几种矿物药的X射线衍射、拉曼光谱及近红外光谱法鉴别研究

来源 :湖北中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:krizy
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目的:将X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和近红外光谱(NIR)技术应用于几种矿物药的真伪鉴别和质量评价,为这些矿物药的分析提供更加快速有效的新方法。方法:(1)采集青礞石、金礞石和金精石共20批样品XRD图谱,对图谱进行物相检索,解析各样品的物相组成,并与性状特点进行对比分析,确定青礞石、金礞石和金精石三者矿物基源。优选特征谱段,并对该谱段内图谱进行预处理后,进行聚类分析。(2)收集朱砂、轻粉、雄黄、信石、密陀僧、铅丹和硫黄7种毒性矿物药共20批样品,在准确鉴定的基础上,采集它们粉末的激光拉曼光谱,分析光谱特征,并与其分子振动形式进行匹配,明确各特征峰归属,确定各自鉴别特征峰。(3)从不同药材市场收集白矾9批,枯矾5批,自制枯矾2批。采集以上样品的XRD、NIR和拉曼光谱,归纳其光谱特征,分析光谱明显差异。(4)收集大量不同来源的白矾,芒硝,玄明粉,石膏,方解石,鱼脑石,硼砂,滑石,白石英,白硇砂,秋石样品,首先采用性状鉴别法和XRD法对样品准确鉴别,然后采集样品的拉曼光谱,归纳各类药材的拉曼特征峰及其归属,对拉曼光谱进行预处理后,采用拉曼特征强度值提取法和主成分分析(PCA)法提取光谱特征数据,建立拉曼光谱支持向量机分类(SVC)模型。最后采集样品的近红外光谱,使用标准算法和因子化法计算光谱距离,基于距离判别法建立11种易混淆白色矿物药的NIR定性分析模型。结果:(1)所考察7批青礞石样品均为变质岩类黑云母片岩,3批优质金礞石为蛭石化黑云母片岩,3批金精石主要含金云母及水化金云母,其他样品物相组成复杂;对特征谱段进行聚类分析可将青礞石、金礞石及金精石区分开,并可区分不同品质的金礞石。(2)7种毒性矿物药拉曼光谱特征谱段均在800 cm-1以下,其特征峰峰形尖锐且与药材主要成分相对应,同种药材的拉曼图谱一致性较好,不同药材各自的特征鲜明,具有良好的专属性。同种药材拉曼光谱的一致性又可以反证基原鉴定的准确性。(3)在白矾样品中发现很多铵明矾伪品,白矾和其伪品铵明矾的XRD、NIR及拉曼光谱具有明显差异:在XRD图谱中,铵明矾在d=0.61处有1小峰,正品白矾没有此峰;在NIR光谱中,铵明矾在4 650 cm-1处有1特征峰,而正品白矾无此峰;在拉曼光谱中,正品白矾在990 cm-1处的最强峰发生分裂,974 cm-1处产生1中等强度尖峰,而铵明矾无974cm-1峰,以上差异可用于二者快速鉴别。此外,正品枯矾XRD图谱具有8个明显特征峰(d=0.79,0.41,0.36,0.29,0.27,0.24,0.23,0.18,0.17),NIR光谱在7 000 cm-1和5 150 cm-1处有2个较为平缓的吸收峰,可作为鉴别枯矾真伪的特征峰。(4)通过对11种易混淆的白色矿物药的性状考察和XRD鉴别可知,性状鉴别仅可区分部分外形完整且特征明显的药材,具有一定的局限性。而XRD图谱鉴别可直观地区分该11种矿物药,且区分效果明显,结果准确。拉曼光谱鉴别研究中,除了滑石和秋石的拉曼光谱无明显特征峰外,其余9种易混淆的白色矿物药的拉曼光谱峰型尖锐,特征明显。基于一阶导数法和特征强度值提取法所建立的SVC模型的内部交叉验证准确率为98.61%,训练集和验证集的预测准确率为100%;基于矢量归一化法和PCA法所建立的SVC模型的内部交叉验证准确率和训练集、验证集的预测准确率均达到100%。两个模型均具有较高的预测能力。近红外光谱鉴别研究中,采用一级库和子库两个模块进行鉴别,一级库以4 00010 000cm-1作为建模谱段,以矢量归一化+一阶求导+平滑作为光谱预处理方法,采用标准算法建模;子库以4 0007 000 cm-1作为建模谱段,以二阶求导+平滑作为光谱预处理方法,采用因子化法建模。模型整体验证结果显示,训练集光谱均能被唯一鉴定,验证集光谱鉴定准确率为96.6%,模型具有较高的预测能力。结论:研究结果表明,相较于传统鉴别方法,XRD、拉曼光谱和NIR技术应用于矿物药鉴别研究中的重点难点问题时具有明显的优势。通过XRD物相解析可直接获得矿物药的成分信息,用于性状鉴别困难的易混淆矿物药的区分,其鉴别结果是准确可靠的。拉曼光谱具有峰型尖锐、特征明显的优点,既可通过分析谱峰的归属得到矿物药中化学成分的信息从而识别药材种类或真伪,也可通过建立数学模型来达到快速鉴别的目的。近红外光谱适用范围广,可通过建模实现矿物药的定性鉴别和定量检测。本研究为XRD、拉曼光谱和NIR技术在矿物药快速鉴别研究中的应用提供了实践经验,在应用过程中,即可根据实际情况选用最合适的分析方法,也可将3种方法联合使用,以确保分析结果的可靠性。
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