莪術太赫茲指紋圖譜雙指標序列分析

張建，黃婉霞，羅軼，馮修軍，張雅鑫（.四川大學材料科學與工程學院，成都市60064；.電子科技大學物理電子學院太赫茲研究中心，成都市 60054）

太赫茲波通常指頻率在0.1～10 THz（1 THz＝1 012 Hz）、波長在0.03～3mm范圍內的電磁波。許多分子的振動和轉動能級間距剛好處于太赫茲的頻帶范圍之內，這為采用太赫茲技術檢測中藥材提供了很好的理論依據。實踐證明，中藥材在太赫茲波段能夠有效地產生共振吸收，可以檢測到特征峰，故該技術可用于分析中藥材的細微差別。

莪術（Curcumae Rhizoma）為姜科植物蓬莪術Curcuma phaeocaulis Val.、廣西莪術 C.kwangsiensis S.G.Lee et C.F.Liang或溫郁金C.wenyujin Y.H.Chen etC.Ling的干燥根莖，多年生草本，主產地為四川、云南、廣西等地[1，2]。莪術主要化學成分為揮發油和姜黃素類，其揮發油制劑及莪術醇、莪術酮對癌細胞有直接的破壞作用；姜黃素具有較強的抗癌和抗炎活性，主要功能為行氣破血、消積止痛[3～5]。筆者借助太赫茲時域光譜技術，采用共有峰率和變異峰率雙指標序列法，研究了不同產地、不同品種的莪術石油醚、氯仿和無水乙醇提取物的太赫茲光譜的指紋性，并對太赫茲光譜技術所得到的結果進行了分析。

1 儀器與試藥

太赫茲時域光譜系統（THz-TDS，激光器中心波長為800 nm可調，脈沖寬度為90 fs，重復頻率為80MHz）由美國光譜物理公司制造的MaiTai飛秒激光器和Zomega公司研制的THz時域光譜分析系統Z-2組成；JY92-2D超聲波細胞粉碎機（寧波新芝科器研究所，頻率：425 kHz，功率：650W）。

石油醚、氯仿和無水乙醇均為分析純；所用藥材為蓬莪術（編號及產地：S1-云南莪術，S2-四川溫江小號莪術，S3-四川溫江大號莪術），由四川大學材料學院盛勇副教授鑒定為真品。

2 方法與結果

2.1 供試品溶液的制備

2.1.1 石油醚提取物 稱取3種莪術藥材粉末各2 g，置于50 m L錐形瓶中，加入30m L石油醚超聲處理40m in，過濾，用石油醚洗滌濾渣，合并濾液，將濾液水浴濃縮至10m L，即得。

2.1.2 氯仿提取物 取“2.1.1”項下濾渣，待濾渣中殘留的石油醚揮干后，加入30m L氯仿超聲處理40m in，過濾，用氯仿洗滌濾渣，合并濾液，將濾液水浴濃縮至10m L，即得。

2.1.3 無水乙醇提取物 取“2.1.1”項下濾渣，待濾渣中殘留的石油醚揮干后，加入30m L無水乙醇超聲處理40min，過濾，用無水乙醇洗滌濾渣，合并濾液，將濾液水浴濃縮至10m L，即得。

2.2 太赫茲檢測與數據處理

試驗利用太赫茲時域光譜系統分別測量了太赫茲脈沖通過涂有溶劑的聚四氟乙烯薄片（參考樣品）和涂有相應溶劑提取物的聚四氟乙烯薄片（試驗樣品）的信號波形。采用T.D.Dorney和L.Duvillaret等提出的物理模型[6]，從太赫茲時域光譜中提取材料光學參數。

利用公式：復折射率n～＝n（ω）-jκ（ω）描述樣品的宏觀光學性質。式中，ω表示頻率；n為實折射率，描述樣品的色散情況；κ（ω）為消光系數，描述樣品的吸收特性。

κ（ω）和吸收系數α（ω）之間有如下關系（式中，c為光速）：對測得的參考信號和樣品信號的時間波形分別進行傅里葉變換，得到它們的頻域譜Er（ω）和Es（ω）。由公式：

可得A和φ（ω）。再根據公式

可以計算出樣品在太赫茲波段的折射率和吸收系數。

式中，A表示樣品信號與參考信號的振幅比；φ（ω）表示樣品信號與參考信號的相位差；d表示樣品的厚度。

2.3 指紋圖譜共有峰率和變異峰率雙指標的建立

雙指標序列法是以任意一種樣品作為參考樣品，利用文獻[7]中的計算公式計算出其他樣品與參考樣品的共有峰率和變異峰率，并按照共有峰率大小排成一個序列的中藥鑒別分析方法。通過此序列可以知道任意一個樣品與其他樣品的遠近關系。筆者將該方法用于莪術提取物太赫茲吸收曲線的分析。本試驗以3組提取物作參考樣品，在太赫茲檢測方法的基礎上建立3組共有峰率與變異峰率雙指標序列，形成三維序列空間。

2.4 太赫茲指紋圖譜及數據分析結果

將試驗測得的參考信號與樣品信號的時域譜信息，利用公式（1）～（4）計算得到樣品的吸收系數曲線和折射率曲線。3種莪術不同溶劑提取物的太赫茲吸收曲線見圖1。

圖1 3種莪術不同溶劑提取物的太赫茲吸收曲線A.石油醚提取物；B.氯仿提取物；C.無水乙醇提取物Fig 1 THz absorption curve of different extracts of 3 kinds of Curcumae Rhizoma A.extracts of petroleum ether；B.extracts of chloroform；C.extracts of anhydrousethylalcohol

由圖1可以看到，3種莪術不同提取物的太赫茲吸收曲線有一定的相似性，但是它們的差異也很明顯。其中石油醚和氯仿提取物的太赫茲吸收峰較少，且強度不大，說明莪術溶入這2種溶劑內藥物成分的種類和分量要少一些。

根據共有峰的識別方法：對于組內吸收峰頻率、波長的最大差異明顯小于該組與相鄰組之間的平均波數差時，可以將該組峰確認為一組共有峰，可得到3種莪術不同溶劑提取物太赫茲吸收曲線共有峰的識別結果，詳見表1。

根據共有峰率和變異峰率的計算公式，對3種莪術不同溶劑提取物的太赫茲吸收曲線計算其共有峰率和變異峰率，并按照共有峰率大小排成一個序列，結果見表2。

上述分析結果中，S1∶S3（47.1；37.5，75）表示以樣品S1為標準計算的樣品S3與S1的共有峰率和變異峰率。具體為S3與S1的共有峰率為47.1%，S1的變異峰率為37.5%，S3的變異峰率為75%。以此類推。

從上述雙指標序列分析結果來看，莪術不同提取物的共有峰率和變異峰率均有所不同。其中，莪術石油醚提取物和氯仿提取物的共有峰率數值差別較小，且其共有峰率數值均比無水乙醇提取物的共有峰率數值偏大；莪術石油醚提取物和氯仿提取物的變異峰率數值均較小，說明莪術溶入石油醚和氯仿的藥物成分之間的差別較小。莪術無水乙醇提取物的共有峰率數值均偏小，只有S2和S3之間的共有峰率最大，為57.9%，說明各莪術無水乙醇提取物的藥物成分之間的差別較大，但同一產地的S2和S3之間的相似度大。

表1 3種莪術不同溶劑提取物的太赫茲圖譜共有峰識別結果Tab 1 Common peak identification of THz fingerprints of differentextractsof 3 kindsof Curcumae Rhizoma

表2 3種莪術不同提取物的太赫茲共有峰率和變異峰率雙指標序列分析結果Tab 2 Common and variance peak ratio analysis of differentextractsof3 kindsof Curcumae Rhizom a

折射率曲線反映的是藥物的色散情況，在中藥材鑒別中可以作為參考信息。3種莪術不同溶劑提取物的太赫茲折射率曲線見圖2。

由圖2可以看出，3種莪術不同溶劑提取物的折射率差別都很明顯，其中無水乙醇提取物樣品S2和S3在1.7 THz附近存在較強的跳變（即峰值發生突然變化）現象，這可以看作是其與樣品S1加以區分的信息之一。

圖2 3種莪術不同溶劑提取物的太赫茲折射率曲線A.石油醚提取物；B.氯仿提取物；C.無水乙醇提取物Fig 2 THz refractive index curve of different extracts of 3 kindsof Curcumae Rhizom a A.extracts of petroleum ether；B.extracts of chloroform；C.extracts of anhydrousethylalcohol

3 討論

取自不同產地、不同品種的莪術的石油醚、氯仿和無水乙醇提取物樣品，在太赫茲吸收曲線上整體存在一定差異，其中莪術石油醚和氯仿提取物中的藥物成分種類和量均較少，體現在太赫茲吸收曲線上吸收峰較少且強度較小；它們的折射率均存在較大差異，其中樣品S2和S3的無水乙醇提取物的折射率在1.7THz附近存在明顯跳變。

用雙指標序列法對3種莪術不同溶劑提取物太赫茲吸收曲線的分析結果顯示，3種溶劑提取物均可以對不同產地、不同品種的莪術進行區分，其中無水乙醇提取物能夠比較清晰地表達出樣品S2和S3出自同一產地的信息。

[1]國家中醫藥管理局《中華本草》編委會.中華本草[M].上海：上海科學技術出版社，1998：626.

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