拉曼光谱技术及其在中医药鉴定中的应用

作者:冉盛网 时间:2020-03-25 17:18:06

拉曼光谱技术(Ramanspectroscopytechnique)是一种非破坏性的指纹成像技术。现已在材料、化工、生物医学、环保等领域有着广泛的应用。而根据拉曼光谱技术所发展起来的表面增强拉曼光谱技术(Surface—EnhanceRamanSpectra,SERS)也在溶剂检测中得到了普遍的应用。然而,拉曼光谱在中医药鉴定方面的应用却并不多见。


 

目前,随着中医药在国际上的发展.对于中医药质量的监控已经越来越受到重视。本文旨在讨论拉曼光谱技术及其在中医药鉴定中的应用。


 

方法:通过调研大量的相关文献,讨论并总结了拉曼光谱技术及表面增强拉曼光谱技术(SERS)在鉴定中医药及中医药煎剂成分、产地、真伪等方面的应用。


 

结果:拉曼光谱技术凭借其样品制备简便、对水的散射小等优点.拉曼光谱成功鉴别出了单味中医药的成分、产地以及真伪。同时,表面增强拉曼光谱技术在中医药煎剂成分的鉴定中也体现出了其优越性。结论:拉曼光谱技术及表面增强拉曼光谱技术做为一种新的鉴定手段,中医药鉴定方面有着巨大的潜力,并有望成为中医药鉴定的另一强大工具。


 

我国中药材品种繁多、资源丰富,药用动植物达1万余种。在当今世界“思潮影响下”,天然药物的呼声日渐高涨。但是由于历代本草记裁、地区用语、类同品、代用品、民间用药繁多,以及同科属药材外形相似,致使同名异物、同物异名、以次充好、以假乱真等混乱现象普遍存在,使得中药材质量难以保证,严重影响中药临床使用的安全性及有效性。因而对于我国这样药材大国的首要任务是建立一套切实可行的鉴别和质量保障体系。

 

拉曼光谱作为表征分子振动能级的指纹光谱,在物理学、化学、生物学等领域一直扮演着重要的角色。拉曼光谱具有非破坏性和精细如“指纹”的分辨能力以及不受水的干扰等优点。与其他传统技术相比,更易于直接获得大量有价值信息。近几年来拉曼光谱技术在肿瘤检测、文物考古、公安法学等领域都得到了广泛的应用。但是在中草药方面的应用却是并不多见。随着中草药在国际上的发展,对于中草药质量的掌控已经越来越得到重视,而拉曼技术的非破坏性检测、高分辨率等一系列优点将在中草药的鉴定方面展现出巨大的潜力。


 

束单色光入射到试样后有三个可能去向:一部分光透射;一部分光被吸收;还有一部分光则被散射。散射光中的大部分波长与入射光相同,而一小部分由于试样中分子振动和分子转动的作用,波长发生偏移(Fig.1)。这种波长发生偏移的光谱就是拉曼光谱。光谱中常出现一些尖锐的峰.是试样中某些特定分子的特征。这就使得拉曼光谱具有进行定性分析并对相似物质进行区分的功能。而且,由于拉曼光谱的峰强度与相应分子的浓度成正比,拉曼光谱也能用于定量分析。这种与拉曼光谱应用及其有关的方法和技术称为拉曼光谱术(RamanSpectroscopy)。


 

 

随着拉曼光谱技术的日益成熟,一系列相应的拉曼专用技术已经建立起来。例如:表面增强拉曼光谱术(Surface—EnhanceRamanSpectra,SERS)、共振增强拉曼光谱术(ResonanceRamanSpectra,RRS)及拉曼探针等。其中较为常用的是SERS。
 


 

表面增强拉曼光谱术是指某些分子吸附在特制的金属表面时,该分子的一些拉曼光谱线的强度出现增强.这种现象就叫做表面增强拉曼光谱术。在金属表面或粗糙的金属表面作用下,材料的拉曼横截面可能增大107倍,而胶体系统是常用的表面增强体系。目前,对表面增强拉曼光谱的研究已经比较成熟”,针对表面增强机制可以分为两大类.即电磁增强(物理增强)机制和分子增强(化学增强)机制。拉曼光谱与表面拉曼光谱均在中医药鉴定具有重要作用。


 

拉曼光谱技术在中药鉴定中的应用
 

很多中药材形态相似,加工后形态结构易发生改变.目前采用的经典植物性状鉴定和显微鉴定等研究方法。由于鉴定标立在个体形态和客观观测水平上,因而存在重现性和稳定性差等不足。而分子标记又存在方法不够完善,资料不丰富.成本偏高等缺点。虽然色谱法已然成为目前中药材鉴定中不可或缺的手段,但其样品制备繁琐。而红外光谱监测中,往往会遇到水的干扰,不适合作煎剂类的检测。拉曼光谱则凭借其样品制备简单、不受水的干扰等一系列优点,使其在中药材鉴定方面有着较强的优越性。


 

拉曼光谱中药成分的鉴定中药有效成分的含量与性状的稳定直接影响到中药的疗效。因此,加强对各个中药成分的研究有着重要的意义。山药补脾养胃、补肺益肾。是我国重要的药食两用补益中药。


 

随着中医药养生理念的增强,开展山药化学成分研究及实现山药规范化生产,有重要意义。林文硕等采用近红外拉曼光谱对山药成分进行分析。并在山药的拉曼光谱的基础上,获得山药拉曼一阶导数谱。拉曼谱中出现的477cm^-1,863cm^-1,936cm^-1强峰,可认为是山药的特征峰。对山药的拉曼光谱进行分析,其拉曼谱峰主要归属酰胺类、氨基酸类、蛋白质类、碳水化合物类拉曼光谱的特征,可以粗略判定山药中含有蛋白质、氨基酸、淀粉、多糖等物质,这与已有的山药化学成分研究结果相符。而在山药拉曼一阶导数谱中467cm^-1、870cm^-1、943cm^-1、1085cm^-1等处均出现了较明显的特征峰。对比山药拉曼光谱,在600cm^-1~800cm^-1.1000cm^-1~1400cm^-1区域内,山药拉曼一阶导数谱可以更为清晰的表现山药拉曼光谱。郭萍等采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱和拉曼(FT—Raman)光谱.对中草药绞股蓝进行了定性分析。在绞股蓝的FT.Raman光谱中,在700cm~3500cm。的波数范围内均有散射特征峰出现,表明它具有糖类的一些基团,比如羟基、醛基等特征峰。将绞股蓝的FT—Raman光谱与FTIR光谱比较发现,绞股蓝的红外光谱图中各官能团的特征伸缩振动产生的吸收带比较稀疏,而拉曼光谱检测谱较为精细。中药汤剂是我国医学的特色,对人体损伤小,凭借其以“补”为主的宗旨,越来越受到国内外人士的重视。但是由于汤剂为液体状态,且内成分复杂,所以对汤剂的成分检测成为难点。随着表面增强拉曼光谱技术的出现,为汤剂成分检测提供了一种有效的方法。

 

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来源:2012年1月 第29卷 第 1期 中国医学物理学杂志

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