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张雪佳+刘文辉+刘冲+等
摘要：目的 分析比较新疆不同产地唇香草挥发油红外光谱，为其鉴定和质量控制提供依据。方法 利用红外光谱、二阶导数光谱，对新疆18个不同产地唇香草挥发油进行特征峰的指认和对比分析，并进行聚类分析。结果 通过特征峰峰形、峰位与峰强的对比，发现不同产地唇香草挥发油之间存在差异，聚类结果显示可将18个产地唇香草分为4类。结论 该方法直观、简单、方便、快速，并结合聚类分析，为唇香草挥发油的鉴别和质量控制提供了依据。
关键词：唇香草；挥发油；红外光谱；二阶导数光谱；聚类分析
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2014.09.025
中图分类号：R284.1 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2014）09-0086-04
维药唇香草Ziziphora clinopodioides Lam.为唇形科新塔花属植物芳香新塔花的干燥地上部分，喜生于山坡、草地及干旱坡地，主要分布在新疆[1]。唇香草味辛、微苦，性凉，具有强心利尿、理气化痰、消炎散结的功效，主要用于治疗心脏病、高血压、咳嗽、气管炎等疾病[2]。目前研究发现，唇香草具有明显的抗菌[4]、抗氧化[5]、抑制大鼠基础胃酸分泌[6]、扩张大鼠血管[7]等作用。化学研究报道，常采用高分离度快速液相色谱-二极管阵列检测器（RRLC-DAD）对不
基金项目：新疆维吾尔自治区科技支撑计划（201233134）
通讯作者：田树革，E-mail：tsgyz@sina.com
同产地唇香草进行指纹图谱研究与3种化学成分分析[8]，采用高效液相色谱法（HPLC）和RRLC对唇香草的熊果酸、齐墩果酸和咖啡酸、迷迭香酸进行含量测定[9-10]等。
傅里叶变换红外光谱法是化学结构分析与鉴定的常用方法之一。与传统中药分析方法相比，红外光谱法能获得样品的整体信息，具有直接、快速、无损、简便等特点，近年来在中药鉴定与质量控制研究方面应用较多[11-12]。本研究采用傅里叶变换红外光谱、二阶导数红外光谱与聚类分析，对新疆18个不同产地唇香草挥发油进行研究，为唇香草药材鉴定和质量控制提供依据。
1 仪器与试药
TENSOR 27型傅里叶变换近红外光谱仪（德国Bruker公司），DTGS检测器，光谱扫描范围4000～400 cm-1，光谱分辨率2 cm-1，扫描累计次数32次。769YP-15A粉末压片机（天津市科器高新技术公司）， 70-1型远红外线干燥箱（上海申光仪器仪表有限公司）。
唇香草样品采自新疆18个不同产区（见表1），由新疆医科大学中医学院中药系李永和主任药师鉴定为唇形科植物唇香草Ziziphora clinopodioides Lam.，样品标本存于新疆医科大学中药民族药标本馆。溴化钾（北京化工，优级纯）。
2 方法与结果
2.1 样品制备
样品去除泥沙，阴凉处干燥，粉碎后过200目筛，储存于干燥器中，备用。取18个不同产地唇香草各50 g粉碎后，加10倍量水，置挥发油提取器中，采用水蒸气蒸馏法蒸馏8 h，蒸馏液用乙醚萃取3次，合并萃取液，无水硫酸镁干燥，过滤，得到有特殊气味的淡黄色油状物即为唇香草挥发油，放置于-4 ℃备用。
2.2 测定方法
取挥发油样品1 ?L，均匀涂抹在压制好的溴化钾空白片上，然后放入傅里叶红外光谱仪进行测试。每个样品重复3次压片，获得3个光谱图，取平均作为单个样品的光谱，并进行分析。
2.3 数据分析
采用Omnic8.2与Origin7.5软件对所测得的原始光谱经自动基线校正、平滑、生成直线（扣除CO2对图谱数据的干扰），归一化处理和二阶导数求导后，根据18个产地唇香草挥发油测定所得的光谱图，记录不同波段上相对应的吸光度，应用Metlab 2011b软件进行分析处理，得到聚类分析树状图。
2.4 红外指纹图谱分析
挥发油是唇香草的主要活性成分，挥发油中含有酚类、醛类、内酯类等不饱和化合物[13]，主要由胡薄荷酮、异胡薄荷酮、薄荷醇等组成，其中胡薄荷酮含量最高，约占挥发油总成分的51.26%～84.24%[14]。与原药材比较，唇香草挥发油的红外指纹图谱信息量相对丰富，主要集中在1800～700 cm-1范围内，光谱图见图1，峰位详见表2。3442 cm-1附近为O-H伸缩振动；2954、2924和2871 cm-1附近为饱和烷烃的C-H（依次为CH3反对称，CH2反对称和CH3对称）伸缩振动和相对应的1453和1370 cm-1的（分别为CH2、CH3不对称和CH3对称）形变振动；1682 cm-1为羰基C=O伸缩振动峰；1613 cm-1为C=C伸缩振动峰；1286 cm-1为C-O伸缩振动，1209和1130 cm-1为C-O-C面内弯曲振动峰；1095 cm-1可能为极性取代基对酚醛-CH面内弯曲振动的增强；1028 cm-1可能为=C-O-C对称伸缩振动；936 cm-1可能为CH2的面外摇摆振动；876 cm-1可能是C-H的不对称伸缩振动提供；646 cm-1可能是由Ar-H振动提供。分析表明，唇香草挥发油红外图谱可以提供丰富的化学组成信息。挥发油红外光谱中，除伊宁县（S1）、特克斯县（S2）、蝴蝶谷（S11）、板房沟（S12）、芦草沟（S13）、雅山（S14）、托里乡（S16）和伊吾县（S18）的样品在1708 cm-1附近无峰外，其余吸收峰基本一致。为更好地区别与比较，需要通过二阶导数红外光谱对特征区做进一步分析。
2.5 二阶导数红外光谱分析
对18个产地唇香草挥发油红外光谱1800～600 cm-1波段进行二阶导数处理，由所得图谱（见图2）可进一步扩大各产地样本的差异，1710、1681、1288、1209 cm-1处为主要的吸收峰，各样品吸收峰在峰位上差异不大，但在峰高上存在差异，其中在1719 cm-1处，伊宁县（S1）、特克斯县（S2）、巴里坤（S8）、蝴蝶谷（S11）、芦草沟（S13）和伊吾县（S18）相对于其他产地的峰强明显较弱；巴里坤（S8）和芦草沟（S13）在1681 cm-1弱于其他样本；果子沟（S4）的二阶导数图与其他样本有明显不同，多出1662、1639、1616、1332、973 cm-1吸收峰，吉木萨尔县（S5）则在1533 cm-1处多出一峰。总体而言，各产地样品强吸收峰在峰位上相差不大，而主要差异来自吸收峰的强度，这说明各产地唇香草挥发油化学成分在种类上基本相似，在含量上却存在差异，而二阶导数图使这些差异扩大化、明显化。
2.6 红外光谱聚类分析
选取波段1800～500 cm-1作为特征光谱分析区域，对不同产地唇香草挥发油此区域光谱数据，先采用主成分压缩数据，得4个主成分PC1、PC2、PC3、PC4，其累计贡献率已经达到96.5%，然后进行聚类分析。聚类方法采用组间连接，度量采用平方欧式距离，聚类结果见图3。以距离5进行分析，伊宁县（S1）、蝴蝶谷（S11）、阿勒泰（S15）、沙湾县（S17）、奇台县（S7）、木垒县（S10）、板房沟（S12）、托里乡（S16）、雅山（S14）、昭苏县（S3）和特克斯县（S2）可以作为一类，玛纳斯（S9）、芦草沟（S13）、巴里坤（S8）、吉木萨尔县（S5）和伊吾县（S18）为一类，果子沟（S4）为一类，哈密白石头为一类。
3 讨论
本研究利用红外光谱对新疆不同产地的唇香草挥发油进行鉴定与分析，能够分析与控制维药唇香草挥发油的质量。通过比较分析不同产地挥发油红外光谱和二阶导数红外光谱，其部分吸收峰的峰形、峰位和峰强有细微的差别，推断是由于化学成分的类型与含量的差异所致。结合聚类分析，由1800～500 cm-1特征波段，采用主成分压缩数据，筛选主成分再进行聚类分析，结果可将18个产地唇香草分为4类。通过聚类结果可知，唇香草挥发油聚类不以空间距离为主要因素，可能与包括地形、海拔、土壤、温度、降雨、光照和周围植被类型等在内的地理环境与气候因素有关[15]。天山山脉贯穿新疆中部，影响着整个新疆的环境与气候，其复杂的特性使植被分布呈现多样性，而此次所采集的唇香草样本均沿天山山脉的东部、中部和西部分布，属不同类型的自然形态，导致唇香草化学成分存在差异。
挥发油是唇香草发挥其药理作用的主要成分，可作为药材质量控制的重要指标，结合以上分析手段及统计处理，对不同产地唇香草挥发油进行红外光谱鉴别及聚类分析，可作为综合评价唇香草质量的科学依据之一。红外光谱法结合聚类分析，可以为不同产地中药的鉴别和研究提供简便有效的分析方法。
傅里叶变换红外光谱法是一种测定分子吸收光谱的方法，由分子振动或转动引起偶极矩的净变化产生，从而可以鉴定化合物和分子结构。中药及其提取物是复杂混合物，使用红外光谱法直接鉴别中药材存在专属性差、分辨率低的问题，通过红外三级鉴定的方法（红外光谱、二阶导数红外光谱和二维红外光谱），同时利用计算机技术，模式识别和多元统计分析（如主成分分析、聚类分析和人工神经网络等），可有效地对中药材进行鉴别，扩大红外光谱在中药分析领域的应用范围。
参考文献：
[1] 刘勇民.维吾尔药志：上册[M].乌鲁木齐：新疆科技卫生出版社，1999：446-451.
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[5] Tian SG， Shi Y， Zhou XY， et al. Total polyphenolic （falconoid） content and antioxidant capacity of activity of different Ziziphora clinopodioides Lam. extract[J]. Pharmacognosy Magazine， 2011，7（25）：65-68.
[6] Saeed N， Mohammad D， Khadijeh H， et al. The inhibitory effect of Ziziphora clinopodioides Lam. on gastric acid output at basal， vagotomized and vagal stimulated conditions in rat[J]. Iranian Journal of Basic Medical Sciences，2010，2（13）：36-39.
[7] Fran?ois S， Haji AA， Corine GT， et al. Bioassay-guided isolation of vasorelaxant compounds from Ziziphora clinopodioides Lam[J]. Fitoterapia，2012，83：377-382.
[8] Shuge Tian， Qian Yu， Lude Xin， et al. Chemical fingerprinting by RP-RRLC-DAD and principal component analysis of Ziziphora clinopodioides Lam from different locations[J]. Natural Product Communications，2012，7（1）：81-82.
[9] 施洋，徐暾海，田树革.HPLC法测定新疆不同产地唇香草中齐墩果酸和熊果酸的含量[J].中国实验方剂学杂志，2010，16（16）：38-40.
[10] Zhou XY， Yu Q， Gong HY， et al. Simultaneous determination of caffeic acid and rosmarinic acid in Ziziphora clinopodioides Lam.[J]. Latin American Journal of Pharmacy，2011，30（8）：1651- 1655.
[11] 刘燕，唐铁鑫，邱新华，等.傅立叶变换红外光谱法鉴别金银花挥发油[J].中国中医药信息杂志，2013，20（11）：63-65.
[12] 刘素丽，陈建波，周群，等.黄芩采收季节的红外光谱三级鉴别与主成分分析[J].光谱学与光谱分析，2012，32（10）：2669-2673.
[13] 周晓英，武新华，刘波.唇香草中挥发油的理化性质研究[J].新疆医科大学学报，2003，26（3）：259-260.
[14] 李雪，张正方，唐军.唇香草挥发油的气相色谱-质谱分析[J].质谱学报，2008，29（2）：105-109.
[15] 陶曙红，吴凤锷.生态环境对药用植物有效成分的影响[J].天然产物研究与开发，2003，15（2）：174-177.
（收稿日期：2014-01-29；编辑：陈静）
2.6 红外光谱聚类分析
选取波段1800～500 cm-1作为特征光谱分析区域，对不同产地唇香草挥发油此区域光谱数据，先采用主成分压缩数据，得4个主成分PC1、PC2、PC3、PC4，其累计贡献率已经达到96.5%，然后进行聚类分析。聚类方法采用组间连接，度量采用平方欧式距离，聚类结果见图3。以距离5进行分析，伊宁县（S1）、蝴蝶谷（S11）、阿勒泰（S15）、沙湾县（S17）、奇台县（S7）、木垒县（S10）、板房沟（S12）、托里乡（S16）、雅山（S14）、昭苏县（S3）和特克斯县（S2）可以作为一类，玛纳斯（S9）、芦草沟（S13）、巴里坤（S8）、吉木萨尔县（S5）和伊吾县（S18）为一类，果子沟（S4）为一类，哈密白石头为一类。
3 讨论
本研究利用红外光谱对新疆不同产地的唇香草挥发油进行鉴定与分析，能够分析与控制维药唇香草挥发油的质量。通过比较分析不同产地挥发油红外光谱和二阶导数红外光谱，其部分吸收峰的峰形、峰位和峰强有细微的差别，推断是由于化学成分的类型与含量的差异所致。结合聚类分析，由1800～500 cm-1特征波段，采用主成分压缩数据，筛选主成分再进行聚类分析，结果可将18个产地唇香草分为4类。通过聚类结果可知，唇香草挥发油聚类不以空间距离为主要因素，可能与包括地形、海拔、土壤、温度、降雨、光照和周围植被类型等在内的地理环境与气候因素有关[15]。天山山脉贯穿新疆中部，影响着整个新疆的环境与气候，其复杂的特性使植被分布呈现多样性，而此次所采集的唇香草样本均沿天山山脉的东部、中部和西部分布，属不同类型的自然形态，导致唇香草化学成分存在差异。
挥发油是唇香草发挥其药理作用的主要成分，可作为药材质量控制的重要指标，结合以上分析手段及统计处理，对不同产地唇香草挥发油进行红外光谱鉴别及聚类分析，可作为综合评价唇香草质量的科学依据之一。红外光谱法结合聚类分析，可以为不同产地中药的鉴别和研究提供简便有效的分析方法。
傅里叶变换红外光谱法是一种测定分子吸收光谱的方法，由分子振动或转动引起偶极矩的净变化产生，从而可以鉴定化合物和分子结构。中药及其提取物是复杂混合物，使用红外光谱法直接鉴别中药材存在专属性差、分辨率低的问题，通过红外三级鉴定的方法（红外光谱、二阶导数红外光谱和二维红外光谱），同时利用计算机技术，模式识别和多元统计分析（如主成分分析、聚类分析和人工神经网络等），可有效地对中药材进行鉴别，扩大红外光谱在中药分析领域的应用范围。
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[15] 陶曙红，吴凤锷.生态环境对药用植物有效成分的影响[J].天然产物研究与开发，2003，15（2）：174-177.
（收稿日期：2014-01-29；编辑：陈静）
2.6 红外光谱聚类分析
选取波段1800～500 cm-1作为特征光谱分析区域，对不同产地唇香草挥发油此区域光谱数据，先采用主成分压缩数据，得4个主成分PC1、PC2、PC3、PC4，其累计贡献率已经达到96.5%，然后进行聚类分析。聚类方法采用组间连接，度量采用平方欧式距离，聚类结果见图3。以距离5进行分析，伊宁县（S1）、蝴蝶谷（S11）、阿勒泰（S15）、沙湾县（S17）、奇台县（S7）、木垒县（S10）、板房沟（S12）、托里乡（S16）、雅山（S14）、昭苏县（S3）和特克斯县（S2）可以作为一类，玛纳斯（S9）、芦草沟（S13）、巴里坤（S8）、吉木萨尔县（S5）和伊吾县（S18）为一类，果子沟（S4）为一类，哈密白石头为一类。
3 讨论
本研究利用红外光谱对新疆不同产地的唇香草挥发油进行鉴定与分析，能够分析与控制维药唇香草挥发油的质量。通过比较分析不同产地挥发油红外光谱和二阶导数红外光谱，其部分吸收峰的峰形、峰位和峰强有细微的差别，推断是由于化学成分的类型与含量的差异所致。结合聚类分析，由1800～500 cm-1特征波段，采用主成分压缩数据，筛选主成分再进行聚类分析，结果可将18个产地唇香草分为4类。通过聚类结果可知，唇香草挥发油聚类不以空间距离为主要因素，可能与包括地形、海拔、土壤、温度、降雨、光照和周围植被类型等在内的地理环境与气候因素有关[15]。天山山脉贯穿新疆中部，影响着整个新疆的环境与气候，其复杂的特性使植被分布呈现多样性，而此次所采集的唇香草样本均沿天山山脉的东部、中部和西部分布，属不同类型的自然形态，导致唇香草化学成分存在差异。
挥发油是唇香草发挥其药理作用的主要成分，可作为药材质量控制的重要指标，结合以上分析手段及统计处理，对不同产地唇香草挥发油进行红外光谱鉴别及聚类分析，可作为综合评价唇香草质量的科学依据之一。红外光谱法结合聚类分析，可以为不同产地中药的鉴别和研究提供简便有效的分析方法。
傅里叶变换红外光谱法是一种测定分子吸收光谱的方法，由分子振动或转动引起偶极矩的净变化产生，从而可以鉴定化合物和分子结构。中药及其提取物是复杂混合物，使用红外光谱法直接鉴别中药材存在专属性差、分辨率低的问题，通过红外三级鉴定的方法（红外光谱、二阶导数红外光谱和二维红外光谱），同时利用计算机技术，模式识别和多元统计分析（如主成分分析、聚类分析和人工神经网络等），可有效地对中药材进行鉴别，扩大红外光谱在中药分析领域的应用范围。
参考文献：
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[6] Saeed N， Mohammad D， Khadijeh H， et al. The inhibitory effect of Ziziphora clinopodioides Lam. on gastric acid output at basal， vagotomized and vagal stimulated conditions in rat[J]. Iranian Journal of Basic Medical Sciences，2010，2（13）：36-39.
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（收稿日期：2014-01-29；编辑：陈静）
