差示掃描量熱法與紅外光譜法快速鑒別肉蓯蓉藥材的對比研究*

張麗，郭永輝，侯艷艷，馬林，孫素琴，呂揚

(1.中國醫學科學院、北京協和醫學院藥物研究所，晶型藥物研究北京市重點實驗室，北京 100050;2.清華大學化學系，北京 100084)

差示掃描量熱法與紅外光譜法快速鑒別肉蓯蓉藥材的對比研究*

張麗1，郭永輝1，侯艷艷1，馬林1，孫素琴2，呂揚1

(1.中國醫學科學院、北京協和醫學院藥物研究所，晶型藥物研究北京市重點實驗室，北京 100050;2.清華大學化學系，北京 100084)

目的 選擇野生與栽培不同產地來源的8個批次中藥材肉蓯蓉樣品進行研究,以尋找快速鑒別分析新方法。方法采用差示掃描量熱法與傅里葉紅外光譜法兩種不同原理分析技術,通過實驗分析獲取表征野生與栽培不同產地肉蓯蓉中藥材樣品的圖譜數據。結果研究獲得了野生與栽培不同產地肉蓯蓉中藥材樣品的差示掃描量熱圖譜與傅里葉紅外光譜圖及傅里葉紅外光譜二階導數譜圖,分析結果發現兩種不同技術原理方法均可實現鑒別野生與栽培不同產地來源肉蓯蓉中藥材的快速鑒別目的。結論差示掃描量熱法與傅里葉紅外光譜法均可有效鑒別野生與栽培不同產地來源的中藥材肉蓯蓉樣品,其鑒別結果可以相互印證。

肉蓯蓉；量熱法,差示掃描；光譜法,傅里葉紅外；鑒別

肉蓯蓉中藥材為列當科植物肉蓯蓉(Cistanche deserticolaY.C.Ma)的干燥帶鱗葉的肉質莖。可補腎陽,益精血,潤腸通便。用于陽痿、不孕、腰膝酸軟、筋骨無力、腸燥便秘,收錄于《中華人民共和國藥典》2010年版一部[1]。現代藥理學研究表明,肉蓯蓉在調節免疫、調節內分泌、促進代謝、延緩衰老等方面都具有良好的功效[2]。

肉蓯蓉是我國西北干旱地區的傳統名貴中藥材,近年來由于野生資源瀕臨枯竭,國家鼓勵發展人工種植,以滿足國內外市場與日俱增的需求。野生與栽培不同產地來源的肉蓯蓉在生長環境、生長年限以及加工方式等方面的不同,勢必造成藥材成分差異。因此對肉蓯蓉的不同產地、野生與栽培的鑒別顯得尤為重要。傳統鑒定技術一般采用顯微、薄層色譜、凝膠電泳等進行鑒別,但存在重復性差和結果不可控等缺點。采用高效液相色譜法可以對其含有的毛蕊花糖苷、松果菊苷等苯乙醇苷類成分進行含量測定,但需進行樣品前處理,測定過程較復雜,且僅能對藥材中的某一種或某幾種成分進行測定,不能反映藥材的整體特征與差異性[3]。因此迫切需要建立一種快速、準確、分辨率高的現代鑒別技術對野生與栽培不同產地來源的肉蓯蓉中藥材進行整體鑒別分析。

筆者在本實驗中采用差示掃描量熱(differential scanning calorimetry,DSC)法首次對野生與栽培不同產地來源的中藥材肉蓯蓉樣品進行研究。不同產地、不同來源的肉蓯蓉樣品在化學成分、含量、物質結構、理化性質等方面可能存在一定差異,這決定了不同來源的肉蓯蓉中藥材在熱力作用下會表現出不同的物質特征圖譜。由于熱分析技術具有方便快速、準確、重復性好、樣品量少等優點,近年來在中藥鑒定中的應用越來越多[4],王書軍等[5]采用熱分析(Thermogravimetric A-nalysis,TG,Differential Thermal Analysis,DTA)方法鑒別貝母類中藥材,也為本實驗研究提供了參考依據。

近年來基于傅里葉變換紅外光譜(Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR)研究中藥材的報道較多,如采用紅外光譜法鑒別肉蓯蓉及其混淆品草蓯蓉和鎖陽[6]等,但筆者尚未發現采用該方法對肉蓯蓉中藥材進行鑒別研究。在本實驗中還對獲得的FTIR進行二階導數圖譜研究,以比較兩種紅外光譜對不同來源肉蓯蓉樣品的差異。

1 材料與方法

1.1 實驗樣品及樣品處理 野生與栽培不同產地來源的8批中藥材肉蓯蓉樣品信息見表1,中藥材樣品經中國醫學科學院藥物研究所馬林副研究員鑒定。樣品經除塵、粉碎、過100目篩(孔徑150 μm)處理制成細粉,作為實驗用樣品。

1.2 實驗儀器 差示掃描量熱儀:DSC-1型,METTLER TOLEDO公司。傅里葉變換紅外光譜儀:Spectrum One型,Perkin-Elmer公司。分析用天平:XS105型,METTLER TOLEDO公司,感量0.01 mg。

表1 8批肉蓯蓉中藥材樣品信息Tab.1 Information of eight batches of Cistanche deserticola samples

1.3 DSC法 將待測樣品粉末稱取10～11 mg置于150 μL三氧化二鋁(Al2O3)坩堝中。升溫速率10℃·min-1,升溫范圍30～500℃,爐體氣氛為靜態空氣,參比為空坩堝。分別對樣品進行測定。每個樣品重復2次。采用STARe操作軟件進行圖譜與數據分析。

1.4 FTIR法 將待測樣品粉末與溴化鉀(KBr)混合研磨至充分均勻,壓片。測定,光譜范圍4 000～400 cm-1; DTGS檢測器,分辨率4 cm-1,掃描16次,OPD速度為0.2 cm·s-1,掃描時實時扣除水和二氧化碳(CO2)干擾;溴化鉀壓片制樣,掃描測定紅外光譜。每個樣品重復測定2次。采用Perkin-Elemer公司Spectrum v5.02版操作軟件獲得二階導數譜,平滑點數為13。

2 結果

2.1 DSC分析 表2為野生與栽培不同產地來源的8批肉蓯蓉中藥材樣品的DSC測定數據,圖1為野生與栽培不同產地來源的8批肉蓯蓉中藥材樣品的DSC圖譜。

表2 8批肉蓯蓉中藥材樣品DSC數據Tab.2 DSC data of eight batches of Cistanche deserticola samples ℃

圖1 8批肉蓯蓉中藥材樣品的DSC圖譜Fig.1 DSC spectrum of eight batches of Cistanche deserticola samples

8批肉蓯蓉中藥材的產地分別來自新疆、新疆南疆、新疆北疆、內蒙古等。批號39-1,39-2,39-3樣品同為新疆南疆栽培的肉蓯蓉中藥材,DSC圖譜較相似,但在167,310,318℃處存在差異。批號39-4,39-5,39-6, 39-7,39-8,樣品的DSC圖譜較相似,但在局部存在差異:批號39-4樣品在260℃和305℃間存在寬而強的放熱雙峰;批號39-5樣品在260℃存在寬而強的放熱單峰,在410℃存在較寬的放熱單峰;批號39-5樣品在167℃存在一個小的吸熱峰。批號39-7,39-8的DSC圖譜基本一致,應為同一產地來源的緣故。批號39-7,39-8樣品在260℃和305℃間存在寬而強的放熱雙峰,與批號39-5,39-6樣品存在明顯差異;同時在410℃有較寬的放熱單峰,可以用來作為與批號39-4樣品進行區分的依據。

栽培肉蓯蓉39-1,39-2,39-3和野生肉蓯蓉39-4,39-5,39-6,39-7,39-8在圖譜上存在明顯區別。栽培肉蓯蓉共同特征為在310～320℃有一個寬而強的放熱峰,峰形為在峰頂溫度前斜率較小,在峰頂溫度后斜率較大;而在野生肉蓯蓉的DSC圖譜中,批號39-4,39-7,39-8樣品在260℃和305℃間為寬而強的放熱雙峰,批號39-5,39-6樣品在260℃為寬而強的放熱單峰,峰形為在峰頂溫度前斜率較大,在峰頂溫度后斜率較小。在峰形上即能明顯鑒別栽培與野生肉蓯蓉的異同。

8批不同產地來源的肉蓯蓉中藥材的DSC圖譜中,均發現在450℃有一個小的放熱峰,該放熱峰可作為肉蓯蓉中藥材的特征峰。

肉蓯蓉中藥材中含有多糖類、環烯醚萜類、木質素類和苯乙醇苷類等眾多化學成分,不同產地、不同來源的肉蓯蓉中藥材在這些成分的種類和數量上存在差異。熱分析實驗過程中所發生的變化較復雜,各種化學物質在升溫過程中既發生物理變化(如升華、晶型轉變、融熔等),同時也有化學變化(失水、氧化還原、分解等)發生。DSC法可以反映出中藥材在熱作用下的吸放熱能量變化的整體效應,具有較好的鑒別效果。

2.2 FTIR分析與二階導數FTIR圖譜分析 圖2為不同產地不同來源的8批肉蓯蓉中藥材樣品的FTIR圖譜,圖3為不同產地不同來源的8批肉蓯蓉樣品在1 800～800 cm-1二階導數FTIR圖譜。

由圖2可看出,8批肉蓯蓉中藥材的FTIR圖譜中39-1,39-2,39-3相似性較好,僅39-3在1 692 cm-1與前2批略有不同;39-4,39-5,39-6,39-7,39-8的FTIR圖譜較為相似。39-1,39-2,39-3特征峰波數為:3 363,2 931, 1 630,1 415,1 450,1 375,1 263,1 154,1 085,1 026,932, 706,577 cm-1。39-4,39-5,39-6,39-7,39-8特征峰波數為:3 290,2 932,1 727,1 630,1 452,1 401,1 335,1 246, 1 154,1 085,1 026,932,764,709,578 cm-1。

圖2 8批肉蓯蓉中藥材樣品的FTIR圖譜Fig.2 FTIR spectrum of eight batches of Cistanche deserticola samples

通過對8批肉蓯蓉中藥材的FTIR圖譜做二階導數計算,可獲得二階導數FTIR圖譜(圖3)。通過對二階導數FTIR圖譜的吸收峰位置、峰強度和峰形三者綜合分析可進一步確證,批號39-1,39-2樣品與批號39-3樣品較相似,僅批號39-3樣品在1 632,1 602, 1 509 cm-1與批號39-1,39-2樣品具有一定差異;批號39-4,39-5,39-6,39-7,39-8樣品較相似。

分析結果發現:批號39-1,39-2樣品同為新疆南疆栽培的肉蓯蓉中藥材,39-3為新疆產栽培肉蓯蓉中藥材,FTIR圖譜與前2批相似,但存在局部差異性,應為產地來自新疆不同地域所致;批號39-4,39-5,39-6,39-7,39-8樣品圖譜較為相似,主要表現出野生肉蓯蓉的共同特征性。而野生與栽培肉蓯蓉的二階導數FTIR圖譜在1 733 cm-1附近存在差異,可據此作為鑒別野生與栽培肉蓯蓉的特征峰波數。

3 討論

通過對8批肉蓯蓉中藥材進行的DSC法研究,根據DSC圖譜中吸放熱峰的峰頂溫度和拓撲圖形的分析,可以對8批野生與栽培不同產地來源的肉蓯蓉中藥材進行明顯的鑒別區分。同時對8批肉蓯蓉中藥材進行的FTIR法研究,并對其一維圖譜和二階導數圖譜進行分析,亦可以鑒別出不同來源肉蓯蓉中藥材的異同,但FTIR二階導數圖譜在鑒別不同來源不同產地的肉蓯蓉中藥材比FTIR一維圖譜特征性更強。兩種方法在鑒別肉蓯蓉中藥材野生與栽培、不同產地方面,具有快速、準確、重復性高、使用樣品量少等優勢,同時可以反映出中藥材的整體特征,有較好的專屬性。比較DSC與FTIR兩種技術獲得的肉蓯蓉中藥材圖譜,DSC法較FTIR法具有快速、直觀的特點,而FTIR法提供的數據信息更多,尤其二階導數FTIR法在鑒別不同產地間、野生與栽培肉蓯蓉的特征性更為明顯。

研究結果表明,DSC法和FTIR法均可有效鑒別野生與栽培不同產地來源的中藥材肉蓯蓉樣品,其鑒別結果可以相互印證。本研究為中藥材肉蓯蓉快速鑒別提供了兩種不同原理的準確直觀的分析方法。

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典(一部)[M].北京:中國醫藥科技出版社,2010:90.

[2] 王彩平.中藥肉蓯蓉的研究進展[J].甘肅中醫學院學報, 2009,26(3):46-48.

[3] JIANG Y,TU P F.Analysis of chemical constituents inCistanche species[J].J Chrom A,2009,1216(11):1970-1979.

[4] 康阿龍,龐來祥,湯迎爽.熱分析技術在中藥鑒定中的應用[J].中藥材,2001,24(11):843-845.

[5] 王書軍,高文遠,陳海霞,等.熱分析(TG、DTA)方法在鑒別貝母類中藥材中的應用[J].中國中藥雜志,2007,32 (4):296-299.

[6] 陳君,孫素琴,徐榮,等.應用紅外光譜法鑒別肉蓯蓉及其混淆品草蓯蓉和鎖陽[J].光譜學與光譜分析,2009,29 (6):1502-1507.

DOI 10.3870/yydb.2014.03.025

Comparative Study on the Quick Identification for Cistanche deserticola by DSC and FTIR

ZHANG Li1,GUO Yong-hui1,HOU Yan-yan1,MA Lin1,SUN Su-qin2,LV Yang1
(1.Institute of Materia Medica,Peking Union Medical College&Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing Key Laboratory of Polymorphic Drugs,Beijing 100050,China;2.Department of Chemistry,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

Objective To explore a quick and simple method to identify eight bachesCistanche deserticolafrom different wild and cultured areas.MethodsThe differential scanning calorimetry(DSC)and Fourier Transform infrared(FTIR) spectroscopy were used for analyzing data characterized forCistanche deserticolafrom wild and different cultured sources.ResultsBy analyzing the FTIR spectra and the second derivative FTIR spectra of eightCistanche deserticola,it was shown that the thermo grams of eightCistanche deserticolawas much different from each other due to the different geography origin and different sources.ConclusionThe differential scanning calorimetry and Fourier infrared spectrum method can effectively identifyCistanche deserticolafrom wild and different cultivated regions,and the results can be confirmed for each other.

Cistanche deserticola;Calorimetry,differential scanning;Spectroscopy,fourier transform infrared;Identification

R286;R927.1

A

1004-0781(2014)03-0360-04

2013-06-03

2013-08-01

*科技部科技基礎性工作專項重點項目(2007FY130100);重大新藥創制十二五規劃項目(2012ZX09301002-001-013)

張麗(1981-),女,河北石家莊人,助理研究員,博士,研究方向:藥物分析與晶型藥物研究。電話:010-63161258,E-mail：zhangl@imm.ac.cn。

呂揚,女,北京人,研究員,博士生導師,研究方向:藥物分析與晶型藥物研究。電話:010-63165212,E-mail：luy@imm.ac.cn。