七种不同产地仙鹤草原药材及提取物_省略_谱与二维相关红外光谱的分析与鉴定_武晓丹.pdf

第30卷,第12期 光谱学与光谱分析Vol1 30,No1 12,pp3222-32272 0 1 0 年 1 2 月 Spectroscopy and Spectral AnalysisDecember,2010 七种不同产地仙鹤草原药材及提取物的红外光谱与二维相关红外光谱的分析与鉴定武晓丹1,金哲雄2,孙素琴3*,金 蕊2,宛春雷21.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150040 2.哈尔滨商业大学药学院,黑龙江 哈尔滨 1500763.清华大学化学系生命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室,北京 100084摘 要 采用红外光谱、二阶导数红外光谱以及二维相关红外光谱,对七种不同产地的仙鹤草原药材及其总鞣酸提取物进行了鉴别分析。仙鹤草原药材的红外光谱中出现了 1 151,1 101,1 032 cm-1的淀粉特征峰,同时还出现了 1 618,1 318,780 cm-1的草酸钙特征峰,说明在原药材粉末中同时有淀粉和草酸钙存在。原药材丙酮提取物中所含淀粉等基本成分大为减少,而总鞣酸等有效成分的相对含量增加,因此不同产地仙鹤草丙酮提取物的红外光谱中均出现 1 711与 1 447 cm-1的鞣酸特征峰。应用红外光谱、二阶导数红外光谱以及二维相关红外光谱技术,不仅可以提供仙鹤草主要化学成分的相关信息,还可以对不同产地的仙鹤草药材进行很好的区分。因此红外光谱法是考察中药资源的一种快速、准确、有效的方法。关键词 仙鹤草;红外光谱;二阶导数谱;二维相关光谱中图分类号:O657 1 3 文献标识码:A DOI:10 1 3964/j 1 issn 1 1000-0593(2010)12-3222-06 收稿日期:2010-02-10,修订日期:2010-05-20 基金项目:国家自然科学基金项目(30772727)资助 作者简介:武晓丹,1981 年生,东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室 2007 届博士 e-mail:smile_200325 163 1 com*通讯联系人 e-mail:sunsq tsinghua1 edu 1 cn引 言 仙鹤草(Agrimonia p ilosa Ledeb1)为蔷薇科多年生草本植物龙牙草的全草,异名脱力草、马鞭草、龙牙草、石打穿等,始载于5滇南草本6。5中华人民共和国药典6收载的为仙鹤草的干燥地上部分1。其主要成分含有仙鹤草素、仙鹤草内酯、鞣质、甾醇、有机酸、酚性成分、皂苷、仙鹤草酚(A,B,C,D)、VC、VK 等。现代药理研究证实,仙鹤草具有收敛止血、截疽、止痢、解毒等作用,主要用于咳血、吐血、崩漏下血、疟疾、血痢、脱力劳伤、痈肿疮毒、阴痒带下等。仙鹤草资源丰富,临床应用广泛2-4。目前对仙鹤草的检测方法主要还是采用薄层扫描法和高效液相色谱法 5-7,这些方法主观性强、繁琐,已无法适应中药快速检测的发展需求。傅里叶变换红外光谱法(FTIR)是一种常用的结构分析技术,具有宏观整体鉴定复杂体系的优点及无损快速的特点。近年来,随着二维相关红外光谱技术(two dimensionalinfrared correlation spectroscopy)的扩展,提高了红外光谱图的分辨率,大大的增强了谱图的识别能力。目前,傅里叶变换红外光谱法(FTIR)在中药鉴别研究中的应用受到了越来越多的关注。孙素琴等采用 FT IR 和二维相关红外技术已成功地对不同产地枸杞、金莲花、陈皮和葛根等药材进行鉴别研究 8,孙鹏和金向军等也将 FT IR 指纹图谱分析分别应用在不同产地青蒿和朝鲜淫羊霍的鉴别上 9。本文采用红外光谱法,并结合二维红外光谱分析技术,对不同产地的仙鹤草进行了快速无损的鉴别研究。1 实验部分1 1 1 仪器设备红外光谱仪为 Perkin Elmer 公司的 Spectrum GX FT IR光谱仪。采用 DTGS 检测器。光谱分辨率 4 cm-1,测量范围4 000 400 cm-1。扫描信号累加 16 次。50-886 型变温附件(Love Control 公司),控温范围:50 120 e,每隔 10 e 进行一次红外光谱扫描,升温速率为 2 e#min-1。1 1 2 实验样品所用的七种仙鹤草药材全部由哈尔滨商业大学药学院金哲雄教授提供并鉴定;实验所用试剂均为分析纯。1 1 3 样品制备将七种不同产地的仙鹤草药材分别干燥粉碎,每种各取 10g,分别用丙酮进行提取,得到丙酮提取物。将仙鹤草不同产地的原药材和总鞣质提取物采用 KBr 压片法测定,分别获得相应的红外光谱图。114 数据处理二阶导数谱的获得采用 Perkin-Elmer 公司 Spectrumv3 1 02 操作软件,平滑点数为 13。二维相关红外光谱的获得采用清华大学分析中心红外光谱组自行设计的二维相关分析软件。2 结果与讨论211 仙鹤草原药材粉末的红外光谱分析淀粉(starch)是多种植物的碳水化合物的储藏物,各部分组织内均含有它,草酸钙也同样普遍存在于各种植物中。所以将仙鹤草药材的红外谱图与淀粉和草酸钙的红外谱图相比较发现有很大的相似性。图 1 中由上至下依次是产地为江苏、四川、黑龙江、湖北、天津、河南和浙江的仙鹤草以及淀粉和草酸钙标准品的红外光谱图。从图 1中可以看出,7 种不同产地的仙鹤草的红外谱图很相似。1 151,1 101,1 032 cm-1附近的特征峰与淀粉出峰位置相近,同时峰型与淀粉相似,说明仙鹤草原药材粉末中含有大量淀粉。同时 1 618,1 318,780 cm-1为草酸钙的特征吸收峰,以上七种产地的仙鹤草均在此位置有吸收,说明在原药材粉末中还同时有草酸钙存在。但是也有些吸收峰的形状和强度之间存在一定的差异。譬如,1 731 cm-1的CO 伸缩振动峰,四川产仙鹤草的出峰位置明显不同于其他六种,四川产仙鹤草的出峰位置为 1 737 cm-1,而其他六种仙鹤草则在 1 731 cm-1附近有吸收;1 375 cm-1的C)H弯曲振动峰,在湖北产仙鹤草的出峰位置为 1 376cm-1,而在江苏产仙鹤草的出峰位置为 1 383 cm-1;1 151cm-1处的 C)O 单键伸缩振动峰,在江苏、黑龙江、湖北产仙鹤草的出峰位置为 1 151 cm-1,而在四川和浙江产仙鹤草的出峰位置为 1 155 cm-1。由以上分析,基本可以将各不同产地的仙鹤草区分开来。Fig 1 1 FTIR spectra of Agrimoniapilosa Ledeb1a:Jiang Su;b:Si Chuan;c:Hei Long-jiang;d:Hu Bei;e:Tian Jin;f:He Nan;g:Zhe Jiang;h:Starch;i:Calcium oxalate212 仙鹤草原药材粉末的二阶导数谱比较二阶导数红外光谱可以呈现出许多被掩盖谱峰的斜率变化特征,能有效的提高谱图的表观分辨率,扩大谱图间的差异。通过不同产地仙鹤草的二阶导数谱(见图2)发现,1 618,1 318,781 cm-1的草酸钙特征吸收峰,在二阶导数谱中仍然存在,同时通过分辨率的提高,发现 516 cm-1的峰也被剥离出来,这进一步证明在仙鹤草的原药材粉末中有草酸钙存在。同时在二阶导数谱上可以看到江苏、四川、湖北、河南在 1 739 cm-1处出峰,而黑龙江、天津、浙江在 1 746 cm-1处出峰。在 950 1 260 cm-1波长范围内,仍然可以看到 1 203,1 108,1 051 cm-1附近的淀粉特征吸收峰,同时随着分辨率3223第 12 期 光谱学与光谱分析Fig 12 Second derivative spectra of Agrimonia pilosa Ledeb1a:Jiang Su;b:Si Chuan;c:Hei Long-jiang;d:Hu Bei;e:Tian Jin;f:He Nan;g:Zhe Jiang;h:Starch;i:Calcium oxalate3224光谱学与光谱分析 第 30 卷的提高,又出现了 988 cm-1淀粉特征吸收峰。由以上分析,进一步证明仙鹤草原药材粉末中主要含有淀粉和草酸钙,同时通过二阶导数谱可以进一步将不同产地的仙鹤草进行区分。213 仙鹤草提取物的红外光谱分析原药材中由于含有大量的淀粉和草酸钙,所以一维谱图很难将七种药材具体区分开。经提取后,基本成分淀粉大为减少,而总鞣酸等有效成分的相对含量大大增加。下图为七种仙鹤草药材丙酮提取物的一维红外谱图。图中由上至下依次是产地为江苏、四川、黑龙江、湖北、天津、河南和浙江的仙鹤草丙酮提取物以及丹宁酸标准品的红外光谱图。据文献报道,仙鹤草鞣酸是一种潜在的抗肿瘤物质,能作用于肿瘤细胞和一些免疫细胞而增强动物机体的免疫反应,而仙鹤草中鞣酸的有效提取方式则是通过丙酮进行提取2。由图 3 可以看出,将不同产地仙鹤草丙酮提取物的红外谱图与丹宁酸的标准谱图相比较,发现各个提取物中均含有 1 711,1 607,1 447 cm-1,说明各产地仙鹤草中均含有大量鞣酸;不同产地仙鹤草在 1 707 和 1 447 cm-1附近的相对峰强度和 出峰 位置都 有很 大差异,通 常在 鞣酸中 含有CO 基团,以上谱图的差异说明不同产地的仙鹤草含有的鞣酸类型不完全一致,同时含有鞣酸的量也不尽相同。但从峰的相对强度来看,江苏产的仙鹤草,其鞣酸含量要明显高于其他产地的仙鹤草,说明江苏产仙鹤草质量要优于其他产地。Fig 1 3 IR spectrum of acetone extractsof Agrimoniapilosa Ledeb1a:Jiang Su;b:Si Chuan;c:Hei Long-jiang;d:Hu Bei;e:Tian Jin;f:He Nan;g:Zhe Jiang;s:Dannic acid 由图 4 可以看到,通过二阶导数谱提高表观分辨率可以看到 1 659,1 605,1 517 cm-1等鞣酸特征吸收峰。同时,也可以看到,不同产地的仙鹤草出峰位置也不尽相同。在江苏、黑龙江和天津产的仙鹤草中有 1 746 cm-1吸收峰,而在四川、湖北、河南产地的仙鹤草中则位移到 1 741 cm-1,浙江产的仙鹤草中此峰消失;同样,除黑龙江以外,其他产地的仙鹤草在 1 611 cm-1处有吸收峰,而黑龙江产的仙鹤草此峰则位移到 1 605 cm-1处。通过二阶导数谱不仅可以证明仙鹤草中有鞣酸的存在,同时可进一步将不同产地的仙鹤草进行区分。Fig 14 Second derivative spectra of acetone extractsof Agrimonia pilosa Ledeb 1a:Jiang Su;b:Si Chuan;c:Hei Long-jiang;d:Hu Bei;e:T ian Jin;f:He Nan;g:Zhe Jiang;s:Dannic acid2 1 4 仙鹤草丙酮提取物的二维红外光谱相关分析2 1 4 1 1 光谱数据相关计算采用清华大学自行设计的二维红外相关软件,分别获得不同产地仙鹤草丙酮提取物变温过程的二维相关红外谱(见图 5)。2 1 4 1 2 仙鹤草丙酮提取物在 1 400 1 800 cm-1区域的二维相关红外光谱二维红外相关分析是利用在不同外界微扰下,研究体系各组分有关基团分子振动行为的差异而提高了图谱分辨率,从而获得普通红外光谱及其导数谱所不能获得的许多新信息。因此,利用二维红外相关谱图作为分析鉴定的工具具有独到的优点。以热为诱因的二维红外相关谱反应被测体系中升温过程中,各组分的有关基团的分子振动对热响应的行为。实验选取 1 400 1 800 cm-1波段范围,对不同产地的仙鹤草丙酮提取物进行分析比较。如图 5 所示,在 1 400 1 800 cm-1波数范围内,各种产地仙鹤草的出峰情况如下所示。江苏产仙鹤草在对角线上出现四个自动峰,分别是 1 450,1 617,1 658 和1 700 cm-1,其中 1 658 cm-1峰较强;而四川产仙鹤草在对角线上出现五个自动峰,分别是1 450,1 537,1 568,1 612 和 1 658 cm-1,其中 1 450 和 1 612 cm-1峰较强;黑龙江产仙鹤草在对角线上出现五个自动峰,分别是 1 450,1 530,1 624,1 658 和1 697 cm-1,其中对角线上的 1 658 和 1 697 cm-1彼此相关形成一个 2 2 的峰簇;湖北产仙鹤草在对角线上出现四个自动峰,分别是 1 450,1 530,1 612 和 1 658 cm-1,其中1 450和 1 612 cm-1峰较强,但是与四川产仙鹤草相比较强度要高;天津产仙鹤草在对角线上出现五个自动峰,分别是1 450,1 528,1 619,1 657和 1 697 cm-1,其中 1 619 cm-1峰较强;河南产仙鹤草在对角线上出现五个自动峰,分别是1 450,1 528,1 609,1 657 和 1 697!cm-1,其中1 450和3225第 12 期 光谱学与光谱分析1 610 cm-1峰较强;浙江产仙鹤草在对角线上出现四个自动峰,分别是 1 450,1 528,1 619和 1 657 cm-1,其中1 450 和1 619 cm-1峰较强。虽然直观观察河南和浙江的仙鹤草谱图无明显差异,但是通过对谱图的仔细研究发现,不同产地仙鹤草其二维红外光谱图均存在差异,因此可以通过二维红外光谱图对不同产地的仙鹤草进行鉴别。Fig 1 5 2D-IR spectra of acetone extracts of Agrimoniapilosa Ledeb1a:Jiang Su;b:Si Chuan;c:Hei Long-jiang;d:A1 pilosa Ledeb from Hu Bei;e:T ian Jin;f:He Nan;g:Zhe Jiang3 结 论 采用红外光谱技术并结合二阶导数谱和二维红外光谱可以将不同产地的仙鹤草进行有效的区分,同时通过红外光谱还可以确定在仙鹤草的原药材粉末中含有大量的淀粉和草酸钙,以及通过丙酮提取可以得到总鞣酸。对于一维谱图较相似的样品,可以凭借高分辨的二阶导数谱和二维红外相关光谱对药材加以鉴别。该方法快速、准确、使用样品量少,可为不同产地中药的鉴别提供一种新的方法和手段。参考文献 1 Pharmacopiea Committee of the Ministry of Health of the People.s Republic of China(中华人民共和国国家药典委员会编).Pharmacopieathe People.s Republic of China(中华人民共和国药典).Beijing:Chemical Industry Press(北京:化学工业出版社),2005.67.2 PEI Yue-hu,LI Xian,ZHU Ting-ru,et al(裴月湖,李 铣,朱廷儒,等).Acta Pharmaceutica Sinica(药学学报),1990,25(4):267.3 L I Xia,YE M in,YU Xiu-x iang,et al(李 霞,叶 敏,余修祥,等).Journal of Peking University(Health Science)(北京医科大学学报),1995,27(1):60.4 ZHAO Ying,LI Ping-ya,LIU Jin-ping(赵 莹,李平亚,刘金平).Chinese Pharmaceutical Journal(中国药学杂志),2001,36(10):672.5 DU Yan-mei,ZHANG Lan-tong,FU Chao-mei(杜彦梅,张兰桐,付超美).Journal of Hebei Medical U niversity(河北医科大学学报),2001,22(1):22.6 SHA Sh-i yan(沙世炎).Chinese 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herbs and their total tan-nin extracts by Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),second derivative infrared spectroscopy,and two-dimensionalcorrelation infrared spectroscopy(2D-IR)under thermal perturbation.The structural information of the samples indicated thatAgrimonia pilosa Ledeb and their extract residues contain a large amount of starch and calcium oxalate,since some characteristicabsorption peaks of the starch,such as 1 151,1 101,1 032 and 988 cm-1can be observed;and some characteristic absorptionpeaks of the calcium oxalate,such as 1 618,1 318 and 780 cm-1,can be observed.Further more,the characteristic absorptionpeaks of the sulfate which arouse at 1 711 and 1 447 cm-1in the IR spectra of A grimonia p ilosa Ledeb acetone extracts can befound.T he macroscopical fingerprint characters of FTIR and 2D-IR spectra can not only provide the information of main chem-ical constituents in medicinal materials and their different extracts,but also compare the components differences among the similarsamples.In conclusion,the mult-i steps IR macro-fingerprint method is rapid,effective,visual and accurate for pharmaceuticalresearch.Keywords A grimonia pilosa Ledeb;Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR);Second derivative IR spectroscopy;Two-dimensional IR correlation spectroscopy(2D-IR)(Received Feb.10,2010;accepted May 20,2010)*Corresponding author新书快讯:5傅里叶变换红外光谱分析6(第 2 版)简介 由北京大学翁诗甫教授级高工编著的 5傅里叶变换红外光谱分析6(第 2 版)一书已于 2010 年 5 月由化学工业出版社出版。本书系统地介绍了红外光谱的基本概念、傅里叶变换红外光谱学的基本原理、傅里叶变换红外光谱仪的结构、傅里叶变换红外光谱仪附件原理和使用技术、红外光谱样品制备和测试技术、红外光谱数据处理技术、红外光谱的定量分析和未知物的剖析、基团的振动频率分析以及红外光谱仪的保养和维护技术。本书可供教学、科研、厂矿企业、分析测试部门从事红外光谱分析测试工作者学习参考。本书既可作为红外光谱培训班的教学用书,也可作为高等院校与红外光谱相关的各学科教师、研究生和本科生的教学或参考用书。本书为大 32 开,389 页,书号 978-7-122-07638-0,定价 38元。由化学工业出版社出版(100011北京市东城区青年湖南街 13 号),详情可登录 www1 cip1com1 cn 查询。联系电话:[phone]。3227第 12 期 光谱学与光谱分析