不同参数艾条温和灸红外辐射光谱特性研究

王小平,沈雪勇,魏建子

(上海中医药大学,上海 201203)

艾绒是针灸临床最常用的灸材,其质量的优劣对艾灸疗效有着重要影响,历来受到针灸临床医生的重视。艾绒存储时间和叶绒比是影响艾绒质量的两个主要参数[1],但目前尚缺乏统一的艾绒质量标准[2],即使是临床医生对这两个参数的选择也往往具有很大随意性。因此对影响艾绒质量的主要参数开展实验研究很有必要。艾绒燃烧时的温度约500℃～800℃[3],此时的热辐射特征波长约3 μm[4-5],属红外辐射范畴。这一波长的红外辐射具有较强的热效应,是艾灸主要的传热途径之一,而温热刺激是艾灸获得疗效的关键因素[3,6-7],因此艾灸的红外辐射是影响艾灸疗效的重要因素之一[3]。本文拟以临床常用艾条温和灸为对象,比较不同存储时间、不同叶绒比艾条施灸时的红外光谱特性,为艾绒生产、存储及临床应用中的参数选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 检测仪器

红外光谱的检测采用由PHE 201红外辐射光谱测试系统[8]升级后的仪器,其参数为检测波长范围1.5～18 μm、采样间距 0.25 μm(可调),探测头内径 3 mm。

1.2 艾条来源与参数

所有检测艾条均由南阳汉医艾绒有限责任公司提供。其中,不同存储年份艾条的规格为18 mm×200 mm,叶绒比 5:1,质量 21～22 g;不同叶绒比艾条规格为18 mm×200 mm,三年陈,质量21～22 g;不同松紧度艾条规格为18 mm×200 mm,三年陈,叶绒比5:1。

1.3 红外光谱检测方法

光谱检测在专门的暗室中进行,室温(22±3)℃,相对湿度(55±10)%,检测时门窗紧闭,周围无噪音与电磁影响。将所有艾条经过检查后(确保干燥、完整)称重,精度为0.1 g。

打开红外光谱仪,将充分燃烧的艾条燃烧中心点正对仪器探头,距探头约2 cm,由红外光谱检测系统检测并自动记录不同波长的红外辐射强度。每一参数艾条均取质量接近的两根,每根艾条连续测试 3次艾灸红外光谱。

1.4 统计学方法

采用SPSS22.0软件包进行统计学处理。符合正态分布的计量资料采用均数±标准差表示,不同参数艾灸红外辐射强度比较采用方差分析。以P＜0.05作为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同松紧度艾灸红外辐射光谱比较

由于在艾条生产过程中,每根艾条的松紧度并未严格限定,首先对4根不同松紧度(质量分别为20.6 g、21.7 g、22.5 g、24.6 g)艾条温和灸的红外光谱进行了对比。艾条质量并非人为随意划分,而是根据称重结果进行梯度划分。结果显示,4根不同质量艾条温和灸的红外光谱基本相似,总辐射强度、特征辐射峰(3.75 μm)辐射强度之间比较差异均无统计学意义(P＞0.05)。详见图1。

图1 不同松紧度艾条温和灸红外辐射光谱

2.2 不同存储年份的艾条的红外辐射光谱

5种不同存储年份(1年、2年、3年、5年、7年)艾条的红外光谱形态基本一致,其特征波长均为 3.75 μm(图2)。不同存储年限艾条施灸时红外辐射强度的差异很大。以 3.75 μm辐射峰处强度为例,红外辐射强度从高到低排列依次为5年陈艾＞3年陈艾＞2年陈艾＞7年陈艾＞1年陈艾。其中,3年陈艾、5年陈艾与1年陈艾、7年陈艾比较差异有统计学意义(P＜0.05),2年陈艾与1年陈艾及7年陈艾比较,差异有统计学意义(P＜0.05),而 5年陈艾和 3年陈艾、1年陈艾和 7年陈艾比较差异没有统计学意义(P＞0.05)。详见图2。

图2 不同存储年份的艾条红外辐射光谱

2.3 不同叶绒比的艾条红外辐射光谱

4种不同叶绒比(5:1、10:1、15:1和30:1)的艾条燃烧时的红外光谱形态总体一致,特征波长均在3.75 μm处。在 3.75 μm处,红外幅射强度从高到低,依次为 30:1＞15:1＞10:1＞5:1,但差异并无统计学意义(P＞0.05),其总辐射强度之间比较差异也无统计学意义(P＞0.05)。详见图3。

图3 不同叶绒比的艾条红外辐射光谱

3 讨论

由于艾叶的主要成分具有一定的挥发性[9-11],随着存储年限的增加其含量逐渐减少,因此存储年限是影响艾绒质量的重要参数之一。对不同存储年限艾条施灸时的红外光谱检测结果显示,不论是几年陈的艾条,其施灸时的红外光谱特征波长均较为接近(图2)。红外光谱的特征波长仅与温度有关,本实验结果提示,不同存储年限、不同叶绒比艾条燃烧时的温度均较为接近,存储年限、叶绒比等参数对艾条燃烧的温度影响较小。根据韦恩位移定律[λ(m)×T=b],λ为红外光谱辐射峰波长值3.75 μm,即0.00000375 m,b为韦恩常量0.002897 m.K,代入公式,可以计算出所检测的这些艾条在燃烧时的温度 T为 772.53 K,再根据公式K=273.15＋℃可以算出实际温度为 499.38℃,这与以往的报道[3]较为吻合。

本实验结果还显示,5年陈艾条施灸时的红外辐射强度最大,3年陈艾条次之,两者的辐射强度均显著大于1年陈艾条和7年陈艾条(图2)。陈年艾绒挥发油以难挥发成分为主[12-13],可能是这些难挥发物质含量的改变影响了红外光谱的辐射强度。在温度基本相同的情况下,红外辐射强度与热量有关,辐射强度越高意味着艾灸的热量也越大。不同存储年限艾条施灸时红外辐射强度有很大差异,提示艾绒存储时间的长短直接影响了施灸时艾条的产热量。新鲜、存储时间较短的艾条(1年陈艾、2年陈艾)其燃烧热量较低;而存储时间较长的艾条(5年陈艾、3年陈艾)则燃烧热量较高;但存储年限过长的艾条(7年陈艾)燃烧时的热量反而降低了。从这个角度看,艾绒存储年限并非越长越好,较为合适的存储时间应为 3～5年,这与临床对艾绒存储时间的选择基本吻合。艾烟中自由基含量的测定结果也支持本文的结论,1年陈艾条燃烧时的艾烟中所含有害自由基是最多的,而3年陈和5年陈艾条燃烧时艾烟中包含的自由基已较低[14-15]。

叶绒比发生改变时,其包含的化学成分含量也随之发生变化,因此叶绒比也是影响艾绒质量的关键因素。研究显示,艾叶的制作工艺,如粉碎程度、艾绒的均匀度,尤其是艾绒中杂质的含量等均会影响红外光谱的强度[16]。为此,笔者对不同叶绒比艾条红外光谱进行了对比分析。从实验结果看,5:1、10:1、15:1和30:1 4种叶绒比艾条施灸时的红外光谱差别并不明显,这些艾条燃烧时的特征光谱、辐射强度等比较差异无统计学意义(图3)。这表明,所检测的4种叶绒比艾条灸的红外物理特性较为接近,差异较小。由于更高叶绒比意味着更多原材料的消耗,而即使叶绒比高达30:1的所谓“金艾绒”,其红外光谱特性与其他叶绒比较低的艾绒仍无太大差别。因此在临床应用中,15:1、10:1甚至 5:1的叶绒比的艾条已经足以满足需要,不必一味强调过高的叶绒比。