基于傅里叶变换红外光谱的板蓝根颗粒成分研究

基于傅里叶变换红外光谱的板蓝根颗粒成分研究

红外指纹图谱中药配合颗粒是根据中医理论，在满足制备要求的中药汤片的过程中，经过提取、浓缩、干燥、储存、运输和其他工艺过程中精制而成的。配方颗粒服用方便,一直受到广大患者的青睐,但目前中药配方颗粒的生产还缺少有效的质量控制标准。近年来,红外光谱技术得到飞速发展,已成为中药研究中不可缺少的工具,现代红外光谱在中药材和中成药中均有应用,可以作为中药质量控制和真伪鉴别的依据。板蓝根颗粒是板蓝根的主要剂型,一直为中华人民共和国药典所收载,板蓝根具有清热解毒、凉血利咽等功效,主要用于防治流感和病毒性感染。本文采用红外光谱的一维谱图、二阶导数谱和红外指纹图谱的可视化表达方法,成功地对不同厂家和同一厂家不同批号的板蓝根颗粒进行了快速无损鉴别。本项研究为中成药的鉴别和质量控制提供了一种方便快捷的方法。1实验部分1.1实验设备德国Bruker公司生产的EQUINOX55型傅里叶变换红外光谱仪,中红外光源,DTGS检测器,光谱分辨率为4cm-1。1.2fps-mbr法待分析板蓝根颗粒样品及其来源如表1所示。每种样品取2mg分别与200mgKBr按1∶100的比例混合后,研磨,并均匀压片,测定其红外光谱图。2结果分析2.1颗粒制剂辅料将样品2与其原药材板蓝根10的红外谱图进行比较,如图1所示。板蓝根颗粒在3567cm-1处出现了蔗糖的特征峰,在1600～500cm-1的指纹区内,二者差别较大:样品2在1281,1240,1208cm-1等处出现了尖峰,可能为颗粒制剂辅料蔗糖、糊精的特征峰;原药材10的谱图在908,868cm-1处的峰均发生了分裂并且强度增大。样品4与中药材板蓝根10和大青叶11的红外谱图,如图2所示。在高频波段,样品4在3560cm-1处出现了蔗糖的特征峰,且在3400cm-1附近的峰发生了裂分。在2000～500cm-1范围,两种原药材在1645cm-1处出现强度不同的羰基肩峰,而在样品4的谱图中却未出现;在1500～870cm-1范围内,样品4与原药材相比,其特征峰基本符合其原药材的峰形分布,只是发生分裂且强度增大;在908～870cm-1处为蔗糖特征峰。可见,在板蓝根颗粒的加工炮制过程中,保留了原药材的主要成分,谱图的差别主要表现在添加的辅料上,如蔗糖、糊精等。2.2提取工艺和红外谱图的对比不同厂家的样品1,2,3,5,7,8的红外谱图进行比较,如图3所示。除样品1是无糖型外,其他样品均在3565cm-1附近出现了蔗糖的特征峰。在950～800cm-1范围内,样品2,3,5,7,8号均在849,868cm-1处有两个中强尖峰,909cm-1处有一强峰,942cm-1处有一中强尖峰。在图4a中,7号样品在1068和1051cm-1处有明显的2个峰,样品2,3,5,7均在1014和1004cm-1处有一分裂的弱峰,在991cm-1处有一尖峰,而样品8在995cm-1处有一尖峰。如图4(b)所示,样品3和8在548cm-1处是一尖峰,样品2,5,7号分裂为525和537cm-1处的2个峰。这些差别的主要原因是原料药的产地不同,各厂家提取工艺不同以及在制颗粒时添加辅料不一致所造成的。此外,样品2和5的红外谱图指纹区非常相似,很难分辩,对它们在1200～900cm-1范围内的谱图进行二阶导数处理,则可以清晰地看到谱图间的差别,如图5所示。样品5的二阶导数谱在1077cm-1处有一尖锐峰,而2号样品则没有。可见,对原始谱图进行二阶求导,可以把谱图间的差别放大,从而达到鉴别分析的目的。2.3欧氏距离的确定同一厂家生产的同一种药品,往往会由于原料药的产地和性状的变化、辅料的添加量和添加工艺的差别,导致不同生产批号的同种药品的红外谱图存在差异。如3号和4号样品均来自四川某公司,但在它们的红外光谱指纹区中,样品4在1068cm-1处有一尖锐强峰,而样品3在该处的峰分裂为双峰;样品3在542cm-1处为一尖锐中强峰,样品4在该处分裂为双峰,如图6(a)所示。5号和6号样品的红外谱图如图6(b)所示,541cm-1处6为一尖锐单峰,而5裂分为双峰。8号和9号样品的红外谱图如图6(c)所示,样品9在991cm-1处有一尖锐峰,在1011cm-1处有一弱分裂的双峰,而8号样品只在993cm-1处有一中强峰;9号样品在1076和1027cm-1处有2个宽的吸收峰,而8号样品只在1084cm-1处有一中强吸收峰,9号样品在544cm-1处有一单峰,8号样品在该处有一分裂的双峰,并且在585cm-1处有一弱峰。分别对各厂家不同批号样品进行相似性比较,计算了不同批号样品谱图之间的欧氏距离,欧式距离越大说明两谱图之间的差别越大,相应的该厂家产品质量的重复性差,反之两谱图的差别越小,该厂家产品的重复性则好,结果如表2所示。欧氏距离从大到小的顺序为8,9>5,6>3,4,说明各厂家在产品质量控制上,均存在一定的问题。可见,由于原料药的来源及批次不同,同一厂家不同批号的产品质量还不稳定。2.4基于理念的红外光谱图像法红外光谱指纹图谱的可视化表征方法,是通过对巨量分析数据进行空间降维和压缩,从中提取红外指纹特征信息,并表达为可用来对相似物进行直观分类鉴别的计算机模式特征图像,从而实现由红外光谱图到基于模式特征图像的虚拟指纹图谱的变换。本研究采用Matlab6.5.1编程,将光谱数据转换成色彩条,实现红外谱图的可视化。选取1100～1000cm-1波段内的数据进行可视化操作,这段属于板蓝根和大青叶的特征峰,各样品在此波段内均有吸收。在可视化图中,横坐标以所选波段平均分布,根据各图中色彩条的颜色和位置的变化来区分各谱图。2.4.1阶导数变换1,2,3,5,7,8号样品,原始数据可视化如图7所示。根据色彩条的位置和颜色差别,样品1和8很容易区分出来,样品2,3,5,7差别不太明显,将原始谱图进行二阶导数变换,再作可视化图,得到图8。可见,在二阶导数谱的可视化图中,各样品差别比较明显,可以予以区分。2.4.2谱图的可视化图9,图10和图11分别为3号和4号,5号和6号,8号和9号样品的红外光谱及二阶导数谱的可视化结果。从图中可以看出,即使是同一厂家生产的产品,不同批次样品的谱图间仍存在差异,经过二阶导数转换后,这种差别更明显。可见,目前中药的生产仍缺乏严格的质量监督管理标准,各厂家之间甚至同一厂家不同批次的产品之间存在着一定的差别,中药配方颗粒的质量控制问题亟待解决。3红外光谱指纹区的应用本文采用傅里叶变换红外光谱技术对不同厂家和同一厂家不同批次的板蓝根颗粒进行了研究,通过对谱图进行二阶求导和红外光谱特征指纹可视化表达方法,成功地对各种样品进行了鉴别。研究表明