不同產(chǎn)地藿香的紅外光譜分析

鞏麗麗 星星 魏愛華 圖雅

廣藿香為唇形科植物廣藿香Pogostemon cablin(Blanco)Benth 的干燥地上部分。市場上流通的廣藿香藥材按產(chǎn)地不同分石牌產(chǎn)廣藿香(簡稱牌香)、高要產(chǎn)廣藿香(簡稱肇香)，海南產(chǎn)廣藿香(簡稱南香)，湛江產(chǎn)廣藿香(簡稱湛香)等四種［1］，但因產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境、采收時間和加工方法的不同，不同產(chǎn)地藥材的品質(zhì)有所差異，前兩者為道地藥材，質(zhì)量優(yōu)，后兩者質(zhì)量較次［2-3］。對于不同產(chǎn)地廣藿香，已有學者從揮發(fā)油的組成成分［4］、揮發(fā)油的藥理作用［5］、廣藿香體內(nèi)微量元素［3］及其基因序列［1］、形態(tài)學、組織學［6］等方面作了比較研究，紅外光譜法用于中藥材的鑒定及質(zhì)量控制具有真實、宏觀、整體的特點［7-9］。目前采用紅外光譜法分析鑒定中藥材的報道已有很多，例如紅外光譜法地黃不同炮制品、黃連不同提取物的成分分析;采用二維相關(guān)紅外光譜法鑒別不同產(chǎn)地仙的鶴草等［10-12］。本文采用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)和二維相關(guān)紅外光譜法，對來自不同產(chǎn)地的廣霍香進行了分析與鑒定，為區(qū)別不同產(chǎn)地廣藿香提供一種快速準確的方法。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

牌香，肇香，南香，湛香均由內(nèi)蒙古民族大學標本館提供，由山東中醫(yī)藥大學藥學院石俊英教授鑒定為唇形科植物廣藿香Pogostemon cablin (Blanco)Benth 的干燥地上部分。

1.2 主要儀器

FT-IR 紅外光譜儀為美國Perkin Elmer 公司的Spectrum One，DTGS 檢測器，分辨率4 cm-1，測量范圍:4000 ～400 cm-1，掃描信號累加16 次，OPD 速度為0.2 cm-1/s，掃描時實時扣除H2O 和CO2的干擾。50 ～886 型變溫附件(Love Control 公司)，控溫范圍:50 ～120℃，每隔10℃進行一次紅外光譜掃描，升溫速率為2℃/min。

1.3 樣品制備

分別將牌香，肇香，南香，湛香等不同產(chǎn)地的干燥藥材除去雜質(zhì)，分別取100 g 粉碎成粉末過200目篩后，取適量樣品粉末與溴化鉀混合，研磨均勻后壓片，放入紅外光譜儀中測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

譜圖處理采用Perkin2Elmer 公司的定性分析軟件——對比軟件(Compare)。其原理是根據(jù)數(shù)學上的相關(guān)系數(shù)來比較兩個紅外光譜之間(或者一個光譜和一系列光譜之間)的相似程度。二階導(dǎo)數(shù)譜的獲得采用13 點平滑;二維相關(guān)紅外譜圖的獲得采用清華大學自行設(shè)計的二維相關(guān)分析軟件進行分析處理［9］。

2 結(jié)果與討論

2.1 肇香的紅外光譜分析

圖1為肇香樣品的紅外光譜圖，在4000 ～1300 cm-1波數(shù)范圍的官能團區(qū)有幾個明顯的特征蜂，分別為3412 cm-1、2926 cm-1、1732 cm-1、1645 cm-1、1515 cm-1、1422 cm-1和1378 cm-1，其中3412 cm-1峰為O-H 伸縮振動峰，2926 cm-1為甲基、次甲基的C-H 伸縮振動峰，1732 cm-1峰為揮發(fā)油中的C=O伸縮振動峰，1645、1515 cm-1為植物蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ帶和Ⅱ帶峰，在1300 ～400 cm-1的指紋區(qū)有多個明顯的特征蜂，分別為1318 cm-1、1251 cm-1、1158 cm-1、1038 cm-1、828 cm-1、811 cm-1、781 cm-1、665 cm-1和607 cm-1，其 中1251 cm-1、1158 cm-1、1038 cm-1峰分別為C-C-O和C-OH 單健的彎曲振動峰。828 cm-1、811 cm-1和781 cm-1為糖類物質(zhì)糖環(huán)的彎曲振動峰。

圖1 肇香的紅外光譜(4000 ～400 cm -1)

盡管在肇香的紅外光譜圖上出現(xiàn)了多個吸收峰，但是譜峰的重疊現(xiàn)象比較嚴重，會給譜圖的鑒別與鑒定帶來一定的困難，為此，本研究同樣通過微分計算又獲得了肇香的二階導(dǎo)數(shù)譜如圖2和圖3所示。

圖2 肇香的二階導(dǎo)數(shù)譜(1530 ～1180 cm -1)

圖3 肇香的二階導(dǎo)數(shù)譜(1180 ～850 cm -1)

在1180 ～1530 cm-1和850 ～1180 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)，二階導(dǎo)數(shù)譜不但給出了確切的峰位置，同時還提高了譜圖的分辨率。比如在1530 ～1180 cm-1范圍內(nèi)，紅外光譜圖上可以明顯地觀察到1515 cm-1、1422 cm-1、1378 cm-1、1318 cm-1和1251 cm-1等6個吸收峰，而在二階導(dǎo)數(shù)譜上卻觀察到1515 cm-1、1465 cm-1、1422 cm-1、1378 cm-1、1318 cm-1和1233 cm-1等8 個吸收峰。另外在紅外譜圖上1515 cm-1和1422 cm-1之間的小肩膀峰在二階導(dǎo)數(shù)譜上明顯地顯示為1465 cm-1的峰。1251 cm-1的吸收峰在二階導(dǎo)數(shù)譜上被列分為明顯的三個峰。

同樣在1180 ～850 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)，紅外光譜圖上可以明顯地觀察到1165 cm-1和1035 cm-1等5個吸收峰，而在二階導(dǎo)數(shù)譜上卻觀察到1165 cm-1、1123 cm-1、1106 cm-1、1055 cm-1、1015 cm-1、986 cm-1和895 cm-1等11 個吸收峰。另外在紅外譜圖上1038 cm-1和828 cm-1之間的小肩膀峰在二階導(dǎo)數(shù)譜上明顯地顯示為1035 cm-1、1015 cm-1、986 cm-1和895 cm-1等6 個峰。

本研究進一步獲得了肇香在860 ～1160 cm-1和1160 ～1510 cm-1范圍內(nèi)的動態(tài)紅外譜圖的二維同步相關(guān)譜如圖4所示。從圖4(a)中可以看到有6個明顯的自動峰，分別在885 cm-1，942 cm-1，971 cm-1，996 cm-1，1089 cm-1和1151 cm-1。其中943 cm-1處的自動峰強度最強，971 cm-1和1151 cm-1處的自動峰較強，其它自動峰較小或中等。它們的交叉峰均為正;同樣圖4(b)中有5 個明顯 的 自 動 峰，分 別 在1196 cm-1，1215 cm-1，1457 cm-1，1465 cm-1和1491 cm-1。其中1196 cm-1和1215 cm-1處的自動峰最強，1491 cm-1處的自動峰較小，其它的自動峰較強。1457 cm-1和1465 cm-1處的自動峰同其它自動峰之間的交叉峰為負，其它自動峰之間的交叉峰為正。

圖4 肇香的同步相關(guān)譜

在860 ～1160 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)的肇香二維相關(guān)紅外光譜中，942 cm-1的自動峰最強，說明多糖類化合物的糖環(huán)峰熱敏性最高。在1160 ～1510 cm-1范圍內(nèi)的動態(tài)紅外譜圖上，1196 cm-1和1215 cm-1的自動峰最強也說明多糖類化合物的C-C-O 和C-OH單健的熱敏性最強，兩個波段都驗證了肇香多糖類物質(zhì)熱穩(wěn)定性較其它成分差，因此藥材的長期保存應(yīng)考慮多糖的分解。

2.2 四種廣藿香的紅外光譜對比分析

圖5是四種廣藿香的紅外光譜圖。圖中表明，南香的1732 cm-1處峰不明顯，但是它卻有1541 cm-1和1515 cm-1兩個強度差不多的小峰，而其他三種藿香均只有1515 cm-1處峰且強度要大些;南香的1645 cm-1峰的強度要比其1037 cm-1處峰強度高，而肇香、牌香、湛香的1645 cm-1處峰強度依次減小，相反1037 cm-1處峰強度卻依次增強，很明顯，湛香的1037 cm-1峰強度已經(jīng)高于1645 cm-1峰。

圖5 四種廣藿香的紅外光譜

本研究選擇了主要的10 個吸收峰進行對比，不同產(chǎn)地廣霍香各個吸收峰的詳細對照表如表1所示。

表1 不同產(chǎn)地廣霍香的紅外吸收峰對比表

在本研究選擇的10 個主要吸收峰的對比中可以明顯地看到，有些峰的吻合性很好，僅有一個波數(shù)的差異性，如肇香的1378 cm-1、1318 cm-1峰和南香的1378 cm-1、1318 cm-1峰;牌香的1379 cm-1、1319 cm-1峰;湛香的1377 cm-1、1321 cm-1峰。有的主強峰卻差異性較大，如南香在1734 cm-1波數(shù)處為一肩膀峰，沒有明顯的吸收峰，在1058 cm-1處的吸收峰與其它三種具有明顯的差異性，相差了20多個波數(shù)。從中不難看出南香的吸收峰與湛香、牌香和肇香具有明顯的差異性。一維紅外光譜驗證了南香的品質(zhì)較差。由此可以將南香與其他三種廣藿香區(qū)分開來。但其他三種藿香的差別仍然很小。為此本研究對其中的850 ～1180 cm-1范圍內(nèi)紅外譜進行了二階導(dǎo)數(shù)處理得到二階導(dǎo)數(shù)譜圖6樣，從圖6看出南香的二階導(dǎo)數(shù)譜與其余三種藿香的二階導(dǎo)數(shù)譜是有區(qū)別的，如南香沒有1059 cm-1處峰等，其余三種藿香的導(dǎo)數(shù)譜仍然是差別比較小，只是在各個峰的相對強度上有一些細微的差別。

圖6所示的不同產(chǎn)地廣霍香各個吸收峰的詳細對照表如表2所示。南香的吸收峰與湛香、牌香和肇香具有明顯的差異性。在本研究選擇的9 個主要吸收峰的對比中可以明顯地看到，有些峰的吻合性很好，僅有一個波數(shù)的差異性，如肇香的1108 cm-1、894 cm-1峰和南香的1107 cm-1、893 cm-1峰、牌香的1109 cm-1、894 cm-1峰，以及湛香的1108 cm-1、894 cm-1峰;有的主強峰卻差異性較大，如南香在1125 cm-1波數(shù)附近為一小峰，同樣在1059 cm-1處的吸收峰與其它三種具有明顯的差異性，相差了20多個波數(shù)。二階導(dǎo)數(shù)譜進一步驗證了南香的品質(zhì)較差，不能用來做藥的說法。由此可以將南香與其他三種廣藿香區(qū)分開來。但其他三種藿香的差別仍比較小。為此本研究又進行了四種藿香在860 ～1160 cm-1波數(shù)范圍的二維紅外同步相關(guān)等高線圖的比較。四種藿香的二維紅外同步相譜如圖7所示。

圖6 四種廣藿香的二階導(dǎo)數(shù)譜

表2 不同產(chǎn)地廣霍香的二階導(dǎo)數(shù)譜峰對比表

很明顯，圖7所示的廣霍香中的湛香、牌香和肇香共有6 個自動峰，分別在886 cm-1、947 cm-1、975 cm-1、1000 cm-1、1092 cm-1和1151 cm-1。南香有7 個自動峰，分別在887 cm-1、942 cm-1、974 cm-1、998 cm-1、1037 cm-1、1088 cm-1和1149 cm-1。與四種不同產(chǎn)地廣霍香的一維紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)譜的結(jié)果相一致，進一步佐證了與其它三個產(chǎn)地相比，南香藥材的差異性明顯地不同。

圖7 四種廣藿香的二維紅外同步相關(guān)譜

湛香、牌香和肇香共有6 個自動峰，在前面一維紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)譜分析中，三者的相似度較高，識別較困難。盡管這三者的二維相關(guān)紅外光譜有一定的相似性，但也能提供各藥材間的指紋特征。各藥材間二維譜的詳細對比如表3所示，首先是肇香在940 cm-1和1149 cm-1處的自動峰與牌香和湛香的947 cm-1和1151 cm-1處的自動峰明顯的不同，肇香在940 cm-1處的自動峰最強，而牌香和湛香在947 cm-1處為最強峰，兩者相差了7 個波數(shù)。對比中看到最難區(qū)別的應(yīng)是牌香和湛香，它們各自的自動峰位置和最強自動峰位置幾乎是一樣的，從中也進一步說明兩者的主體成分和非主題成分同樣有很大的相似性。但是，在高分辨的二維相關(guān)紅外光譜圖上可以觀察到，湛香1151 cm-1處的自動峰明顯強于牌香的自動峰，另外湛香947 cm-1處的交叉峰也明顯強于牌香的交叉峰。憑借自動峰和交叉峰的強弱可以用來作為鑒別牌香和湛香的依據(jù)。

表3 不同產(chǎn)地廣霍香的二維相關(guān)譜峰對比表

綜上所述，高分辨的、熱微擾的二維紅外相關(guān)譜可以鑒別四種廣藿香的產(chǎn)地，同時也可以看到肇香與牌香、湛香的品質(zhì)相近，但不完全相同，品質(zhì)最差的是南香，即海南產(chǎn)的廣藿香。

4 結(jié)論

四種不同產(chǎn)地的廣霍香(南香、湛香、牌香、肇香)的一維紅外光譜和高分辨的二階導(dǎo)數(shù)譜的結(jié)果相一致，確切地佐證了南香藥材與其它三個產(chǎn)地藥材相比具有明顯的差異性。二維紅外相關(guān)譜表明:肇香在940 cm-1的自動峰最強，而牌香和湛香在947 cm-1為最強峰，兩者相差了7 個波數(shù)。湛香1151 cm-1的自動峰明顯強于牌香的自動峰，另外湛香947 cm-1的交叉峰也明顯強于牌香的交叉峰。憑借自動峰和交叉峰的強弱即可以作為鑒別相似度較大的牌香和湛香的依據(jù)。

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