朱砂生品和炮制品X-射線衍射Fourier指紋圖譜比較研究

李 蕾，王興達(dá)，韓泳平

(西南民族大學(xué)藥學(xué)院，四川 成都 610041)

朱砂(Cinnabaris)為常用礦物類中藥材.主要成分為硫化汞(HgS).在中醫(yī)臨床中有較多的應(yīng)用.如在天王補(bǔ)心丹、紫雪丹等著名中成藥中[1]均有使用.由于不同地區(qū)的環(huán)境差異和成礦機(jī)制不同，會(huì)導(dǎo)致朱砂的伴生礦物等會(huì)有所不同，進(jìn)而影響療效.由于其含有少量氯化汞、游離汞及其它組分，有一定的毒副作用[2-3].為使朱砂適應(yīng)于不同藥用要求，臨床上使用的朱砂需通過炮制處理后供為藥用，目前臨床上炮制方法多為水飛法[4]，近年來對(duì)朱砂生品及炮制品的質(zhì)量研究已有一定報(bào)道[5-8].X-射線衍射(XRD)用于結(jié)晶物質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究具有專屬性強(qiáng)、結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)[9-12]，本文利用XRD技術(shù)對(duì)朱砂生品和炮制品進(jìn)行分析，測(cè)定其XRD Fourier指紋圖譜，并對(duì)比炮制前后朱砂XRD Fourier圖譜的變化，對(duì)生品和炮制品的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為朱砂的合理用藥提供依據(jù).

1 儀器與材料

1.1 藥材

朱砂礦石采購與成都市荷花池藥材市場(chǎng)，朱砂生品及炮制品均經(jīng)過西南民族大學(xué)李瑩博士鑒定為硫化物礦類辰砂族辰砂的天然礦石，樣品均符合《中國藥典》2015年版一部項(xiàng)下規(guī)定，留樣保存于西南民族大學(xué)中藥鑒定實(shí)驗(yàn)室.11批樣品分別編號(hào)為S1～S11，產(chǎn)地見表1.

1.2 儀器

D/max-2500/PC型轉(zhuǎn)靶X衍射儀，日本理學(xué)公司；十萬分之一電子分析天平，上海精密儀器科學(xué)有限公司.

表1 朱砂的樣品來源Table 1 The sample source of cinnabar

2 方法與結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

石墨彎晶單色器；Cu靶；管壓36 Kv；管流20 mA；狹縫寬度 DS=SS=1°，RS=0.3 mm；掃描范圍20 ～80o(2θ)，掃描速度 2o/min，步長0.02o.

2.2 供試品制備

2.2.1 朱砂生品的制備

取11批品朱砂藥材研磨過篩(200目)，即得.

2.2.2 朱砂炮制品的制備

采用中國藥典所載方法——水飛法[11].11批炮制樣品經(jīng)鑒定符合2015版藥典項(xiàng)下規(guī)范.

2.3 朱砂生品、炮制品指紋圖譜的建立

11批朱砂生品和炮制品各取適量壓片，進(jìn)行X射線粉末衍射實(shí)驗(yàn)，得到各批次朱砂生品和炮制品X射線衍射后圖譜數(shù)據(jù)，應(yīng)用jade8.0作圖軟件及MATLAB數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)朱砂生品和炮制品進(jìn)行背景扣除、基線平滑、尋峰處理，分別得到11批朱砂生品和炮制品的XRD Fourier圖譜，結(jié)果見圖1和圖2.并對(duì)11批朱砂生品和炮制品圖譜做疊加平均(按平均數(shù)法和中位數(shù)法)，建立朱砂生品和炮制品的對(duì)照XRDFourier指紋圖譜，見圖3和圖4.

圖1 11批朱砂生品的XRDFourier圖譜Fig.1 XRD Fourier patterns of eleven batches of Cinnabar

圖2 11朱砂炮制品的XRDFourier圖譜Fig.2 XRD Fourier patterns of eleven batches of processed products

圖3 11批朱砂生品及炮制品的平均值對(duì)照XRDFourier指紋圖譜a.生品；b.炮制品Fig.3 The average reference XRD Fourier fingerprint of eleven batches of raw and processed cinnabar products a.Cinnabar；b.processed products

圖4 11批朱砂生品及炮制品的中位數(shù)對(duì)照XRDFourier指紋圖譜a.生品；b.炮制品Fig.4 The median reference XRD Fourier fingerprint of eleven batches of raw and processed cinnabar products a.Cinnabar；b.processed products

2.4 XRD-Fourier指紋圖譜分析

2.4.1 XRD圖譜峰標(biāo)定

設(shè)定尋峰條件為峰寬1.0，峰高 2.0，最小峰高1.5，根據(jù)布拉格公式 2dsinθ =n λ(n=1，λ =1.542 8×10-10)可求得晶格間距(d)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中以d/(I/Io)表示其衍射峰值，d為晶格間距(nm)，I為峰高，I/I0為衍射相對(duì)強(qiáng)度[13-14].各樣品的峰值2θ及晶格間距d見表2.

2.4.2 平均值共有峰

按2.4.1項(xiàng)下尋峰條件，運(yùn)用MATLAB軟件于平均值對(duì)照XRD Fourier指紋圖譜中找尋共有峰.經(jīng)分析、比較，選取強(qiáng)度較大的共有特征峰，其中生品共有特征峰17個(gè)，炮制品共有特征峰15個(gè)結(jié)果見表3.

2.4.3 中位數(shù)共有峰

在相同條件下，運(yùn)用MATLAB軟件于中位數(shù)對(duì)照XRD Fourier指紋圖譜中找尋共有峰.結(jié)果見表4.

表3 11批朱砂生品和炮制品峰高平均數(shù)共有峰比較Table 3 d，IandI/I0in average reference powder XRD-Fourier fingerprints of raw and processed cinnabar products

表4 11批朱砂生品和炮制品峰高中位數(shù)共有峰比較Table 4 d，IandI/I0in median reference powder XRD-Fourier fingerprints of raw and processed cinnabar products

2.5 相似度比較

應(yīng)用MATLAB分析軟件對(duì)朱砂生品和炮制品X射線衍射圖譜作數(shù)據(jù)處理，各樣品的相關(guān)系數(shù)和相似度按夾角余弦法和相關(guān)系數(shù)法分別計(jì)算，結(jié)果見表5.11批生品中除S8樣品外，其余樣品相似度均在95%以上，所有炮制品的相似度均在95%以上.可建立朱砂生品、炮制品的XRD指紋圖譜.

2.6 聚類分析

以朱砂生品XRD Fourier指紋圖譜中17個(gè)共有峰為指標(biāo)，通過SPSS19.0軟件對(duì)11批樣品進(jìn)行聚類分析，聚類方法為Ward法[15]，距離類型為歐氏距離平方，得到11批朱砂樣品的聚類分析圖(圖5).從聚類分析圖可以看出，當(dāng)距離標(biāo)尺在15時(shí)11批樣品可以分為2類：S4～S10號(hào)樣品為一類，S1～S3、S11號(hào)樣品為一類.當(dāng)距離標(biāo)尺在25時(shí)，所有樣品才歸為一類.聚類分析顯示樣品在整體特征上表現(xiàn)出一致性，而樣品與樣品之間又存在差異性，這與樣品的來源和處理方式有關(guān).

表5 11批朱砂生品和炮制品的相似度比較Table 5 Results of similarity evaluation on XRD fingerprints of eleven batches of raw and processed cinnabar products

圖5 11批朱砂樣品聚類分析圖Fig.5 Cluster analysis of XRD Fourier fingerprint of eleven batches of Cinnabar

3 討論

3.1 結(jié)果分析

由11批朱砂生品和炮制品的XRD Fourier圖譜可見，炮制后峰型強(qiáng)度有所降低.對(duì)比表3、4中數(shù)據(jù)，朱砂炮制后的XRD Fourier圖譜較炮制前XRD Fourier圖譜，炮制后共有峰強(qiáng)度明顯低于生品，表明水飛工藝能使朱砂結(jié)晶度降低，易于吸收.

經(jīng)炮制，生品12、13和17號(hào)峰強(qiáng)度降低以致在炮制品中未能檢測(cè)出來.表明水飛對(duì)朱砂有一定的除雜和純化效果，提高樣品中HgS的質(zhì)量分?jǐn)?shù).通過與《粉末衍射卡片集(PDF)》進(jìn)行匹配，其中朱砂生品中1、2、4和6號(hào)共有峰數(shù)據(jù)與 PDF06-0256(HgS)相符合.表明朱砂藥材中，主要物相為HgS，XRD Fourier指紋圖譜分析法可用于朱砂藥材的定性鑒別.

由表5可以看出，應(yīng)用夾角余弦法計(jì)算11批朱砂生品和炮制品的相似度，其生品相似度在0.93以上，炮制品的相似度在0.95以上，可建立朱砂生品及炮制品XRD Fourier指紋圖譜分析方法.炮制品的相似度均優(yōu)于生品，進(jìn)一步表明水飛對(duì)朱砂有很好純化效果.對(duì)比聚類分析的結(jié)果表明不同產(chǎn)地的朱砂藥材的結(jié)構(gòu)晶型及其成分含量有一定差異.這與各產(chǎn)地成礦機(jī)制及地質(zhì)環(huán)境差異不同造成礦物本身的微觀晶體結(jié)構(gòu)不同有關(guān).

3.2 討論

本研究采用粉末XRD分析方法對(duì)11批朱砂藥材進(jìn)行分析，分別建立炮制前后朱砂XRD指紋圖譜共有模式，結(jié)合相似度評(píng)價(jià)，其相似度好，能從整體上顯示生品和炮制品的特征.建立朱砂生品和炮制品XRD Fourier指紋圖譜，為后續(xù)朱砂藥材的品種鑒定提供有效、科學(xué)、簡便的評(píng)價(jià)方法.