差示扫描量热法与红外光谱法快速鉴别肉苁蓉药材的对比研究*

张丽，郭永辉，侯艳艳，马林，孙素琴，吕扬

(1.中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所，晶型药物研究北京市重点实验室，北京 100050;2.清华大学化学系，北京 100084)

差示扫描量热法与红外光谱法快速鉴别肉苁蓉药材的对比研究*

张丽1，郭永辉1，侯艳艳1，马林1，孙素琴2，吕扬1

(1.中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所，晶型药物研究北京市重点实验室，北京 100050;2.清华大学化学系，北京 100084)

目的 选择野生与栽培不同产地来源的8个批次中药材肉苁蓉样品进行研究,以寻找快速鉴别分析新方法。方法采用差示扫描量热法与傅里叶红外光谱法两种不同原理分析技术,通过实验分析获取表征野生与栽培不同产地肉苁蓉中药材样品的图谱数据。结果研究获得了野生与栽培不同产地肉苁蓉中药材样品的差示扫描量热图谱与傅里叶红外光谱图及傅里叶红外光谱二阶导数谱图,分析结果发现两种不同技术原理方法均可实现鉴别野生与栽培不同产地来源肉苁蓉中药材的快速鉴别目的。结论差示扫描量热法与傅里叶红外光谱法均可有效鉴别野生与栽培不同产地来源的中药材肉苁蓉样品,其鉴别结果可以相互印证。

肉苁蓉；量热法,差示扫描；光谱法,傅里叶红外；鉴别

肉苁蓉中药材为列当科植物肉苁蓉(Cistanche deserticolaY.C.Ma)的干燥带鳞叶的肉质茎。可补肾阳,益精血,润肠通便。用于阳痿、不孕、腰膝酸软、筋骨无力、肠燥便秘,收录于《中华人民共和国药典》2010年版一部[1]。现代药理学研究表明,肉苁蓉在调节免疫、调节内分泌、促进代谢、延缓衰老等方面都具有良好的功效[2]。

肉苁蓉是我国西北干旱地区的传统名贵中药材,近年来由于野生资源濒临枯竭,国家鼓励发展人工种植,以满足国内外市场与日俱增的需求。野生与栽培不同产地来源的肉苁蓉在生长环境、生长年限以及加工方式等方面的不同,势必造成药材成分差异。因此对肉苁蓉的不同产地、野生与栽培的鉴别显得尤为重要。传统鉴定技术一般采用显微、薄层色谱、凝胶电泳等进行鉴别,但存在重复性差和结果不可控等缺点。采用高效液相色谱法可以对其含有的毛蕊花糖苷、松果菊苷等苯乙醇苷类成分进行含量测定,但需进行样品前处理,测定过程较复杂,且仅能对药材中的某一种或某几种成分进行测定,不能反映药材的整体特征与差异性[3]。因此迫切需要建立一种快速、准确、分辨率高的现代鉴别技术对野生与栽培不同产地来源的肉苁蓉中药材进行整体鉴别分析。

笔者在本实验中采用差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)法首次对野生与栽培不同产地来源的中药材肉苁蓉样品进行研究。不同产地、不同来源的肉苁蓉样品在化学成分、含量、物质结构、理化性质等方面可能存在一定差异,这决定了不同来源的肉苁蓉中药材在热力作用下会表现出不同的物质特征图谱。由于热分析技术具有方便快速、准确、重复性好、样品量少等优点,近年来在中药鉴定中的应用越来越多[4],王书军等[5]采用热分析(Thermogravimetric A-nalysis,TG,Differential Thermal Analysis,DTA)方法鉴别贝母类中药材,也为本实验研究提供了参考依据。

近年来基于傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR)研究中药材的报道较多,如采用红外光谱法鉴别肉苁蓉及其混淆品草苁蓉和锁阳[6]等,但笔者尚未发现采用该方法对肉苁蓉中药材进行鉴别研究。在本实验中还对获得的FTIR进行二阶导数图谱研究,以比较两种红外光谱对不同来源肉苁蓉样品的差异。

1 材料与方法

1.1 实验样品及样品处理 野生与栽培不同产地来源的8批中药材肉苁蓉样品信息见表1,中药材样品经中国医学科学院药物研究所马林副研究员鉴定。样品经除尘、粉碎、过100目筛(孔径150 μm)处理制成细粉,作为实验用样品。

1.2 实验仪器 差示扫描量热仪:DSC-1型,METTLER TOLEDO公司。傅里叶变换红外光谱仪: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批肉苁蓉中药材样品信息Tab.1 Information of eight batches of Cistanche deserticola samples

1.3 DSC法 将待测样品粉末称取10～11 mg置于150 μL三氧化二铝(Al2O3)坩埚中。升温速率10℃·min-1,升温范围30～500℃,炉体气氛为静态空气,参比为空坩埚。分别对样品进行测定。每个样品重复2次。采用STARe操作软件进行图谱与数据分析。

1.4 FTIR法 将待测样品粉末与溴化钾(KBr)混合研磨至充分均匀,压片。测定,光谱范围4 000～400 cm-1; DTGS检测器,分辨率4 cm-1,扫描16次,OPD速度为0.2 cm·s-1,扫描时实时扣除水和二氧化碳(CO2)干扰;溴化钾压片制样,扫描测定红外光谱。每个样品重复测定2次。采用Perkin-Elemer公司Spectrum v5.02版操作软件获得二阶导数谱,平滑点数为13。

2 结果

2.1 DSC分析 表2为野生与栽培不同产地来源的8批肉苁蓉中药材样品的DSC测定数据,图1为野生与栽培不同产地来源的8批肉苁蓉中药材样品的DSC图谱。

表2 8批肉苁蓉中药材样品DSC数据Tab.2 DSC data of eight batches of Cistanche deserticola samples ℃

图1 8批肉苁蓉中药材样品的DSC图谱Fig.1 DSC spectrum of eight batches of Cistanche deserticola samples

8批肉苁蓉中药材的产地分别来自新疆、新疆南疆、新疆北疆、内蒙古等。批号39-1,39-2,39-3样品同为新疆南疆栽培的肉苁蓉中药材,DSC图谱较相似,但在167,310,318℃处存在差异。批号39-4,39-5,39-6, 39-7,39-8,样品的DSC图谱较相似,但在局部存在差异:批号39-4样品在260℃和305℃间存在宽而强的放热双峰;批号39-5样品在260℃存在宽而强的放热单峰,在410℃存在较宽的放热单峰;批号39-5样品在167℃存在一个小的吸热峰。批号39-7,39-8的DSC图谱基本一致,应为同一产地来源的缘故。批号39-7,39-8样品在260℃和305℃间存在宽而强的放热双峰,与批号39-5,39-6样品存在明显差异;同时在410℃有较宽的放热单峰,可以用来作为与批号39-4样品进行区分的依据。

栽培肉苁蓉39-1,39-2,39-3和野生肉苁蓉39-4,39-5,39-6,39-7,39-8在图谱上存在明显区别。栽培肉苁蓉共同特征为在310～320℃有一个宽而强的放热峰,峰形为在峰顶温度前斜率较小,在峰顶温度后斜率较大;而在野生肉苁蓉的DSC图谱中,批号39-4,39-7,39-8样品在260℃和305℃间为宽而强的放热双峰,批号39-5,39-6样品在260℃为宽而强的放热单峰,峰形为在峰顶温度前斜率较大,在峰顶温度后斜率较小。在峰形上即能明显鉴别栽培与野生肉苁蓉的异同。

8批不同产地来源的肉苁蓉中药材的DSC图谱中,均发现在450℃有一个小的放热峰,该放热峰可作为肉苁蓉中药材的特征峰。

肉苁蓉中药材中含有多糖类、环烯醚萜类、木质素类和苯乙醇苷类等众多化学成分,不同产地、不同来源的肉苁蓉中药材在这些成分的种类和数量上存在差异。热分析实验过程中所发生的变化较复杂,各种化学物质在升温过程中既发生物理变化(如升华、晶型转变、融熔等),同时也有化学变化(失水、氧化还原、分解等)发生。DSC法可以反映出中药材在热作用下的吸放热能量变化的整体效应,具有较好的鉴别效果。

2.2 FTIR分析与二阶导数FTIR图谱分析 图2为不同产地不同来源的8批肉苁蓉中药材样品的FTIR图谱,图3为不同产地不同来源的8批肉苁蓉样品在1 800～800 cm-1二阶导数FTIR图谱。

由图2可看出,8批肉苁蓉中药材的FTIR图谱中39-1,39-2,39-3相似性较好,仅39-3在1 692 cm-1与前2批略有不同;39-4,39-5,39-6,39-7,39-8的FTIR图谱较为相似。39-1,39-2,39-3特征峰波数为: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特征峰波数为: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。

图2 8批肉苁蓉中药材样品的FTIR图谱Fig.2 FTIR spectrum of eight batches of Cistanche deserticola samples

通过对8批肉苁蓉中药材的FTIR图谱做二阶导数计算,可获得二阶导数FTIR图谱(图3)。通过对二阶导数FTIR图谱的吸收峰位置、峰强度和峰形三者综合分析可进一步确证,批号39-1,39-2样品与批号39-3样品较相似,仅批号39-3样品在1 632,1 602, 1 509 cm-1与批号39-1,39-2样品具有一定差异;批号39-4,39-5,39-6,39-7,39-8样品较相似。

分析结果发现:批号39-1,39-2样品同为新疆南疆栽培的肉苁蓉中药材,39-3为新疆产栽培肉苁蓉中药材,FTIR图谱与前2批相似,但存在局部差异性,应为产地来自新疆不同地域所致;批号39-4,39-5,39-6,39-7,39-8样品图谱较为相似,主要表现出野生肉苁蓉的共同特征性。而野生与栽培肉苁蓉的二阶导数FTIR图谱在1 733 cm-1附近存在差异,可据此作为鉴别野生与栽培肉苁蓉的特征峰波数。

3 讨论

通过对8批肉苁蓉中药材进行的DSC法研究,根据DSC图谱中吸放热峰的峰顶温度和拓扑图形的分析,可以对8批野生与栽培不同产地来源的肉苁蓉中药材进行明显的鉴别区分。同时对8批肉苁蓉中药材进行的FTIR法研究,并对其一维图谱和二阶导数图谱进行分析,亦可以鉴别出不同来源肉苁蓉中药材的异同,但FTIR二阶导数图谱在鉴别不同来源不同产地的肉苁蓉中药材比FTIR一维图谱特征性更强。两种方法在鉴别肉苁蓉中药材野生与栽培、不同产地方面,具有快速、准确、重复性高、使用样品量少等优势,同时可以反映出中药材的整体特征,有较好的专属性。比较DSC与FTIR两种技术获得的肉苁蓉中药材图谱,DSC法较FTIR法具有快速、直观的特点,而FTIR法提供的数据信息更多,尤其二阶导数FTIR法在鉴别不同产地间、野生与栽培肉苁蓉的特征性更为明显。

研究结果表明,DSC法和FTIR法均可有效鉴别野生与栽培不同产地来源的中药材肉苁蓉样品,其鉴别结果可以相互印证。本研究为中药材肉苁蓉快速鉴别提供了两种不同原理的准确直观的分析方法。

[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典(一部)[M].北京:中国医药科技出版社,2010:90.

[2] 王彩平.中药肉苁蓉的研究进展[J].甘肃中医学院学报, 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] 康阿龙,庞来祥,汤迎爽.热分析技术在中药鉴定中的应用[J].中药材,2001,24(11):843-845.

[5] 王书军,高文远,陈海霞,等.热分析(TG、DTA)方法在鉴别贝母类中药材中的应用[J].中国中药杂志,2007,32 (4):296-299.

[6] 陈君,孙素琴,徐荣,等.应用红外光谱法鉴别肉苁蓉及其混淆品草苁蓉和锁阳[J].光谱学与光谱分析,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

*科技部科技基础性工作专项重点项目(2007FY130100);重大新药创制十二五规划项目(2012ZX09301002-001-013)

张丽(1981-),女,河北石家庄人,助理研究员,博士,研究方向:药物分析与晶型药物研究。电话:010-63161258,E-mail：zhangl@imm.ac.cn。

吕扬,女,北京人,研究员,博士生导师,研究方向:药物分析与晶型药物研究。电话:010-63165212,E-mail：luy@imm.ac.cn。