全 文 :第3 4卷,第2期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol.34,No.2,pp376-380
2 0 1 4年2月 Spectroscopy and Spectral Analysis February,2014
不同产地茯苓皮药材红外光谱的识别
马 芳1,张 方1,汤 进1,陈 平1*,陈建波2,周 群2,孙素琴2
1.武汉轻工大学生物与制药工程学院,湖北 武汉 430023
2.清华大学化学系,北京 100084
摘 要 采用红外光谱、二阶导数光谱和二维相关红外光谱对大别山地区和云南省两大道地主产区的茯苓
皮进行鉴别分析。结果表明,不同产地茯苓皮的红外光谱都有1 149,1 079和1 036cm-1等表征糖类成分的
特征吸收峰,其中大别山产区(湖北省、安徽省)的茯苓皮中1 619,1 315和780cm-1等表征草酸钙的特征吸
收峰比较显著,云南产区的茯苓皮中797,779,537和470cm-1等表征硅酸盐的特征吸收峰更加明显。比较
450~1 650cm-1波数范围内的二阶导数红外光谱可知,两个产区茯苓皮所含糖类物质有所不同。在二维相
关红外光谱中,不同产地茯苓皮所含糖类物质的差异更加直观显著。红外光谱法直观、简单、方便、快速,
可以作为鉴别不同产地茯苓皮,诠释产地与药效之间关联性的一种有效准确的新方法。
关键词 茯苓;产地鉴别;傅里叶变换红外光谱;二维相关红外光谱;红外光谱三级鉴别
中图分类号:R284.1;O657.3 文献标识码:A DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2014)02-0376-05
收稿日期:2013-03-22,修订日期:2013-07-21
基金项目:国家自然科学基金项目(81274023;21075076)和2011年中医药行业科研专项子课题项目(201107009)资助
作者简介:马 芳,女,1987年生,武汉轻工大学生物与制药工程学院硕士研究生 e-mail:mf690772309@163.com
*通讯联系人 e-mail:chenpingvip24@163.com
引 言
茯苓为多孔菌科真菌Wolfiporiacocos(Schwein.)的干
燥菌核,性平,味甘、淡、平,归心、脾、肾经,功效利水消
肿,渗湿,健脾,宁心[1,2]。茯苓是一种高等担子菌,寄生于
松科植物赤松或马尾松根茎上,埋于土壤下20~30cm繁衍
而成,主要分布在大别山地区和云南省,为我国传统的名贵
中药材,是多种方剂及中成药的原料,有“十药九茯苓”之
说。现代药理学表明,茯苓具有抗肿瘤、抗炎、抗过敏、调节
免疫等方面的生物活性[3-7]。
药材产区不同,其化学成分的积累不同,则药效和药性
也不尽相同。因此,药材产区的鉴别对于药材的质量控制以
及提高药材的质量显得较为重要。中药红外光谱宏观指纹分
析法是中药学与分析化学相结合的产物,是一种基于中药红
外光谱宏观指纹特征的综合分析方法。与传统的中药分析方
法相比,红外光谱法能获得样品的整体全貌信息,具有直
接、快速、无损、简便等特点,可以直接对中药真伪、产地、
主体成分等进行分析鉴别,并且重现性和稳定性良好[8-11]。
采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合二阶导数红外光谱分
析和二维相关红外光谱分析方法,对茯苓药材的表皮进行快
速、无损的分析与鉴定。
1 实验部分
1.1 仪器
Spectrum GX FTIR光谱仪(PerkinElmer,Inc),DTGS
检测器,光谱范围400~4 000cm-1,分辨率4cm-1,扫描累
加次数32次。二维相关变温附件为CKW-Ⅱ温控仪(北京朝
阳自动仪表厂),控温范围50~120℃。
1.2 样品
茯苓皮样本分别取自30个茯苓菌核的黑色外皮,茯苓
药材均采自茯苓道地产区大别山地区(湖北省、安徽省)和云
南省。药材产地由课题组人员亲自考察且依照2010年版中
国药典进行鉴定。茯苓药材具体产地见表1。
1.3 测定方法与数据处理
分别取各地干燥茯苓的黑色外皮,粉碎,过200目筛。
采用KBr压片法制样,获得各地茯苓皮原药材在室温下的红
外光谱图;用PerkinElmer公司的Spectrum v6.02操作软件
获得二阶导数图谱,平滑点数13点;另将所压样品装入变温
附件,以2℃·min-1的的升温速度对其进行加热,从50~
120℃每隔10℃采集一次红外光谱,经二维相关分析软件获
得二维相关红外光谱。
Table 1 Geographical regions of Poria Cocos peels
编号 产地 编号 产地
1 湖北省罗田县九资河镇 16 安徽省岳西县来榜镇
2 湖北省罗田县九资河镇 17 安徽省岳西县来榜镇
3 湖北省罗田县九资河镇 18 安徽省霍山县歇马台镇
4 湖北省罗田县九资河镇 19 云南省永平县苏屯村
5 湖北省罗田县九资河镇 20 云南省永平县厂街乡
6 湖北省英山县牛岭镇 21 云南省永平县苏屯村
7 湖北省英山县牛岭镇 22 云南省永平县苏屯村
8 湖北省英山县胡家山 23 云南省永平县苏屯村
9 湖北省英山县黄沙河 24 云南省永平县厂街乡
10 湖北省英山县黄沙河 25 云南省丙麻县通四寨
11 湖北省英山县占河村 26 云南省丙麻县河新村
12 湖北省英山县占河村 27 云南省丙麻县茯苓种植基地
13 安徽省岳西县分水岭 28 云南省丙麻县茯苓种植基地
14 安徽省岳西县横河镇 29 云南省腾冲市中和乡
15 安徽省岳西县来榜镇 30 云南省腾冲市界头乡
2 结果与讨论
2.1 不同产地茯苓表皮红外光谱分析
不同产地的茯苓皮的红外光谱具有明显的地域性差异。
从湖北省和安徽省采集的茯苓皮,同属于大别山地区,气
候、温度、土壤等环境因素相近,因此得到的红外光谱高度
相似;从云南省采集的茯苓皮,其红外光谱差异性比较明
显。从差异性比较大的产地中各选取具有代表性的样本进行
分析,与高岭土和草酸钙标准品对茯苓皮红外光谱的主要吸
收峰进行归属及比较。
如图1所示,茯苓皮的红外光谱中,3 400cm-1附近为
O—H伸缩振动吸收峰;2 928cm-1附近为亚甲基C—H 反
对称伸缩振动吸收峰;1 644cm-1附近主要为O—H弯曲振
动吸收峰,也有可能包含有羰基 C O 伸缩振动,蛋白质酰
胺Ⅰ带吸收峰;1 537cm-1主要是 N—H的弯曲振动和C—
N的伸缩振动,为蛋白质酰胺Ⅱ带吸收峰;1 450~1 350
cm-1的两个叠加峰可能含有多种成分,如C—H的弯曲振动
吸收;在1 300cm-1以下,1 149,1 079和1 036cm-1等是
C—O伸缩振动吸收峰,这组峰为多糖类吸收峰;1 619,
1 315和780cm-1与草酸钙的典型特征吸收峰相符;3 696,
3 621,797,779,537和470cm-1与高岭土的典型特征吸收
峰一致。由图1可知,茯苓皮的主要成分为糖类,有少量的
蛋白,还含有明显的草酸钙和高岭土成分。表2为茯苓皮各
吸收峰官能团振动方式及主要归属。
由图2可以看出,大别山产区(湖北省罗田、英山,安徽
省岳西、霍山)样品中草酸钙的特征峰明显,说明大别山产
区的茯苓皮中草酸钙的含量较高;而云南省(永平、丙麻、腾
冲)样品中硅酸盐的特征峰明显,说明云南产区的茯苓皮中
硅酸盐的含量较高。另外,这两个产区的茯苓皮的糖类吸收
峰有一定的差异。据此可以明确区分大别山产区和云南省两
个不同产地的茯苓皮。
Fig.1 FTIR spectra of Poria Cocos peels a,
Kaoline band Calcium oxalate c
Fig.2 FTIR spectra of Poria Cocos peels harvested form Luo-
tian a,Yingshan b,Yuexi c,Huoshan d,Yongping e,
Bingma fand Tengchong g
Table 2 Preliminary peak assignments of FTIR
spectra of Poria Cocos peels
波数/cm-1 主要基团 振动方式 主要归属
3 370~3 430 O—H 伸缩 糖类
2 925~2 930 亚甲基C—H 反对称伸缩 糖类
1 630~1 645 O—H 弯曲 糖类
1 619,1 315,780 C—O 伸缩 草酸钙
1 537 N—H 面内弯曲 蛋白质
1 450 甲基 面外弯曲 蛋白质、糖类
1 149,1 079,1 036 C—O 伸缩 糖类
800~1 000 糖环 环呼吸振动 糖类
797,779,537,470 Si—C 伸缩 硅酸盐
2.2 不同产地茯苓皮的二阶导数红外光谱分析
茯苓皮中含有很多种成分,其红外光谱中吸收峰叠加严
重,使用二阶导数光谱可以增强分辨率,对重叠峰进行分辨
或使一些特征峰间的差异更加明显,从而找出特定化合物的
773第2期 光谱学与光谱分析
特征峰并提高图谱的指纹特征性。
如图3所示,湖北省罗田县、英山县和安徽省岳西县、
霍山县的茯苓皮在1 619,1 315,780和519cm-1附近的草
酸钙特征吸收峰非常明显,由此可确认大别山产区的茯苓皮
中草酸钙显著存在。云南省丙麻县和腾冲县的茯苓皮在
1 163,912,798,779,694,534和470cm-1附近的高岭土特
征吸收峰非常明显,由此可确定这两个产地的茯苓皮中硅酸
盐含量较高。云南省永平县的茯苓皮同时含有1 619,1 315,
780和519cm-1的草酸钙特征吸收峰和798,779和694
cm-1的高岭土特征吸收峰,说明云南省永平县的茯苓皮中草
酸钙和硅酸盐的含量都较高。另外,在1 005和990cm-1左
右通过二阶导数分离出的吸收峰为糖类的特征吸收峰。四个
不同产地的茯苓皮中,云南省丙麻县1 005cm-1峰强度最
大,云南省腾冲县在990cm-1峰强度最大。1 152,1 108,
1 080和1 035cm-1四个 C O 峰相对强度的差异进一步说
明七个产地茯苓皮中所含糖的成分和种类不同。由以上分析
可知,随着表观分辨率的增加,不同产地茯苓皮之间的差异
更加明显。
2.3 不同产地茯苓皮二维相关红外光谱分析
二维相关红外光谱法是对一系列动态红外光谱进行数学
分析,不仅提高了红外谱图的分辨率,而且提供了基团之间
相关性的详细结构信息,可用于鉴别和研究物质成分或基团
之间的相互作用[12]。为了更进一步研究不同产地茯苓皮的
区别,本实验采用热微扰条件,选取850~1 050cm-1波段的
二维相关红外光谱,分析在升温过程中不同产地茯苓皮中糖
类有关基团的分子振动对温度响应变化。如图4所示,湖北
省罗田县的茯苓皮有4个明显的自动峰,分别出现在883,
919,973,和1 005cm-1,其中973cm-1自动峰的强度最大;
湖北省英山县的茯苓皮有5个明显的自动峰,分别出现在
878,920,931,977和1 005cm-1,其中977cm-1自动峰的
强度最强;安徽省岳西县的茯苓皮有4个明显的自动峰,分
Fig.3 Second derivative infrared spectra of Poria Cocos peels
harvested form Luotian a,Yingshan b,Yuexi c,Huos-
han d,Yongping e,Bingma f,Tengchong gand Calci-
um oxalate h,Kaoline i
别出现在882,917,975和1 006cm-1,其中975cm-1自动
峰的强度最大;安徽省省霍山县的茯苓皮有4个明显的自动
峰,分别出现在889,917,973和1 004cm-1,其中973
cm-1自动峰的强度最大;云南省永平县的茯苓皮有5个明显
的自动峰,分别出现在881,920,975,1 005和1 041cm-1,
其中977cm-1自动峰的强度最大;云南省丙麻县的茯苓皮有
6个明显的自动峰,分别出现在880,911,921,938,973,
873 光谱学与光谱分析 第34卷
Fig.4 2D-IR synchronous correlation spectra and autopeaks of Poria Cocos peels harvested form Luotian(a),
Yingshan(b),Yuexi(c),Huoshan(d),Yongping(e),Bingma(f),Tengchong(g)
1 005和1 021cm-1,其中973cm-1自动峰的强度最大;云南
省腾冲县的茯苓皮有8个明显的自动峰,分别出现在877,
905,922,933,961,971,1 001和1 020cm-1,其中961
cm-1自动峰的强度最大。另外,不同产地茯苓皮的自动峰相
对强度不同。综上所述,七个不同产地茯苓皮中糖类有关基
团对温度的热敏感程度不同,所以二维相关红外光谱中有多
处差异,因此利用二维相关红外光谱可以直观有效地对不同
产地茯苓皮进行区分。
3 结 论
利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合二阶导数红外光
谱和二维相关红外光谱分析方法,对两大产区七个产地的茯
苓皮进行三级鉴定分析,结果表明大别山产区的茯苓皮中草
酸钙含量较高,而云南省的茯苓皮中硅酸盐含量较高。大别
山地区茯苓皮产地地域跨度较小,气温、海拔、土壤环境相
似,茯苓皮成分含量相似,而云南省茯苓皮产地地域跨度较
大,气温、海拔、土壤环境有差异,茯苓皮成分含量也有一
定的差异。因此,红外光谱三级鉴别法可以对不同产地的茯
苓皮进行简便、快速、有效、准确的鉴别,为茯苓皮的质量
控制研究提供科学有效地方法。
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Analysis and Identification of Poria Cocos Peels Harvested form Different
Producing Areas by FTIR and 2D-IR Correlation Spectroscopy
MA Fang1,ZHANG Fang1,TANG Jin1,CHEN Ping1*,CHEN Jian-bo2,ZHOU Qun2,SUN Su-qin2
1.Colege of Biology and Pharmaceutical Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China
2.Department of Chemistry,Tsinghua University,Beijing 100084,China
Abstract Different geographical regions of traditional Chinese medicine(TCM),its chemical composition is different,the accu-
mulation of drug and medicinal properties is different.The accurate identification and analysis of different production area of me-
dicinal herbs is critical for the quality control and pharmacological research of TCM.In this paper,a tri-step infrared spectrosco-
py(Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)combined with second derivative spectra and two-dimensional correlation in-
frared spectroscopy(2D-COS)were employed to identify and analyze the main components of Hubei(HB),Anhui(AH),Yun-
nan(YN)genuine Poria Cocos peels.The emergence of several characteristic absorption peaks of carbohydrates including 1 149,
1 079 1 036cm-1,peaks around 1 619,1 315,780cm-1 belonged to calcium oxalate suggested that HB and AHPoria Cocos
peels contained calcium oxalate,but peaks around 797,779,537,470cm-1 belonged to kaoline suggested that YN Poria Cocos
peels contained kaoline.Their carbohydrates were different by comparing the second derivative infrared spectra in the range of
1 640~450cm-1 and Yongping come from YN contains both calcium oxalate and kaoline.Furthermore,the above differences
were visualy validated by two-dimensional correlation spectroscopy(2D-COS).It was demonstrated that the Tri-step infrared
spectroscopy were successfuly applied to fast analyze and identify Poria Cocos peels from different geographical regions and sub-
sequently would be applicable to explain the relevance of geographical regions and medicinal properties for the TCM.
Keywords Poria Cocos peels;Geographical regions;Fourier transform infrared spectroscopy;Tri-step identification infrared
spectroscopy
(Received Mar.22,2013;accepted Jul.21,2013)
*Corresponding author
083 光谱学与光谱分析 第34卷