中藥材的道地性是指中藥材的生物活性與其相應的區(qū)域性相聯(lián)系的性質。固然不同產地的相同種類的中藥材樣本的生物活性可能有明顯的不同，但從外貌和某些物理化學特性(包括分子光譜和化學組成)來觀察，它們可能幾乎沒有什么區(qū)別，使用通常的手段和方法對中藥材的道地性進行判別是十分困難的。在化學分析中，近紅外光譜(NIR)分析技術具有很多上風，特別是它能夠以非破壞方式從樣本獲取分析信息。待測樣本不需要任何預處理，直接放置在NIR反射光譜儀上進行光譜測定。利用這個特性能夠有效地避免因樣品預處理所造成的微量(或次要)組分的損失及組分存在形態(tài)的變化，保證了最大限度地保存不同產地的中藥材樣本之間的微小差異。因此，我們試圖利用近紅外分析技術研究中藥材的道地性。

　　樣本光譜差異性的信息發(fā)掘平滑是濾除高頻噪聲對信號干擾的有效方法，最常用的是Savisky-Golay卷積平滑法。它的基本思想是假設疊加的噪聲是零均隨機噪聲，取多次丈量值的均勻值，能夠減少噪聲的影響。它是對光譜窗口內的各波長點的吸光度按一定權重進行線性組合從而確定其平滑光譜，相應的權重通過多項式對移動窗口內的波譜點進行最小二乘擬合確定。研究發(fā)現(xiàn)，用光譜窗口的中心點來評估平滑光譜較為簡潔且有效。

　　光譜微分有助于抑制背景干擾，顯現(xiàn)化信號，特別是弱信號。單個或復合的高斯函數(shù)一般能夠較好地擬合實際光譜。

　　顯然，奇數(shù)階導數(shù)值在峰位處均為零;偶數(shù)階導數(shù)值則交替地形成谷與峰，呈正負倒翻趨勢。當求導階次n為偶數(shù)時，導數(shù)值說明求導有利于夸大窄帶。在限定的波長區(qū)間內，僅容納一個峰的原譜，經n階求導轉換后，變化成容納n1個峰和谷的圖形。故主峰被窄化，譜帶變銳，這就是應用導數(shù)技術進步分辨率的依據(jù)。

　　微分可以通過Savisky與Golay提出的卷積方法實現(xiàn)，與平滑不同的是查一階或二階微分相對應卷積整數(shù)。

　　驗采用了產于遼寧和吉林的人參樣本，利用近紅外光譜技術研究了中藥材的道地性差異。為了使樣本具有代表性，從大量的片狀人參樣本中隨機選樣。其中，吉林生產57個，遼寧生產60個。所使用的實驗儀器是NicoletFT-IRNEXUS光譜儀，所用的程序用MATLAB語言編寫。

　　將人參的片狀樣本直接放在NIR反射光譜儀上測定，不經過任何預處理，其儀器測定參數(shù)為：波長1000-2500nm，樣本掃描次數(shù)256次，分辨率4cm-1，背景采集使用聚四氟乙烯(PTFE)片。反射光譜讀數(shù)以吸收光譜單位表示。

　　3結果與討論

　　從光譜圖我們可以發(fā)現(xiàn)產于吉林和遼寧的兩類人參樣本的近紅外光譜幾乎沒有差別，從原始光譜不能確定它們的道地性差異。在1000～1136nm的光譜區(qū)域表現(xiàn)為無信息區(qū)域，僅僅發(fā)生了基線漂移�；�于該區(qū)域進行基線校正，可以消除其光譜的漂移影響。從基線校正后的光譜，可以觀察到該方法有效地扣除了1000～1136nm處的基線漂移，從而可以推斷全譜區(qū)間的基線漂移也被有效扣除。若采用基線校正后的全譜對中藥材道地性差異進行評判，不僅計算工作量很大，而且無信息或很弱信息區(qū)域將會對強信息區(qū)和分析結果產生較大影響。實際上，在有些光譜區(qū)域，樣本的信息很弱，與樣本的組成或性質間缺乏相關關系，而方差變化最明顯區(qū)域的光譜其信息是最豐富的�；�于此，本實驗對基線校正后的光譜進行了方差處理。標準偏差≥0.O1對應的1165～2500nm區(qū)域可以作為富信息區(qū)域進行光譜差異性研究。

　　在光譜的富信息區(qū)域，用Savisky-Golay卷積平滑法能濾除高頻噪聲，使藥物的光譜信息顯現(xiàn)化，而平滑窗口大小將直接影響平滑效果。用優(yōu)化的窗口尺寸對人參譜圖進行卷積平滑，發(fā)現(xiàn)濾除高頻噪聲后的平滑譜圖仍不能使兩個產地的人參的道地性差異在光譜圖中顯現(xiàn)出來，說明該兩類樣本的光譜差異極小。當然這也是由于卷積平滑法仍然是一種加權均勻法，只是更夸大中心點的中心作用。

　　微分譜有助于抑制背景干擾，一方面可以突出微弱的高頻待測組分，另一方面又能夠抑制低頻不必要的干擾譜，經過幾次求導，能達到使其忽略的程度，且隨求導次數(shù)的增加，主峰將被窄化，譜帶變銳，從而進步分辨率。而奇數(shù)階導數(shù)在峰位處均為零;偶數(shù)階導數(shù)則交替地形成谷與峰。因此本實驗利用一階微分譜與零線相交處即為原始譜峰的特性確定峰位，而利用二階微分譜顯現(xiàn)中藥材人參的道地性差異。

　　圖4與圖1和圖2作比較，我們會發(fā)現(xiàn)在圖1和圖2中很難確定坦峰的峰值波長，而在圖4中則易于實現(xiàn)。圖5與圖2比較，從圖5中可以得到更豐富的化學信息。在圖5中可以觀察到在1400nm四周出現(xiàn)C=O的三級倍頻峰、N-H的一級倍頻峰、O-H伸縮振動的一級倍頻峰、甲基CH的對稱和不對稱伸縮振動的二級倍頻峰。在1800nm四周出現(xiàn)了甲基C-H的對稱和不對稱伸縮振動的一級倍頻峰、亞甲基C-H的對稱和不對稱伸縮振動的一級倍頻峰、不飽和碳上的C-H的伸縮振動的一級倍頻峰、芳烴C-H的伸縮振動的一級倍頻峰。

　　從圖5可見，吉林人參(圖5b)的光譜信號強于遼寧人參(圖5a)，說明吉林人參中NIR活性組分含量較高。將其NIR圖譜(圖5)放大，可以發(fā)現(xiàn)產于遼寧的人參(圖6a)的二階微分圖的分散度大，漂移嚴重，產于吉林的人參(圖6b)的二階微分圖則不然，其分散度和漂移現(xiàn)象均小于遼寧人參，說明其質地均勻，質量穩(wěn)定。且在2350nm四周，產于遼寧的人參出現(xiàn)了強度與2310nm四周的峰接近的一個峰，而產于吉林的人參則沒有此現(xiàn)象。以上事實可以說明，應用NIR二階微分譜圖可以鑒別道地性中藥材人參。

　　由于近紅外光譜分析一般不需要對樣品進行預處理，不同產地的中藥材樣本之間的微小差異能夠最大限度地保存下來，不會被人為干擾。通過上述實驗，我們發(fā)現(xiàn)，應用平滑、微分等基本的光譜預處理方法不但可以消除干擾，而且可以挖掘更為豐富的化學信息。人參樣本的近紅外光譜的一階微分譜圖能夠正確地確定譜峰的位置，特別是坦峰的位置，而二階微分譜圖包含了更豐富的微小差異的化學信息，它使道地性中藥材人參的光譜差異明顯地顯示出來。說明應用NIR譜圖的微分方法可以鑒別道地性中藥材人參。