稳定性。
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[13] 中国药典 [S]. 三部. 2010.
质
量
分
数
/
(g
·L
−1
)
0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0
A
参考值
预测值
B C D
参考值
预测值
参考值
预测值
参考值
预测值
1.6

1.2

0.8

0.4

0
质
量
分
数
/
(g
·L
−1
)
16
12
8
4
0
质
量
分
数
/
(g
·L
−1
)
2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0
质
量
分
数
/
(g
·m
L−
1 )

0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25
t / h