中药指纹图谱的原理与应用

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1、中药指纹图谱的原 理与应用 2001级 药学院 李勇 沈全妃 沈林强 朱建波 乔洪翔 方亮 江周虹 中药指纹图谱，即中药身份证，主要指中 药化学指纹图谱，实际上是一种保证中药质量 的措施，是指对某种中药材或中成药等运用现 代分离分析科学的手段，得到能够标示该中药 的色谱或光谱的图谱，最终用来对中药质量评 价的科学性方式。它有两个显著特点，一是通 过指纹图谱的特征性，能有效鉴别样品的真伪 或产地。二是通过指纹图谱主要特征峰的面积 或比例的制定，能有效控制产品的质量，确保 产品质量的相对一致。 中药指纹图谱借用DNA指纹图谱发 展而来，最先发展起来的是中药色谱指 纹图谱。中药色谱指纹图谱是一种综合

2、 的，可量化的色谱鉴定手段2。借以鉴别 真伪，评价原料药材、半成品和成品质 量均一性和稳定性。其基本属性是“整 体性”和“模糊性”。 中药指纹图谱按应用对象分类，根据中药 指纹图谱可用于中药制剂研究、生产过程的各 个阶段，可分为中药材(原料药材)指纹图谱、 中药原料药(包括饮片、配伍颗粒)指纹图谱和 中药制剂指纹图谱。如分得更细，还可包括用 于工艺生产过程中间产物的指纹图谱。两种中 药原料药指纹图谱应区别对待。对中药饮片指 纹图谱的要求基本和中药材指纹图谱相同。对 中药配伍颗粒(包括标准提取物)指纹图谱应要 求高一点 。 中药指纹图谱按测定手段可分为中药化学( 成分)指纹图谱和中药生物指纹图谱

3、。中药化学 (成分)指纹图谱系指采用光谱、色谱和其他分 析方法建立的用以表征中药化学成分的特征的 指纹图谱。光谱最常用的是红外光谱(IR)。色 谱最常用的是薄层色谱(TLC)、气相色谱(GC) 、高效液相色谱(HPLC)和毛细管电泳(CE)。其 他方法包括波谱和联用技术。中药化学指纹图 谱首推色谱方法和联用技术。TLC法简便易行 ，但提供信息量有限，很难反映几十种、上百 种化学成分组成的复杂体系。GC适用于挥发 性化学成分。HPLC适用于非挥发性成分，中 药中大部分化学成分均可用HPLC法得出良好 的指纹图谱。CE适用于大部分化学成分，特别 是生物大分子肽和蛋白的分离，但其重现 性有待提高。

4、联用技术是最有效的建立指纹图谱的方法，如 GC/MS，HPLC/MS，HPLC/MS/MS等可大量 提供各种信息，符合解决中药复杂体系的要求 ，但仪器价格昂贵。不易推广使用。总之，目 前使用最多的中药化学指纹图谱是用HPLC方 法。中药生物指纹图谱包括中药材DNA指纹图 谱和研究中的中药基因组学指纹图谱、中药蛋 白组学指纹图谱。中药基因组学图谱和中药蛋 白组学指纹图谱系指用中药制剂作用于某特定 细胞或动物后，引起的基因和蛋白的复杂的变 化情况，这2种指纹图谱似可称为生物活性指 纹图谱。目前而言，最主要和常用的是中药化 学指纹图谱，特别是中药HPLC指纹图谱。 下面，对各种指纹图谱 分门别类加以

5、介绍。 薄层色谱(TLC)由于操作简单，展开剂组成灵 活多样，色谱后衍生方便，可以提供色彩斑澜 的彩色图像，直观易辨，在中药鉴别中应用频 率最高。采用合格材料和标准操作，可得到高 质量的色谱图像，于同板同时比较鉴别多个样 品，配合数码成像和数据处理，还可瞬间形成 轮廓图谱，并给出各峰积分值，加大信息量， 从而提高综合分析能力，比较适合原料药材指 纹图像分析。由于薄层色谱法是一种开放系统 ，外界影响因素较多，必然会增加实验的难度 。 气相色谱(GC)以气体为流动相，对于含挥发性 成分中药的鉴别具有一定优势。由于裂解气相 色谱具有操作简便、样品无须化学前处理、提 供信息量大等优点而格外引人注目。该

6、方法将 样品故人裂解器内，在一定的条件下将样品加 热使其瞬间裂解，生成可挥发性的小分子物质 ，立即被载气带人气相色谱系统的分析柱上， 分离后得到具有指纹性质的裂解气相色谱图。 如果将气相色谱与质谱、傅立叶变换红外光谱 联用，则不但可以知道不同中药中挥发性成分 的差别，而且可以对这些成分进行鉴定。 高效液相色谱(HPLC) 具有分离效能高、分析速度快、灵敏度高 、方法重现性好、选择性高、适用的样品类型广泛等特点。已经 普遍应用于中药材及制剂的分析检测，特别是三维高效液相色谱 法，近年来发展很快，非常适合构建中药指纹图谱。与薄层色谱 相比，它是封闭系统色谱，受外界影响小，色谱稳定性、重现性 好，其

7、分离、鉴别能力远远高于薄层色谱。在中药指纹图谱中首 推高效液相色谱指纹图谱。HPLC所分析的中药中，有相当部分 为次生代谢产物，而这些产物的组成和含量不仅和药材本身的种 属有关，同时还与植物后天所处的地域环境、生长条件、采摘时 间和炮制方法有很大的关系。对于中成药来说，与产品的加工过 程也有很大的联系。不同的加工过程与方法都将对所得的指纹图 谱有相当影响，表现在峰高、峰面积、保留时间以及峰数量上的 变化等。因此，HPLC不仅可以用来对生药的真伪、优劣进行鉴 定，同时还可以对中药的加工过程进行监测，可以有效地分析鉴 定经过不同的炮制、加工的中成药。 高速逆流色谱指纹图谱(HSCCC finger

8、printspectrum ，即调整逆流色谱法) HSCCC利用动态液-液分配原理 分离样品，其分离度和重现性与HPLC类似，但样品前 处理简单。具体地说它是一种基于液-液多级逆流萃取 建立的色谱体系，以轻巧的聚四氟乙烯螺旋管作分离 柱，在行星式运动中连续地完成整个分配、传递、分 离过程；无固相载体，避免了待分离样品与固相载体 表面发生化学反应而变成不可逆吸附；分辨率高，可 分离纯品；可采用正向或反向的连续洗脱、步级洗脱 、梯度洗脱等方式；可采用多种多样的溶剂系统实现 物质的对流分配；能在一个流程中分离复杂样品中极 性差异极大的各个组分，特别是能有效地分离强极性 的组分；仪器及试剂成本明显低于

9、高效液相色谱，适 用于制备高纯度、高附加值的化合物。超临界流体色谱法(SFC) 以超临界流体作流动 相，它通过控制压力调节流动相的密度实现对 溶解度的调节，从而使不同物质分别进行溶解 与分离。超临界流体溶解能力强，流动性好， 传质速率快，融合了HPLC和GC的优点而部分 地避免了它们的缺点。SFC比GC应用范围更广 ，比HPLC定量效果更好，分离的时间更短， 样品的前处理更简单，更易与大型分析仪如质 谱仪、傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振谱仪 等联用。SFC适用范围很广，理论上，能够用 HPLC分离和测定的化合物，都可以用SFC来分 离和测定，某些用HPLC不能分离的物质用SFC 也能得到较好的

10、效果。 近10多年来发展很快的高效毛细管电泳技术 (HPCE)是一种高效分离分析技术，以高压电 场为驱动，毛细管为分离通道，依据样品中各 组分淌度和分配行为上的差异而实现分离。具 有灵敏度高、柱效高、分析速度快、所需样品 量少、溶剂消耗少和抗污染能力强等优点。不 仅适用于小分子酸、碱、盐及中性分子和生物 大分子如核酸、多肽、蛋白质等的分析，在中 药有效成分分析方面也显示出一定优势。中药紫外光谱(UV)特征的差异，在定 程度上反映了中药化学成分的差异。某 些情况下，伪品虽可在外观上以假乱真 ，但其化学成分的组成和含量与正品必 有差异，这种差异在紫外光谱上必有所 反映。如果中药亲缘相近而紫外光谱不

11、 易区别，可采用多阶导数光谱法提高分 辨率。红外光谱(IR)一直是药品鉴定的权威方法，但 这是对纯物质而言的。中药提取液是复杂的混 合物体系，这一混合物的红外光谱在本质上与 纯化合物的红外光谱不同，它是混合物中各组 分红外光谱的叠加。中药各种化学成分只要质 和量相对稳定，并且样品的处理方法按统一要 求进行，则其红外光谱应是相对稳定的。这样 得到的混合物红外光谱应该具有一定的客观性 和可重复性。据此原理，不必将混合物红外光 谱各主要吸收峰进行归属，只要在4000400cm -1范围内比较光谱的差异即可。应该指出，紫 外和红外光谱都具有加和性，对于混合物来说 ，其鉴别专属性差，分辨率低。需借助计算

12、机 模式识别技术或模糊数学方法进行处理。三维荧光光谱指纹技术是研究样本的三 维荧光指纹特征，建立起对照品的三维 荧光指纹图谱，而不同的药物具有各自 特征的指纹图类型和特征指纹，药物的 荧光强度与其含量成正相关关系。因此 ，荧光强度可作为药物含量评估的依据 之一。三维荧光光谱技术比常规荧光分 析方法更能反映激发波长和发射波长同 时变化时的荧光强度信息，而且具有灵 敏度高、选择性好等优点。 核磁共振波谱(NMR)是鉴定有机化合物结构的 常规方法和重要手段。植物中药特征性化学成 分往往不限一种，多表现为特征性成分组。因 此，其特征性标准提取物的NMR谱是其中各种 成分图谱的叠加。在混合物的NMR图谱

13、上，除 每个信号在磁场中的共振数据外，信号的相对 强弱反映了混合物中各组分的相对含量。当图 谱不太复杂时，也可观察到某些信号的偶合关 系。通过对各化合物进行结构鉴定和NMR研究 ，可实现植物中药NMR指纹图谱的解析。 传统的质谱技术无法测定大分子(分子量超过2000Da) 、极性分子和难汽化分子的结构。电喷雾电离 (electrospray ionization，ESI)和基质辅助的激光解吸电 离(matrix assisted laser desorption ionization，MALDI)等 软电离技术使简便、快速、准确地研究生物大分子成 为可能。目前质谱法已成为研究生物大分子特别是蛋

14、 白质和核酸的核心技术之一。将中药提取物置于质谱 仪中进行电子轰击电离，可获得提取物中化学成分的 EI-MS图。不同中药提取物所含成分不同，所得质谱图 显示的分子离子峰及进一步的裂解碎片峰亦不一致， 可用于鉴别。MS法灵敏度及准确度高，指纹特征性强 ，常与HPLC、GC联用。液相色谱可以起到脱盐和浓 缩样品的作用，减少盐或其它小分子对样品离子化的 影响而降低样品的损耗和污染。液相色谱与质谱在线 联用使质谱法与常规的蛋白质分析方法可以很好的联 用，其精确度和灵敏度都大大超过了常规方法。并且 ，快速流动的在线分离技术是一种高效率的生物分析 方法。用LC/ESI/MS进行生物大分子的分析鉴定能获 得

15、满意的结果。 X射线衍射法(XRD)是研究物质的物相和晶体 结构的主要方法。当对某一物质进行衍射分析 时，该物质被射线照射而产生不同程度的衍射 现象。物质的组成、晶型、分子内成键方式、 分子的构型等决定该物质产生特有的衍射图谱 。如果是混合物，则所得衍射图是各组成成分 衍射效应的叠加。只要混合物的组成是恒定的 ，衍射图就可作为混合物的特征谱。衍射法所 获得的信息量大，指纹性强，稳定可靠，是中 药定性鉴别的可靠依据。另外，该方法所需样 品量小，不破坏样品，操作简单。 现代分子生物学研究发现，核苷酸序列含有生命有机物构建、维 持和繁殖生命所必需的遗传信息，不同种生物体含有不同的DNA 序列，同种生

16、物体既有相同的DNA序列，保持同种生物体的遗传 性状，又具有多态性，使同种生物各个体千差万别。由于这种核 苷酸序列是相对稳定的，因而可以利用现代分子生物学技术构建 DNA指纹图。其原理是：每个生物体个体的DNA经酶切后，电泳 分离，用标记的DNA探针杂交和放射自显影后形成的带纹分布应 该是有区别的，具有个体、群体和物种的特异性(DNA fingerprintion，DNAfp)。如要了解中药复方制剂中的某味药是否 存在，通过对这种中药材的分子遗传标记的研究，找到具有该种 高度特异性的片段，便可以此为基础，制备出对该种高度特异性 的寡核苷酸探针，再经分子杂交进行指纹分析，即可达到鉴别目 的。DNA指纹图具有高度的个体特异性。DNA指纹图谱技术包括 AP-PCR(arbitrary primer PCR，任意引物聚合酶链式反应)和 RAPD(随机扩增多态性DNA，randomly amplified polymorphic DNA)两种指纹图谱技术。RFLP (限制性内切酶片段长度多态性 ，restriction fragment l