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物理分析技术在中药研究中的应用【摘要】目的：介绍物理分析技术在中药分析和研究开发中的应用。方法：运用X射线谱分析和原子发射光谱分析、原子吸收光谱分析和原子荧光光谱分析在中药研究中的方法。结果：认为这些方法可以用于中药的分析鉴定。结论：物理分析技术在中药分析和鉴定领域具有广阔的应用前景。在中药分析和鉴定的研究中，主要是测定中药的成份和含量。而中药的物理性质（参数）是分析和鉴定中药研究的基础，因此，利用物理分析技术测定物性参数，是中药研发的重要组成部分。对于医学院校的学生了解这方面的知识是很有必要的，现就这方面的应用的原理和方法［1］列举两例加以综述【关键词】物理；分析技术；中药分析1X射线谱对中药的研究X射线作为光波在同物质相互作用时可以产生折射、反射、衍射、吸收、偏振和受激辐射等物理效应，其中以X射线作光源辐照样品时产生的衍射效应即构成X射线衍射分析；若以X射线作激发源使样品受激辐射产生的二次X荧光，此即X荧光分析。下面我们主要介绍X射线衍射分析。X射线衍射分析所用的光源就是某些元素的特征X射线，常用的元素是Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W等，即衍射仪中X光管的靶金属，当这些金属受到电子轰击时即产生波长非常稳定且具有良好单色性的X射线，其波长数据可在元素的若干较强的特征X射线波长表中查到，这种单色X射线就是这些元素的特征X射线。X射线照射晶体时发生的衍射效应遵守布拉格定律，即2dsinθ＝nλ为便于理解，常把晶体衍射同反射光的干涉等效看待，故以反射干涉处理晶体衍射的方法广为采用。上式中的d是面网间距（），θ是入射角或掠角（°），n是“反射”的级次。显然，λ为已知，测出θ角即可求出d值，由d值即可鉴定中药。1.1粉末X射线衍射分析法该方法是中药研究中常用的方法。所谓粉末，是指把样品研磨成粒度约2μm的粉状体以供衍射分析。这样细的粉末在1mg样品中约有五千万个晶粒，若样品取100mg，则大约有50亿个晶粒，如此多的晶粒在空间上是任意排列的，故从统计学的观点来看任一晶面（hkl）均可在空间的任意取向上出现。当一束单色X射线照射样品时总会有许多晶面面网符合布拉格定律而发生衍射，注意，衍射线方向同入射线方向的夹角是入射角的两倍，即2θ。若用一支带测角仪的检测器以入射线同样品的交点为中心旋转，则可接收一系列的（hkl）衍射线并可同时测出其衍射角θ和2θ。由θ即计算d值而鉴定中药，这即是用粉末衍射法鉴定中药的原理。例如王钢力等［2］应用粉末X射线衍射分析技术，对中药材肉桂、与川桂、少花桂及其伪品三钻风等10个样品进行鉴定，分析结果表明：10个样品各自具有表现其化学成分总体特征的衍射图谱，并构成衍射模糊图形（定性）与特征标记峰（定量）和图谱特征。被测肉桂样品具有4类衍射拓扑图形，表示了产地、来源的差异，衍射特征标记峰的相同程度反映了所含化学成分的一致性。根据这些特征达到在衍射空间对中药材肉桂及其伪品进行鉴定的目的。图1NaCl的衍射谱1.2衍射谱（衍射曲线）典型的衍射谱如图1所示。横坐标是2θ，纵坐标是相对衍射强度，符号为I，它是以样品中最强（最高）的衍射峰为100来计算的。每个衍射峰上可标注（hkl）和d值。在取得衍射曲线后即可进行线形分析，包括：1.2.1去除本底，突出有用线形当衍射峰比较尖锐时，只要作峰两侧线形根部平缓区的连线即可；若线形复杂，则需用标准物质作参考。这一分析又叫确背景线或基线。1.2.2确定峰位和求2θ一般用图解法，如图2所示，先找出峰的最高点（B）、峰侧边延长线的交点（A）或峰半高处弦长之中点（C），这3点中任一点上横坐标的垂线所对应的2θ即所求之2θ值。谱线越对称，则3种方法所求的2θ越相近，目前多由计算机用曲线拟合法和重心法求2θ，然后自动输出。图2图解法确定2θ1.2.3求衍射强度常用峰高法求衍射强度，参见图1和图2，将图上最高衍射峰定为主峰并令其为100，其余按峰高比例定相对强度。目前多用计算机按积分法求衍射强度值。2原子光谱分析在中药研究中的应用中药样品处在2000~6000K的温度下原子受热能激发其外层电子跃迁所产生的光谱统称为原子光谱，波长范围大约为10nm至3000nm或更大，覆盖紫外、可见、红外3个光谱区。根据量子力学，原子光谱遵守下列规律：1λ=Z2R∞（1n2J-1n2K)式中Z是原子序数，R∞是里德伯常数，nJ、nK是对应J、K能级的主量子数，并且J表示初态，K表示末态。显然每种元素的原子光谱都有自己的特征光谱。当我们测知特征光谱后就可知道相应的元素名称，这是原子光谱分析的基本依据。在原子光谱分析中，由光源和中药样品的关系不同而构成了原子发射光谱分析、原子吸收光谱分析和原子荧光光谱分析。3种原子光谱分析记录方法是相同的，即均是通过分光镜将光谱色散，经检测器转变成电信号送入记录仪绘出光谱曲线。3种原子光谱的产生和分析模式综合对比如图3。下面分别介绍这3种分析方法原子吸收光谱分析紫外分光光度法对中药的分析就是原子吸收光谱分析法。它是通过可见-紫外分光光度计，产生可见光，紫外线照射某些不同物质，不同浓度的吸收光谱不同，可获得不同吸收光谱的曲线，其波长在10nm~760nm之间，同时它们的吸收峰数值与浓度成正比关系，只要选定一定波长的光测定溶液的吸收度，由朗伯-比尔定律即可求出溶液的浓度和物质含量，不仅能鉴别物质及测定物质含量，而且能和其他方法配合，研究物质的组成。对中药定性分析方法及应用采用紫外分光光度法，对一些中药材进行真伪鉴别，简便易行可靠性高，重现性好。如周有华等［3］用这种方法比较光谱的一致性，研究了羚羊角粉及其骨角塞粉在乙醇浸出物的紫外吸收光谱。实验表明它们的图谱是有明显差别的。赛加羚羊角分别在203nm和207nm波长处有最大吸收峰，在208nm~217nm处有4个小峰，在207nm处有一较宽较高的平坦峰。而骨角塞仅在210nm和215nm处有一最大吸收峰，在217nm处有一小峰。两种物质的吸收曲线区别显著，可以达到区别赛加羚羊角和骨角塞的目的。对中药定量分析方法及应用可利用紫外分光光度计法对中药相关成分进行定量测定。如刘志才等［4］用岛津UV-210紫外分光光度计对苦参中苦参总碱的含量进行了测定。结果表明，苦参总碱的光谱在200nm处有最大吸收，并且吸收值与苦参总碱的含量在3.285～16.426μg/ml的范围内有良好的线性关系，r＝0.9999，其平均回收率为103.2％，RSD＝0.3％。从分析的精度，样品的稳定性，浓度与吸收值之间的线性关系及回收率来看，紫外分光光度法测定苦参中苦参总碱的含量是一个切实可行的分析方法。我院正在利用这种方法测定贵州不同产地的中药淫羊藿的总黄酮含量，这对开发贵州中草药具有积极的作用。2.1原子发射光谱分析该分析方法是将中药样品放置在乙炔火焰、电弧、电火花或等离子光源（ICP）中在2000~6500K的高温下直接气化成原子状态并同时激发中药样品产生光辐射。中药样品同光源重叠或一致。用各元素的特征辐射谱线作元素定性分析，用辐射强度（光谱峰高或照相底片的感光度）作定量分析。发射光谱测定的元素范围如下表所示。原子发射光谱分析是一种半定量分析法，其中等离子源光谱分析精度较高，适宜于稀土元素的分析。发射光谱分析法的特点是速度快，用样少（几毫克至几十毫克），分析的元素多，故应用广泛。2.2原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析其光源是一种空心阴极灯，由各种元素制成或将各种元素衬敷在内壁，一种元素一个灯（单元素灯），或两三种元素合做一个灯内（多元素灯）。当通电后空心阴极即会受激发而辐射出某一选定元素的特征光谱供分析。中药样品原子化方法常用丙烷、乙炔火焰，温度为2200~3200K，也可用通以大电流的石墨管（石墨炉），温度为1800~3400K且可调。由图3可知，原子吸收光谱分析时光源和原子化中药样品是分离的，两者放在同一轴线上，空心阴极灯中的元素应同待测元素同名，若出现同名吸收，即由灯的元素定待测元素。吸收峰的高低即吸收强度与元素含量成正比，并以此可作定量分析。此方法同发射光谱分析法比较，原子吸收光谱分析方法的灵敏度更高，精确度也高，共存元素干扰少，分析的元素多，特别适合于稀土元素分析以及易电离、易挥发和难电离、难挥发的元素。其特点是分析速度快，成本低。缺点是元素灯较难备齐，无灯无法分析。紫外分光光度法对中药的分析就是原子吸收光谱分析法。它是通过可见-紫外分光光度计，产生可见光，紫外线照射某些不同物质，不同浓度的吸收光谱不同，可获得不同吸收光谱的曲线，其波长在10nm~760nm之间，同时它们的吸收峰数值与浓度成正比关系，只要选定一定波长的光测定溶液的吸收度，由朗伯-比尔定律即可求出溶液的浓度和物质含量，不仅能鉴别物质及测定物质含量，而且能和其他方法配合，研究物质的组成。2.2.1对中药定性分析方法及应用采用紫外分光光度法，对一些中药材进行真伪鉴别，简便易行可靠性高，重现性好。如周有华等［3］用这种方法比较光谱的一致性，研究了羚羊角粉及其骨角塞粉在乙醇浸出物的紫外吸收光谱。实验表明它们的图谱是有明显差别的。赛加羚羊角分别在203nm和207nm波长处有最大吸收峰，在208nm~217nm处有4个小峰，在207nm处有一较宽较高的平坦峰。而骨角塞仅在210nm和215nm处有一最大吸收峰，在217nm处有一小峰。两种物质的吸收曲线区别显著，可以达到区别赛加羚羊角和骨角塞的目的。2.2.2对中药定量分析方法及应用可利用紫外分光光度计法对中药相关成分进行定量测定。如刘志才等［4］用岛津UV-210紫外分光光度计对苦参中苦参总碱的含量进行了测定。结果表明，苦参总碱的光谱在200nm处有最大吸收，并且吸收值与苦参总碱的含量在3.285～16.426μg/ml的范围内有良好的线性关系，r＝0.9999，其平均回收率为103.2％，RSD＝0.3％。从分析的精度，样品的稳定性，浓度与吸收值之间的线性关系及回收率来看，紫外分光光度法测定苦参中苦参总碱的含量是一个切实可行的分析方法。我院正在利用这种方法测定贵州不同产地的中药淫羊藿的总黄酮含量，这对开发贵州中草药具有积极的作用。2.3原子荧光光谱分析原子荧光光谱分析可以看作是原子吸收光谱和发射光谱两种分析方法的结合，如图3所示，元素灯置中药样品下方，光源垂向通过原子化样品激发原子荧光光谱后射向上方，记录仪仅记录的是二次发射光谱（荧光谱），因此，灵敏度更高，干扰亦小，适合于多种元素分析。在实际工作中应该根据元素的光谱化学性质，正确选择适宜的分析方法。总之，物理分析技术在中药的分析和鉴定研究中已有广泛的应用。而对中药的物理研究是一项综合性的研究工作，它包括实验的原理、实验方法及手段的研究，中药的物性参数的分析测试以及研究中药物性参数之间的相互关系及其应用等方面。这就要求从事中药研究工作的人员除必须具有较高的科学实验操作水平外，还必须有坚实的物理理论基础和药学方面的专业知识。这对当今的医药院校的学生提出了更高的要求。现代高科技的仪器和分析技术，在中药的研究和开发中具有广阔的应用前景。【参考文献】1刘岫峰.沉积岩实验室研究方法.第1版.北京：地质出版社，1991.2王钢力，田金改，林瑞超.X射线衍射分析法在中药分析中的应用.中国中药杂志，1999，24（7）：387~389.3周有华，王振忠.羚羊角及其骨角塞紫外光鉴别.基层中药杂志，1996，18（1）：15.4刘志才，毕鸿亮.应用紫外分光光度法测定苦参总碱的含量.黑龙江医药，2001，14（3）：174./Pp