红外指纹图谱和聚类分析法在山银花(华南忍冬)产域分类鉴别中的应用

田建平，张名楠，陈国良，张吉贞，胡远艳*

(1.海南医学院药学院，海南海口 571199；2.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228；3.海南大学热带生物资源教育部重点实验室，海南海口 570228)



红外指纹图谱和聚类分析法在山银花(华南忍冬)产域分类鉴别中的应用

田建平1，张名楠2，陈国良2，张吉贞3，胡远艳3*

(1.海南医学院药学院，海南海口 571199；2.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228；3.海南大学热带生物资源教育部重点实验室，海南海口 570228)

[目的]研究红外指纹图谱在山银花产域鉴别中的可行性。[方法]以山银花(华南忍冬)的红外指纹图谱(红外光谱、二阶导数谱)为依据，采用聚类分析对来自6个产地(海南和广东)的华南忍冬进行了分析。[结果]药材粉末的一维红外光谱分析表明，海口、湛江和韶关3个产地与其他3个产地(文昌、琼中、屯昌)在某些化学成分方面有着较显著的差异，表现为湛江区具有3 407 cm-1特征吸收峰，韶关区具有1 637 cm-1特征吸收峰，第3号海口区和韶关区分别为具有1 066、1 074 cm-1特征吸收峰，海口、湛江和韶关区具有611、610和 615 cm-1特征吸收峰；而另外3个地域(文昌、琼中和屯昌)的华南忍冬化学成分则较相似；根据聚类分析结果可将6个产地分为四类。[结论]红外光谱可为药材的质量控制和产区鉴别提供一个快捷、准确、可行的鉴别方法。

红外光谱；聚类分析；二阶导数图谱；产域鉴别；山银花

华南忍冬[Loniceraconfusa(Sweet)DC.]为忍冬科多年生藤本植物，主要分布在广东、广西、海南等地，花蕾或刚开放的花供药用，为华南地区“山银花”中药材的主要基源之一[1]。华南忍冬所含化学成分较多，如有机酸(绿原酸、异绿原酸、咖啡酸)、棕榈酸等挥发油成分、黄酮类化合物、三萜皂苷类化合物。由于受地理生态和种质遗传等多方面因素的影响，不同产区华南忍冬的化学组成也不尽相同，最终致使其具有不同的药效和药性。因此，有必要对药材产区进行鉴别以便于对药材市场进行质量控制，同时提高药材的质量。红外光谱具有分析速度快、多种成分同时分析、无污染的优点，其样品不需特别的预处理，无损伤分析、操作简单、分析成本低，因此是一种重要的分析技术。 近年来红外光谱技术已在中药材鉴定、 中药材炮制、中药注射剂等相关领域得到了广泛应用[2-6]。目前，有关不同产地华南忍冬中绿原酸和总黄酮含量测定的研究较多，但仅用较单一性指标成分还不足以区分和鉴别华南忍冬的产区和质量[7-9]。该研究拟借助于红外光谱的指纹特性，用聚类分析法对产于海南和广东的华南忍冬进行产区聚类，探讨其在分析、鉴别华南忍冬不同产区的可行性。

1 材料与方法

1.1 试验材料于2013年期间分别从海南(海口、文昌、屯昌和琼中)、广东(湛江和韶关)等地进行山银花药材样品采集，样品由海南医学院药学院杨卫丽副教授鉴定为山银花，其基源为来自忍冬科植物华南忍冬[Loniceraconfusa(Sweet)DC.]的干燥花蕾或刚开放的花。 凭证标本保存于海南医学院中药标本馆。冷冻干燥后药材经过粉碎机粉碎，过100目筛备用。

1.2 仪器红外光谱特征比较研究所用仪器为粉末压片机769YP-15A(中国)；红外光谱仪Bruker TGA-IR(德国)。

1.3 试验方法

1.3.1样品处理。取冷冻干燥后恒重的山银花药材粉末约3 mg，与200 mg 溴化钾(优级品)混合研磨均匀，利用粉末压片机压片。

1.3.2红外光谱分析。试验研究所用检测器分辨率为4 cm-1；检测范围4 000～400 cm-1；扫描信号累加 16 次，OPD速度为 0.2 cm/s；扫描时实时扣除水和二氧化碳的干扰。放入KBr压片样品之前，扫描红外光谱仪联用软件“背景单通道”；放入KBr压片样品后，扫描“样品单通道”，然后通过基线校正，13点平滑，获取其红外光谱原始图，并标峰。每样品连续测定3次。利用OMNIC 8.0软件数据处理导数图谱功能，13点平滑，求得其二阶导图谱(600～1 750 cm-1)。

1.3.3聚类分析。根据相应波数位置光谱峰的有无，对山银花药材的红外光谱数据进行编码，对相应位置没有红外峰编码为“0”，有红外峰则编码为“1”，然后利用 SPSS13.0软件的类间平均链锁方法(Between Group Linkage)对其进行聚类分析，二值欧氏距离平方(Binary Squared Euclidean Distance)测度方法计算其相似性，并构建不同产地山银花药材聚类图。

2 结果与分析

2.1 基于一维红外光谱的不同产地山银花的比较通过傅立叶变换红外光谱测定法获得了山银花(华南忍冬)入药部位的一维红外光谱图，由来自不同产地的山银花(华南忍冬)入药部位红外光谱分层图(图1)可知，不同产区的山银花(华南忍冬)入药部位的一维红外光谱图整体上较相似，其共同吸收波数为2 922～2 927、2 853～2 857、1 378～1 383、1 315～1 318、1 259～1 262 cm-1；不同之处在于湛江区具有3 407 cm-1波数，其他5个产区位于3 417～3 424 cm-1；韶关区具有1 637 cm-1波数，其他5个产区位于1 631～1 632 cm-1，海口区和韶关区分别为1 066、1 074 cm-1波数，其他4个产区位于1 050～1 054 cm-1；另外海口、湛江和韶关区具有611、610和 615 cm-1波数，其他3个产区位于602～603 cm-1，说明不同产区的同一种山银花药材其化学成分存在差异。

结合有关资料，通过对图1的谱带所对应的官能团进行归属和分析后发现，2 922～2 927 cm-1波数附近存在-C-CH2-C不对称-C-H伸缩的吸收峰，2 853～2 857 cm-1波数附近存在-CH2烷键对称伸缩的吸收峰，有可能是多糖、蛋白质和脂类化合物等；1 631～1 632 cm-1波数附近存在黄酮等化合物中的不饱和C-C键的吸收峰，1 378～1 383 cm-1波数存在-CH3吸收峰；1 315～1 318 cm-1波数附近存在-OH面内变形振动的吸收峰，1 153～1 158 cm-1波数附近存在胺类物质中C-N伸缩振动与醇类或酚类物质中C-O单键伸缩振动的吸收峰等；610 cm-1波数附近可能存在芳香类化合物中C-H面外弯曲振动产生的吸收峰。由该红外光谱可说明所在样品里可能含有酚类、醇类、黄酮类、蛋白质等化学成分。

2.2 基于二阶红外光谱的不同产地山银花的比较及聚类分析利用OMNIC 8.0软件对红外导数图谱功能，得到了不同产区山银花的二阶导数图谱(600～1 750 cm-1)(图2)。由图2可知，6种来自不同产区的山银花(华南忍冬)药材的红外光谱经转换为二阶导数图谱后，其重叠的吸收峰被分开，但其中绝大部分峰仍然相似，表明它们是来自同一种植物，但在某些峰方面也存在显著差别，如广东湛江区具有1 582 cm-1波数，其他5个产区均为1 568～1 569 cm-1；广东韶关区具有1 044和1 188 cm-1波数，其他5个产区则无该波数。因此说明来自不同地域的山银花(华南忍冬)其化学成分存在一定差异。进一步根据其光谱特征利用SPSS统计软件做聚类分析，得到不同产区山银花聚类分析图(图3)，可以将6个产区分为4组，进一步证实了上述结论，因此可以根据红外光谱特征区别山银花(华南忍冬)的不同产区。

3 结论与讨论

直接测定相关材料粉末的红外光谱，所获得的谱图是各化合物吸收强度的叠加，与总体成分有关，具有指纹性。借助该指纹图谱，可利用相关方法对其产区进行聚类和鉴别。现有报道已说明红外图谱在对药材所含的化学成分进行鉴别时所具有的多方面的优点[2-3]。该研究通过对不同产地山银花(华南忍冬)的药材进行红外光谱分析，其一维红外光谱鉴定结果呈现了海南海口区、广东湛江区和韶关区均有较特殊的波数，在二阶导数谱图中，特别是在1 600～1 000

cm-1波数范围内差异较明显，这种结果可能与不同产区所在的地理环境不同，特别是海口、湛江等地具有特殊的火山岩等土壤有关，因此可利用红外光谱特点，根据其具体吸收峰的位置将6种产地的山银花(华南忍冬)区分为4组，也进一步证实了利用红外光谱技术和聚类分析可为药材的质量控制和产区鉴别提供一个快捷、准确、可行的鉴别方法。

[1] 国家药典委员会.中国药典.一部(2010 版)[S].北京：中国医药科技出版社，2010.

[2] 郭水良，李沛玲，方芳，等.蛇足石杉及其近缘种表征关系的 FTIR主成分分析[J].光谱学与光谱分析，2005，25(5)：693-697.

[3] 徐桂萍，马洁德，杜丽君.地枫皮与伪品的鉴别[J].中南药学，2004，2(5)：308.

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[5] 张长江，李丹婷，梁久桢，等.基于连续小波变换FTIR鉴定青葙子与鸡冠子的研究[J].光谱学与光谱分析，2007，27(1)：50-53.

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[7] 黄陆良，韦杰，辛宁.广西不同产地华南忍冬中绿原酸含量测定[J].中国中医药信息杂志，2009，16(1)：58-59.

[8] 胡远艳，田建平，张吉贞.海南产山银花总黄酮含量的测定[J].安徽农业科学，2012，40(24)：12007-12008.

[9] 柴兴云，窦静，贺清辉，等.山银花中酚酸类成分研究[J].中国天然药物，2004，2(6)：339-340.

The Application in Identification and Classification in Production Domain of Lonicerae Flos by Using FTIR Fingerprint and Cluster Analysis

TIAN Jian-ping1, ZHANG Ming-nan2,CHEN Guo-liang2,HU Yuan-yan3*et al

(1.Department of Paharmacy,Hainan Medical College,Haikou,Hainan 571199;2.Materials and Chemical Engineering,Hainan University, Haikou,Hainan 570228;3.Key Laboratory for Tropical Biological Resources,MOE,Hainan University,Haikou,Hainan 570228)

[Objective]The research aimed to study the feasibility in identification on region of Lonicerae Flos by using FTIR fingerprint methods.[Method]According to the FTIR fingerprint of Lonicerae Flos(Loniceraconfusa) including infrared spectroscopy and second derivative spectrum,the samples of medicinal materials from six areas both Hainan and Guangdong province had been analyzed by using cluster analysis methods.[Result]One dimensional infrared spectroscopy analysis of medicinal materials power showed that three areas (Haikou,Zhanjiang,Shaoguan) had more differences in chemical composition among of all areas.And the Zhanjiang with 3 407 cm-1, Shaoguan with 1 637 cm-1, Haikou and Shaoguan, respectively, for the 1 066 cm-1and 1 074 cm-1, also the Haikou,Zhanjiang and Shaoguan with 611, 610 and 615 cm-1. While the other three regions were similar to each other in chemical composition.According to the results of cluster analysis of six areas could be divided into four categories.[Conclusion]Infrared spectroscopy could provide a fast, accurate and feasible method for the identification of medicinal materials quality control and identifying regions.

FTIR;Cluster analysis;Second derivative spectrum;Regions identification;Lonicerae Flos

海南省教育厅科学基金资助项目(Hjkj2012-29)。

田建平(1972- )，男，湖南常德人，副教授，博士，从事中药资源学研究。*通讯作者，高级实验师，硕士，从事中药及药理学研究。

2014-12-16

S 567

A

0517-6611(2015)04-112-03