全 文 ：黄柏饮片光谱成像指纹图谱的研究
赵 　静1 ,2 ,马 　骥3 3 ① ,庞其昌2 ,刘传明3 ,孟庆霞2 ,张万祥2 ,林富斌2
(11 华南农业大学理学院 ,广东 广州 　510640 ; 21 暨南大学 光电工程系 ,广东 广州 　510630 ;
31 南方医科大学中医药学院 ,广东 广州 　510515)
摘 　要 :目的 　建立黄柏饮片的光谱成像指纹图谱 ,为其质量控制提供新的方法。方法 　应用电可控液晶滤光光
谱成像装置 ,测定 10 种不同市售来源的黄柏饮片 ,光谱分辨率为 5 nm ,光谱覆盖范围为 480～680 nm ,空间分辨率
为 4 000 ×4 000。从成像光谱立方体中提取特征光谱 ,构建其指纹图谱 ;采用标准欧氏距离等聚类分析方法解析其
指纹图谱。结果 　黄柏饮片的光谱成像指纹图谱用于其品种和质量的鉴定 ,结果与性状 ,显微及理化鉴定结果相
吻合。结论 　光谱成像分析技术可用于中药指纹图谱的构建和质量评价 ,操作方法简便、快速、无损。
关键词 :黄柏 ;光谱成像分析 ;指纹图谱构建
中图分类号 :R28215 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :025322670 (2010) 0320384203
Spectral imaging f ingerprint of Cortex Phellodendri Chinensis pieces
ZHAO Jing1 ,2 , MA Ji3 , PAN G Qi2chang2 , L IU Chuan2ming3 , M EN G Qing2xia2 ,
ZHAN G Wan2xiang2 , L IN Fu2bin2
(11 College of Science , South China Agricultural University , Guangzhou 510640 , China ; 21 Department of Optoelect ronic
Engineering , J inan University , Guangzhou 510630 , China ; 31 College of Traditional Chinese Medicine ,
Southern Medical University , Guangzhou 510515 , China)
Abstract : Objective 　The spectral imaging method was used to establish the fingerprint for the pieces of
Cortex Phellodendri Chinensis , which was a potential method and would be applied to quality control of Chinese
materia medica (CMM)1 Methods 　Ten samples came from different drug stores were tested by the liquid crystal
tunable filter apparatus1 The spectral resolution was 5 nm , the spectral range was from 480 to 680 nm , and the
spatial resolution was 4 000 ×4 0001 The characteristic spectra obtained from the imaging spectrometer cubes were
used to construct the fingerprint of Cortex Phellodendri Chinensis ; the cluster analysis methods , such as standard
Euclidean distance , were used to analyze the fingerprint1 Results　The identification results by the spectral imaging
fingerprint accorded well with the result by the traditional biology and chemistry analysis method1 Conclusion
The spectral imaging analysis method can be used to construct the fingerprint and evaluate the quality of CMM1
The testing course is convenient , quick , and noninvasive1
Key words : Cortex Phel lodend ri Chi nensis ; spect ral imaging analysis ; const ruction of fingerp rint
　　黄柏为常用传统中药 ,味苦 ,性寒 ,清热燥湿 ,泻
火解表 ,退虚热。来源系芸香科植物黄皮树 Phello2
dendron chinense Schneid1 和黄檗 P1 amurense Rupr1
的干燥树皮。前者习称川黄柏 ,主产四川、贵州等
省区 ;后者习称“关黄柏”,主产东北。黄柏含多种生
物碱 ,主要成分包括小檗碱、药根碱、木兰碱、黄柏碱、
黄柏酮、黄柏内酯等。有关黄柏药材的有效成分测
定、指纹图谱及道地性等方面的研究已有不少报
道[1～4 ] ,但有关其饮片质量控制方面的探讨鲜有报
道。为了全面控制黄柏饮片的质量 ,更好地保证临床
用药的有效性和安全性 ,本实验应用光谱成像分析技
术对 黄 柏 及 其 伪 品 木 蝴 蝶 Orox ylum indicum
(Linn1) Bentham ex Kurz 树皮[5 ] ,黄皮 Clausena lan2
sium (Lour1) Skeels 树皮和 10 种不同市售来源的黄
柏饮片 ,分别进行了检测 ,以标准欧氏距离等聚类分
析方法构建其光谱成像指纹图谱 ,并作出比较分析 ,
·483· 中草药　Chinese Traditional and Herbal Drugs 　第 41 卷第 3 期 2010 年 3 月
①收稿日期 :2009205204　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (60908038) ;广东省科技计划项目重大专项资助 (2004A10507001)
作者简介 :赵　静 (1976 —) ,女 ,山西太原人 ,讲师 ,博士 ,主要从事光谱成像技术在生物检测方面的应用研究。
Tel : (020) 85280324 　E2mail : edit hzj @gmail1com3 通讯作者　马　骥　Tel : (020) 61640470 　E2mail : majilx @yahoo1com1cn
以期为黄柏饮片的质量控制提供新的有效方法。
1 　仪器与材料
中药检测光谱成像装置 ,核心器件包括紫外光
源及其干涉滤光片、Varispec 液晶电可控滤光器、镜
头组、低照度面阵 CMOS、视频采集卡、计算机等 ,
由暨南大学广东省高等学校光电信息与传感技术重
点实验室设计研制[6 ] 。
所有样品经南方医科大学中医药学院刘传明副
教授依据《中国药典》2005 年版一部黄柏项下药材
性状鉴定、显微鉴定及理化鉴定等方法进行鉴定 ,并
以药材经验鉴别判断质量等级 ,所有实验由南方医
科大学中医药学院马骥教授复核 ,见表 1。
表 1 　黄柏饮片的来源及采集时间
Table 1 　Resourcre and collecting time of Cortex
Phellodendri Chinensis
编　号 来　源 品种 采集时间
1 兰州安泰堂　　　　 关黄柏 2007205205
2 甘肃永新药业　　　 关黄柏 2007210206
3 甘肃方民药业　　　 关黄柏 2007210206
4 甘肃大药房　　　　 川黄柏 2007210207
5 广州同仁堂　　　　 川黄柏 2007210208
6 浙江慈溪胡国锐门诊 关黄柏 2008210219
7 上海南京路雷允上　 关黄柏 2008210218
8 杭州胡庆余堂　　　 川黄柏 2008210220
9 杭州同仁堂　　　　 关黄柏 2008210220
10 杭州方回春堂　　　 川黄柏 2008210220
　　盐酸小檗碱对照品 (批号 1107132200609) 、川
黄柏对照药材 (批号 1215102200702) 、关黄柏对照
药材 (批号 1209372200506) 均由中国药品生物制品
检定所提供。
2 　方法与结果
211 　试验条件 :实验采用单通道、连续光谱扫描方
式工作。使用干涉滤光片将出射光中心波长控制为
254 nm。设置液晶滤光器的光谱扫描范围为 480～
680 nm ,每 5 nm 一帧。成像镜头聚焦在饮片表面 ;
CMOS 接收器的曝光时间为 500 ms ,与光谱扫描时
间同步进行光谱图像采集。最后每个样品可得到一
个由 41 幅光谱图像组成的光谱立方体。
212 　检测方法 :依次将对照药材和各黄柏饮片供试
品放置在载物台的衬底上进行检测。在获得光谱立
方体后 ,采用高通滤波器进行噪声去除 ,进而对整个
样品统计平均获得特征光谱[ 7 ] 。
213 　方法学考察
21311 　稳定性试验 :取同一供试品 (即由中国药品生
物制品检定所提供的川黄柏对照药材和关黄柏对照
药材) ,每 24 h 进样 1 次 ,连续测定 5 次 ,对比特征光
谱曲线。5 条曲线峰形的相似度 (用其协方差量度)
均大于 0195。其特征峰位不变 ,各特征峰光强波动的
不确定度小于等于测量值的 1107 %。表明供试品在
本方法的检测特征中具有较好的稳定性。
21312 　精密度试验 :取同一供试品 ,重复测定 5 次 ,
对比特征光谱曲线。5 条曲线峰形的相似度 (用其
协方差量度) 均大于 0195。其特征峰位不变 ,各特
征峰光强波动的不确定度小于等于测量值的
1107 % ,表明仪器精密度良好。
21313 　重现性试验 :取同一批供试品 5 份 ,进行检
测 ,对比特征光谱曲线。5 条曲线峰形的相似度 (用
其协方差量度) 均大于 0195。其特征峰位不变 ,各
特征峰光强波动的不确定度小于等于测量值的
1107 %。表明本方法的重现性良好。
214 　试验结果 :川黄柏、关黄柏对照药材和黄皮树
皮的特征光谱见图 1。可以看出 ,川黄柏和关黄柏
的特征光谱在 545、555、590 nm 具有波峰 ,在 585
nm 具有显著的波谷 ,在 480～680 nm 的检测波段
具有相同的变化趋势。黄皮树皮的特征光谱在 520
nm 具有波峰 ,在 550～680 nm 光强单调递减。木
蝴蝶树皮在可见光波段没有荧光效应。3 者的特征
光谱区别显著。
图 1 　川黄柏、关黄柏、黄皮树皮的特征光谱曲线
Fig. 1 　Character spectra of Cortex Phellodendri
Chinensis , Cortex Pheuodendri Amurensis ,
and dry bark of C1 lansium
215 　不同市售来源黄柏饮片及黄柏对照药材的特
征光谱见图 2。其中曲线 11 和曲线 12 分别代表川
黄柏和关黄柏对照药材。从波形看 ,10 种不同市售
来源黄柏饮片与川黄柏和关黄柏对照药材的特征光
谱具有共性 :在 545、555、590 nm 具有波峰 ,在 585
nm 具有显著的波谷 ,在 480～680 nm 的检测波段
具有相同的变化趋势。提取特征光谱中的特征峰
545、555、590 nm 高度和光谱曲线下的面积作为分
类依据 ,以对照药材的特征作为 A 级标准 ,对 10 种
黄柏饮片进行质量等级分类 ,分类结果见表 2。
·583·中草药　Chinese Traditional and Herbal Drugs 　第 41 卷第 3 期 2010 年 3 月
图 2 　不同市售来源黄柏饮片的特征光谱
Fig. 2 　Character spectra of Cortex Phellodendri Chinensis
from different markets
表 2 　黄柏饮片的质量等级
Table 2 　Quality identif ication of Cortex
Phellodendri Chinensis
质量等级 样品编号
A 3
B 2、5、6、7、8、9、10
C 1、4
　　作为对照实验 ,依据《中国药典》2005 年版一部
黄柏项下的检测方法对 10 种不同市售来源黄柏饮
片做性状、显微及理化鉴定[8 ] ,其结果与光谱成像检
测结果相吻合。
归一化川黄柏、关黄柏对照药材和 10 种不同市
售来源黄柏饮片的特征光谱 ,以 480～550 nm 波段
区间的归一化特征光谱作为基源特性的表征 ,对其
进行聚类分析 ,结果见图 3。
图 3 　黄柏饮片的聚类分析结果
Fig. 3 　Cluster analysis of Cortex Phellodendri
Chinensis pieces
　　其中编号 11、12 分别代表川黄柏和关黄柏的对
照药材。设 L 为聚类距离 ,当 L = 1159 时 ,样品 3
与关黄柏对照药材首先聚合 ;样品 1 与样品 2 在
L = 2124 处聚合 ;样品 6 与样品 9 先在 L = 2104 处
聚合 ,然后再与样品 7 在 L = 3105 处归为一组 ;之
后 ,上述 3 组样品在分类距离 L = 4101 处聚合为一
类。即样品 1、2、3、6、7、9 与对照药材关黄柏具有更
接近的基源分类距离 ,与其聚合在一个类群中。样
品 5 与川黄柏对照药材在 L = 2129 处首先聚合 ,再
与样品 4 在 L = 2127 处归为一组 ;样品 8 与样品 10
在L = 3105 处聚合 ,之后 ,上述 2 组样品在分类距离
L = 3114 处聚合为一类。即样品 4、5、8、10 与川黄
柏对照药材具有更接近的基源分类距离 ,与其聚合
在一个类群中。当分类距离 L = 4167 时 ,12 个供试
品聚合为一类。
作为对照实验 ,依据《中国药典》2005 年版一部
对 10 种不同市售来源黄柏饮片做性状和显微鉴定 ,
结果显示 4、5、8、10 号样品为川黄柏 ,1、2、3、6、7、9
号样品为关黄柏。
3 　讨论
实验数据源为荧光多光谱图像。经实验验证在
254 nm 光源激发下 ,荧光多光谱图像含有的特征信
息量最大。精确配准的多光谱图像具有 5 nm 的光
谱分辨率和每像素约 0114 mm 的空间尺度。
光谱成像技术是 20 世纪 70 年代末首先在美国
发展起来的 ,现已在遥测遥感、地质勘探、刑侦分析
等领域得到广泛应用。由于光谱成像技术可以同时
得到被测物光谱维和空间维的丰富信息 ,近年来它
的应用越来越受到生物医学、精细农业、食品等许多
学科的重视。
用光谱成像技术构建的黄柏指纹图谱完全符合
中药指纹图谱应当具备的特征性、专属性、稳定性、
模糊性、重现性和有效性 ,所有数据均可量化。检测
方法准确、快速、无损。不同形态的中药及不同的药
用部位均可检测 ;同一样品可反复检测。
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