青海不同产地宽叶羌活红外光谱测定分析

刘国辉，李美雎，朱瑞娟，陈海娟，尚 军

(1.西宁市园林植物园，青海 西宁 810008；2.青海师范大学生命科学学院，青海 西宁 810008)

红外光谱又称分子振动转动光谱，是由于分子发生振动能级的跃迁所产生的。红外光谱技术是现代用来检测有机物分子结构的研究和化学组成的分析的一种常用技术。能够反映样品的综合信息，定性和定量分析有机物，具有样品处理简单，检测试样用量少，不损坏样品，检测速度快，灵敏度高，检测范围广等优点。已经成为中药鉴别、中药炮制等最常用和不可或缺的一种检测工具[1]。在分析化学、结构化学中也普偏使用。红外光谱由于在中药质量控制研究中的指纹信息量大、特征性强，而被更多的应用于中药指纹图谱的构建[2，3]。实验通过测定采自青海省互助县北山、互助县佑宁寺、玛沁县军功帮菜、湟中县丹麻、民和县七里寺、贵南县城边和果洛州军功和玛可河地区产宽叶羌活的一维红外光谱及二阶导数光谱，采用相关性分析、主成分分析以及聚类分析，构建青海不同产地宽叶羌活红外光谱指纹图谱[4，5]，为宽叶羌活药材鉴定及质量评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 药品与药材来源 8种宽叶羌活药材均采挖于青海省不同的地方，分别为互助北山、果洛军功、玛可河、帮菜和湟中、佑宁寺、民和、贵南；药材粉碎后过60目筛，密闭保存备用。溴化钾( KBr，光谱纯)碎晶购于天津博君科技有限公司。

1.1.2 实验仪器

傅立叶变换红外光谱仪为Spectrum Two(美国Perkin Elmer公司)；

YP-2压片机(上海山岳科学仪器有限公司)；

电子天平METTLER TOLEDO (XP205 DeltaRange)；

其它：玛瑙研钵。

1.2 方法

1.2.1 样品的制备 取已粉碎处理后的药材粉末与完全干燥的溴化钾粉末约1∶200进行压片，以溴化钾压片作为空白对照。

1.2.2 仪器测试条件 一维红外光谱的扫描范围为4 000～450 cm-1，分辨率为4 cm-1，累加扫描64次，扫描过程中实时扣除二氧化碳和水蒸气干扰。

1.2.3 精密度的测定 取处理后的互助北山样品连续测定5次，所得红外图谱完全一致，谱图的相关性为0.999，RSD值为0.000%，表明仪器精密度良好。

1.2.4 重复性试验 使用在互助北山采取的样品，按供试品制备方法平行制备5份，分别测定，所得红外光谱图比较一致，谱图的相关系数为0.962，RSD值为2.390%，表明方法重复性良好。

1.2.5 一维红外光谱的测定 先取空白片于红外光谱仪中扫描，得空白片的一维红外光谱。再将样品片于红外光谱仪中扫描，得到样品片的一维红外光谱。

1.2.6 一维红外光谱的标准化 将收集得到的一维红外光谱进行坐标转化(纵坐标为吸光度)，基线校正，光谱归一化，得到标准图谱。仪器自动识别红外光谱峰的阈值设为0.01A(峰强)。

1.2.7 二阶导数光谱计算 对已标准化的一维红外光谱计算二阶导数，13点平滑，即得二阶导数光谱。仪器自动识别峰的阈值设为0.0005A(峰强)。

2 结果

2.1 宽叶羌活一维光谱分析

产自8个不同地区宽叶羌活植物药材的一维红外光谱比较主要吸收峰位3 437～3 402、2 929～2 925、2 856～2 854、1 740～1 718、1 688～1 626、1 516～1 513、1 456～1 423、1 323、1 260～1 257、1 168～1 121、1 075～1 029、876、536～530、473 cm-1等处(图1)。其中3 437～3 402 cm-1为羟基伸缩振动吸收峰2 929～2 925cm-1为甲基反对称伸缩振动吸收峰，2 856～2 854 cm-1为亚甲基对称伸缩振动吸收峰，1 740～1 718 cm-1为醛类或酮类的羰基伸缩振动吸收峰，1 688～1 626 cm-1为碳双键伸缩振动、羰基伸缩振动或酰胺弯曲振动吸收峰，1 516～1 513 cm-1为苯环骨架振动吸收峰，1 456～1 423 cm-1可能为甲基反对称弯曲振动或亚甲基弯曲振动吸收峰，1 323、1 260～1 257、1 168～1 121、1 075～1 029 cm-1为C-O伸缩振动吸收峰，963以下cm-1为苯环骨架振动吸收峰。

由表1可知，产自贵南与军功、湟中、帮菜四地宽叶羌活相比化学成分差异较小，相关性在0.900以上，与其他地方的相比化学成分差异较大，相关性在0.900以下；产自佑宁寺的宽叶羌活与其他地方相比化学成分差异较大，相关性在0.900以下；产自玛可河的宽叶羌活与互助北山、军功、湟中、帮菜的相比化学成分差异较小，相关性在0.900以上，其他地方的相比化学成分差异较大，相关性在0.900以下；产自互助北山的宽叶羌活与玛可河、军功、湟中、帮菜的相比化学成分差异较小，相关性在0.900以上，其他地方的药材相比化学成分差异较大；产自民和的宽叶羌活与玛可河、互助北山、湟中的相比化学成分差异较小，相关性在0.900以上，与其他地方的相比化学成分差异较大；产自军功的宽叶羌活与玛可河、互北山、湟中、帮菜的相比化学成分差异较小，相关性在0.900以上，其他地方的相比化学成分差异较大；产自湟中与玛可河、互北山、军功、帮菜的宽叶羌活相比化学成分差异较小，相关性在0.900以上，其他地方的相比化学成分差异较大。结果表明：产自佑宁寺的宽叶羌活化学成分与其他地方的相比差异较大，而产自贵南、民和、玛可河、互助北山、军功、湟中、帮菜的宽叶羌活化学成分相似。

2.2 不同产地宽叶羌活二阶导数光谱的比较

由于在1 800 cm-1之前会受-OH的影响，而800 cm-1之后基线漂移过大，故选择1 800～800 cm-1范围内宽叶羌活二阶导数光谱(图2)进行分析。宽叶羌活二阶导数谱中使用垂直光标标记，显示1 627、1 606、1 592、1 580、1 566、1 515、1 501、1 488、1 467、1 400、1 369、1 351、1 286、1 258、1 169、1 105、1 076、984 cm-1是几个地方宽叶羌活的共同峰。

2.3 宽叶羌活主成分分析

于1 800～800 cm-1波数处[3]，选取8个不同产地的宽叶羌活红外一维图谱1 628、1 074、1 033 cm-13个共有峰，以吸光度为指标进行主成分分析。其KMO值为0.721，p=0.008，说明所选3个共有峰适宜做主成分分析，结果如表2，第一主成分累计方差为85.818%，说明第一个主成分即可解释3个红外吸收峰变异的85.818%，即第一个主成分可以利用资料量的85.818%；经旋转成分矩阵计算因子最终的得分后，进一步计算各产地宽叶羌活化学成分累积量综合得分，结果如表2所示，8个不同产地宽叶羌活化学成分累积量大小依次为果洛军功、互助北山、民和、贵南、湟中、帮菜、佑宁寺、玛可河。

表1 不同产地的宽叶羌活药材相关性测定结果

表2 解释的总方差

表3 成分因子得分变量

图3 不同产地宽叶羌活聚类分析图

2.4 聚类分析

将宽叶羌活一维红外光谱经吸光度转换、基线校正及归一化后，以吸光度为量化指标进行聚类分析。

抽取宽叶样品的主要3个共有吸收峰数据点，即相对应的吸收峰A值，SPSS17.0软件进行聚类分析，结果如图3。从系统聚类分析图可以看出，可以将民和、互助北山、果洛军功、湟中、玛可河地区的宽叶羌活归为一类，帮菜、贵南的归为一类。佑宁寺的为一类。

3 讨论

通过构建青海8个产地宽叶羌活整体红外指纹图谱，定性定量的分析了青海8个不同产地羌活品质及相互关系。结果表明，8个产地的宽叶羌活样品中有18个共有峰，通过相关性分析及主成分分析结果表明：青海8个不同产地宽叶羌活所含化学成分的种类及含量存在一定差异，且即便是化学成分类型相似，但化学成分累积量也存在一定差异，进而影响其品质的差异。中药材由于产地不同，生代谢产物在结构类型及有效成分含量方面均存在一定的差异性[6]，通过测定中药材整体红外特征指纹图谱，在宏观上可以反应中药化学成分类型及相互关系，并通过不同产地间中药材一维红外指纹图谱及二阶导数光谱的峰形、出峰位置及相关系数分析，对不同产地间药材进行定性分析，找出相互间的关系，且此方法指纹性强，分析速度快，灵敏度高。同时，在一维红外图谱的基础上，经吸光度转化、基线校正和标准化，以特征峰吸光度为量化指标，选择特征性强的共有特征峰进行主成分分析和聚类分析，并计算综合得分，评定中药材化学成分累积量，建立不同产地间中药材的化学成分累积量品质关系评价。

但由于中药材化学成分类型复杂，药理活性物质基础不明，仅仅建立以化学物质为特征的指纹图谱，还无法满足中药材“谱—效”关系的质量控制要求。