利用XRD和熱質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)巴戟天不同部位的分析

楊德忠,靳貴英,林生文

(廣東省食品藥品檢驗(yàn)所,廣州510180)

利用XRD和熱質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)巴戟天不同部位的分析

楊德忠,靳貴英,林生文

(廣東省食品藥品檢驗(yàn)所,廣州510180)

利用X射線衍射(X-ray diff raction,XRD)技術(shù)和熱質(zhì)聯(lián)用分析技術(shù)對(duì)中藥材巴戟天的不同部位進(jìn)行了研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn),巴戟天肉和巴戟天木芯具有不同的衍射特征和熱分析質(zhì)譜特征,說明這兩種現(xiàn)代方法可用于中藥材不同部位的鑒定.

X射線衍射;熱質(zhì)聯(lián)用;巴戟天;中藥材

巴戟天(Morinda)為茜草科巴戟天屬多年生攀援木質(zhì)藤本植物,別名巴戟、雞腸風(fēng)等,主要產(chǎn)于福建、廣東、廣西等地區(qū).巴戟天因其木芯質(zhì)量大、含糖量少等原因而多以肉質(zhì)的根入藥,和檳榔、益智、砂仁并列為我國(guó)著名的四大南藥,具有補(bǔ)腎壯陽、強(qiáng)筋骨、祛風(fēng)濕、固精髓、抗衰老、抗腫瘤和抗抑郁的作用,可用于治療陽痿遺精、宮冷不孕、月經(jīng)不調(diào)、少腹冷痛、風(fēng)濕痹痛、筋骨痿軟等癥狀[1-6].現(xiàn)代研究結(jié)果表明:巴戟天主要含有環(huán)烯醚萜、低聚糖、蒽醌、多糖、香豆素類、氨基酸、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、黃酮類、揮發(fā)油、甾體、酚類等多種化學(xué)成分,其中巴戟天的有效部位主要含有糖及蒽酮類,尤其是糖類具有促進(jìn)免疫等功效.巴戟天的炮制方法多樣,其中以巴戟天肉、鹽巴戟天和制巴戟天這三種炮制飲片的規(guī)格最為常見,其炮制方法沿襲至今并為現(xiàn)行版《中國(guó)藥典》收載,且明確規(guī)定需去除木芯[7-8].已有研究結(jié)果表明,巴戟天炮制方法的不同影響其多糖的含量[9].田少雄等[10]利用紫外法對(duì)巴戟天肉和巴戟天木芯進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)糖分主要分布在巴戟天肉中,木芯中含量較低,所以除芯可使藥材得到凈化,臨床用藥量更加準(zhǔn)確.黃珍珍[11]和Choi等[12]也通過多糖含量的測(cè)定比較出巴戟天肉和木芯具有一定的區(qū)別.巴戟天不同部位的比較研究多采用紫外法,普遍存在靈敏度不高、專屬性較差、差異性不明顯等缺點(diǎn).

近年來,X射線衍射(X-ray diff raction,XRD)和熱質(zhì)聯(lián)用技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到藥物分析之中.這些先進(jìn)技術(shù)可以提供更加詳細(xì)的樣品圖譜信息,為探究藥物的本質(zhì)規(guī)律起到重要作用[13-20],其中粉末XRD技術(shù)已發(fā)展成為最重要的材料分析測(cè)試技術(shù)之一,具有操作簡(jiǎn)便、迅速、信息全面、樣品用量少、對(duì)樣品無損害、無污染、衍射強(qiáng)度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[21-23].物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了其XRD圖譜,圖譜中攜帶著大量豐富的物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息,可用于樣品的結(jié)構(gòu)測(cè)定,進(jìn)而能從樣品的結(jié)構(gòu)探究樣品的性能、屬性的根源[24].熱質(zhì)聯(lián)用技術(shù)突破了傳統(tǒng)的熱分析技術(shù)的應(yīng)用范圍,除了對(duì)程序升溫過程中樣品出現(xiàn)的質(zhì)量、熱量變化等進(jìn)行測(cè)定外,還能同時(shí)對(duì)其逸出的氣體組分進(jìn)行質(zhì)譜表征.因此,熱質(zhì)聯(lián)用技術(shù)在化工、航天、生物、醫(yī)藥等研究中得到日益廣泛的應(yīng)用[25-29].本工作利用粉末XRD和熱質(zhì)聯(lián)用分析技術(shù),對(duì)巴戟天藥材的不同部位(肉和木芯)進(jìn)行了詳細(xì)研究,獲得了巴戟天不同部位的XRD圖譜和特征標(biāo)記峰值,以及二者在熱分析質(zhì)譜方面的區(qū)別,為巴戟天不同藥效部分的深入研究提供了新的思路.

1 實(shí)驗(yàn)材料

粉末X射線衍射儀(Rigaku U ltimaⅣ型,配10位旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái),日本理學(xué)公司);BLK II-5FF-RL冷卻循環(huán)水系統(tǒng)(北京眾合創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限公司);Thermo Mass Photo型熱分析質(zhì)譜聯(lián)用儀(日本理學(xué)公司);A11basic型粉碎機(jī)(德國(guó)IKA公司);標(biāo)準(zhǔn)100目網(wǎng)篩,對(duì)應(yīng)篩孔尺寸為0.15mm.巴戟天藥材經(jīng)廣東省食品藥品檢驗(yàn)所中藥室鑒定并提供.

2 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

2.1 樣品的制備

將巴戟天藥材除去外表所附泥沙,清理干凈,抽離木芯.分別將巴戟天肉和木芯用粉碎機(jī)打碎,并過100目篩.將樣品直接放置于衍射儀所配圓形樣品盤上,緊壓密實(shí)后進(jìn)行測(cè)試.將樣品直接放置于熱分析質(zhì)譜儀所配置的氧化鋁樣品盤上,上機(jī)測(cè)試.

2.2 粉末XRD實(shí)驗(yàn)條件

Cu Kα石墨單色器,管壓為40 kV,管流為40mA;連續(xù)掃描方式,2θ掃描范圍為8?～60?,掃描速度為5(?)/min,掃描步長(zhǎng)為0.02(?)/min;樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度為60 r/min;發(fā)散狹縫為1/2?,限高狹縫為10mm,防散射狹縫和接收狹縫均為開放狀態(tài).

2.3 熱質(zhì)聯(lián)用實(shí)驗(yàn)條件

本工作所用熱重分析儀與質(zhì)譜儀的接口為一雙孔結(jié)構(gòu)錐形分離器(Skimmer),Skimmer與樣品同置于爐膛內(nèi),且長(zhǎng)度很短,避免了由毛細(xì)管連接的熱分析質(zhì)譜儀在逸出氣體傳送過程中發(fā)生的凝結(jié)、變質(zhì)及熱失重與質(zhì)譜測(cè)試不同步的問題.儀器配有光離子源(photonionization, PI)和電子碰撞電離源(electron-impact ionization,EI)兩種離子源,其中PI是一種軟電離,幾乎不產(chǎn)生碎片,可直接測(cè)定逸出的有機(jī)氣體的分子量.

本工作的測(cè)試條件如下:樣品量為5±2 mg;m/z=5～410;氣氛為He氣,流速為300 mL/min;升溫速率為5?C/min;使用PI時(shí)的溫度范圍為室溫～600?C,使用EI時(shí)的溫度范圍為室溫～250?C.

3 結(jié)果與討論

3.1 粉未XRD分析

3.1.1 掃描速度的影響

本工作研究了不同掃描速度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響.結(jié)果表明,隨著掃描速度的增加,實(shí)驗(yàn)所耗時(shí)間越短,但同時(shí)背景值偏高,峰形較差;而隨著掃描速度的降低,掃描時(shí)間增加,但基線較為平整,峰形較好.綜合考慮,本工作選取了5(?)/min的掃描速度.

3.1.2 樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度的影響

本工作研究了不同樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響.結(jié)果表明,樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度越慢,儀器所采集的晶面數(shù)據(jù)相對(duì)較少,代表性較弱;而旋轉(zhuǎn)速度較快,對(duì)儀器的損傷較大,且較快的轉(zhuǎn)速可能會(huì)導(dǎo)致樣品臺(tái)上的樣品粉末甩出灑落,污染機(jī)器.綜合考慮,本工作選取了60 r/min的旋轉(zhuǎn)速度.

3.1.3 XRD分析

圖1為在上述優(yōu)化條件下,巴戟天不同部位的粉末XRD圖.因巴戟天屬于植物性藥材,不同于金屬、礦物等無機(jī)材料,其主要以無定型態(tài)存在,所以巴戟天在2θ為20?左右出現(xiàn)了較大的包峰.由圖1可知,巴戟天不同部位的XRD衍射峰不論在數(shù)量上還是強(qiáng)度上都存在著很大的差異性.通常XRD圖譜中衍射峰的絕對(duì)強(qiáng)度意義不大,而是采用相對(duì)強(qiáng)度I/I0的方式進(jìn)行分析,即將衍射圖譜中最強(qiáng)的衍射峰強(qiáng)度記為I0,其他峰與其進(jìn)行比較.本工作使用晶面間距d(nm)和相對(duì)強(qiáng)度I/I0來表示XRD實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),記為d/(I/I0).

圖1 巴戟天肉和木芯的XRD圖譜F ig.1 XRD patterns of Morinda meat and core

由圖1可見,巴戟天木芯(上方曲線)的XRD圖譜共有29個(gè)衍射峰,分別為0.734/10, 0.591 54/100,0.579 6/25,0.548/14,0.501 1/7,0.411 2/30,0.364 20/73,0.308/5,0.297 1/26, 0.295 9/25,0.291 1/11,0.283 8/7,0.249 19/12,0.242 52/73,0.235 36/31,0.225 86/8, 0.221 20/3,0.213 4/2,0.208 99/81,0.197 57/8,0.195 39/6,0.193 27/6,0.188 96/3, 0.184 8/2,0.182 29/5,0.179 32/3,0.173 64/5,0.170 00/2,0.158 8/2;巴戟天肉的XRD圖譜共有23個(gè)衍射峰,分別為0.733 5/88,0.592 3/40,0.580 6/14,0.542 9/20,0.500 9/62, 0.485 8/10,0.410 5/93,0.364 37/31,0.338 9/9,0.334 74/51,0.319 5/6,0.296 43/18,0.291 2/9, 0.284 2/4,0.258 3/5,0.249 9/5,0.24813/17,0.242 60/87,0.235 20/12,0.220 4/3,0.209 10/100, 0.182 54/6,0.182 0/3.

分析以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),巴戟天的不同部位(木芯和肉)有著共同的特征參數(shù)——晶面間距d為0.73,0.59,0.58,0.54,0.50,0.41,0.36,0.29,0.28,0.24,0.22,0.21和0.18 nm.下列峰可作為巴戟天肉的XRD特征標(biāo)記峰值:0.733 5/88,0.592 3/40,0.580 6/14,0.542 9/20, 0.500 9/62,0.485 8/10,0.410 5/93,0.364 37/31,0.334 74/51,0.319 5/6,0.296 43/18, 0.24813/17,0.24260/87,0.23520/12和20910/100.而以下峰可作為巴戟天木芯的XRD特征標(biāo)記峰值:0.734/10,0.591 54/100,0.579 6/25,0.548/14,0.501 1/7,0.411 2/30, 0.364 2/73,0.295 9/25,0.291 1/11,0.283 8/7,0.249 19/12,0.242 52/73,0.235 36/31, 0.225 86/8,0.221 20/3和0.208 99/81.從以上數(shù)值可以看出,二者之間含有相似的晶體.另外由于生長(zhǎng)部位的不同,以及所受氣候、溫度、土壤等外界條件影響,各自又存在一些不同的特征值.根據(jù)這些特征值就可以明確二者之間的區(qū)別,通過不同樣品的圖譜及數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)部位的鑒別.

3.2 熱質(zhì)聯(lián)用分析

圖2為測(cè)試得到的巴戟天肉和木芯的熱質(zhì)聯(lián)用三維矩陣圖,其中橫坐標(biāo)為溫度,縱坐標(biāo)為質(zhì)荷比,z軸為離子響應(yīng)強(qiáng)度.由圖可見,隨著溫度的升高,巴戟天不同部位逸出氣體的情況明顯不同.

圖2巴戟天肉和木芯的熱質(zhì)聯(lián)用三維矩陣圖Fig.2 Three-dimensional matrix graphs of thermoanalysis-mass spectrometry of Morinda meat and core

圖3 為測(cè)試所得巴戟天肉和木芯的熱重(thermogravimetric,TG)和微商熱重(derivative TG,DTG)分析曲線.由圖可知,巴戟天的兩個(gè)不同部位都出現(xiàn)了兩個(gè)連續(xù)的失重階段.巴戟天肉的第一失重階段為50.6～244.9?C,失重率為34.70%,最大失重速率處的溫度為209.7?C;第二失重階段為244.9～512.1?C,失重率為36.46%,最大失重速率處的溫度為317.7?C.巴戟天木芯的第一失重階段為52.1～239.1?C,失重率為22.72%,最大失重速率處的溫度為205.9?C;第二失重階段為239.1～529.1?C,失重率為51.68%,最大失重速率處的溫度為325.1?C.比較二者后發(fā)現(xiàn),巴戟天木芯在483?C處還出現(xiàn)了一個(gè)很小的失重區(qū).

圖4為巴戟天肉和木芯兩個(gè)失重階段中最大失重速率處的質(zhì)譜圖.由圖可見:第一失重階段兩個(gè)部位的逸出氣體基本相同,是相對(duì)分子質(zhì)量為126的物質(zhì),巴戟天肉中該物質(zhì)的逸出濃度相對(duì)較高;而在第二失重階段,兩個(gè)部位的逸出氣體情況差別較大,相對(duì)分子質(zhì)量為150, 154,166的物質(zhì)在巴戟天肉的質(zhì)譜圖中沒有發(fā)現(xiàn),相對(duì)分子質(zhì)量為144的物質(zhì)在巴戟天木芯的質(zhì)譜圖中沒有發(fā)現(xiàn),相對(duì)分子質(zhì)量為126的物質(zhì)在巴戟天肉中的逸出濃度最高,相對(duì)分子質(zhì)量為98的物質(zhì)在巴戟天木芯中的逸出濃度最高.

圖3 巴戟天肉和木芯的熱重分析曲線Fig.3 TG-DTG curves of Morindameat and core

圖4 巴戟天肉和木芯兩個(gè)失重階段中最大失重速率處的質(zhì)譜圖Fig.4 Mass spectrometry of Morinda meat and core at the maximumrates with the two loss-weight stages

因?yàn)橹兴幉陌完斓幕瘜W(xué)成分非常復(fù)雜,且在測(cè)試中隨著溫度的升高其某些成分還會(huì)發(fā)生分解.為了對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量為126的物質(zhì)進(jìn)行定性分析,本工作又以EI為離子源,在室溫～245?C范圍內(nèi)對(duì)巴戟天肉進(jìn)行了測(cè)試.經(jīng)檢索美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn),此物質(zhì)可能為甘露糖,匹配度為70%(見圖5).甘露糖可能是巴戟天肉中所含的耐斯糖受熱分解的產(chǎn)物.以巴戟天肉為例,圖6列出了水的提取離子流色譜圖.由圖可知,巴戟天肉在失重初期主要是水分的逸出,而在200～250?C時(shí)由于糖類等大分子物質(zhì)的分解產(chǎn)生大量的水.

圖5 NIST數(shù)據(jù)庫(kù)檢索匹配率最高的物質(zhì)F ig.5 Highestmatch material in NIST database

圖6 水的提取離子流色譜圖F ig.6 Chromatography of extraction ion flow of water

綜上分析,巴戟天肉和木芯都是以兩個(gè)不同的臺(tái)階分解,但是兩個(gè)部位失重的臺(tái)階又各不相同.巴戟天肉的失重臺(tái)階范圍為50～420?C,失去近75%的重量;而巴戟天木芯的失重臺(tái)階范圍為200～400?C,失去近43%的重量,其原因可能是巴戟天肉中含水量和結(jié)晶物質(zhì)較多.此外,巴戟天肉降解產(chǎn)物的釋放范圍要寬于巴戟天木芯,表明巴戟天木芯中含有的降解產(chǎn)物結(jié)合得更為牢固,而巴戟天肉的降解產(chǎn)物結(jié)合相對(duì)較弱,可能是受到其所含水合物及多糖的影響[9].

4 結(jié)束語

從巴戟天肉和木芯的XRD圖譜可以看出,二者的幾何拓?fù)鋱D形存在一定的相似性,說明二者的歸屬一致,但因所在部位的不同,二者又呈現(xiàn)出較大的差異性.總體來說,巴戟天木芯在衍射峰的數(shù)量和強(qiáng)度上都較強(qiáng)于巴戟天肉,說明巴戟天木芯的晶化程度較高、晶粒較大,相對(duì)應(yīng)晶面的生長(zhǎng)也較為有序.利用這種差異就可以使用XRD技術(shù)對(duì)巴戟天不同部位進(jìn)行鑒別,從而可以推廣至其他中藥材種類和部位的鑒別.

巴戟天樣品的熱質(zhì)分析進(jìn)一步佐證了二者之間存在的差別,并且可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控不同時(shí)間條件下,樣品降解所產(chǎn)生的變化,獲得大量信息.但由于中藥材成分復(fù)雜,對(duì)于其降解產(chǎn)物的歸屬還需要進(jìn)一步探究.

總而言之,利用粉末XRD技術(shù)和熱質(zhì)聯(lián)用技術(shù)等現(xiàn)代分析手段可以鑒別復(fù)雜的中藥材,尤其對(duì)于同一藥材的不同部位也可進(jìn)行精細(xì)區(qū)分.

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Analysis of d iff erent parts of Morinda using XRD and thermoanalysis-mass spectrometry techniques

YANG Dezhong,JIN Guiying,LIN Shengwen
(Guangdong Institute for D rug Control,Guangzhou 510180,China)

This paper studies the diff erent parts ofMorinda with X-ray diff raction(XRD) and thermoanalysis-mass spectrometry techniques.The results show that diff erent parts of Morinda have diff erent XRD characteristics and thermoanalytic characteristics.The two methods can be used for identification of diff erent parts of Chinese herbalmedicine.

X-ray diff raction(XRD);thermoanalysis-mass spectrometry;Morinda; Chinese herbalmedicine

O 722

A

1007-2861(2017)04-0628-08

DO I:10.12066/j.issn.1007-2861.1693

2015-09-25

廣東省科技廳基金資助項(xiàng)目(2014A040401047);廣東省中醫(yī)藥局科研資助項(xiàng)目(20162032)

靳貴英(1977—),女,副主任藥師,博士,研究方向?yàn)樗幬锓治黾皺z測(cè).E-mail:jingy654321@126.com