莪术太赫兹指纹图谱双指标序列分析

张建，黄婉霞，罗轶，冯修军，张雅鑫（.四川大学材料科学与工程学院，成都市60064；.电子科技大学物理电子学院太赫兹研究中心，成都市 60054）

太赫兹波通常指频率在0.1～10 THz（1 THz＝1 012 Hz）、波长在0.03～3mm范围内的电磁波。许多分子的振动和转动能级间距刚好处于太赫兹的频带范围之内，这为采用太赫兹技术检测中药材提供了很好的理论依据。实践证明，中药材在太赫兹波段能够有效地产生共振吸收，可以检测到特征峰，故该技术可用于分析中药材的细微差别。

莪术（Curcumae Rhizoma）为姜科植物蓬莪术Curcuma phaeocaulis Val.、广西莪术 C.kwangsiensis S.G.Lee et C.F.Liang或温郁金C.wenyujin Y.H.Chen etC.Ling的干燥根茎，多年生草本，主产地为四川、云南、广西等地[1，2]。莪术主要化学成分为挥发油和姜黄素类，其挥发油制剂及莪术醇、莪术酮对癌细胞有直接的破坏作用；姜黄素具有较强的抗癌和抗炎活性，主要功能为行气破血、消积止痛[3～5]。笔者借助太赫兹时域光谱技术，采用共有峰率和变异峰率双指标序列法，研究了不同产地、不同品种的莪术石油醚、氯仿和无水乙醇提取物的太赫兹光谱的指纹性，并对太赫兹光谱技术所得到的结果进行了分析。

1 仪器与试药

太赫兹时域光谱系统（THz-TDS，激光器中心波长为800 nm可调，脉冲宽度为90 fs，重复频率为80MHz）由美国光谱物理公司制造的MaiTai飞秒激光器和Zomega公司研制的THz时域光谱分析系统Z-2组成；JY92-2D超声波细胞粉碎机（宁波新芝科器研究所，频率：425 kHz，功率：650W）。

石油醚、氯仿和无水乙醇均为分析纯；所用药材为蓬莪术（编号及产地：S1-云南莪术，S2-四川温江小号莪术，S3-四川温江大号莪术），由四川大学材料学院盛勇副教授鉴定为真品。

2 方法与结果

2.1 供试品溶液的制备

2.1.1 石油醚提取物 称取3种莪术药材粉末各2 g，置于50 m L锥形瓶中，加入30m L石油醚超声处理40m in，过滤，用石油醚洗涤滤渣，合并滤液，将滤液水浴浓缩至10m L，即得。

2.1.2 氯仿提取物 取“2.1.1”项下滤渣，待滤渣中残留的石油醚挥干后，加入30m L氯仿超声处理40m in，过滤，用氯仿洗涤滤渣，合并滤液，将滤液水浴浓缩至10m L，即得。

2.1.3 无水乙醇提取物 取“2.1.1”项下滤渣，待滤渣中残留的石油醚挥干后，加入30m L无水乙醇超声处理40min，过滤，用无水乙醇洗涤滤渣，合并滤液，将滤液水浴浓缩至10m L，即得。

2.2 太赫兹检测与数据处理

试验利用太赫兹时域光谱系统分别测量了太赫兹脉冲通过涂有溶剂的聚四氟乙烯薄片（参考样品）和涂有相应溶剂提取物的聚四氟乙烯薄片（试验样品）的信号波形。采用T.D.Dorney和L.Duvillaret等提出的物理模型[6]，从太赫兹时域光谱中提取材料光学参数。

利用公式：复折射率n～＝n（ω）-jκ（ω）描述样品的宏观光学性质。式中，ω表示频率；n为实折射率，描述样品的色散情况；κ（ω）为消光系数，描述样品的吸收特性。

κ（ω）和吸收系数α（ω）之间有如下关系（式中，c为光速）：对测得的参考信号和样品信号的时间波形分别进行傅里叶变换，得到它们的频域谱Er（ω）和Es（ω）。由公式：

可得A和φ（ω）。再根据公式

可以计算出样品在太赫兹波段的折射率和吸收系数。

式中，A表示样品信号与参考信号的振幅比；φ（ω）表示样品信号与参考信号的相位差；d表示样品的厚度。

2.3 指纹图谱共有峰率和变异峰率双指标的建立

双指标序列法是以任意一种样品作为参考样品，利用文献[7]中的计算公式计算出其他样品与参考样品的共有峰率和变异峰率，并按照共有峰率大小排成一个序列的中药鉴别分析方法。通过此序列可以知道任意一个样品与其他样品的远近关系。笔者将该方法用于莪术提取物太赫兹吸收曲线的分析。本试验以3组提取物作参考样品，在太赫兹检测方法的基础上建立3组共有峰率与变异峰率双指标序列，形成三维序列空间。

2.4 太赫兹指纹图谱及数据分析结果

将试验测得的参考信号与样品信号的时域谱信息，利用公式（1）～（4）计算得到样品的吸收系数曲线和折射率曲线。3种莪术不同溶剂提取物的太赫兹吸收曲线见图1。

图1 3种莪术不同溶剂提取物的太赫兹吸收曲线A.石油醚提取物；B.氯仿提取物；C.无水乙醇提取物Fig 1 THz absorption curve of different extracts of 3 kinds of Curcumae Rhizoma A.extracts of petroleum ether；B.extracts of chloroform；C.extracts of anhydrousethylalcohol

由图1可以看到，3种莪术不同提取物的太赫兹吸收曲线有一定的相似性，但是它们的差异也很明显。其中石油醚和氯仿提取物的太赫兹吸收峰较少，且强度不大，说明莪术溶入这2种溶剂内药物成分的种类和分量要少一些。

根据共有峰的识别方法：对于组内吸收峰频率、波长的最大差异明显小于该组与相邻组之间的平均波数差时，可以将该组峰确认为一组共有峰，可得到3种莪术不同溶剂提取物太赫兹吸收曲线共有峰的识别结果，详见表1。

根据共有峰率和变异峰率的计算公式，对3种莪术不同溶剂提取物的太赫兹吸收曲线计算其共有峰率和变异峰率，并按照共有峰率大小排成一个序列，结果见表2。

上述分析结果中，S1∶S3（47.1；37.5，75）表示以样品S1为标准计算的样品S3与S1的共有峰率和变异峰率。具体为S3与S1的共有峰率为47.1%，S1的变异峰率为37.5%，S3的变异峰率为75%。以此类推。

从上述双指标序列分析结果来看，莪术不同提取物的共有峰率和变异峰率均有所不同。其中，莪术石油醚提取物和氯仿提取物的共有峰率数值差别较小，且其共有峰率数值均比无水乙醇提取物的共有峰率数值偏大；莪术石油醚提取物和氯仿提取物的变异峰率数值均较小，说明莪术溶入石油醚和氯仿的药物成分之间的差别较小。莪术无水乙醇提取物的共有峰率数值均偏小，只有S2和S3之间的共有峰率最大，为57.9%，说明各莪术无水乙醇提取物的药物成分之间的差别较大，但同一产地的S2和S3之间的相似度大。

表1 3种莪术不同溶剂提取物的太赫兹图谱共有峰识别结果Tab 1 Common peak identification of THz fingerprints of differentextractsof 3 kindsof Curcumae Rhizoma

表2 3种莪术不同提取物的太赫兹共有峰率和变异峰率双指标序列分析结果Tab 2 Common and variance peak ratio analysis of differentextractsof3 kindsof Curcumae Rhizom a

折射率曲线反映的是药物的色散情况，在中药材鉴别中可以作为参考信息。3种莪术不同溶剂提取物的太赫兹折射率曲线见图2。

由图2可以看出，3种莪术不同溶剂提取物的折射率差别都很明显，其中无水乙醇提取物样品S2和S3在1.7 THz附近存在较强的跳变（即峰值发生突然变化）现象，这可以看作是其与样品S1加以区分的信息之一。

图2 3种莪术不同溶剂提取物的太赫兹折射率曲线A.石油醚提取物；B.氯仿提取物；C.无水乙醇提取物Fig 2 THz refractive index curve of different extracts of 3 kindsof Curcumae Rhizom a A.extracts of petroleum ether；B.extracts of chloroform；C.extracts of anhydrousethylalcohol

3 讨论

取自不同产地、不同品种的莪术的石油醚、氯仿和无水乙醇提取物样品，在太赫兹吸收曲线上整体存在一定差异，其中莪术石油醚和氯仿提取物中的药物成分种类和量均较少，体现在太赫兹吸收曲线上吸收峰较少且强度较小；它们的折射率均存在较大差异，其中样品S2和S3的无水乙醇提取物的折射率在1.7THz附近存在明显跳变。

用双指标序列法对3种莪术不同溶剂提取物太赫兹吸收曲线的分析结果显示，3种溶剂提取物均可以对不同产地、不同品种的莪术进行区分，其中无水乙醇提取物能够比较清晰地表达出样品S2和S3出自同一产地的信息。

[1]国家中医药管理局《中华本草》编委会.中华本草[M].上海：上海科学技术出版社，1998：626.

[2]王惠清.中药材产销[M].成都：四川科学技术出版社，2004：254-255.

[3]彭炳先，周 欣，王道平，等.中药蓬莪术化学成分的研究[J].时珍国医国药，2005，16（11）：1 091.

[4]王 琰，王慕邹.莪术的质量研究[J].药学学报，2001，36（11）：849.

[5]卞 正，陆兔林，毛春芹，等.生莪术饮片质量控制方法研究[J].安徽医药，2009，13（11）：1 332.

[6]Walther M，Fischer B，Schall M，etal.Far-infrared vibrational spectra of all-trans，9-cis and 13-cis retinal measured by THz time-domain spectroscopy[J].Chem Phys Lett，2000，332：389.

[7]邹华彬，袁久荣，杜爱琴，等.甘草氯仿提取物红外指纹图谱双指标序列分析法[J].中国中药杂志，2005，30（1）：16.