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红外光谱论文

楚雄师范学院

本科生毕业论文

题目对鸡根的红外傅立叶光谱研究

专业：

物理与电子科学系（物理教育专业）

学号：

2001041101

学生姓名：

李俊

指导教师：

杨群职称:

教授

论文字数：

完成日期：

2005年5月

教务处印

对鸡根的红外傅立叶光谱研究

李俊

楚雄师范学院楚雄675000

摘要：

本文首次采用傅立叶变换红外光谱法，直接、快速、准确地测定彝药鸡根的红外光谱。

研究表明：

彝药鸡根的不同部位，其红外光谱不同，它们的红外光谱的吸收位置和强度均明显差异。

根据红外特征吸收能够得到鸡根的红外光谱图，从而达到对彝药在分子水平上的研究。

该方法具有直接、快速、准确，不破坏样品的原性质；重现性好，仪器相对便宜，方法易掌握，普适性强；可数字化，更具科学性和便于管理；更符合中医中药的医治原则和研究。

关键词：

鸡根（呀节）；傅立叶变换红外光谱

鸡根，别名，金不换，小荷花，鸡肚子根，黄花倒水莲；为远志科植物荷包山桂花的根。

荷包山桂花PolygalaarillataBuch.-Ham.灌木或小乔木，高1-5m。

根木质，皮肉质，淡褐色⑴。

分布于云南、四川、贵州、广西、陕西、江西、湖北等地。

生长于海拔1000-2800m的沟边或石山杂木林下。

鸡根，味甜，性寒，归肺、胃、肾、心路。

鸡根功能：

补虚健胃，清热解毒，祛痰除湿。

在用法上有：

哀牢山区彝医用法，南中部彝医用法，南怒江彝医用法；医书记载有：

《楚雄彝州本草》，《中国民族药志》，《云南中草药》，《广西中草药》等。

由此鸡根为典型彝药药材，彝药生产是楚雄州的特色产业，彝药也是彝族人民的宝贵财富。

大力发展研究彝药是对彝药的发扬光大，也是持续发展彝州经济的一项重要工作。

红外光谱的产生源于物质分子的振动，不同的物质分子具有不同的振动频率，因而形成不同的红外光谱图[2]。

故可以根据被测样品红外光谱的特征峰进行指任和对比分析，从而确定样品中的不同物质成分。

所以，红外光谱被称为物质分子的“指纹图谱”[3]，可以作为物质鉴定和识别的重要依据。

红外光谱仪是由红外光源，具有特种干涉仪的光学系统，检测器以及傅里变

换数据处理与控制系统组成，是获得物质红外光谱的仪器。

傅立叶变换光谱仪中，

迈克耳逊干涉仪中光强I与光程差S有关，对光强I（S）作傅里叶余弦变换：

I（S）=210[1+cos（k§）]

「1旳一.

f（x）=—fF（丸）1九d丸

由数学上的傅立叶变换，兀8

F仏）=f°f（x）皿dx

对光强I（S）作傅立叶余弦变换：

1od

1（、）-1。

i（k）cos（k3）dk

兀

i（k）=2。

一[（l（S）I°）]cos（k®dS

上式可求出波数i（k）,而计算机能实现上述变化，最终得到波数i（k）的

光谱曲线图[4]。

这也就是傅里叶变换光谱仪不同于传统光谱仪的地方。

FT-IR仪工作原理示意图[5]

1、材料与仪器

1.1材料

实验所用药材样品鸡根为远志科植物荷包山桂花的块根，是经过晒干处理的成品；该样品由楚雄州彝药研究所提供。

1.2仪器

美国伯乐公司FTS-40型傅立叶变换红外光谱仪，光谱范围4000-400cm，

分辨率：

8cm';扫描次数：

16次。

2、实验方法与过程

2.1样品制备

由于鸡根是晒干的成药，故采用了固体制样方法中的压片法。

压片法（KBr

片）是红外光谱分析固体样品的应用最广的方法之一，中药粉末的分析就采用压

片法。

它是将样品研成粉末，加入适量的粒度为200目纯KBr粉末，在研钵中磨混匀，转移到专用的模具中在低真空下压成厚度约1~2mm的透明薄片。

因KBr与大多数有机化合物的折射率相近，在4000-400cm"1间不产生红外吸收，这样可以减少光散射造成的能量损失，并能绘制全波段光谱图，故应用最广。

但缺点是制得的溴化钾片极易吸收空气的水分，在3300cm，附近总有或多或少的吸收，干扰对一0唐口=NH基团的确认⑹。

该实验样品的制备：

分别取鸡根的根皮、根心以及整药（包括根皮和根心），先将它们研成粉末，然后混合适量的溴化钾，再进行均匀的研磨，最后将其放入压片机压片，这样就得到了三个半透明的样品薄片。

2.2红外傅立叶扫描

将样品放入光谱仪的采样器中，红外光源发出一单色光经过迈克尔逊干涉仪，由于动镜的移动，红外光波长不同，光程差也不同，因此所得的汇聚光束是其强度受到不同频率调制的光的叠加，是总的干涉光。

这时已是时域的信号，相当于在全频率扫描过程中，各个波长的红外光以相同的强度施加到样品上。

经样品吸收过的信号最终汇聚到检测器中，随着动镜的不断移动过程记录吸收信号的强度。

被检测到的时域信号经傅立叶变换即转变为频域信号。

通过计算机的信号采集、处理，然后将得到的光谱图像绘制出来，这就是该样品的红外光谱。

3、实验结果与分析

由于实验过程引入"O醇、酮等杂质，应排除这些杂质的干扰。

当羟基

（—OH）在分子间缔合时，形成以氢键相连多聚体，键力常数k下降，红外吸

收峰3300cm4，峰形宽而钝；故HO引起的红外光谱吸收在3300cm1附近。

空气中的CO引起的经外光谱吸收在2360cm1附近⑺，所以为便于对样品进行准确的红外光谱分析，应排除4000〜2000cm1之间的光谱，只分析2000〜500cm-1之间的红外光谱，便能反映出样品的“指纹”特性。

在分析光谱时，为了方便、准确描述“指纹”特性，尽量找明显的吸收峰作为其特性分析。

傅立叶红外光谱仪

的分辨率为：

8cm-1，因此，分析光谱时，误差范围

大致相同，视为同种物质的红外吸收峰。

女口：

137cm-1与130cm-1大致相同。

3.1鸡根整药红外光谱

Irr——11v

牝鲨茫西Jtraz左曲.Vjvb昇

Wrivenumhcr/cmI

Fig.1FTIRspectraofentirerawmaterialforPolygalaarillata

Buch.-Ham.

从图1可看出，鸡根整药红外光谱有四个明显的吸收峰。

在1051.2cm-1

处出现一个尖锐的主峰，吸收强度为1.9182;在该峰的左侧中部1159.2cm-1处

出现一个吸收峰；吸收强度为1.3812;在主峰右侧底部898.4cm-1处有一个小吸收峰。

其次，在1244.6cm-1处出现一个较强的吸收峰，吸收强为1.2847，其

左侧1375.8cm-1处出现四个指峰。

在1638.8cm-1处出现一个较宽吸收峰吸收强度为1.0257，在该峰右侧1597.7cm-1处出现一个吸收峰，吸收强度为0.9994，这两个峰形成强度不等的双峰；在双峰左侧底部1737.7cm-1处出现一个单峰，

吸收强度为0.9786，双峰右侧有一个小吸收峰。

综合上述分析，鸡根整药的红外光谱特征：

在1051.2cm-1处出现一个尖锐主峰，主峰左侧1159.2cm-1处出现一个吸

收峰，主峰右侧底部898.4cm-1出一个小吸收峰。

在1244.6处出现一个单峰，

单峰左侧有四个指峰。

在1638.8cm-1处出现双峰，双峰左侧1737.7cm-1处出现单峰，右侧有小吸收峰。

成分推测：

由鸡根整药的红外光谱，可做出对鸡根整药物质成分的推断。

（1）在1051.2cm1和1159.2cm-1处的吸收峰，可能会是醇（CHn-Q），因为醇的吸收峰为1100cm-1。

（2）在1244.6cm-1处的吸收峰，可能会是酚（CHn）,因为酚的吸收峰为1230-1

cm。

（3）在1638.8cm-1和1597.7cm-1处的吸收峰，则有可能是酰胺I带，因为酰胺I带的吸收峰为1660cm-1。

（4）在1737.7cm-1处的吸收峰，可能是烷基醛，因为烷基醛的吸收峰为

1730cni。

（5）在898.4cm-1处的吸收峰，可能为芳烃，因为芳烃中C-H的面外弯曲振动在900-690cm-1之间。

所以，鸡根整药可能含有醇、酚、酰胺I带、烷基醛、芳烃等官能团。

由于，样品为一个混合物体系，其光谱为混合谱，是多种物质光谱的叠加；故不能肯定样品所含成分，只能分析其所含成分的可能性。

由此，上述鸡根成分分析，仅供参考。

3.2鸡根根心红外光谱

鸡根根心红外光谱（图2）：

度。

舉傑JhW2脱t&ep

etiLiiflbu]〔.inI

sheart

Fig.2FTIRspectraofPolygalaarillataBuch.-Ham.

从图2可看出，鸡根根心红外光谱出现四个明显的吸收峰。

在1049.3cm-1

处有一个最明显的主峰，吸收强度为0.7817。

在主峰左侧，依次出现两个小尖峰：

在1112.5cm1处有一个小吸收峰，吸收强度为0.7293;在1159.6cm1处有一个小吸收峰，吸收强度为0.6890；在主峰右侧底部899.1cm-1处出现小吸收峰。

其次，在1247.8cm-1处出现一个较强的单峰，吸收强度为0.6682，单峰左

侧1461.0处有四个指峰。

最后，出现了一些峰值差不多的吸收峰，在1636.6cm-1处出现较宽吸收峰，吸收强度为0.6134，在该峰左侧1597.9cm-1处，出现一个宽吸收峰，吸收强度为0.6030;这两个峰形成强度不等的双峰;而在双峰右侧底部1737.7cm-1处出现一个单峰，吸收强度为0.6019;双峰右侧底部出现小吸收峰

综合上述分析，鸡根根心红外光谱特征：

在1049.3cm1处有一个主峰，主峰左侧依次出现1112.5cm-1和1159.6cm-1处的两个小尖峰，主峰右侧底部899.1cm-1处出现小吸收峰。

在1247.8cm-1处出现一个单峰，在单峰左侧有四个指峰。

在1636.6cm-1处出现双峰；双峰左侧

底部1737.7cm-1处出现一个单峰，而右侧有小吸收封。

成分推测：

同上，由鸡根根心的红外光谱，可做出对鸡根根心物质成分的推断。

鸡根根心可能含有醇、酚、酰胺I带、烷基醛、芳烃等官能团。

3.3鸡根根皮红外光谱

鸡根的红外光谱（图3）：

横坐标为波数（cm-1），纵坐标为吸

收强度。

iiLt：

.bi'I.-'cbI）

Fig.3FTIRspectraofPolygalaarillataBuch.-Ham.'cortex

从图3可以发现，鸡根根皮红外光谱有三个比较明显的吸收峰。

在

1053.5cm1处有最强的主吸收峰，吸收强度为1.2460;而在主峰右侧1037.8cm-1处有一个小尖峰，它们组成一个强度不等的双峰；在双峰的左侧1103.8cm-1处

有一个小尖峰；另外，在主峰右侧底部899.3处有一个小吸收峰。

其次，在1642.2cm-1处出现一个较强的单峰，吸收强度为0.9579，在其右

侧底部1738.5cm-1处有一个小尖峰；其底部有一个小吸收峰。

在1241.7cm-1处

出现一个肩峰，吸收强度为0.8828;肩峰左侧1425.6cm-1处分布有四个小吸收峰，似人指，故为四个指峰。

其余，均为不明显的吸收峰，在分析鸡根根皮的红外特征时，可以不用细致考虑。

综合上述分析，鸡根根皮红外光谱特征：

在1053.5cm-1处有一个主峰，主峰两侧1037.8cm-1和1103.8cm-1处分别有小尖峰；主峰右侧底部899.3cm-1处有小吸收峰。

在1241.7cm-1处出现一个肩峰；肩峰左侧有四个指峰。

另外，在1642.2cm-1处有一个单峰；在单峰左侧底部1738.5cm-1处有小尖峰，单峰右侧有小吸收峰。

成分推测：

同上，由鸡根根皮的红外光谱，可做出对鸡根根皮物质成分的推断。

鸡根根皮可

能含有醇、酚、酰胺I带、烷基醛、芳烃等官能团。

3.4鸡根根皮、根心以及整药之间的红外光谱比较分析

鸡根根皮、根心与整药的红外光谱比较图（图4）:

横坐标为波数（cm-1）,纵坐标为吸收强度。

Fig.4FTIRspectraofthreesample

a.PolygalaarillataBuch.-Ham.'cortex;b.PolygalaarillataBuch.-Ham.'heart;c.entirerawmaterialforPolygalaarillataBuch.-Ham.

对比根皮、根心、整药的红外光谱图，从峰形分布来看：

在误差范围：

=8cmJ内，根皮、根心、整药的红外光谱共同点为，它们都在1050cm-1附近有一个主峰，主峰右侧890cm-1附近有小吸收峰。

在1245cm-1附近有吸收峰，该峰左侧有四个指峰。

在1640cm-1附近有吸收峰，且该峰左侧

1737cm-1处有吸收峰，右侧有小吸收峰。

这说明它们同属一种植物的不同部分，其物质成分大致相同，故红外光谱大

致相似，即“指纹”特征相似⑹。

但是，对三者光谱细致分析就会发现它们的差异，反映出其“指纹”特征。

为便于作光谱分析，常常用光谱里比较明显而简单的吸收峰作研究。

3.4.1比较根皮与根心的红外光谱

（1）根皮与根心的峰形比较

匚~=8cm‘

样品

主峰

主峰两侧吸收峰

1640cm-1附近

1737cm-1

附近

1245cm-1

附近

根皮

1053.5

右侧1037.8尖峰

1642.2

1738.5

1241.7

（cm1）

左侧1103.8尖峰

单峰

尖峰

肩峰

根心

1049.3

左侧：

1112.5尖峰

1636®双峰

1737.1

1247.8

（cm1）

1159.6尖峰

＞双山丰

1597.9：

单峰

由上表可以看出，根皮与根心的红外光谱特征的不同之处：

1.两者的主峰两侧吸收峰分布不同，根皮主峰左、右两侧各有一个吸收峰,而根心主峰左侧依次有两个吸收峰。

2.在1640cm1附近，根皮的吸收峰为单峰，而根心的吸收峰为一个双峰。

3.在1737cm1附近，根皮的吸收峰为小尖峰，而根心的吸收峰为一个单峰。

4.在1245cm-1附近，根皮的吸收峰为肩峰，而根心的吸收峰为一个单峰。

由此，可以看出，根皮根心红外光谱的峰形不同，反映了它们本质上的区

别。

（2）从吸收强度角度，比较根皮与根心的红外光谱

（按吸收强度变小顺序）厶、~=8cm‘

根皮（cm1）

1053.5

1241.7

1642.2

1738.5

899.3

根心（cm1）

1049.3

1247.8

1636.6

1737.1

899.1

由上表，可以看出，根皮主峰1053.5cm-1与根心主峰1049.3cm-1，它们的峰位大致相同，可以认为根皮与根心有相同的物质成分。

以上大强峰可认为是鸡

根的“指纹”谱，而其余吸收峰位置比较，主峰的两个小尖峰出现差异，而分子浓度大，吸收峰强，故根皮、根心物质成分中各成分含量不同。

可以作为是区别根皮根心的特征谱。

如：

根皮1642.2cm-1—根心1636.6cm-1

根皮1103.8cm-1—根心1112.5cm-1

通过上述分析，可得出，根皮、根心所含物质成分相同，不同的是物质成分中各成分所占的比例不同。

由此，根皮、根心虽为同一种植物，但它们的红外光谱特征确有很多不同之处。

从这我们也看出红外光谱的“指纹”特征的优越性，同一种物质成分各成分不同比例，也能被红外光谱所分辨。

3.4.2比较根皮与整药的红外光谱

（1）根皮与整药的峰形比较

（按吸收强度变小顺序）.：

―8cm」

样品

主峰

主峰两侧吸收峰

1640cm附近

-1

1737cm

附近

-1

1245cm

附近

根皮

1053.5

右侧1037.8

1642.2

1738.5

1241.7

（cm1）

左侧1103.8尖峰

单峰

尖峰

肩峰

整药

1051.2

左侧1159.2

1638代双峰

1737.7

1244.6

（cm）

尖峰

卜双峰丰

1597.7：

单峰

由上表可以看出，根皮与整药的红外光谱特征的不同之处：

1.主峰两侧吸收峰分布不同，根皮主峰左、右两侧各有一个吸收峰，而整药主峰只在左侧有一个吸收峰。

2.1640cm-1附近，根皮的吸收峰为单峰，而整药的吸收峰为一个双峰。

3.在1737cm1附近，根皮的吸收峰为小尖峰，而整药的吸收峰为一个单峰

4.在1245cm-1附近，根皮的吸收峰为肩峰，而整药的吸收峰为一个单

由此，根皮与整药的红外光谱的峰形不同，反映了它们本质上的区别。

（2）从吸收强度角度，比较根皮与整药的红外光谱

（按吸收强度变小顺序）■：

—8cm」

根皮（cm1）

1053.5

1241.7

1642.2

1738.5

899.3

整药（cm1）

1051.2

1244.6

1638.8

1737.7

898.4

由此表可看出，根皮、整药的红外光谱主要吸收峰的相对吸收强度有变化。

同上，根皮1053.5cm-—整药1051.2cm-

根皮1642.2cm-1—整药1638.3cm-1，吸收峰位置相同，相反在1053.5cm

—1051.2cm-1和1642.2cm-1—1638.3cm-1之间的物质成分是相似的。

另外，可找到吸收峰位置发生变化而对应在两个光谱间的吸收峰，女口：

根皮

1241.7cm-1—根心1244.6cm-1。

它们反映了，根皮、整药在该吸收峰处物质成分相同，但成分含量不同。

3.4.3比较根皮与根心的红外光谱

（1）根心与整药的峰形比较—~=8cm，

样品

主峰

主峰两侧吸收峰

1640cm附近

-1

1737cm

附近

-1

1245cm

附近

根心

1049.3

左侧丿

‘1159.6卄入

1636.6、

'双峰

1737.1

1247.8

两个尖峰

（cm1）

1112.5

1597.9

单峰

整药

1051.2

左侧1159.2尖峰

16388

'双峰

1737.7

1244.6

（cm1）

1597.7

单峰

由上表可以看出，根皮与整药的红外光谱特征的不同之处：

在主峰两侧，根

心主峰左、右两侧各有一个吸收峰，而整药主峰只在左侧有一个吸收峰。

当然，也可看出根心与整药如此相似，但它们仍有分别；红外光谱特征将它们的细微差别反映得淋漓尽致，得到了一个根本性的区别。

（2）从吸收强度角度，比较根心与整药的红外光谱

（按吸收强度变小顺序）厶—8cm」

根心（cm1）

1049.3

1247.8

1636.6

1737.1

899.1

整药（cm1）

1051.2

1244.6

1638.8

1737.7

898.4

从上表可看出，根心与整药主要吸收峰的情况，如果把根皮1112.5cm-1除

1去，发现两者吻合得很好，说明了根心与整药比较相似。

而考虑到1112.5cm，

反映了“指纹”特征，说明了，根心与整药仍有差异。

结论：

鸡根的“指纹”谱具有下面的特征：

1.鸡根的主要特征峰是：

在1050cm-1附近有一个主峰，主峰右侧890cm1附近有小吸收峰。

在1245cm-1附近有吸收峰，该峰左侧有四个指峰。

在1640cm-1附近有吸收峰，且该峰左侧1737cm-1处有吸收峰，右侧有小吸收峰。

2.鸡根根与皮特征峰的区别：

两者的主峰两侧吸收峰分布不同，根皮主峰左、右两侧各有一个吸收峰，而根心主峰左侧依次有两个吸收峰。

在1640cm1附近，根皮的吸收峰为单峰，而根心的吸收峰为一个双

峰。

在1737cm附近，根皮的吸收峰为小尖峰，而根心的吸收峰为一个单峰。

在1245cm1附近，根皮的吸收峰为肩峰，而根心的吸收

峰为一个单峰。

综上分析，三个比较中，我们发现相对而言，根心与整药相似程度高；其实，整药是根心与根皮混合物，根心占很大比重；故整药与根心相似是很正常的。

同理，在别两个比较中，根皮与整药相似程度高于根皮与根心相似程度，也是合理的，因为整药中混有根皮，故两者更相似，而根心与根皮显得不是很相似。

根据这些推断，也反映了红外光谱的“指纹”特征，它具有准确、快速、科学等特[9]。

4.红外光谱对彝药研究的现实意义

从鸡根根皮、根心、整药的红外光谱分析研究中，说明了红外光谱的“指纹”特征，能够准确分辨出样品所属种类、部位等。

不难想象，红外宏观指纹鉴定法是可以使红外光谱法在中药的鉴定与质量的控制和管理中发挥强有力的作用。

许多专家认为当前需要做的有以下几点：

1、尽快建立起“中药红外光谱数据库”，获得各种药材的标准图谱；2、尽快确定中药制剂的红外对照参考图谱，用于识别真伪、优劣和质量稳定性控制；3、红外光谱技术与标准谱图逐渐纳入国家药典，使红外光谱技术能够成为一项中药质量控制和管理的标准方法，更广泛的应用与实际生产，加快我国中药的现代化、国际化和标准化的步伐，为弘扬与发展我国中医学、中药学贡献一份力量。

5.关于红外光谱的前沿国际上采用指纹图谱对植物药进行质量控制，效果显著，如韩国、日本、德国等。

他们较重视对植物药的开发和利用，德国用指纹图谱技术控制质量的银杏制剂，在国际上具有很强的竞争力。

目前美国FDA对植物药的质量控制要求必须制定指纹图谱的检测标准，我国正在申请FDA临床试验的天津天士力集团的复方丹参滴丸、北京华颐制药厂的威麦宁胶囊、上海史泰隆制药厂的杏林制剂等都制定了指纹图谱的检测标准。

作为指纹图谱的研究，在条件许可的前提下，应尽量采用对照品对照或化合物的鉴定，鉴定其主要特征指纹的化合物结构，以提高指纹图谱的可信度。

由于供试品指纹图谱的合格性判断缺少客观性与科学性，他提出建立指纹图谱的计算机模拟识别系统，评价指纹图谱的相关性，以相关性判断供试品合格与否，不仅简便，而且客观。

近年来，随着中药现代化、国际化的深入发展，政府、企业和研究人员越来越清醒地认识到，控制中药的质量是我们亟待解决的关键技术之一，而中药指纹图谱则是控制原药材、半成品、最终产品真实性、一致性和稳定性的可行而有效的手段。

国家对中药指纹图谱十分重视，曾制定一系列政策和措施，加大对中药指纹图谱的研究和应用力度。

最近，国家科技部把指纹图谱列入“十五”重点攻关项目，还准备对目前进入国家部颁标准的中药注射剂及其药材进行系统的指纹图谱研究。

世界卫生组织曾委托我国的药品监督管理局起草《国际草药标准》，我们在起草的标准中将指纹图谱列入国际草药的质量控制，得到了世界卫生组织的称赞。

在新世纪，天然药物是国际药品市场的发

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