TG-DTA分析法快速區(qū)分國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭及真?zhèn)舞b別研究

鄭志全，石晉麗，姜亦南，何帥，藺明煊，劉潔

(北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京 100102)

血竭始載于《唐本草》，為傳統(tǒng)名貴中藥，有“活血圣藥”的美譽(yù)，主要由棕櫚科藤黃屬植物麒麟竭(DaemonoropsdracoBl.)的樹(shù)脂加工而成，現(xiàn)多產(chǎn)于印度尼西亞，又稱為進(jìn)口血竭[1]。20世紀(jì)70年代，我國(guó)著名的草藥學(xué)家謝宗萬(wàn)先生發(fā)現(xiàn)百合科龍血樹(shù)屬劍葉龍血樹(shù)[Dracaenacochinchinensis(Lour.) S.C. Chen]，并從其含脂木材中經(jīng)乙醇提取得到樹(shù)脂,被稱為國(guó)產(chǎn)血竭[2]。研究表明,兩者功效相似，化學(xué)成分不同，國(guó)產(chǎn)血竭尚不能完全代替進(jìn)口血竭[3]。由于進(jìn)口血竭資源稀缺，市場(chǎng)上常存在以價(jià)格相對(duì)低廉而外觀相似的國(guó)產(chǎn)血竭冒充價(jià)格昂貴的進(jìn)口血竭入藥的現(xiàn)象[4]。目前，區(qū)分兩者的分析方法有薄層色譜法[5]、紫外-可見(jiàn)分光光度法[6]、HPLC含量測(cè)定法[7-8]、液質(zhì)聯(lián)用分析法[9]等，這些分析方法成熟，但對(duì)樣品的預(yù)處理繁瑣，大量鑒別成本較高。尚缺乏一種快速、簡(jiǎn)便區(qū)分兩者的分析方法。

TG-DTA熱分析是在程序控制溫度下，同時(shí)測(cè)量物質(zhì)重量變化、熱量變化與溫度關(guān)系的技術(shù)[10]。任何兩種物質(zhì)的所有物理、化學(xué)性質(zhì)是不會(huì)完全相同的，因此TG-DTA熱分析曲線具有物質(zhì)“指紋圖”的性質(zhì)，可以用來(lái)區(qū)分外觀相似的中藥材，進(jìn)行偽品鑒別。目前，熱分析技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于貝母、石決明、珍珠母、珍珠、牡蠣、鐘乳石、花蕊石及龍骨、乳香、阿膠、龜甲膠、鹿角膠等多種中藥材的區(qū)分和鑒別研究[11-14]。本研究在優(yōu)化熱分析圖譜的基礎(chǔ)上，利用TG-DTA特征圖譜對(duì)國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭及偽品快速區(qū)分，并進(jìn)一步運(yùn)用TG-DTG方法通過(guò)熱重、熱焓分析對(duì)樣品進(jìn)行定量區(qū)分。

1 研究材料

血竭對(duì)照藥材(批號(hào)120906-201410)、龍血竭對(duì)照藥材(批號(hào)121252-201303)購(gòu)于中國(guó)食品藥品檢定研究院。24批次國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭樣本分別購(gòu)于北京、安徽、廣西、河北、內(nèi)蒙古及新加坡等地的藥店或藥市，所有樣品經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)石晉麗教授鑒定，具體來(lái)源信息見(jiàn)表1。樣品均制成粉末，減壓干燥備用。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品來(lái)源信息

2 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

2.1 儀器

HCR-2微機(jī)差熱儀(測(cè)量范圍：±10 μV～±1 000 μV，北京恒久科學(xué)儀器廠)；FW200高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(北京科偉永興儀器有限公司)；ARTORIUS-BS124S型電子分析天平(精度0.01 mg，德國(guó)塞多利斯股份有限公司)。

2.2 方法

2.2.1 TG-DTA熱分析法

藥材粉末過(guò)100目篩，減壓干燥2 h即得供試品。精密稱取供試品約5.00 mg置于HCR-2差熱儀爐體，通入空氣氣氛，空白參比為α-Al2O3坩堝，程序升溫速率20.00℃/min。

2.2.2 TG-DTA數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)使用HJ Thermal Analysis(ATAT2020)軟件分析，每組樣品的數(shù)據(jù)采集均自動(dòng)扣除基線，減少實(shí)驗(yàn)誤差。去除基線后，通過(guò)軟件的“平滑濾波”功能去除儀器電流噪音采集得到信號(hào)，最終得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin 9.0軟件獲取TG-DTA分析圖譜。對(duì)于樣品的定量區(qū)分，熱重分析采用平均法微分獲取TG-DTG曲線，分析階段失重情況；熱焓分析利用HJ Thermal Analysis軟件，分別計(jì)算每個(gè)樣品DTA曲線吸熱峰區(qū)、放熱峰區(qū)熱焓大小。

3 結(jié)果與分析

3.1 各因素對(duì)血竭熱分析實(shí)驗(yàn)的影響

微機(jī)差熱儀可以程序升溫至1 000℃度以上，持久高溫會(huì)減少儀器使用壽命，需要選擇合適的溫度范圍進(jìn)行分析。差熱分析涉及有氣體參加或釋放氣體的反應(yīng)，樣品粒度大小對(duì)實(shí)驗(yàn)影響較大，血竭為樹(shù)脂類藥材，含有一部分的揮發(fā)油，因此粉末粒度對(duì)于峰形、峰頂?shù)挠绊戄^大。此外，升溫速率也會(huì)對(duì)差熱峰的形狀、位置和相鄰峰的分辨率產(chǎn)生較大的影響。本研究主要考察升溫范圍、樣品粒度、升溫速率3個(gè)重要因素對(duì)血竭TG-DTA實(shí)驗(yàn)的影響。

3.1.1 升溫范圍對(duì)血竭TG-DTA實(shí)驗(yàn)的影響

精密稱取血竭樣品(DS-1)5.00 mg于Al2O3坩堝內(nèi)，按照上述操作方法測(cè)試，升溫到1 100℃時(shí)結(jié)束采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，溫度達(dá)到850℃以后，TG曲線(Weight/%)和DTA曲線(Heat Flow/μV)均趨近不變，發(fā)生的各類反應(yīng)結(jié)束。因此，升溫范圍選擇在50～850℃。

圖1 升溫范圍對(duì)血竭TG-DTA分析實(shí)驗(yàn)的影響

3.1.2 不同粉末粒度對(duì)血竭TG-DTA實(shí)驗(yàn)的影響

取血竭樣品(DS-1)粉末，分別過(guò)60目、100目、120目、160目、200目篩，按照上述操作方法測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，血竭藥材的TG曲線及放熱峰e(cuò)xo受粒度影響不大，粒度大小對(duì)于吸熱峰e(cuò)ndo的峰形和峰位影響較大。如圖2B所示，100目大小的樣品吸熱峰e(cuò)ndo和放熱峰e(cuò)xo均峰形較好，峰位明確。因此，樣品粒度選擇為過(guò)100目篩。

3.1.3 不同升溫速率對(duì)血竭TG-DTA實(shí)驗(yàn)的影響

取血竭樣品(DS-1)粉末，按照上述操作方法，分別以10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min、30℃/min的升溫速率開(kāi)始測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，對(duì)于DTA曲線，升溫太慢，吸熱峰不容易顯現(xiàn)(圖3A、3B)，升溫太快，峰形出現(xiàn)裂分或者峰位漂移(圖3D、3E)；對(duì)于TG曲線升溫越快，失重越慢。圖3C(20℃/min)所示，吸熱峰e(cuò)ndo和放熱峰e(cuò)xo峰形好、峰位明確、失重速率適合分析。因此，升溫速率選擇20℃/min。

3.2 TG-DTA特征圖譜快速區(qū)分國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭及其偽品

本研究的26份藥材樣本，均按照血竭TG-DTA實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的條件進(jìn)行測(cè)試。國(guó)產(chǎn)血竭(DR-0)的TG-DTA特征圖譜(圖4A)，TG曲線變化所體現(xiàn)的主要失重階段范圍在200～650℃，DTA曲線出現(xiàn)3個(gè)特征峰：吸熱峰(T1=449℃)和明顯的放熱雙峰(T2=540℃、T2=616℃)；而進(jìn)口血竭(DS-0)的TG-DTA特征圖譜(圖4D)，TG曲線主要變化范圍在200～600℃，失重階段與DR-0類似，DTA曲線出現(xiàn)三個(gè)特征峰：吸熱峰(T1=400℃)和不明顯的放熱雙峰(T2=508℃、T2=541℃)；通過(guò)TG-DTA曲線分析，利用峰位和峰形的不同可以快速區(qū)分國(guó)產(chǎn)血竭和進(jìn)口血竭。

對(duì)于國(guó)產(chǎn)血竭樣品分析，DR-2的TG-DTA圖譜(圖4B)，DTA曲線中出現(xiàn)了與對(duì)照藥材DR-0的共有的吸熱峰T1=450℃、明顯的吸熱雙峰(T2=540℃、T2=616℃)，390℃處出現(xiàn)的吸熱峰可能為樣品中的其他雜質(zhì)；DR-5的熱分析圖譜(圖4C)，TG曲線與對(duì)照品不同，DTA出現(xiàn)多個(gè)吸熱峰(325℃、438℃、462℃、801℃)，物質(zhì)組成明顯不同，鑒定為偽品。國(guó)產(chǎn)血竭的TG-DTA圖譜中，吸熱峰T1=450℃、明顯的放熱雙峰(T2=540℃、T2=616℃)可以作為真?zhèn)舞b別的特征峰。

圖4 TG-DTA圖譜快速鑒別國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭真?zhèn)纹纷ⅲ篈：國(guó)產(chǎn)血竭對(duì)照藥材DR-0；B：國(guó)產(chǎn)血竭樣本DR-2；C：國(guó)產(chǎn)血竭偽品DR-5；D：進(jìn)口血竭對(duì)照藥材DS-0；E：進(jìn)口血竭樣本DS-6；F：進(jìn)口血竭偽品DS-7

圖5 TG-DTG分析法對(duì)國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭定量區(qū)分研究注：A～B：樣品DR-0；C～D：樣品DS-0

進(jìn)口血竭的TG-DTA圖譜，對(duì)照藥材DS-0與樣品DS-6的DTA曲線在相同位置出現(xiàn)峰位一致、峰形相似的吸熱峰和放熱峰(圖4D、4E)，樣品DS-7沒(méi)有對(duì)照藥材TG-DTA圖譜的相應(yīng)特征，鑒別為偽品。上述分析發(fā)現(xiàn)，吸熱峰T1=400℃、明顯的放熱雙峰(T2=508℃、T2=541℃)可以作為進(jìn)口真?zhèn)舞b別的特征峰。26批樣品TG-DTA分析結(jié)果總結(jié)見(jiàn)表2。

3.3 TG-DTG分析方法對(duì)國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭的定量區(qū)分研究

對(duì)國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭對(duì)照藥材的TG曲線采用平均法進(jìn)行微分運(yùn)算，獲得TG-DTG曲線圖譜。以國(guó)產(chǎn)血竭對(duì)照藥材(DR-0)為例，如圖5A所示，DTG曲線所反應(yīng)的是物質(zhì)重量變化的快慢情況，通過(guò)DTG曲線將熱重分為4個(gè)階段，求取各階段熱重?cái)?shù)據(jù)(△W1=3.72%；△W2=30.41%；△W3=42.48%；△W4=3.11%；)。其中第一階段為水分和低沸點(diǎn)小分子烯類氣體失去階段，第四階段熱重開(kāi)始趨近于不變，而第二階段和第三階段為揮發(fā)油失去和物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)、分解反應(yīng)的主要階段，△W2+△W3數(shù)據(jù)具有重要分析意義，本實(shí)驗(yàn)中以該值作為區(qū)分國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭的依據(jù)之一。此外當(dāng)DTG曲線達(dá)到峰值時(shí)，意味著反應(yīng)速度達(dá)到最快，對(duì)每種物質(zhì)而言，最大反應(yīng)速率溫度TV-max基本恒定，具有明顯的鑒別特點(diǎn)，國(guó)產(chǎn)血竭TV-max值為535℃。利用軟件HJ Thermal Analysis(ATAT2020)計(jì)算切線與基線圍成的面積△H，即為熱焓值(圖5B、圖5D)。對(duì)比分析國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭的TG-DTG圖譜，△H、△W2+△W3和TV-max可以作為區(qū)分特征。26個(gè)批次樣本的TG-DTG分析數(shù)據(jù)總結(jié)于表2，可以明顯區(qū)分國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭藥材。

表2 利用熱重-差熱分析法區(qū)分國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭及真?zhèn)舞b別結(jié)果

注：“-”表示偽品TG-DTA譜圖無(wú)特征峰區(qū)，無(wú)相應(yīng)的特征峰區(qū)熱焓△H

4 結(jié)論與討論

國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭均屬于樹(shù)脂類中藥材，外觀相似而化學(xué)成分復(fù)雜，利用常規(guī)方法區(qū)分兩者、鑒別其真?zhèn)伪容^復(fù)雜。針對(duì)如何快速、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的區(qū)分鑒別這一熱點(diǎn)問(wèn)題，本研究從“樹(shù)脂受熱變軟”經(jīng)驗(yàn)鑒別中著手尋找答案，該藥材熱特征明顯，可采用基于不同物質(zhì)不同理化性質(zhì)理論的TG-DTA熱分析“指紋圖譜”開(kāi)展研究。

通過(guò)TG-DTA圖譜分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)血竭的DTA曲線鑒別特征峰為T1=(449±5)℃、T2=(540±5)℃、T3=(612±5)℃，進(jìn)口血竭的DTA曲線鑒別特征峰為T1=(400±5)℃、T2=(508±5)℃、T3=(541±5)℃，偽品藥材均不存在上述特征；TG-DTG定量分析表明，國(guó)產(chǎn)血竭的TV-max應(yīng)為(535±5)℃，△W2+△W3<80%，而進(jìn)口血竭的TV-max應(yīng)為(298±5)℃和(477±5)℃，△W2+△W3>80%，進(jìn)口血竭的△H-exo值大于國(guó)產(chǎn)血竭，據(jù)此能夠快速、準(zhǔn)確區(qū)分國(guó)產(chǎn)血竭、進(jìn)口血竭。

研究結(jié)果表明，TG-DTA熱分析技術(shù)可以很好地區(qū)分外觀相似而成分不同的中藥材，從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，該方法具有操作簡(jiǎn)便、幾乎無(wú)需樣品處理、圖譜易于分析的優(yōu)勢(shì)，適合于大批量藥材的快速鑒別，值得進(jìn)一步研究和推廣。

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