近红外漫反射光谱法快速测定金银花中水分含量

杨天鸣，和顺芳，孙丽英，龚小霞

(中南民族大学药学院，湖北 武汉 430074)

金银花为忍冬科植物忍冬(LonicerajaponicaThunb.)的花蕾，是一种常见中药，性味甘寒，其主要功效是清热解毒[1]。金银花是连花清瘟胶囊(颗粒)中最主要的中药之一，连花清瘟胶囊被列入国家基本药物目录[2]，其清瘟解毒、宣肺泄热功效显著。2020年2月，连花清瘟胶囊(颗粒)被列入国家卫生健康委《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第六版)》，在当前抗击新型冠状病毒肺炎中发挥了重要作用。药材的质量决定了中成药制剂的质量，药材中水分含量需要严格控制，《中华人民共和国药典》中金银花质量标准规定水分含量不得超过12.0%，按通则 0832第四法“甲苯法”测定水分含量[3]。该方法使用了易燃易爆有机试剂甲苯，甲苯被列入世界卫生组织公布的第三类致癌物，对空气、水环境及水源可造成严重污染；且根据国家《易制毒化学品管理条例》，甲苯属于易制毒化学品，受公安部门严格管制购买及使用；另操作需在通风橱内长时间进行，实际应用极不方便，测定结果精密度不高。

作者曾成功应用傅立叶变换近红外透射光谱技术测定了黄芪提取液中总皂苷含量[4]和银杏叶提取液中总黄酮含量[5]，分析结果准确。鉴于此，作者基于近红外漫反射光谱技术采集金银花粉末的近红外漫反射光谱，利用偏最小二乘回归(PLSR)分析建立金银花中水分含量的定量模型，拟开发一种快速测定中药材中水分含量的分析方法。

1 实验

1.1 材料与仪器

金银花药材，产于山东，经中南民族大学药学院杨天鸣教授鉴定确认。

AntarisⅡ型近红外光谱仪，Thermo Nicolet公司；DHS20-1型红外水分仪，上海天平仪器厂；DZF-6021型真空干燥箱，上海一恒科技仪器有限公司。

1.2 样品处理

用中药粉碎机将金银花药材粉碎，过200目筛，于60 ℃下真空干燥不同时间，得7个金银花样品，用红外水分仪测定样品中水分含量分别为9.13%、11.59%、12.92%、16.16%、16.76%、17.87%、25.58%。将7个不同水分含量的金银花样品各分成3份，得21个建模样本，置于干燥器(不装干燥剂)中，备用。

1.3 金银花近红外漫反射光谱的采集

采用近红外光谱仪(带漫反射附件)采集金银花样品的近红外漫反射光谱。采集条件：光谱范围为10 000～4 000 cm-1，以金箔为参比，分辨率为8 cm-1，扫描次数为32次，每个建模样本采集3张图谱。

2 结果与讨论

2.1 金银花样品的近红外漫反射光谱

7个不同水分含量的金银花样品的近红外漫反射光谱如图1所示。通过筛选，选取5 245～4 331 cm-1波数区间进行光谱数据处理。

2.2 金银花中水分含量定量模型的建立

2.2.1 金银花样品的近红外光谱主成分分析(PCA)

将金银花样品的近红外漫反射光谱用多元散射校正，利用仪器配套的TQ Analyst智能分析软件进行主成分分析，考察预测残差平方和(PRESS)与主成分数之间的关系，结果如图2所示。

图1 7个不同水分含量金银花样品的近红外漫反射光谱Fig.1 Near-infrared diffuse reflectance spectra of 7 honeysuckle samples with different water contents

图2 PRESS与主成分数的关系Fig.2 Relationship between PRESS and principal components

从图2可知，主成分数为2时，PRESS最小。故确定建模的主成分数为2。

2.2.2 金银花中水分含量定量模型的构建

在21个样本中选择14个样本作为校正集(calibration)，以红外水分仪测定金银花中水分含量作为参考标准值用于建模，采用偏最小二乘法回归分析建立金银花中水分含量定量模型，并进行误差分析，结果见图3。

从图3可知，所建立的金银花中水分含量定量模型的相关系数为0.999 12、校正标准差(RMSEC)为0.243、预测标准差(RMSEP)为0.450。表明该定量模型线性好、预测能力强。

2.2.3 金银花中水分含量定量模型的交叉验证

在21个样本中选择剩余的7个样本作为验证集(validation)，以红外水分仪测定金银花中水分含量作为参考标准值，对金银花中水分含量定量模型进行交叉验证，结果见图4。

从图4可知，交叉验证结果的相关系数为0.994 00，交叉验证标准差(RMSECV)为0.777。表明该定量模型质量达到要求。

图3 金银花中水分含量定量模型(a)及其误差分析(b)Fig.3 Quantitative model of water content in honeysuckle(a) and its error analysis(b)

图4 金银花中水分含量定量模型的交叉验证结果Fig.4 Cross-validation of quantitative model of water content in honeysuckle

2.3 样品测定

分别采用近红外漫反射光谱法和红外水分仪测定金银花中水分含量，结果见表1。

表1 两种方法测定的金银花中水分含量比较/%

Tab.1 Comparison of water content in honeysuckle by two detection methods/%

通过t检验,两种方法的测定结果无显著差异(|t|=1.074

3 结论

《中华人共和国药典》规定的金银花中水分含量测定的“甲苯法”耗时长，而本研究建立的金银花中水分含量定量模型的日常近红外漫反射光谱检测及数据处理在3 min内即可完成。利用近红外漫反射光谱法测定中药材中水分含量的方法具有分析时间短、样品无损耗、不使用有毒有害试剂、结果可靠等优点。