礦物藥白硇砂和紫硇砂的XRD、拉曼及近紅外光譜特征研究△

明晶，陳龍，李娟，陳科力，黃必勝

(教育部中藥資源和中藥復(fù)方重點(diǎn)實(shí)驗室 湖北中醫(yī)藥大學(xué)，湖北 武漢 430065)

·基礎(chǔ)研究·

礦物藥白硇砂和紫硇砂的XRD、拉曼及近紅外光譜特征研究△

明晶，陳龍，李娟，陳科力，黃必勝*

(教育部中藥資源和中藥復(fù)方重點(diǎn)實(shí)驗室 湖北中醫(yī)藥大學(xué)，湖北 武漢 430065)

目的：分析礦物藥白硇砂和紫硇砂的X衍射(XRD)、拉曼(Raman)和近紅外(NIR)光譜特征，明確其物相組成，為該兩種藥材及其易混淆品提供快速有效的鑒別方法。方法：采集白硇砂、紫硇砂共17批樣品的XRD圖譜，通過尋峰和物相檢索確定其物相組成；在此基礎(chǔ)上，分析樣品的拉曼光譜特征，計算白硇砂和紫硇砂的平均光譜數(shù)值和相關(guān)系數(shù)，建立二者的拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)圖譜。此外，還對二者的近紅外光譜鑒別方法進(jìn)行了初步探索。結(jié)果：XRD分析顯示，白硇砂主要成分為氯化銨，尚含較多氯化鈉；紫硇砂主要成分為氯化鈉。同種藥材之間，拉曼光譜相似度較高(相關(guān)系數(shù)均大于0.9)。此外，白硇砂近紅外光譜特征峰明顯且峰型較好，紫硇砂則無顯著特征峰。結(jié)論：XRD分析可快速確定礦物藥白硇砂和紫硇砂的物相組成；二者拉曼光譜具有良好的專屬性，適于建立標(biāo)準(zhǔn)對照光譜特征圖。白硇砂和紫硇砂的光譜特征的建立，為今后安全有效地應(yīng)用該藥材提供了有效依據(jù)。

白硇砂；紫硇砂；X衍射；拉曼光譜；NIR；物相組成；標(biāo)準(zhǔn)光譜

中藥硇砂記載于《新修本草》和《本草綱目》等古代醫(yī)藥著作中[1]，其又是一味特色民族藥，在藏藥及其成方制劑中較為常用，具有消積軟堅、破瘀散結(jié)之功效，主要用于內(nèi)積飽脹、經(jīng)閉癥、目翳胬肉、贅疣及癰腫瘡毒等證[2]。據(jù)文獻(xiàn)記載[3]，硇砂分為紫硇砂與白硇砂，前者為鹵化物類礦物紫色石鹽晶體，主要成分為氯化鈉；后者為氯化物類鹵砂族礦物鹵砂的晶體或工業(yè)合成品，主要成分為氯化銨。由于礦物類中藥在外部形態(tài)上相似度較高，且多制成粉末銷售，因此，市場上的混淆品和偽劣品較多，與動、植物類中藥相比，鑒定礦物類中藥難度更大。例如，白硇砂、硼砂、白礬等白色系礦物藥，原藥材的性狀特征差異并不明顯，藥材粉末則更加難以鑒別。

X射線衍射(XRD)技術(shù)是一種針對固體粉末樣品測試的現(xiàn)代分析方法[4-6]，通過對所得XRD圖譜進(jìn)行解析，可快速而準(zhǔn)確地得知樣品的組成成分[7]。XRD技術(shù)用于礦物類中藥的研究，可準(zhǔn)確地確定礦物基原，為其他分析技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。激光拉曼光譜技術(shù)基于光的非彈性散射，通過激光與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生拉曼位移來提供分子振動的相關(guān)信息，具有無損、快速、樣品量少等優(yōu)點(diǎn)[8-9]，且所得拉曼圖譜具有較強(qiáng)指紋性[10-11]。近紅外光譜技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種分析技術(shù)，在礦物類中藥鑒別方面已得到成功的運(yùn)用[12-14]。故本文嘗試應(yīng)用XRD、拉曼及近紅外光譜技術(shù)3種現(xiàn)代分析技術(shù)對礦物藥白硇砂和紫硇砂的來源、組成和鑒定方法進(jìn)行深入研究，結(jié)合上述3種光譜技術(shù)的優(yōu)勢，使分析結(jié)果準(zhǔn)確而可靠。

1 儀器與材料

1.1儀器

X’PertPro型X射線粉晶衍射儀(荷蘭帕納科公司)，MIDJade6.0分析軟件，Origin7.5數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件；i-RamanPlus-785H型便攜式拉曼光譜儀(美國必達(dá)泰克公司，激光波長785nm，薄型背照式CCD陣列檢測器，配光纖探頭及BWSpec4光譜采集軟件)；Matrix-F型近紅外光譜儀(德國Bruker公司)，配有光纖探頭測樣附件，銦鎵砷檢測器及OPUS5.0光譜分析軟件。

1.2材料

從全國各大藥材市場購入白硇砂、紫硇砂藥材共17批，其中白硇砂7批(編號：S1～S7)，紫硇砂10批(編號：S8～S17)。各批藥材均由湖北中醫(yī)藥大學(xué)生藥教研室陳科力教授鑒別為正品。氯化鈉(分析純，批號：20150410)，氯化銨(分析純，批號：20141027)。

2 方法與結(jié)果

2.1XRD圖譜采集及分析

2.1.1XRD圖譜采集 取適量上述2種藥材樣品及化學(xué)試劑氯化鈉和氯化銨，粉碎后過200目篩，在瑪瑙研缽中研勻，置于X衍射儀樣品板的凹槽中，壓平，測量。入射光源為CuKα輻射，Ni片濾波，X管工作電壓為40kV，電流為40mA；光闌系統(tǒng)為DS=SS=1°；RS=0.3mm。連續(xù)掃描方式，掃描速度為8°·min-1，2θ分辨率為0.02°，掃描范圍為3～65°，采用超能探測器。

2.1.2XRD圖譜分析 測量所得XRD圖譜在MIDJade6.0分析軟件中尋峰處理，并與國際粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(theJointCommitteeonPowerDiffractionStandards)編輯出版的“粉末衍射卡片PDF卡片”比對，檢索其物相組成。同時，觀察圖譜發(fā)現(xiàn)同類藥材圖譜一致性較好，故選取白硇砂、紫硇砂代表性樣品各一批繪圖，如圖1。

圖1 白硇砂、紫硇砂、氯化鈉及氯化銨XRD圖譜

紫硇砂明顯特征峰有5個，d(晶面間距，10-10m)=3.255，2.820，1.994，1.701，1.628，其中d=2.820為最強(qiáng)峰，d=1.994為次強(qiáng)峰，該組峰與氯化鈉的特征峰大體一致，氯化鈉的特征峰為：3.236、2.810、1.990、1.697、1.624。經(jīng)過仔細(xì)對比，紫硇砂的特征峰與氯化鈉的特征峰能夠一一對應(yīng)，但在峰位上具有一定的細(xì)微偏差，表現(xiàn)在紫硇砂的特征峰晶面間距均比氯化鈉大0.004～0.02，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是晶體的結(jié)晶性差異。紫硇砂為天然形成的石鹽，雖主要成分為氯化鈉，但含有較多雜質(zhì)成分分散在晶體中，且天然形成的石鹽與工業(yè)合成的氯化鈉晶體形成條件不同，自然結(jié)晶過程中的各種復(fù)雜因素(溫度、濕度、壓力等)導(dǎo)致紫硇砂的晶面間距整體增大。

白硇砂明顯特征峰有9個，d=3.853、2.810、2.732、2.230、1.990、1.933、1.730、1.625、1.580，物相檢索結(jié)果顯示，其中d=3.853、2.732、2.230、1.933、1.730、1.580物相歸屬為氯化銨，d=2.810、1.990、1.625強(qiáng)度較弱，對應(yīng)物相為氯化鈉。據(jù)此可推斷市售白硇砂不僅含有主要成分氯化銨，尚含部分氯化鈉。

2.2拉曼光譜研究與標(biāo)準(zhǔn)特征圖譜建立

2.2.1拉曼光譜采集方式和參數(shù) 紫硇砂為天然礦物，表面不規(guī)則，但經(jīng)機(jī)械力敲擊，能夠產(chǎn)生平整而光滑、具有玻璃樣光澤的斷面，故將拉曼光纖探頭輕抵新鮮斷面采集光譜。而人工合成的白硇砂為細(xì)小顆粒壓合而成的規(guī)則長方體，表面平整、均勻，可直接將探頭輕抵樣品潔凈表面采集光譜。氯化銨和氯化鈉試劑則取適量粉末置于樣品杯中，壓實(shí)，置于探頭下測量。

拉曼儀器激發(fā)光源為785nm，光譜測量范圍為2700～65cm-1，激光功率300mV，1.5m光纖探頭，采用激光強(qiáng)度70%采集白硇砂樣品氯化銨試劑光譜，掃描時間3000ms；采用激光強(qiáng)度100%采集紫硇砂樣品及氯化鈉試劑光譜，掃描時間60000ms，累積2次。每批樣品采集3次求平均后進(jìn)行Savitzky-Glay平滑，即得樣品分析光譜。

2.2.2拉曼光譜分析7批白硇砂拉曼光譜如圖2A，可見其一致性較好，具有5個特征峰，其中170cm-1和144cm-1左右為2個緊密相連的最強(qiáng)峰，93cm-1處有一強(qiáng)峰，還有2弱峰分別位于1708cm-1與1402cm-1處。通過查閱文獻(xiàn)，93cm-1和144cm-1處兩強(qiáng)峰由氯化銨晶體無序化誘發(fā)的振動模式產(chǎn)生[15]，170cm-1處的峰對應(yīng)氯化銨晶格振動模式[16]，而1708cm-1處峰由氯化銨內(nèi)部振動模式產(chǎn)生[17]。此外，有2批樣品在1295、1128、1061cm-1處還存在3個極弱峰，與氯化銨試劑拉曼光譜對比發(fā)現(xiàn)，除了具有白硇砂的5個特征峰，氯化銨試劑亦有這3個弱峰。由此可推斷，其余5批樣品可能除了主要成分外，尚含較多其他成分，導(dǎo)致3個弱峰相對強(qiáng)度太弱而被噪聲所掩蓋，未被儀器檢出。

由XRD物相分析，紫硇砂主要含氯化鈉，為離子化合物，無共價鍵，故在拉曼圖譜上無分子振動特征，其拉曼光譜特征性主要表現(xiàn)為晶格振動峰。10批紫硇砂樣品拉曼光譜如圖2B，可見其在(345±7)cm-1處有一最強(qiáng)峰且峰型較寬，在278、235、180cm-1左右分別出現(xiàn)3個峰，在412～380cm-1左右有1～2個弱峰，由于強(qiáng)度太弱，常被最強(qiáng)峰所掩蓋。此外，部分樣品圖譜在597、459cm-1可見弱峰。

注：A.白硇砂；B.紫硇砂；C.氯化銨；D.氯化鈉。圖2 白硇砂與紫硇砂的拉曼光譜

2.2.3拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)特征圖譜建立 通過白硇砂和紫硇砂樣品拉曼光譜對比，同種藥材光譜相似度高，而不同種藥材具有較大差異，且二者特征峰主要表現(xiàn)在譜段1800～70cm-1，故選取這一譜段建立白硇砂和紫硇砂拉曼標(biāo)準(zhǔn)光譜。

采用疊加平均計算得到7批白硇砂樣品與10批紫硇砂樣品的拉曼平均光譜，分別計算白硇砂、紫硇砂樣品拉曼光譜與所得平均光譜的相關(guān)系數(shù)。計算結(jié)果見表1。

表1 白硇砂與紫硇砂的拉曼光譜相關(guān)系數(shù)計算結(jié)果

相關(guān)系數(shù)計算結(jié)果顯示，7批白硇砂樣品拉曼光譜與白硇砂平均光譜相關(guān)系數(shù)均大于99%，與紫硇砂平均光譜相關(guān)系數(shù)均小于75%；10批紫硇砂樣品拉曼光譜與紫硇砂平均光譜相關(guān)系數(shù)均大于90%，與白硇砂平均光譜相關(guān)系數(shù)均小于75%。該結(jié)果表明，白硇砂樣品與紫硇砂樣品拉曼光譜分別具有較高相似度，尤其白硇砂一致性更好，所得平均光譜特征性強(qiáng)，可作為紫硇砂、白硇砂藥材的拉曼標(biāo)準(zhǔn)光譜，見圖3。

注：A.白硇砂；B.紫硇砂。圖3 白硇砂和紫硇砂拉曼標(biāo)準(zhǔn)光譜

2.3近紅外光譜采集與分析

2.3.1近紅外光譜采集 取硇砂樣品200目粉末置于樣品杯中，壓實(shí)，置于光纖探頭下測量。采集參數(shù)為：掃描波數(shù)間隔8cm-1，掃描累積次數(shù)32次，掃描區(qū)間12000～4000cm-1。每批樣品采集5張光譜，取平均光譜作為該樣品的近紅外光譜。

2.3.2近紅外光譜分析 白硇砂與紫硇砂近紅外光譜如圖4，可見白硇砂近紅外光譜出峰位置主要集中于譜段7000～4000cm-1，譜峰出現(xiàn)疊加現(xiàn)象，其中6250、5968、5850cm-13個峰疊加成為一寬峰，5140、4813、4560cm-13個峰疊加成為一強(qiáng)寬峰；此外，尚有一銳鋒出現(xiàn)在4270cm-1處。白硇砂近紅外光譜特征明顯，適合用于近紅外光譜分析。

由于近紅外光譜主要反映含氫基團(tuán)X-H(X=C、N、O)的振動[18-19]，而紫硇砂的主要成分為NaCl，故其近紅外光譜上除在5300～5000cm-1出現(xiàn)一水峰[14]，其他區(qū)域未見明顯特征吸收峰，譜線接近一條直線。故利用近紅外光譜法分析鑒別紫硇砂存在一定局限性。

圖4 白硇砂、紫硇砂、氯化銨及氯化鈉近紅外光譜

3 討論

通過解析礦物藥白硇砂與紫硇砂XRD圖譜，可確定白硇砂與紫硇砂主要物相組成，明確二者礦物成分，為科學(xué)、合理用藥提供了依據(jù)。所購白硇砂樣品除含有文獻(xiàn)記載的主要成分氯化銨外，尚含較多氯化鈉。通過考察樣品來源發(fā)現(xiàn)，市售白硇砂藥材大部分為工業(yè)合成品，極少見天然礦物結(jié)晶，據(jù)此推斷，白硇砂中含有的氯化鈉成分可能與其工業(yè)合成方法有關(guān)，其藥理藥效是否與白硇砂天然礦物有明顯差異有待進(jìn)一步研究。

在XRD準(zhǔn)確鑒定各個樣品的基礎(chǔ)上，通過分析樣品的拉曼光譜特征，計算平均光譜以分別建立白硇砂和紫硇砂的拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)特征圖譜，白硇砂和紫硇砂各個樣品與其標(biāo)準(zhǔn)光譜的相似度均大于90%，表明該標(biāo)準(zhǔn)光譜可用于快速比對鑒別白硇砂和紫硇砂樣品的真?zhèn)巍Ｆ渲?，白硇砂樣品與所建立的拉曼標(biāo)準(zhǔn)光譜相似度高，均大于99%；紫硇砂樣品與拉曼標(biāo)準(zhǔn)光譜的一致性較白硇砂略低，在93.0%～99.7%，原因可能是白硇砂多為工業(yè)合成品；而紫硇砂多為天然結(jié)晶，在自然結(jié)晶過程中，由于溫度、濕度、雜質(zhì)等各種復(fù)雜因素的影響，不可避免導(dǎo)致紫硇砂結(jié)晶程度、所含雜質(zhì)種類和含量存在一定差異。白硇砂和紫硇砂雖然顏色有明顯差異，容易區(qū)別開，但與其同色系的其他礦物并不易區(qū)別。拉曼標(biāo)準(zhǔn)光譜為白硇砂和紫硇砂提供了一個可快速鑒別的光譜特征。

本文利用X射線衍射技術(shù)對白硇砂和紫硇砂進(jìn)行成分分析確定其物相組成，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了拉曼光譜特征分析，并建立了白硇砂和紫硇砂的拉曼標(biāo)準(zhǔn)光譜，還初步探索了白硇砂和紫硇砂的近紅外光譜特征。這些工作運(yùn)用現(xiàn)代光譜技術(shù)對礦物藥白硇砂和紫硇砂進(jìn)行了系統(tǒng)鑒別研究，為今后安全、有效地應(yīng)用白硇砂和紫硇砂藥材，提供了快速有效的鑒別方法。

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Study on XRD，Raman and NIR Spectral Characteristics of Sal Ammoniac and Halitum Violaceum

MING Jing，CHEN Long，LI Juan，CHEN Keli，HUANG Bisheng*

(Key laboratory of Traditional Chinese Medicine Resource and Compound Prescription，Ministry of Education & Hubei University of Chinese Medicine，Wuhan 430065，China)

Objective：To determine the original mineral resources and identification method of mineral traditional Chinese medicines Sal Ammoniac and Halitum Violaceum by analyzing their XRD Fourier patterns，Raman spectra and near infrared spectra(NIRS).Methods：XRD Fourier patterns collected from sample powders were used to determine phase composition.On this basis，Raman spectral characteristics were analyzed，average spectrum and correlation coefficient were computed，and thus standard Raman spectra of Sal Ammoniac and Halitum Violaceum were established.Besides，the identification method by NIRS was discussed preliminarily.Results：XRD analysis show that the main component of Sal Ammoniac was NH4Cl and Sal Ammoniac also contained much NaCl.The main component of Halitum Violaceum was NaCl.The Raman spectra of the same kind of medicinal materials exhibited a high similarity degree(the correlation coefficient was higher than 0.9).Besides，there were obvious characteristic peaks in the NIRS of Sal Ammoniac，while there was almost no obvious characteristic peak in the NIRS of Halitum Violaceum.Conclusion：XRD analysis is able to determine phase composition of Sal Ammoniac and Halitum Violaceum，and Raman spectra of both Sal Ammoniac and Halitum Violaceum have good specialization.It is appropriate to establish Raman standard spectrum，which could provide effective reference for the safe application of them.

Sal Ammoniac；Halitum Violaceum；XRD；Raman spectra；NIRS；phase composition；standard spectrum

重大新藥創(chuàng)制國家科技重大專項(2014ZX09304307001)；武漢市2012年高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃生物技術(shù)與新醫(yī)藥專項(201260523193)；湖北中醫(yī)藥大學(xué)校級教學(xué)研究項目(2015B15)

] 黃必勝，教授，研究方向：中藥資源及其品質(zhì)研究；E-mail：hbsh1963@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.1.010

2016-05-04)

*[