貴州赫章礦物藥爐甘石質(zhì)量分析及炮制工藝研究

馬光芳，吳婧婧，饒 恕，王賢書(shū)，2，3*

(1.貴州中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州中醫(yī)藥大學(xué) 藥物物理研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550025；3.貴州中醫(yī)藥大學(xué) 礦物藥研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550025)

爐甘石來(lái)源于碳酸鹽類(lèi)礦物方解石族菱鋅礦(Smithsonite，)[1]，主含ZnCO3，是一種臨床常用的外用藥，性味甘、平，歸胃經(jīng)，經(jīng)炮制后轉(zhuǎn)化為有效成分(ZnO)[2-3]，具有解毒明目退翳、收濕止癢斂瘡的功能。近年來(lái)藥材市場(chǎng)上涌現(xiàn)出大量以水鋅礦、白云石、方解石等為基源的偽品爐甘石，而以菱鋅礦為基源的正品爐甘石卻很少見(jiàn)，同時(shí)爐甘石本身也存在有害元素鉛、鎘含量較高和炮制不合規(guī)等問(wèn)題[4-5]，導(dǎo)致市場(chǎng)上爐甘石藥材基源混亂，偽品泛濫[6-7]。筆者實(shí)地調(diào)研了解到貴州省赫章縣銅爐上附近蘊(yùn)藏著豐富的菱鋅礦。前期在市場(chǎng)上收集了幾批爐甘石樣品進(jìn)行檢測(cè)，也證實(shí)了目前市場(chǎng)上的爐甘石藥材中ZnCO3含量很低或者幾乎不含ZnCO3?；诖?，本研究以爐甘石中有效成分氧化鋅為指標(biāo)，采用X射線(xiàn)熒光光譜法(XRF)、熱分析技術(shù)(TG-MS)及X射線(xiàn)衍射法(XRD)等多種方法對(duì)市售爐甘石和貴州赫章礦物藥爐甘石的生品及炮制品進(jìn)行系統(tǒng)質(zhì)量分析、比較，以期為貴州赫章?tīng)t甘石的質(zhì)量控制及炮制工藝提供依據(jù)。X射線(xiàn)熒光光譜法可同時(shí)定量檢測(cè)出多種元素[8]；熱分析技術(shù)是指在程序控溫條件下，測(cè)量物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)與溫度或時(shí)間的變化關(guān)系，近年來(lái)被逐步運(yùn)用于中藥化學(xué)成分熱分析[9]、不同產(chǎn)地中藥材質(zhì)量鑒別[10]等方面；X射線(xiàn)衍射法是一種針對(duì)晶型粉末樣品的物相定性分析方法[11-14]，近年來(lái)被逐漸應(yīng)用于礦物藥材的質(zhì)量控制[5，15-17]。本研究利用X射線(xiàn)衍射法分別建立了爐甘石的生品和炮制品的指紋圖譜，分析物相變化、檢測(cè)爐甘石質(zhì)量?jī)?yōu)劣[18]。

1 材料及儀器

M1210型1 200 ℃箱式爐，MTQ-200型電子天平(深圳市美孚電子有限公司監(jiān)制)，SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，D8 adance型X射線(xiàn)衍射儀(德國(guó)布魯克公司)，Zetium Minerals edition型X射線(xiàn)熒光光譜儀(英國(guó)馬爾文儀器有限公司)。MID Jade 6.0分析軟件，Origin 9.0繪圖軟件。鹽酸、氨水、氯化銨、磷酸氫二鈉、三乙醇胺、乙二胺四醋酸二鈉、亞鐵氰化鉀、銘黑T等化學(xué)試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)樣品詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

表1 爐甘石樣品來(lái)源

2 方法與結(jié)果

2.1 樣品制備

2.1.1 各爐甘石生品 將各樣品拿研缽搗碎，過(guò)100目篩網(wǎng)，置于105 ℃干燥1 h，備用。

2.1.2 市售爐甘石煅制品 取凈制的粉碎后過(guò)100目篩網(wǎng)的爐甘石粉末適量，放入方舟內(nèi)，置馬弗爐中，700 ℃下煅燒60 min，放冷備用。

2.1.3 赫章?tīng)t甘石煅制品 取凈制的粉碎后過(guò)100目篩網(wǎng)的爐甘石粉末適量，放入方舟內(nèi)，置馬弗爐中，在200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃分別煅燒 20 min、40 min、60 min、80 min，放冷備用。

2.2 各來(lái)源爐甘石樣品的鑒定

2.2.1 爐甘石物理性狀 不同來(lái)源爐甘石的外觀見(jiàn)圖1，各編號(hào)來(lái)源見(jiàn)表1。

圖1 各來(lái)源爐甘石外觀

由圖可見(jiàn)，爐甘石外觀多為乳白色、灰白色、淺粉紅色、少數(shù)為棕紅色及紅褐色等。市售爐甘石表面均呈粉性，赫章?tīng)t甘石表面無(wú)粉性，均無(wú)光澤、凹凸不平、多孔形、似蜂窩狀。

2.2.2 《中華人民共和國(guó)藥典》ZnO含量測(cè)定 取各爐甘石樣品，實(shí)驗(yàn)所用方法按照《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版一部爐甘石項(xiàng)下的含量測(cè)定方法[1]：對(duì)于爐甘石的質(zhì)量控制指標(biāo)，《中華人民共和國(guó)藥典》[1]規(guī)定，以具有抗菌活性的氧化鋅為指標(biāo)。本品按干燥品計(jì)算，生爐甘石含氧化鋅不得少于40%，煅爐甘石含氧化鋅(ZnO)不得少于56.0%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，由表2數(shù)據(jù)可見(jiàn)僅貴州赫章?tīng)t甘石ZnO含量符合《中華人民共和國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)，且煅制后氧化鋅含量上升20%左右，市售爐甘石ZnO含量均不符合《中華人民共和國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)。

表2 各來(lái)源爐甘石藥材生品、煅品中ZnO含量 (%)

2.2.3 X射線(xiàn)熒光光譜分析 用X射線(xiàn)熒光光譜儀分別測(cè)定樣品中的元素含量，實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法為X射線(xiàn)熒光光譜壓片法。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。由表3中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，編號(hào)1、2赫章?tīng)t甘石主要元素為O、Fe、Zn，且Zn元素含量較高。3號(hào)爐甘石Ca元素多，幾乎無(wú)Zn元素，初步判斷3號(hào)爐甘石為偽品。4、5、6號(hào)中均含O、Mg、Ca、Zn等元素，且元素百分含量相差不大，可能該物質(zhì)的主要成分一致。

表3 各產(chǎn)地爐甘石生品中各元素含量 (%)

2.2.4 X射線(xiàn)粉末衍射測(cè)試 將各爐甘石樣品于105 ℃干燥1 h，研磨至無(wú)顆粒感，取約0.15 g進(jìn)行X射線(xiàn)粉末衍射分析。XRD工作條件：管壓：60 kV，管流：60 mA，掃描范圍：10°～70°，步長(zhǎng)：0.02，銅(Cu)靶，連續(xù)掃描方式。并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片比對(duì)。數(shù)據(jù)采用MDI Jade 6.0軟件分析，Origin 8.5軟件作圖，見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，1、2號(hào)貴州赫章?tīng)t甘石主要成分為菱鋅礦(ZnCO3)，市售3號(hào)爐甘石主要成分為方解石(CaCO3)，4、5、6號(hào)主要成分為白云石(CaMg(CO3)2)，與X射線(xiàn)熒光光譜儀分析的主要元素含量一致。即1、2號(hào)赫章?tīng)t甘石為正品，3、4、5、6號(hào)市售爐甘石為偽品。

圖2 各來(lái)源爐甘石生品的X射線(xiàn)衍射圖

2.3 赫章?tīng)t甘石炮制工藝優(yōu)選和熱分解分析

2.3.1 爐甘石的TG-MS分析 TG-MS由熱重分析儀和質(zhì)譜儀組成。TG-MS能檢測(cè)出爐甘石熱解過(guò)程中的失重以及CO2氣體的析出特性，為驗(yàn)證通過(guò)熱力學(xué)分析得到的爐甘石熱分解過(guò)程的特性，開(kāi)展了爐甘石熱分解試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中CO2從氣瓶通過(guò)流量計(jì)進(jìn)入到熱重分析儀中，設(shè)定溫度程序，通過(guò)質(zhì)譜儀測(cè)試后，反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 爐甘石TG-DSC-DTG-MS圖譜

由圖3可見(jiàn)，由于爐甘石礦物中含有自由水，在95 ℃左右開(kāi)始失水，失重量為樣品原質(zhì)量的1.04%，在150 ℃后由于堿式氧化鐵的影響開(kāi)始失去結(jié)合水，在299 ℃失重達(dá)到第一個(gè)最低點(diǎn)(達(dá)-0.53%/min)，接著失重率開(kāi)始下降，直至完全失去結(jié)合水，體現(xiàn)在圖3a中的熱流曲線(xiàn)為一向下的倒峰，失重量為樣品原質(zhì)量的5.07%，在300 ℃后由于ZnCO3分解反應(yīng)生成ZnO和CO2，在385℃失重達(dá)到第二個(gè)最低點(diǎn)(達(dá)-2.53%/min)，ZnCO3的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，體現(xiàn)在圖3a中的熱流曲線(xiàn)為一向下的倒峰，失重量為樣品原質(zhì)量的20.65%，由質(zhì)譜圖3c中CO2出現(xiàn)的峰值和TG、DSC和DTG一致。通過(guò)TG-MS實(shí)驗(yàn)說(shuō)明ZnCO3分解為ZnO并釋放出CO2。

2.3.2 赫章?tīng)t甘石炮制工藝優(yōu)選 在臨床使用爐甘石時(shí)，均要求高溫煅燒，未明確煅制的溫度和時(shí)間。為此本研究采用單因素法對(duì)赫章?tīng)t甘石進(jìn)行系統(tǒng)分析，為規(guī)范爐甘石的炮制提供科學(xué)依據(jù)。取赫章?tīng)t甘石各煅制樣品，以爐甘石的有效成分ZnO含量為指標(biāo)，按照《中華人民共和國(guó)藥典》2020版一部爐甘石項(xiàng)下的含量測(cè)定方法對(duì)赫章?tīng)t甘石的煅制時(shí)間、煅制溫度進(jìn)行考察。結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 赫章?tīng)t甘石在700℃煅制時(shí)ZnO含量隨煅燒時(shí)間的變化

圖5 赫章?tīng)t甘石在60 min煅制時(shí)ZnO含量隨煅燒溫度的變化

由圖4可見(jiàn)，赫章?tīng)t甘石在溫度為700 ℃下ZnO的百分含量隨著煅制時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高，但時(shí)間為60 min時(shí)ZnO百分含量達(dá)到最大值。由圖5可見(jiàn)赫章?tīng)t甘石在煅制時(shí)間為60 min的條件下，ZnO的百分含量隨著溫度的升高逐漸增加，在400 ℃ZnO的百分含量升高速度最快，但在600 ℃ZnO的百分含量達(dá)到最大值。即赫章?tīng)t甘石在煅制600 ℃下煅燒60 min時(shí)，ZnO百分含量最高。

2.3.3 赫章產(chǎn)不同溫度煅爐甘石樣品X射線(xiàn)粉末衍射測(cè)試 赫章產(chǎn)不同溫度煅爐甘石樣品按照“2.2.4”項(xiàng)下測(cè)定方法進(jìn)行X射線(xiàn)粉末衍射測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 赫章各爐甘石生品及炮制品X射線(xiàn)衍射圖

由圖6可見(jiàn)，從XRD分析赫章?tīng)t甘石從生品到煅制300 ℃的樣品中有ZnCO3的特征峰，在400～800 ℃各煅制樣品均出現(xiàn)了ZnO的特征峰。即煅制后ZnCO3分解為ZnO，與相關(guān)研究[19]一致，且赫章?tīng)t甘石在煅制溫度400 ℃時(shí)，ZnCO3全部轉(zhuǎn)化為ZnO，與TG-MS分析一致。

3 結(jié)論

通過(guò)外觀性狀難以對(duì)各來(lái)源爐甘石進(jìn)行真?zhèn)舞b別，為建立爐甘石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，本研究采用多種實(shí)驗(yàn)方法綜合分析，僅有貴州赫章?tīng)t甘石樣品符合藥典標(biāo)準(zhǔn)，為正品。用XRF得出赫章?tīng)t甘石主要由鐵、鋅元素組成，含鐵元素可解釋在性狀鑒別中的顏色為紅棕色。用XRD、XRF測(cè)試各爐甘石樣品，市售爐甘石主要成分均非菱鋅礦，且Pb、Cd等重金屬元素含量較高，證實(shí)為偽品。市售爐甘石的原礦物品種來(lái)源較為復(fù)雜，偽品較多，需建立嚴(yán)格的質(zhì)量管理辦法及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以確保該類(lèi)藥材能安全有效應(yīng)用于臨床。

在赫章?tīng)t甘石炮制工藝優(yōu)選中，煅制時(shí)間對(duì)ZnO的含量無(wú)顯著性差異，煅制溫度對(duì)ZnO的含量有顯著影響，在300～400 ℃ZnO含量變化最快。赫章?tīng)t甘石在煅制600 ℃下煅燒60 min時(shí)ZnO百分含量最高，此工藝擬為貴州赫章?tīng)t甘石的最佳炮制工藝。

貴州赫章產(chǎn)礦物藥爐甘石無(wú)論在質(zhì)量分析上還是在炮制工藝上均符合藥典標(biāo)準(zhǔn)，目前本實(shí)驗(yàn)研究出赫章產(chǎn)爐甘石的最佳煅制工藝，后續(xù)還需對(duì)重金屬等元素進(jìn)行除雜，以便貴州赫章礦物藥爐甘石更好地應(yīng)用于臨床。