ATR-FTIR技术在赛加羚羊角鉴别中的应用分析

刘 闯 李 超 金 煜

(东北林业大学野生动物资源学院，哈尔滨，150040)

国家Ⅰ级重点保护野生动物赛加羚羊(Saigatatarica)雄性个体的角是名贵中药材，习称“羚羊角”，商品类型包括整枝羚羊角和羚羊角切块等，饮片类型主要为羚羊角(镑)片、羚羊角丝和羚羊角粉等，各种类型均不乏掺杂使假的先例。《中华人民共和国药典》1963、1977、1985及1990版均明确羚羊角炮制应除骨芯，1995及以后各版则未提及，故羚羊角粉中可能存在比例不固定的骨质物。且因资源逐渐匮乏，长久以来羚羊角替代品的研究就一直是中医药界的重要课题，目前已明确的替代品除有山羊(Caprahircus)角、绵羊(Ovisaries)角、藏原羚(Procaprapicticaudata)角、黄羊(Procapragutturosa)角、牛角(Bostaurus)等外，羚羊角的骨质芯也确认与羚羊角有相似疗效[1-10]，因此羚羊角的炮制不再除骨芯在业界已是常态。整枝羚羊角及其切块的鉴别主要依赖样本的固有性状，饮片则因外在形状的改变使鉴别存在一定的难度，尤其是羚羊角粉的鉴别，急需找到准确的检验方法，并形成标准。

衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)技术应用十分广泛，近年来在中药材鉴定、质量评价及中药材产地追溯等方面的应用性研究逐渐加深并凸显优势[11-19]。本文拟利用ATR-FTIR技术原理并借鉴前人的经验，对所采集样本进行测定，分析其原始红外图谱及相关系数，探究羚羊角不同取样部位、不同羚羊角个体、混杂不同比例骨芯的羚羊角粉及其他物种与羚羊角之间的红外图谱相关性，旨在为形成羚羊角鉴定标准积累基础数据并提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

赛加羚羊角(其中部分含骨芯)13支(编号L1-L13)、黄羊角4支(编号H1-H4)、牛角2支(编号N1-N2)，样本均来自国内药材公司库存，年龄不详。

1.2 仪器设备

美国PerkinElmer公司的Frontier傅立叶变换红外光谱仪，DTGS检测器，光谱分辨率为4 cm-1。

1.3 实验方法

1.3.1 样本处理

L1-L10分别于角质壳基部、中部、尖部取样，磨粉制成实验样本，共30份(表1)；L3、L4、L6、L7内部骨芯取样，磨粉制成实验样本，共4份用于制作骨芯平均图谱(表1)；L11-L13的角质壳和骨芯分别取样磨粉，并按角骨比例1∶1、1∶2、1∶3混合制成实验样本，共9份(表1)；H1-H4及N1、N2均在基部取样，磨粉制成实验样本(表1)。

表1 实验材料及样本Tab.1 Experimental materials and samples

续表1

1.3.2 实验设计

考虑到牛科(Bovidae)动物角生长的特性及目前市售饮片尤其是羚羊角粉的实际情况，为达到建立赛加羚羊角鉴别标准的目的，将可能对其ATR-FTIR检测结果产生影响的因素进行逐一分析，设计了4组实验，分别对赛加羚羊角同一样本不同部位、不同样本相同部位、角质外壳与骨芯不同比例混合样本的红外图谱进行比较分析，以及赛加羚羊角与牛角、黄羊角的红外图谱进行比较分析。

1.3.3 仪器操作

实验样本置于样品台上，调节仪器开始扫描，每个样本扫描32次，实验室内保持干燥通风，扫描过程可排除水和二氧化碳影响。

2 结果与分析

2.1 同一羚羊角不同取样部位的红外图谱比较分析

对羚羊角L1-L10角质壳制得的10组30份样本进行ATR-FTIR检测，数据分别导入Orgin软件，得到的图谱经13点平滑、基线校正及纵坐标归一化处理(后文中样本亦如此处理，不再赘述)，最后形成10组红外图谱(图1)。使用Omnic 8.0软件对检测数据进行计算，得出相关系数(表2)。结果显示，在同一支羚羊角的不同部位取样获得的红外图谱相关系数为96.69%—99.43%，存在0.57%—3.31%的差异。

2.2 不同羚羊角相同部位取样的红外图谱比较分析

取羚羊角L1-L10角质壳制得的30份样本进行ATR-FTIR检测，获得数据分别导入orgin软件得到红外图谱，将同一取样部位的10个红外图谱进行比较(图2)。使用Omnic 8.0软件对检测数据进行计算，得出相关系数(表3，表4，表5)。结果显示，不同羚羊角在相同部位取样所获得红外图谱相关系数为94.24%—99.43%，存在0.57%—5.76%的差异。

图1 同一羚羊角不同取样部位红外图谱图Fig.1 Infrared map of different sampling parts of the same antelope horn

表2 同一羚羊角不同取样部位红外图谱相关系数统计Tab.2 Statistical correlation coefficient of infrared spectrum of different sampling parts of the same antelope horn %

图2 不同羚羊角相同部位取样红外图谱图Fig.2 Sampling infrared spectrum of different parts of different antelope horns

表3 羚羊角L1-L10基部红外图谱相关系数统计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中部红外图谱相关系数统计Tab.4 Statistics on correlation coefficient of infrared spectrum of middle of antelope horn L1-L10 %

表5 羚羊角L1-L10尖部红外图谱相关系数统计Tab.5 Statistics on the correlation coefficient of infrared spectrum of tip of the antelope horn L1-L10 %

2.3 羚羊角与骨芯不同比例混合的红外图谱比较分析

取角骨混合样L11-1、L11-2、L11-3、L12-1、L12-2、L12-3、L13-1、L13-2和L13-3进行ATR-FTIR检测，所得数据导入Orgin软件，获得3组红外图谱，分别与骨芯平均图谱(骨芯样本L3-4、L4-4、L6-4、L7-4的ATR-FTIR检测数据导入Orgin软件处理得到)及羚羊角角质壳平均图谱(由L1-10的30个ATR-FTIR检测数据导入Orgin软件处理得到)进行对比(图3)。将检测数据导入Omnic 8.0软件计算相关系数(表6)。结果显示：骨质成分的存在对羚羊角的红外图谱产生极大的影响，随着混合物中骨质成分的增多，其红外图谱与羚羊角壳红外图谱的相关系数减小。

图3 羚羊角角骨不同比例混合样本的红外图谱图Fig.3 Infrared map of mixed samples of different angles of antelope horn

表6 角骨不同比例混合样本与羚羊角及骨芯红外图谱相关系数统计Tab.6 Statistics on correlation coefficients of mixed samples of angle bone and angle of infrared angle and bone core %

2.4 牛角、黄羊角与羚羊角的红外图谱比较分析

取羚羊角L1-L10、黄羊角H1-H4、牛角N1、牛角N2进行ATR-FTIR检测，数据分别导入Orgin软件获得各物种平均图谱(图4)。根据检测数据，利用Omnic 8.0软件计算其种间相关系数(表7)。显示，黄羊角、牛角、羚羊角三者之间红外图谱相关系数为99.28%—99.47%，其0.53%—0.72%的差异小于赛加羚羊个体间甚至是同一样本不同取样部位的差异。从图谱中可见各样本均有明显的酰胺特征吸收谱带，酰胺I带由C=O基团伸缩振动产生，酰胺II带由C-N键的伸缩振动和N-H的面内弯曲振动引起，羚羊角的酰胺I带出现在1 641cm-1，酰胺II带出现在1 519 cm-1，而黄羊角、牛角的酰胺带也出现在附近，可见差异小的原因主要应该是三者化学成分相近。

图4 黄羊角、牛角和羚羊角的红外图谱Fig.4 Infrared map of yellow goat horn，oxhorn and antelope horn

表7 黄羊角、牛角、羚羊角之间红外图谱相关系数统计Tab.7 Statistical correlation coefficient of infrared spectrum between yellow goat horn，oxhorn and antelope horn %

3 结论与讨论

经过对13支羚羊角(含骨芯)、4支黄羊角、2支牛角进行ATR-FTIR检测，并计算分析其图谱的相关系数，得出结论如下。

3.1 不同个体赛加羚羊角的红外图谱存在0.57%—5.76%的差异，同支羚羊角不同取样部位的红外图谱尽管高度相似，但仍存在0.57%—3.31%的差异，由此可以推断，正常情况下任意两个赛加羚羊角随机样本的ATR-FTIR检测结果不会形成两条完全相同的曲线。

3.2 黄羊角、牛角、赛加羚羊角种间红外图谱的相关系数仅存在0.53%—0.72%的差异，小于两无关赛加羚羊角样本及同一样本不同取样部位间的差异，表明通过ATR-FTIR技术分析原始图谱鉴别赛加羚羊角存在一定的风险。

3.3 骨质物的存在增大了采用ATR-FTIR技术鉴别赛加羚羊角的难度。

综上，尽管ATR-FTIR已经是成熟的技术方法，在中医药的物种鉴定、产地追溯及产品质量监测等方面多有报道，但本研究结果显示在将其应用于赛加羚羊角尤其是其饮片的鉴别时要十分慎重。建立赛加羚羊角的ATR-FTIR标准曲线应充分考虑个体差异、取样部位、骨角混合比例及其他物种成分类似物混入等情况，并应配合其他有效方法同时使用，以充分发挥ATR-FTIR技术简便、高效、微损甚至无损的优势。