中紅外反射光譜結合偏最小二乘法快速測定天麻中天麻素

杜偉鋒，王勝波，叢曉東，張云，蔡寶昌，2

(1.浙江中醫藥大學，中藥炮制技術研究中心，浙江杭州311401;2.南京中醫藥大學，江蘇省中藥炮制重點實驗室，江蘇南京210029)

天麻Gastrodia elataBl.為蘭科多年生寄生植物，其干燥塊根作為藥用，是我國貴重中藥之一，主產于云南、四川、陜西及貴州等地。早在2000年前《神農本草經》就記載了天麻具有平肝息風止痙之功效，主要用于治療頭痛眩暈、肢體麻木、小兒驚風、癲癇抽搐、破傷風。《中國藥典》規定以高效液相色譜法測定天麻中天麻素含有量作為檢測指標［1］，但該方法分析耗時較長、操作比較繁瑣、成本較高，不適用于飲片企業大批量樣品的含有量測定。紅外光譜技術不需要對樣品進行預處理，操作簡單、快速，檢測過程不消耗任何化學品，成為真正的無損、綠色檢測技術，被廣泛用于樣品中成分含有量的快速測定［2-14］。筆者前期研究了利用近紅外光譜法測定了天麻中天麻素［15］，本實驗將利用傅里葉變換中紅外光譜(FTIR)和衰減全反射(ATR)技術，建立天麻素中紅外光譜快速測定模型，實現對天麻中天麻素的快速測定。

1 儀器與試藥

1.1 儀器Spectrum 100傅里葉變換紅外光譜儀(Perkin Elmer公司)，包括衰減全反射附件，DTGS檢測器;Dionex U3000高效液相色譜儀(美國戴安儀器公司);梅特勒XS-105電子分析天平(0.01 mg，METTLER TOLEDO，Switzerland);電熱恒溫水浴鍋(嘉興市中新醫療儀器有限公司);KQ-500E型超聲清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。

1.2 試藥天麻素對照品，購自中國藥品生物制品檢定所，批號:110807-200205;乙醇、磷酸均為分析純;乙腈為色譜純;水為娃哈哈純凈水。

1.3 樣品天麻飲片分別從浙江、安徽、云南、貴州等12個不同產地收集，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蘭科植物天麻Gastrodia elataB1.的干燥塊莖加工炮制成的飲片。

2 方法與結果

2.1 中紅外光譜的采集將天麻飲片粉碎，過100目篩，取約10 g粉末放入ATR樣品槽內，混合均勻，以空氣為背景，按下述實驗條件采集天麻的紅外光譜圖。光譜分辨率:4 cm－1，光譜范圍:4 000～650 cm－1，掃描次數:16次，空氣濕度:60%。

圖1 天麻校正集紅外光譜疊加圖

2.2 天麻素定量HPLC分析［1］色譜柱:Dionex Acclaim 120 C18(250 mm×4.6 mm，5.0 μm);流動相:乙腈-0.05%磷酸溶液(3∶97)，等度洗脫15min;柱溫:30℃;體積流量:1 mL/min;檢測波長:220 nm;進樣量:10 μL。以天麻素峰面積定量，采用外標法計算其質量分數。61批樣品中天麻素質量分數為0.20%～1.69%。

2.3 建立模型的方法運用Spectrum Quant+分析軟件進行數據處理，選擇多元信號校正(MSC)以解決基線漂移，進行了偏最小二乘法(PLS1和PLS2)和主成分回歸法(PCR)建模算法的比較。結果表明PLS所建立的模型優于PCR法，因為只測定了一種成分，無需考慮組分間的相關性，故選擇采用PLS1法建立定量校正模型。以相關系數(R2)和校正標準偏差(SEE)為指標選擇建模參數和優化模型結構，以預測標準偏差(SEP)來考察模型的預測性能和推廣能力。

3 定量模型的建立

3.1 驗證方法的選擇由于樣品數量不夠多，故采用內部交叉驗證方法。該方法每次從樣品集中除去一個或一組樣品，這個(組)樣品被用于驗證模型，其余樣品用于該系統的校正。然后重復這個過程，直到全部樣品都被用于驗證一次。

3.2 樣品選擇從61份樣品中任意選擇5份樣品作為驗證集，56份樣品作為樣品集，經Outliers優化，49號樣品為溢出值，并將其從建模樣品中剔出，以保證模型的準確性。

3.3 處理方法的選擇考察了不同的處理方法，包括變量數、平滑(Smooth)、歸一化(Normalization)、基線校正(Baseline)等，以R2、SEE、SEP作為參考標準，結果見表1。由表1可知，變量數為10，經5點二階導、5點平滑處理的模型是最優的，此時的R2、SEE、SEP分別為99.46、0.028 13、0.385 1。

表1 天麻選擇不同處理方法建模的統計結果

3.4 校正模型選擇變量數為10，經5點二階導數和5點平滑處理，4 000～650 cm－1波段建立天麻校正模型，紅外預測值與色譜實際值的PLS校正模型如圖2所示，R2=99.46，SEE=0.028 13，SEP=0.385 1。

3.5 檢驗集預測結果用建立的最佳校正模型，對驗證樣品的天麻素含有量進行預測，預測集結果見表2。由結果可知該定量模型可靠，可以作為快速測定的方法。

圖2 天麻定量測定中紅外光譜模型

表2 天麻中天麻素含有量的預測結果

4 結論

本實驗通過中紅外光譜衰減漫反射技術，采用偏最小二乘法建立了天麻中天麻素含有量的中紅外模型，可快速測定天麻中天麻素含有量，為飲片企業的質量檢驗降低了成本，便于推廣使用。

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