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溪黄草不同部位的红外光谱分析与评价



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溪黄草不同部位的红外光谱分析与评价
黄冬兰1, 陈小康1* , 徐永群1, 陈 勇2, 陈灶鑫2
(1. 韶关学院化学与环境工程学院,广东 韶关 512005;2. 广东工业大学轻工化工学院,广东 广州 510090)
收稿日期:2012-02-28
基金项目:广东省科技计划项目 (2006B35630010) ;韶关市科技计划项目 (201009)
作者简介:黄冬兰 (1983—) ,女,硕士,讲师,研究方向:天然产物分析技术的开发。E-mail:lantern1227@ 163. com
* 通信作者:陈小康 (1957—) ,男,教授,研究方向:分子光谱分析。Tel:13509864303,E-mail:chk@ sgu. edu. cn
摘要:目的 对溪黄草全草、茎、叶所含化学成分进行红外光谱分析研究。方法 采用傅里叶变换红外光谱法并借助
于二阶导数谱、二维相关红外光谱研究溪黄草不同部位 (干燥并粉碎)红外谱图整体变化规律。结果 溪黄草全草、
茎、叶中的共有成分为酯类、黄酮类、木质素、芳香类和糖苷类等,但三者各主体成分的相对含有量差异较大,溪黄
草茎、全草中的酯类、木质素、芳香族化合物和糖苷类物质含有量高于溪黄草叶,而溪黄草叶中的黄酮类物质含有量
高于茎和全草。结论 红外光谱能够快速、无损、简便地提供中药不同部位中主要化学成分的宏观信息。
关键词:溪黄草;红外光谱;二阶导数谱;二维相关红外光谱
中图分类号:R284. 1 文献标志码:A 文章编号:1001-1528(2013)01-0113-05
Analysis of different parts of Rabdosia serra (Maxim.)Hara by FT-IR
HUANG Dong-lan1, CHEN Xiao-kang1, XU Yong-qun1, CHEN Yong2, CHEN Zao-xin2
(1. School of Chemistry and Environmental Engineering,Shaoguan University,Shaoguan 512005,China;2. Faculty of Chemistry and Light Engineer-
ing,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510090,China)
ABSTRACT:AIM To analyze different parts of Rabdosia serra (Maxim.)Hara by Fourier Transform Infrared
spectroscopy (FT-IR). METHODS Different parts of Rabdosia serra (Maxim.)Hara,dried and ground,were
analyzed by FTIR,second derivative infrared spectroscopy and two-dimensional correlation spectroscopy under ther-
mal perturbation. RESULTS The results showed that the esters,flavonoids,lignins,aromatics and glycosides
were commonly contained in different parts of Rabdosia serra (Maxim.)Hara. But their relative contents were sig-
nificantly different. The quantity of components of esters,lignins and glycosides in the stem and the whole plant
was higher than that in the leaf,and the flavonoids in the leaf were higher than those in the stem and the whole
plant. CONCLUSION The method is simple,rapid,and non-destructive.
KEY WORDS:Rabdosia serra (Maxim.)Hara;Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ;second deriv-
ative infrared spectroscopy;two-dimensional correlation spectroscopy
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溪黄草 Rabdosia serra (Maxim.)Hara为唇形科
香茶菜属植物,民间习用草药,多用于清热利湿、
凉血散瘀、治急性黄疸肝炎、急性胆囊炎等症,并
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。研究发现,溪黄草含有萜类、黄酮类、
酚类、氨基酸等活性成分[1]。研究表明,溪黄草
不同部位的有效成分的含有量差异显著,其中溪黄
草叶中的总黄酮含有量明显高于溪黄草茎[2],微
量元素在溪黄草不同部位的含有量分布也存在明显
的差别[3]。溪黄草不同部位化学成分含有量不同,
药效也会有所不同,因此,建立溪黄草不同部位的
有效成分的分析方法,对完善溪黄草质量评价体系
具有重要的意义。采用傅里叶变换红外光谱法对中
药进行分析,能够获得从宏观整体到微观局部的多
层次信息,且分析过程快速、无损、简便,已被广
泛地应用于中药的真伪、优劣鉴别,炮制和配伍规
律等方面的研究[4-11]。本实验采用红外光谱、二阶
导数红外光谱和二维相关红外光谱分析比较了溪黄
草不同部位的红外指纹特征,为溪黄草药材的整体
质量监控提供了新的方法。
1 实验部分
1. 1 仪器 Spectrum One 傅里叶变换红外光谱仪
(美国,Perkin Elmer 公司) ,DTGS 检测器,附带
Spectrum光谱采集和处理软件;CKW-Ⅱ型程序升
温仪 (北京市朝阳自动化仪表厂)。
1. 2 实验方法 红外光谱用压片法通过透射方式
采集,光谱分辨率 4 cm -1,测量范围 4000 ~ 400
cm -1,每个样品累计扫描 16 次。扫描时扣除 H2O
和 CO2 的干扰。控温范围为 50 ~ 120 ℃,每隔
10 ℃进行一次红外光谱扫描,升温速率为 2
℃ /min。
1. 3 样品来源与制备 溪黄草药材于 2010 年采自
广东省韶关市翁源县;实验所用试剂均为分析纯。
将溪黄草全草、茎、叶分别于 60 ℃干燥至恒
定质量;粉碎,过 100 目标准筛;不同部位粉末各
取 1 ~ 2 mg,KBr 压片法制样,扫描测定红外光
谱图。
1. 4 数据处理 二阶导数谱的获得采用 Perkin El-
mer公司 Spectrum v 5. 0. 1 操作软件,平滑点数
为 13。
二维相关红外光谱的获得采用清华大学分析中
心红外光谱自行设计的二维相关分析软件。
2 结果与讨论
2. 1 溪黄草药材不同部位的一维红外光谱分析
从图 1 可以清楚看到,溪黄草的全草、茎和叶的红
外谱图峰形状、峰位置均比较相似,但吸收峰的相
对强度差异较大。根据表 1 和文献[4-10]对主要红
外吸收峰进行指认和归属:3 373 cm -1为羟基 O-H
伸缩振动吸收峰,2 926 cm -1为亚甲基 C-H反对称
伸缩振动峰,1 733 cm -1为酯类物质中 C = O 伸缩
振动峰,1 614、1 514及1 423 cm -1为木质素及其
它芳香族化合物中苯环骨架伸缩振动吸收峰,
1 247 cm -1 为酯类物质中 C-O 伸缩振动峰,而
1 159、1 055、1 035 cm -1等则为糖苷类的 C-O 的
伸缩振动峰。以上的光谱特征综合反映出溪黄草中
化学成分的多样性和复杂性,含有酯类、木质素、
芳香类和糖苷类等物质。
图 1 溪黄草不同部位的红外光谱图
Fig. 1 FTIR spectra of different parts of Rabdosia
serra (Maxim.)Hara
以溪黄草全草的红外谱图为参考,利用 Spec-
trum v 5. 02 软件的 compare功能计算三者与茎的相
似系数分别为1. 000 0、0. 971 5、0. 929 9,说明全
草和茎的相似度较高,而叶与前二者的差别较大。
从图 1 可以看到全草和茎在1 734 cm -1 (C = O)
和1 247 cm -1 (C-O-C)附近的吸收峰较强且明显
高于叶,这说明全草和茎中酯类物质含有量较丰
富,而叶中酯类物质含有量较低。叶的谱图中整个
峰形都较为圆钝,峰的重叠较严重,其在1 644
cm -1处的有明显的黄酮类物质的共轭羰基的伸缩
振动峰,而全草、茎的该特征峰不明显,因此可判
断溪黄草叶中含有大量的黄酮类物质,而全草和茎
中的黄酮类含有量较低,这与文献[2]的结论是一
致的。观察1 614、1 514及1 423 cm -1处木质素及
其它芳香族化合物的特征峰发现,全草和茎中含有
大量的木质素及其它芳香族化合物,三者木质素及
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表 1 溪黄草主要红外吸收峰及其指认
Tab. 1 The assignments of main IR absorption peaks of Rabdosia serra (Maxim.)Hara
吸收峰范围 / cm -1
全草 茎 叶
特征吸收峰归属
3 354 3 360 3 373 O-H伸缩振动
2 925 2 931 2 926 C-H伸缩振动
1 734 1 736 - 羰基 C = O伸缩振动
- - 1 644 黄酮类物质的共轭羰基的伸缩振动
1 612,1 513,1 423 1 614,1 509,1 424 - 苯环骨架的伸缩振动 (木质素特征吸收峰)
1 376 1 375 - C-H弯曲振动 (纤维素和半纤维素)
1 320 1 320 1 319
1 247 1 243 1 260 酯类 C-O-C伸缩振动峰
1 159,1 055,1 035 1 159,1 053,1 035 1 156,1 047 纤维素或糖类的 C-O振动峰
897 895 - 糖环的振动吸收峰
图 2 溪黄草不同部位的二阶导数红外光谱图
Fig. 2 Second derivative infrared spectra of different parts of Rabdosia serra (Maxim.)Hara
其它芳香族化合物的相对含有量由高到低依次为
茎 > 全草 > 叶。对比全草、茎和叶 1 200 ~ 900
cm -1范围内糖苷类特征峰的相对峰强度可看出,
全草、茎和叶的糖苷类物质的相对含有量由高到低
依次为茎 >全草 >叶。根据以上分析可知,溪黄草
不同部位主体成分相似,但各类物质的相对含有量
差别较大,其中溪黄草茎和全草中富含木质素、芳
香族化合物和糖苷类物质,叶中富含黄酮类物质。
2. 2 溪黄草药材不同部位的二阶导数红外光谱分
析 二阶导数红外光谱可以在一定程度上剥离谱图
的重叠峰,减少谱图的叠加,提高谱图的分辨率,
因而可提供更多的信息[12]。图 2 为溪黄草全草、
茎和叶在1 800 ~ 800 cm -1波数范围内的二阶导数
谱,从图 2 可以看到在1 800 ~ 1 300 cm -1全草、茎
和叶整体峰形比较相似,其中1 745 cm -1附近的特
征峰为酯羰基的 C = O 伸缩振动峰,1 592、1 511
和1 468 cm -1附近的特征峰为木质素和芳香类物质
的振动峰,结合1 200 ~ 900 cm -1范围内的 C-O 吸
收峰进一步说明了三者共有成分为酯类物质、木质
素、芳香类物质和糖苷类物质。仔细观察图 2 可见
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溪黄草叶在1 659 cm -1 (C = O)附近的吸收峰相
对峰强度明显高于茎 (1 660 cm -1)和全草
(1 659 cm -1) ,且其1 545 cm -1和1 500 cm -1两峰
与1 511 cm -1峰的相对峰强度比明显高于全草和
叶,结合苯环骨架振动峰和1 200 ~ 900 cm -1波数
范围内 C-O 吸收峰说明叶中黄酮类成分含有量高
于茎和全草。二阶导数谱分析进一步佐证了溪黄草
茎、全草中的木质素、芳香族化合物和糖苷类物质
含有量高于溪黄草叶,而溪黄草叶中的黄酮类物质
含有量高于茎和全草。
2. 3 溪黄草药材不同部位的二维相关红外光谱分
析 二维相关红外光谱对重叠信号有很强的分辨能
力,因此可获得常规红外光谱和二阶导数红外光谱
所不能获得的新信息。本实验以热为微扰,所得的
二维相关红外光谱反映的是被测体系在升温过程
中,各组分的有关基团对温度的敏感程度。
图 3 是溪黄草全草、茎、叶在1 750 ~ 1 240
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 3
所示,溪黄草全草在此波数范围内出现 1 734、
1 643、1 599、1 560、1 460 cm -1等 5 个明显的自
动峰;茎也出现了 1 735、1 645、1 600、1 560、
1 305 cm -1等 5 个明显的自动峰。其中1 735 cm -1
为酯类成分的 C = O 振动峰,1 635 cm -1为黄酮类
成分的的 C = O 振动峰,1 599、1 560、1 460
cm -1附近为苯环的骨架振动峰,全草和茎的最强
自动峰均是1 645 cm -1峰,说明溪黄草全草中黄酮
类成分的 C = O对温度最为敏感。叶在此波数范围
内出现1 640、1 560、1 450 cm -1等 3 个明显自动
峰,1 640 cm -1为黄酮类成分的的 C = O 振动峰,
1 560、1 450 cm -1为苯环的骨架振动峰。二维相关
红外光谱的分析结果说明溪黄草全草和茎的化学成
分比较相似,两者共有酯类、黄酮类、芳香类等物
质结构,而溪黄草叶中主要显示黄酮类物质的结
构,这与一维和二阶导数谱的结果是一致的。
图 3 溪黄草不同部位的二维相关红外光谱图和自动峰的曲线图 (1 750 ~ 1 240 cm -1)
Fig. 3 2D-IR spectra of different parts of Rabdosia serra (Maxim.)Hara (1 750 ~ 1 240 cm -1)
图 4 是溪黄草全草、茎、叶在1 240 ~ 1 060
cm -1区域内的二维相关红外光谱图。该范围主要
是糖苷类的 C-O 伸缩振动区域。此范围内全草、
茎、叶的二维相关谱图中明显的自动峰均有 5 个,
自动峰和交叉峰形成明显的 5 × 5 的矩阵,且最强
自动峰均位于1 215 cm -1附近,但其它自动峰的峰
形和相对强度差异显著,譬如叶的1 139、1 192
cm -1两自动峰的峰高与1 215 cm -1峰相当,而全草
和茎的1 139、1 192 cm -1的峰高均明显低于1 215
cm -1峰。此外,叶1 069 cm -1处的相对峰强度均高
于全草和茎。以上差异进一步说明溪黄草全草、
茎、叶中的糖苷类等物质存在一定差异。
综上所述,高分辨率的二维相关红外光谱能明
显地辨别溪黄草不同部位各有效成分分布的差异,
可为溪黄草药材整体质量监控和评价提供一定的理
论依据。
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图 4 溪黄草不同部位的二维相关红外光谱图和自动峰的曲线图 (1 240 ~ 1 060 cm -1)
Fig. 4 2D-IR spectra of different parts of Rabdosia serra (Maxim.)Hara (1 240 ~ 1 060 cm -1)
3 结论
采用基于一维红外光谱、二阶导数谱和二维相
关光谱的红外三级鉴定法,研究了溪黄草全草、
茎、叶的化学成分的共性和差异。研究表明,溪黄
草全草、茎、叶中的共有成分为酯类、黄酮类、芳
香类和糖苷类等,但三者各主体成分的相对含有量
差异较大,其中溪黄草茎、全草中的木质素、芳香
族化合物和糖苷类物质含有量高于溪黄草叶,而溪
黄草叶中的黄酮类物质含有量高于茎和全草。因
此,通过分析比较溪黄草不同部位的红外谱图,可
以宏观整体地把握溪黄草不同部位的化学信息,从
而为下一步的化学成分的微观分析提供参考。
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