全 文 ： Journal of Pharmaceutical Analysis 药物分析杂志
·505· 药 物 分 析 杂 志 Chin J Pharm Anal 2016,36(3)
Chinese
糯稻根药材红外光谱的鉴定与分析 *
刘海萍，汪维云 **，孙冬冬，杨恩东，郭峰
（安徽农业大学生命科学学院，合肥 230036）
摘要　目的：建立糯稻根药材及其混淆品杂交水稻根红外图谱的鉴别方法，为中药糯稻根的鉴定与品质
评价提供方法和依据。方法：采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）对 12批次糯稻根药材进行指纹图谱研
究，并对其红外图谱数据进行聚类分析，以共有模式建立糯稻根的对照红外指纹图谱进行全谱相似度计
算，将糯稻根和水稻根进行红外一维光谱、二阶导数光谱和全谱相似度比较分析，寻找糯稻根及稻根的差
异。结果：12批糯稻根的 FTIR 光谱共有峰明显，相似度均达到 95%以上，表明各批次糯稻根组成结构相
近，可用于对其进行质量控制；糯稻根和水稻根之间红外一维光谱和二阶导数光谱的相似度不高，说明红
外光谱分析具有一定的指纹特征，可以很好地将它们区分。结论：红外光谱法测定快速简便、所需样品量
少，所得结果可以为糯稻根的生药鉴定及质量标准的制订提供依据。
关键词：糯稻根；稻根；杂交水稻根；傅里叶变换红外光谱法；一维红外光谱；二阶导数光谱；指纹图谱；
聚类分析；生药鉴定；混淆品检测
中图分类号：R 917　　　文献标识码：A　　　文章编号：0254-1793（2016）03-0505-08
doi：10．16155/j．0254-1793．2016．03.18
Identification of Radix Oryzae Glutinosae based on infrared spectroscopy*
LIU Hai-ping，WANG Wei-yun**，SUN Dong-dong，YANG En-dong，GUO Feng
（School of Life Sciences，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China）
Abstract　Objective：To establish an infrared spectroscopy method for distinguishing between Radix
Oryzae Glutinosae and Radix Oryzae Sativae，and to provide a new method and basis for the pharmacognostic
identification and the quality evaluation of Radix Oryzae Glutinosae accurately．Methods：Fourier transform
infrared spectroscopy（FTIR）was used to analyze 12 batches of Radix Oryzae Glutinosae，which were picked
up to establish a reference infrared spectra to calculate the similarity between sample’s infrared spectra and the
reference infrared spectra，and the hierarchical cluster analysis was carried out as well．Based on the infrared
spectra of Radix Oryzae Glutinosae and Radix Oryzae Sativae，the one-dimensional infrared spectra，second
derivative spectra and the similarity analysis of their infrared spectra were applied to find out the differences
between Radix Oryzae Glutinosae and its imitation，respectively．Results：The common peaks in FTIR spectra
of 12 batches of Radix Oryzae Glutinosae were obvious and the similarities of FTIR fingerprint of them were
　　*　 安徽省教育厅振兴计划项目（03090304）；安徽农业大学青年科学基金重点项目（2013ZR013）
　　**　 通信作者　Tel：（0551）65786703；E - mail：weiyunw@126.com
第一作者　Tel：（0551）65786703；E - mail：liuhaipingluck@163.com
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·506· 药 物 分 析 杂 志 Chin J Pharm Anal 2016,36(3)
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all more than 95%，indicating that the composition and structure of Radix Oryzae Glutinosae from different
habitats were similar to one another and this method could be used for controlling the quality of Radix Oryzae Glutinosae．
Meanwhile，the differences could be found by one-dimensional infrared spectra and second derivative spectra，
the similarity of whole FTIR fingerprint was low between Radix Oryzae Glutinosae and its imitation，indicating
that the analysis of FTIR spectra had certain characteristics，which could distinguish them effectively．
Conclusion：Infrared spectroscopy used in the present work exhibited some advantages on quick procedures and
required less samples，which could be served as a scientific basis for the pharmacognostic identification of Radix
Oryzae Glutinosae and the establishment of its quality standard．
Keywords：Radix Oryzae Glutinosae；Radix Oryzae Sativae；hybrid rice root；Fourier transform infrared
spectroscopy（FTIR）；one-dimensional infrared spectroscopy；second derivative infrared spectroscopy；
fingerprint；hierarchical cluster analysis；pharmacognostic identification；adulterant test
糯稻根Radix Oryzae Glutinosae为禾本科植物糯稻
Oryza sativae L. var. glutinosa Matsum.的根状茎及须根［1-2］，其
性平、味甘，有养阴除热、止汗的功效，常用于自汗盗汗、
口渴咽干、肝炎、丝虫病等证。糯稻根在我国水稻产区均
产，市售饮片质量参差不齐，由于糯稻根和水稻根外观性
状非常相似，在临床应用中存在两者混用现象［3］。
在糯稻根生药鉴定研究中，主要采用药材性状、
显微特征及薄层色谱等方法。不同产地及品种的药
材质量有很大差异，仅靠性状、显微特征和薄层色谱
不能全面控制糯稻根的质量，故对其质量控制进行进
一步研究具有十分重要的理论和临床意义。由于红
外光谱具专属性强，重现性好，取样量小，无损迅速，
操作方便，能够提供极其丰富的分子结构信息［4］等特
点，红外光谱技术多级鉴定的方法［5-8］用于中药材的
真伪鉴定及其质量控制具有宏观整体真实的优势［9］。
文献检索结果表明，在糯稻根质量控制和品质评价
中，尚无红外光谱技术研究的相关报道。本实验采用
红外光谱分析技术分别研究糯稻根与其混淆品稻根，
以 12个批次糯稻根红外指纹图谱为依据，结合指纹
图谱相似度分析［10 - 11］和聚类分析［12-13］法考察各产
地及不同外观质量状态药材差异性，以期得到快速简
便可靠的方法用于糯稻根的质量控制。以糯稻根药
材及其常见混淆品杂交水稻根红外图谱为依据，分别
通过一维红外光谱分析，二阶导数光谱分析和相似度
分析的多级鉴定，寻找糯稻根及稻根的差异。
1　实验材料
1.1　仪器设备和数据处理软件
Nicolet is50型傅里叶变换红外光谱仪（Thermo
Scientific，USA）；WS70-1型红外线快速干燥器（上
海锦屏仪器仪表有限公司）；YP-2型压片机（上海山
岳科学仪器有限公司）；FW-100型高速万能粉碎机
（北京市永光明医疗仪器有限公司）；玛瑙研钵。
红外一维图谱由 OMNIC 8.0软件分析获得。聚
类分析结果由 MATLAB R2009b软件计算获得。
1.2　样品来源及试剂
糯稻根和水稻根样品信息见表 1。糯稻根共 12
批，其中除 2批样品为自采外，其余 10批样品均为市
售商品，经安徽农业大学生物制药教研室汪维云教授
鉴定为禾本科植物糯稻 O. sativa L. var. glutinosa Matsum.
的根及根茎。水稻根共 3批，均自采，经安徽农业大学
生物制药教研室汪维云教授鉴定为禾本科植物杂交水
稻 O. sativa L.的根及根茎。溴化钾（99.0%，红外级别试
剂，北京百灵威科技有限公司）。
2　方法
2.1　供试品的制备
取药材除去杂质，洗净，干燥，粉碎过 200目筛。
混淆品水稻根供试品制备方法同糯稻根。
2.2　供试品的测定
采用溴化钾压片法。取适量溴化钾于红外干燥
箱中干燥 3 h，取约溴化钾 100 mg于玛瑙研钵中，在
红外灯下研匀。将溴化钾倒入模具中，抽真空压片，
加压 10 MPa，制成透明薄片，置红外分光光度计上
于 4 000～ 400 cm- 1扫描空白片。取样品粉末约 0.5
mg与溴化钾按 1∶200的比例于红外灯下，在玛瑙乳
钵中研磨均匀，自“倒入模具中”起操作，每个样品
累积扫描 16次，分辨率 4 cm-1，扣除水和二氧化碳的
干扰，在室温下获得各样品的一维红外谱图，谱图用
OMNIC 8.0软件进行分析。
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表 1　样品信息
Tab. 1　List of sample information
基源
（botanical origin）
样品编号
（sample No.）
来源
（source）
产地
（habitat）
糯稻（Oryza. sativa L. var.
glutinosa Matsum.）
S1 河北楚风中药饮片有限公司（Hebei Chufeng Traditional
Chinese Medicine Co.，Ltd.）
湖北（Hubei）
S2 河南皖西制药股份有限公司（Henan Wanxi Pharmaceutical
Group Co.，Ltd.）
江苏（Jiangsu）
S3 北京同仁堂郑州药店有限责任公司（Beijing Tongrentang
Zhengzhou Pharmacy Co.，Ltd.）
浙江（Zhejiang）
S4 佛山市高明区臻诚中药有限公司（Zhencheng Traditional
Chinese Medicine Co.，Ltd. Gaoming District，Foshan）
广东（Guangdong）
S5 金华市医药有限公司中药加工厂（Chinese Herbal Medicine
Processing Plant of Jinhua Medicine Co.，Ltd.）
江苏（Jiangsu）
S6 广 西 玉 林 银 丰 国 际 中 药 港（Guangxi YulinYinfeng
International Chinese Herbal Medicine Market）
广西（Guangxi）
S7 成都荷花池中药材专业市场（Chengdu Hehuachi Chinese
Herbal Medicine Market）
四川都江堰（Dujiangyan，Sichuan）
S8 安国市御颜坊中药材有限公司（AnguoYuyanfang Traditional
Chinese Medicine Co.，Ltd.）
河南信阳（Xinyang，Henan）
S9 2014-04自采（self-served） 安徽芜湖（Wuhu，Anhui）
S10 合肥琥珀街道奥林花园社区卫生服务站（Hefei Hupo Street
Aolin Garden Community Health Service Station）
安徽亳州（Bozhou，Anhui）
S11 安徽省华嘉医药科技有限公司（Anhui Huajia Medical
Science and Technology Co.，Ltd.）
湖北（Hubei）
S12 2013-11自采（self-served） 安徽合肥（Hefei，Anhui）
水稻（Oryza. sativa L.） T1 2013-11自采（self-served） 安徽合肥（Hefei，Anhui）
T2 2015-07自采（self-served） 安徽合肥（Hefei，Anhui）
T3 2015-07自采（self-served） 广西河池（Hechi，Guangxi）
2.3　方法学考察
2.3.1　精密度试验
取同一供试品（S2号样品），按“2.2”项下方法，
压片后连续重复扫描 6次，所得红外光谱图一致，进
行相似度比较，所得红外谱图间的相关系数分别为
0.996 4、0.996 9、0.996 0、0.997 5、0.997 3、0.999 0，
RSD为 0.21%，结果表明仪器精密度良好。
2.3.2　稳定性试验
取同一供试品（S5号样品），按“2.2”项下方法，
压片后置干燥器中，于 0、1、2、3、4、5 h分别测定，所
得红外光谱图基本一致，谱间相关系数分别为 0.995 7、
0.996 5、0.998 6、0.997 5、0.997 5、0.998 7，RSD为
0.12%，结果表明样品在 5 h之内基本稳定。
2.3.3　重复性试验
取同一批糯稻根样品（S12号样品），按“2.2”项
下方法，重复压片 6次，分别进行扫描测定，所得图谱
间的相关系数分别为 0.953 7、0.994 8、0.996 4、0.962 0、
0.991 4、0.992 4，RSD为 1.92%，结果表明重复性良
好。
3　结果与讨论
3.1　不同批次糯稻根的比较
3.1.1　12批糯稻根红外光谱分析
测定所有糯稻根样品的红外光谱图，见图 1。从
光谱图上可以看出，不同糯稻根样品整体红外光谱
图的峰形、峰位、相对峰高基本相同。对其进行二
阶导数谱分析，可见在 1 800～ 650 cm-1，红外光
谱图差异较为明显，见图 2，分别在 1 700～ 1 645、
1 395～ 1 350、1 100～ 1 045、920～ 860 cm-1 波数
位置，不同批次糯稻根的峰形和峰高有一定的差异。
在 12批糯稻根药材粉末的红外光谱图中，有
13个共有峰，分别位于 3 420、2 924、1 636、1 514、
1 459、1 425、1 383、1 320、1 247、1 161、1 039、529、
471 cm-1。在 3420 cm-1处的吸收峰强度较大，且吸收
峰宽而散，应为缔合的羟基吸收峰；2 924 cm-1处的
吸收峰强度中等，应为亚甲基的 C-H反对称伸缩振
动吸收峰；1 636 cm-1处中等强度的吸收峰和 1 514
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cm-1、1 459 cm-1处的吸收峰为苯环骨架 C=C的伸缩
振动吸收峰；1 425 cm-1、1 383 cm-1和 1 320 cm-1处
吸收峰强度较小，为甲基的 C-H弯曲振动吸收峰。
1 247 cm - 1 处吸收峰为 C-O弯曲振动吸收峰，1 161
cm - 1 处中等强度吸收峰和 1 039 cm-1处的强吸收峰
可能分别是多糖或苷类的 C-O反对称和对称伸缩振动
吸收峰。可见不同产地糯稻根在黄酮类物质种类，羟
基取代位置、数量，取代糖的结构、数量有所差异。在此
基础上，本实验进一步探讨采用聚类分析法，结合指纹
图谱相似度的计算方法，对不同产地糯稻根进行比较。
图 1　12批糯稻根样品的红外光谱图
Fig. 1　Infrared spectra of 12 batches of Radix Oryzae Glutinosae
图 2　糯稻根各批次（S1~S12）样品的二阶导数光谱图（1 800～ 600 cm-1区域）
Fig. 2　 Second derivative spectra of Radix Oryzae Glutinosae（samples No. S1-S12）in the range of 1 800-600 cm-1
3.1.2　12批糯稻根红外图谱聚类分析
采用系统聚类分析法，以类平均法对糯稻根药材
粉末 FTIR图谱数据进行聚类分析，见图 3。药材红外
光谱图吸收峰的强度与位置不仅与化学键类型有关，
还反映药材的结构特点。12个糯稻根样品分别归为 5
类，S1、S2和 S4号样品归为一类，S3、S7和 S9样品为
一类，S6、S8和 S12号样品为一类，S5和 S10号样品
为一类，S11号样品独立为一类。在此聚类结果中，S1
和 S11号样品均产自湖北，S2和 S5号样品均产自江
苏，而它们却未聚为一类，可见作为影响中药品质重要
因素之一的自然环境因素并没有很明显地体现出来。
出现此聚类结果可能和糯稻根药材的种质来源差异
性有关，糯稻作为我国主要的粮食作物之一，其品种繁
多，生态环境相同，遗传基因水平上却差异显著。同
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时，此聚类结果和糯稻根药材的外观质量状态一致，作
为大部分入药部位为须根的药材，在糯稻根饮片加工
过程中，由于其所夹带的泥沙等杂质不易除去，泥沙不
但影响其外观品质而且在贮藏过程中药材容易发霉
腐烂，严重影响着其内在组成结构的稳定性。因此，建
议在糯稻根炮制加工过程中尽可能将泥沙等杂质除
净，质量标准中严格控制药材灰分量。
图 3　糯稻根各批次（S1~S12）药材粉末的 FTIR图谱聚类图
Fig. 3　Cluster analysis of FTIR of Radix Oryzae Glutinosae（samples
No. S1-S12）
3.2　3批水稻根红外光谱分析
测定 3批水稻根样品的一维红外光谱图，见图
4。在 3批水稻根药材粉末的红外光谱图中，有 10个
共有峰，分别位于 3 424、2 924、1 636、1 514、1 383、
1 035、778、694、529、471 cm-1。在 3 424 cm-1处的吸
收峰强度较大，且吸收峰宽而散，应为缔合的羟基吸
收峰；2 924 cm-1处的吸收峰强度中等，应为亚甲基的
C-H反对称伸缩振动吸收峰；1 636 cm-1处中等强度
的吸收峰和 1 514 cm-1处的吸收峰为苯环骨架 C=C
的伸缩振动吸收峰；1 383 cm-1处吸收峰强度较小，为
甲基的 C-H弯曲振动吸收峰。1 035 cm-1处的强吸
收峰可能分别是多糖或苷类的对称伸缩振动吸收峰。
3.3　糯稻根及其混淆品水稻根的红外光谱分析
3.3.1　糯稻根及其混淆品水稻根的一维红外光谱分析
糯稻根原药材样品及其伪品水稻根的一维光
谱图经归一化处理后，能更明显地看出水稻根的
3 424、2 924、1636、1 515、1 374、1 321、1 246 cm-1波
数峰明显弱于糯稻根，而 778、694、471 cm-1波数峰
则明显强于糯稻根，见图 5。
图 4　3批水稻根样品的红外光谱图
Fig. 4　Infrared spectra of 3 batches of Radix Oryzae Sativae
3.3.2　糯稻根及其混淆品水稻根的二阶导数谱分析
二阶导数谱可在一定程度上减少谱图重叠峰
的叠加，提高谱图的分辨率。糯稻根和水稻根的
二阶导数谱振幅明显不同，糯稻根在 3 648、2 917、
2 850、1 516、1 520、1 508、1 471、1 385、1 162、
1 035 cm-1的特征峰明显区别于水稻根，而水稻
根在 799、695 cm-1特征峰明显区别于糯稻根，见
图 6。
3.3.3　糯稻根红外指纹图谱及其混淆品水稻根相似
度分析
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图 5　糯稻根（S）和水稻根（T）的红外光谱图
Fig. 5　IR spectra of Radix Oryzae Glutinosae（S）and Radix Oryzae Sativae（T）
图 6　糯稻根（S）和水稻根（T）的二阶导数光谱图
Fig. 6　Second derivative spectra of Radix Oryzae Glutinosae（S）and Radix Oryzae Sativae（T）
3.3.3.1　对照红外指纹图谱的建立　在进行相似度分
析之前，先以 12批糯稻根药材共有模式建立糯稻根的
对照红外指纹图谱，以其吸收强度的平均值为对照指
纹图谱的吸收强度，最终得到的红外图谱，见图 7。
3.3.3.2　指纹图谱相似度分析　将糯稻根样品的红
外图谱与得到的对照红外指纹图谱进行相似度分析，
分别采用相关系数法和夹角余弦法进行计算；结果
显示：采用相关系数法对糯稻根红外指纹图谱进行
全谱相似度分析时，其结果可以准确地反映糯稻根样
品的实际质量状况，而用夹角余弦法计算相似度时
与样品质量状况没有明显的关系，不利于样品间的
比较，因此相关系数法可用于药材的质量评价。在
Excel表格中，将所用图谱用相关系数法进行相似度
比较，结果见表 2。
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图 7　糯稻根对照红外指纹图谱
Fig. 7　Reference infrared spectra of Radix Oryzae Glutinosae
表 2　不同样品红外指纹图谱相似度分析结果
Tab. 2　Results of similarity of infrared fingerprints of
samples by correlation coefficient method
样品编号
（sample No.）
名称
（name）
相似度
（similarity）
S1 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.989 2
S2 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.989 9
S3 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.983 0
S4 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.985 6
S5 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.983 7
S6 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.997 4
S7 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.968 0
S8 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.993 1
S9 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.972 8
S10 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.970 1
S11 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.991 5
S12 糯稻根（Radix Oryzae Glutinosae） 0.994 9
T1 水稻根（Radix Oryzae Sativea） 0.841 5
T2 水稻根（Radix Oryzae Sativae） 0.855 3
T3 水稻根（Radix Oryzae Sativae） 0.913 3
12批糯稻根样品红外图谱与对照图谱的相似度
均在 0.96以上，其混淆品水稻根的相似度都在 0.92
以下，可见采用相关系数法对糯稻根及其混淆品进行
全谱相似度分析时，其结果说明红外光谱分析具有一
定的指纹性特征，可以很好地将它们区分，有望为糯
稻根药材真伪鉴别提供新的参考方法。
4　结论
对于外观性状无显著差异的糯稻根药材及其混
淆品水稻根，可以利用红外光谱技术将其区别。虽然
中药材红外图谱的比较分析多采用共有峰率和变异
峰率双指标序列分析法［14-16］，但由于糯稻根药材红
外谱图吸收峰较少，所以不宜使用此法分析比较糯稻
根和水稻根红外图谱的差别。但是本研究采用红外
指纹图谱、二阶导数图谱和全谱相似度比较分析法，
有效地避免了上述问题，并且提高了不同产地和实际
质量糯稻根相似度分析结果的准确度，这也进一步证
实了利用红外光谱技术和聚类分析可为药材的质量
控制提供可行的鉴别方法。同时本实验克服了利用
高效液相色谱法建立指纹图谱时，药材用量大、药材
前处理过程复杂、成分提取不完全、色谱分离难度大
等问题，为快速准确判别糯稻根药材和其常见混淆品
提供了一定的科学依据和参考。
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（本文于 2015年 5月 28日收到）