ATR-FTIR技術(shù)在賽加羚羊角鑒別中的應(yīng)用分析

劉 闖 李 超 金 煜

(東北林業(yè)大學(xué)野生動(dòng)物資源學(xué)院，哈爾濱，150040)

國家Ⅰ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物賽加羚羊(Saigatatarica)雄性個(gè)體的角是名貴中藥材，習(xí)稱“羚羊角”，商品類型包括整枝羚羊角和羚羊角切塊等，飲片類型主要為羚羊角(鎊)片、羚羊角絲和羚羊角粉等，各種類型均不乏摻雜使假的先例?！吨腥A人民共和國藥典》1963、1977、1985及1990版均明確羚羊角炮制應(yīng)除骨芯，1995及以后各版則未提及，故羚羊角粉中可能存在比例不固定的骨質(zhì)物。且因資源逐漸匱乏，長(zhǎng)久以來羚羊角替代品的研究就一直是中醫(yī)藥界的重要課題，目前已明確的替代品除有山羊(Caprahircus)角、綿羊(Ovisaries)角、藏原羚(Procaprapicticaudata)角、黃羊(Procapragutturosa)角、牛角(Bostaurus)等外，羚羊角的骨質(zhì)芯也確認(rèn)與羚羊角有相似療效[1-10]，因此羚羊角的炮制不再除骨芯在業(yè)界已是常態(tài)。整枝羚羊角及其切塊的鑒別主要依賴樣本的固有性狀，飲片則因外在形狀的改變使鑒別存在一定的難度，尤其是羚羊角粉的鑒別，急需找到準(zhǔn)確的檢驗(yàn)方法，并形成標(biāo)準(zhǔn)。

衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，近年來在中藥材鑒定、質(zhì)量評(píng)價(jià)及中藥材產(chǎn)地追溯等方面的應(yīng)用性研究逐漸加深并凸顯優(yōu)勢(shì)[11-19]。本文擬利用ATR-FTIR技術(shù)原理并借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所采集樣本進(jìn)行測(cè)定，分析其原始紅外圖譜及相關(guān)系數(shù)，探究羚羊角不同取樣部位、不同羚羊角個(gè)體、混雜不同比例骨芯的羚羊角粉及其他物種與羚羊角之間的紅外圖譜相關(guān)性，旨在為形成羚羊角鑒定標(biāo)準(zhǔn)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

賽加羚羊角(其中部分含骨芯)13支(編號(hào)L1-L13)、黃羊角4支(編號(hào)H1-H4)、牛角2支(編號(hào)N1-N2)，樣本均來自國內(nèi)藥材公司庫存，年齡不詳。

1.2 儀器設(shè)備

美國PerkinElmer公司的Frontier傅立葉變換紅外光譜儀，DTGS檢測(cè)器，光譜分辨率為4 cm-1。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣本處理

L1-L10分別于角質(zhì)殼基部、中部、尖部取樣，磨粉制成實(shí)驗(yàn)樣本，共30份(表1)；L3、L4、L6、L7內(nèi)部骨芯取樣，磨粉制成實(shí)驗(yàn)樣本，共4份用于制作骨芯平均圖譜(表1)；L11-L13的角質(zhì)殼和骨芯分別取樣磨粉，并按角骨比例1∶1、1∶2、1∶3混合制成實(shí)驗(yàn)樣本，共9份(表1)；H1-H4及N1、N2均在基部取樣，磨粉制成實(shí)驗(yàn)樣本(表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)材料及樣本Tab.1 Experimental materials and samples

續(xù)表1

1.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

考慮到?？?Bovidae)動(dòng)物角生長(zhǎng)的特性及目前市售飲片尤其是羚羊角粉的實(shí)際情況，為達(dá)到建立賽加羚羊角鑒別標(biāo)準(zhǔn)的目的，將可能對(duì)其ATR-FTIR檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素進(jìn)行逐一分析，設(shè)計(jì)了4組實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)賽加羚羊角同一樣本不同部位、不同樣本相同部位、角質(zhì)外殼與骨芯不同比例混合樣本的紅外圖譜進(jìn)行比較分析，以及賽加羚羊角與牛角、黃羊角的紅外圖譜進(jìn)行比較分析。

1.3.3 儀器操作

實(shí)驗(yàn)樣本置于樣品臺(tái)上，調(diào)節(jié)儀器開始掃描，每個(gè)樣本掃描32次，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)保持干燥通風(fēng)，掃描過程可排除水和二氧化碳影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 同一羚羊角不同取樣部位的紅外圖譜比較分析

對(duì)羚羊角L1-L10角質(zhì)殼制得的10組30份樣本進(jìn)行ATR-FTIR檢測(cè)，數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入Orgin軟件，得到的圖譜經(jīng)13點(diǎn)平滑、基線校正及縱坐標(biāo)歸一化處理(后文中樣本亦如此處理，不再贅述)，最后形成10組紅外圖譜(圖1)。使用Omnic 8.0軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出相關(guān)系數(shù)(表2)。結(jié)果顯示，在同一支羚羊角的不同部位取樣獲得的紅外圖譜相關(guān)系數(shù)為96.69%—99.43%，存在0.57%—3.31%的差異。

2.2 不同羚羊角相同部位取樣的紅外圖譜比較分析

取羚羊角L1-L10角質(zhì)殼制得的30份樣本進(jìn)行ATR-FTIR檢測(cè)，獲得數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入orgin軟件得到紅外圖譜，將同一取樣部位的10個(gè)紅外圖譜進(jìn)行比較(圖2)。使用Omnic 8.0軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出相關(guān)系數(shù)(表3，表4，表5)。結(jié)果顯示，不同羚羊角在相同部位取樣所獲得紅外圖譜相關(guān)系數(shù)為94.24%—99.43%，存在0.57%—5.76%的差異。

圖1 同一羚羊角不同取樣部位紅外圖譜圖Fig.1 Infrared map of different sampling parts of the same antelope horn

表2 同一羚羊角不同取樣部位紅外圖譜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistical correlation coefficient of infrared spectrum of different sampling parts of the same antelope horn %

圖2 不同羚羊角相同部位取樣紅外圖譜圖Fig.2 Sampling infrared spectrum of different parts of different antelope horns

表3 羚羊角L1-L10基部紅外圖譜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics on the correlation coefficient of the infrared spectrum of base of the antelope horn L1-L10 %

表4 羚羊角L1-L10中部紅外圖譜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics on correlation coefficient of infrared spectrum of middle of antelope horn L1-L10 %

表5 羚羊角L1-L10尖部紅外圖譜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.5 Statistics on the correlation coefficient of infrared spectrum of tip of the antelope horn L1-L10 %

2.3 羚羊角與骨芯不同比例混合的紅外圖譜比較分析

取角骨混合樣L11-1、L11-2、L11-3、L12-1、L12-2、L12-3、L13-1、L13-2和L13-3進(jìn)行ATR-FTIR檢測(cè)，所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入Orgin軟件，獲得3組紅外圖譜，分別與骨芯平均圖譜(骨芯樣本L3-4、L4-4、L6-4、L7-4的ATR-FTIR檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Orgin軟件處理得到)及羚羊角角質(zhì)殼平均圖譜(由L1-10的30個(gè)ATR-FTIR檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Orgin軟件處理得到)進(jìn)行對(duì)比(圖3)。將檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Omnic 8.0軟件計(jì)算相關(guān)系數(shù)(表6)。結(jié)果顯示：骨質(zhì)成分的存在對(duì)羚羊角的紅外圖譜產(chǎn)生極大的影響，隨著混合物中骨質(zhì)成分的增多，其紅外圖譜與羚羊角殼紅外圖譜的相關(guān)系數(shù)減小。

圖3 羚羊角角骨不同比例混合樣本的紅外圖譜圖Fig.3 Infrared map of mixed samples of different angles of antelope horn

表6 角骨不同比例混合樣本與羚羊角及骨芯紅外圖譜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.6 Statistics on correlation coefficients of mixed samples of angle bone and angle of infrared angle and bone core %

2.4 牛角、黃羊角與羚羊角的紅外圖譜比較分析

取羚羊角L1-L10、黃羊角H1-H4、牛角N1、牛角N2進(jìn)行ATR-FTIR檢測(cè)，數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入Orgin軟件獲得各物種平均圖譜(圖4)。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用Omnic 8.0軟件計(jì)算其種間相關(guān)系數(shù)(表7)。顯示，黃羊角、牛角、羚羊角三者之間紅外圖譜相關(guān)系數(shù)為99.28%—99.47%，其0.53%—0.72%的差異小于賽加羚羊個(gè)體間甚至是同一樣本不同取樣部位的差異。從圖譜中可見各樣本均有明顯的酰胺特征吸收譜帶，酰胺I帶由C=O基團(tuán)伸縮振動(dòng)產(chǎn)生，酰胺II帶由C-N鍵的伸縮振動(dòng)和N-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)引起，羚羊角的酰胺I帶出現(xiàn)在1 641cm-1，酰胺II帶出現(xiàn)在1 519 cm-1，而黃羊角、牛角的酰胺帶也出現(xiàn)在附近，可見差異小的原因主要應(yīng)該是三者化學(xué)成分相近。

圖4 黃羊角、牛角和羚羊角的紅外圖譜Fig.4 Infrared map of yellow goat horn，oxhorn and antelope horn

表7 黃羊角、牛角、羚羊角之間紅外圖譜相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.7 Statistical correlation coefficient of infrared spectrum between yellow goat horn，oxhorn and antelope horn %

3 結(jié)論與討論

經(jīng)過對(duì)13支羚羊角(含骨芯)、4支黃羊角、2支牛角進(jìn)行ATR-FTIR檢測(cè)，并計(jì)算分析其圖譜的相關(guān)系數(shù)，得出結(jié)論如下。

3.1 不同個(gè)體賽加羚羊角的紅外圖譜存在0.57%—5.76%的差異，同支羚羊角不同取樣部位的紅外圖譜盡管高度相似，但仍存在0.57%—3.31%的差異，由此可以推斷，正常情況下任意兩個(gè)賽加羚羊角隨機(jī)樣本的ATR-FTIR檢測(cè)結(jié)果不會(huì)形成兩條完全相同的曲線。

3.2 黃羊角、牛角、賽加羚羊角種間紅外圖譜的相關(guān)系數(shù)僅存在0.53%—0.72%的差異，小于兩無關(guān)賽加羚羊角樣本及同一樣本不同取樣部位間的差異，表明通過ATR-FTIR技術(shù)分析原始圖譜鑒別賽加羚羊角存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 骨質(zhì)物的存在增大了采用ATR-FTIR技術(shù)鑒別賽加羚羊角的難度。

綜上，盡管ATR-FTIR已經(jīng)是成熟的技術(shù)方法，在中醫(yī)藥的物種鑒定、產(chǎn)地追溯及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)等方面多有報(bào)道，但本研究結(jié)果顯示在將其應(yīng)用于賽加羚羊角尤其是其飲片的鑒別時(shí)要十分慎重。建立賽加羚羊角的ATR-FTIR標(biāo)準(zhǔn)曲線應(yīng)充分考慮個(gè)體差異、取樣部位、骨角混合比例及其他物種成分類似物混入等情況，并應(yīng)配合其他有效方法同時(shí)使用，以充分發(fā)揮ATR-FTIR技術(shù)簡(jiǎn)便、高效、微損甚至無損的優(yōu)勢(shì)。