山豆根和北豆根的二维相关近红外光谱快速鉴别_刘浩_黄艳萍_高鸿彬_等
时珍国医国药2013年第24卷第12期
LISHIZHEN MEDICINE AND MATEＲIAMEDICA ＲESEAＲCH2013VOL．24NO．12
山豆根和北豆根的二维相关近红外光谱快速鉴别
刘
1223*浩，黄艳萍，高鸿彬，相秉仁
（1．广东食品药品职业学院，上海200433；广东广州510520；2．第二军医大学附属长海医院，
3．中国药科大学分析测试中心，江苏南京210009）摘要：目的结合广义二维相关光谱和近红外漫反射光谱，实现中药材山豆根和北豆根的快速鉴别。方法检测收集山豆
根和北豆根在变温(30 130ħ ) 条件下的近红外光谱，计算二维相关光谱，比较分析同步相关光谱和异步相关光谱。结
－1
果在一维图上，两味中药光谱非常相似，无法鉴别。利用两味中药在7500到4000cm 波段二维相关光谱特征的较大差别，并结合二维相关光谱相似度，实现了山豆根和北豆根的可视化鉴别。结论二维相关光谱能提高近红外光谱分辨率和鉴别能力。研究结果为相关中药的快速鉴别提供了一种便捷、有力的新方法。
关键词：广义二维相关光谱; 近红外光谱; 山豆根; 北豆根; 快速鉴别
0805．2013．12．042DOI 标识：doi :10．3969/j．issn．1008-0805(2013) 12-2922-03中图分类号：Ｒ282．5文献标识码：B 文章编号：1008-
Study on the Identification of ShanDouGen and BeiDouGen by Near Infrared and Gener-alized Two －Dimensional Correlation Spectroscopy
ping ，bin ，ren LIU H ao ，HUANG Y an-GAO H ong-XIANG B ing-1
2
2
3*
(1．Guangdong Food and Drug Vocational College ，Guangzhou 510520，Guangdong ，China ; 2．Changhai Hospi-tal ，Second Military Medical University ，Shanghai 200433，China ; 3．Center for Analysis and Measurement ，China
Pharmaceutical University ，Nanjing 210009，Jiangsu ，China )
Abstract :Objective The fast and nondestructive identification of ShanDouGen and BeiDouGen by Fourier transform near infra-red spectroscopy and generalized two －dimensional correlation spectroscopy were performed．Methods Collected the near infrared spectra of ShanDouGen and BeiDouGen ，then computed the Two －Dimensional Correlation Spectra ，and analyzed and compared the synchronous and asynchronous 2D correlation spectra．ＲesultsTwo kinds of samples have similar spectral character in one －di-mensional near infrared while quite different in two －dimensional correlation spectra．ShanDouGen and BeiDouGen were identified visually using the two －Dimensional Correlation Spectra in region 7500 4000cm －1．Conclusion The results prove that two －di-mensional correlation spectra can enhance the resolution of near infrared spectra and increase the identification ability．The study gives a new ，powerful ，and convenient approach for evaluating the medicinal herbs．
Key words :Generalized two －dimensional correlation spectroscopy ;
phorae Tonkinensis ) ;
BeiDouGen (ＲhizomaMenispermi ) ;
Near infrared spectroscopy ; ShanDouGen (ＲadixSo-
Identification
来源于豆年版就将两药分别收载，以便区分，实际应用中，常有二者不分现山豆根（ＲadixSophorae Tonkinensis ），又称广豆根，科植物越南槐（Sophoratonkinensis Gapnep ，柔枝槐）的根及根茎，象，加之不少中医大夫不了解原来习用防己科山豆根已更名为北
［1］
具有清热解毒、消肿利咽的功效，是临床常用中药。由于地区豆根，而仍沿用山豆根之名开方，药房配以毒性较大的豆科山豆
［6 9］
“山豆根”。使用习惯不同，同名异物现象十分严重，各地以为名的根，且用量较大，造成中毒事故
药材很多，其中以北豆根（ＲhizomaMenispermi ）和豆科木蓝属In-近红外光谱法具有包含信息量大、便捷、快速、无损等特点，
digofera 的根（俗称土豆根）最为常见，并且其销售地区还相当广泛，造成商品山豆根的品种混乱状况。在我国东北、华北、西北等
在中药鉴别方面具有很强的优势。广义二维相关光谱高光谱的分辨率，刘浩等
［14］
［10 13］
能提
将本方法用于香加皮和五加皮的鉴
［15］北方地区，多年来均用防己科植物蝙蝠葛（Menispermum dauri-别，得到了良好的效果；Lu J 等将这种方法成功用于不同产地cum ，DC．）的根茎作山豆根入药，由于功效、毒性、用量上与豆科中药材的区分。广义二维相关光谱能区分重叠严重的近红外光
，《中国药典》山豆根均有不同将其命名为北豆根（意即北方所用谱，发现中药近红外特征，为中药这一复杂体系提供一种便捷的
［2 5］
。鉴别方法。本文利用二维相关光谱分析方法，之山豆根）予以收载，目的在于区别南方所用的豆科山豆根借助于计算机，将
。《中国药典》二者相比，北豆根毒性较小而用量较大早在1997
近红外光谱从一维拓展到二维，寻找变温过程中山豆根与北豆根的近红外指纹图谱特征，实现了二者无损鉴别。1
仪器和材料
Bruker MPA FT －NIＲ（Bruker Optics Inc．）近红外光谱仪，石
PbS 检测器，英分束器，积分球检测附件（漫反射），控温附件。山豆根：来自广东、广西、江西、贵州共10个样本。经江苏省
机关医院郭跃龙中药师鉴定为豆科植物越南槐（Sophoratonkinen-sis Gapnep ）的根及根茎，130ħ 干燥10h ，粉碎后过60目筛，密封保存，备用。
02-26; 收稿日期：2013-09-16修订日期：2013-
基金项目：广东省自然科学基金(No．[**************]03) ;
广东省医学科研基金(No．B2010055)
作者简介：刘
*
) ，浩(1977-现任广东食品药品职男(汉族) ，河南南阳人，
业学院副教授，博士学位，主要从事药物分析与分子设计研究工作．) ，现任中国药科男(汉族) ，安徽蚌埠人，通讯作者简介：相秉仁(1942-大学教授，学士学位，主要从事药物分析及药物信息学研究工作．
·2922·
交叉峰为负值
。内蒙共两个样本，经江苏省机关医院郭跃相反时，北豆根：来自吉林、
龙中药师鉴定为防己科植物蝙蝠葛（Menispermum dauricum ，DC．）的根茎，130ħ 干燥10h ，粉碎后过60目筛，密封保存，备用。22．1
方法
［9 12］
广义二维相关光谱原理二维相关光谱是对光谱进行
相关性分析，得到光谱二维尺度信息，主要包括同步相关光谱和异步相关光谱。对于一个待分析体系，对其施加一个外部微扰，则体系会产生一个动态的变化，其近红外光谱行为就会发生变
化，运用相关分析对系列谱图进行处理，可得到二维相关红外光谱，它对重叠信号有很强分辨能力，在特征分析、结构分析、相互作用、化学反应等研究领域重叠信号分析方面有广泛用途。二维相关光谱首先在NMＲ领域提出，开始时扰动都是正弦波，后来发展到任意波形，现在任何非周期的微扰，包括光、电、热、磁、化学等方法都可以作为微扰来使用，因此又称为广义二维相关光谱。
本文数据处理是根据I．Noda 的广义二维相关光谱的原
［11，12］
。理，用Hilbert 变换法在Matlab 软件上编程实现2．2
近红外光谱的收集山豆根和北豆根粉碎后样品130ħ 再
次干燥2h ，不经其它任何处理，装满石英瓶（内径2cm ），封闭后
图2
山豆根同步相关光谱（上）和
异步相关光谱（下）（阴影部分为负峰
）
［10］
入控温附件，利用积分球检测30 130ħ （间隔10ħ ，升温速度：3ħ /min）近红外光谱。光谱范围12500 4000cm －1，分辨率8cm －1，测定64次求平均以提高信噪比。3结果3．1
山豆根的近红外光谱特征山豆根和北豆根近红外光谱如图1所示，由于其所含主体成分（纤维素，淀粉等）接近，除基线有一定差异外，二者谱形非常相似，直接判断难度很大，直接计算
的相似度也很高。在近红外光谱中，各个谱区内部包含了多种组分的信息，而同一组分信息又分布在多个谱区，导致山豆根鉴别时无明显特征峰，无法采用峰位鉴别法，因此本文利用二维相关光谱来提取NIＲ光谱中含有特征信息，同时进一步计算相似度，进行鉴别
。
图1山豆根和北豆根的近红外光谱图
－1
图3北豆根的同步相关光谱（上）
3．2
山豆根的二维相关近红外光谱在7500到4000cm 波数范围内，山豆根近红外光谱随温度变化明显，具有较高特征性，其
和异步相关光谱（下）（阴影部分为负峰）
相应二维相关谱示例见图2（产地为广东）。
－1
北豆根（产地为吉林）在7500到4000cm 波数范围内二维相关谱见图3。
从图2 3中可以看出，同步相关光谱关于对角线对称，位于对角线上的峰称为自相关峰（autopeak ），自相关峰总是正值，其强度的大小代表光谱强度在扰动作用下的变化程度。交叉峰（cross peak ）位于对角线外，表明基团之间存在较强相关性，其值有正有负，当两条光谱强度变化方向相同时，交叉峰为正值，方向
异步相关光谱是一条光谱和另一条光谱Hilbert 变换信号
（和原信号正交）相关性分析的结果，代表了两个不同波数处测得的光强度变化次序或变化的不同步特征，仅当光谱强度变化信号Fourier 频率成分不同位相时才会出现，这一特点在区分不同光谱来源或不同组分形成的重叠峰时特别有效。异步相关图关于对角线反对称，且没有自相关峰，对角线两侧交叉峰的出现表明其所对应两个基团振动峰各自孤立地以不同的速率变化，它可辅助提供微观结构变化先后的信息。
基于以上原理，具体分析图2和图3所示二维相关光谱，可
·2923·
以看出很多在一维谱（图1）中的重叠信号可以清晰分辨。本区3．3二维相关谱的相似度计算指纹图谱的功能不同于含量测
N －H 的伸缩和弯曲振动的合频吸定，光谱吸收主要对应着O －H 、只需要样品的大概信息或信息特征来衡量样品之间的区别和
C =O 伸缩振动的3级倍频吸收，C －H 伸缩和弯曲振动的合联系。样品之间相似性比较可以用“相似度”收，表达。频吸收等，与中药成分和特性有很大联系，由于中药的复杂性，不二维相关近红外光谱由于谱峰众多，同色谱指纹图谱类似，可能进行精确归属。不同中药有不同成分组成，因此变温过程中有不同变化特征，在二维相关光谱可以体现出来，通过变温过程
存在着一个计算样品之间相似度的问题，但它又与色谱指纹图谱
相似度有一定的区别，它计算不同样品变温过程中光谱变化特征
二维谱图的差别，能够进行易混淆中药的区分与鉴别。之间的相似度。如果两个样本变温过程中光谱变化特征一致，则
6250，相似度高，在同步相关图中，主要特征峰有：①自相关峰：7000，否则相似度就会较低。同时，二维相关光谱由于存在
5100；②交叉峰：7000 5100，7000 4880，5100 4700。同步和异步两种谱，因此相似度计算也会有两个方面的结果，包在异步相关图中不存在自相关峰，主要的特征交叉峰为：7100 6900，7000 6230，7000 5200，5200 6230，5200 5100，5200 4300。在同步图中，山豆根（图2）在对角线上出现了较多强自相关峰，它们所对应振动峰位置分别在5280、5230、4960cm 980cm
－1
含了更丰富的信息。同步和异步相关光谱得到的相似度结果分
别见表1 2（本文中相似度采用相关系数）。
1 10号为山豆根样本，11 12为北豆根样本。
从上述同步相关光谱和异步相关光谱样品之间相似度计算
1 10号山豆根样品互相之间总体上具有较高相结果可以看出，
11 12号北豆根样本相似度也不低。但山豆根和北豆根似度，
之间相似度总体比较小，说明山豆根和北豆根在变温过程中变化特征仍然有较大区别。
这些差异在原始图谱上看不出来，由于谱图类似，原始图谱的相似度计算结果无法明显区分山豆根和北豆根（相似度都比较高），直观地利用二维相关光谱也难以清晰地区分。计同时，
算其二维相关光谱相似度，则可以明显观察样品之间的区别与联系，从而实现其定性鉴别。
说明这些吸收峰所对应基团随着温度升附近，
4高变化明显。山豆根较强自相关峰所对应位置在5220、说明这些吸收峰所对应基团随着温度升高变化较附近，
明显，其自相关峰和交叉峰形状与北豆根有明显差别。总体比较北豆根和山豆根的同步相关图和异步相关图，不难发现山豆根相关峰和交叉峰比较多，而北豆根相关峰和交叉峰相对来讲比较简单，说明在此区北豆根有相对较少对温度敏感的振
－1
动模式。此外，山豆根在4960和5280cm 两波数处出现强正交叉峰（图2），而北豆根在此位置处没有。7个北豆根和5个山豆根样本都具有上述的差别，可作为二者鉴别的标志。
表1
相似度[**************]
110．8100．9200．9930．8050．9830．8210．9440．9170．8010．7710．814
2
[1**********]
10．9840．9570．8350．8650．8310．9200．9590．8300．6440．642
3
4
5
－1
同步相关光谱的相似度
6
7
8
9
10
11
12
[1**********]0．8040．9360．8750．9080．8260．9990．9690．5130．437
[1**********]．9950．9410．8530．9290．9470．9020．8450．525
9753423010．9820．8540．9610．9450．9740．7280．634
061691010．8850．8850．9140．9120．6790．830
36602310．8100．9070．8820．5270．513
6188610．95730．87730．65840．8029
10．92310．76280．4977
10．55190．4947
10．9148
1
1 10号为山豆根样本，11 12为北豆根样本
表2
相似度[**************]
110．8480．8940．8880．9140．8940．9760．8950．8400．9200．6650．778
2
[1**********]
10．8080．8030．9040．9370．8970．9640．8430．8530．6670．405
3
4
5
异步相关光谱的相似度
6
7
8
9
10
11
12
[1**********]0．8480．8780．9060．8980．9650．8930．8510．4640．818
[1**********]．90770．88870．91630．85500．95820．95630．79140．5470
10．80120．88930．80980．97230．86410．80030．5870
10．85780．85260．84710．97500．55610．2363
10．94270．89940．97110．56220．5988
10．90020．82650．78890．6333
10．86850．81870．6027
10．66150．7438
10．9299
1
1 10号为山豆根样本，11 12为北豆根样本
3．4
N －H 等光谱吸收较是当温度高于100ħ 时，冷却后会有液滴出现），则可判断样品干水分对分析结果的影响由于O －H 、易受到样品水分吸收的干扰，因此，中药材样品的干燥非常重要，燥不够充分。本文研究表明，山豆根和北豆根在130ħ 干燥10h 水在近红外区有明显吸收，会影响光谱形状。此外，在变温过程完全能满足鉴别需要。微量水分在近红外区吸收较弱，相对于大中，如果水分挥发影响光谱的话，相应波段吸收会有所降低（特别量中药材样本，比例很小，不影响中药材定性鉴别。
·2924·
4总结2004，29（4）：384．杂志，
1998，29（10），702．中药材使用中所体现的是综合效应和整体疗效，其化学成分［5］曾学．山豆根和北豆根的鉴别［J ］．中草药，
．首都医药，2010，7：陈相银．北豆根与山豆根的鉴别［J ］的多样性和复杂性是中药发挥疗效的物质基础，但同时也是质量［6］陈瑞生，
评价与控制的难点。多年来在中药材及复方制剂质量标准的研
［7］哈淑芳．山豆根与北豆根不应混用［J ］．山东医药工业，1998，17
究制定中，采用各种分析检测手段测定某种有效成分，并以其含量多少来判断某种药材质量。
（6）：22．
55．
近红外光谱法在不破坏样品情形下进行检测，包含了样品所有成分的信息，并且以其检测便捷具有很多应用优势，比测定任［9］何一种或几种成分所提供的信息都更丰富和更全面。二维相关光谱法弥补了谱峰重叠严重的缺点，反映了药物在温度升高过程［10］
2002，17（6）：［8］童晓东．山豆根与北豆根的药用比较［J ］．国医论坛，
41．
1999，10李永杰．山豆根与北豆根应区别使用［J ］．时珍国医国药，（11）：839．
Noda I．Two －dimensional infrared spectroscopy ：theory and applications
中的变化特征，其特征峰和相似度可作为鉴别中药材的依据。北［J ］．Appl Spectrosc ，1990，44（4）：550．
11］Noda I．Generalized two －dimensional correlation method applicable to 豆根样本与山豆根之间二维相关谱找到了明显差别，包括自相关［峰和交叉峰出现的频率，峰位，及相似度计算，实现了山豆根与其
易混淆药材北豆根的鉴别，本文研究为相关中药的快速鉴别提供了一种便捷、有力的新方法。
infrared ，Ｒamanand other types of spectroscopy ［J ］．Appl Spectrosc ，1993，47（9）：1329．
［12］窦晓鸣，袁
波，赵海鹰，等．广义二维相关光谱及其在分析领域的
J ］．中国科学（B 辑），2003，33（6）：449．应用［
［13］Noda I．Advances in two －dimensional correlation spectroscopy ［J ］．Vi-brational Spectroscopy ，2004，36：143．
［14］刘
屈凌波，等．香加皮和五加皮的近红外二维相关光浩，相秉仁，J ］．中国药科大学学报，2006，37（2）：181．谱无损快速鉴别［
［15］Lu J ，Xiang B ，Liu H ，et al．Application of two －dimensional near －in-frared correlation spectroscopy to the discrimination of Chinese herbal medicine of different geographic regions ［J ］．Spectrochim Acta A ：Mol Biomol Spectrosc ，2008，69（2）：580．
参考文献：
S ］．北京：中国医药科技出版社，［1］国家药典委员会．中国药典．一部［
2010．
［2］韩树景．浅谈山豆根与北豆根的临床合理应用［J ］．时珍国医国药，
2000，11（8）：756．
2002，［3］贺立京．山豆根北豆根及混淆品的鉴别［J ］．湖南中医杂志，
18（3）：64．
．中国中药［4］董嘉德，刘宝玲，王广山．山豆根的鉴别及药用情况［J ］
甘草配方颗粒快速鉴别的初步研究
11，2111
罗文汇，毕晓黎，谭志灿，李素梅，江洁怡
（1．广东省中医药工程技术研究院，广东广州510405）广东广州510095；2．广州中医药大学，摘要：目的建立甘草配方颗粒的快速鉴别方法。方法采用薄层色谱法和红外光谱法对甘草配方颗粒进行鉴别分析。
结果薄层色谱中甘草配方颗粒中甘草酸铵均能被检识，其余色谱斑点清晰，分离度好; 红外光谱存在15个特征吸收峰。
结论所建立的方法简便、可行、准确、重现性好、专属性强，可作为甘草配方颗粒的质量控制方法。
关键词：甘草配方颗粒; 薄层色谱法; 红外光谱法DOI 标识：doi :10．3969/j．issn．1008-0805．2013．12．043
0805(2013) 12-2925-02中图分类号：Ｒ286．0文献标识码：A 文章编号：1008-以建立甘草配方颗粒的鉴别标准。甘草配方颗粒是中药配方颗粒，是以符合炮制规范的甘草饮进行定性鉴别，
片为原料，经提取、浓缩、干燥、制粒等工艺制作而成的一种供配1仪器与试药方使用的中药颗粒，既保持了原饮片的药效药性，又具有服用携1．1仪器Camag ATS 4型薄层自动点样仪（瑞士）；Camag Ｒe-带方便、质量稳定可控、疗效确切安全等优点，是中药饮片的一种prostar 3薄层色谱自动成像系统（瑞士）；Mettler －Toledo 补充用药形式。具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳、缓急止痛、XS205DU 电子分析天平（瑞士）；硅胶G 薄层板（Merck ）；Thermo OMNIC 调和诸药的功能，用于脾胃虚弱、倦怠乏力、心悸气短、咳嗽痰多、Fisher SCIENTIFIC 6700傅立叶变换红外光谱仪（美国），
［1］
脘腹、四肢挛急疼痛，痈肿疮毒，缓解药物毒性、烈性。本实验软件；YP －2压片机（上海山岳）。以甘草配方颗粒为实验对象，利用现代的色谱和光谱技术，对其1．2试药甘草对照药材（批号：120904－200511）、甘草氨酸对
02-28; 收稿日期：2013-08-02修订日期：2013-
基金项目：广东省自然科学基金项目(No．S[1**********]26) ;
广东省科技计划项目(No．2011B31700010) ; 广东省建设中医药强省项目(No．20111132) ;
广东省教育部科技部产学研结合项目(No．2011A091000005)
) ，作者简介：罗文汇(1980-男(汉族) ，广东清远人，现任广东省中医药工程技术研究院副主任中药师，硕士学位，主要从事中药质量评价研究工作．
照品（批号：110731－200513）均购于中国药品生物制品检定所；
甘草配方颗粒（批号见表1），由广东一方制药有限公司提供；溴化钾（英国Alfa Aesar ，纯度：99．99+%）；水为屈臣氏蒸馏水；其余试剂均为分析纯。22．1
方法与结果
薄层色谱鉴别取甘草配方颗粒0．5g ，加甲醇30ml ，加热回流1h ，滤过，滤液蒸干，药渣加水40ml 使溶解，用正丁醇振摇提
·2925·