劉 芳，沈清清，陳紅惠，李 蕾，舒 燕

（1.文山學(xué)院 化學(xué)與工程學(xué)院，云南 文山 663099；2.文山學(xué)院 環(huán)境與資源學(xué)院，云南 文山 663099）

三七Panax Xotoginseng(Burk) F.H.Chen為五加科人參屬植物，主要以根入藥，是我國(guó)特有名貴中藥，具有降低血壓、抗血栓、保護(hù)神經(jīng)、抗動(dòng)脈粥樣硬化等作用，市場(chǎng)需求量較大[1]。為確保三七質(zhì)量，傳統(tǒng)采用基原鑒定、顯微鑒定和理化鑒定等方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。但基原鑒定要求檢測(cè)者要有豐富的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；顯微鑒別時(shí)特征的差別非常細(xì)微難以辨別；一般的理化鑒別只能反映個(gè)別活性成分的含量，不能完全反映出藥材質(zhì)量的好壞。而許多現(xiàn)代分析法，比如色譜法、質(zhì)譜法、生物 DNA技術(shù)等，要對(duì)藥材進(jìn)行分離提取，比較麻煩難以大范圍推廣[2-3]。紅外光譜技術(shù)是一種能夠方便和快速獲取樣品化學(xué)信息的新技術(shù)，目前已用于對(duì)不同種中藥材和中成藥的快速鑒別[4-6]。

紅外光譜分析用于三七的鑒定方法簡(jiǎn)單容易操作，但紅外譜圖的好壞往往是靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)評(píng)判。為了尋找一種科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，就需要借助于傳統(tǒng)分析化學(xué)中評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的參數(shù)—誤差來(lái)分析譜圖的質(zhì)量，希望能盡可能減小測(cè)量誤差，從而以最佳參數(shù)采集樣品光譜數(shù)據(jù)，提高測(cè)定光譜的質(zhì)量[7]。但由于紅外光譜并不是單一的數(shù)據(jù)，因此對(duì)它誤差評(píng)定的方法不能單純的依靠以往對(duì)測(cè)量結(jié)果誤差的分析方法。測(cè)量不確定度是在誤差理論的基礎(chǔ)之上延伸出的新的表征測(cè)量結(jié)果的概念。它表示了重復(fù)性測(cè)量條件下得到的測(cè)量結(jié)果的分散性，它的結(jié)果跟測(cè)量方法、數(shù)據(jù)處理方法等有關(guān)系，而與具體的測(cè)量數(shù)值沒(méi)關(guān)系[8-9]?，F(xiàn)將不確定度的概念應(yīng)用到文山三七紅外光譜曲線重復(fù)性的表征中，以吸收度作為不確定度計(jì)算中的主要參數(shù)，將不同實(shí)驗(yàn)條件下得到的不確定度結(jié)果和測(cè)定得到的光譜做對(duì)比。以便尋找到更適合三七紅外譜圖質(zhì)量評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型。從而為三七品質(zhì)鑒定的紅外光譜提供一個(gè)技術(shù)參考指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

IRpresstige-21 傅立葉紅外分光光度計(jì)（日本島津公司）；DHG-9076A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海躍進(jìn)區(qū)醫(yī)用光學(xué)器械廠）；HF-2壓片模具（天津博天勝達(dá)科技發(fā)展有限公司）；三七（購(gòu)于文山州中藥材市場(chǎng)）、光譜純KBr（天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）。

1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇

通過(guò)多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響三七紅外光譜測(cè)量結(jié)果的因素主要有測(cè)量環(huán)境、儀器參數(shù)設(shè)置和樣品的制備過(guò)程三個(gè)方面。其中樣品制備過(guò)程和儀器參數(shù)設(shè)置是主要影響因素，本文主要對(duì)這兩方面的誤差進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量及分析比較。

1.3 樣品制備及譜圖測(cè)定

將三七樣品與溴化鉀在90 ℃干燥12 h，然后分別在瑪瑙研缽內(nèi)充分磨細(xì)、過(guò)篩。采用溴化鉀壓片法，將樣品與溴化鉀按一定比例混合后取適量裝入磨具，在一定的壓力下壓制適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，得到樣品片，然后以純溴化鉀片為背景，選擇合適的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

2 數(shù)據(jù)處理

不確定度可以分成A類不確定度和B類不確定度兩種方法。B類不確定度是用非統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、常識(shí)、資料和假設(shè)的概率分布估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示。實(shí)驗(yàn)中由于我們采用的是對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行了多次重復(fù)性觀測(cè)后，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析這一系列觀測(cè)值來(lái)進(jìn)行評(píng)定，所以研究A類不確定度[10]。

實(shí)驗(yàn)中每組進(jìn)行了6次重復(fù)性測(cè)量，根據(jù)測(cè)量得到了6條紅外譜圖，獲取譜圖中的橫坐標(biāo)為波數(shù)，用字母v表示，縱坐標(biāo)表示的是樣品的吸收度，用字母a表示，同一譜線中的吸收度能看出該譜線的波動(dòng)范圍。用表示同一測(cè)量條件下的6組譜圖的吸收度的總平均值，也就是最佳估計(jì)值和真值。Xi表示每一條譜線（1 868個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）吸收度的平均值，則A類的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3 結(jié)果與討論

3.1 不同粒徑樣品的不確定度

在實(shí)驗(yàn)中選用了120目、160目、200目、240目、280目5種不同的三七粒徑進(jìn)行對(duì)比，分別計(jì)算了它們的不確定度，如表1。

表1 不同粒徑樣品的不確定度

從表1的結(jié)果可以看出，當(dāng)選取的三七目數(shù)達(dá)到160目時(shí)，不確定度最小。將同一粒徑下測(cè)定6次得到譜圖放在一起進(jìn)行對(duì)比，可以明顯的看出三七粒徑為160目時(shí)，譜圖的重復(fù)性最好，這與我們前面所計(jì)算的結(jié)果一致，見(jiàn)圖1。

圖1 不同粒徑的樣品測(cè)定六次的紅外光譜重疊圖

3.2 三七與溴化鉀不同配比的不確定度

實(shí)驗(yàn)中選取了 1∶80、1∶100、1∶120、1∶140、1∶160五種三七與溴化鉀的比例關(guān)系進(jìn)行了不確定度的計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 三七與溴化鉀不同配比的不確定度

從表2可以看出三七與溴化鉀的比例為1∶100時(shí)，不確定度最小，同一配比下測(cè)定6次的譜圖也是混合比例為1∶100時(shí)的重復(fù)性最好；同時(shí)通過(guò)表2可以看出，當(dāng)它的不確定度越大時(shí)，其重復(fù)性越差。這說(shuō)明我們所計(jì)算出來(lái)的不確定度的大小和譜圖的重復(fù)性是保持一致的，見(jiàn)圖2。

圖2 三七與溴化鉀不同配比測(cè)定六次的紅外光譜重疊圖

3.3 不同壓力的不確定度

選取了5種不同的壓片壓力進(jìn)行對(duì)比，分別為40 kN、50 kN、60 kN、70 kN和80 kN。通過(guò)計(jì)算不確定度，從中選取最優(yōu)的測(cè)量條件，如表3所示。

表3 不同壓力的不確定度

從表3中可以看出壓力達(dá)到70 kN時(shí)，它的不確定度最小，將同一壓力下測(cè)定6次得到的譜圖放在一起進(jìn)行對(duì)比，同樣是壓力達(dá)到70 kN時(shí)，重復(fù)性最好，見(jiàn)圖3。

圖3 不同壓力測(cè)定六次的紅外光譜重疊圖

3.4 不同掃描次數(shù)下的不確定度

對(duì)同一樣品分別測(cè)定了5次、10次、15次、20次、25次五組不同掃描次數(shù)下的紅外光譜進(jìn)行了6次重復(fù)性測(cè)量，并通過(guò)計(jì)算得出了它們的不確定度，如表4。

從表4中可以看出，當(dāng)掃描次數(shù)為10次時(shí)，不確定度最小，測(cè)定6次得到的譜圖重復(fù)性也最好，見(jiàn)圖4。

圖4 不同掃描次數(shù)測(cè)定六次的紅外光譜重疊圖

3.5 不同分辨率下的不確定度

將儀器分辨率分別設(shè)為：1 cm-1、2 cm-1、4 cm-1、8 cm-1、16 cm-1對(duì)同一樣品進(jìn)行6次重復(fù)性測(cè)量，通過(guò)計(jì)算得到它們的不確定度如表5所示。

表5 不同分辨率的不確定度

從表5的計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)它的分辨率為2cm-1時(shí)，不確定度最小，測(cè)定6次的譜圖重復(fù)性也最好。

圖5 不同分辨率測(cè)定六次的紅外重疊圖

4 結(jié)論

依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出的不確定，與同一參數(shù)條件下多次測(cè)定的紅外譜圖重復(fù)性之間存在如下關(guān)系：不確定越小，同一條件下多次測(cè)定的外吸收光譜曲線重復(fù)性就越好。說(shuō)明用不確定度來(lái)作為紅外吸收光譜質(zhì)量評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型是可行的，可靠的。將不確定度的概念應(yīng)用到紅外光譜曲線重復(fù)性的表征中，也使其從單一測(cè)量值的應(yīng)用擴(kuò)展到了多數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)曲線中來(lái)，為我們以后類似的評(píng)價(jià)提供了新思路。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們也獲得了三七紅外譜圖數(shù)據(jù)采集時(shí)的最優(yōu)條件為：（1）三七粉末粒徑為160目；（2）三七與KBr的混合比例為1∶100；（3）壓片壓力70 kN；（4）掃描次數(shù) 10次；（5）分辨率 2 cm-1。可將此優(yōu)化條件確定為三七紅外光譜測(cè)量時(shí)制樣的標(biāo)準(zhǔn)操作流程，以保證三七品質(zhì)鑒別測(cè)量時(shí)的客觀一致性。