全 文 ：中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第11期2005年11月
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近红外光谱在中药质量控制中的应用
史春香1，杨悦武。，郭治昕2，祝国光1，元英进1
(1．天津大学化工学院制药工程系，天津300072I2．天津天士力集团，天津300402)
摘要：介绍了现代近红外光谱的测量原理、与传统分析技术相比近红外分析技术的优势、模型建立常用的化学计
量学方法．讨论了近红外光谱法在药物分析领域和药物生产中的应用，如判别药材产地，测定药材主要成分量、假
药识别、在线检测等。近红外光谱分析技术具有操作简便、快速、非破坏、无污染等优势，随着近红外技术及相美理
论的发展，将对中药的现代化起着非常重要的推动作用。
关蕾词：近红外光谱}建模I化学计量学；中药质量控制
中啊分类号lR28 文献标识码：A 文章缩号：0253—2670(2005)11一i731—03
Applicationofnear-infraredspectroscopyinqualitycontrol
ofChinesemateriamedica
SHIChun—xian91，YANGYue—WU2，GUOZhi—xin2，ZHUGuo—guan91，YUANYing—jinl
(1．DepartmentofPharmaceuticalEngineering，SchoolofChemicalEngineeringandTechnology，TianjinUnivers ty，
Tianjin300072，China}2．TianjinTaslyGroupCo．，Ltd．，Tianjin300402-China)
Keywords：near—infrared(NIR)spectroscopy；modeling；ehemometrics；qualitycontroofChinese
materiamedica
近红外光(near—infrared，NIR)是介于可见光(VIS)和中
红外光(MIR或IR)之间的电磁波，美国材料检测协会
(ASTM)将近红外光谱区定义为波长7802 526nm的光
谱区(渡数为12820～3959cm一1)，习惯上又将近红外区划
分为近红外短波(780～1100nm)和近红外长波(1100～
2526nm)两个区域o]。
近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振
动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光谱记录的是分子
中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，它常常受含氢
基圃z—Ho=C、N、o)的倍频和台频的重叠主导，所以在
近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团z—H振动的倍
频和台频吸收。获得近红外光谱主要应用两种技术：透射光
谱技术和反射光谱技术。从近红外光谱中提取有用信息属于
弱信息和多元信息，需要充分利用现有的光机技术、电子技
收疆日期t2005—04—05
术和计算机技术进行处理。
与传统化学分析方法相比，近红外光谱分析有如下鲜明
的技术特点口]t分析速度快}多种成分同时分析}无污染分
析，样品不需特别的预处理，不使用有毒、有害试剂；元损伤
分析}实时分析和远距离测定}操作简单，分析成本低。然而
该项技术是一种间接的分析技术，它必须依赖常规的化学分
析方法测定出特定背景范围内多个标准样品成分的化学值，
通过数学模型计算待侧样品的成分量。近红外光谱已在各个
领域发挥了重要作用，本文主要就其在现代中药质量控制中
具有的潜力进行分析。
1 近红外光谱模型的建立
与其他常规分析技术不同，现代近红外光谱是一种闯接
分析技术，它通过校正模型的建立实现对未知样本的定性或
定量分析。其分析方法的建立主要由以下几个步骤构成；(1)
刀
叮
朝
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万方数据
·1732· 中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第n期2005年11月
选择有代表性的校正集样本并测量其近红外光谱。(2)采用
标准或认可的参考方法测定所关心的组成或性质数据。(3)
根据测量的光谱和基础数据通过合理的化学计量学方法建
立校正模型。在光谱与基础数据关联前．为减轻以至于消除
各种因素对光谱的干扰，需要采用合适的方法对光谱进行预
处理。(4)未知样本组成性质的测定。在对未知样本测定时，
根据测定的光谱和校正模型适用性判据。要确定建立的校正
模型是否适台对未知样本进行测定，如适合，刚测定的结果
符合模型允许的误差要求，否则只能提供参考性数据口]。
可靠的定性和定量校正模型的建立是对未知样品的类
别、组成或性质做出准确预测的前提。模型建立中所采用的
化学计量学方法主要有：(1)定性分析方法，一般是用于确定
分析样品在已知样品集中的位置Ⅲ，如判别分析法(DA)，主
成分分析法(PCA)、马氏距离法(MD)等，徐广通提出将
PCA与MD相结合解决模型的适用性判断．克服了采用
PCA自身进行判断界限不易量化的问题“]。(2)定量分析方
法，一般采用多波长下获得的数据并进行一定的数据处理才
能获得准确可靠的分析结果，如主成分回归(PCR)、偏最小
二乘法(PLS)、人工神经网络法(ANN)等，此外多元线性回
归(MultipleLin arRegression，MLR)、拓扑(Topology，
TP)等方法也在近红外光谱分析中得到应用。
2近红外在中药中的应用
随着光学、计算机科学技术、化学计量学等各种科学技
术的不断发展，近红外光谱技术舶研究内容增多，其应用从
农产品的实用技术扩展到其他许多领域，如石油化工、高分
子化工和基本有机化工、食品工业、纺织工业和制药工业及
临床压学等领域“]。在药物分析领域中，近红外光谱不仅适
用于分析药物的多种不同状态，还可用于不同类型的药品，
如蛋白质、中草药，抗生素等。NIR更适用于对原料药纯度、
包装材料等的分析与检测，以及生产工艺的监控，利用不同
的光纤探头可实现生产工艺的在线连续分析监控”1。近年
来，近红外光谱在中药质量控制中开辟了广阔天地，在药材
产地判定、有效成分定量分析、假药识别等领域具有根太的
发展空间。
2．1判定药材产地：NIR光谱分析技术能够以非破坏方式
从样本直接获取分析信息，利用这个特性能够有教地避免样
品因预处理所造成的微量(或次要)维分的损失以及组分存
在形态变化o]，最大限度地保留不同产地的相同种类中药材
样本之问的微小差异，已经广瑟用于判定人参。o、丹参、黄芪
等药材产地oo】。以黄芪作为例子，王平等“1研究了不同产地
中药材的NIR光谱。为了使样本具有代表性，从大量的片状
样品中随机进样t内蒙古产77个，河南产80个。
将原始N1R谱图通过基线校正和方差处理，可以确定
丰富信息区域与贫泛信息区域(图1)，同时截取方差变化最
明显的区域作为研究范围，这样既减少了计算量，又保留了
有用的信息区域。在图1中，可以观察到虚线始终高于实践，
即河南的黄苠的标准偏差始终太于内蒙古黄芪的标准偏差，
困此河南和内蒙古的地域差异对黄芪的品质影响较大。但
是，若想有效地观察出不同产地中药材的NIR光谱的微小
差异，则需要运用化学计量学方法建立相应模型，进一步的
分析判别。
2．2中药成分的测定：近年来，近红外光谱分析技术在药物
活性组分的定量分析方面得到了广泛应用，这些应用包括天
然产物和化学药物两方面。例如，对三七中的有效成分及总皂
苷．冬虫夏草中的甘露醇，氨基酸以及黄连中的生物碱进行测
定，透射和漫反射技术均有应用。传统的分析方法是不连续
的，并且通常情况下1次分析只能测定1种成分或1个参数。
而近红外光谱在线分析技术可以连续测定多个成分和多个参
数，极大的缩短了分析时间，提高了分析效率。杨玉兰等“”选
用分光光度法对银杏叶样品中黄酮类化台物进行分析。利用
定量分析中的自动优化功能选择出最佳谱图区、最佳光谱预
处理方法及最佳主要成分维数．通过交叉证实得出相关系数
大于0．90(图2)，预测样品相对偏差较小。使用该模型对5个
待测样品进行测定，结果见表1。可以看出，将本方法应用于5
个待测样品，预测相对偏差小，结果令人满意。
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堰
犁
监
圈1黄苠样本的近红外光谱的标准偏差圈
Fig．1StandarddeviationofN1Rspectra
forRadixA#tragalis mples
坦
簸
末
蚓
蝴
真实值／％
圈2银杏叶黄酮指标的内部交叉证实的相关圈
Fig．2FlavonoidIndexj丑gj．kgo]eavesgained
byinteriorcrossvalidation
裹1银吝叶黄酮类化台物的预测值和实翻值的比较
TaMe1 Compm-lsonbetweenpredictedandmeasured
valuesofflavonoldsinginkgoleaves
样品号预测值真值相对偏差 样品号预测值真值相对偏差
1 o．56m54—3．704 0．840．81～3．704
2 0．71 0．70—1．4295 0，600．62 3．226
3 0 88 0．90 2．222
因此傅立叶变换近红外光谱分析技术对中药有效成分
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第11期2005年11月
进行测定是可行的，且测定方法简单快速，样品无需处理，只
需扫描出图谱(需时大约1min)t然后调用样品模型对待测
成分进行谭测即可。只要样品化学测定方法的精度高，那么
近红外定量预测值精度就高．逼近真值。
2．3近红外假药识别：伪劣药材是目前世界各国特别是发展
中国家共同面临的同题之一，利用近红外建立中药假药识别
系统，能够提高假药识别的速度和识别能力，满足基层现场快
速鉴别的需要““。在国家食品药品监督管理局的支持下．中
国药品生物制品检定所已经启动了近红外假药识别系统的科
研项且。拟建立的假药识别系统包括有定性分析和定量分析
两都分，先确定药品与其标签标示名称是否一致，再调用适当
模型快速检验药品的质量或判别药品是否为特定企业的产
品，这项工作的开展对打击假劣药品具有重要的意义。
胡昌勤等“”已论证了近红外假药识别系统定性分析和
定量分析的可行性．在药品的鉴别过程中，常采用马氏距离
等指标，通过对样品光谱与标准光谱距离的定量描述，确定
样本离校正集样本的差异，进而判其归属。此方法在对光谱
匹配程度的检测和模型外推方面均很准确．将主成分分析法
(PcA)与马氏距离结合，既可以充分利用PcA对采集的全
光谱数据进行降维处理，较好的解决马氏距离计算时波长范
围的选择问题．也可克服利用PCA进行自身界限判断不易
量化的问题。此外结合导数光谱等手段，还可以提高鉴别的
分辨率。而且现代近红外光谱仪已经较好的解决了模型传输
的准确性，结台互联网技术，可以在全国范围内建立近红外
假药识别模型网络系统，从而解头目前存在的假药危害。
2．4近红外在线检测中药质量：传统的分析技术～般采用
离线分析的手段，通常需要对待分析样品进行相应的预处
理，存在分析结果滞后的缺陷。近红外技术可以克服以上缺
点，使实验室和工厂的产品分析实现在线化，可以在几秒种
内得到待测参数，与反馈控错技术联用后，实现生产过程的
在线控制。近红外光谱能够连续测定多个参数，实现绿色分
析，由于可以使用低成本的光纤，拓展了近红外光谱在线检
测技术的应用范围和领域““。
由于近红外光谱在线检测技术突出的优点，已在石油化
工，制药工程，农业与食品工业等多个顿域得到了广泛和成
功的应用。近红外光谱在线检测技术广泛应用于药物的生产
过程，包括合成、混合、加工、制剂、压片及包装过程的在线监
控。如利用近红外光谱在线检测原料的湿度和颗粒大小等。
通过借鉴近红外光谱在线检测技术在其他钡域中的成
熟应用，并结合中药的特点，近红外光谱在线检测技术在中
药领域中有望得到更广泛的应用。它能够保证中药材质量的
一致性，提高中药生产中间过程的可控性，提高中药制剂产
品的均一性，从而推动我国中药现代化的进程。
3结语
以上分析表明应用傅立叶变换近红外光谱对中药进行
质量控制是可行的。中药的物理化学性质可在近红外光谱上
获得完整表达，即近红外光谱包含了样品的物理化学性质的
信息。只要在近红外光谱和物理化学性质之间建立一座桥
粱，则可实现从辨别药材真伪，判断药材产地，到检测有效成
分吉量的流水线式综合分析。随着NIR分析方法在中药分
析中的理论研究和应用越来越多，可以预计NIR技术在中
药的质量检测中会有着极其广阔的应用前景。通过近红外光
谱在中药中的成熟应用，并结合中药的特点，近红外光谱对
中药研究和生产的现代化将会发挥重要的推动作用。
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万方数据
近红外光谱在中药质量控制中的应用
作者： 史春香， 杨悦武， 郭治昕， 祝国光， 元英进， SHI Chun-xiang， YANG Yue-wu， GUO
Zhi-xin， ZHU Guo-guang， YUAN Ying-jin
作者单位： 史春香,祝国光,元英进,SHI Chun-xiang,ZHU Guo-guang,YUAN Ying-jin(天津大学化工学院
,制药工程系,天津,300072)， 杨悦武,郭治昕,YANG Yue-wu,GUO Zhi-xin(天津天士力集团
,天津,300402)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2005,36(11)
被引用次数： 8次

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