莪術(shù)太赫茲指紋圖譜雙指標序列分析

張建，黃婉霞，羅軼，馮修軍，張雅鑫（.四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都市60064；.電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院太赫茲研究中心，成都市 60054）

太赫茲波通常指頻率在0.1～10 THz（1 THz＝1 012 Hz）、波長在0.03～3mm范圍內(nèi)的電磁波。許多分子的振動和轉(zhuǎn)動能級間距剛好處于太赫茲的頻帶范圍之內(nèi)，這為采用太赫茲技術(shù)檢測中藥材提供了很好的理論依據(jù)。實踐證明，中藥材在太赫茲波段能夠有效地產(chǎn)生共振吸收，可以檢測到特征峰，故該技術(shù)可用于分析中藥材的細微差別。

莪術(shù)（Curcumae Rhizoma）為姜科植物蓬莪術(shù)Curcuma phaeocaulis Val.、廣西莪術(shù) C.kwangsiensis S.G.Lee et C.F.Liang或溫郁金C.wenyujin Y.H.Chen etC.Ling的干燥根莖，多年生草本，主產(chǎn)地為四川、云南、廣西等地[1，2]。莪術(shù)主要化學(xué)成分為揮發(fā)油和姜黃素類，其揮發(fā)油制劑及莪術(shù)醇、莪術(shù)酮對癌細胞有直接的破壞作用；姜黃素具有較強的抗癌和抗炎活性，主要功能為行氣破血、消積止痛[3～5]。筆者借助太赫茲時域光譜技術(shù)，采用共有峰率和變異峰率雙指標序列法，研究了不同產(chǎn)地、不同品種的莪術(shù)石油醚、氯仿和無水乙醇提取物的太赫茲光譜的指紋性，并對太赫茲光譜技術(shù)所得到的結(jié)果進行了分析。

1 儀器與試藥

太赫茲時域光譜系統(tǒng)（THz-TDS，激光器中心波長為800 nm可調(diào)，脈沖寬度為90 fs，重復(fù)頻率為80MHz）由美國光譜物理公司制造的MaiTai飛秒激光器和Zomega公司研制的THz時域光譜分析系統(tǒng)Z-2組成；JY92-2D超聲波細胞粉碎機（寧波新芝科器研究所，頻率：425 kHz，功率：650W）。

石油醚、氯仿和無水乙醇均為分析純；所用藥材為蓬莪術(shù)（編號及產(chǎn)地：S1-云南莪術(shù)，S2-四川溫江小號莪術(shù)，S3-四川溫江大號莪術(shù)），由四川大學(xué)材料學(xué)院盛勇副教授鑒定為真品。

2 方法與結(jié)果

2.1 供試品溶液的制備

2.1.1 石油醚提取物 稱取3種莪術(shù)藥材粉末各2 g，置于50 m L錐形瓶中，加入30m L石油醚超聲處理40m in，過濾，用石油醚洗滌濾渣，合并濾液，將濾液水浴濃縮至10m L，即得。

2.1.2 氯仿提取物 取“2.1.1”項下濾渣，待濾渣中殘留的石油醚揮干后，加入30m L氯仿超聲處理40m in，過濾，用氯仿洗滌濾渣，合并濾液，將濾液水浴濃縮至10m L，即得。

2.1.3 無水乙醇提取物 取“2.1.1”項下濾渣，待濾渣中殘留的石油醚揮干后，加入30m L無水乙醇超聲處理40min，過濾，用無水乙醇洗滌濾渣，合并濾液，將濾液水浴濃縮至10m L，即得。

2.2 太赫茲檢測與數(shù)據(jù)處理

試驗利用太赫茲時域光譜系統(tǒng)分別測量了太赫茲脈沖通過涂有溶劑的聚四氟乙烯薄片（參考樣品）和涂有相應(yīng)溶劑提取物的聚四氟乙烯薄片（試驗樣品）的信號波形。采用T.D.Dorney和L.Duvillaret等提出的物理模型[6]，從太赫茲時域光譜中提取材料光學(xué)參數(shù)。

利用公式：復(fù)折射率n～＝n（ω）-jκ（ω）描述樣品的宏觀光學(xué)性質(zhì)。式中，ω表示頻率；n為實折射率，描述樣品的色散情況；κ（ω）為消光系數(shù)，描述樣品的吸收特性。

κ（ω）和吸收系數(shù)α（ω）之間有如下關(guān)系（式中，c為光速）：對測得的參考信號和樣品信號的時間波形分別進行傅里葉變換，得到它們的頻域譜Er（ω）和Es（ω）。由公式：

可得A和φ（ω）。再根據(jù)公式

可以計算出樣品在太赫茲波段的折射率和吸收系數(shù)。

式中，A表示樣品信號與參考信號的振幅比；φ（ω）表示樣品信號與參考信號的相位差；d表示樣品的厚度。

2.3 指紋圖譜共有峰率和變異峰率雙指標的建立

雙指標序列法是以任意一種樣品作為參考樣品，利用文獻[7]中的計算公式計算出其他樣品與參考樣品的共有峰率和變異峰率，并按照共有峰率大小排成一個序列的中藥鑒別分析方法。通過此序列可以知道任意一個樣品與其他樣品的遠近關(guān)系。筆者將該方法用于莪術(shù)提取物太赫茲吸收曲線的分析。本試驗以3組提取物作參考樣品，在太赫茲檢測方法的基礎(chǔ)上建立3組共有峰率與變異峰率雙指標序列，形成三維序列空間。

2.4 太赫茲指紋圖譜及數(shù)據(jù)分析結(jié)果

將試驗測得的參考信號與樣品信號的時域譜信息，利用公式（1）～（4）計算得到樣品的吸收系數(shù)曲線和折射率曲線。3種莪術(shù)不同溶劑提取物的太赫茲吸收曲線見圖1。

圖1 3種莪術(shù)不同溶劑提取物的太赫茲吸收曲線A.石油醚提取物；B.氯仿提取物；C.無水乙醇提取物Fig 1 THz absorption curve of different extracts of 3 kinds of Curcumae Rhizoma A.extracts of petroleum ether；B.extracts of chloroform；C.extracts of anhydrousethylalcohol

由圖1可以看到，3種莪術(shù)不同提取物的太赫茲吸收曲線有一定的相似性，但是它們的差異也很明顯。其中石油醚和氯仿提取物的太赫茲吸收峰較少，且強度不大，說明莪術(shù)溶入這2種溶劑內(nèi)藥物成分的種類和分量要少一些。

根據(jù)共有峰的識別方法：對于組內(nèi)吸收峰頻率、波長的最大差異明顯小于該組與相鄰組之間的平均波數(shù)差時，可以將該組峰確認為一組共有峰，可得到3種莪術(shù)不同溶劑提取物太赫茲吸收曲線共有峰的識別結(jié)果，詳見表1。

根據(jù)共有峰率和變異峰率的計算公式，對3種莪術(shù)不同溶劑提取物的太赫茲吸收曲線計算其共有峰率和變異峰率，并按照共有峰率大小排成一個序列，結(jié)果見表2。

上述分析結(jié)果中，S1∶S3（47.1；37.5，75）表示以樣品S1為標準計算的樣品S3與S1的共有峰率和變異峰率。具體為S3與S1的共有峰率為47.1%，S1的變異峰率為37.5%，S3的變異峰率為75%。以此類推。

從上述雙指標序列分析結(jié)果來看，莪術(shù)不同提取物的共有峰率和變異峰率均有所不同。其中，莪術(shù)石油醚提取物和氯仿提取物的共有峰率數(shù)值差別較小，且其共有峰率數(shù)值均比無水乙醇提取物的共有峰率數(shù)值偏大；莪術(shù)石油醚提取物和氯仿提取物的變異峰率數(shù)值均較小，說明莪術(shù)溶入石油醚和氯仿的藥物成分之間的差別較小。莪術(shù)無水乙醇提取物的共有峰率數(shù)值均偏小，只有S2和S3之間的共有峰率最大，為57.9%，說明各莪術(shù)無水乙醇提取物的藥物成分之間的差別較大，但同一產(chǎn)地的S2和S3之間的相似度大。

表1 3種莪術(shù)不同溶劑提取物的太赫茲圖譜共有峰識別結(jié)果Tab 1 Common peak identification of THz fingerprints of differentextractsof 3 kindsof Curcumae Rhizoma

表2 3種莪術(shù)不同提取物的太赫茲共有峰率和變異峰率雙指標序列分析結(jié)果Tab 2 Common and variance peak ratio analysis of differentextractsof3 kindsof Curcumae Rhizom a

折射率曲線反映的是藥物的色散情況，在中藥材鑒別中可以作為參考信息。3種莪術(shù)不同溶劑提取物的太赫茲折射率曲線見圖2。

由圖2可以看出，3種莪術(shù)不同溶劑提取物的折射率差別都很明顯，其中無水乙醇提取物樣品S2和S3在1.7 THz附近存在較強的跳變（即峰值發(fā)生突然變化）現(xiàn)象，這可以看作是其與樣品S1加以區(qū)分的信息之一。

圖2 3種莪術(shù)不同溶劑提取物的太赫茲折射率曲線A.石油醚提取物；B.氯仿提取物；C.無水乙醇提取物Fig 2 THz refractive index curve of different extracts of 3 kindsof Curcumae Rhizom a A.extracts of petroleum ether；B.extracts of chloroform；C.extracts of anhydrousethylalcohol

3 討論

取自不同產(chǎn)地、不同品種的莪術(shù)的石油醚、氯仿和無水乙醇提取物樣品，在太赫茲吸收曲線上整體存在一定差異，其中莪術(shù)石油醚和氯仿提取物中的藥物成分種類和量均較少，體現(xiàn)在太赫茲吸收曲線上吸收峰較少且強度較小；它們的折射率均存在較大差異，其中樣品S2和S3的無水乙醇提取物的折射率在1.7THz附近存在明顯跳變。

用雙指標序列法對3種莪術(shù)不同溶劑提取物太赫茲吸收曲線的分析結(jié)果顯示，3種溶劑提取物均可以對不同產(chǎn)地、不同品種的莪術(shù)進行區(qū)分，其中無水乙醇提取物能夠比較清晰地表達出樣品S2和S3出自同一產(chǎn)地的信息。

[1]國家中醫(yī)藥管理局《中華本草》編委會.中華本草[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998：626.

[2]王惠清.中藥材產(chǎn)銷[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2004：254-255.

[3]彭炳先，周 欣，王道平，等.中藥蓬莪術(shù)化學(xué)成分的研究[J].時珍國醫(yī)國藥，2005，16（11）：1 091.

[4]王 琰，王慕鄒.莪術(shù)的質(zhì)量研究[J].藥學(xué)學(xué)報，2001，36（11）：849.

[5]卞 正，陸兔林，毛春芹，等.生莪術(shù)飲片質(zhì)量控制方法研究[J].安徽醫(yī)藥，2009，13（11）：1 332.

[6]Walther M，F(xiàn)ischer B，Schall M，etal.Far-infrared vibrational spectra of all-trans，9-cis and 13-cis retinal measured by THz time-domain spectroscopy[J].Chem Phys Lett，2000，332：389.

[7]鄒華彬，袁久榮，杜愛琴，等.甘草氯仿提取物紅外指紋圖譜雙指標序列分析法[J].中國中藥雜志，2005，30（1）：16.