溪黃草不同部位的紅外光譜分析與評價

黃冬蘭， 陳小康*， 徐永群， 陳 勇， 陳灶鑫

(1.韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005;2.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東廣州510090)

溪黃草Rabdosia serra(Maxim．)Hara為唇形科香茶菜屬植物，民間習(xí)用草藥，多用于清熱利濕、涼血散瘀、治急性黃疸肝炎、急性膽囊炎等癥，并為成藥消炎利膽片、膽石通膠囊及復(fù)方膽通膠囊的原料之一。研究發(fā)現(xiàn)，溪黃草含有萜類、黃酮類、酚類、氨基酸等活性成分［1］。研究表明，溪黃草不同部位的有效成分的含有量差異顯著，其中溪黃草葉中的總黃酮含有量明顯高于溪黃草莖［2］，微量元素在溪黃草不同部位的含有量分布也存在明顯的差別［3］。溪黃草不同部位化學(xué)成分含有量不同，藥效也會有所不同，因此，建立溪黃草不同部位的有效成分的分析方法，對完善溪黃草質(zhì)量評價體系具有重要的意義。采用傅里葉變換紅外光譜法對中藥進(jìn)行分析，能夠獲得從宏觀整體到微觀局部的多層次信息，且分析過程快速、無損、簡便，已被廣泛地應(yīng)用于中藥的真?zhèn)巍?yōu)劣鑒別，炮制和配伍規(guī)律等方面的研究［4-11］。本實(shí)驗(yàn)采用紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和二維相關(guān)紅外光譜分析比較了溪黃草不同部位的紅外指紋特征，為溪黃草藥材的整體質(zhì)量監(jiān)控提供了新的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器 Spectrum One傅里葉變換紅外光譜儀(美國，Perkin Elmer公司)，DTGS檢測器，附帶Spectrum光譜采集和處理軟件;CKW-Ⅱ型程序升溫儀 (北京市朝陽自動化儀表廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 紅外光譜用壓片法通過透射方式采集，光譜分辨率4 cm－1，測量范圍4000～400 cm－1，每個樣品累計掃描16次。掃描時扣除H2O和CO2的干擾。控溫范圍為50～120℃，每隔10℃進(jìn)行一次紅外光譜掃描，升溫速率為2℃/min。

1.3 樣品來源與制備 溪黃草藥材于2010年采自廣東省韶關(guān)市翁源縣;實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

將溪黃草全草、莖、葉分別于60℃干燥至恒定質(zhì)量;粉碎，過100目標(biāo)準(zhǔn)篩;不同部位粉末各取1～2 mg，KBr壓片法制樣，掃描測定紅外光譜圖。

1.4 數(shù)據(jù)處理 二階導(dǎo)數(shù)譜的獲得采用Perkin Elmer公司Spectrum v 5.0.1操作軟件，平滑點(diǎn)數(shù)為13。

二維相關(guān)紅外光譜的獲得采用清華大學(xué)分析中心紅外光譜自行設(shè)計的二維相關(guān)分析軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 溪黃草藥材不同部位的一維紅外光譜分析從圖1可以清楚看到，溪黃草的全草、莖和葉的紅外譜圖峰形狀、峰位置均比較相似，但吸收峰的相對強(qiáng)度差異較大。根據(jù)表1和文獻(xiàn)［4-10］對主要紅外吸收峰進(jìn)行指認(rèn)和歸屬:3 373 cm－1為羥基O-H伸縮振動吸收峰，2 926 cm－1為亞甲基C-H反對稱伸縮振動峰，1 733 cm－1為酯類物質(zhì)中C=O伸縮振動峰，1 614、1 514及1 423 cm－1為木質(zhì)素及其它芳香族化合物中苯環(huán)骨架伸縮振動吸收峰，1 247 cm－1為酯類物質(zhì)中 C-O伸縮振動峰，而1 159、1 055、1 035 cm－1等則為糖苷類的C-O的伸縮振動峰。以上的光譜特征綜合反映出溪黃草中化學(xué)成分的多樣性和復(fù)雜性，含有酯類、木質(zhì)素、芳香類和糖苷類等物質(zhì)。

圖1 溪黃草不同部位的紅外光譜圖Fig.1 FTIR spectra of different parts of Rabdosia serra(M axim．)Hara

以溪黃草全草的紅外譜圖為參考，利用Spectrum v 5.02軟件的compare功能計算三者與莖的相似系數(shù)分別為1.000 0、0.971 5、0.929 9，說明全草和莖的相似度較高，而葉與前二者的差別較大。從圖1可以看到全草和莖在1 734 cm－1(C=O)和1 247 cm－1(C-O-C)附近的吸收峰較強(qiáng)且明顯高于葉，這說明全草和莖中酯類物質(zhì)含有量較豐富，而葉中酯類物質(zhì)含有量較低。葉的譜圖中整個峰形都較為圓鈍，峰的重疊較嚴(yán)重，其在1 644 cm－1處的有明顯的黃酮類物質(zhì)的共軛羰基的伸縮振動峰，而全草、莖的該特征峰不明顯，因此可判斷溪黃草葉中含有大量的黃酮類物質(zhì)，而全草和莖中的黃酮類含有量較低，這與文獻(xiàn)［2］的結(jié)論是一致的。觀察1 614、1 514及1 423 cm－1處木質(zhì)素及其它芳香族化合物的特征峰發(fā)現(xiàn)，全草和莖中含有大量的木質(zhì)素及其它芳香族化合物，三者木質(zhì)素及其它芳香族化合物的相對含有量由高到低依次為莖＞全草 ＞葉。對比全草、莖和葉1 200～900 cm－1范圍內(nèi)糖苷類特征峰的相對峰強(qiáng)度可看出，全草、莖和葉的糖苷類物質(zhì)的相對含有量由高到低依次為莖＞全草＞葉。根據(jù)以上分析可知，溪黃草不同部位主體成分相似，但各類物質(zhì)的相對含有量差別較大，其中溪黃草莖和全草中富含木質(zhì)素、芳香族化合物和糖苷類物質(zhì)，葉中富含黃酮類物質(zhì)。

表1 溪黃草主要紅外吸收峰及其指認(rèn)Tab.1 The assignments ofmain IR absorption peaks of Rabdosia serra(M axim．)Hara

2.2 溪黃草藥材不同部位的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜分析 二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜可以在一定程度上剝離譜圖的重疊峰，減少譜圖的疊加，提高譜圖的分辨率，因而可提供更多的信息［12］。圖2為溪黃草全草、莖和葉在1 800～800 cm－1波數(shù)范圍內(nèi)的二階導(dǎo)數(shù)譜，從圖2可以看到在1 800～1 300 cm－1全草、莖和葉整體峰形比較相似，其中1 745 cm－1附近的特征峰為酯羰基的C=O伸縮振動峰，1 592、1 511和1 468 cm－1附近的特征峰為木質(zhì)素和芳香類物質(zhì)的振動峰，結(jié)合1 200～900 cm－1范圍內(nèi)的C-O吸收峰進(jìn)一步說明了三者共有成分為酯類物質(zhì)、木質(zhì)素、芳香類物質(zhì)和糖苷類物質(zhì)。仔細(xì)觀察圖2可見溪黃草葉在1 659 cm－1(C=O)附近的吸收峰相對峰強(qiáng)度明顯高于莖 (1 660 cm－1)和全草(1 659 cm－1)，且其1 545 cm－1和1 500 cm－1兩峰與1 511 cm－1峰的相對峰強(qiáng)度比明顯高于全草和葉，結(jié)合苯環(huán)骨架振動峰和1 200～900 cm－1波數(shù)范圍內(nèi)C-O吸收峰說明葉中黃酮類成分含有量高于莖和全草。二階導(dǎo)數(shù)譜分析進(jìn)一步佐證了溪黃草莖、全草中的木質(zhì)素、芳香族化合物和糖苷類物質(zhì)含有量高于溪黃草葉，而溪黃草葉中的黃酮類物質(zhì)含有量高于莖和全草。

圖2 溪黃草不同部位的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖Fig.2 Second derivative infrared spectra of different parts of Rabdosia serra(Maxim．)Hara

2.3 溪黃草藥材不同部位的二維相關(guān)紅外光譜分析 二維相關(guān)紅外光譜對重疊信號有很強(qiáng)的分辨能力，因此可獲得常規(guī)紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜所不能獲得的新信息。本實(shí)驗(yàn)以熱為微擾，所得的二維相關(guān)紅外光譜反映的是被測體系在升溫過程中，各組分的有關(guān)基團(tuán)對溫度的敏感程度。

圖3是溪黃草全草、莖、葉在1 750～1 240 cm－1區(qū)域內(nèi)的二維相關(guān)紅外光譜圖。該區(qū)域的二維相關(guān)紅外光譜主要包含C=O伸縮振動峰、芳香類物質(zhì)的骨架振動峰及C-H彎曲振動峰等。如圖3所示，溪黃草全草在此波數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)1 734、1 643、1 599、1 560、1 460 cm－1等5個明顯的自動峰;莖也出現(xiàn)了1 735、1 645、1 600、1 560、1 305 cm－1等5個明顯的自動峰。其中1 735 cm－1為酯類成分的C=O振動峰，1 635 cm－1為黃酮類成分的的 C=O振動峰，1 599、1 560、1 460 cm－1附近為苯環(huán)的骨架振動峰，全草和莖的最強(qiáng)自動峰均是1 645 cm－1峰，說明溪黃草全草中黃酮類成分的C=O對溫度最為敏感。葉在此波數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)1 640、1 560、1 450 cm－1等3個明顯自動峰，1 640 cm－1為黃酮類成分的的C=O振動峰，1 560、1 450 cm－1為苯環(huán)的骨架振動峰。二維相關(guān)紅外光譜的分析結(jié)果說明溪黃草全草和莖的化學(xué)成分比較相似，兩者共有酯類、黃酮類、芳香類等物質(zhì)結(jié)構(gòu)，而溪黃草葉中主要顯示黃酮類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，這與一維和二階導(dǎo)數(shù)譜的結(jié)果是一致的。

圖3 溪黃草不同部位的二維相關(guān)紅外光譜圖和自動峰的曲線圖 (1 750～1 240 cm－1)Fig.3 2D-IR spectra of different parts of Rabdosia serra(M axim．)Hara(1 750～1 240 cm－1)

圖4是溪黃草全草、莖、葉在1 240～1 060 cm－1區(qū)域內(nèi)的二維相關(guān)紅外光譜圖。該范圍主要是糖苷類的C-O伸縮振動區(qū)域。此范圍內(nèi)全草、莖、葉的二維相關(guān)譜圖中明顯的自動峰均有5個，自動峰和交叉峰形成明顯的5×5的矩陣，且最強(qiáng)自動峰均位于1 215 cm－1附近，但其它自動峰的峰形和相對強(qiáng)度差異顯著，譬如葉的1 139、1 192 cm－1兩自動峰的峰高與1 215 cm－1峰相當(dāng)，而全草和莖的1 139、1 192 cm－1的峰高均明顯低于1 215 cm－1峰。此外，葉1 069 cm－1處的相對峰強(qiáng)度均高于全草和莖。以上差異進(jìn)一步說明溪黃草全草、莖、葉中的糖苷類等物質(zhì)存在一定差異。

綜上所述，高分辨率的二維相關(guān)紅外光譜能明顯地辨別溪黃草不同部位各有效成分分布的差異，可為溪黃草藥材整體質(zhì)量監(jiān)控和評價提供一定的理論依據(jù)。

圖4 溪黃草不同部位的二維相關(guān)紅外光譜圖和自動峰的曲線圖 (1 240～1 060 cm－1)Fig.4 2D-IR spectra of different parts of Rabdosia serra(Maxim．)Hara(1 240～1 060 cm－1)

3 結(jié)論

采用基于一維紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)譜和二維相關(guān)光譜的紅外三級鑒定法，研究了溪黃草全草、莖、葉的化學(xué)成分的共性和差異。研究表明，溪黃草全草、莖、葉中的共有成分為酯類、黃酮類、芳香類和糖苷類等，但三者各主體成分的相對含有量差異較大，其中溪黃草莖、全草中的木質(zhì)素、芳香族化合物和糖苷類物質(zhì)含有量高于溪黃草葉，而溪黃草葉中的黃酮類物質(zhì)含有量高于莖和全草。因此，通過分析比較溪黃草不同部位的紅外譜圖，可以宏觀整體地把握溪黃草不同部位的化學(xué)信息，從而為下一步的化學(xué)成分的微觀分析提供參考。

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