基于現(xiàn)代分析技術(shù)的礦物藥玄精石質(zhì)量控制和快速鑒別研究

謝仁權(quán) 李瑋 王賢書

摘要 [目的]應用現(xiàn)代分析技術(shù)建立礦物藥玄精石飲片質(zhì)量控制和快速鑒別分析的方法。[方法]對10個不同產(chǎn)地玄精石正品采用X射線熒光分析方法（XRF）和粉末X射線衍射技術(shù)（XRD）進行元素含量和整體特征測定和分析，并對玄精石進行熱穩(wěn)定性（TG-DSC）分析。[結(jié)果]XRF元素測試分析表明，礦物藥玄精石除含有大量鈣（Ca）、硫（S）外，還含有硅（Si）、鐵（Fe）、鋁（Al）、鎂（Mg）、鉀（K）、鈉（Na）、鍶（Sr）、鈦（Ti）、磷（P）、鉛（Pb）、氯（Cl）、錳（Mn）等微量元素，而不同產(chǎn)地微量元素的有無及含量差異較大。10批玄精石XRD指紋圖譜相似度均達98%以上，具有很好的專屬性。熱重分析顯示，從100 ℃升至200 ℃，玄精石發(fā)生大幅度失重，質(zhì)量損失約為20%，符合石膏族礦物藥特點，溫度繼續(xù)升高至1 000 ℃，其熱穩(wěn)定性好。[結(jié)論]該研究可為礦物藥玄精石質(zhì)量控制和快速鑒別奠定基礎(chǔ)，也為臨床安全用藥提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代分析技術(shù)；礦物藥玄精石；質(zhì)量控制；快速鑒別

中圖分類號 R286 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）09-0182-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.053

Abstract [Objective]The research aimed to establish a method for quality control and rapid identification and analysis of mineral medicine Xuanjingshi decoction pieces. [Method] Xray fluorescence analysis （XRF） and powder Xray diffraction （XRD） were used to determine and analyze the element content and overall characteristics of 10 Xuanjingshi from different origins， and the thermal stability （TGDSC） of Xuangjingshi was analyzed. [Result] XRF analysis showed that the mineral medicine xuanjingshi contained in addition to a large amount of calcium （Ca）， sulfur （S）， but also contains silicon （Si）， iron （Fe）， aluminum （Al）， magnesium （Mg）， potassium （K）， sodium （Na）， strontium （Sr）， titanium （Ti）， phosphorus （P）， lead （Pb）， chlorine （Cl）， manganese （Mn） and other trace elements.The content of trace elements in the same place is quite different. The similarity of XRD fingerprints of 10 batches of xuanjingshi is over 98%. It has good specificity and can objectively reflect the intrinsic quality characteristics of mineral medicine xuanjingshi. It can be used as an accurate and rapid method for quality detection and identification of mineral medicine xuanjingshi. Thermogravimetric analysis showed that from 100 ℃ to 200 ℃， basalt had a large loss of weight， the mass loss was about 20%， which accorded with the characteristics of gypsum mineral drugs. The temperature continued to rise to 1 000 ℃. The thermal stability of basalt was good， which provided a basis for the preparation of drugs. [Conclusion] This study can lay a foundation for quality control and rapid identification of mineral medicine， and also provide a theoretical basis for clinical safety.

Key words Modern analytical techniques；Mineral medicine Xuanjingshi；Quality control；Rapid identification

玄精石是一種硫酸鹽類石膏族礦物藥，主要成分為含水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。始載于《開寶本草》，具有滋陰、降火、軟堅、消痰之功效，臨床用于陽盛陰虛、壯熱煩渴、頭風腦痛、目赤障翳、重舌、木舌、咽喉生瘡[1]。礦物藥是中藥的重要組成部分，在傳統(tǒng)醫(yī)學中的應用歷史悠久，在臨床上具有獨特的療效，為人類健康起到了有效的作用。然而礦物類中藥質(zhì)量控制和鑒定研究較為薄弱，常規(guī)的中藥鑒別方法不能滿足礦物類中藥質(zhì)量控制的要求，因此應用現(xiàn)代分析技術(shù)對礦物類中藥質(zhì)量控制進行系統(tǒng)研究很有必要。X射線衍射（XRD）、中紅外光譜（IR）、近紅外光譜（NIR）、原子吸收光譜（AAS）、電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）等方法都已經(jīng)用于礦物類中藥的鑒別研究[2]。目前關(guān)于玄精石生品和炮制品的質(zhì)量標準研究，主要是EDTA法進行含量測定和理化鑒別[3-5]，專屬性也不高，由于許多礦物藥都含有大量相同的金屬離子，區(qū)分度并不高，不能有效地控制石膏族玄精石的質(zhì)量。也有采用X射線衍射分析技術(shù)對玄精石物相與結(jié)構(gòu)進行研究[6-7]，但分析樣品批次較少，不能客觀地對玄精石質(zhì)量控制進行全面表征。該研究采用X射線熒光（XRF）技術(shù)[7-8]、X射線晶體衍射（XRD）技術(shù)[9-10]和熱重分析（TG-DSC）技術(shù)[11]，對10個產(chǎn)地玄精石樣品的組成成分和整體特征進行了測定和分析，3種方法相結(jié)合，分析玄精石的主要元素含量和整體特征指紋圖譜及熱穩(wěn)性，以期為礦物藥玄精石質(zhì)量控制和快速鑒別奠定基礎(chǔ)，也為臨床安全用藥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

樣品購于四川、亳州、花果園等藥材市場，編號和產(chǎn)地見表1。經(jīng)貴州中醫(yī)藥大學藥學院李瑋教授鑒定為以無機物為主的礦物中藥玄精石。取玄精石原藥材，除去雜質(zhì)、洗凈，干燥，碾碎過200目篩。

1.2 主要儀器

德國Bruker D8 Advance X射線衍射儀；Axios max X射線熒光光譜儀（荷蘭帕納科公司）；STA449F3同步熱分析儀（德國耐馳公司）。

1.3 方法

1.3.1

X射線熒光光譜分析。取樣品4.00 g，過300目篩，采用專用制樣機將樣品制樣，用Axios 4.0型X射線熒光光譜儀分析其化學成分。試驗條件：功率4 kW、工作電壓60 kV、工作電流120 mA、銠靶X光管。

1.3.2

X射線衍射分析。試樣研磨成10 μm左右的細粉末，填入德國Bruker D8 Advance X射線衍射儀樣品臺的凹槽中，用載玻片壓平。試驗條件：Cu靶、電壓40 kV、電流40 mA、掃描范圍5°～90°，掃描速度6°/min。在設(shè)定條件下，采集樣品X射線粉晶衍射圖譜，用Jade 6.0軟件對樣品的X射線衍射圖譜進行分析處理。

1.3.3

熱重分析（TG-DSC）。取5 mg樣品，過200目篩，放在鋁皿中，蓋上蓋子，用卷邊壓制器沖壓制得供試品，用STA449F3同步熱分析儀對樣品進行熱分析。試驗條件：加熱溫度0～1 000 ℃，升溫速率為20 ℃/min，靈敏度達±0.1 μW，氣氛為靜態(tài)空氣。

2 結(jié)果與分析

2.1 玄精石XRF元素分析

XRF可分析從9F到92U的所有元素，且含量范圍覆蓋常量、微量和痕量，同時制樣方法簡單[12]。采用XRF粉末壓片法測定10批玄精石樣品化學元素，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，所測玄精石樣品含有鈣（Ca）、硫（S）、鎂（Mg）、鉀（K）、鈉（Na）、磷（P）、氯（Cl）等常量元素；且Ca和S的含量較高，排在第1、2位；還含有鐵（Fe）、鋁（Al）、鈦（Ti）、硅（Si）、鍶（Sr）、鉛（Pb）、錳（Mn）、鉛（Pb）等微量元素，不同產(chǎn)地的微量元素的存在與否有明顯差異，這主要與地質(zhì)環(huán)境有關(guān)。這些元素構(gòu)成了礦物藥玄精石藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)。鐵、鋅、銅、碘、硒、鉻、鈷和鉬已經(jīng)被認定為是必需微量元素；錳、硅、鎳、硼、釩被認定為可能的必需微量元素；而氟、砷、鎘、鉛、汞、鋁、錫和鋰則認為是具有潛在毒性[13]。通過XRF測量，表明玄精石中含有鐵（Fe）、錳（Mn）、硅（Si）等人體必需的微量元素，這些元素進入人體后可以促進有效成分的作用。而如鉛、鋁等對人體有害元素，在用藥中要采取一定的處理措施控制其含量，為玄精石的臨床應用提供依據(jù)。

2.2 玄精石X射線指紋圖譜分析

粉末XRD技術(shù)是礦物、材料等方面最常用的方法之一，已經(jīng)發(fā)展得相當成熟，X射線指紋圖譜成為研究中藥材道地性評估指標的有效物理分析方法。將其應用于礦物藥具有快速簡便、圖譜穩(wěn)定可靠、指紋性強并能立即得知樣品組分的特點[14-19]。

2.2.1

玄精石XRD指紋圖譜形態(tài)。利用XRD的整體識別法，直觀獲取10批玄精石的X射線衍射共有圖譜，結(jié)果見圖1。圖譜顯示10批玄精石共有幾何拓撲圖譜規(guī)律比較一致，表現(xiàn)為2θ值在5°～61°存在數(shù)個尖峰，各組分都在衍射圖上貢獻出自己特有的一組衍射峰，且各樣品強度有差異，證明其主成分的相似性，衍射譜線強度大小與相應各成分含量有關(guān)，能客觀地反映玄精石藥材的內(nèi)在質(zhì)量特征。通過XRD分析可確定玄精石晶態(tài)物質(zhì)獨特的X射線衍射特征圖譜，可以實現(xiàn)簡便快速、可靠鑒別。

2.2.2

玄精石XRD指紋圖譜尋峰處理。進一步以10批玄精石X衍射圖譜中的峰平均值繪圖，得平均數(shù)圖（圖2a）；同時以10批玄精石X衍射圖譜中的峰中位數(shù)值繪圖，得中位數(shù)圖（圖2b）?？山⒕哂泻芎脤傩缘男疿RD-Fourier指紋圖譜。

在平均數(shù)圖和中位數(shù)圖中應用MDI Jade 6.0軟件數(shù)字信號處理技術(shù)對生玄精石指紋圖譜進行尋峰處理，經(jīng)過分析、比較，分別選取強度較大的共有特征峰，得平均值共有峰值和中位數(shù)共有峰值均為14個，數(shù)據(jù)見表3。在Jade 6.0軟件中進行的物相檢索顯示，礦物藥玄精石的品質(zhì)與其所含石膏晶體密切相關(guān)，所指定的14個指紋峰均為礦物藥玄精石的主要成分石膏晶體的XRD特征峰。玄精石XRD Fourier指紋圖譜既能很好地反映礦物藥的整體特征，又能體現(xiàn)礦物藥的組成結(jié)構(gòu)，專屬性強、準確度高，為玄精石藥材的鑒定和質(zhì)量評價提供科學依據(jù)。

2.2.3

玄精石相似度分析。根據(jù)玄精石XRD Fourier指紋圖譜中14個特征峰晶格間距d（）、峰位（2θ）、相對峰強I/Io（%），以各自的均值為參照，以夾角余弦法和相關(guān)系數(shù)法計算玄精石XRD指紋圖譜的相似度，結(jié)果見表4。由表4可知，10批玄精石與共有模式相比較，平均值的夾角余弦值為0.980 2～0.999 8，10批藥材均達0.98，其中有7批藥材達0.99以上，相關(guān)系數(shù)為0.986 5～0.999 8，有7批藥材達0.99以上；中位數(shù)的夾角余弦值為0.985 5～0.998 8，相關(guān)系數(shù)為0.987 2～0.998 8，有6批達0.99以上。可見玄精石對照圖譜的相似度很好，說明市場上的玄精石品質(zhì)比較統(tǒng)一。X-衍射圖譜研究顯示，玄精石圖譜共有峰相似度均大于98%，說明使用粉晶X-射線衍射分析可以很容易對玄精石進行鑒別。

2.3 玄精石熱穩(wěn)定性分析

熱分析能夠從整體上反映出樣品在熱作用下的質(zhì)量和能量變化情況。礦物中藥采集后一般要經(jīng)過炮制處理，炮制過程中可以去除原藥所含的有毒元素，有利于用藥安全[20-22]。玄精石的TG/DSC圖譜如圖3，曲線顯示該樣品從室溫升到100 ℃時玄精石幾乎未發(fā)生失重，從100 ℃升至200 ℃時發(fā)生大幅度失重，結(jié)合差熱數(shù)據(jù)分析，溫度為183.664 ℃失重約為20%，說明樣品內(nèi)部CaSO4·2H2O分子結(jié)晶水受熱揮發(fā)。同時DSC曲線在此溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的下凹峰，與此失重對應，且為吸熱反應。此結(jié)果與李鋼等[7]的研究結(jié)果一致。溫度從200 ℃繼續(xù)升高至1 000 ℃，質(zhì)量趨于一條平穩(wěn)直線，也未出現(xiàn)放熱或吸熱峰，表明整個熱解反應過程結(jié)束，達到恒重，說明其熱穩(wěn)定性好，這為玄精石要炮制后入藥提供理論依據(jù)。

3 小結(jié)

該研究對10個不同產(chǎn)地玄精石正品采用X射線熒光（XRF）技術(shù)、X射線晶體衍射（XRD）技術(shù)和熱重分析（TG-DSC）技術(shù)進行元素含量和整體特征測定和分析，結(jié)果表明，XRF元素測試分析表明，礦物藥玄精石除含有大量鈣（Ca）、硫（S）外，還含有硅（Si）、鐵（Fe）、鋁（Al）、鎂（Mg）、鉀（K）、鈉（Na）、鍶（Sr）、鈦（Ti）、磷（P）、鉛（Pb）、氯（Cl）、錳（Mn）等微量元素，而不同產(chǎn)地微量元素的有無及含量差異較大。10批玄精石XRD指紋圖譜相似度均達98%以上，具有很好的專屬性，能建立客觀反映玄精石藥材的內(nèi)在質(zhì)量特征譜，可作為礦物藥玄精石準確、快速質(zhì)量檢測與鑒別的手段。熱重分析顯示，從100 ℃升至200 ℃，玄精石發(fā)生大幅度失重，質(zhì)量損失約為20%，符合石膏族礦物藥特點，溫度繼續(xù)升高至1 000 ℃，其熱穩(wěn)定性好，為炮制后入藥提供依據(jù)。

該研究應用現(xiàn)代分析技術(shù)從不同方面對礦物藥玄精石的研究，均為研究礦物藥常用手段，各方法具有其特性，互相印證、互相補充，取得了良好的結(jié)果，為礦物藥玄精石的質(zhì)量控制、快速鑒別和安全用藥提供更為全面可靠的依據(jù)，也為其他中藥材的鑒別、表征和質(zhì)量控制提供一種新方法。

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