近红外光谱法测定西红花中西红花苷I含量的研究

张 聪， 胡 馨， 张英华， 俞佳宁， 周庆氢

(1.上海市中药研究所，上海201401;2.上海市药材有限公司，上海200002)

西红花为鸢尾科植物番红花(Crocus sativus L.)的干燥柱头，主产于西班牙、希腊、法国及中亚西亚一带，我国上海、浙江、江苏等地栽培。西红花性平，味甘，归心、肝经。能活血化瘀，凉血解毒，解郁安神，用于经闭癥瘕，产后瘀阻，温毒发斑，忧郁痞闷，惊悸发狂［1］。

近红外分光光度法［2］系通过测定被测物质在近红外谱区的特征光谱，并利用化学计量学方法提取相关信息后，对被测物质进行定性、定量分析的一种分析技术［3］。该技术操作简便，分析迅速，实时反映被测对象状态;同时具有不破坏样品，不需对样品作任何预处理直接进行测定的优点。

本论文采用便携式近红外光谱仪对西红花进行测定，建立了药材粉末中西红花苷-I的NIR测定模型，并用于未知样本中西红花苷-I含量的测定［4］。本研究为西红花药材大规模种植的现场采摘、加工过程控制等提供了快速检测方法。

1 实验材料

1.1 样品

西红花由上海市药材公司提供(产地上海崇明)，本研究采用的两个批号样本20091025(编号01～12)和20091120(编号01～11)分别为两个不同采集时间所获取的样品，其中编号代表不同的收集地块样品。西红花苷-I对照品(批号:111588-200501)购自中国药品生物制品检定所。

1.2 仪器与试药

岛津LC-10A高效液相色谱，色谱柱:Agilent ZORBAX SB-C18(150 mm × 4.6 mm，5 μm)美国BRIMROSE公司Luminar 5030便携式AOTF近红外光谱仪，InGaAs检测器，Snap光谱采集处理软件，The Unscrambler定量分析软件。近红外光谱实验所用的参数设置为:波长范围，1 100～2 300 nm;波长增量，2 nm;扫描平均次数:600。扫描模式为“Ratio mode”。

2 方法与结果

2.1 西红花苷I的含量测定

按照中国药典［1］方法测定，典型的西红花高效液相色谱图如图1所示，23个西红花样品的测定结果见表1。结果表明，西红花样品中西红花苷-I的含量均大于6%，高于近红外光谱的一般检出限。

2.2 光谱采集

将西红花样品研磨成粉末(过3号筛)，根据样品的状态，本实验选用旋转测样系统进行光谱采集，可以有效地扣除背景变化带来的影响。

实验中采集到的西红花粉末的原始光谱图如图2所示。从图可以看出，样品的光谱排列比较紧密，光谱与光谱之间的相似性较强。

2.3 定性分析检测

2.3.1 样本光谱的预处理与定性模型的建立

将建模样品光谱经过一阶微分处理后的光谱数据导入The Unscrambler分析软件，然后利用PCA(主成分分析)对光谱数据进行计算建立定性分析模型。

2.3.2 定性模型验证

表1 药典法测定样品中西红花苷-I成分的含量

图1 西红花苷-I对照品(A)及西红花样品(B)HPLC色谱图

图2 样品的原始光谱图

对以PCA主成分分析法建立的定性分析模型性能的预测，可采用样品与模型距离图。模型区域图中，圆点所在区域属于定性模型区域，x所在区域属于预测样品着落区域，如果x在模型范围内，说明被测样品与建模样品类型相同，在模型范围以外，说明被测样品与建模样品类型不同。对验证样品进行定性分析，结果如图3所示，模型区域图中x均落在模型范围内，说明验证样品都属于西红花样品。

图3 用PCA模型预测结果

2.4 定量分析检测

2.4.1 定量模型的建立

将经过预处理后的光谱数据与样品含量数据关联，采用偏最小二乘法(PLS1)，交叉 －验证法(cross-validation)，用The Unscrambler定量分析软件建立模型。光谱和化学值异常值(outlier)分别采用光谱影响值Leverage和化学值误差Residual这两个统计量来检验剔除。经过异常值的剔除进行逐步优化，最后得到了较为理想的校正模型(见图4)。

图4 西红花苷I指标的PLS1回归模型

从图4可以看出，近红外光谱与西红花苷I成分含量间呈现出明显的线性关系，其中西红花苷I指标的相关性为0.953 7。说明样品具有明显的近红外活性，能够产生明显的近红外吸收，所以指标含量和光谱图之间有呈现出良好的线性关系。

2.4.2 模型内部验证

使用建立好的PLS1模型对所有参与建模的21个样品进行验证，验证结果如表2所示。

表2 21个建模样品验证结果(n=3)

2.4.3 模型外部验证

利用建立好的校正模型对2个外部样品进行预测，结果如表3所示。从表3可以看出苷I指标的模型预测2个外部样品的绝对偏差分别为－0.35与0.32，相对偏差分别为5.33与3.91，这充分说明校正模型能够对样品进行准确的检测。

表3 2个验证样品验证结果

2.4.4 方法的重复性

重复扫描某样品10次，将得到近红外数据带入校正模型中进行计算，结果表明，10次测量得到的西红花苷I的平均含量为8.94% ，相对标准偏差为0.01，说明建立的西红花中西红花苷I的近红外快速测定方法精密度良好。

3 讨论

利用近红外光谱数据和校正模型能够有效测定西红花粉末中西红花苷I的含量。

建模样品的选择应具有代表性，同时要保证实验所得原始数据的准确性。随着用于建模的样品数增多，未知样品的预测准确度还会不断得以提高。

本试验所建立的西红花中西红花苷I的近红外测定方法，具有操作简便，分析速度快，无样品破坏，无需其他试剂成本等特点，为名贵药材的质量评价和控制提供了快速有效的方法。

［1］中国药典［S］.一部.2010:120.

［2］谷筱玉，徐可欣，汪 曣.波长选择算法在近红外光谱法中药有效成分测量中的应用［J］.光谱学与光谱分析，2006，26(9):1618-1620.

［3］朱 斌，郑清明，秦路平，等.20种金丝桃属植物的近红外漫反射光谱法鉴别［J］.第二军医大学学报，2003，24(4):455-456.

［4］蒋受军，刘丽娜，朱 斌，等.近红外光谱法测定注射用丹参(冻干)中丹参素、原儿茶醛及总酚含量的初步研究［J］.药物分析，2008，28(7):1094-1098.