基於近紅外光譜主成分分析—馬氏距離法的發汗與未發汗續斷的快速鑒別
製劑與炮製
作者：杜偉鋒 賈永強 薑東京 張浩
[摘要]為了快速準確的鑒別續斷發汗與否，以續斷發汗和未發汗樣品為實驗材料，采用近紅外光譜法結合主成分分析-馬氏距離判別分析方法建立了定性鑒別模型。選取了129個未發汗樣品和86個發汗樣品的近紅外光譜圖，應用主成分分析-馬氏距離法進行判別分析，選擇譜段為9881.46～4119.20cm-1，采用“標準正則變換+原始光譜+二階求導”組合對原始光譜進行預處理，主成分數為14，建立定性鑒別模型;並經預測集驗證，鑒別準確率達到100%。說明近紅外光譜結合模式識別方法進行續斷“發汗”與否定性鑒別在技術上是可行的，可以作為續斷產地加工“發汗”定性鑒別的一種輔助手段。
[關鍵詞]近紅外光譜;續斷;發汗;主成分分析;馬氏距離;判別分析
[收稿日期]2014-07-16
[基金項目]國家自然科學基金青年基金項目（81303224）
[通信作者]杜偉鋒，碩士，助理研究員，研究方向為中藥炮製及質量控製，Tel：（0571）87195895，E-mail：[email protected]
產地加工是中藥材加工成中藥飲片的一個重要環節。長期的中藥生產實踐和產地加工經驗積累形成了獨具特色、較為係統的中藥材產地加工方法和技術體係[1]。“發汗”是中藥材常用的傳統產地加工方法之一，主要使其內部水分往外溢，變軟、變色，增加香味或減少刺激性，有利於幹燥，如厚樸、杜仲、玄參、續斷、丹參等藥材。現代研究表明，“發汗”除了利於藥材幹燥外，也常常伴隨著化學成分的改變[2]。近年來，隨著幹燥設備的興起，再加上產地“發汗”比較繁瑣耗時，藥農大都摒棄了傳統的“發汗”加工方法，直接烘幹來代替“發汗”。必然會影響傳統的中醫臨床療效。目前，市場上尚無很好地發汗藥材的鑒定方法，隻是根據經驗進行鑒別。鑒別藥材“發汗”與否，有人采用色差儀和電子鼻測量其顏色特征參數和氣味特征參數，建立了判別模型[3]。然而，電子鼻僅對氣味較大的藥材敏感，對氣味淡的藥材不適合。近些年來，通過與化學計量學相結合，近紅外光譜已逐步發展成為一門能反映樣品的整體信息、快速簡便、低成本、無損失，便於在線分析的分析檢測技術[4]，在中藥定性和定量分析方麵的應用也越來越廣泛[5]，主要用於中藥材的真偽鑒別、產地鑒別、種類分析、成分的快速含量測定[6-16]等。筆者以續斷為例，采用近紅外光譜結合化學計量學，利用主成分分析-馬氏距離法進行判別分析，建立續斷“發汗”的鑒別模型，以快速鑒別續斷是否經過產地加工“發汗”，為控製續斷藥材質量提供新的手段。
1材料
Antaris傅立葉變換近紅外光譜儀，配有漫反射積分球，樣品旋轉台，樣品杯，Result3.0光譜采集軟件，TQ8.3.125光譜分析軟件（美國Thermo Fisher公司）。
257批續斷樣品是從貴州、四川、雲南、湖北、浙江、安徽等產地收集，其中發汗樣品106批，未發汗樣品151批，經浙江中醫藥大學中藥飲片有限公司鄭建寶主管中藥師鑒定為川續斷科植物川續斷Dipsacus asper Wall.ex Henry的幹燥根。
2方法與結果
2.1近紅外光譜的采集
將續斷樣品研碎過60目篩，每份樣品取約10g，混合均勻後放入石英樣品杯中，攤平，然後以空氣為參比，扣除背景，采集光譜圖。采樣方式：積分球漫反射;采集區間10000～4000cm-1;分辨率8.0cm-1;掃描次數64次;empty門衰減;增益為1;溫度（25±2）℃，相對濕度45%～50%。每份樣品掃描3次，求平均值作為樣品的NIR光譜。續斷未發汗和發汗樣品的近紅外光譜圖都極為相似，無法直接找出特定的吸收峰加以區分。必須運用化學計量學方法，采用光譜分析軟件對原始光譜進行預處理和特征信息提取後才能作出鑒別。
2.2建立模型的方法
2.2.1樣品選擇通過優化篩選，剔除偏離較大的樣品，使其誤判率為0。最終選取了83批續斷未發汗樣品作校正集，46批作驗證集;選取64批續斷發汗樣品作為校正集，22批樣品作為驗證集，其餘樣品作為預測集。