黃山貢菊不同部位的紅外光譜分析

張燕飛，徐蕓蕓，鮑智君，魏威，徐慶東

(黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山245041)

黃山貢菊不同部位的紅外光譜分析

張燕飛，徐蕓蕓，鮑智君，魏威，徐慶東

(黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山245041)

采用傅立葉變換紅外光譜技術(shù)對(duì)黃山貢菊花瓣、花萼、莖和葉4個(gè)部位的紅外光譜及二階導(dǎo)數(shù)譜進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明黃山貢菊的紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)譜圖特征峰差異明顯。紅外光譜顯示黃山貢菊花瓣、花萼、莖、葉共有的成分主要有揮發(fā)油、黃酮類、脂肪類和糖苷類，但是4個(gè)部位的成分含量有明顯的差別。二階導(dǎo)數(shù)譜圖證實(shí)各部位主要成分的差異較大，莖中的揮發(fā)油含量明顯多于其他部位，花瓣和花萼中的黃酮類含量較多，并且花瓣中的多糖與其他部分差異較大。因此，二階導(dǎo)數(shù)光譜為黃山貢菊不同部位的成分差異分析提供了快速、有效的方法。

黃山貢菊；不同部位；紅外光譜；二階導(dǎo)數(shù)譜；雙指標(biāo)法

1 前言

貢菊生長(zhǎng)環(huán)境較為特殊，對(duì)于海拔的要求較高，主要盛產(chǎn)于黃山市（原徽州地區(qū)）的績(jī)溪、休寧、黟縣、歙縣等地，又稱為黃山貢菊或徽州貢菊。黃山貢菊形態(tài)優(yōu)美，香味馥郁，無論是飲用還是藥用都負(fù)有盛名，因此被國(guó)人稱作“民族瑰寶”、“菊中之冠”[1]。自古以來，黃山貢菊以其獨(dú)特的藥用價(jià)值而被人們所廣泛關(guān)注[2]。隨著藥學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)貢菊的研究工作也逐漸展開，已經(jīng)證實(shí)了其富含綠原酸、揮發(fā)油、黃酮類以及氨基酸等成分[3，4]。在肝虛目暗、發(fā)熱頭痛、風(fēng)熱感冒、痙攣抽搐等方面的藥用價(jià)值[5，6]。

不同部位因其所含的成分不同，其藥用價(jià)值也各不相同。確定不同成分中的主要官能團(tuán)有助于了解組分分子的組成。紅外光譜技術(shù)是一種較為常見的工具，即利用未知物紅外光譜吸收峰的情況來對(duì)分子構(gòu)造、分子基團(tuán)情況展開推斷的傅里葉變換紅外光譜。重復(fù)性較佳、波數(shù)較為準(zhǔn)確、靈敏度較高是這項(xiàng)技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)所在，這項(xiàng)技術(shù)可以用于納米級(jí)樣品的分析與鑒定工作。從客觀上來講，所有樣品都可以使用紅外光譜來進(jìn)行分析。尤其適用于糧食、有機(jī)物、各種礦物等的分析[7-9]。紅外光譜儀廣泛應(yīng)用于對(duì)化合物的鑒定、位置化合物的架構(gòu)分析、相變、結(jié)構(gòu)瞬變關(guān)系、化合物定量分析、晶變、材料拉伸、化合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域的分析工作。研究各種菊花的文章有很多，但是對(duì)黃山貢菊各部位的不同成分的研究很少。本實(shí)驗(yàn)采用紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)、相關(guān)性分析對(duì)黃山貢菊4個(gè)不同部位的化學(xué)成分含量差異進(jìn)行研究，為黃山貢菊的綜合開發(fā)利用提供了基礎(chǔ)研究資料。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

儀器：天津市港東科技發(fā)展股份有限公司的FTIR-850紅外光譜儀(技術(shù)指標(biāo)：光譜范圍7800～350cm-1、分辨率0.5cm-1、掃描累加次數(shù)32次、波數(shù)精度0.01cm-1)、DF-4壓片機(jī)、HW-3A溫控紅外烘箱、GZX-9030MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱。

溴化鉀（分析純），去離子水，樣品。

黃山貢菊購于安徽省黃山市歙縣北岸鎮(zhèn)。

2.2 樣品制備

樣品制備：將花瓣、花萼、莖、葉樣品放入干燥箱，將干燥箱溫度調(diào)至50℃干燥48小時(shí)后取出，將不同材料分別放入研缽中研磨粉碎，放入100目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩選，獲得樣品備用。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理

紅外測(cè)試：各取花瓣、葉、花萼、莖3mg左右的粉末放到瑪瑙研缽中，加入溴化鉀200mg，在紅外烤燈下將樣品研磨均勻，10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓制10s得到樣品壓片。將樣品片置于紅外光譜儀中進(jìn)行掃描測(cè)定，運(yùn)行FTIR軟件獲得樣品的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)表，采用OriginLab公司的Origin8.5操作軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分別獲得各部位的一維紅外光譜圖和二階導(dǎo)數(shù)光譜圖。

2.4 精密度試驗(yàn)

取樣品少許，按2.3實(shí)驗(yàn)方法連續(xù)測(cè)定5次，得其紅外圖譜并計(jì)算各圖譜間的相關(guān)系數(shù)（r）及RSD。

3 結(jié)果與分析

3.1 黃山貢菊不同部位紅外光譜分析

樣品的精密度結(jié)果為r＞0.9978，RSD＜0.35%（n=5），表明本方法精密度較好。圖1為黃山貢菊花瓣、花萼、莖、葉4個(gè)部位的紅外光譜圖，觀察紅外光譜圖可以發(fā)現(xiàn)各部位具有不同的紅外光譜特征。通過對(duì)照峰強(qiáng)情況能夠得出如下結(jié)論，即貢菊的4個(gè)部位的主體成分是較為相似的。在對(duì)已有文獻(xiàn)展開細(xì)致的分析與思考的基礎(chǔ)上[10,11]，紅外光譜顯示黃山貢菊花瓣、花萼、莖、葉共有的成分主要有揮發(fā)油、黃酮類、脂肪類和糖苷類。對(duì)照表1來進(jìn)行紅外吸收峰的指認(rèn)歸屬工作，共有較強(qiáng)吸收峰振動(dòng)情況為：酯類物質(zhì)中羰基的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)于～1730cm-1處，羥基伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在～3400cm-1附近，亞甲基的飽和碳?xì)渖炜s振動(dòng)出現(xiàn)于3000-2800cm-1附近，多糖的CH平面彎曲振動(dòng)出現(xiàn)在～800cm-1附近，糖類的C-O伸縮振動(dòng)出現(xiàn)于～1060cm-1附近。

圖1 黃山貢菊花瓣、花萼、莖、葉的紅外光譜圖

在黃山貢菊的紅外特征的指導(dǎo)下，對(duì)圖1展開了區(qū)段劃分。主要?jiǎng)澐譃閰^(qū)段一、區(qū)段二、區(qū)段三、區(qū)段四和區(qū)段五，分別處于（3450-3350cm-1）、（3000-2800cm-1）、（1800-1350cm-1）、（1300-1000cm-1）和（900-600cm-1）。（3450-3350cm-1）處歸屬為羥基與氨基的伸縮振動(dòng)，受揮發(fā)油類特征的影響。（3000-2800cm-1）區(qū)段內(nèi)歸屬為亞甲基的飽和碳?xì)渖炜s振動(dòng)特征峰，受黃酮類的影響。（1800-1350cm-1）區(qū)段出現(xiàn)兩種振動(dòng)峰，分別為伸縮振動(dòng)峰以及C=C或芳環(huán)骨架的振動(dòng)疊加峰，出現(xiàn)于～1730cm-1和1640cm-1，可以歸屬為多糖類以及苷類的紅外吸收。（1300-1000cm-1）區(qū)段在～1060cm-1處出現(xiàn)了C-O伸縮振動(dòng)峰。（900-600cm-1）區(qū)段多為碳水化合物的振動(dòng)吸收峰，在～800cm-1處的吸收峰為多糖的C-H平面彎曲振動(dòng)。黃山貢菊4個(gè)部位的主要紅外吸收峰及其歸屬如表1所示。

表1 黃山貢菊4個(gè)部位的主要紅外吸收峰及其指認(rèn)

3.2 黃山貢菊不同部位二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜分析

二階導(dǎo)數(shù)光譜主要借助一階導(dǎo)數(shù)光譜的再次求導(dǎo)而得到。二階導(dǎo)數(shù)譜能夠呈現(xiàn)出許多一次譜圖中被覆蓋的斜率變化特征。圖2為黃山貢菊4個(gè)部位在3500-1800cm-1波段的二階導(dǎo)數(shù)譜圖，在高分辨的二階導(dǎo)數(shù)譜圖中黃山貢菊不同部位的譜峰特征顯著增多。該圖可以明顯分為兩組，一組是花萼及花瓣，這兩者的二階導(dǎo)數(shù)譜峰比較相似；另一組是莖與葉，它們的二階導(dǎo)數(shù)譜圖也較為相似。在2360cm-1處，兩個(gè)小組的紅外光譜沒有明顯的區(qū)別，但是在二階導(dǎo)數(shù)譜圖上兩個(gè)小組存在明顯差異，表明花萼及花瓣的化學(xué)組成較為接近。

圖2 黃山貢菊花瓣（a）、花萼（b）、莖（c）、葉（d）3500-1800cm-1的二階導(dǎo)數(shù)譜

對(duì)黃山貢菊4個(gè)部位在1800-600cm-1進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)光譜進(jìn)行分析，如圖3所示。黃山貢菊一維紅外光譜圖中的～1730cm-1附近的羰基的伸縮振動(dòng)峰和在1640cm-1附近的芳環(huán)骨架（或C=C）振動(dòng)吸收峰，在二階導(dǎo)數(shù)譜中被分裂成1800-1350cm-1的吸收峰。這4個(gè)部位峰形狀和相對(duì)強(qiáng)度存在差別，尤其是花萼及花瓣在二階光譜的1800-1350cm-1處吸收較為相似，與莖、葉的譜圖存在明顯不同，表明貢菊4個(gè)部位中花瓣和花萼的醌類物質(zhì)和芳香族化合物含量較莖葉高，在花瓣和花萼含有較多的總黃酮。

黃山貢菊一維紅外光譜圖中的1060cm-1附近歸屬C-O為伸縮振動(dòng)主要分布，主要表征多糖成分以及苷類成分的紅外吸收。二階紅外光譜圖在1060cm-1附近的吸收峰更明顯，其中花瓣的吸收峰較弱，表明其多糖和苷類成分較少。糖環(huán)的C-H振動(dòng)峰出現(xiàn)于～800cm-1處，極性接近于醋酸乙醚成分的特征峰為～840cm-1處，而極性較大的多糖類成分的特征峰為～780cm-1。圖3的二階導(dǎo)數(shù)譜顯示花瓣在～780cm-1、～840cm-1處的特征峰強(qiáng)于其他3個(gè)部位對(duì)應(yīng)的特征峰，表明花瓣多糖的C-H振動(dòng)較強(qiáng)，其多糖中的C-H含量與其他3個(gè)部位有較大區(qū)別。

圖3 黃山貢菊花瓣（a）、花萼（b）、莖（c）、葉（d）1800-600cm-1的二階導(dǎo)數(shù)譜

4 結(jié)論

通過黃山貢菊不同部位的紅外光譜圖和二階導(dǎo)數(shù)譜圖，研究了黃山貢菊花瓣、花萼、莖和葉4個(gè)不同部位化學(xué)成分的差異。紅外光譜顯示黃山貢菊花瓣、花萼、莖、葉共有的成分主要有揮發(fā)油、黃酮類、脂肪類和糖苷類。黃山貢菊的二階導(dǎo)數(shù)譜反應(yīng)出4個(gè)部位成分的不同，其中莖中的揮發(fā)油含量明顯多于其他部位，花瓣和花萼中的黃酮類含量較多，并且花瓣中的多糖與其他部分差異較大。結(jié)果證明，二階導(dǎo)數(shù)光譜圖可以宏觀地反映出黃山貢菊各部位主體成分的相關(guān)信息，為以后化學(xué)成分的精確分析提供了參考。

[1]洪利平.黃山貢菊發(fā)展前景及其種植技術(shù)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2013，19(04)：53-54.

[2]王婷婷,王少康,黃桂玲,等.菊花主要活性成分含量及其抗氧化活性測(cè)定[J].食品科學(xué),2013,34(15):95-99.

[3]呂琳,秦民堅(jiān),吳剛,等.不同種源野菊及菊花的揮發(fā)油成分分析[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2007,16(1):53-57.

[4]顧耀華.秦民堅(jiān).我國(guó)藥用菊花的化學(xué)及藥理學(xué)研究新進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)科大學(xué)中藥資源教研室,2004,23(6)：7-9.

[5]張曉媛;段立華;趙丁.菊花化學(xué)成分及藥理作用的研究[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2008,7(2)：17-19.

[6]彭少平,蘆金清.金菊花的化學(xué)成分研究[J].中草藥,2006,37(1)：38-39.

[7]渠磊.七種莖木類藥材紅外表征鑒定方法研究[D].北京：北京中醫(yī)藥大學(xué),2016：12.

[8]張燕飛,潘樂,徐慶東,等.不同番薯紅外光譜的雙指標(biāo)序列分析[J].江蘇第二師范學(xué)院學(xué)報(bào),2016,32(12):37-40.

[9]劉海萍,汪維云,孫冬冬,等.糯稻根藥材紅外光譜的鑒定與分析[J].藥物分析雜志,2016,36(03):505-512.

[10]瞿璐,王濤,董勇喆,等.菊花化學(xué)成分與藥理作用的研究進(jìn)展[J].藥物評(píng)價(jià)研究,2015,(01):98-104.

[11]劉青.彭廣芳.我國(guó)八大主流菊花商品揮發(fā)油含量測(cè)定[J].時(shí)珍國(guó)藥研究，1996，7（4）：234-236.

Infrared Spectrum Analysis of Different Parts of Florists Chrysanthemum

Zhang Yanfei,Xu Yunyun,Bao Zhiwei,Wei Wei,Xu Qingdong
(School of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Infrared spectra and second-order derivative spectrum of florists chrysanthemum’s four parts including pedals,calyx,stem and leaves are studied and evaluated.The results show that the infrared spectra and second-order derivative spectra of different parts have obviously different characteristic peaks.The infrared spectra shows the common components of petals,calyx,stem and leaves are volatile oil,flavonoids,fat and glycosides;however,their composition content in the four parts is obviously different.The major components differences can be seen clearly by the second-order derivative spectrum,among which the volatile oil content in the stem is obvious higher than that in other parts;the flavonoids contents in petals and calyx are the most;and the polysaccharide content in petals is significantly different from that in other parts.It shows the second-order derivative spectrum provides a quick and effective way for analyzing the compositional difference among different parts of florists chrysanthemum.

florists chrysanthemum;different parts;infrared spectrum;second-order derivative spectrum;double-index method

O657.32；Q946

A

1672-447X(2017)05-0023-004

2017-08-19

安徽省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目（KJHS2015B14）；黃山學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目（2015xkj003）；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201610375043）

張燕飛（1977-），安徽歙縣人，碩士，黃山學(xué)院信息工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)楣庑畔⒐こ獭?/p>

責(zé)任編輯：胡德明