利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法及应用.pdf

本发明属于药材检测技术领域，具体涉及利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法及应用。该方法包括如下蒙花苷含量测定和/或水分含量测定步骤：(1)选取已知含量的野菊花药材，粉碎过筛，得药材粉末；(2)采集野菊花药材近红外光谱；(3)选取4597.6-7501.9cm-1和4700-6800cm-1特征波段下光谱信息，与已知野菊花药材蒙花苷含量和水分含量进行关联，建立近红外光谱与标准含量之间的定量校准模型；(4)对未知样品进行近红外光谱扫描，选取特征波段下的光谱信息，导入建立的定量校准模型获得所述未知样品的蒙花苷含量值和水分含量值。该方法实现了对野菊花药材快速、全面检测，具有操作简单、准确性高、精确度高等优点，且保证了野菊花制剂质量的安全、有效。

1.  一种利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，包括如下蒙花苷含量测定和/或水分含量测定的步骤：
A、蒙花苷含量测定包括以下步骤：
(1)选取已知蒙花苷含量的野菊花药材，粉碎过筛，得所述野菊花药材粉末，备用；
(2)将上述处理后的野菊花药材粉末进行近红外光谱扫描，采集所述野菊花药材的近红外光谱；
(3)选取4597.6-7501.9cm^-1特征波段下的光谱信息，应用化学计量学软件与所述已知蒙花苷含量的野菊花药材的蒙花苷含量进行关联，采用偏最小二乘法建立近红外光谱与标准含量之间的定量校准模型；
(4)按照所述步骤(2)的方法对未知野菊花药材样品进行近红外光谱扫描，并选取4597.6-7501.9cm^-1特征波段下的光谱信息，导入建立的定量校准模型获得所述未知野菊花药材样品的蒙花苷含量值；
B、水分含量测定包括以下步骤：
(1)选取已知水分含量的野菊花药材，粉碎过筛，得所述野菊花药材粉末，备用；
(2)将上述处理后的野菊花药材粉末进行近红外光谱扫描，采集所述野菊花药材的近红外光谱；
(3)选取4700-6800cm^-1特征波段下的光谱信息，应用化学计量学软件与已知的所述野菊花药材的水分含量进行关联，采用偏最小二乘法建立近红外光谱与标准含量之间的定量校准模型；
(4)按照所述步骤(2)的方法对未知野菊花药材样品进行近红外光谱 扫描，并选取4700-6800cm^-1特征波段下的光谱信息，导入建立的定量校准模型获得所述未知野菊花药材样品的水分含量值。

2.  根据权利要求1所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，所述蒙花苷含量测定和水分含量测定步骤的步骤(2)中，采用漫反射法进行所述野菊花药材粉末的近红外光谱采集，具体条件为以仪器内置背景为参比，扫描次数为32次，分辨率为8cm^-1，扫描光谱范围为4000-12000cm^-1。

3.  根据权利要求1或2所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，所述蒙花苷含量测定和水分含量测定步骤的步骤(2)中，还包括对采集到的所述近红外光谱采用一阶导数法、二阶导数法、多元散射校正法、Savitsky-Golay平滑法和Norris导数滤波平滑法中的至少一种方法进行预处理的步骤。

4.  根据权利要求3所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，所述蒙花苷含量测定的步骤中，采用一阶导数法对采集到的所述近红外光谱进行预处理；所述水分含量测定的步骤中，采用多元散射校正法和一阶导数法对采集到的所述近红外光谱进行预处理。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，所述蒙花苷含量测定和水分含量测定步骤的步骤(3)中，还包括对建立的所述定量校准模型的预测性能进行评价的步骤，所述评价指标包括相关系数R、校正集均方差RMSEC、验证集均方根RMSEP、交叉验证均方根RMSECV、主成分数Factor、校正集相对偏差RSEC和预测相对偏差RSEP，当R值越接近于1，RMSEC和RMSEP值越小且越接近时，评价模型稳定性越佳、预测精准度越高，则能够满足野菊花药材直接分析的预测精度要求；反之，则不适用。

6.  根据权利要求1-5任一项所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，所述蒙花苷含量测定的步骤(1)中，采用高效液 相色谱法测定所述已知蒙花苷含量野菊花药材的蒙花苷含量作为标准含量；所述水分含量测定的步骤(1)中，采用烘干法测定所述已知水含量野菊花药材的水分含量作为标准含量。

7.  根据权利要求6所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，所述采用高效液相色谱法测定所述已知蒙花苷含量野菊花药材的蒙花苷含量的具体步骤为：
(a)取0.25g所述野菊花药材粉末，置于具塞锥形瓶中，加入70％甲醇50mL，超声1.5h，冷却至室温，提取液备用；
(b)将步骤(a)所得的提取液用0.45μm滤膜过滤后，注入HPLC进行分析，色谱条件为：流动相：0.5％磷酸水溶液和乙腈V/V 70：30；色谱柱：Agilent Zorbax SB-C18，4.6*250mm，5μm，柱温为25℃；流速为1.0mL/min，检测波长为334nm。

8.  根据权利要求6或7所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，所述采用烘干法测定所述已知水含量野菊花药材的水分含量的具体步骤为：
取2～5g所述野菊花药材粉末至于烘干至恒重的称量瓶，于105℃烘干6h，移至干燥器中冷却30min，称重；再于105℃下干燥1小时，冷却，称重；至连续两次称重差不超过5mg为止，计算水分含量。

9.  根据权利要求1-8任一项所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，其特征在于，控制所述野菊花药材的合格指标为：蒙花苷含量≥0.8％，且水分含量≤14％。

10.  权利要求1-9任一项所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法在野菊花药材质量检测及控制领域中的用途。

利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法及应用
技术领域
本发明属于药材检测技术领域，具体涉及一种利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法及应用。
背景技术
野菊花为菊科植物野菊的干燥头状花序，其味苦、辛，性微寒，归肝心经，具有清热解毒、泻火平肝之功效。野菊花具有抗病原微生物、治疗心血管系统疾病、降压、降低血小板聚集、抗炎、免疫、抗氧化等作用，此外，还用于治疗肿瘤、高血压和高血脂等症，对感冒、流行性脑膜炎也有一定的预防作用。
由于野菊花药材中的化学成分较为复杂，并且品种、来源、产地、生长年限等因素都会影响野菊花药材的质量。野菊花作为制剂中的一种原料药时，如野菊花是中成药感冒灵颗粒的主要原料药材，需要建立针对野菊花药材的质量评价指标，以保证该制剂的质量与功效。传统的野菊花药材质量检测方法-高效液相色谱法，费时、费力，难以广泛地应用于生产实践，不能适应中药制剂的现代化发展的需要；并且，采用单一指标成分-蒙花苷来控制野菊花药材的质量，不能体现野菊花药材成分的复杂性。
因此，建立一种能够快速地、全面地检测野菊花药材的方法，对野菊花药材的大批量筛选和全面质量控制具有重要意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的是现有的野菊花药材质量检测方法费时、费力和控制药材质量的指标单一的技术问题，从而提供一种利用近红外光谱 快速检测野菊花中蒙花苷含量和水分含量的方法，进而提供上述方法在野菊花药材质量检测及控制领域中的用途，从野菊花制剂(如：中成药感冒灵颗粒)生产的源头上控制其质量，从而保证最终产品质量的安全性、稳定性和有效性，达到快速、高效质量控制的目的。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，包括如下蒙花苷含量测定和/或水分含量测定的步骤：
A、蒙花苷含量测定包括以下步骤：
(1)选取已知蒙花苷含量的野菊花药材，粉碎过筛，得所述野菊花药材粉末，备用；
(2)将上述处理后的野菊花药材粉末进行近红外光谱扫描，采集所述野菊花药材的近红外光谱；
(3)选取4597.6-7501.9cm^-1特征波段下的光谱信息，应用化学计量学软件与所述已知蒙花苷含量的野菊花药材的蒙花苷含量进行关联，采用偏最小二乘法建立近红外光谱与标准含量之间的定量校准模型；
(4)按照所述步骤(2)的方法对未知野菊花药材样品进行近红外光谱扫描，并选取4597.6-7501.9cm^-1特征波段下的光谱信息，导入建立的定量校准模型获得所述未知野菊花药材样品的蒙花苷含量值；
B、水分含量测定包括以下步骤：
(1)选取已知水分含量的野菊花药材，粉碎过筛，得所述野菊花药材粉末，备用；
(2)将上述处理后的野菊花药材粉末进行近红外光谱扫描，采集所述野菊花药材的近红外光谱；
(3)选取4700-6800cm^-1特征波段下的光谱信息，应用化学计量学软件 与已知的所述野菊花药材的水分含量进行关联，采用偏最小二乘法建立近红外光谱与标准含量之间的定量校准模型；
(4)按照所述步骤(2)的方法对未知野菊花药材样品进行近红外光谱扫描，并选取4700-6800cm^-1特征波段下的光谱信息，导入建立的定量校准模型获得所述未知野菊花药材样品的水分含量值。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，所述蒙花苷含量测定和水分含量测定步骤的步骤(2)中，采用漫反射法进行所述野菊花药材粉末的近红外光谱采集，具体条件为以仪器内置背景为参比，扫描次数为32次，分辨率为8cm^-1，扫描光谱范围为4000-12000cm^-1。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，所述蒙花苷含量测定和水分含量测定步骤的步骤(2)中，还包括对采集到的所述近红外光谱采用一阶导数法、二阶导数法、多元散射校正法、Savitsky-Golay平滑法和Norris导数滤波平滑法中的至少一种方法进行预处理的步骤。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，所述蒙花苷含量测定的步骤中，采用一阶导数法对采集到的所述近红外光谱进行预处理；所述水分含量测定的步骤中，采用多元散射校正法和一阶导数法对采集到的所述近红外光谱进行预处理。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，所述蒙花苷含量测定和水分含量测定步骤的步骤(3)中，还包括对建立的所述定量校准模型的预测性能进行评价的步骤，所述评价指标包括相关系数R、校正集均方差RMSEC、验证集均方根RMSEP、交叉验证均方根RMSECV、主成分数Factor、校正集相对偏差RSEC和预测相对偏差RSEP，当R值越接近于1，RMSEC和RMSEP值越小且越接近时，评价模型稳定性越佳、预测精准度越高，则能够满足野菊花药材直接分析的预测精度要求；反之，则不适用。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，所述蒙花苷含量测定的步骤(1)中，采用高效液相色谱法测定所述已知蒙花苷含量 野菊花药材的蒙花苷含量作为标准含量；所述水分含量测定的步骤(1)中，采用烘干法测定所述已知水含量野菊花药材的水分含量作为标准含量。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，所述采用高效液相色谱法测定所述已知蒙花苷含量野菊花药材的蒙花苷含量的具体步骤为：
(a)取0.25g所述野菊花药材粉末，置于具塞锥形瓶中，加入70％甲醇50mL，超声1.5h，冷却至室温，提取液备用；
(b)将步骤(a)所得的提取液用0.45μm滤膜过滤后，注入HPLC进行分析，色谱条件为：流动相：0.5％磷酸水溶液和乙腈V/V 70：30；色谱柱：Agilent Zorbax SB-C18，4.6*250mm，5μm，柱温为25℃；流速为1.0mL/min，检测波长为334nm。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，所述采用烘干法测定所述已知水含量野菊花药材的水分含量的具体步骤为：
取2～5g所述野菊花药材粉末至于烘干至恒重的称量瓶，于105℃烘干6h，移至干燥器中冷却30min，称重；再于105℃下干燥1小时，冷却，称重；至连续两次称重差不超过5mg为止，计算水分含量。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法中，控制所述野菊花药材的合格指标为：蒙花苷含量≥0.8％，且水分含量≤14％。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法在野菊花药材质量检测及控制领域中的用途。
本发明上述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法在中成药感冒灵颗粒质量检测及控制领域中的用途。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，将近 红外光谱法应用于野菊花药材的质量快速检测中，能够对野菊花药材各质控指标(蒙花苷含量、水分含量)的快速测定，实现了对野菊花药材快速的、全面的检测，并且具有操作简单、准确性高、精确度高等优点，能快速判断药材质量是否合格，确定药材是否能进入后续生产工艺环节，满足生产中快速、高效的要求，具有现场药材筛选和质量全面评价的应用前景，并且在中药生产中从源头上控制了野菊花原材料的质量，缩短检测时间，节约生产成本，提高生产效率和经济效益，保证了野菊花制剂(如：中成药感冒灵颗粒)质量的安全、有效；
(2)本发明所述利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，通过选择野菊花药材的近红外光谱中的各质控指标的光谱波段，提取有效的特征光谱波段，该特征光谱波段与按照现有常规方法测定的各质控指标具有良好的相关性，可有效监控野菊花药材的蒙花苷含量和水分含量。
(3)本发明所述的利用近红外光谱法快速检测野菊花药材的方法，采用一阶导数法、二阶导数法、多元散射校正法、Savitsky-Golay平滑法和Norris导数滤波平滑法中的至少一种方法对剔除了光谱异常值的野菊花药材的近红外原始光谱进行预处理，以筛选信息，减少噪音，提高了该方法检测野菊花药材的准确性和精确度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明实施例1中野菊花样品的近红外原始吸收光谱图；
图2是本发明实施例1中野菊花药材中蒙花苷近红外预测值与实际测得值的相关图；
图3是本发明实施例1中野菊花药材中蒙花苷实际测得值与近红外预测值的柱状比较图；
图4是本发明实施例2中野菊花药材中水分近红外预测值与实际测得值的相关图；
图5是本发明实施例2中野菊花药材中水分实际测得值与近红外预测值的柱状比较图。
具体实施方式
本发明所使用的主要设备如下：
ANTARIS傅立叶变换近红外光谱仪(Thermo Nicolet，USA)；
高效液相色谱仪(Agilent 1200，安捷伦公司)。
实施例1 近红外光谱法测定野菊花药材的蒙花苷的含量
本实施例蒙花苷含量测定包括以下步骤：
(1)选取已知蒙花苷含量的45批野菊花药材，粉碎后过80目筛，得所述野菊花药材粉末。
取约0.25g野菊花药材粉末，于具塞锥形瓶中，加入70％甲醇50mL，超声1.5h，冷却至室温，提取液备用。
提取液样品用0.45μm滤膜过滤后，注入HPLC进行分析。色谱条件为：流动相为0.5％磷酸水溶液和乙腈(V/V 70：30)，色谱柱为Agilent Zorbax SB-C18(4.6*250mm，5μm)，柱温为25℃，流速为1.0mL/min，检测波长为334nm。采用高效液相色谱法测定所述野菊花药材中的蒙花苷含量作为标准含量。
(2)将上述处理后的野菊花药材粉末装入样品池中，样品的装样厚度和装填密度保持一致，使用ANTARIS傅立叶变换近红外光谱仪进行近红外光谱扫描，采集所述野菊花药材的近红外光谱，采用漫反射法进行所述野菊花药材粉末的近红外光谱采集，具体条件为以仪器内置背景为参比，扫描次数为32次，分辨率为8cm^-1，扫描光谱范围为4000-12000cm^-1。
野菊花样品的近红外原始吸收光谱图如图1所示。
对采集到的所述近红外光谱采用一阶导数法、二阶导数法、多元散射校正法、Savitsky-Golay平滑法和Norris导数滤波平滑法中的至少一种方法进行预处理。不同预处理方法对野菊花药材蒙花苷含量模型的影响如表1所示。
表1 不同预处理方法对野菊花药材蒙花苷含量模型的影响

由表1可知，优选地，采用一阶导数法对采集到的所述野菊花药材蒙花苷的近红外光谱进行预处理。
(3)选取4597.6-7501.9cm^-1特征波段下的光谱信息，应用化学计量学软件与已知的所述野菊花药材的蒙花苷含量进行关联，采用偏最小二乘法建立近红外光谱与标准含量之间的定量校准模型，并通过各模型评价指标考察模型性能。
对建立的所述定量校准模型的预测性能进行评价，所述评价指标包括相关系数R、校正集均方差RMSEC、验证集均方根RMSEP、交叉验证均方根RMSECV、主成分数Factor、校正集相对偏差RSEC和预测相对偏差RSEP，当R值越接近于1，RMSEC和RMSEP值越小且越接近时，评价模型稳定性越佳、预测精准度越高，则能够满足野菊花药材直接分析的预测精度要求；反之，则不适用。
以下为相关系数、校正集均方差、预测均方差的具体计算公式：
R=1-Σ(Ci-C^i)2Σ(Ci-Cm)2]]>
RMSEC=Σ(C^i-Ci)2n]]>
RMSEP=Σ(C^i-Ci)2m]]>
式中，Ci—传统分析方法测定的参比值；
—通过近红外测量及定量模型预测得到的结果；
Cm—Ci平均值；
n—建立模型所用的校正集样本数；
m—用于检验模型的验证集样本数。
(4)按照所述步骤(2)的方法对未知野菊花药材样品进行近红外光谱扫描，并选取4597.6-7501.9cm^-1特征波段下的光谱信息，导入建立的定量校准模型获得所述未知野菊花药材样品的蒙花苷含量值。
野菊花蒙花苷样品共135个，选取120个样品作为校正集样品，选取15个样品作为验证集样品。将验证集数据导入已建立的校正模型，验证模型的稳定性和预测性能。野菊花药材的蒙花苷测定模型参数如表2所示。
表2 野菊花药材中蒙花苷测定模型参数


由表2可知，所建立的野菊花药材蒙花苷测定模型可用于快速测定野菊花药材的蒙花苷含量。
蒙花苷模型验证集样品近红外预测值与实际测得值的相关图及柱状比较图，如图2和图3所示，可知，蒙花苷模型的预测误差小于10％，这表明近红外光谱法能够实现对野菊花原药材样品中蒙花苷样品含量的快速测定，有助于药材入库的快速检验，节省人力物力。
实施例2 近红外光谱法测定野菊花药材的水分的含量
本实施例水分含量测定包括以下步骤：
(1)选取已知蒙花苷含量的45批野菊花药材，粉碎后过80目筛，得所述野菊花药材粉末。
采用烘干法测定所述野菊花药材中的水分含量作为标准含量。取2～5g野菊花药材粉末至于烘干至恒重的称量瓶，于105℃烘干6h，移至干燥器中冷却30min，精密称定，再在上述温度下干燥一小时，冷却，称重，至连续两次差不超过5mg为止，计算水分含量。
(2)将上述处理后的野菊花药材粉末进行近红外光谱扫描，采集所述野菊花药材的近红外光谱，采用漫反射法进行所述野菊花药材粉末的近红外光谱采集，具体条件为以仪器内置背景为参比，扫描次数为32次，分辨率为8cm^-1，扫描光谱范围为4000-12000cm^-1。
对采集到的所述近红外光谱采用一阶导数法、二阶导数法、多元散射校正法、Savitsky-Golay平滑法和Norris导数滤波平滑法中的至少一种方法进行预处理。不同预处理方法对野菊花药材水分含量模型的影响如表3所示。
表3 不同预处理方法对野菊花药材水分含量模型的影响

由表3可知，优选地，采用多元散射校正法和一阶导数法对采集到的所述野菊花水分的近红外光谱进行预处理。
(3)选取4700-6800cm^-1特征波段下的光谱信息，应用化学计量学软件与已知的所述野菊花药材的水分含量进行关联，采用偏最小二乘法建立近红外光谱与标准含量之间的定量校准模型。
与实施例1相同，对建立的所述定量校准模型的预测性能进行评价，评价指标也与实施例1相同。当R值越接近于1，RMSEC和RMSEP值越小且越接近时，评价模型稳定性越佳、预测精准度越高，则能够满足野菊花药材直接分析的预测精度要求；反之，则不适用。
(4)按照所述步骤(2)的方法对未知野菊花药材样品进行近红外光谱扫描，并选取4700-6800cm^-1特征波段下的光谱信息，导入建立的定量校准模型获得所述未知野菊花药材样品的水分含量值。
野菊花水分样品共179个，选取161个样品作为校正集样品，选取18个样品作为验证集样品。将验证集数据导入已建立的校正模型，验证模型的稳定性和预测性能。野菊花药材水分测定模型参数如表4所示。
表4 野菊花药材中水分测定模型参数

由表4可知，所建立的野菊花药材水分测定模型可用于快速测定野菊花药材的水分含量。
水分模型校正集样品近红外预测值与实际测得值的相关图及柱状比较图，如图4和图5所示，可知水分模型的预测误差均小于10％，这表明近红外光谱法能够实现对野菊花原药材样品中水分含量的快速测定，有助于药材入库的快速检验，节省人力物力。
当野菊花药材中蒙花苷含量≥0.8％，且水分含量≤14％时，表明该野菊花药材为合格样品，符合质量要求，可以投入提取等后续生产环节。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。