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药用矿物蒙脱石的红外光谱分析
翟永功 ,左明雪
(北京师范大学生命科学学院生物医学研究所 ,北京　 100875)
摘　要: 目的　弄清蒙脱石层状晶体结构中水的变化规律 ,为其药用机制研究和药物的开发利用提供依据。方法　
从粘土矿物中分离纯化蒙脱石 ,运用红外光谱分析技术 ,对蒙脱石的化学结构进行分析。结果　得到了有关蒙脱石
分子水的信息和化学结构变化的基本规律。 结论　蒙脱石是一种膨胀吸附性粘土矿物 ,可作为药物活性成分或赋
形剂。
关键词: 蒙脱石 ;红外光谱 ;结构分析
中图分类号: R282. 760. 3　　　文献标识码: B　　　文章编号: 0253 2670( 2001) 09 0837 03
Analysis of mineral drug montmorillonite by IR spectra
ZHAI Yong-gong , ZUO Ming-xue
　　 ( Co lleg e o f Life Science, Beijing No rmal Univ e rsity , Beijing 100875, China)
Abstract: Object　 In pursui t of a clear-cut v iew on the change o f w ater molecules in the cry stal lat tice
o f montmo ri lloni te, to provide a basis for the study o f mechanism of action and i ts further development.
Methods　 The chemical st ructure of the mineral w as studied by IR spect ral analysis. Results　 Info rmation
concerning the change of w ater in regard to i ts chemical st ructure w ere obtained. Conclusion　 Montmo ri-
l loni te is a mineral clay which can expand to exhibit i t s abso rption properties, and can be used as an activ e
abso rbent excipient in drug fo rmula tion.
Key words: montmorillo nite; IR spect ra; chemical st ructural analysis
　　蒙脱石是粘土矿物的一种 ,其作为药用矿物始
载于《本草纲目拾遗》 ,为少常用中药 ,主用于治疗外
创和解毒 [1 ]。别名 ,蒙脱土、白单等。蒙脱石粘土系凝
灰岩或其他火山岩在碱性水的作用下蚀变而成。性
味甘 ,温。近年来 ,国外有关蒙脱石类粘土矿物的药
用研究日趋增多 ,特别是美国、法国、德国等国家在
矿物药学 ( Pharmaco-oryctolog y )方面的研究已较
深入 ,用于治疗胃肠道疾病 ,尤其是治疗腹泻的天然
矿物新药 ,如 SMECTA、 DIASO RB、 GELO FALK
均已上市 ,其基本矿物成分为二八面体蒙脱石
( Dioctahedral smecti te, DS) ,已被美国 FDA认证
为 “非处方药” ,用于治疗腹泻性疾病 [3 ] , 1982年列
入 WHO腹泻病控制计划 ( The Dia rrhea Disease
Contro l Prog ram) [4 ]。最新的药物临床研究报道 ,蒙
脱石类矿物药对 HIV病毒感染的 AIDS病患者的
腹泻有显著疗效 [2 ]。但矿物药材的地域性很强 ,不同
的地质环境和同一矿床的不同层面 ,其矿物的化学
组成和形态特征差异较大。本文是在对国产蒙脱石
粘土进行化学分析、 X-射线衍射分析、热分析和电
镜分析的基础上 ,为了进一步揭示蒙脱石矿物的内
部结构和药用物质基础 ,应用红外光谱分析技术 ,对
蒙脱石粘土矿物进行了分析研究 ,为蒙脱石的药效
学和药理学研究提供依据。剖析蒙脱石的药用物质
基础 ,研究其药用性能 ,探讨具有我国自身的资源特
色和医学背景的药用蒙脱石矿物 ,无疑对新药开发
和矿物药理学研究具有重要意义。
·837·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2001年第 32卷第 9期
收稿日期: 2000-11-12基金项目:国家新药基金资助项目作者简介:翟永功 ( 1961-) ,男 ,陕西省岐山县人 ,副教授 ,西安交通大学生物医学工程博士 ,北京师范大学生物学博士后。 现在北京师范大学生物医学研究所主要从事分子生物医学和天然药物化学方面的研究。主持国家新药基金、国家星火计划和省级科研基金项目 6项 ,参加国家“八· 五”、“九· 五”攻关项目 2项 ,发表论文 32篇 ,参编著作 2部。
Tel: ( 010) 62206656　 Fax: ( 010) 62206656　 E-mail: yg zh ai369@ yahoo. com
1　材料与方法
1. 1　分离与纯化:蒙脱石属于粘土矿物 ( clay min-
eral, CM ) ,是非金属矿物的一类 [ 5]。在自然界中纯
净单一的天然粘土矿物很少见 ,由于粘土矿物的共
生性 ,使得蒙脱石矿物中常杂有皂石、拜来石、高岭
石、方解石、石英、正长石等。为了研究矿物的内部结
构和物理化学性能 ,就必须对其进行分离提纯 ,使蒙
脱石矿物单体的含量在 90%以上。 为此 ,我们采用
了筛选、水析、悬浮等多种工艺方法 ,使所得蒙脱石
样品的纯度达到 95% (由 X-射线定向衍射测定 )。其
具体方法是选择土状灰白色蒙脱石矿物样品 ,将其
粉碎 (粒度为 280～ 300目 ) ,制成 35%的浆液 ,进行
高速打浆 ,制成粗分散体系 ,然后进行料浆稀释 ,稀
释后的料浆浓度为 5% ,在室温下静置过夜 ,取上层
悬浮液进行干燥 ,温度为 120℃～ 150℃ ,干燥后的
样品再进行二次粉碎 ,细度为 300目 ,置于干燥瓶中
保存备用。
1. 2　光谱数据收集:本文采用压片制样法 ,即取上
述干燥样品少许与 KBr一起碾细 ,压成小圆片 ,在
美国产 Mattson Alpha Centaccri FTM-80IR红外
光谱仪上测定 ,其光谱数据如表 1,图 1所示。
表 1　蒙脱石粘土样品的红外光谱分析数据
蒙脱石样品 蒙脱石标准数据*
波数 ( cm- 1 ) T(% ) 波数 ( cm- 1) T(% )
　　 3 619 　　 56. 62 　　 3 620 　　 65. 16
3 434 64. 38 3 400 60. 02
1 630 68. 30 1 625 79. 68
1 031 0. 67 1 040 9. 09
　　 520 13. 55 522 32. 81
　　 467 6. 73 521 31. 86
　　 340 54. 05 340 73. 13
　　* 蒙脱石标准数据为美国“萨德勒”蒙脱石标准光谱数据
图 1　蒙脱石样品的红外光谱图
1. 3　图谱解析:比较 X-射线与红外线 ,前者反映物
质的结构变化 ,而后者则反映物质原子间结合的性
质。在红外线波谱分析中 ,其吸收谷的变化与结晶程
度、粒度和同型离子置换等诸多因素有关。在粘土矿
物中也可以显示出群的差异。 通过红外线分析首先
可获得有关 H2O和 -OH的信息。由图 1可以看出 ,
蒙脱石样品在 3 300～ 3 600 cm- 1附近 ,均有宽广的
吸收谷 ,这都是由 H2O的伸缩振动所引起 ,样品中
含水量的多少 ,可使其特征波数有微小的变化 ;而在
1 600～ 1 650 cm- 1处吸收谷 ,是水的弯曲振动频率 ,
这就表明在蒙脱石分子中含有一定的结晶水 ,这与
差热分析和衍射分析所得结果相吻合 ;其次 ,红外光
谱可以证明蒙脱石中 Si- O四面体及 Si- O- Al
八面体的存在。在图 1中 , 900～ 1 100 cm- 1附近 ,均
出现了弱的吸收谷 ,这是基于 Si- O的伸缩振动 ,
而在 430～ 460 cm- 1附近的吸收则认为是 Si- O的
变角振动。据 Stubican and Roy研究证明 ,蒙脱石粘
土的四面体片的 Si与 Al置换的影响同八面体片的
离子种类无关 ;基于 Si- O的伸缩振动的 900～
1 100 cm
- 1处的吸收偏向低波数一边 [6 ]。这可能是
因为 ( Si , Al) - O之间距离增大 ,化学键更趋于离子
型所致。再者 ,在八面体离子中 2价离子比 3价离子
多时 ,由于 Si- O… X的距离和化学键强度的变化 ,
使 538 cm- 1处 Si- O- Al〔八面体离子〕的强度减弱
而偏向低波数一边。 Hayashi and Oinuma研究日本
蒙脱石粘土矿物时也得出了同样的结论。
由表 1可以看出 ,本文测定的蒙脱石样品的特
征波数与蒙脱石标准图谱的特征波数极相近似 ,尤
其是在 3 600, 3 400, 1 600, 1 000, 520和 340 cm-1处
的吸收特征波数无显著差异。 这就充分证明了本文
研究的蒙脱石样品为较纯的蒙脱石。
2　结果与讨论
2. 1　蒙脱石是粘土矿物的主要矿物组分 ,其可通过
水析、悬浮、沉降、离心、絮凝等多种方法进行分离提
纯。 这是因为蒙脱石矿物的性质取决于自身的化学
成分、原子结构以及形态特征。晶体化学研究表明 ,
蒙脱石粘土矿物具有独特的构造特征 ,它们由似层
状排列的氧化硅和氧化铝组成 ,因而蒙脱石矿物可
成层状、板条状或针状体束。 层与层、板条与板条或
针状体之间的联系松散。 事实上 ,水可以进入到层
间、板条间或针状体之间 ,从而使它们分离。因此 ,蒙
脱石粘土在水中很容易分散成极为细小的颗粒。 此
外 ,蒙脱石与水能形成稳定的悬浮液 ,其主要原因是
电荷的同性相斥所引起。 但粘土矿物的整个表面并
不都被负电荷所包围 ,所以有时颗粒之间由于静电
引力或分子间力等 ,使颗粒间相互吸引 ;其次 ,吸附
在粘土颗粒表面的水和溶液中的离子、分子一起 ,对
·838· 中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2001年第 32卷第 9期
粘土颗粒的分散起重要作用。这主要是由于水具有
较大的偶极矩 ,吸附于颗粒表面的水分子能形成厚
厚的一层水膜 ;再就是蒙脱石粘土的特殊晶体结构 ,
使得颗粒表面暴露出四面体的底面氧元素六角网配
位体 ,所以吸附在水面上的水分子层则呈固定的排
列 ,叫做“二维水结晶”。在此水层上相继有规则地重
迭水分子层 (有规则水的厚度一般应小于 1. 0 nm ) ,
此规则性排列随着颗粒的距离增大而逐渐紊乱转化
为自由水。水分子配位于阳离子周围 ,不让颗粒相互
接近的因素应包括水分子层和同性离子的相互排斥
等原因。 而水分子层的厚度则决定于离子浓度、种
类 ,一旦离子浓度升高 ,会发生正负电荷中和现象 ,
分散反而受到障碍。例如在蒙脱石的悬浮液中加入
NaCl就会出现凝聚现象。 所以 ,蒙脱石一般在碱性
条件下其分散性较好。
2. 2　由蒙脱石红外光谱数据中所得到的有关水的
信息和原子结构形态变化的基本规律 ,为蒙脱石药
用的物质基础。在蒙脱石晶体结构中的 Si- O四面
体和 Al- O八面体所形成的结构层间 (层间距
1. 2～ 1. 7 nm )充满着游离的多个水分子和可交换
的阳离子 ,以及一些可溶性物质。蒙脱石的这种结构
特性决定了在一定的外界条件下 ,晶体结构中的中
心离子能被电性相同、荷电量相近的离子交换。 例
如 , Si- O四面体中的 Si4+ 可被 Al3+取代 ; Al- O八
面体中的 Al3+ 可被 Fe3+ 、 Mg2+ 、 Zn2+ 等离子取代。
这种离子交换的结果 ,使得蒙脱石表面出现了化学
反应活性点。同时 ,由于其层间结构中可溶物质的溶
出 ,使其形成了特有的微孔结构 ,从而显示出良好的
化学活性和独特的物理吸附性。这种物理化学性能
的形成 ,为蒙脱石抗腹泻药物和药物载体的研究提
供了有力的证据。
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不同来源蜜环菌对天麻产量影响的研究
王秋颖 1 ,郭顺星 1 ,关凤斌 2
( 1. 中国医学科学院 中国协和医科大学药用植物研究所 ,北京　 100094;　 2. 辽宁省凤城市玉龙镇人民政府 ,辽宁
凤城　 118100)
摘　要: 目的　研究不同来源的 11个蜜环菌菌株对天麻产量的影响。 方法　有性繁殖 ,采用菌枝加新材的播种方
法 ,一年半收获。 结果　蜜环菌 A9、 A10伴栽的天麻产量最高 ,为 16. 14和 15. 23 kg /m2。 结论　不同来源蜜环菌对
天麻产量具有不同的作用。
关键词: 蜜环菌 ;天麻 ;有性繁殖
中图分类号: R282. 21　　　文献标识码: B　　　文章编号: 0253 2670( 2001) 09 0839 03
Studies on influences of Armillar ia mellea strains from
different sources on yield of Gastrodia elata
WANG Qiu-ying1 , GUO Shun-xing1 , GUAN Feng-bin2
　　 ( 1. Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy o f Medical Sciences and Peking Union Medical Co lleg e,
Beijing 100094, China; 2. People s Government o f Yulong County , Liaoning Prov ince, Fengcheng Lia oning 118100, China )
·839·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2001年第 32卷第 9期
收稿日期: 2000-11-29作者简介:王秋颖 ( 1963-) ,女 ,山东蓬莱人 ,研究员 ,硕士 ,硕士生导师。1985年毕业于吉林农业大学 ,获药用植物栽培与分析专业学士学位。毕业后留校任药用植物专业教师。 1987年考入中国协和医科大学研究生 , 1990年毕业获生药学专业硕士学位。毕业后分配在本院药植所真菌室工作 ,主要从事药用真菌及药用植物与真菌间相互作用关系的研究 ,在猪苓菌丝形成菌核方面取得了突破进展。在天麻栽培方式改革方面改变了天麻的传统的栽培模式 ,在确保天麻高产稳产的同时 ,可节料一半以上。近年来主持科研课题 5项 ,获国家科技进步奖 1项 ,优秀青年论文奖 2项 ,共发表研究论文 20余篇 ,合著 2本专著。先后被中国医学科学院破格晋升为副研究员、研究员。 Tel: ( 010) 62899729