滇龙胆不同炮制品的傅里叶红外光谱鉴别

申云霞，赵艳丽，张 霁，王元忠*，张庆芝

1.云南中医学院中药学院，云南 昆明 650500 2.云南省农业科学院药用植物研究所，云南 昆明 650200

滇龙胆不同炮制品的傅里叶红外光谱鉴别

申云霞1, 2，赵艳丽2，张 霁2，王元忠2*，张庆芝1*

1.云南中医学院中药学院，云南 昆明 650500 2.云南省农业科学院药用植物研究所，云南 昆明 650200

中药炮制是中医临床用药的关键，炮制具增效、减毒、缓和药性等作用，为了临床安全、合理、有效地使用中药，开展中药炮制品的鉴别研究具有重要意义。采用傅里叶变换红外光谱，对五种不同炮制样品(包括龙胆、生龙胆、酒龙胆、醋龙胆、盐龙胆)60份滇龙胆进行鉴别分析。采集样品的中红外光谱图，用基线校正和归一化法对原始光谱进行预处理，去除光谱噪音明显部分，选择3 400～600 cm-1范围内的光谱，利用多元散射校正(MSC)和标准正态变量(SNV)法进行处理，样品按3∶1分为校正集和预测集，并建立主成分分析(principal component analysis, PCA)和判别分析(discriminant analysis, DA)模型。结果显示，滇龙胆不同炮制品的红外图谱具有差异，主要吸收峰有3 378，2 922，1 732，1 610，1 417，1 366，1 316，1 271，1 068，1 048 cm-1。1 738，1 643，1 613，1 420，1 051 cm-1附近为龙胆苦苷的特征吸收峰，1 068，1 048，935 cm-1处为糖类物质的吸收峰； 主成分分析表明，前三个主成分方差累积贡献率为94.05%，能够反映原始数据的大部分信息，酒龙胆和醋龙胆与其他样品之间存在明显的差异，龙胆与盐龙胆所含化学成分差异较小； 经基线校正和归一化法处理后的光谱结合多元散射校正法，在主成分数为10的条件下，判别分析模型可对所有样品进行正确识别，具有良好的预测性能。结果表明，傅里叶红外光谱法是一种快速、无损、有效的方法，可用于滇龙胆炮制品的鉴别，为中药炮制品的鉴别研究提供了借鉴。

滇龙胆； 炮制方法； 傅里叶变换红外光谱； 主成分分析； 判别分析

引 言

中药炮制是我国特有的一门传统制药技术，是中医临床用药的一大特色。大多数中药都要经过专门的加工炮制，使之成为饮片后方可应用于临床。炮制可提高中药疗效，消除或降低药物的毒副作用，改变药物的性味、功效和临床疗效[1]。研究发现，马钱子经炮制后总生物碱含量下降甚微，半数致死量降了48.5%～52.2%[2]，炮制后减少内部成分损失的同时起到了降低毒性的作用； 醋制延胡索中活性成分延胡索乙素的含量高于生品[3]，炮制后可提高药物的疗效； 大黄不同炮制品中结合型蒽醌类成分含量的差异，致功效各异[4]； 虎耳草盐制品抗炎作用优于生品[5]。开展中药炮制品的研究，对中药在临床上的合理使用具有重要的意义。

滇龙胆(GentianarigescensFranch.)为龙胆科龙胆属植物，性苦寒，归肝、胆经，具有清热燥湿，泻肝胆火之功，是中医治疗肝胆疾病常用中药之一[6]。其主要炮制品有生龙胆、酒龙胆[1]。传统的炮制理论认为，酒制升提，引药上行，减弱龙胆的苦寒之性，用于肝胆实火所致的头胀头疼、耳聋耳鸣等症，至今酒制龙胆在临床上广泛应用； 醋性味酸苦温，醋制可引药入肝、理气止痛； 盐咸寒入肾，主沉降，可增加药物入肾之功[1]。徐宏亮等研究发现滇龙胆内部化学成分的变化导致生品和酒制品中有效成分含量具有差异[7]。因此，为保证临床上合理使用滇龙胆及其炮制品，对其进行鉴别分析是必要的。

傅里叶变换红外光谱法具有检测速度快、灵敏度高、分辨率高、无损、简便、真实宏观等[8-9]优点，在食品[10-11]、中药[12-14]等质量控制领域发挥着重要作用。利用傅里叶变换红外光谱法对滇龙胆不同炮制品(龙胆、生龙胆、酒龙胆、醋龙胆、盐龙胆)进行研究，采用主成分分析法及判别分析法分别进行定性分析，探讨初加工、炮制一体化和传统炮制滇龙胆质量的差异，取得满意的结果。

1 实验部分

1.1 材料

样品经云南农业科学院药用植物研究所金航研究员鉴定为龙胆科植物滇龙胆的干燥根及根茎。

1.2 方法及样品制备

实验用样品的制备方法见表1，样品的炮制方法参照《中国药典》附录Π D炮制通则。

表1 样品炮制方法及样品数量

1.3 仪器与试剂

Fronter型傅里叶红外光谱仪(PerkinElmer公司)，光谱范围4 000～400 cm-1，光谱分辨率为4 cm-1，每个样品累加扫描16次，扫描时自动扣除水和二氧化碳的干扰。压片机为YP-2(上海山岳科学仪器仪器公司)。KBr为分析纯，购于天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.4 数据处理

Omnic8.0软件对傅里叶光谱图进行预处理(基线校正和归一化)，TQ8.0(Thermo Nicolet，美国)提取样品光谱的主成分数，并建立和优化判别分析模型。

1.5 方法

取1 mg样品至玛瑙研钵中，加KBr 100 mg，研磨均匀，取适量粉末平铺于红外压片模具中，以20 Mpa压力压制1 min，以样品均匀、半透明为佳。再将压片后的样品放入红外光谱仪中进行测定。

2 结果与讨论

2.1 方法学考察

2.1.1 精密度实验

取同一份滇龙胆样品进行红外光谱采集，连续测定5次，计算图谱间的相似度分别为1.000 0，0.999 9，0.999 7，0.999 5，0.998 9，RSD为0.04%。表明仪器的精密度良好。

2.1.2 稳定性实验

取一份滇龙胆样品，每隔1 h进行一次光谱采集，测定5次，计算图谱间的相似度分别为1.000 0，0.996 6，0.994 0，0.996 7，0.996 6，RSD为0.21%。表明样品的稳定性良好。

2.1.3 重现性实验

取一份滇龙胆样品，平行制备5份样品片，分别测定，计算图谱间的相似度分别为1.000 0，0.999 0，0.998 6，0.998 1，0.998 5，RSD为0.07%。表明方法的重现性良好。

2.2 滇龙胆炮制前后红外光谱图

图1 不同炮制滇龙胆的红外光谱

a:G.regescensrocessed by soaking;b: Wine-processed;c: Rushing and washing;d: Vinegar processed;e: Salt water processed

2.3 主成分分析

通过筛选，确定在3 400～600 cm-1波段范围内对滇龙胆不同炮制品的红外光谱数据进行主成分分析，前三个主成分数三维得分图见图2，PC1，PC2，PC3的方差贡献率分别为73.13%，15.11%，5.81%，累积贡献率达94.05%，表明前三个主成分能够反映原始数据的大部分信息，显示滇龙胆炮制品成分之间的相关性。根据图2可以看出，滇龙胆不同炮制品有明显的差异，酒龙胆与醋龙胆相距最近，滇龙胆、生龙胆和盐龙胆相距较近，相距较近的样品所含化学成分较相似，说明酒制与醋制后的滇龙胆，其化学成分变化相近，而生龙胆和盐龙胆与滇龙胆相比，其化学成分变化不明显。

表2 不同炮制滇龙胆的红外光谱峰位

图2 前三个主成分得分衅

A:G.regescensprocessed by soaking; B: Wine-processed; C: Rushing and washing; D: Vinegar processed; E: Salt water processed

2.4 判别分析

2.4.1 光谱预处理

在3 400～600 cm-1范围内，采用标准正态变量校正法(standard normal variate, SNV)、多元散射校正法(multiplicative scatter correction, MSC)、一阶导数(first derivative)和二阶导数(second derivative)对滇龙胆不同炮制品60份样品

的红外光谱进行预处理，以预处理后光谱的识别率作为评价指标，计算正确识别样本占总样本的比例作为识别率，并对其鉴别结果进行比较，结果见表3。经多元散射校正法处理的原始光谱图，判错例数为零，能够对所有样品进行正确识别，表明该方法可以作为建模的条件，用于滇龙胆不同炮制品的鉴别。

表3 不同预处理对模型的影响

注：SNV为标准正态变量； MSC为多元散射校正

Note: SNV means standard normal variate； MSC means multiplicative scatter correction

2.4.2 主成分数的选择

建立模型时，所选择的主成分个数对预测结果有较大的影响。所用的主成分数过少，光谱中一些有用的信息尚未包含在内而导致模型预测能力较差； 反之，选择的因子数过多，会出现过拟合现象从而影响结果[15]。结果见表4，当主成分数为10时，判错例数为0，累积贡献率值达99.6%，随着主成分数的增加，误判例数不变，模型已达到最佳结果。

表4 不同主成分得分对分析结果的影响

2.4.3 判别模型的建立

将全部60份样品按3∶1比例分为校正集和验证集。所有样品的红外光谱数据由多元散射校正预处理后，于3 400～600 cm-1波段范围内，建立判别分析模型。利用所建立的模型对校正集和验证集进行鉴别，判别分析结果见图3，该方法对校正集和验证集的识别率为100%。从样品分布散点图可以看出五类样品可以被准确鉴别，样品间离散程度较小，该结果与主成分分析结果一致，其中样品A，C，E距离较近，样品B和D之间的距离较近，即所含的化学成分较为相似。结果表明，炮制方法不同，样品内部所含成分发生变化的情况不同，在红外光谱上呈现的吸收峰也存在差异，差异越大，它们的空间距离越大。

3 结 论

采用傅里叶红外光谱法结合主成分分析和判别分析法，对60份滇龙胆不同炮制品(龙胆、生品、酒制品、醋制品、盐制品)进行研究。在3 400～600 cm-1波段内，样品图谱较为相似，主要吸收峰有3 378，2 922，1 732，1 610，1 417，1 366，1 316，1 271，1 068，1 048，929，840，774 cm-1。前三个主成分对光谱矩阵累积贡献率达94.05%，主成分分析法可对样品进行正确的区分。基于判别分析模型的主成分数为10，原始光谱结合多元散射校正的预处理方法效果最佳，对样品校正集和验证集均能正确识别。与传统的滇龙胆鉴别方法相比，该方法具有简便、快速的优点，所包含的样品信息较丰富，可以作为一种鉴别龙胆不同炮制品的方法，为龙胆在临床上的合理使用提供参考。

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(Received Aug.5, 2014; accepted Dec.20, 2014)

*Corresponding authors

Study on the Discrimination ofGentianaRigescenswith Different Processing Methods by Using FTIR Spectroscopy

SHEN Yun-xia1, 2, ZHAO Yan-li2, ZHANG Ji2, WANG Yuan-zhong2*, ZHANG Qing-zhi1*

1.College of Chinese Materia Medica, Yunnan University of Traditional Chinese Medicine, Kunming 650500, 2.Institute of Medicinal Plants, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650200, China

The Processing of traditional Chinese medicine (TCM) is the key to clinical application of TCM, and processing has functions such as enhancing the efficacy, attenuating the toxicity andmoderating medicine property.In order to the realizing safe, reasonable and effective use of medicine in clinical, research on identification of TCM processed products is of great significance.TheGentianarigescenssamples which processed with five different methods were discriminated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).Baseline correction and normalization were used to pretreat all original spectra and the noise was cut off.The spectra range was from 3 400 to 600 cm-1.The effect of multiple scattering correction and standard normal variable on the model were observed and compared.Samples were divided into calibration set and prediction set at the ratio of 3∶1.The principal component analysis (PCA) was applied to reduce data dimensionality and discriminant analysis model was established.The result indicated that the main absorption peaks of samples were 3 378, 2 922, 1 732, 1 610, 1 417, 1 366, 1 316, 1 271, 1 068, 1 048 cm-1which 1 738, 1 643, 1 613, 1 420, 1 051 cm-1as to gentiopicrin; 1 068, 1 048, 935 cm-1as to carbohydrate.The accumulation contribution rate of first three principal components is 94.05%.Most of the information reflected the original data.There were differences among different samples.The result of discriminant analysis showed that the recognition rate ofG.rigescenssamples could achieve to 100% based on baseline correction and normalization treatment combined with MSC with the precondition of principal component scores being 10.In conclusion, FTIR is a feasible, rapid and non-destructive method to discriminateG.rigescenssamples wtih different processing methods.It also provided reference for discrimination of processed products of medicine materials.

Gentianarigescens; Processed methods; Fourier transform infrared spectroscopy; Principal component analysis； Discrimination analysis

2014-08-05，

2014-12-20

国家自然科学基金项目(81260608)和云南省自然科学基金项目(2013FD066，2013FZ150，2013FD050，2014FD068)资助

申云霞，1991年生，云南中医学院中药学院研究生 e-mail：shenyunxia1991@163.com *通讯联系人 e-mail：yzwang1981@126.com； ynkzqz@126.com

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1369-05