HATR-FTIR应用于原产地中药材白术的测定方法研究

HATR-FTIR应用于原产地中药材白术的测定方法研究 HATR-FTIR应用于原产地中药材白术的测 定方法研究 第27卷,第2期 2007年2月 光谱学与光谱分析 SpectroscopyandSpectralAnalysis Vo1.27,No.2,pp283—286 February,2007 HATR-FTIR应用于原产地中药材白术的测定方法研究 洪庆红L,程存归,成则丰,李丹婷 1.金华职业技术学院材料与化工学院,浙江金华321017 2.浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004 摘要采用傅里叶变换红外光谱的各种测定方法测定了植物中药材白术,通过白术木质部及外皮部的 水平衰减全反射傅里叶变换红外光谱(HATR-FTIR)吸收比较,表明了外表皮含有更多的白术内酯及其衍生 物等物质.新鲜的白术木质部比干燥白术木质部含有更多的化学物质,这可能是样品干燥后挥发油减少之 故.对白术木质部及其伪品的木质部的HATR-FTIR进行二阶导数转换,进行峰位一致率检验,结果差异极 显着. 关键词水平衰减全反射傅里叶变换红外光谱法(HATR—FT);白术;质量;测定方法 中图分类号:0657.3文献标识码:A文章编号:1000—0593(2007)02—0283—04 引言 人类生活条件,生存环境的变化,现代疾病对人类的威 胁正在或已经取代了以往的传染性疾病.医疗模式已由单纯 的疾病治疗转变为预防,保健,治疗和康复相结合的模式. "回归自然"的潮流使天然药物越来越受到人们的青睐.整体 医学的崛起使世界各国越来越看好中医药.中药来自于天然 植物或动物,中药对一些老年疾病,慢性病(如糖尿病,冠心 病,关节炎)有很好的疗效,随着"回归大自然"的呼声日益 高涨,人们渴望采取温和的保健,治疗方式,在这方面中药 能满足人们的需求.但目前尚缺乏科学,先进和可行的中药 质量,进入国际医药市场方面还存在一些亟待解决的问 题.由于中药材本身多为天然产物,更常以组方形式实施, 体系非常复杂,远不如西药那么容易鉴定和分析测试来保证 统一的质量标准,对于中药材利用常规的测试技术无法阐明 其内在的物质基础,要建立中药质量的科学评价体系,需借 助于先进的仪器和科学的分析测试手段相互印证和相互补 充.这是实现中药材的鉴定标准化,快速简便化以及用药安 全有效的重要前提.在中国,随着中药现代化计划的实施, 提出了对中药采用指纹图谱来进行研究和质量控制.红外光 谱以其具有的"指纹"特性,越来越受到人们的重视l_】]. 白术为菊科Compositae植物白术Atractylodes7nacro- cephalaKoidz.的干燥根茎,性苦,甘,功能健脾益气,燥湿 利水,止汗,安胎.用于脾虚食少,腹胀泄泻,痰饮眩悸,水 肿,自汗和胎动不安『5].白术为多年生草本,栽培历史悠久, 主产中国浙江省东阳,磐安一带,是着名的道地中药材"浙 八味"之一.近年来白术的开发研究日益受到重视,然而市 售白术饮片多有混杂,在全国药材市场上发现了多种白术的 伪品,最常见的是菊三七,白芍根头片及土木香片[63.本文 采用傅里叶变换红外光谱不同的测定方法进行了白术正伪品 的测试比较,对木质部及外表皮部进行了质量分析,并采用 二阶导数FTIRE]进行了真伪鉴别研究,取得了较好的效果. 1材料与仪器 1.1材料 正品白术采自浙江磐安药材市场,为菊科Compositae植 物白术AtractylodesmacrocephalaKoidz.的干燥根茎.菊 三七为菊科植物菊三七GynuraSegetum(Lout',)rr.的 干燥根茎;白芍根头片为毛茛科植物芍药Paeonialacdflora Pal1.的干燥根头部的切片;土木香片为菊科植物土木香 InulaheleniumL.的干燥根的切片.所有伪品均由中国药品 生物制品鉴定所中药标本馆提供,所有样品经浙江省金华市 药检所中药科及浙江师大植物学教研室鉴定. 1.2仪器 美国Nicolet公司生产的NEXUS670型傅里叶变换红 外光谱仪,D]rGS检测器,0MNICESP.5.1智能操作软 件,HATR,光谱范围4000--650cin,,分辨率2咖_.,扫 描累加次数64次. 收稿日期:2005-07—28.修订日期:2005-11-16 基金项目:浙江省自然科学基金项目(301468)资助 作者简介:洪庆红,女,1965年生,金华职业技术学院副教授,浙江师范大学在读硕士 研究生*通讯联系人 284光谱学与光谱分析第27卷 2测试方法及数据处理 2.1测试方法 2.1.1压片法 将药材研磨成细粉,过200目筛后与溴化钾粉末(光谱 纯)混合,上模具压片后测定FTIR. 2.1.2涂渍法 将药材在粉碎机中粉碎后用75乙醇浸渍1周,清液部 分浓缩得浸膏,涂于溴化钾晶片上测定FTIR. 2.1.3漫反射法 在采集数据前,根据仪器测试要求把漫反射附件放置于 傅里叶变换红外光谱仪的样品仓中,采用快速采样片在药材 表面采样,然后进行FTIR测定. 2.1.4水平衰减全反射法 在采集数据前,根据仪器测试要求把HATR附件水平 放置在傅里叶变换红外光谱仪的样品仓中,采用单面刀分别 切取样品不同部位分置于傅里叶变换红外光谱仪的HATR 附件中金刚石与校正压力装置之间,按照所给定的测试条件 直接测定样品的FTIR. 2.2数据处理 采用二阶导数光谱软件处理红外光谱;采用SPSS10.0 统计学软件处理二阶导数峰位,以每隔4cm1为波长区域单 位确定对照(中药)与伪品植物峰位的一致率(在波长区域内 两者均有峰位视为峰位一致),用检验对照与伪品的峰位 一 致率和对照重复试验峰位一致率的显着性差异.两尾检 验,显着性标准置于0.05. 3结果和讨论 3.1白术的FrlR不同测试法比较 对植物中药材白术木质部进行了FTIR的不同测定方法 比较,结果见图1. f 4o0030o02000lo00400 Wavenumber/em一1 1DifferentexaminationofAtractylodes macrocephalaKoidz.inFrIR 口:HATR—FTIR;b:DRIFTS; c:Extract—smearmethod;d:Presseddiscmethod 从图1可以发现,采用常规压片法和漫反射制样所测得 的FTIR中的吸收峰比较平滑且比较宽,吸收峰位比较难确 定,这可能是由于存在有来自散射,基体及其它吸收物的干 扰影响,且样品粉末与KBr的比例直接影响到FTIR的吸收 情况.采用萃取后的浸膏进行涂渍法而测得的红外光谱,尽 管其FTIR图谱清晰,但操作较为繁杂.若采用不同的溶剂, 或者同一溶剂不同的温度及萃取时间,以及溶剂不同的挥发 时间等不同的因素可以造成所得到的FTIR有所差别,从而 影响分析鉴定.而采用水平衰减全反射直接测定法所得到的 白术木质部的FTIR,由于采用的是直接测定法,故增大了 测定的准确性,且吸收峰位的确定比较直观.所以本文采用 水平衰减全反射法进行药材样品的FTIR测定. 3.2白术木质部与外表皮部的Frill比较 图2为白术木质部及外表部的HATR_FTIR. 4 Wavenumber/em—l Fig.2HATR-FrIRofxylem(a)andouterlayerpartsof cuticle()ofAtractylodesmacrocephalaKoidz. 比较图中曲线可以发现,白术所含有的苍术酮Atrac— tylon,苍术醇Atractylol,白术内酯AbutenolideA,白术内 酯BbutenolideB及其衍生物分子中的a,不饱和羰基酯衍 生物的吸收1785,1741cm,;不饱和键的C—H面外弯曲 振动吸收943,736cm-1及C_一0一C的吸收1250,1135 cm1(双带).木质部(吸光度分别为0.0012,0.0016, 0.0103,0.0020,0.0104和0.0124)与外表皮部(O.0039, 0.0041,0.0054,0.0005,0.0090和0.0085)的吸收强度 互有大小,这可能白术内酯及其衍生物的含量外表皮部比木 质部高,而苍术酮及其类似衍生物的含量木质部比外表皮部 高的缘故. 3.3新鲜白术与干燥白术木质部的比较 图3为新鲜白术与干燥白术木质部的HATR-FTIR. 4oo03o002000lo00500 Wavenumber/em一 Fig.3HATR-FFIRofxylemoffreshsample(口)and,kying sample()ofAtractylodesmacrocephalaKoidz. 图3中的曲线比较后发现,新鲜白术木质部的1741 cm,(A/o.0038)比干燥样品(A/o.0016)的吸收峰强,这可 能是所含的白术内酯及其衍生物中不饱和羰基的吸收,新鲜 样品含量更高所致.从酯分子中1250及1135cm吸收更 u蠹._J?o《u蠹o-10?o《 ul_H硝0J0答《 第2期光谱学与光谱分析285 证实了这一点,在1250cm处新鲜比干燥的吸收强,1135 cm在新鲜时为比较强的类锐的吸收峰,而干燥后则几乎消 失.而1727cm可能是所含的酮羰基的吸收,新鲜样品的 吸收比干燥样品强.所含顺式烯烃1608cm的吸收,新鲜 也比干燥的强,而且几乎消失.从这些吸收峰的强度减弱说 明了新鲜样品含有更多的挥发油,特别是所含有的白术内酯 及其衍生物,苍术酮及其衍生物等物质. 3.3HATR-FI陬与二阶导数FI陬 图4为白术木质部的HATR-FTIR以及所对应的二阶 导数FTIR.图5为白术木质部的HATR-FTIR(纵坐标为 Transmittance)以及所对应的二阶导数FTIR. 4ooo3ooo2ooo1ooo500 Wavenumber/cm一 Fig.4HATR-FrlRandsecondderivetiveYTIRof xylemofAtractylodesmacrocephalaKoidz. a:Ordinateisarbitraryunits;b:Ordinateisabsorbance 鼋I 4O0o30oO2o0O1000500 Wavenumber/cm.l Fig.5HATR-FIIRandsecondderivetiveFHRof xylemofAtractylodesmacrocephalaKoidz. a:Ordinateistransmittance%;b:Ordinateisarbitraryunits 从图4和图5可以看出,Absorbance作为纵坐标时吸收 峰所对应的二阶导数FTIR的负峰值,而Transmittance%作 为纵坐标时的二阶导数红外光谱能给出与吸收峰值一致的正 峰值,也就是说二阶导数红外光谱正峰值与红外光谱的吸收 峰值相对应.由于只能给出二阶导数FTIR的正峰值,故以 Transmittance%作为纵坐标后再进行二阶导数处理比较合 适. 3.4白术正伪品木质部的二阶导数红外光谱比较 图6为正品白术及其伪品木质部的二阶导数红外光谱. 盟 善 量 磊 4000300020001000500 Wavenumber/cm一 Fig,.6SecondderivetiveFHRofxylemof(口)Atractylodes macrocephalaKoidz.(西)Gynurasegetum(Lour.) merr.(c)lnulaheleniumL.(d)Paeonialactiflora Pn?. 由于二阶导数红外光谱与FTIR原图有很大差别,FTIR (纵坐标为T)中的吸收峰及肩峰在二阶导数FTIR中均以 波峰的形式存在,二阶导数红外光谱中的任意性单位的正峰 同时也反映出物质的吸收特征.同一样品在2000,650 cm区域的二阶导数FTIR正峰值在采用统计学以每隔4 cm为波长区域单位确定对照(白术)与伪品红外吸收峰位 的一致率进行检验,结果白术木质部与菊三七(= 154.592,P=0.000),土木香(z:=136.217,P一0.000), 白芍根头片(一701.393,P=0.000)的差异极显着.由此 可以推断,不同的植物可以采用二阶导数FTIR进行峰位一 致率检验,从而得到鉴别. 4结论 以红外光谱具有的"指纹"特性作为西药鉴定的依据,是 各国药典多年以来共同采用的方法.由于中药材本身都是远 比西药复杂得多的混合物体系,谱图解析的困难使常规红外 光谱法在较长时间内未能在中药质量控制和管理中发挥其应 有的作用.中药的特殊性就要求在解析其红外光谱图时,既 要结合以往的解析经验,又要突破传统的分析思路,因此我 们在重视微观指纹性的同时更注棕其宏观指纹性,进行谱图 的宏观整体分析.由于HATR采样器是样品与金钢石表面 充分接触,这样就可以直接,快速地进行植物中药材不同部 位的比较,增加测定的准确性.实验结果显示,可以采用 HATR-FTIR法直接测定法进行白术的质量测定. .书,u旨o.【0sU《 286光谱学与光谱分析第27卷 I-1-] [2] [3] [4] [5] [6] 参考文献 CHENGCun-gui(程存归).SpectroscopyandSpectralAnalysis(光谱学与光谱分 析),2003,23(2):282. 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ApplicationofHATR?FTIRSpectroscopytotheAnalysisofQuality MensurationofRhizomaAtractyiodes HONGQing-hong'一,CHENGCun-gui弘,CHENGZe-fengz,LIDan-ting2 1.CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,JinhuaCollegeofProfessionandTechnology,Jinhua321017,China 2.CollegeofChemistryandLifeScience,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China AtIsctThepresentpaperusedmanykindsofmensurationofFrIRspectroscopytodeterminetraditionalChinesedrugs-Rhi— zomaAtractylodisMacrocephalae.Comparingthehorizontalattenuatedtotalreflection-Fouriertransforlninfraredspectra(HA- TR— nIR)ofxylemandouterlayerpartsofcuticleindicatesthattherearemorebutenolideanditsderivativesinouterlayerparts ofcuticl~Muchmorechemicalmaterialscouldbefoundinfreshsamplethanindryingsample,possiblyduetothedecreased amountofnaphthainthedryingsample.TheHATR-FrIRofxylemofRhizomaAtractylodisMacrocephalaeanditsconfusable varietiesweretransformedintosecondderivativeF兀 RtomakesurewhetherthepeaklocationiSconsistent.Asaresult,the differenceiSsignificant. KeywordsHorizontalattenuatedtotalreflection-Fouriertransforminfraredspectroscopy(HATR-FTIR);Paeonialactiflora Pall;Quality;Mensuration *Correspondingauthor (ReceivedJuL28,2005;acceptedNov.16,2OO5)