基于现代分析技术的矿物药玄精石质量控制和快速鉴别研究

谢仁权 李玮 王贤书

摘要 [目的]应用现代分析技术建立矿物药玄精石饮片质量控制和快速鉴别分析的方法。[方法]对10个不同产地玄精石正品采用X射线荧光分析方法（XRF）和粉末X射线衍射技术（XRD）进行元素含量和整体特征测定和分析，并对玄精石进行热稳定性（TG-DSC）分析。[结果]XRF元素测试分析表明，矿物药玄精石除含有大量钙（Ca）、硫（S）外，还含有硅（Si）、铁（Fe）、铝（Al）、镁（Mg）、钾（K）、钠（Na）、锶（Sr）、钛（Ti）、磷（P）、铅（Pb）、氯（Cl）、锰（Mn）等微量元素，而不同产地微量元素的有无及含量差异较大。10批玄精石XRD指纹图谱相似度均达98%以上，具有很好的专属性。热重分析显示，从100 ℃升至200 ℃，玄精石发生大幅度失重，质量损失约为20%，符合石膏族矿物药特点，温度继续升高至1 000 ℃，其热稳定性好。[结论]该研究可为矿物药玄精石质量控制和快速鉴别奠定基础，也为临床安全用药提供理论依据。

关键词 现代分析技术；矿物药玄精石；质量控制；快速鉴别

中图分类号 R286 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）09-0182-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.053

Abstract [Objective]The research aimed to establish a method for quality control and rapid identification and analysis of mineral medicine Xuanjingshi decoction pieces. [Method] Xray fluorescence analysis （XRF） and powder Xray diffraction （XRD） were used to determine and analyze the element content and overall characteristics of 10 Xuanjingshi from different origins， and the thermal stability （TGDSC） of Xuangjingshi was analyzed. [Result] XRF analysis showed that the mineral medicine xuanjingshi contained in addition to a large amount of calcium （Ca）， sulfur （S）， but also contains silicon （Si）， iron （Fe）， aluminum （Al）， magnesium （Mg）， potassium （K）， sodium （Na）， strontium （Sr）， titanium （Ti）， phosphorus （P）， lead （Pb）， chlorine （Cl）， manganese （Mn） and other trace elements.The content of trace elements in the same place is quite different. The similarity of XRD fingerprints of 10 batches of xuanjingshi is over 98%. It has good specificity and can objectively reflect the intrinsic quality characteristics of mineral medicine xuanjingshi. It can be used as an accurate and rapid method for quality detection and identification of mineral medicine xuanjingshi. Thermogravimetric analysis showed that from 100 ℃ to 200 ℃， basalt had a large loss of weight， the mass loss was about 20%， which accorded with the characteristics of gypsum mineral drugs. The temperature continued to rise to 1 000 ℃. The thermal stability of basalt was good， which provided a basis for the preparation of drugs. [Conclusion] This study can lay a foundation for quality control and rapid identification of mineral medicine， and also provide a theoretical basis for clinical safety.

Key words Modern analytical techniques；Mineral medicine Xuanjingshi；Quality control；Rapid identification

玄精石是一種硫酸盐类石膏族矿物药，主要成分为含水硫酸钙（CaSO4·2H2O）。始载于《开宝本草》，具有滋阴、降火、软坚、消痰之功效，临床用于阳盛阴虚、壮热烦渴、头风脑痛、目赤障翳、重舌、木舌、咽喉生疮[1]。矿物药是中药的重要组成部分，在传统医学中的应用历史悠久，在临床上具有独特的疗效，为人类健康起到了有效的作用。然而矿物类中药质量控制和鉴定研究较为薄弱，常规的中药鉴别方法不能满足矿物类中药质量控制的要求，因此应用现代分析技术对矿物类中药质量控制进行系统研究很有必要。X射线衍射（XRD）、中红外光谱（IR）、近红外光谱（NIR）、原子吸收光谱（AAS）、电感耦合等离子质谱（ICP-MS）等方法都已经用于矿物类中药的鉴别研究[2]。目前关于玄精石生品和炮制品的质量标准研究，主要是EDTA法进行含量测定和理化鉴别[3-5]，专属性也不高，由于许多矿物药都含有大量相同的金属离子，区分度并不高，不能有效地控制石膏族玄精石的质量。也有采用X射线衍射分析技术对玄精石物相与结构进行研究[6-7]，但分析样品批次较少，不能客观地对玄精石质量控制进行全面表征。该研究采用X射线荧光（XRF）技术[7-8]、X射线晶体衍射（XRD）技术[9-10]和热重分析（TG-DSC）技术[11]，对10个产地玄精石样品的组成成分和整体特征进行了测定和分析，3种方法相结合，分析玄精石的主要元素含量和整体特征指纹图谱及热稳性，以期为矿物药玄精石质量控制和快速鉴别奠定基础，也为临床安全用药提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

样品购于四川、亳州、花果园等药材市场，编号和产地见表1。经贵州中医药大学药学院李玮教授鉴定为以无机物为主的矿物中药玄精石。取玄精石原药材，除去杂质、洗净，干燥，碾碎过200目筛。

1.2 主要仪器

德国Bruker D8 Advance X射线衍射仪；Axios max X射线荧光光谱仪（荷兰帕纳科公司）；STA449F3同步热分析仪（德国耐驰公司）。

1.3 方法

1.3.1

X射线荧光光谱分析。取样品4.00 g，过300目筛，采用专用制样机将样品制样，用Axios 4.0型X射线荧光光谱仪分析其化学成分。试验条件：功率4 kW、工作电压60 kV、工作电流120 mA、铑靶X光管。

1.3.2

X射线衍射分析。试样研磨成10 μm左右的细粉末，填入德国Bruker D8 Advance X射线衍射仪样品台的凹槽中，用载玻片压平。试验条件：Cu靶、电压40 kV、电流40 mA、扫描范围5°～90°，扫描速度6°/min。在设定条件下，采集样品X射线粉晶衍射图谱，用Jade 6.0软件对样品的X射线衍射图谱进行分析处理。

1.3.3

热重分析（TG-DSC）。取5 mg样品，过200目筛，放在铝皿中，盖上盖子，用卷边压制器冲压制得供试品，用STA449F3同步热分析仪对样品进行热分析。试验条件：加热温度0～1 000 ℃，升温速率为20 ℃/min，灵敏度达±0.1 μW，气氛为静态空气。

2 结果与分析

2.1 玄精石XRF元素分析

XRF可分析从9F到92U的所有元素，且含量范围覆盖常量、微量和痕量，同时制样方法简单[12]。采用XRF粉末压片法测定10批玄精石样品化学元素，结果见表2。

从表2可以看出，所测玄精石样品含有钙（Ca）、硫（S）、镁（Mg）、钾（K）、钠（Na）、磷（P）、氯（Cl）等常量元素；且Ca和S的含量较高，排在第1、2位；还含有铁（Fe）、铝（Al）、钛（Ti）、硅（Si）、锶（Sr）、铅（Pb）、锰（Mn）、铅（Pb）等微量元素，不同产地的微量元素的存在与否有明显差异，这主要与地质环境有关。这些元素构成了矿物药玄精石药效的物质基础。铁、锌、铜、碘、硒、铬、钴和钼已经被认定为是必需微量元素；锰、硅、镍、硼、钒被认定为可能的必需微量元素；而氟、砷、镉、铅、汞、铝、锡和锂则认为是具有潜在毒性[13]。通过XRF测量，表明玄精石中含有铁（Fe）、锰（Mn）、硅（Si）等人体必需的微量元素，这些元素进入人体后可以促进有效成分的作用。而如铅、铝等对人体有害元素，在用药中要采取一定的处理措施控制其含量，为玄精石的临床应用提供依据。

2.2 玄精石X射线指纹图谱分析

粉末XRD技术是矿物、材料等方面最常用的方法之一，已经发展得相当成熟，X射线指纹图谱成为研究中药材道地性评估指标的有效物理分析方法。将其应用于矿物药具有快速简便、图谱稳定可靠、指纹性强并能立即得知样品组分的特点[14-19]。

2.2.1

玄精石XRD指纹图谱形态。利用XRD的整体识别法，直观获取10批玄精石的X射线衍射共有图谱，结果见图1。图谱显示10批玄精石共有几何拓扑图谱规律比较一致，表现为2θ值在5°～61°存在数个尖峰，各组分都在衍射图上贡献出自己特有的一组衍射峰，且各样品强度有差异，证明其主成分的相似性，衍射谱线强度大小与相应各成分含量有关，能客观地反映玄精石药材的内在质量特征。通过XRD分析可确定玄精石晶态物质独特的X射线衍射特征图谱，可以实现简便快速、可靠鉴别。

2.2.2

玄精石XRD指纹图谱寻峰处理。进一步以10批玄精石X衍射图谱中的峰平均值绘图，得平均数图（图2a）；同时以10批玄精石X衍射图谱中的峰中位数值绘图，得中位数图（图2b）。可建立具有很好专属性的玄精石XRD-Fourier指纹图谱。

在平均数图和中位数图中应用MDI Jade 6.0软件数字信号处理技术对生玄精石指纹图谱进行寻峰处理，经过分析、比较，分别选取强度较大的共有特征峰，得平均值共有峰值和中位数共有峰值均为14个，数据见表3。在Jade 6.0软件中进行的物相检索显示，矿物药玄精石的品质与其所含石膏晶体密切相关，所指定的14个指纹峰均为矿物药玄精石的主要成分石膏晶体的XRD特征峰。玄精石XRD Fourier指纹图谱既能很好地反映矿物药的整体特征，又能体现矿物药的组成结构，专属性强、准确度高，为玄精石药材的鉴定和质量评价提供科学依据。

2.2.3

玄精石相似度分析。根据玄精石XRD Fourier指纹图谱中14个特征峰晶格间距d（）、峰位（2θ）、相对峰强I/Io（%），以各自的均值为参照，以夹角余弦法和相关系数法计算玄精石XRD指纹图谱的相似度，结果见表4。由表4可知，10批玄精石与共有模式相比较，平均值的夹角余弦值为0.980 2～0.999 8，10批药材均达0.98，其中有7批药材达0.99以上，相关系数为0.986 5～0.999 8，有7批药材达0.99以上；中位数的夹角余弦值为0.985 5～0.998 8，相关系数为0.987 2～0.998 8，有6批达0.99以上。可见玄精石对照图谱的相似度很好，说明市场上的玄精石品质比较统一。X-衍射图谱研究显示，玄精石图谱共有峰相似度均大于98%，说明使用粉晶X-射线衍射分析可以很容易对玄精石进行鉴别。

2.3 玄精石热稳定性分析

热分析能够从整体上反映出样品在热作用下的质量和能量变化情况。矿物中药采集后一般要经过炮制处理，炮制过程中可以去除原藥所含的有毒元素，有利于用药安全[20-22]。玄精石的TG/DSC图谱如图3，曲线显示该样品从室温升到100 ℃时玄精石几乎未发生失重，从100 ℃升至200 ℃时发生大幅度失重，结合差热数据分析，温度为183.664 ℃失重约为20%，说明样品内部CaSO4·2H2O分子结晶水受热挥发。同时DSC曲线在此温度范围内出现明显的下凹峰，与此失重对应，且为吸热反应。此结果与李钢等[7]的研究结果一致。温度从200 ℃继续升高至1 000 ℃，质量趋于一条平稳直线，也未出现放热或吸热峰，表明整个热解反应过程结束，达到恒重，说明其热稳定性好，这为玄精石要炮制后入药提供理论依据。

3 小结

该研究对10个不同产地玄精石正品采用X射线荧光（XRF）技术、X射线晶体衍射（XRD）技术和热重分析（TG-DSC）技术进行元素含量和整体特征测定和分析，结果表明，XRF元素测试分析表明，矿物药玄精石除含有大量钙（Ca）、硫（S）外，还含有硅（Si）、铁（Fe）、铝（Al）、镁（Mg）、钾（K）、钠（Na）、锶（Sr）、钛（Ti）、磷（P）、铅（Pb）、氯（Cl）、锰（Mn）等微量元素，而不同产地微量元素的有无及含量差异较大。10批玄精石XRD指纹图谱相似度均达98%以上，具有很好的专属性，能建立客观反映玄精石药材的内在质量特征谱，可作为矿物药玄精石准确、快速质量检测与鉴别的手段。热重分析显示，从100 ℃升至200 ℃，玄精石发生大幅度失重，质量损失约为20%，符合石膏族矿物药特点，温度继续升高至1 000 ℃，其热稳定性好，为炮制后入药提供依据。

该研究应用现代分析技术从不同方面对矿物药玄精石的研究，均为研究矿物药常用手段，各方法具有其特性，互相印证、互相补充，取得了良好的结果，为矿物药玄精石的质量控制、快速鉴别和安全用药提供更为全面可靠的依据，也为其他中药材的鉴别、表征和质量控制提供一种新方法。

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