紅外光譜技術在中藥鑒定中的應用進展

紅外光譜與指紋圖譜在中藥質(zhì)控中的應用在中醫(yī)學現(xiàn)代化過程中，中醫(yī)藥的質(zhì)量控制已成為瓶頸之一。為此科研人員開展了大量基礎研究工作,在紅外光譜與色譜指紋圖譜(本文特指高效液相色譜指紋圖譜)方面為中藥質(zhì)控開辟了新的途徑。本文綜述了當前紅外光譜新進展,并將其與色譜指紋圖譜進行分析比較。1紅外光譜分析技術特點近兩年來紅外光譜在中藥質(zhì)控領域取得突破性進展,突破了檢測樣品有損、存在大量廢棄物的問題,形成了一種無損、環(huán)保的新型檢測體系。常規(guī)的制藥分析樣品前處理繁瑣,分析周期較長,使用有毒有害試劑較多,常產(chǎn)生大量廢氣、廢液;相比之下紅外光譜分析有如下鮮明的技術特點:分析速度快,多種成分同時分析,無污染分析,樣品不需特別的預處理,不使用有毒、有害試劑,無損傷分析,操作簡單,分析成本低。紅外光譜技術已在中藥材鑒定、中藥材炮制、中藥注射劑各個領域發(fā)揮了重要作用,分述如下。1.1中藥的鑒定1.1.1紅外光譜分析技術的應用紅外光譜對常用中藥的研究已經(jīng)不局限于通過譜圖的差異來作出簡單辨別;而出現(xiàn)兩個新的應用研究方向:一種是在譜圖計算機輔助解析方面進行深入研究,采用多種分析方法挖掘譜圖數(shù)據(jù)信息;另一種是為了增大樣品差異性對樣品進行前處理。王鳳嶺等利用紅外三級鑒定法區(qū)別栽培和野生丹參。栽培與野生丹參一維譜圖峰形相似度很高,只是吸收峰波數(shù)有一定的差異。二階導數(shù)譜則在特征波段栽培丹參有單峰,野生丹參出現(xiàn)分叉峰;栽培丹參與野生丹參較強吸收峰特征波數(shù)不一致。二維紅外相關光譜中差異更明顯,在特征波段野生丹參有很強的自動峰,而栽培丹參沒有。依據(jù)自動峰的不同可以很容易的分辨出栽培與野生丹參。紅外三級鑒定法將栽培與野生丹參藥材的差異性逐步明顯化,有利于直觀鑒別。徐海星等建立了一種中藥材海金沙分析鑒定的方法。以甲醇、氯仿、石油醚為提取溶劑,提取海金沙得到不同溶劑提取物,采用紅外光譜圖譜鑒別法對提取物進行分析、比較所得的圖譜樣品與標本的相似性好。該試驗使用不同的溶劑對原藥材進行提取處理,增大了樣品差異性,提高了譜圖差異化,更有利于藥材的辨識。張瑞芳等用紅外光譜法用直接鑒定三種不同產(chǎn)地的佛手,根據(jù)特征吸收峰的峰位、吸收強度及峰高比的量化指標值,進行比較分析;每個產(chǎn)地的佛手峰高比值都有固定的范圍;根據(jù)值的大小可以初步判斷其產(chǎn)地。該試驗對光譜圖進行峰高比的量化指標值是其新特點。程存歸等采用水平衰減全反射變換紅外光譜法測定了赤芍及其偽品,并結(jié)合主成分分析法進行排序比較了正偽品之間的差異程度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于傅里葉變換紅外光譜的主成分分析在反映同屬不同種及同種不同產(chǎn)地植物化學組成差異程度上具有應用價值。金向軍等利用紅外光譜法對18種來源于不同產(chǎn)地的朝鮮淫羊霍的紅外光譜進行了分析、指認,利用紅外光譜半定量分析方法分析了朝鮮淫羊霍的品質(zhì)與原產(chǎn)地的關系,發(fā)現(xiàn)光譜隨產(chǎn)地等因素呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。初步建立了利用紅外光譜簡便地分析淫羊霍品質(zhì)的方法。王立群等分析研究不同的遮蔭條件(人工棚架、杉樹林下、玉米林下等)和不同的生長年限(1～5年)栽培黃連的紅外光譜的“指紋特征”,憑借直觀而相對量化的紅外特征峰的相對強度來闡明對黃連生長影響的整體變化規(guī)律。采用FTIR,從分子水平上快速準確無損地檢測由于生長環(huán)境的不同而影響黃連生長的原因。這一方法和技術對道地藥材的規(guī)范化種植具有指導意義。阿依古麗塔西等采用FTIR光譜法分別對藥用植物甘草(藥材對照品)及其偽品刺果甘草進行了無損快速鑒別研究。結(jié)果表明:雖然甘草和偽品刺果甘草都是來源于同一科屬,但兩者所含化學組分的含量不同,其紅外光譜圖既有一定的差異,又有一定的相似。而在紅外二階導數(shù)譜圖上差異較明顯,在二維紅外譜圖的差別不但較明顯而且很直觀。憑借這些差異,可方便地進行真?zhèn)舞b別,同時還進一步表明了這兩種甘草藥材中化學組分之間的差異。金文英等鑒定白術及其偽品,采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡分別測試了白術及其偽品的紅外光譜。采用36個樣本作訓練集,27個樣本作檢驗集,當訓練目標誤差平方和定為0.01時,各類RBF(徑向基函數(shù))對訓練集中白術樣本識別的正確率均為100%。因此該法可用于簡便、快速、準確地識別白術及其偽品。紅外光譜技術應用新進展表現(xiàn)為:一方面通過應用了不同的溶媒進行試驗,對藥材進行提取處理,增大了樣品差異性,提高了譜圖差異化,更有利于差異性小的藥材辨識;另一方面譜圖計算機輔助解析通過量化峰高比、主成分分析、譜圖半定量分析、相關二維、神經(jīng)網(wǎng)絡等方面的深入研究,挖掘了更多的譜圖數(shù)據(jù)信息。1.1.2紅外光譜分析由于地方民族藥還停留在外觀形狀經(jīng)驗鑒別水平,相應色譜含量分析較少。因此紅外光譜分析技術已迅速被彝、藏、蒙等少數(shù)民族醫(yī)藥所接受,并且在地域性藥物鑒別、基原調(diào)查、珍稀藥材保護等領域進行了有益的嘗試。楊群等采用傅里葉變換衰減反射紅外光譜法對雞根、大紅袍兩種彝藥藥材進行了快速無損的紅外光譜測定。說明彝藥塊根的紅外吸收光譜圖主要由碳水化合物木質(zhì)素、纖維等吸收峰組成。關昕璐等采用紅外光譜法直接測定藏藥翼首草不同產(chǎn)地、不同藥用部位的紅外光譜,并比較了它們的紅外光譜差別。結(jié)果表明:翼首草藥材根與地上部分的紅外指紋圖譜有明顯差別,可用于藥用部位的鑒別;產(chǎn)地相距較遠藥材的光譜差別也較大。徐良等用紅外三種光譜法對四種蒙藥材進行了鑒別研究。四種藥材粉末的紅外光譜有明顯區(qū)別。結(jié)果表明地方民族藥與傳統(tǒng)中藥一樣具有較強的紅外光譜指紋特征,可以據(jù)此進行判別。紅外光譜在地方民族藥中的應用,打破了其長期缺乏有效質(zhì)控方法的局面。與此同時,紅外光譜也將成為地方民族醫(yī)藥核心質(zhì)控技術。1.2中藥制劑工藝研究紅外指紋圖譜用于中藥炮制品的鑒別是可行的,特別是二維相關的使用,使炮制過程不再成為不可控的過程;且紅外光譜法樣品制備簡單,儀器設備普及性強,在中藥飲片的快速鑒別與過程監(jiān)控中具有一定的優(yōu)勢。白燕等利用紅外光譜法,從分子水平,快速、準確,整體宏觀監(jiān)控炮制過程,分析生地黃特征峰和熟地黃特征峰變化趨勢和規(guī)律。在地黃傳統(tǒng)炮制經(jīng)驗基礎上,規(guī)范其炮制工藝,制定其飲片質(zhì)量標準,并為中藥炮制質(zhì)量檢測、工藝監(jiān)控等提供強有力分析手段。鮑紅娟等利用紅外光譜技術分析研究河南道地藥材懷菊花及其炮制品,找出懷菊花、炒菊花和菊花炭的紅外光譜和二階導數(shù)譜的“指紋”特征。郁露等采用傅里葉變換紅外光譜技術動態(tài)跟蹤藥用植物白芥子的炒制過程,獲得了不同炒制時間樣本的紅外譜,二階導數(shù)譜和熱擾動下的二維相關紅外譜。白芥子的紅外譜表明,白芥子在炒制過程中油脂特征峰的相對強度變化不明顯,說明白芥子磷酸酯相對較穩(wěn)定;而酰胺Ⅰ帶峰和酰胺Ⅱ帶的吸收峰相對強度顯著減小,是因為白芥子在高溫炒制過程中,蛋白質(zhì)(酶)發(fā)生了熱變性;纖維多糖的特征吸收峰在炒制10min后明顯減弱,這與藥材表皮纖維多糖加熱分解相關聯(lián)。二階導數(shù)譜和二維相關紅外譜的變化規(guī)律與紅外譜的結(jié)果相一致,進一步驗證了白芥子藥材在炒制過程中發(fā)生的主要變化是蛋白質(zhì)變性及多糖的分解。該方法揭示了藥材在炮制過程中所發(fā)生的物理化學變化過程,從分子光譜水平上奠定了白芥子藥材炮制的目的“殺酶保甙”的理論基礎。1.3中藥注射液紅外光譜的測定和解析技術的應用,為中藥制劑的應用提供了依據(jù)王晶等將紅外光譜技術應用于中藥注射劑鑒別;系統(tǒng)考察了制樣、分辨率、掃描次數(shù)、重復掃描次數(shù)等對光譜信息質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素,分別測定了板藍根、川芎、紅花、黃芪、魚腥草等中藥注射劑的紅外光譜。結(jié)果各種注射劑原始圖譜具有較大的相似性,采用計算機輔助解析技術可以較好的對不同種注射劑進行鑒別。潘艷麗研究黃金菊粉針(金蓮花、野菊花、金銀花)藥效組分的紅外指紋表征,采用紅外光譜及其導數(shù)光譜法進行測定,用相關系數(shù)法進行解析,用原料藥和化學藥效組分指紋表征表述質(zhì)量特征。2中藥指紋圖譜的應用中藥質(zhì)量的評價需要用綜合的、非線性的分析觀念來適應,色譜指紋圖譜就是適應這一特點的一種質(zhì)量控制模式。目前我國中藥指紋圖譜的實施,已由實驗室研究進入到實際應用和作為法定質(zhì)量標準的階段。它不僅從圖譜的整體特征來綜合地鑒別真?zhèn)?還可以以一定的量化參數(shù)大致評價中藥產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。在現(xiàn)階段,據(jù)此判斷原料、半成品、成品的質(zhì)量相關性、一致性和穩(wěn)定性,應用范圍包括原料藥材的篩選、生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、成品質(zhì)量的穩(wěn)定考察、市場商品的質(zhì)量監(jiān)控。實踐證明,色譜指紋圖譜分析所表達的質(zhì)量信息遠比測試單一成分要豐富得多。中藥指紋圖譜的檢測是將定量取樣、定量操作得到的標準提取物色譜指紋圖譜整體特征作為指紋,與同樣定量取樣、定量操作得到的供試品色譜相比較,不僅能檢測出該中藥應該含有的中藥成分,而且能檢測出所含成分含量的高低。無須煩瑣計算,即可通過相似度的比較達到鑒別真?zhèn)?。中藥指紋圖譜的應用能有效、準確地評價中藥的質(zhì)量指標。例如天士力集團已將多元色譜指紋圖譜分析定為內(nèi)控方法。對復方丹參滴丸主要化學成分進行了系統(tǒng)分析,鑒定出10種丹參水溶性成分和20種三七皂苷類成分,基本揭示了復方丹參滴丸化學物質(zhì)基礎;能更完整地反映出復雜藥產(chǎn)品的化學組成特征,可用于復中藥產(chǎn)品的質(zhì)量控制,見圖1(各批次的復方丹參滴丸產(chǎn)品中有效成分的含量一致,確保了復方丹參滴丸質(zhì)量的穩(wěn)定)。3在圓明園中，紅譜和譜的共同性和差異分析3.1指紋圖譜與化學成分中藥指紋圖譜是某種(或某產(chǎn)地)中藥材經(jīng)適當處理后,采用一定的分析手段得到的能夠標示該中藥材或中成藥特性的某類或數(shù)類成分的色譜或光譜的圖譜,它具有系統(tǒng)性、特征性和重現(xiàn)性。系統(tǒng)性:指紋圖譜所反映的化學成分應包括中藥有效部位所含大部分成分的種類,或指標性成分的全部;特征性:指紋圖譜中反映的化學成分信息能特征地區(qū)分中藥的真?zhèn)闻c優(yōu)劣,成為中藥自身的“化學條碼”;重現(xiàn)性:不同操作者和不同的實驗室應能做出相同的指紋圖譜,其誤差應在允許的范圍內(nèi)。3.2指紋圖譜的特點紅外光譜鑒別特征性強。對整個化合物分子的鑒別,專一性更強,其關鍵是把具有差異性的化學成分富集起來,使其表現(xiàn)在紅外圖譜上,只需考慮紅外光譜指紋圖譜之間的相似度,比較其差異性,即可達到鑒別效果。色譜指紋圖譜表示中藥及其制劑的各種組分群體特性的共有峰的圖譜。它綜合反映了某一特定藥材各主要成分的含有情況,以及彼此相對含量的內(nèi)在質(zhì)量情況?？傊t外光譜與色譜指紋圖譜在原理