ATR-FTIR技術在賽加羚羊角鑒別中的應用分析

劉 闖 李 超 金 煜

(東北林業大學野生動物資源學院，哈爾濱，150040)

國家Ⅰ級重點保護野生動物賽加羚羊(Saigatatarica)雄性個體的角是名貴中藥材，習稱“羚羊角”，商品類型包括整枝羚羊角和羚羊角切塊等，飲片類型主要為羚羊角(鎊)片、羚羊角絲和羚羊角粉等，各種類型均不乏摻雜使假的先例。《中華人民共和國藥典》1963、1977、1985及1990版均明確羚羊角炮制應除骨芯，1995及以后各版則未提及，故羚羊角粉中可能存在比例不固定的骨質物。且因資源逐漸匱乏，長久以來羚羊角替代品的研究就一直是中醫藥界的重要課題，目前已明確的替代品除有山羊(Caprahircus)角、綿羊(Ovisaries)角、藏原羚(Procaprapicticaudata)角、黃羊(Procapragutturosa)角、牛角(Bostaurus)等外，羚羊角的骨質芯也確認與羚羊角有相似療效[1-10]，因此羚羊角的炮制不再除骨芯在業界已是常態。整枝羚羊角及其切塊的鑒別主要依賴樣本的固有性狀，飲片則因外在形狀的改變使鑒別存在一定的難度，尤其是羚羊角粉的鑒別，急需找到準確的檢驗方法，并形成標準。

衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)技術應用十分廣泛，近年來在中藥材鑒定、質量評價及中藥材產地追溯等方面的應用性研究逐漸加深并凸顯優勢[11-19]。本文擬利用ATR-FTIR技術原理并借鑒前人的經驗，對所采集樣本進行測定，分析其原始紅外圖譜及相關系數，探究羚羊角不同取樣部位、不同羚羊角個體、混雜不同比例骨芯的羚羊角粉及其他物種與羚羊角之間的紅外圖譜相關性，旨在為形成羚羊角鑒定標準積累基礎數據并提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

賽加羚羊角(其中部分含骨芯)13支(編號L1-L13)、黃羊角4支(編號H1-H4)、牛角2支(編號N1-N2)，樣本均來自國內藥材公司庫存，年齡不詳。

1.2 儀器設備

美國PerkinElmer公司的Frontier傅立葉變換紅外光譜儀，DTGS檢測器，光譜分辨率為4 cm-1。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣本處理

L1-L10分別于角質殼基部、中部、尖部取樣，磨粉制成實驗樣本，共30份(表1)；L3、L4、L6、L7內部骨芯取樣，磨粉制成實驗樣本，共4份用于制作骨芯平均圖譜(表1)；L11-L13的角質殼和骨芯分別取樣磨粉，并按角骨比例1∶1、1∶2、1∶3混合制成實驗樣本，共9份(表1)；H1-H4及N1、N2均在基部取樣，磨粉制成實驗樣本(表1)。

表1 實驗材料及樣本Tab.1 Experimental materials and samples

續表1

1.3.2 實驗設計

考慮到牛科(Bovidae)動物角生長的特性及目前市售飲片尤其是羚羊角粉的實際情況，為達到建立賽加羚羊角鑒別標準的目的，將可能對其ATR-FTIR檢測結果產生影響的因素進行逐一分析，設計了4組實驗，分別對賽加羚羊角同一樣本不同部位、不同樣本相同部位、角質外殼與骨芯不同比例混合樣本的紅外圖譜進行比較分析，以及賽加羚羊角與牛角、黃羊角的紅外圖譜進行比較分析。

1.3.3 儀器操作

實驗樣本置于樣品臺上，調節儀器開始掃描，每個樣本掃描32次，實驗室內保持干燥通風，掃描過程可排除水和二氧化碳影響。

2 結果與分析

2.1 同一羚羊角不同取樣部位的紅外圖譜比較分析

對羚羊角L1-L10角質殼制得的10組30份樣本進行ATR-FTIR檢測，數據分別導入Orgin軟件，得到的圖譜經13點平滑、基線校正及縱坐標歸一化處理(后文中樣本亦如此處理，不再贅述)，最后形成10組紅外圖譜(圖1)。使用Omnic 8.0軟件對檢測數據進行計算，得出相關系數(表2)。結果顯示，在同一支羚羊角的不同部位取樣獲得的紅外圖譜相關系數為96.69%—99.43%，存在0.57%—3.31%的差異。

2.2 不同羚羊角相同部位取樣的紅外圖譜比較分析

取羚羊角L1-L10角質殼制得的30份樣本進行ATR-FTIR檢測，獲得數據分別導入orgin軟件得到紅外圖譜，將同一取樣部位的10個紅外圖譜進行比較(圖2)。使用Omnic 8.0軟件對檢測數據進行計算，得出相關系數(表3，表4，表5)。結果顯示，不同羚羊角在相同部位取樣所獲得紅外圖譜相關系數為94.24%—99.43%，存在0.57%—5.76%的差異。

圖1 同一羚羊角不同取樣部位紅外圖譜圖Fig.1 Infrared map of different sampling parts of the same antelope horn

表2 同一羚羊角不同取樣部位紅外圖譜相關系數統計Tab.2 Statistical correlation coefficient of infrared spectrum of different sampling parts of the same antelope horn %

圖2 不同羚羊角相同部位取樣紅外圖譜圖Fig.2 Sampling infrared spectrum of different parts of different antelope horns

表3 羚羊角L1-L10基部紅外圖譜相關系數統計Tab.3 Statistics on the correlation coefficient of the infrared spectrum of base of the antelope horn L1-L10 %

表4 羚羊角L1-L10中部紅外圖譜相關系數統計Tab.4 Statistics on correlation coefficient of infrared spectrum of middle of antelope horn L1-L10 %

表5 羚羊角L1-L10尖部紅外圖譜相關系數統計Tab.5 Statistics on the correlation coefficient of infrared spectrum of tip of the antelope horn L1-L10 %

2.3 羚羊角與骨芯不同比例混合的紅外圖譜比較分析

取角骨混合樣L11-1、L11-2、L11-3、L12-1、L12-2、L12-3、L13-1、L13-2和L13-3進行ATR-FTIR檢測，所得數據導入Orgin軟件，獲得3組紅外圖譜，分別與骨芯平均圖譜(骨芯樣本L3-4、L4-4、L6-4、L7-4的ATR-FTIR檢測數據導入Orgin軟件處理得到)及羚羊角角質殼平均圖譜(由L1-10的30個ATR-FTIR檢測數據導入Orgin軟件處理得到)進行對比(圖3)。將檢測數據導入Omnic 8.0軟件計算相關系數(表6)。結果顯示：骨質成分的存在對羚羊角的紅外圖譜產生極大的影響，隨著混合物中骨質成分的增多，其紅外圖譜與羚羊角殼紅外圖譜的相關系數減小。

圖3 羚羊角角骨不同比例混合樣本的紅外圖譜圖Fig.3 Infrared map of mixed samples of different angles of antelope horn

表6 角骨不同比例混合樣本與羚羊角及骨芯紅外圖譜相關系數統計Tab.6 Statistics on correlation coefficients of mixed samples of angle bone and angle of infrared angle and bone core %

2.4 牛角、黃羊角與羚羊角的紅外圖譜比較分析

取羚羊角L1-L10、黃羊角H1-H4、牛角N1、牛角N2進行ATR-FTIR檢測，數據分別導入Orgin軟件獲得各物種平均圖譜(圖4)。根據檢測數據，利用Omnic 8.0軟件計算其種間相關系數(表7)。顯示，黃羊角、牛角、羚羊角三者之間紅外圖譜相關系數為99.28%—99.47%，其0.53%—0.72%的差異小于賽加羚羊個體間甚至是同一樣本不同取樣部位的差異。從圖譜中可見各樣本均有明顯的酰胺特征吸收譜帶，酰胺I帶由C=O基團伸縮振動產生，酰胺II帶由C-N鍵的伸縮振動和N-H的面內彎曲振動引起，羚羊角的酰胺I帶出現在1 641cm-1，酰胺II帶出現在1 519 cm-1，而黃羊角、牛角的酰胺帶也出現在附近，可見差異小的原因主要應該是三者化學成分相近。

圖4 黃羊角、牛角和羚羊角的紅外圖譜Fig.4 Infrared map of yellow goat horn，oxhorn and antelope horn

表7 黃羊角、牛角、羚羊角之間紅外圖譜相關系數統計Tab.7 Statistical correlation coefficient of infrared spectrum between yellow goat horn，oxhorn and antelope horn %

3 結論與討論

經過對13支羚羊角(含骨芯)、4支黃羊角、2支牛角進行ATR-FTIR檢測，并計算分析其圖譜的相關系數，得出結論如下。

3.1 不同個體賽加羚羊角的紅外圖譜存在0.57%—5.76%的差異，同支羚羊角不同取樣部位的紅外圖譜盡管高度相似，但仍存在0.57%—3.31%的差異，由此可以推斷，正常情況下任意兩個賽加羚羊角隨機樣本的ATR-FTIR檢測結果不會形成兩條完全相同的曲線。

3.2 黃羊角、牛角、賽加羚羊角種間紅外圖譜的相關系數僅存在0.53%—0.72%的差異，小于兩無關賽加羚羊角樣本及同一樣本不同取樣部位間的差異，表明通過ATR-FTIR技術分析原始圖譜鑒別賽加羚羊角存在一定的風險。

3.3 骨質物的存在增大了采用ATR-FTIR技術鑒別賽加羚羊角的難度。

綜上，盡管ATR-FTIR已經是成熟的技術方法，在中醫藥的物種鑒定、產地追溯及產品質量監測等方面多有報道，但本研究結果顯示在將其應用于賽加羚羊角尤其是其飲片的鑒別時要十分慎重。建立賽加羚羊角的ATR-FTIR標準曲線應充分考慮個體差異、取樣部位、骨角混合比例及其他物種成分類似物混入等情況，并應配合其他有效方法同時使用，以充分發揮ATR-FTIR技術簡便、高效、微損甚至無損的優勢。