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性状鉴别
① 呈卵圆形、类圆柱形、圆锥形或块片状，长3～17 cm，直径 3～10 cm.
② 表面黄棕色至红棕色，可见类白色网状纹理，或有部分棕褐色栓皮残留。质坚实，断面淡红棕色或黄棕色，颗粒性。
③ 横切面根茎髓部较大，其中有星点(异常维管束)环列或散在;根形成层环明显，木质部发达，具放射状纹理，无星点。
④ 气清香，味苦微涩，嚼之粘牙，有沙粒感，唾液染成黄色。
显微鉴别
根茎横切面
① 木栓层及皮层大多已除去，偶有残留。
② 韧皮部射线宽一至数列细胞，内含棕色物。韧皮部中有粘液腔。
③ 形成层环明显。
④ 木质部导管稀疏，非木化。
⑤ 髓部宽广，有异常维管束，其形成层呈环状，外侧为木质部，内侧为韧皮部，射线呈星状射出，韧皮部中有粘液腔，内含红棕色物质。薄壁细胞含淀粉粒及大形草酸钙簇晶。
粉末：掌叶大黄粉末淡黄棕色。
① 草酸钙簇晶大而多，直径21μm～125μm，棱角大多短钝。
② 淀粉粒单粒呈圆球形或长圆形，复粒由2～5(～7)分粒组成。
③ 导管多为网纹，并有具缘纹孔及细小螺纹导管，直径11μm～140μm，非木化。
【成分与理化】
【成分】
含蒽醌衍生物，有游离状态的和结合状态的。游离蒽醌衍生物有大黄酸、大黄素、大黄酚、芦荟大黄素、大黄素甲醚等，为大黄的抗菌成分。
结合性蒽醌衍生物为游离蒽醌类的葡萄糖苷或双蒽酮苷，系大黄的主要泻下成分，其中以双蒽酮苷作用最强。双蒽酮苷为番泻苷A、B、C、D、E、F等。
鞣质类物质约4.32%～10.59%，为收敛成分，其中有没食子酰葡萄糖、没食子酸、d-儿茶素等。
近据报道，大黄尚含四种大黄苷(rheinoside A、B、C、D)，亦为泻下成分。
【理化鉴别】
取本品粉末的稀乙醇浸出液，滴于滤纸上，再滴加稀乙醇扩散后呈黄色至淡棕色环，置紫外光灯下观察，呈棕色至棕红色荧光(蒽醌衍生物)，不得显持久的亮蓝紫色荧光(土大黄苷等的芪类化合物显亮蓝紫色荧光)。
粉末微量升华，可见黄色菱状针晶或羽状结晶。
药材饮片置紫外光灯下，不得显持久的亮蓝色荧光。