摘 要:介绍了便携式近红外漫反射中药质量监控仪的设计思想、基本结构、测试条件和使用方法。该光谱仪具有体积小、重量轻、成本低等特点,现场监控中药质量是非常便利的。
0 引 言
假药或劣质药问题是目前世界各国特别是发展中国家共同面临的问题之一[1]。常用中药的质量评价一直是中药研究与应用的重点和难点问题,结合了光谱测量技术和计算机技术、化学计量学的近红外漫反射光谱法主要用于中药材的鉴别和定性定量分析[2],是一种快速、简便、无损、绿色的新方法。但是目前并无可以直接利用的小型、便携的近红外光谱仪对中药材进行现场鉴别,为了严防假药、劣药进入生产过程,所以中药质量控制对仪器提出了迫切的需求。
1 仪器的设计思想
国内近红外光谱仪市场主要以进口的傅里叶变换近红外光谱仪(FT-IR)为主,这种类型的近红外光谱仪虽然具诸多优点,但体积大,对仪器的使用和放置环境有严格要求,仅适合于在实验室进行分析鉴定,而且价格昂贵。声光可调滤波器型近红外光谱仪体积较小,环境适应性强,扫描速度快,但分辨率相对较低,价格也较高。引进这两类进口仪器首要的问题是仪器与售后服务的价格十分高昂,且常因配件或维护的不及时而停用。随着阵列检测器件生产技术的日趋成熟,为用户自行开发研制专用的近红外光谱仪器提供了可能,例如吉林大学仪器科学与电气工程学院研制了便携式近红外光谱仪,主要用于煤炭废弃物和金矿资源化评价、食品成分分析和乙醇汽油品质分析[3—9]。石油化工科学研究院研制了一种新型在线近红外光谱分析仪[11]。近红外光谱技术应用于中药的检测和分析还处于起步阶段,便携式仪器更是未见报道。由固定光路、光栅分光、阵列检测器构成的近红外光谱仪器具有性能稳定、扫描速度快、分辨率高、信噪比高以及性价比好等特点,同时考虑到便携、光谱连续、成本等因素,所以成为首选的设计方案。
2 仪器的基本结构
2.1 仪器的硬件组成
基于近红外漫反射原理和对中药材快速、现场检测的需求,该便携式中药质量监控仪的硬件由以下几部分构成。
电源:为光源和检测器提供能量来源;
检测器:铟镓砷基二极管阵列检测器(含凹面平场分光光栅和珀耳帖效应温控器);
光源:卤钨灯;
取样器:光纤取样器;
样品池支架:带恒温槽;
外壳、操作开关、计算机接口、电源接口及电缆。
2.2 方框图
3 仪器的设计特色
3.1 光路设计
由光源发出的近红外光照在比色皿表面,其入射角对光谱的幅度值有影响,这是因为入射角越小,信号越强,杂散光对有用信息的影响越小,因此信噪比越高,吸收值幅度越大。分别以30°,45°,60°的入射角进行实验,结果验证了以上假设,入射角为30°时得到的光谱曲线幅度约为入射角为60°时的3倍。所以在光路设计中应尽可能减小入射角,以获得较强的信号。为了满足系统部件的空间安装要求,选定入射角约为15°。
3.2 样品池支架恒温设计
从近红外光谱产生的机理来看,不同的吸收带是由基态分子对光的吸收产生的,激发态分子的数目是温度的函数,温度的改变会引起光谱强度和位置的变化,为了获得光谱的一致性,保持样品池温度恒定对建立稳健的校正模型,获得准确的测定结果具有重要意义。
4 仪器的特点
(1)快速检测。该仪器所用的检测器为常温InGaAs检测器,响应快,保证了仪器具有快速检测的特点,可达到监控中药质量的目的。
(2)坚固耐用。该仪器坚固耐用,可以配置在有灰尘、震动、潮湿等有害的工业环境中,而这些环境阻碍了大部分仪器的使用,体现了近红外仪器的优越性。
(3)性能稳定。光学系统部分不存在可移动部件,可保证仪器在现场具有稳定的性能。
(4)方便低价。该仪器采用小型化、低功耗的设计,具有体积小、重量轻、便于携带、价格低廉的特点。
(5)绿色环保。样品只需粉碎,易于制样,不破坏样品,不用试剂,所以不污染环境,是一种绿色环保的分析方法。
5 结 论
近红外光谱分析技术已日益成为一种快速非破坏性进行有机物分析的简便方法,近红外光谱分析方法在农业、食品工业、化工及纺织等领域具有广泛的应用,在药学领域,国内外也有不少文献报道其在药物定性、定量及生产过程在线分析中的应用。21世纪,分析仪器的发展方向将向在线分析、综合、联用、信息网络化发展,同时更趋向微型化和智能化。本文研制的这种便携式近红外中药质量监控仪正是迎合了这样的发展趋势,将近红外漫反射光谱法用于中药材的快速检测,为便携式近红外光谱仪在中药领域的应用提供便利手段,也为在线式近红外光谱仪的研制打下了基础。
参考文献:
[1]胡昌勤,冯艳春.近红外光谱假药识别系统的设想及可行性探讨[J].中国药事,2004,18(4):250—252.
[2]马群,郝贵奇,乔延江,等.近红外光谱法结合支持向量机测定天然牛黄粉中人工牛黄的掺入量[J].光谱学与光谱分析,2006,26(10):1842—1845.
[3]王智宏,林君,武子玉,等.便携式近红外光谱分析仪器的研制[J].仪器仪表学报,2005,26(11): 1135—38,1154.
[4]王智宏,林君,王一丁,等.近红外光谱仪中调制器的误差分析[J].仪器仪表学报. 2004, 25(4): 516—519.
[5]王智宏,林君,等.便携式近红外光谱分析仪分光系统研制[J].岩矿测试, 2005, 24 (1):59—61.
[6]林君,占细雄,王智宏.便携式近红外光谱矿物分析仪[P].中国专利, ZL03127633. 4. 2005-06-15.
[7]占细雄,林君,周志恒.便携式近红外光谱仪中的弱信号检测技术[J].仪器仪表学报,2002,23(6增):29—31.
[8]占细雄,林君,王智宏.便携式近红外光谱仪中的低功耗设计技术[J].电子技术, 2003,30(7):4—6.
[9]占细雄,林君,王智宏.便携式近红外矿物分析系统[J].仪器技术与传感器, 2004(11):9—11.
[10]朱虹,林君,王智宏.参考信号频率自调整的锁定放大器的设计应用[J].仪器仪表学报,2004,25(4增):66—68.
[11]袁洪福,褚小立,陆婉珍,等.一种新型在线近红外光谱分析仪的研制[J].分析化学,2004,2(32):255—261.
作者简介:安红(1969-),女,北京中医药大学讲师,主要从事近红外光谱技术在中药检测中的应用研究。
E-mail:anhongmail@126.com
