CN101446580A - 一种中药材内在化学组分的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中药材内在化学组分的测定方法。所述方法包括以下步骤：a.用FTIR对中药材非晶体组分中分子振动时偶极矩的测定；b.用PXRD对中药材晶体组分测定；c.用XRF对中药材进行元素及含量的测定；d.中药材内在化学组分的表征。本发明能够克服现有分析技术单独应用所存在的片面性，简化样品复杂的前处理等诸多不便，可以达到方便、快速地对被检中药材全部内在化学组分进行测定和表征。本发明也适用于GAP种植的和一切可以制备成粉末样品的中药材内在化学组分的测定和表征及真伪品药材的鉴别。本发明可以避免以往应用单一方法得到的分析片面性和有失客观性的不足。因而本发明所测定和表征的中药材内在化学组分更具全面、深入和客观的特点，同时还有样品制备简单、测定速度快和再现性好等优点。

Description

一种中药材内在化学组分的测定方法

技术领域

本发明涉及一种测定常用中药材和饮片及其航天诱变育种药用植物全部化学组分的方法，特别是能从整体上对被检中药材的内在化学组分(晶体物质、非晶体化合物组分及多种矿质元素)特征进行测定及表征。

背景技术

随着21世纪的到来，中国加入WTO为中医药进入国际市场提供了新的契机。国际医药产业竞争的日益激烈，国际经济一体化对传统中药产业提出了现代化、国际化的要求，我国中药产业面临严峻挑战。对中药的要求“安全、有效、稳定、可控”四性，已经成为国际共识。在中药质控方法的探索中采用多种现代检测手段，对中药进行客观全面地评价，使中药质量标准为国际社会广泛接受，为中药产业和国际接轨奠定了基础。目前薄层色谱、高效液相色谱、气相色谱、紫外光谱、红外光谱等已得到普遍使用。新的分析技术也不断发展，主要包括：色谱法，波谱法，光谱法，X射线衍射技术以及国内外同行已经形成共识的多种指纹图谱法。

要保证中药制剂的质量均一，应从源头上首先对中药材的内在化学组分进行质量控制。而目前执行中的中药材鉴别方法多数都不能客观地反映其全部内在化学组分特征，已严重阻碍中药现代化和国际化的发展进程。必需进一步探索和建立方便快捷、再现性好，又易于为世界同行接受的测定和表征中药材内在化学组分的新方法。

鉴于药用植物是由多种化学组分构成的复杂组分体系(多数中药材主要含有多种非晶体化合物、晶体物质及多种矿质元素组分)，以及至今很多中药材的有效组(成)分不是很清楚的实际情况，还考虑到药用植物航天诱变育种变异幅度大的特点，若单独采用已有的某单一方法对内在化学组分进行测定和表征，仅能反映被检中药材复杂组分体系中某些组分的信息，如利用傅立叶变换红外光谱法(FTIR)所反映的是中药材中分子振动时偶极矩的信息，较适于对药材中的非晶体化合物组分的测定和表征；粉末X射线衍射技术(PXRD)能反映中药材中原子排列的的信息，可以测定晶体物质与非晶体化合物的比例，特别适于对其中的晶体组分的测定和表征；而X射线荧光光谱法(XRF)可同时测定多种元素的种类和含量，可见各自单独应用时，其测定结果显然存在片面性，即有失全面和客观性。正在探索中的众多中药质量控制技术—中药指纹图谱，则大多数都需要对样品进行复杂的前处理，其测定结果显然失去了药材的整体性特征，可见每一种方法均各有利弊，单独应用都不能客观地、方便快捷地从整体上全面测定和表征中药材内在化学组分。

发明内容

为了克服现有分析技术单独应用所存在的片面性，简化样品测定前的复杂处理过程等诸多不足，本发明提供一种中药材内在化学组分的测定方法。该发明适用于GAP种植的中药材的遗传稳定性评价和一切可以制备成粉末样品的中药材及其二次开发出来的中药产品的内在化学组分的测定和表征。此外，也适合于航天诱变育种对药用植物内在化学组分影响的研究和对其遗传稳定性的考查，以及对易混淆药材、伪品药材(无论是否切片或磨粉，由于主组分与真品不同)的鉴别，这将为今后对中药材内在化学组分的测定、表征和鉴别提供得力的手段。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种中药材内在化学组分的测定方法包括以下步骤：

a.用FTIR对中药材非晶体化合物组分中分子振动时偶极矩的测定

先将被检中药材样品粉碎并过180-200目筛，于70-80℃下烘干20-24小时，取粉末样品与溴化钾粉末按1：100比例进行研磨混合均匀压片，将该片状样品放入傅立叶变换红外光谱仪的样品架中，采集透射样品的吸收数据。光谱分辨率4cm^-1，扫描累加16次，测量范围4000～400cm^-1。经数据软件处理得到傅立叶变换红外光谱图。

b.用PXRD对中药材晶体物质组分的测定

将上述粉末样品装入专用样品架内，再放入X射线衍射仪的样品台；X射线扫描方式为对称耦合扫描模式，CuK α辐射，选择工作电压40千伏，工作电流100毫安。用5-10μm的Si粉做标样校正衍射仪测量角度的误差，测角仪2θ角的误差不大于0.01°，2θ扫描范围为5°-60°，扫描速度3°min^-1，步长0.02°，收集衍射数据，经数据软件处理得到被测样品的X射线衍射图谱。

c.用XRF对中药材进行元素及含量的测定

称取被检样品粉末2-4克置于制样机模具中，用硼酸镶边垫底，在35-40吨压力下制成内径32毫米，外径40毫米的样片并放入X射线荧光光谱仪样品盒中，选择恰当的测定参数(30千伏，80毫安和50千伏，50毫安)，采集被检样品数据；经数据软件处理得到被检样品所含元素种类和含量的半定量数据。可以测定原子序数大于11的所有元素，含量范围为90-0.01％，灵敏度高达10^-8克；

d.被检中药材内在化学组分的表征

(1)对非晶体化合物组分的表征：中药材的化学组分主要可分为非晶体化合物组分、晶体物质组分以及多种元素等。由步骤一主要是得到被检中药材的非晶体化合物组分中分子振动时偶极矩的信息，可以表征其中的非晶体化合物组分，也可以借助于被测样品的已知化学组分或活性组分及含量的参考资料，以及如何分析FTIR谱的参考资料，先将指纹区各吸收峰进行归属，继而判断FTIR谱图中指纹区每个吸收峰是源于何种组分的贡献，就可以得到被检样品中所含的主要为非晶体化合物组分定性分析结果。如果被检中药材中的某种有效组分已明确，用该组分的标准品可以对这一组分进行定量测定。

(2)对晶体物质组分的表征：针对部分中药材中存在晶体物质的情况，而步骤a不适于对被检中药材晶体物质组分的测定，必须采用步骤b才能对被检中药材的组分有更客观的了解，由步骤b可以从物相组成，晶体结构的角度出发，揭示宏观性质与微观结构的关系。能够简单快捷地得到被检中药材的X射线衍射图谱，若图谱中仅有弥散峰表明被检样品中只含非晶体物质组分。如果在弥散峰之上叠加有若干个锐衍射峰，则表明被检样品中既含有非晶体物质组分还含有部分晶体物质组分，对这类衍射图谱，可以进一步对其中的锐衍射峰进行相分析(就能知道各元素所处的化合状态)、相含量及晶粒尺寸的计算，由此而得到被检中药材所含的晶体物质的名称、晶体类型、晶体结构参数、晶体物质组分的含量和晶粒尺寸的结果。可见，步骤b是对步骤a的补充，可以使其测定、表征和分析结果比仅用步骤a拓宽了较大的范围。

(3)对元素种类和含量的表征：中药材所含的微量元素对生命、健康及疗效具有重要作用，已被认为是中药的重要有效组分之一。从步骤c可得到被检中药材中原子序数大于11的所有元素的种类和含量的半定量测定结果，据此可以作出每一种被检中药材所特有的元素特征图谱。如果元素全部以单质形式存在，据此可以对直接易于人体吸收的元素含量有初步了解。

由于中药材中许多元素并不是以单质的形式存在于药材中，而主要是以复杂的非晶体化合物组分和晶体物质形式存在，因而上述骤中a、b、c必须同时应用，三者缺一不可，只有这样才能较客观、全面的完成对被检药材全部内在化学组分测定和表征，由此而得到的3幅图谱共同构成每种被检中药材全部内在化学组分的表征图谱。它们均具有制样简单、测定速度快、再现性和客观性好，易于被世界同行所接受的特点。

本发明的有益效果是：本发明适合于对GAP种植的中药材和其它中药材及其饮片内在化学组分的测定和表征以及用于区别不同产地同一种中药材特征的表征，从而可以确保证原料中药材质量的可控和均一，这对于稳定二次加工产品的质量而言是至关重要的；本发明也可以用于二次开发研究出来的中药(限于能研成粉末的产品)申请专利时对其产品内在化学物质基础特征的描述、表征、阐述及指标组分保护方面。因此，可以解决目前阻碍中药进入国际市场的难题——如何把二次开发研究出来的中药组分用现代通用的科学方式表达出来的这一技术难题。若本发明得以实施，将尽快扭转和改变目前因中药组分难以被鉴定，难以进入国际市场，中药正在大份额丢失在国际上的注册专利的不利局面；同时还能用于名贵中药材的伪制、假冒、掺伪的鉴别，预期可以带来不可估量的社会效益和经济效益。更适合于对变异幅度大的航天诱变育种药用植物内在化学组分的测定和用于考查其遗传稳定性，为探索航天诱变育种中药材内在化学组分变化规律和筛选优质太空药用植物有益突变体种子提供基础数据，对空间技术应用于药用植物育种的研究起到积极的推动作用。

本发明为今后对中药材内在化学组分的测定、表征及鉴别提供了一个更加科学合理的手段，将对中药进行客观全面地评价，使中药质量标准为国际社会广泛接受，为中药产业和国际接轨奠定基础。

如果在本方法的基础上再深入开展谱--效关系的研究，预期药效物质基础特征与药效之间的关系将会很快被客观的描述和揭示。若加强″谱效学″研究，最终会发展成为具有扎实理论基础、能体现疗效的中药药效组分指纹图谱中的重要组成部分。

附图说明

图1是中药知母的傅立叶变换红外光谱图；

图2是中药射干的傅立叶变换红外光谱图；

图3是中药桔梗傅立叶变换红外光谱图；

图4是中药防风的傅立叶变换红外光谱图；

图5是中药知母的X射线衍射图谱；

图6是中药射干的X射线衍射图谱；

图7是中药桔梗的X射线衍射图谱；

图8是中药防风的X射线衍射图谱；

图9是中药知母的元素图谱；

图10是中药射干的元素图谱；

图11是中药桔梗的元素图谱；

图12是中药防风的元素图谱；

图13(a)是中药知母傅立叶变换红外光谱图；

图13(b)是中药知母X射线衍射图谱；

图13(c)是中药知母元素图谱；

图14(a)是中药射干傅立叶变换红外光谱图；

图14(b)是中药射干X射线衍射图谱；

图14(c)是中药射干元素图谱；

图15(a)是中药桔梗傅立叶变换红外光谱图；

图15(b)是中药桔梗X射线衍射图谱；

图15(c)是中药桔梗元素图谱；

图16(a)是中药防风傅立叶变换红外光谱图；

图16(b)是中药防风X射线衍射图谱；

图16(c)是中药防风元素图谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

用本方法对河北省安国市科葳育种基地种植的知母(Anemarrhenaasphodeloides Bge.)、射干[Belamcanda chinensis(L.)DC.]、桔梗[Platycodongrandiflorum(Jacq.)DC.]、防风[Saposhnikovia divaricata(Turcz.)Schischk.]四种中药材内在化学组分的测定和表征。

1.用FTIR对上述四种药材中非晶体化合物组分中分子振动时偶极矩的测定。

1.1 先将各被检的中药材样品分别依次粉碎并过200目筛，在80℃下烘干24小时。

1.2 依次取上述各中药材粉末样品与溴化钾粉末按大约1∶100比例进行研磨混合均匀压片，将该片状样品放入德国Bruker公司的傅里叶变换红外/拉曼E55+FRA106型光谱仪的样品架中，逐一采集各样品的透射吸收数据。光谱分辨率4cm^-1，扫描累加16次，测量范围4000-400cm^-1。经数据软件处理后得到四种中药材的傅立叶变换红外光谱图，分别见图1-4。

2.用PXRD对被检中药材样品晶体物质的测定

2.1将上述四种被检的粉末样品分别装入4个专用样品架中，逐一放入日本理学D/max-2500Pc型X射线衍射仪的样品台上；

2.2X射线扫描方式为对称耦合扫描模式。CuKα辐射，选择工作电压40千伏，工作电流100毫安。用10μm的Si粉做标样校正衍射仪测量角度的误差，测角仪2θ角的误差不大于0.01°，2θ扫描范围为5°-60°，扫描速度3°min^-1，步长0.02°；

2.3依次收集各样品的衍射数据，经数据软件处理后得到四种中药材的X射线衍射图谱，分别见图5-8。

3.用XRF对被检中药材样品进行元素种类和含量的测定

3.1称取每一种被检样品粉末2-4克，分别置于制样机模具中，用硼酸镶边垫底，在35吨压力下制成内径32毫米，外径40毫米的样片供测试用；

3.2采用瑞士ADVANTPXP-381型荧光光谱仪，选择恰当的测定参数(30千伏，80毫安和50千伏，50毫安)，采集每一种被检样品的元素数据；利用数据处理软件处理得到所含元素的半定量数据；可测定原子序数大于11的所有元素，含量范围为90-0.01％，灵敏度高达10^-8克。图9-12为根据所测定的四种药材元素种类和含量的数据作出的元素特征图谱。

4.知母、射干、桔梗、防风药材内在化学组分的表征

4.1 被检样品中非晶体化合物组分的表征：

图13(a)-16(c)中的(a)为上述四种被检中药材的FTIR图谱，据此(特别是400-2000cm^-1的指纹区)可以表达每种药材所特有的非晶体有机物组分的特征；借助于被测样品的已知化学组分和活性组分及含量的参考资料，以及如何解析FTIR谱的参考资料，分析判断FTIR谱图中指纹区每个吸收峰是源于何种组分的贡献，从而得到待测样品中非晶体有机物组分为主的定性分析结果；如果被检药材中的某种有效组分已明确，用该组分的标准品可以进一步对这一组分进行定量测定。

4.2 被检样品中晶体组分组分的表征

图13(a)-16(c)中的(b)为上述四种中药材的PXRD图谱，四种药材的PXRD图谱均呈现出由来自于非晶体物质贡献的弥散峰和叠加其上的若干个晶体物质组分贡献的锐峰的衍射特征。对图13(b)、14(b)中知母和射干图谱中的锐衍射峰进行物相分析，经过仔细对照比较，得知与现在使用的已知物质的标准图谱JCPDS的粉末衍射卡片组(PDF)中的20-0231卡片数据吻合，据此得知：知母、射干中的晶体物质是一水草酸钙[Whewellite，syn(C_aC₂O₄·H₂O)]。已知晶体相含量与衍射峰强度成正比[丛秋滋.多晶二维X射线衍射北京：科学出版社，1997.74.97.]，对两图比较可见知母的锐峰强度小于射干的锐峰强度，因此知母中一水草酸钙的含量少于射干。对图15(b)桔梗图谱中的锐衍射峰进行物相分析，经过查找资料，得知晶体物质是菊糖[唐长馥，X衍射在名贵中药分析鉴别中的应用，上海中医药杂志1991年第10期，1]。图16(b)防风药材的图谱呈现出的弥散峰上叠加几个很弱小的锐峰，这表明主要含非晶体物质，仅含少量晶体物质，由于峰的弱和少，无法进行相分析。

4.3 对被检中药材的元素种类和含量表征

为直观地反映四种药材所含元素的特征，根据XRF测定的四种药材元素种类和含量的数据作出元素特征图谱，分别见图9-12中的(c)，从图中可见，在相同的气候、光照、土壤环境及田间管理条件下种植和收获的四种药材元素种类及含量是不相同。这是由于每种地道药材都有其特有的的微量元素特征谱，对于不同品种不同产地的中药材微量元素谱是完全不一样的[曹治权，孙作民，孙爱贞，微量元素与中医药北京：中国中医药出版社，1993年，182]。可见每种中药材的元素特征图谱，既可以表达和鉴别中药材的品种和产地的特征，又可以表达内在化学组分特征。

综上所述，利用本发明的中药材内在化学组分的测定方法，中药知母全部内在化学组分的表征图见图13(a)、图13(b)、图13(c)；中药射干全部内在化学组分的表征图见图14(a)、图14(b)、图14(c)；中药桔梗全部内在化学组分的表征图见图15(a)、图15(b)、图15(c)；中药防风全部内在化学组分的表征图见图16(a)、图16(b)、图16(c)。每幅图中(a)为该药材所独有的非晶体化合物组分特征。(b)为其特所有的晶体物质组分特征。(c)为该药材所特有的元素特征谱。由于全国各地气候、光照、土壤、条件的差异，导致不同产地的同一种药材内在化学组分有一定差异；同一产地的同一品种药材，因野生和栽培的生长环境不同，也会导致其内在化学组分有一定差异，正是这差异会导致其药效略有不同，而这些差异均可以由本方法对其较全面测定和表征。

中药材是一个包含了多种化学组分的复杂有机体，中医药学整体论思想认为中药的临床疗效是中药整体组分与机体相互作用的结果。针对中药材组分的复杂性以及至今大多数中药材的有效组分尚不十分清楚的实际情况。我们把被检中药材整体看作活性物质，参照总结前人的化学组分的研究成果与质量分析结果的基础上，又依据文献报道的对作物航天诱变育种已发现其变异幅度大的这一特点，确定了本发明的技术方案，由于该发明可以从整体上更加全面客观准确的反映被检中药材全部内在化学组分特征，因而利用本方法均可以客观全面地反映内在化学组分的差异，这为今后对中药材内在化学组分的测定、表征和鉴别，提供了一个更加科学合理的手段，也必将对中药进行客观全面地评价，使中药质量标准为国际社会广泛接受，为中药产业和国际接轨奠定基础。

Claims (5)

1.一种中药材内在化学组分的测定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

a.用FTIR对中药材非晶体化合物组分中分子振动时偶极矩的测定；

b.用PXRD对中药材晶体物质组分测定；

c.用XRF对中药材进行元素及含量的测定；

d.被检中药材内在化学组分的表征。

2.根据权利要求1所述的中药材内在化学组分的测定方法，其特征在于：所述步骤a包括以下步骤：

(1)先将被检中药材样品粉碎并过180-200目筛，于70-800C下烘干20-24小时，取粉末样品与溴化钾粉末按大约1：100比例进行研磨混合均匀压片，将该片状样品放入傅立叶变换红外光谱仪的样品架中，采集透射样品的吸收数据；光谱分辨率4cm^-1，扫描累加16次，测量范围4000-400cm^-1，经数据软件处理后得到傅立叶变换红外光谱图；

(2)借助于解FTIR谱的参考资料先将指纹区各吸收峰进行归属，再根据被检药材已知的化学组分和活性组分及其含量，分析判断谱图中每个吸收峰是与何种组分相关，定性地了解到各样品之间同类组分含量的差异；如果被检药材中的某种有效组分已明确，用该组分的标准品，对这一组分进行定量测定。

3.根据权利要求1所述的中药材内在化学组分的测定方法，其特征在于：所述步骤b包括以下步骤：

(1)将上述粉末样品装入专用样品架中，放入X射线衍射仪的样品台上；X射线扫描方式为对称耦合扫描模式；CuK_α辐射，选择工作电压40千伏，工作电流100毫安；用5-10μm的Si粉做标样校正衍射仪测量角度的误差，测角仪2θ角的误差不大于0.01°，2θ扫描范围为5°-60°，扫描速度3°min^-1，步长0.02°，收集衍射数据，经数据软件处理获得被测样品的X射线衍射图谱；

(2)通过对所获得的X射线衍射图谱中锐峰进行物相鉴定、相定量计算及晶粒尺寸的计算，得到样品中所含的晶体物质的名称、晶体类型、晶体物质的含量和晶粒尺寸的数据。

4.根据权利要求1所述的中药材内在化学组分的测定方法，其特征在于：所述步骤c包括以下步骤：

(1)称取被检样品粉末2-4克置于制样机模具中，用硼酸镶边垫底，在35-40吨压力下制成内径32毫米，外径40毫米的样片供测试用；

(2)选择测定参数：30千伏、80毫安或50千伏、50毫安；采集被检样品数据；测定原子序数大于11的所有元素，含量范围为90-0.01％，灵敏度高达10^-8克；用数据软件处理获得所含元素的半定量数据，根据这些数据确定各被检样品的元素种类和含量。

5.根据权利要求1所述的中药材内在化学组分的测定方法，其特征在于：所述步骤d包括以下步骤：

(1)对非晶体化合物组分的表征：由步骤a得到被检中药材中非晶体化合物组分中分子振动时偶极矩的信息，据此分析其中的非晶体化合物组分；借助于被测样品的已知化学组分和活性组分及含量的参考资料，以及如何解析FTIR谱的参考资料，分析判断FTIR谱图中指纹区每个吸收峰是源于何种组分的贡献，从而得到待测样品中所含的为非晶体化合物组分定性的分析结果；

(2)对晶体物质组分的表征：对部分中药材中存在晶体物质组分以及步骤a存在着对被检中药材含有的晶体物质组分不能详细分析的不足，采用步骤b对晶体物质组分进行全面分析；由步骤b能够简单快捷地得到被检中药材的X射线衍射图谱，若仅有弥散峰表明被检样品中只含非晶体化合物组分；如果在弥散峰之上叠加有若干个锐衍射峰，则表明被检药材中既含有非晶体化合物组分还含有部分晶体物质组分，这样的衍射图谱，可以对其中的锐衍射峰进行物相鉴定、相定量及晶粒尺寸的计算，由此得到被检中药材中所含的晶体物质组分的名称、晶体类型、晶体结构参数、晶体物质组分的含量和晶粒尺寸；

(3)对元素种类和含量的表征：从步骤c可得到被检中药材中原子序数大于11的所有元素的种类和含量的半定量测定结果，为直观地反映各种药材所含元素的特征，根据XRF测定的中药材元素种类和含量的数据作出其元素图谱。

Images