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摘要 共收集8个不同地区的17个珍珠样品原材料，利用傅里叶红外光谱分析设备分析收集样品的红外光谱（IR），通过对测试样品原始红外光谱（IR）的多点基线矫正、聚类分析（Cluster analysis）选取合适的珍珠测试样品，采用平均值法建立选取珍珠样品的红外指纹图谱共有模式。对所有样品的相似度分析结果表明，珍珠样品红外光谱与所建立的指纹图谱共有模式比较相似度均大于0.97。对不同产地的珍珠样品进行聚类分析，可将其聚为不同类群。相似度分析和聚类分析结果相吻合。因此，该方法所建立的红外指纹图谱可用于不同产地珍珠的鉴别。
关键词 珍珠；红外光谱；指纹图谱；聚类分析；相似度分析
中图分类号 S-03 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）12-032-03
目前，我国中药材品种鉴定方法种类繁多，然而越来越被大家广泛接受的是药材的指纹图谱分析技术。随着中药材定性和定量分析技术的多样化，多种色谱、光谱等分析技术同时被综合应用到中药、中间体及其制剂的指纹图谱的研究中。新方法和新技术的加入为指纹图谱的研究提供了大量新思路。刘小平等[1]用X射线衍射技术和红外光谱（IR）技术，首次建立了我国经典复方中药六味地黄丸的标准指纹图谱。刘韶等[2]选择具有代表性的复方汤剂黄连解毒汤，以指纹图谱为考察方法从整体上对传统的黄连解毒汤饮片汤剂与利用现代工艺制备的颗粒汤剂的质量进行综合分析，发现两者之间具有较好相似性。该试验结果表明，利用现代的颗粒汤剂代替传统的饮片汤剂是完全可行的。这为中药现代化提供科学依据。
IR技术是一种全成分信息的分析手段，操作简便，灵敏度高，谱带的专属性强。该方法特别适合于中药材的无损快速鉴别和样品的定量分析。目前，IR指纹图谱已经成为中药、中药提取物和中药制剂质量控制的重要方法。单鸣秋等[3]采用不同样品IR图谱的变异峰率和共有峰率两个指标，依据共有峰率建立了中药侧柏（Platycladus orientalis）叶IR指纹图谱双指标序列。该方法可以将不同产地和批次的侧柏叶准确地区分开来。王燕等[4]结合双指标序列法和聚类分析法，同时建立了淡菜的红外光谱指纹图谱。该图谱可以较好地鉴别出不同产地的淡菜。该研究也为海洋中药——淡菜的溯源提供了技术支持。王斌等[5]结合主成分分析和判别分析，建立了海马乙醇提取物红外光谱，实现不同类别海马的快速鉴别。邹华斌等[6]分别建立了甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch）的水和氯仿提取物的IR指纹图谱，通过比较指纹图谱的共有峰率、变异峰率可以准确鉴别品种和产地不同的甘草样品。为此，笔者利用红外光谱技术建立了珍珠的指纹图谱，利用相似度分析和聚类分析对其数据进行处理。制定的指纹图谱可以为珍珠的质量控制提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
中药粉碎机（FW135，天津泰斯特仪器有限公司）；压片机（YP2，上海山岳科学仪器公司）；傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet 5700，美国Thermo Nicolet公司）；电子天平（梅特勒-托利多仪器公司）。KBr为光谱纯，购于国药集团化学试剂有限公司。
1.2 样品来源及处理
珍珠样品B1～B17来源见表1。将从不同地区收集到的珍珠样品在60 ℃下恒温干燥24 h，利用中药粉碎机粉碎，然后称取过100目筛的珍珠样品粉末各0.1 g，储存于干燥器内，备用。
1.3 珍珠红外光谱数据采集及预处理
准确称取1.0 mg粉碎过100目筛的珍珠样品，按照1∶100的比例（w/w）加入到KBr中，均匀研磨，并且压制，使得样品呈透明片状，在KBr的背景下扫描32次，且平行试验3次，获得谱图，保存其CSV数据，求平均值。利用Origin8.0软件绘制光谱图。
2 结果与分析
2.1 珍珠红外图谱的采集
用软件origin8.0绘出各地区珍珠样品的红外指纹图谱。红外图谱中反映珍珠所含成分红外信号的叠加。由地域、质地、环境等外界因素对珍珠药材产生的影响可从红外光谱的差异较好体现。图1表明，同一产地珍珠样品红外光谱的峰形、峰相对强度基本相近，可知珍珠的主要成分相同，其生长环境和地域等因素也较相近。
2.2 珍珠红外图谱的聚类分析
采用远邻法、近邻法、中位数法、重心法、Ward最小方差法、组内平均连接法、组间平均连接法7种聚类分析法对样品进行分析考察，
发现采用Ward最小方差法比较理想。通过系统聚类分析，可将17个珍珠样品直观、清楚地区分开来，说明该方法可用于珍珠的鉴别与分类研究。图2表明，珍珠样品可聚为两个大组。第一大组包括样品B2、B6、B3、B5、B9、B7、B8，其中主要为广东和青岛地区的珍珠；第二大组又可分为3个小组，即B12、B15、B1属于海口，B10、B13、B16属于宁夏，B4、B11、B17属于贵阳。珍珠的质量与产地气候等自然条件密切有关。在环境相近时，珍珠的质量差异性小，它可聚为一类。
2.3 珍珠红外光谱相似度分析
表2表明，所收集的17个珍珠样品相似度均在0.97以上，有较高的相似度，说明珍珠成分基本相同，差异性较小。该结果与聚类效果相同，说明样品所在地域、环境的不同对珍珠成长的影响不明显，均可作为珍珠药材使用。
2.4 珍珠红外指纹图谱共有模式的建立、分析
取聚类图中最相近的10个珍珠样品，即B2、B6、B3、B5、B9、B7、B8、B14、B12、B15。用软件origin8.0，作出珍珠的共有模式。图3表明，不同产地的珍珠在成分上有很多相同，其红外图谱在4 000～400 cm-1有8个共有峰，即3 420 cm-1处为由于水分子的振动引起的吸收峰；2 918、2 517 cm-1为含C-H、-OH的有机物振动引起的吸收峰；1 780、1 464 cm-1为碳酸根离子的非对称伸缩；1 082 cm-1为碳酸根-离子的对称伸缩；862 cm-1为碳酸根离子导致的面外弯曲；714 cm-1为碳酸根离子导致的面内弯曲。
2.5 不同地区珍珠红外指纹图谱的比较
在各地区，选取一种珍珠样品，同时进行对比。图4表明，各地区珍珠样品整体红外光谱的峰形、峰相对高且大致相同，从而更能突出珍珠的共有模式。红外指纹图谱的强度有一定的差异。这主要是因为其地域的不同造成其所含成分和含量有一定的差异，而且受所处海域的温度、盐度和养殖条件等外在条件的影响。
3 小结
在解决中药质量标准与检测方法的探索中，红外光谱技术与色谱指纹图谱的作用日益显现。该技术的运用使得中药质量控制技术的研究得到有效的延伸与发展，基本形成光谱和色谱相互依存、相互补充的特点。在药物质量控制过程中，红外光谱能够进行药品原材料的质量控制和稳定性考察。色谱指纹图谱能够用于样品的高效分离、定量检测以及后续重点成分指标含量控制。两者互相渗透、相互补充，为中药现代化发展提供有效支撑。
参考文献
[1]刘小平，陈笑宇，宋青，等.六味地黄丸的X衍射指纹图谱鉴定研究[J].中药材，2005，28（3）：184-186.
[2] 刘韶，雷鹏，李新中，等.黄连解毒汤饮片汤剂与颗粒汤剂的指纹图谱比较[J].中国药师，2005，8（2）：117-119.
[3] 单鸣秋，姚晓东，池玉梅，等.侧柏叶红外指纹图谱共有峰率和变异峰率双指标序列分析法[J].光谱学与光谱分析，2009，29（8）：2092-2095.
[4] 王燕，王斌，徐银峰，等.基于聚类分析法和双指标分析法的淡菜红外指纹图谱比较研究[J].中国食品学报，2013，13（1）：178-182.
[5] 王斌，任西杰，王燕，等.基于聚类、主成分和判别分析的海马乙醇提取物红外指纹图谱研究[J].中国药学杂志，2013，48（4）：253-258.
[6] 邹华斌，袁久荣，杜爱琴，等.甘草氯仿提取物红外指纹图谱双指标序列分析法[J].中国中药杂志，2005，30（1）：16-20.
关键词 珍珠；红外光谱；指纹图谱；聚类分析；相似度分析
中图分类号 S-03 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）12-032-03
目前，我国中药材品种鉴定方法种类繁多，然而越来越被大家广泛接受的是药材的指纹图谱分析技术。随着中药材定性和定量分析技术的多样化，多种色谱、光谱等分析技术同时被综合应用到中药、中间体及其制剂的指纹图谱的研究中。新方法和新技术的加入为指纹图谱的研究提供了大量新思路。刘小平等[1]用X射线衍射技术和红外光谱（IR）技术，首次建立了我国经典复方中药六味地黄丸的标准指纹图谱。刘韶等[2]选择具有代表性的复方汤剂黄连解毒汤，以指纹图谱为考察方法从整体上对传统的黄连解毒汤饮片汤剂与利用现代工艺制备的颗粒汤剂的质量进行综合分析，发现两者之间具有较好相似性。该试验结果表明，利用现代的颗粒汤剂代替传统的饮片汤剂是完全可行的。这为中药现代化提供科学依据。
IR技术是一种全成分信息的分析手段，操作简便，灵敏度高，谱带的专属性强。该方法特别适合于中药材的无损快速鉴别和样品的定量分析。目前，IR指纹图谱已经成为中药、中药提取物和中药制剂质量控制的重要方法。单鸣秋等[3]采用不同样品IR图谱的变异峰率和共有峰率两个指标，依据共有峰率建立了中药侧柏（Platycladus orientalis）叶IR指纹图谱双指标序列。该方法可以将不同产地和批次的侧柏叶准确地区分开来。王燕等[4]结合双指标序列法和聚类分析法，同时建立了淡菜的红外光谱指纹图谱。该图谱可以较好地鉴别出不同产地的淡菜。该研究也为海洋中药——淡菜的溯源提供了技术支持。王斌等[5]结合主成分分析和判别分析，建立了海马乙醇提取物红外光谱，实现不同类别海马的快速鉴别。邹华斌等[6]分别建立了甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch）的水和氯仿提取物的IR指纹图谱，通过比较指纹图谱的共有峰率、变异峰率可以准确鉴别品种和产地不同的甘草样品。为此，笔者利用红外光谱技术建立了珍珠的指纹图谱，利用相似度分析和聚类分析对其数据进行处理。制定的指纹图谱可以为珍珠的质量控制提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
中药粉碎机（FW135，天津泰斯特仪器有限公司）；压片机（YP2，上海山岳科学仪器公司）；傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet 5700，美国Thermo Nicolet公司）；电子天平（梅特勒-托利多仪器公司）。KBr为光谱纯，购于国药集团化学试剂有限公司。
1.2 样品来源及处理
珍珠样品B1～B17来源见表1。将从不同地区收集到的珍珠样品在60 ℃下恒温干燥24 h，利用中药粉碎机粉碎，然后称取过100目筛的珍珠样品粉末各0.1 g，储存于干燥器内，备用。
1.3 珍珠红外光谱数据采集及预处理
准确称取1.0 mg粉碎过100目筛的珍珠样品，按照1∶100的比例（w/w）加入到KBr中，均匀研磨，并且压制，使得样品呈透明片状，在KBr的背景下扫描32次，且平行试验3次，获得谱图，保存其CSV数据，求平均值。利用Origin8.0软件绘制光谱图。
2 结果与分析
2.1 珍珠红外图谱的采集
用软件origin8.0绘出各地区珍珠样品的红外指纹图谱。红外图谱中反映珍珠所含成分红外信号的叠加。由地域、质地、环境等外界因素对珍珠药材产生的影响可从红外光谱的差异较好体现。图1表明，同一产地珍珠样品红外光谱的峰形、峰相对强度基本相近，可知珍珠的主要成分相同，其生长环境和地域等因素也较相近。
2.2 珍珠红外图谱的聚类分析
采用远邻法、近邻法、中位数法、重心法、Ward最小方差法、组内平均连接法、组间平均连接法7种聚类分析法对样品进行分析考察，
发现采用Ward最小方差法比较理想。通过系统聚类分析，可将17个珍珠样品直观、清楚地区分开来，说明该方法可用于珍珠的鉴别与分类研究。图2表明，珍珠样品可聚为两个大组。第一大组包括样品B2、B6、B3、B5、B9、B7、B8，其中主要为广东和青岛地区的珍珠；第二大组又可分为3个小组，即B12、B15、B1属于海口，B10、B13、B16属于宁夏，B4、B11、B17属于贵阳。珍珠的质量与产地气候等自然条件密切有关。在环境相近时，珍珠的质量差异性小，它可聚为一类。
2.3 珍珠红外光谱相似度分析
表2表明，所收集的17个珍珠样品相似度均在0.97以上，有较高的相似度，说明珍珠成分基本相同，差异性较小。该结果与聚类效果相同，说明样品所在地域、环境的不同对珍珠成长的影响不明显，均可作为珍珠药材使用。
2.4 珍珠红外指纹图谱共有模式的建立、分析
取聚类图中最相近的10个珍珠样品，即B2、B6、B3、B5、B9、B7、B8、B14、B12、B15。用软件origin8.0，作出珍珠的共有模式。图3表明，不同产地的珍珠在成分上有很多相同，其红外图谱在4 000～400 cm-1有8个共有峰，即3 420 cm-1处为由于水分子的振动引起的吸收峰；2 918、2 517 cm-1为含C-H、-OH的有机物振动引起的吸收峰；1 780、1 464 cm-1为碳酸根离子的非对称伸缩；1 082 cm-1为碳酸根-离子的对称伸缩；862 cm-1为碳酸根离子导致的面外弯曲；714 cm-1为碳酸根离子导致的面内弯曲。
2.5 不同地区珍珠红外指纹图谱的比较
在各地区，选取一种珍珠样品，同时进行对比。图4表明，各地区珍珠样品整体红外光谱的峰形、峰相对高且大致相同，从而更能突出珍珠的共有模式。红外指纹图谱的强度有一定的差异。这主要是因为其地域的不同造成其所含成分和含量有一定的差异，而且受所处海域的温度、盐度和养殖条件等外在条件的影响。
3 小结
在解决中药质量标准与检测方法的探索中，红外光谱技术与色谱指纹图谱的作用日益显现。该技术的运用使得中药质量控制技术的研究得到有效的延伸与发展，基本形成光谱和色谱相互依存、相互补充的特点。在药物质量控制过程中，红外光谱能够进行药品原材料的质量控制和稳定性考察。色谱指纹图谱能够用于样品的高效分离、定量检测以及后续重点成分指标含量控制。两者互相渗透、相互补充，为中药现代化发展提供有效支撑。
参考文献
[1]刘小平，陈笑宇，宋青，等.六味地黄丸的X衍射指纹图谱鉴定研究[J].中药材，2005，28（3）：184-186.
[2] 刘韶，雷鹏，李新中，等.黄连解毒汤饮片汤剂与颗粒汤剂的指纹图谱比较[J].中国药师，2005，8（2）：117-119.
[3] 单鸣秋，姚晓东，池玉梅，等.侧柏叶红外指纹图谱共有峰率和变异峰率双指标序列分析法[J].光谱学与光谱分析，2009，29（8）：2092-2095.
[4] 王燕，王斌，徐银峰，等.基于聚类分析法和双指标分析法的淡菜红外指纹图谱比较研究[J].中国食品学报，2013，13（1）：178-182.
[5] 王斌，任西杰，王燕，等.基于聚类、主成分和判别分析的海马乙醇提取物红外指纹图谱研究[J].中国药学杂志，2013，48（4）：253-258.
[6] 邹华斌，袁久荣，杜爱琴，等.甘草氯仿提取物红外指纹图谱双指标序列分析法[J].中国中药杂志，2005，30（1）：16-20.