紅外光譜在中藥鑒別中的應(yīng)用

1、紅外光譜分析是一門歷史悠久并且還在不斷發(fā)展著的實用技術(shù)科學(xué),由于紅外光譜具有特征性強、取樣量小、簡便迅速、準確等特點,各國藥典都將紅外光譜作為法定的藥物鑒別的主要方法。中藥材組成十分復(fù)雜,其紅外光譜是其中多個組分紅外光譜的疊加,光譜的吸收峰強度與峰形是相同或不同的官能團互相作用的結(jié)果。中藥中各種化學(xué)成分只要在質(zhì)和量方面相對穩(wěn)定,并且樣品處理方法按統(tǒng)一要求進行,中藥材的紅外光譜就應(yīng)該具有一定的客觀性和可重復(fù)性2。因此,近年來紅外光譜也越來越多地應(yīng)用于中藥材的鑒別研究。1 紅外光譜鑒別中藥材的前處理方法1 1 粉末直接壓片法閆景芳等5采用中藥粉末溴化鉀直接壓片法測定丹參和栽培丹參粉末的紅外光譜,結(jié)

2、果表明各種不同中藥的圖譜都有自身明顯的差異性,尤其是在17501000cm-1處特征性明顯。華文俊等6采用中藥粉末溴化鉀直接壓片法對常用中藥石斛、天竺黃、牛蒡子與偽品進行紅外光譜鑒別,結(jié)果表明,3種中藥與偽品的圖譜都有明顯的差異性,尤其是在17501000cm-1處特征性明顯。周紅濤等7采用藥材粉末直接壓片法利用傅立葉變換紅外光譜儀測定不同產(chǎn)地的赤芍樣品,結(jié)果赤芍野生品與栽培品的紅外吸收頻率、吸收峰的相對強度都存在比較大的差異。孫靜蕓等8采用中藥粉末溴化鉀直接壓片法對不同來源的10個省20批商品藥材,16批家種或野生藥材和6個混淆品種的桑白皮進行了紅外光譜分析,歸納其特征。結(jié)果表明,利用紅外線

3、指紋譜特征和相對透射率的大小較容易鑒別正品與混淆品,從而建立了簡便、可靠、專屬性強的紅外光譜指紋圖譜。王永金9等用溴化鉀壓片法測定紅外光譜,對熊膽進行了鑒定。1 2 溶劑提取法溶劑提取法就是選擇幾種極性不同的溶劑,在適當(dāng)?shù)膶嶒灄l件下,把真?zhèn)纹坊蛞谆煜匪幉闹械幕瘜W(xué)物質(zhì)按不同的極性提取出來。藥材的極性一般都會在某一種或幾種溶劑浸出物中出現(xiàn),從而反映到紅外光譜上,對藥材作出鑒別。姜大成等10用體積分數(shù)為50%乙醇、丙酮、氯仿、石油醚4種溶劑和直接粉末壓片5種處理方法對16組54種動物進行處理,實驗結(jié)果表明16組藥材的5種處理條件下的樣品,80%的紅外光譜比較都有鑒別意義,并且每組藥材至少有一種條件

4、可以達到鑒別的目的。何淑華等4應(yīng)用50%乙醇、丙酮、氯仿處理了126種中藥材,其中118種的紅外光譜都有明顯的差異。田進國等11應(yīng)用石油醚、乙醚和水提取靈芝、苦地丁等30種藥材樣品,并分別測定其提取物的紅外光譜。結(jié)果表明其紅外光譜具有較高的鑒別價值。后又用同樣的方法鑒別了平貝母、浙貝母、湖北貝母、伊貝母、川貝母5種貝母,蒼耳子與東北蒼耳子,功勞木及同屬6種藥用植物,北五味子野生和栽培品種,南五味子和北五味子,人參和西洋參,不同產(chǎn)地、品種的當(dāng)歸,不同產(chǎn)地的赤芍和白芍,延胡索和全葉延胡索12-20。張文惠等21利用溴化鉀壓片法和涂膜法對南、北葶藶子的粉末及甲醇、丙酮、正己烷的浸提物分別進行了紅外光

5、譜鑒別,實驗結(jié)果表明,甲醇和丙酮浸提物的紅外光譜在3344、2285、2038、1515、870、792、581、460cm-1處峰形不同。因此可利用葶藶子粉末溴化鉀壓片法及其以丙酮、甲醇為溶劑浸提物的涂膜法配合紅外光譜作為葶藶子的鑒別依據(jù)。1 3 借助OMNI采樣器直接測定借助OMNI采樣器直接測定藥材的紅外光譜,可以排除萃取法和紅外制樣時的不確定因素。程存歸等22采用傅立葉變換紅外光譜法,借助OMNI采樣器直接測定了中藥材威靈仙及其偽品華東菝葜、山木通和毛柱鐵線蓮的紅外光譜,結(jié)果表明威靈仙及其偽品的紅外光譜的特征吸收峰的差別較大,說明他們之間的主要化學(xué)成分不同,特別在指紋區(qū),可以作為紅外光

6、譜區(qū)別鑒定的依據(jù)。程存歸23利用此方法對艾、野艾及細葉艾進行了紅外光譜測定,結(jié)果艾、野艾及細葉艾的紅外光譜吸收差別較大,從而進行鑒別;對川貝母、珠貝和小東貝也進行了鑒別24。金文英等采用傅立葉變換紅外光譜法25,借助OMNI 采樣器直接測定了中藥材地骨皮及其偽品鵝絨藤和黑果枸杞的紅外光譜,結(jié)果發(fā)現(xiàn)正偽品的紅外光譜差別較大。2 紅外光譜分析2 1 直觀判斷紅外光譜的異同主要根據(jù)紅外光譜的峰數(shù)、峰位、峰形和峰的強度,以及某一波數(shù)吸收峰的有無,指紋區(qū)的面貌等進行判斷。總的原則是比較紅外光譜的全貌,而不是對吸收峰進行歸類。曹先蘭等26對95種礦物藥280多個樣品進行紅外光譜的測定,結(jié)果表明,應(yīng)用紅外光

7、譜法可鑒別不同種的礦物藥及礦物炮制品,還可鑒別礦物藥的真?zhèn)?。邱澤雨?7對不同產(chǎn)地的珍珠、蟾蜍、蛤蟆油、冬蟲夏草和五靈脂的紅外光譜進行比較,結(jié)果表明不同產(chǎn)地的樣品的紅外光譜一致性很好,重現(xiàn)性也好,在特征區(qū)均有明顯的寬峰吸收。對冬蟲夏草和其偽品地蠶、五靈脂和其偽品泥靈脂、熊膽和其偽品以及麝香和摻假麝香的紅外光譜進行比較,結(jié)果表明根據(jù)其特征區(qū)特征吸收峰可判斷中藥的真?zhèn)巍Ｓ捎谂｜S制劑的增加,牛黃的需求量越來越大,而天然牛黃來源緊缺,因此,市場上不斷出現(xiàn)假冒的天然牛黃。張漢明等28對豬膽結(jié)石、人膽結(jié)石、假牛黃(大黃、黃芩、黃連和黃柏制成進行紅外光譜測定,可以看出紅外光譜能有效地將天然牛黃與人工牛黃、豬

8、膽結(jié)石和人體膽結(jié)石區(qū)分開;以大黃等植物藥材摻入少量面粉制成的偽品牛黃的紅外光譜與天然牛黃相比更有明顯的區(qū)別。王永剛等29利用紅外光譜法鑒別羚羊角、山羊角及綿羊角。它們在15001000cm-1的峰形與峰位具有很大的相似性,羚羊角在1411cm-1左右有一比較尖銳的峰,而山羊角、綿羊角的紅外光譜在該處無峰顯示,在1384cm-1處則有一共同峰,可以準確地將羚羊角與其他兩者加以鑒別。曾明等30對不同產(chǎn)地10個野葛、3個粉葛、2個食用葛及2個苦葛進行了測試,結(jié)果表明,不同產(chǎn)地的同種植物的紅外光譜特征幾乎一致,具有良好的重現(xiàn)性。陳黎等31采用紅外光譜法對何首烏及其混偽品的氯仿和乙醇提取液分別進行鑒別,

9、實驗表明,在與藥材對照品相同的實驗條件下,紅外光譜中吸收峰的位置、峰形、峰強度等特征具較強的種屬特異性,可作為鑒別何首烏與混偽品的依據(jù)。2 2 化學(xué)模式識別法中藥的化學(xué)成分十分復(fù)雜,每一種中藥材的質(zhì)量又受產(chǎn)地、采收期、生長年限等諸多因素的影響,所以單憑經(jīng)驗或?qū)I(yè)知識來定性的分類遠遠不夠的,隨著數(shù)學(xué)與電子計算機在中藥中的應(yīng)用日益廣泛,化學(xué)模式識別法逐步成為了中藥研究中不可缺少的手段。董彬等32利用聚類分析法對野生、栽培和不同產(chǎn)地的赤芍進行了快速的分類研究。結(jié)果表明,對赤芍的紅外指紋圖譜進行聚類分析,可以對野生、栽培和不同產(chǎn)地的赤芍進行快速鑒別。張亮等33將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于中藥材雷公藤和昆明山海棠

10、的分類識別研究。應(yīng)用誤差反向傳播學(xué)習(xí)算法可以對中藥材雷公藤和昆明山海棠浸出物的紅外光譜進行分類識別。徐永群等34借助紅外光譜的指紋譜特性,用主成分分析法對主產(chǎn)區(qū)的赤芍進行了產(chǎn)區(qū)聚類,用徑向基函數(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測了赤芍的產(chǎn)區(qū)。結(jié)果表明,聚類結(jié)果與地理位置和氣候條件有一定的相關(guān)性,與傳統(tǒng)中醫(yī)對赤芍質(zhì)量的經(jīng)驗評價一致,說明所分產(chǎn)區(qū)有一定的合理性,產(chǎn)區(qū)預(yù)測結(jié)果較理想。二維相關(guān)光譜可以提高分辨率,簡化含有許多重疊峰的復(fù)雜光譜,是研究功能基團動態(tài)結(jié)構(gòu)變化和分子內(nèi)、分子間的相互作用的一種強有力手段。曹峰等35采用紅外光譜法結(jié)合二維相關(guān)分析技術(shù),利用真?zhèn)翁炻榛瘜W(xué)成分的差異研究在熱微擾過程中所引起藥用植物結(jié)構(gòu)

11、變化的規(guī)律,憑借高分辨的二維譜圖,用來鑒別藥材的真?zhèn)?揭示兩者相應(yīng)各官能團的變化規(guī)律。在正品天麻和偽品芭蕉芋8801500cm-1區(qū)域的二維相關(guān)紅外譜同步譜中,正品天麻在對角線上出現(xiàn)了2個較強的自相關(guān)峰,它們所對應(yīng)的基團振動峰的位置分別是在1237cm-1和1415cm-1處,說明這些吸收峰所對應(yīng)的基團隨著溫度的升高變化較明顯。同時,正品天麻在對角線上出現(xiàn)2個正交叉峰,1415cm-1處的吸收峰和1237cm-1處的吸收峰正相關(guān)。而偽品芭蕉芋則在對角線上出現(xiàn)了4個較強的和1個次強的自相關(guān)峰,它們所對應(yīng)的基團振動峰的位置分別是在1024、1055、1194、1225、1162cm-1處,說明這些

12、吸收峰對應(yīng)的基團隨著溫度的升高變化較明顯。偽品芭蕉芋與正品天麻不同,在對角線兩邊出現(xiàn)了許多較弱的正交叉峰。根據(jù)中藥材粉末快速鑒別的需要,徐永群等36提出了陣列相關(guān)系數(shù)比對法,并設(shè)計了比對程序,將其與紅外光譜數(shù)據(jù)庫結(jié)合起來,以增強譜圖比對的置信度,用于藥材的快速鑒別。他們對桔梗和白術(shù)的紅外光譜進行了比對,將4000400cm-1的紅外光譜分為10段,分別計算各段吸光度的相關(guān)系數(shù)和總體相關(guān)系數(shù),這樣在兩光譜的一次性比對中,既可獲得整體相關(guān)系數(shù)的信息,又可獲得各波段相關(guān)系數(shù)的信息,可較好地顯示不同藥材之間的差異,為藥材的鑒別提供了一個數(shù)字化的具有可比性差異的依據(jù),憑借這些差異就可以進行藥材的鑒別和分

13、類。3 近紅外光譜在中藥鑒別中的應(yīng)用近紅外光譜(NIRS是近年迅速發(fā)展起來的一種有效簡便的分析方法,其波長范圍為7802526nm(波數(shù)范圍為128203959cm-1,該譜區(qū)主要是含氫基團(C H、N H、O H的倍頻與合頻吸收,其吸收強度低,不需對樣品作任何化學(xué)處理,可直接進行分析,而漫反射技術(shù)可直接測定固體樣品,無需破壞樣品及制樣,操作簡便、快速。何淑華等38將近紅外光譜技術(shù)與計算機結(jié)合,采用漫反射光學(xué)檢測方法,對吉林省產(chǎn)的西洋參、人參及其炮制品紅參進行分析,應(yīng)用系統(tǒng)聚類法獲得分類結(jié)果,結(jié)果令人滿意。劉國林等37利用近紅外光譜結(jié)合非線性映射技術(shù)對不同種和不同產(chǎn)地的蛇床子進行鑒別,顯示出不

14、同地域的蛇床子在近紅外光譜上也存在一定的差異性。劉荔荔等39用近紅外漫反射光譜法對部分羊蹄類生藥進行鑒別,采用聚類分析和判別分析,分析結(jié)果與傳統(tǒng)植物分類學(xué)結(jié)果基本一致。白芷類中藥具有很高的藥用、經(jīng)濟價值,但其鑒別比較困難,吳擁軍等40選用8種白芷及其近緣植物的葉進行近紅外光譜測定,并結(jié)合聚類分析和非線性映射技術(shù)對其進行分類。結(jié)果兩種分類方法獲得了相同的分類結(jié)果,與植物學(xué)分類和實際應(yīng)用情況相符。劉福強41等用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近紅外光譜法非破壞監(jiān)測蘆丁藥品的質(zhì)量,成功地分出合格藥品和不合格藥品。4 紅外光譜與拉曼光譜配合鑒別中藥紅外光譜與拉曼光譜可給出互補的信息。紅外光譜檢測的是分子振動時產(chǎn)生的偶極矩

15、變化,因此它對極性基團較為靈敏,而拉曼光譜則對分子的形態(tài)以及極化度變化較為敏感,因此它對于非極性基團是一個很好的探頭,兩者結(jié)合對于中藥鑒別將是非常有效的。同時,紅外光譜無法測定水溶液的光譜,水在中紅外區(qū)有許多吸收,嚴重干擾試樣的測定,拉曼光譜則不受限制,以玻璃或石英為容器的水溶液試樣同樣可以得到滿意的結(jié)果。孫素琴等42利用傅立葉變換近紅外光譜和變換近紅外傅立葉拉曼光譜對大黃(西寧大黃與偽品大黃(華北大黃、山大黃、水根大黃進行了無損快速鑒別。結(jié)果表明,盡管正品大黃與偽品大黃差別較小,大部分的化學(xué)成分有很大的相似之處,但在紅外、拉曼譜圖中各自的特征峰較突出,根據(jù)譜峰的強度和位置可將它們區(qū)別開來。綜上所述,中藥紅外光譜鑒別法是一種專屬性強的鑒別方法,現(xiàn)已應(yīng)用于植物藥、動物藥、礦物藥的鑒別研究中。但是中藥材是一個復(fù)雜的混合物體系,所含各化合物吸收強度的疊加,使其具有難以解析的復(fù)雜性,又因大多數(shù)藥材的主體成分相似,故譜圖又具有一定的相似性,如何區(qū)分這些