贵州赫章矿物药炉甘石质量分析及炮制工艺研究

马光芳，吴婧婧，饶 恕，王贤书，2，3*

(1.贵州中医药大学 药学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州中医药大学 药物物理研究中心，贵州 贵阳 550025；3.贵州中医药大学 矿物药研究中心，贵州 贵阳 550025)

炉甘石来源于碳酸盐类矿物方解石族菱锌矿(Smithsonite，)[1]，主含ZnCO3，是一种临床常用的外用药，性味甘、平，归胃经，经炮制后转化为有效成分(ZnO)[2-3]，具有解毒明目退翳、收湿止痒敛疮的功能。近年来药材市场上涌现出大量以水锌矿、白云石、方解石等为基源的伪品炉甘石，而以菱锌矿为基源的正品炉甘石却很少见，同时炉甘石本身也存在有害元素铅、镉含量较高和炮制不合规等问题[4-5]，导致市场上炉甘石药材基源混乱，伪品泛滥[6-7]。笔者实地调研了解到贵州省赫章县铜炉上附近蕴藏着丰富的菱锌矿。前期在市场上收集了几批炉甘石样品进行检测，也证实了目前市场上的炉甘石药材中ZnCO3含量很低或者几乎不含ZnCO3。基于此，本研究以炉甘石中有效成分氧化锌为指标，采用X射线荧光光谱法(XRF)、热分析技术(TG-MS)及X射线衍射法(XRD)等多种方法对市售炉甘石和贵州赫章矿物药炉甘石的生品及炮制品进行系统质量分析、比较，以期为贵州赫章炉甘石的质量控制及炮制工艺提供依据。X射线荧光光谱法可同时定量检测出多种元素[8]；热分析技术是指在程序控温条件下，测量物质的物理化学性质与温度或时间的变化关系，近年来被逐步运用于中药化学成分热分析[9]、不同产地中药材质量鉴别[10]等方面；X射线衍射法是一种针对晶型粉末样品的物相定性分析方法[11-14]，近年来被逐渐应用于矿物药材的质量控制[5，15-17]。本研究利用X射线衍射法分别建立了炉甘石的生品和炮制品的指纹图谱，分析物相变化、检测炉甘石质量优劣[18]。

1 材料及仪器

M1210型1 200 ℃箱式炉，MTQ-200型电子天平(深圳市美孚电子有限公司监制)，SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)，D8 adance型X射线衍射仪(德国布鲁克公司)，Zetium Minerals edition型X射线荧光光谱仪(英国马尔文仪器有限公司)。MID Jade 6.0分析软件，Origin 9.0绘图软件。盐酸、氨水、氯化铵、磷酸氢二钠、三乙醇胺、乙二胺四醋酸二钠、亚铁氰化钾、铭黑T等化学试剂均为分析纯。实验样品详细信息见表1。

表1 炉甘石样品来源

2 方法与结果

2.1 样品制备

2.1.1 各炉甘石生品 将各样品拿研钵捣碎，过100目筛网，置于105 ℃干燥1 h，备用。

2.1.2 市售炉甘石煅制品 取净制的粉碎后过100目筛网的炉甘石粉末适量，放入方舟内，置马弗炉中，700 ℃下煅烧60 min，放冷备用。

2.1.3 赫章炉甘石煅制品 取净制的粉碎后过100目筛网的炉甘石粉末适量，放入方舟内，置马弗炉中，在200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃分别煅烧 20 min、40 min、60 min、80 min，放冷备用。

2.2 各来源炉甘石样品的鉴定

2.2.1 炉甘石物理性状 不同来源炉甘石的外观见图1，各编号来源见表1。

图1 各来源炉甘石外观

由图可见，炉甘石外观多为乳白色、灰白色、浅粉红色、少数为棕红色及红褐色等。市售炉甘石表面均呈粉性，赫章炉甘石表面无粉性，均无光泽、凹凸不平、多孔形、似蜂窝状。

2.2.2 《中华人民共和国药典》ZnO含量测定 取各炉甘石样品，实验所用方法按照《中华人民共和国药典》2020年版一部炉甘石项下的含量测定方法[1]：对于炉甘石的质量控制指标，《中华人民共和国药典》[1]规定，以具有抗菌活性的氧化锌为指标。本品按干燥品计算，生炉甘石含氧化锌不得少于40%，煅炉甘石含氧化锌(ZnO)不得少于56.0%。实验结果见表2，由表2数据可见仅贵州赫章炉甘石ZnO含量符合《中华人民共和国药典》标准，且煅制后氧化锌含量上升20%左右，市售炉甘石ZnO含量均不符合《中华人民共和国药典》标准。

表2 各来源炉甘石药材生品、煅品中ZnO含量 (%)

2.2.3 X射线荧光光谱分析 用X射线荧光光谱仪分别测定样品中的元素含量，实验测试方法为X射线荧光光谱压片法。测试结果见表3。由表3中数据可见，编号1、2赫章炉甘石主要元素为O、Fe、Zn，且Zn元素含量较高。3号炉甘石Ca元素多，几乎无Zn元素，初步判断3号炉甘石为伪品。4、5、6号中均含O、Mg、Ca、Zn等元素，且元素百分含量相差不大，可能该物质的主要成分一致。

表3 各产地炉甘石生品中各元素含量 (%)

2.2.4 X射线粉末衍射测试 将各炉甘石样品于105 ℃干燥1 h，研磨至无颗粒感，取约0.15 g进行X射线粉末衍射分析。XRD工作条件：管压：60 kV，管流：60 mA，扫描范围：10°～70°，步长：0.02，铜(Cu)靶，连续扫描方式。并与国际标准PDF卡片比对。数据采用MDI Jade 6.0软件分析，Origin 8.5软件作图，见图2。

由图2可见，1、2号贵州赫章炉甘石主要成分为菱锌矿(ZnCO3)，市售3号炉甘石主要成分为方解石(CaCO3)，4、5、6号主要成分为白云石(CaMg(CO3)2)，与X射线荧光光谱仪分析的主要元素含量一致。即1、2号赫章炉甘石为正品，3、4、5、6号市售炉甘石为伪品。

图2 各来源炉甘石生品的X射线衍射图

2.3 赫章炉甘石炮制工艺优选和热分解分析

2.3.1 炉甘石的TG-MS分析 TG-MS由热重分析仪和质谱仪组成。TG-MS能检测出炉甘石热解过程中的失重以及CO2气体的析出特性，为验证通过热力学分析得到的炉甘石热分解过程的特性，开展了炉甘石热分解试验。实验中CO2从气瓶通过流量计进入到热重分析仪中，设定温度程序，通过质谱仪测试后，反应产物进入质谱仪进行检测。测试结果见图3。

图3 炉甘石TG-DSC-DTG-MS图谱

由图3可见，由于炉甘石矿物中含有自由水，在95 ℃左右开始失水，失重量为样品原质量的1.04%，在150 ℃后由于碱式氧化铁的影响开始失去结合水，在299 ℃失重达到第一个最低点(达-0.53%/min)，接着失重率开始下降，直至完全失去结合水，体现在图3a中的热流曲线为一向下的倒峰，失重量为样品原质量的5.07%，在300 ℃后由于ZnCO3分解反应生成ZnO和CO2，在385℃失重达到第二个最低点(达-2.53%/min)，ZnCO3的分解反应是吸热反应，体现在图3a中的热流曲线为一向下的倒峰，失重量为样品原质量的20.65%，由质谱图3c中CO2出现的峰值和TG、DSC和DTG一致。通过TG-MS实验说明ZnCO3分解为ZnO并释放出CO2。

2.3.2 赫章炉甘石炮制工艺优选 在临床使用炉甘石时，均要求高温煅烧，未明确煅制的温度和时间。为此本研究采用单因素法对赫章炉甘石进行系统分析，为规范炉甘石的炮制提供科学依据。取赫章炉甘石各煅制样品，以炉甘石的有效成分ZnO含量为指标，按照《中华人民共和国药典》2020版一部炉甘石项下的含量测定方法对赫章炉甘石的煅制时间、煅制温度进行考察。结果见图4、图5。

图4 赫章炉甘石在700℃煅制时ZnO含量随煅烧时间的变化

图5 赫章炉甘石在60 min煅制时ZnO含量随煅烧温度的变化

由图4可见，赫章炉甘石在温度为700 ℃下ZnO的百分含量随着煅制时间的延长逐渐升高，但时间为60 min时ZnO百分含量达到最大值。由图5可见赫章炉甘石在煅制时间为60 min的条件下，ZnO的百分含量随着温度的升高逐渐增加，在400 ℃ZnO的百分含量升高速度最快，但在600 ℃ZnO的百分含量达到最大值。即赫章炉甘石在煅制600 ℃下煅烧60 min时，ZnO百分含量最高。

2.3.3 赫章产不同温度煅炉甘石样品X射线粉末衍射测试 赫章产不同温度煅炉甘石样品按照“2.2.4”项下测定方法进行X射线粉末衍射测试，结果见图6。

图6 赫章各炉甘石生品及炮制品X射线衍射图

由图6可见，从XRD分析赫章炉甘石从生品到煅制300 ℃的样品中有ZnCO3的特征峰，在400～800 ℃各煅制样品均出现了ZnO的特征峰。即煅制后ZnCO3分解为ZnO，与相关研究[19]一致，且赫章炉甘石在煅制温度400 ℃时，ZnCO3全部转化为ZnO，与TG-MS分析一致。

3 结论

通过外观性状难以对各来源炉甘石进行真伪鉴别，为建立炉甘石的质量标准，本研究采用多种实验方法综合分析，仅有贵州赫章炉甘石样品符合药典标准，为正品。用XRF得出赫章炉甘石主要由铁、锌元素组成，含铁元素可解释在性状鉴别中的颜色为红棕色。用XRD、XRF测试各炉甘石样品，市售炉甘石主要成分均非菱锌矿，且Pb、Cd等重金属元素含量较高，证实为伪品。市售炉甘石的原矿物品种来源较为复杂，伪品较多，需建立严格的质量管理办法及质量标准，以确保该类药材能安全有效应用于临床。

在赫章炉甘石炮制工艺优选中，煅制时间对ZnO的含量无显著性差异，煅制温度对ZnO的含量有显著影响，在300～400 ℃ZnO含量变化最快。赫章炉甘石在煅制600 ℃下煅烧60 min时ZnO百分含量最高，此工艺拟为贵州赫章炉甘石的最佳炮制工艺。

贵州赫章产矿物药炉甘石无论在质量分析上还是在炮制工艺上均符合药典标准，目前本实验研究出赫章产炉甘石的最佳煅制工艺，后续还需对重金属等元素进行除杂，以便贵州赫章矿物药炉甘石更好地应用于临床。