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溪黄草四种基源植物的二维相关红外光谱鉴别研究



全 文 :第27卷 第1期 光 散 射 学 报 Vol.27 No.1
2015年3月 THE JOURNAL OF LIGHT SCATTERING  Mar.2015
文章编号:1004-5929(2015)01-0064-05
溪黄草四种基源植物的二维相关红外光谱鉴别研究
黄冬兰,陈小康,徐永群
(韶关学院化学与环境工程学院,韶关,512005)
摘 要:采用傅里叶红外光谱法和二维相关红外光谱法对中药溪黄草的4种基源植物进行了鉴别研究。结
果表明,溪黄草4种基源植物共有成分为酯类、羧酸类、黄酮类、木质素、芳香类、糖苷类等,但四者各主体成分
的相对含量差别较大,其中纤花线纹香茶菜和溪黄草富含酯类、羧酸类物质、木质素、芳香族化合物,而线纹香
茶菜和狭基线纹香茶菜中富含黄酮类物质。在二维相关红外光谱上,根据它们自动峰的数目、位置、相对峰强
度的差异,可实现对中药溪黄草4种基源植物的鉴别。该方法快速、简便、无损、客观、成本低、重复性好,为中
药溪黄草的基源种的鉴别提供了新的有效方法。
关键词:二维相关红外光谱;线纹香茶菜;狭基线纹香茶菜;纤花线纹香茶菜;溪黄草;鉴别
中图分类号:O657.3   文献标志码:A   doi:10.13883/j.issn1004-5929.201501013
Identification of Four Original Species of Xihuangcao by
2DInfrared Correlation Spectroscopy
HUANG Dong-lan,CHEN Xiao-kang,XU Yong-qun
(School of Chemistry and Environmental Engineering ,Shaoguan University,Shaoguan512005,China)
Abstract:Four original species of Chinese medicine‘Xihuangcao’were analyzed and evalua-
ted by Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)and two-dimensional correlation in-
frared spectroscopy(2D-IR)in this paper.The results showed that the esters,carboxylic
acids,flavonoids,lignins,aromatics and glycosides were commonly contained in four original
species of Chinese medicine‘Xihuangcao’.But their relative contents were significantly dif-
ferent.The quantity of esters,carboxylic acids,lignins,aromatics in I.lophanthoides var.
graciliflorus and I.serra were higher than those that in I.lophanthoides and I.lophan-
thoides var.gerardianus.While the quantity of flavonoids in the I.lophanthoides and I.lo-
phanthoides var.gerardianus were higher than those that in I.lophanthoides var.gracili-
florus and I.serra.In 2Dsynchronous correlation spectra,based on the differences in the
position,number and relative intensity of autopeaks of samples,four original species of Chi-
nese medicine‘Xihuangcao’could be identified.It is demonstrated that two-dimensional cor-
relation infrared spectroscopy can offer a rapid,nondestructive,objective,low-cost and good
repeatability approach for analyzing and evaluating different original species of Chinese medi-
cine‘Xihuangcao’.
Key words:two-dimensional correlation infrared spectroscopy(2D-IR);I.lophanthoides;I.
lophanthoides var.gerardianus;I.lophanthoides var.graciliflorus;I.serra;Identifica-
tion
收稿日期:2013-11-19;修改稿日期:2013-12-23
基金项目:国家自然科学基金项目(21071099);韶关市科技计划项目(201009)
作者简介:黄冬兰(1983-),女,广东省韶关人,讲师,主要从事光谱分析的研究工作。E-mail:lantern1227@163.com
第1期 黄冬兰:溪黄草四种基源植物的二维相关红外光谱鉴别研究
1 引言
溪黄草为广东民间习用草药,具有清热利湿、
退黄、凉血散瘀等功效,主治急性肝炎、急性胆囊
炎、痢疾、肠炎,跌打瘀肿等病症,并成为成药消炎
利胆片、胆石通胶囊及复方胆通胶囊的原料之
一[1]。《中药大辞典》、《全国中草药汇编》、《广东中
药志》、《常用中草药手册》、《中国高等植物》、《广
东植物志》、《广东中药材标准》等全国较有名的重
要论著,只收载线纹香茶菜(I.lophanthoides)的
全草作为溪黄草的植物来源。但是目前临床上使
用的溪黄草除正品线纹香茶菜外,还有其同属植
物狭基线纹香茶菜(I.lophanthoides var.gerar-
dianus)、纤花线纹香茶菜(I.lophanthoides var.
graciliflorus)及溪黄草(I.serra)等[2]。溪黄草
上述4种基源植物同属,形态相近,不易鉴别,若混
淆使用,会直接影响临床的疗效,损害患者的健
康。因此,建立各品种间的鉴别方法是非常重要
的。
目前主要的鉴别方法有性状鉴别、显微鉴别、
薄层色谱、染色体数目比较等[3-4],但这些方法具有
片面性强或实验过程复杂等缺点。因此迫切需要
建立一种稳定、客观、快速、简便、易于掌握的现代
鉴别技术,以便为溪黄草的鉴定和准确用药提供
科学的依据。具有快速、简便、无损、客观等优点
的傅里叶红外光谱法在中药、食品等复杂混合体
系的质量评价中发挥了重要的作用[5-6]。近年来,
高分辨率的二维相关红外光谱技术的发展使得红
外光谱的谱峰重叠问题得到了很好的解决,谱图
的识别能力也有了很大的提高[7-8]。本文通过对溪
黄草的上述4种基源植物进行红外光谱分析,以期
建立一种溪黄草基源植物的快速鉴别方法,为溪
黄草的资源开发利用和药材规范化种植以及药材
质量评价提供较全面的科学依据。
2 实验部分
2.1 样品来源与制备
线纹香茶菜、狭基线纹香茶菜、纤花线纹香茶
菜和溪黄草分别取自广西贺州、韶关翁源、清远阳
山、韶关曲江,依照2013年版《中国药用植物》[9]进
行鉴定;实验所用试剂均为分析纯。
将线纹香茶菜、狭基线纹香茶菜、纤花线纹香
茶菜和溪黄草全草于60℃干燥至恒重;粉碎,过
200目标准筛,于干燥器中保存备用。
2.2 仪器设备
傅里叶变换红外光谱仪为Perkin Elmer公司
的Spectrum One光谱仪,采用DTGS监测器。光
谱分辨率4cm-1,测量范围4000~400cm-1,每个
样品累计扫描16次。扫描时扣除 H2O和CO2的
干扰。变温附件为Love Control公司的Portable
Controler可编程温度控制单元(50-886型),控温
范围:50~120℃,每隔10℃进行一次红外光谱扫
描,升温速率为2℃·min-1。
2.3 实验过程
分别取各样品粉末与 KBr混合研磨充分均
匀,采用压片法制样,扫描测定获得各样品的红外
光谱图。另将所压样品装入变温附件,温度从
50℃逐步升高到120℃,程序控温,每隔10℃采集
1次红外光谱图,得到一系列动态红外光谱。采用
清华大学分析中心红外光谱组自行设计的二维相
关分析软件处理上述变温动态谱,即获得二维相
关红外光谱。
3 结果与讨论
3.1 溪黄草4种基源植物的红外光谱分析
图1为溪黄草4种基源植物的红外谱图,根据
文献[5-8]和表1对主要红外吸收峰进行指认和归
属。3366、3360、3354cm-1为萜类、多糖类、苷类、
糖醇类等物质中羟基O-H伸缩振动吸收峰;2925
cm-1附近为亚甲基C-H 反对称伸缩振动峰,结合
1379、1415、1424cm-1附近的C-H的弯曲振动峰说
明溪黄草4种基源植物中均含有较多的饱和烷基;
1733cm-1附近是酯类或羧酸类物质中C=O伸缩
振动峰;1640~1650cm-1主要为黄酮类物质的共
轭C=O 伸缩振动峰;1614、1509及1424cm-1
(1612、1513及1423cm-1)为木质素及其它芳香化
合物中苯环骨架振动吸收峰;1245~1265cm-1为
酯类物质中C-O-C伸缩振动峰,而1156、1035cm-1
等则为糖苷类的C-O的伸缩振动峰。以上光谱特
征说明溪黄草4种基源植物的化学成分较为相似,
主要含有酯类、羧酸类、黄酮类、木质素、芳香类、
糖苷类等物质。
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光  散  射  学  报  第27卷
Table.1 Assignments of main IR absorption peaks offour original species of‘Xihuangcao’
样品 νCH2/cm
-1 νC=O/cm-1 νAr-C=O/cm-1 νrf(ar)/cm-1 δC-H/cm-1 νC-O-C/cm-1 νC-OH/cm-1
线纹香茶菜 2925 - 1640 - 1379  1262,1156  1034
狭基线纹香茶菜 2926 - 1650 - - 1263,1155  1035
纤花线纹香茶菜 2922  1733 - 1614,1509  1375  1246,1159  1054,1035
溪黄草 2925  1734 - 1612,1513  1376  1247,1159  1055,1035
  注:v:伸缩或骨架振动;δ:弯曲振动;ar,芳香类;rf,环骨架
  以线纹香茶菜的红外谱图为参考,利用Spec-
trum v5.02软件的compare功能计算四者与线纹
香茶 菜 的 相 似 系 数 分 别 为 1.0000、0.9711、
0.9463、0.9263,说明四者相似度较高,但也存在
一些差异。譬如在1733cm-1波数处,纤花线纹香
茶菜和溪黄草有明显的吸收峰,而线纹香茶菜和
狭基线纹香茶菜的该特征峰不太明显,这说明纤
花线纹香茶菜和溪黄草中含有的酯类或羧酸类物
质较多。此外,线纹香茶菜和狭基线纹香茶菜分
别在1640、1650cm-1处有明显的黄酮类物质的共
轭羰基的伸缩振动峰,而纤花线纹香茶菜和溪黄
草该特征峰不明显,这说明线纹香茶菜和狭基线
纹香茶菜含有的黄酮类物质较多,而纤花线纹香
茶菜和溪黄草中黄酮类物质含量较低。纤花线纹
香茶菜和溪黄草含有明显的木质素及芳香族化合
物的特征峰(1614、1509及1424cm-1处),这说明
两者含有较多的木质素及芳香族化合物。根据以
上分析可知,溪黄草4种基源植物主体成分相似,
但各物质成分的相对含量差别较大,其中纤花线
纹香茶菜和溪黄草富含酯类、羧酸类物质、木质
素、芳香族化合物,而线纹香茶菜和狭基线纹香茶
菜中富含黄酮类物质。结合四者相似系数的大
小,可进一步判断线纹香茶菜与其近缘种的亲缘
关系由近到远依次是:狭基线纹香茶菜、纤花线纹
香茶菜、溪黄草,这一结果与它们所处的传统分类
学位置相符[10]。
3.2 溪黄草4种基源植物的二维相关红外光谱分析
  二维相关红外光谱能够提高谱图的分辨率,
对重叠信号有很强的分辨能力,因此在二维相关
红外光谱中可获得一些常规红外所不能获得的新
信息[8]。本实验以热为微扰,所获得的二维相关红
外光谱能够反映待测样品中各组分的有关基团对
温度的敏感程度,各基团对温度的敏感程度的差
异能够通过自动峰数目、位置和相对峰强度的不
同体现出来,根据这些差异便可对样品进行分类
鉴别。
Fig.1 IR spectra of four original species of‘Xihuangcao’
a:I.lophanthoides;b:I.lophanthoides var.gerardianus;
c:I.lophanthoides var.graciliflorus;d:I.serra.
  图2为溪黄草4种基源植物在1300~1750
cm-1区域内的二维相关红外光谱图。该区域的二
维相关红外光谱主要包含C=O伸缩振动峰、芳香
类物质的骨架振动峰及C-H弯曲振动峰等。如图
2所示,线纹香茶菜(见图2a)在此波数范围内出现
1460、1560、1589、1640cm-1等4个明显的自动峰,
其中1640cm-1为黄酮类物质的 C=O 振动峰,
1589、1560和1460cm-1为苯环的骨架振动峰,
1589、1560cm-1处自动峰最强,说明线纹香茶菜中
芳香类成分的稠环基团对温度最为敏感。狭基线
纹香茶菜(见图2b)在一维红外光谱图与线纹香茶
菜的非常相似,但其在二维相关谱1300~1750
cm-1波数范围内仅出现1389、1580、1640cm-1等3
个明显的自动峰,与线纹香茶菜的二维相关红外
光谱有明显的差别。纤花线纹香茶菜(见图2c)在
此波数范围内出现1469、1560、1600、1640、1720
cm-1等5个明显自动峰,其中1600cm-1处的自动
峰最强。溪黄草(见图2d)在此波数范围内也出现
1460、1560、1599、1639、1719cm-1等5个明显自动
峰,但其最强自动峰却出现在1639cm-1波数处。
纤花线纹香茶菜和溪黄草在二维相关红外光谱上
的差异可将两者鉴别开来。
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第1期 黄冬兰:溪黄草四种基源植物的二维相关红外光谱鉴别研究
Fig.2 2D-IR spectra of four original species of‘Xihuangcao’in the range of 1300~1750cm-1
a.I.lophanthoides;b.I.lophanthoides var.gerardianus;c.I.lophanthoides var.graciliflorus;d.I.serra.
  图3为溪黄草4种基源植物在1060~1240
cm-1区域内的二维相关红外光谱图。该区域主要
是糖苷类的C-O伸缩振动区域。此区域内线纹香
茶菜(见图3a)在1068、1092、1140、1194、1218cm-1
处有5个明显的自动峰,其中1140cm-1自动峰最
强。狭基线纹香茶菜(见图3b)在1069、1089、
1135、1195、1212cm-1处有5个明显的自动峰,其
中1195、1212cm-1自动峰最强。纤花线纹香茶菜
(见图3c)在1091、1142、1194、1214cm-1处有4个
明显的自动峰,其中1214cm-1自动峰最强。溪黄
草(见图3d)在1070、1096、1142、1194、1216cm-1
处有5个明显的自动峰,其中1216cm-1自动峰最
强。由以上分析可知,四者自动峰的数目、位置、
相对峰强度均有差异,说明四者的糖苷类基团对
温度的敏感程度是不同的,根据这些差异可实现
溪黄草4种基源植物的鉴别。
Fig.3 2D-IR spectra of four original species of‘Xihuangcao’in the range of 1060~1240cm-1
a.I.lophanthoides;b.I.lophanthoides var.gerardianus;c.I.lophanthoides var.graciliflorus;d.I.serra.
4 结论
采用傅里叶红外光谱法和二维相关红外光谱
法对线纹香茶菜、狭基线纹香茶菜、纤花线纹香茶
菜和溪黄草进行了鉴别研究。从一维红外光谱分
析可知,溪黄草4种基源植物主体成分相似,但各
物质成分的相对含量差别较大,其中纤花线纹香
茶菜和溪黄草富含酯类、羧酸类物质、木质素、芳
香族化合物,而线纹香茶菜和狭基线纹香茶菜中
富含黄酮类物质。在二维相关红外光谱上,四者
自动峰的数目、位置、相对峰强度均有差异,通过
比较这些差异可以实现四者的鉴别。该方法快
76
光  散  射  学  报  第27卷
速、简便、无损、客观、成本低、重复性好,为中药溪
黄草的基源种的鉴别提供了新的有效方法。
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