全 文 ：收稿日期:2013-05-13; 修订日期:2013-11-19
基金项目:广东省科技计划( No． 2010B030700067)
作者简介:张丹雁( 1964-) ，女( 汉族) ，辽宁开原人，广州中医药大学教授，
硕士研究生导师，硕士学位，主要从事中药鉴别和中药质量标准研究工
作．
近红外光谱一致性检验及相关系数法
快速鉴别南板蓝根真伪优劣
张丹雁，刘家水，陈奕龙，李世杰，严娅娟
(广州中医药大学中药学院，广东 广州 510006)
摘要:目的 建立快速无损鉴别南板蓝根真伪优劣的近红外光谱技术鉴别模型。方法 选取“一阶导数 +矢量归一化法”
预处理方法，在 8998． 6 ～ 5373cm －1，4937． 1 ～ 4023cm －1波长范围内，建立一致性检验模型;选取“二阶导数化”预处理方
法，在 6200 ～ 5500cm －1，5000 ～ 4700cm －1波长范围内，建立相关系数模型，对南板蓝根真伪优劣进行快速无损鉴别。结果
135 批南板蓝根样品均在设定 CI = 4 限度范围内，49 批伪劣品均在设定 CI = 4 限度范围外; 建立的相关系数模型在限度
为 0． 99 时，可将伪劣品药材与正品南板蓝根区分。一致性检验模型和相关系数模型均可鉴别南板蓝根真伪优劣。结论
近红外光谱技术快速简便、结果准确，适用于南板蓝根真伪优劣的快速鉴别。
关键词:南板蓝根; 近红外光谱技术; 一致性检验法; 相关系数法; 无损鉴别
DOI标识:doi: 10． 3969 / j． issn． 1008-0805． 2014． 03． 044
中图分类号:Ｒ282． 5 文献标识码:A 文章编号:1008-0805( 2014) 03-0627-03
The rapid identification on Genuine Baphicacanthis cusiae Ｒhizoma et Ｒadix and its adul-
terants by Near － Infrared Spectroscopy conformity test and correlation coefficient
ZHANG Dan-yan，LIU Jia-shui，CHEN Yi-long，LI Shi-jie，YAN Ya-juan
( School of Chinese Materia Medica，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou Guangdong
510006，China)
Abstract: Objective To establish a rapid and non － destructive near infrared spectroscopy discriminant model to identify the
genuine Baphicacanthis cusiae Ｒhizoma et Ｒadix and its adulterants． Methods Selecting the first derivative + vector normaliza-
tion method of pre － treatment methods to establish a consistency test model based on the wavelength range from 8998． 6 ～
5373cm －1 and 4937． 1 ～ 4023cm －1 ． Selecting the second derivative of the pre － treatment methods to create a model of the
correlation coefficient method in the wavelength range of 6200 ～ 5500cm －1 and 5000 ～ 4700cm －1 for the fast and nondestructive
identification on genuine Baphicacanthis cusiae Ｒhizoma et Ｒadix and its adulterants． Ｒesults 135 Baphicacanthis cusiae Ｒhizoma
et Ｒadix samples were setting CI = 4 limits． 49 samples of shoddy goods in the set CI = 4 limits． Genuine and inferior Baphica-
canthis cusiae． Ｒhizoma et Ｒadix can be separated when established correlation coefficient model set limits 0． 99． The consistency
test model and correlation coefficient model can better identify the genuine and inferior Baphicacanthis Cusiae Ｒhizoma et Ｒadix．
Conclusion The method of near infrared spectroscopy is simple and accurate，which can be used as a rapid screening method to
identify the genuine and inferior Baphicacanthis cusiae Ｒhizoma et Ｒadix．
Key words: Baphicacanthis cusiae Ｒhizoma et Ｒadix; Near Infrared Spectroscopy; Consistency test method; Correlation
coefficient method; Non － destructive identification
南板蓝根为爵床科植物马蓝 Baphicacanthus cusia(Nees)Bre-
mek．的干燥根茎及根，广泛分布于华南、西南及华东等地，具有
清热解毒、凉血消斑的功效［1］。目前市售南板蓝根常见混有同
科球花马蓝、少花马蓝等伪劣品，且部分地区出现误用或混用十
字花科北板蓝根、马鞭草科路边青等现象，严重影响了南板蓝根
的临床应用及其中成药的质量。以往有关南板蓝根的鉴别研究
主要集中在传统方法的真伪方面［2，3］，近年来已有学者采用简
单、快速、无损及无污染等特性的近红外光谱技术［4 ～ 8］鉴别中药
真伪优劣［9 ～ 11］。本文采用近红外光谱技术结合一致性检验方法
和相关系数法对南板蓝根的真伪优劣进行研究，探讨该技术应用
于南板蓝根真伪优劣鉴别的可靠性和准确性，为进一步完善南板
蓝根质量标准奠定基础。
1 材料
1． 1 仪器 Matrix － F 傅立叶变换近红外光谱仪(德国 BＲUKEＲ
公司)，手持光纤探头测样器，半导体制冷铟镓砷(InGaAs)检测
器，CX － 500 高速多功能粉碎机(上海市喜晟制药机械有限公
司)，实验标准筛，OPUS5． 0 光谱工作站(德国 BＲUKEＲ公司)。
1． 2 药品 正品及其伪品(球花马蓝、少花马蓝、路边青)采自广
东、广西、福建、云南等地，北板蓝根采自安徽亳州，劣质南板蓝根
为受潮霉变品，以上样品经广州中医药大学中药鉴定教研室张丹
雁教授鉴定，分别为爵床科马蓝 Baphicacanthus cusia (Nees)Bre-
mek． ，球花马蓝 Strobilanthes pentstemonoides (Nees)T． Ander，少
花马蓝 S． oliganthus Miq．的根茎及根，马鞭草科路边青 Cleroden-
drum cyrtophyllum Turcz． 的根，十字花科菘蓝 Isatis indigotica
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LISHIZHEN MEDICINE AND MATEＲIA MEDICA ＲESEAＲCH 2014 VOL． 25 NO． 3 时珍国医国药 2014 年第 25 卷第 3 期
Fort．的根。
2 方法与结果
2． 1 测样方法 取经低温干燥的真伪优劣南板蓝根样品，粉粹过
80 目标准筛，取约 3g样品粉末放入试管中，混合均匀，用光纤探
头压平，将光纤探头对准试管底部照射，扫描得到样品的近红外
光谱图，每个样品重复扫描 6 次，求平均光谱图。OPUS 采集参
数:扫描范围 12000 ～ 4000cm －1，样品背景和样品扫描时间均为
32s，分辨率 8cm －1，温度 18 ～ 25℃，扫描次数 64 次。
2． 2 数据处理方法的选择 一致性检验是将待测光谱的 CI值与
之前设定的 CI限度进行比较，从而快速简单的判断待测光谱与
参考光谱是否具有一致性［9］，本文采用一致性检验方法，选取合
适的光谱预处理方法、波谱范围，并采用最大 CI 值法确定 CI 限
度值，建立一致性检验模型。相关系数法是通过计算未知样品光
谱和参考光谱在选定谱段的相关系数，与设定的阈值进行比较，
以达到质量控制的目的［12］，本文在对应谱段内应用相关系数法
建立模型。
2． 3 真伪优劣南板蓝根近红外漫反射光谱图采集 真伪优劣南
板蓝根药材虽然化学成分不全相同，但它们相似的组成基本掩盖
了化学成分的差异，因此近红外光谱差别不大(图 1)，很难由图
谱直接进行判断。本文利用一致性检验模型和相关系数法模型
提取近红外光谱中含有的特征信息，找出被众多错综复杂的共性
所掩盖的特性，并用于鉴别分析。
图 1 真伪优劣南板蓝根的漫反射近红外光谱
2． 4 光谱预处理方法和波段的选择 近红外分析中误差主要来
自高频随机噪音、基线漂移、信号本底、样品不均匀与光散射
等［13］。为消除各种光谱干扰因素，需对光谱进行预处理。本文
建模时考察各光谱预处理方法对实验结果的影响，选取最佳预处
理方法。
近红外主要吸收区域为含氢的各级倍频和合频区，4000 ～
5000 cm －1为合频区，5000 ～ 9000 cm －1为一级倍频区，9000 ～
12000 cm －1为二级倍频区，其中二级倍频区谱线漂移严重，强度
较弱，为末端效应［14］，系统误差也会使光谱曲线在末端产生较大
噪音［13］，故二级倍频区一般不作分析区域。在 5168cm －1吸收波
段处是 O － H伸缩振动一级倍频区，为水分吸收敏感区，有时亦
不作为分析范围。本实验在 4000 ～ 9000cm －1区域内考察不同波
长范围对模型的预测能力。
2． 5 南板蓝根一致性检验模型的建立与验证
2． 5． 1 样品集与检验集的选择 一致性检验模型的样品集需正
品样品的光谱，检验集为伪品或劣质品光谱，本实验选取 135 个
正品南板蓝根光谱作为样品集，49 个伪劣品样品光谱作为检验
集。
2． 5． 2 一致性检验模型的建立 通过对预处理方法和波长范围
的选择，本模型采用“一阶导数 +矢量归一化法”光谱预处理方
法，在 8998． 6 ～ 5373cm －1、4937． 1 ～ 4023cm －1波长区间内，17 点
平滑提取信息。在该波长范围内可以看到南板蓝根真伪优劣之
间存在明显差异。对于限度控制，采用最大 CI法，即直观指定 CI
= 4 限度值。结果见图 2。
图 2 真伪优劣南板蓝根的一致性检验模型
图 2 中 CI = 4 为限度值，限度值下为参考光谱，限度值上为
检验光谱，以各光谱距参考光谱的 CI为纵坐标，各光谱的编号为
横坐标，由图可知，检验光谱均已超过 CI = 4． 0 限度，表明正品与
伪劣品可以较好的分开。CI谱图可看出光谱与参考光谱的整体
情况(图 3)。
图 3 真伪优劣南板蓝根的 CI谱图
从一致性检验的结果分析可知正品南板蓝根有很好的一致
性，与伪劣品南板蓝根有明显的区别，对快速鉴别南板蓝根真伪
优劣非常有效。
2． 5． 3 一致性检验模型的验证 专属性验证:本文选取南板蓝根
劣质品、球花马蓝、少花马蓝、路边青及南板蓝茎为测试光谱，结
果显示能够 100%鉴别出南板蓝根药材。
耐用性验证:本文考察了不同操作者、不同时间(考察环境
温度、湿度)采集样品的近红外光谱，结果显示均能通过该一致
性检验模型的验证。
2． 6 南板蓝根相关系数模型的建立及模型的验证
2． 6． 1 样品集及检验集的选择 与常用的近红外光谱定性判别
建模技术相比，相关系数法不需要采集足够多的样品光谱来生成
合理的阈值或标准偏差，软件中建立相关系数模型时可以选择单
一光谱、多张光谱或者多张光谱的平均值作为参考光谱，因此建
模迅速、操作简单、使用方便。由于中药成分复杂，一张光谱不能
够说明所有光谱可能的正确信息，故本模型建模时选择 135 张已
准确鉴定的南板蓝根光谱作为样品集，以增加模型的准确性和可
靠性。检验集选定三组:50 批正品南板蓝根;49 批伪品、劣质南
板蓝根;50 批正品南板蓝茎。
2． 6． 2 相关系数模型的建立与验证 通过对预处理方法和波长
范围的考察，选取“二阶导数化”光谱预处理方法，17 点平滑，波
长范围在 6200 ～ 5500cm －1、5000 ～ 4700cm －1。设定相关系数的
限度设置值为 97%、98%和 99%，对检验光谱集与建模样品集间
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时珍国医国药 2014 年第 25 卷第 3 期 LISHIZHEN MEDICINE AND MATEＲIA MEDICA ＲESEAＲCH 2014 VOL． 25 NO． 3
的相关系数进行统计，统计结果见表 1 ～ 3，表 4 列举了正品南板
蓝根、伪劣品南板蓝根和南板蓝茎各 5 份与样品集的配对相关系
数。通过不同检验集可看出宜将相关系数的限度设置为 0． 99，
该限度设置条件下，相关系数法可以将伪品劣质药材与正品南板
蓝根区分开，该方法具有一定的可行性和准确性，但是将南板蓝
茎来检验样品集则较难将两者分开(表 3)，主要原因是南板蓝根
和地上茎在植物形态及化学组分上极为相似［15］。
表 1 50 批检验集正品南板蓝根与样品集之间相关系数的统计结果
限度 超过限度的数量 所占验证集的百分比(%)
0． 97 50 100
0． 98 50 100
0． 99 50 100
表 2 49 批验证集伪品、劣质南板蓝根与样品集之间相关系数的统计结果
限度 超过限度的数量 所占验证集的百分比(%)
0． 97 45 91． 83
0． 98 37 75． 51
0． 99 0 0
表 3 50 批验证集正品南板蓝茎与样品集之间相关系数的统计结果
限度 超过限度的数量 所占验证集的百分比(%)
0． 97 47 94
0． 98 44 88
0． 99 24 48
表 4 南板蓝根正品、伪劣品和南板蓝茎各 5 份与样品集的配对相关系数
样品 相关系数 样品 相关系数 样品 相关系数
A1 0． 9967 B1 0． 9853 C1 0． 9934
A2 0． 9986 B2 0． 9736 C2 0． 9723
A3 0． 9958 B3 0． 9879 C3 0． 9818
A4 0． 9935 B4 0． 9734 C4 0． 9837
A5 0． 9975 B5 0． 9779 C5 0． 9956
A1 ～ A5:南板蓝根正品;B1 ～ B5:南板蓝根伪、劣品;C1 ～ C5:南板蓝
茎
3 结论
近红外光谱一致性检验具有建模简单、操作简便、快速、对样
品无损伤、适应性较强、后期模型维护方便等优点，现已在西药及
中成药快速分析中得到广泛的应用［16，17］。建立一致性检验模型
时，CI 限度值的设定应根据标准中对样品质量的要求来选择，设
定严格的实验条件分析中药质量变化与光谱 CI 值变化的关系。
在摸索阶段，建议对南板蓝根的 CI限度值设定为 3，4，5，收集大
量数据后再进行分析以最后确定 CI值限度。建模时收集实际样
品的数量应在 20 批以上方可使采样反映总体样本的分布情况，
并具有代表性，如此所建模型才可信。本方法对检测真伪优劣中
药非常有效，但应定期对模型进行更新，使模型更准确地反映实
际情况，降低误判率。一致性检验模型的优点是要求严格，不易
发生假阴性误判，缺点是需要至少 30 张的参考光谱来生成合理
的标准偏差及容许限度，工作量大，可能会对正品药发生误判，尤
其是在参考光谱数量不足的情况下，存在一定的假阳性率［9］。
相关系数法是一种简单易行的质量判断方法，近几年在近红
外检验中逐渐得到了应用［12］，该方法对快速区分南板蓝根真伪
优劣有一定的局限性，不能将南板蓝茎从模型中很好的鉴别开，
要做到准确的区分需收集足够的样品，建立一致性模型进行鉴
别。
近红外图谱反映的是中药化学成分的综合信息，中药的采收
加工、炮制、贮藏等过程及产地均会影响近红外光谱，都会在近红
外光谱中有所体现［18］。近红外一致性模型及相关系数模型分析
是一种方便、快速、无损的分析技术，特性稳定，信息量大，在多个
领域均有成功应用［9］，可以针对特定品种给出高效、准确的结
论。本研究表明，近红外一致性模型结合相关系数模型控制中药
质量的稳定性、筛查假劣药品，具有操作简便、快速、准确，且样品
用量少的特点，该方法对有效鉴别中药真伪优劣及质量控制具有
较高的实用性，仍需进一步深入研究，以期在药品快检车和制药
企业中推广应用。
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