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傅里叶红外光谱法鉴别部分胡椒属生药的研究



全 文 :第3 4卷,第9期             光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol.34,No.9,pp2419-2423
2 0 1 4年9月             Spectroscopy and Spectral Analysis  September,2014  
傅里叶红外光谱法鉴别部分胡椒属生药的研究
周 晔1,2,张庆伟2,罗学军3,李佩孚2,宋 亨2,张伯礼1*
1.天津中医药大学,天津 300193                   
2.天津医科大学药学院,天津市临床药物关键技术重点实验室,天津 300070
3.天士力研究院中药所,天津 300410
摘 要 利用共有峰率和变异峰率双指标,以胡椒属七种药用植物的红外指纹图谱为依据,计算出所测样
品的共有峰率和变异峰率。建立了胡椒属七种药用植物共有峰率和变异峰率双指标序列,结果揭示了胡椒
属七种药用植物的亲缘关系。中药海风藤与石南藤、大叶蒟根茎的共有峰率均在77%以上,变异峰率均在
30%以下,此三种胡椒属药用植物亲缘关系较近;海风藤与胡椒根茎、十八症根的共有峰率在61%左右,亲
缘关系稍远;海风藤与蒌叶根茎的共有峰率仅为44%。亲缘关系较远。利用红外二阶导数谱图,可以鉴别中
药海风藤及其伪品石南藤、十八症根、大叶蒟根茎、胡椒根茎等品种。傅里叶红外光谱法可以对样品进行无
损处理,不需要对药材进行复杂的提取分离过程即可提供化合物的官能团、类别、氢键等信息。该法能从整
体水平分析谱图特征峰,具有分析速度快,重现性好,非破坏性和样品量小,制样简单,专属性强,节约成
本,保护环境等优点。可以解决中药海风藤因资源短缺,伪品较多,鉴别困难等问题,也可为临床用药的安
全、有效提供保障。傅里叶红外光谱法为胡椒属药用植物亲缘关系的探讨和真伪鉴别提供了一种新方法。符
合中药向综合分析和整体分析发展的趋势。
关键词 胡椒属;海风藤;红外指纹图谱;双指标法;红外二阶导数图谱
中图分类号:R917  文献标识码:A   DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2014)09-2419-05
 收稿日期:2013-07-06,修订日期:2013-10-16
 基金项目:天津市科技创新专项资金项目(08FDZDSH01400)和国家科技支撑计划项目(2007BAI47B00)资助
 作者简介:周 晔,女,1965年生,天津医科大学教授  e-mail:zhouye@tijmu.edu.cn
*通讯联系人  e-mail:tjzyxy@126.com
引 言
  海风藤始载于清·叶天士的《本草再新》,2010版《中国
药典》收载海风藤为胡椒科植物风藤Piper kadsura(Choisy)
Ohwi的干燥藤茎入药[1]。用于风寒湿痹,肢节疼痛,筋脉拘
挛,屈伸不利。含海风藤的成方制剂包括祛风舒筋丸、祛伤
消肿酊等。化学成分以细叶靑蒌藤素含量最高。海风藤具有
抑制血小板活化因子、抗炎镇痛、抑制肿瘤、保护局部缺血
组织等药理作用[2-5]。海风藤仅在福建、海南等地有零星分
布,资源极度匮乏,胡椒属多种植物的根茎、藤茎常与其混
用或代替使用,混用品种来源多达9个科19种植物。虽然有
报道可以采用分子生物学方法对中药海风藤及其主要掺伪品
进行区分,但分子生物学方法所需仪器和试剂价格昂贵,试
验成本较高,对技术要求苛刻[6]。采用傅里叶变换红外分光
光度法测得七种胡椒属药用植物的红外光谱图,利用红外光
谱共有峰率和变异峰率双指标法[7]从共性和变异两方面全面
分析药材,探讨了药材的亲缘关系。将药材红外二阶导数光
谱进行比较,可以对中药海风藤正品及其常见伪品进行鉴
别,该法快速、简便、成本低、不破坏药材,反复测定有良好
的重现性。
1 实验部分
1.1 仪器及参数
仪器:Nicolet 380FTIR红外光谱仪,光谱范围4 000~
400cm-1,分辨率4cm-1,扫描累加次数32次,扫描时扣除
H2O和CO2的干扰。
1.2 样品制备
共采集胡椒属药用植物七种,样品经天津医科大学张攻
讲师鉴定。见表1,所有植物的果实、根茎均经纯净、干燥处
理。将各样品粉碎,过200目筛,取样品粉末与 KBr粉末混
合研磨均匀压片,直接放入傅里叶变换红外光谱仪中测定。
Table 1 Informations of seven Piper medicinal plants
样品 材料 产地
P1 石南藤Piper wallichii(Miq.)Hand.-Mazz.藤茎 桂林
P2 胡椒Piper nigrumL.果实(白胡椒) 海南
P3 胡椒Piper nigrumL.根茎 海南
P4 十八症Piper boehmeriaefolium Wall(Miq.)C.DC.Var.tonkinense C.DC.根 桂林
P5 海风藤Piper kadsura(Choisy)Ohwi藤茎 桂林
P6 蒌叶Piper betle Linn.根茎 海南
P7 大叶蒟Piper laetispicumC.DC.根茎 海南
2 结果与讨论
2.1 胡椒属七种药用植物红外指纹图谱及数据
将七种胡椒属药用植物样品,进行红外光谱测定,其红
外光谱图见图1,吸收峰波数见表2。
  七种样品均为胡椒属药用植物,其成分较为相近,因而
红外光谱图有很大的相似性。其中3 383cm-1附近为分子间
氢键O-H伸缩振动,2 926cm-1附近为饱和的R2CH2 基伸
缩振动吸收,1 733cm-1附近为 C O 伸缩振动,1 376
cm-1附近为甲基的dC-H对称弯曲振动。
2.2 七种胡椒属药用植物红外指纹图谱共有峰率、变异峰
率双指标序列[7]
2.2.1 共性鉴别指标
共有峰的确定方法:对于一组吸收峰,若组内吸收峰的
波数最大差异显著小于该组峰与其相邻组之间平均波数的
差,确定该组峰是一组共有峰,如对于1 733.0,1 734.0,
1 741.3,1 734.9,1 734.7cm-1这一组峰,该组峰内最大波
Fig.1 FTIR spectra of seven Piper medicinal plants
Table 2 Wavenumbers and common peaks of fingerprint of seven Piper medicinal plants
样品 红外指纹图谱吸收峰波数/cm-1
P1  3 425.6  2 926.3  1 733.0  1 624.2  1 512.7  1 423.3  1 376.6
P2  3 409.5  3 383.9  2 935.1  1 636.8  1 588.6  1 491.7  1 447.3  1 367.2
P3  3 396.5  2 923.3  1 734.0  1 626.2  1 512.0  1 427.4  1 373.0
P4  3 414.3  3 377.0  2 929.6  1 639.8  1 419.6  1 371.0
P5  3 419.6  2 922.4  1 741.3  1 617.8  1 519.7  1 443.2  1 373.1
P6  3 415.0  2 923.3  1 734.9  1 620.9  1 512.5  1 418.5  1 375.5
P7  3 396.8  2 923.4  1 734.7  1 643.1  1 513.3  1 421.2  1 375.0
P1  1 319.9  1 259.9  1 154.4  1 054.4  1 030.1  896.9
P2  1 252.9  1 155.9  1 080.5  1 025.4  927.2  856.2
P3  1 322.6  1 252.9  1 155.8  1 052.7
P4  1 320.7  1 247.6  1 154.4  1 081.3  1 022.8  930.0  857.8
P5  1 266.4  1 152.7  1 054.0
P6  1 322.2  1 256.8  1 058.0
P7  1 322.6  1 242.8  1 059.2
P1  827.8  781.6  670.3  601.8  555.3  518.4  491.4
P2  764.1  706.6  603.0  572.5  530.0  502.9
P3  817.4  777.7  599.9  542.4  518.6
P4  775.3  665.5  576.1  531.2  486.4
P5  776.5  614.9  569.8  515.0  492.7
P6  779.8  669.3  607.9  555.2  516.9  487.6
0242 光谱学与光谱分析                    第34卷
 续表2
P7  779.5  668.3  622.7  529.6  481.3
P1  459.4  425.2
P2  450.5  423.6
P3  421.5
P4  453.4
P5  464.3  435.4
P6  442.8
P7  439.5
数差是1 741.3-1 733.0=8.3cm-1,平均波数值是1 736.9
cm-1,该组峰前后相邻组峰的平均波数值分别是2 926.2和
1 629.8cm-1,该组峰与其前后相邻组峰的平均波数值差分
别是1 189.3和107.1cm-1,明显大于8.3cm-1,可判断该
组峰是一组共有峰。
2.2.2 七种胡椒属药用植物红外指纹图谱共有峰率和变异
峰率双指标序列
根据红外指纹图谱共有峰率和变异峰率计算公式[7],分
别计算样品之间红外指纹图谱的共有峰率和变异峰率。建立
七种胡椒属药用植物的双指标分析序列。如P1∶P2(P1与
P2的共有峰率P;P1相对于P2的变异峰率Pva,P2相对于
P1的变异峰率Pvb),七种胡椒属药用植物的双指标序列见
表3。
Table 3 Dual-index sequences of seven Piper medicinal plants
序列 (P;Pva,Pvb)% 序列 (P;Pva,Pvb)% 序列 (P;Pva,Pvb)%
P1P5 (77.3;29.4,0) P2P4 (70.8;29.4,11.8) P3P7 (73.7;21.4,14.3)
P1P6 (77.3;29.4,0) P2P5 (56.0;57.1,21.4) P3P1 (62.5;13.3,46.7)
P1P3 (62.5;46.7,46.7) P2P1 (51.7;46.7,46.7) P3P5 (61.9;30.8,30.8)
P1P7 (58.3;57.1,14.3) P2P7 (46.2;83.3,33.3) P3P6 (61.9;30.8,30.8)
P1P4 (51.9;57.1,35.7) P2P3 (44.4;83.3,41.7) P3P2 (44.4;41.7,83.3)
P1P2 (51.6;46.7,46.7) P2P6 (44.4;83.3,41.7) P3P4 (38.5;70.0,90.0)
P4P2 (70.8;11.8,29.4) P5P7 (78.9;13.3,13.3) P6P5 (78.9;13.3,13.3)
P4P1 (51.9;35.7,57.1) P5P1 (77.3;0,29.4) P6P1 (77.3;0,29.4)
P4P7 (45.8;72.7,45.5) P5P3 (61.9;30.8,30.8) P6P7 (73.7;21.4,14.3)
P4P5 (44.0;72.7,54.5) P5P4 (61.9;30.8,30.8) P6P3 (61.9;30.8,30.8)
P4P6 (44.0;72.7,54.5) P5P2 (56.0;21.4,57.1) P6P2 (44.4;41.7,83.3)
P4P3 (38.5;90.0,70.0) P5P6 (44.0;54.5,72.7) P6P4 (44.0;54.5,72.7)
P7P3 (73.7;14.3,21.4)
P7P6 (73.7;14.3,21.4)
P7P1 (58.3;14.3,57.1)
P7P5 (57.1;33.3,41.7)
P7P2 (46.2;33.3,83.3)
P7P4 (45.8;45.5,72.7)
2.2.3 双指标分析
P2∶P3白胡椒与胡椒根茎的共有峰率小于45%,白胡
椒相对于胡椒根茎的变异峰率大于83%,说明白胡椒与胡椒
根茎的化学成分差异非常大,2010年版《中国药典》规定胡椒
为果实入药而不用全株入药是有道理的。从红外图谱可见,
在1 734cm-1胡椒根茎有峰,为烷基酯或其内酯键 C O
伸缩而致,而白胡椒此处无峰,市场上存在用胡椒根茎粉末
充当或混入白胡椒果实粉末的情况,可通过此特征鉴别区分
白胡椒与胡椒根茎。
P5∶P1和P5∶P7海风藤与石南藤、大叶蒟根茎的共有
峰率都在77%以上,各自变异峰率在30%以下,可见此三种
胡椒属药用植物亲缘关系较近,民间也常将石南藤、大叶蒟
根茎作海风藤入药,应加以鉴别区分。P5∶P3和P5∶P4,
海风藤与胡椒根茎、十八症根的共有峰率在61%左右,P5∶
P6,海风藤与蒌叶根茎的共有峰率仅为44%,亲缘关系稍
远。临床上混用无法达到治疗效果,应加以鉴别区分。
2.3 七种胡椒属药用植物红外二阶导数谱图比较
七种胡椒属药用植物的红外二阶导数谱图见图2。
2.3.1 中药白胡椒与胡椒根茎的红外二阶导数光谱图对比
胡椒根茎在1 656.6~1 570cm-1之间有不明显的双峰,
而白胡椒在此处有明显的三峰。白胡椒在1 511.9和1 490.7
cm-1处两峰强度比值小于1,而胡椒根茎该处两峰强度比值
大于1。胡椒根茎在840~740cm-1之间为不规则三峰,而白
胡椒此处为明显四峰,故胡椒根茎粉末冒充白胡椒药材粉末
1242第9期                    光谱学与光谱分析
可用此法区别,而在840~740cm-1范围内海风藤有规则的
五个峰,海风藤与白胡椒、胡椒根茎可进行区分。
Fig.2 Second derivative fingerprints of seven
Piper medicinal plants
2.3.2 中药海风藤与石南藤的红外二阶导数光谱图对比
海风藤在1 625~1 600cm-1之间有一宽峰,而石南藤在
此范围出现尖峰。海风藤在1 108.9~1 056.8cm-1范围内有
三峰,而石南藤此范围内有四峰,可将海风藤与其伪品石南
藤进行区分。
2.3.3 中药海风藤与十八症根的红外二阶导数光谱图对比
十八症根在1 660.4cm-1处有单峰,而海风藤在此处有
双峰。十八症根在840~730cm-1范围内分裂为不规则的四
个峰,海风藤在此范围有规则的五个峰,可以此区分二者。
2.3.4 中药海风藤与大叶蒟根茎的红外二阶导数光谱图对

海风藤在1 743.4cm-1处分裂为三峰,而大叶蒟在此处
为单峰。大叶蒟在840~730cm-1范围内分裂为不规则的四
个峰,海风藤在此范围为规则的五个峰,可将海风藤与其伪
品大叶蒟进行区分。
2.3.5 中药海风藤与蒌叶根茎的红外二阶导数光谱图对比
海风藤在1 743.4cm-1处分裂为三峰,而蒌叶此处为单
峰。海风藤在1 606.4~1 519.7cm-1之间有三峰,而蒌叶在
此范围仅有一个明显单峰。蒌叶在840~730cm-1范围内分
裂为不规则的四个峰,海风藤在此范围为规则的五个峰,可
作为区分二者依据。
3 结 论
  中药成分复杂,其疗效往往是所含多种化学成分发挥的
综合作用的结果,而不是单一成分,因此单一指标性成分含
量测定有时难以反映中药整体疗效。采用傅里叶变换红外光
谱法对中药海风藤及其常见伪品进行了光谱鉴别研究,无需
对药材进行复杂的提取分离,可以从整体水平分析谱图特征
峰,具有快速、简便、经济、重现性好的优点。既能探讨胡椒
属药用植物亲缘关系又能够解决中药海风藤及其伪品临床用
药混乱,真伪难以鉴别的困难,为临床用药的安全、有效奠
定了基础,具有实际应用价值。该方法符合中药向综合分析
和整体分析发展的趋势。
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2242 光谱学与光谱分析                    第34卷
Identification of Some Piper Crude Drugs Based on Fourier Transform
Infrared Spectrometry
ZHOU Ye1,2,ZHANG Qing-wei 2,LUO Xue-jun3,LI Pei-fu2,SONG Heng2,ZHANG Bo-li 1*
1.Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193,China
2.Colege of Pharmacy,Tianjin Medical University,Key Laboratory of Tianjin Key Technologies of the Clinical Drug,Tianjin
300070,China
3.Tasly Research Institute of Chinese Medicine,Tianjin 300410,China
Abstract The common peak ratio and variant peak ratio were calculated by FTIR spectroscopy of seven medicinal plants of Pip-
er.The dual index sequence of common peak ratio and variant peak ratio was established,which showed the sibship of the medic-
inal plants.The common peak ratio of Piper kadsura(Choisy)Ohwi,Piper wallichii(Miq.)Hand.-Mazz.Piper laetispicum
(C.DC.)was greater than 77%,and the variant peak ratio was less than 30%.The results showed the near sibship between the
three drugs.The common peak ratio of Piper kadsura (Choisy)Ohwi,Piper nigrum L.and Piper boehmeriaefolium Wal
(Miq.)C.DC.Var.tonkinense(C.DC.)was about 61% which showed the farther sibship.The common peak ratio of Piper
kadsura(Choisy)Ohwi and Piper betle (Linn.)was only 44%,which showed the farthest sibship.Piper kadsura (choisy)
Ohwi and its adulterants,such as Piper wallichii(Miq.)Hand.-Mazz.,Piper boehmeriaefolium Wal(Miq.)C.DC.Var.
tonkinense C.DC.,Piper laetispicumC.DC.,Piper nigrumL.,could be identified by comparing their second order derivative
IR spectrum of the samples.FTIR technique is a non-destructive analysis method which provides information of functional
group,type and hydrogen bond without complex pretreatment procedures such as extraction and separation.FTIR method has
some characteristics such as rapid and simple analysis procedure,good reproducibility,non-destructive testing,few amount of
required sample and low cost and is environment-friendly.The method solved the problems of limit in resource of Piper kadsura
(Choisy)Ohwi,many fakes and difficulties in identification,and brought the security for the clinical medication.FTIR provides
a new method for identification of Piper kadsura(choisy)Ohwi and its fakes and meets the requirement for comprehensive analy-
sis and global analysis of traditional Chinese medicine.
Keywords Piper;Piper kadsura(choisy)Ohwi;IR fingerprint;Dual-index method;IR second derivative fingerprint
(Received Jul.6,2013;accepted Oct.16,2013)  
*Corresponding author
3242第9期                    光谱学与光谱分析