藏荆芥和康藏荆芥的红外光谱鉴别

Identification of Nepeta hemsleyana and Nepeta prattii by Infrared Spectroscopy

摘要

为实现藏荆芥和康藏荆芥的鉴别，本文采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合二阶导数红外光谱技术，建立二者快速、专属的鉴别方法。采用FTIR仪获藏荆芥、康藏荆芥及E，Z-荆芥内酯的原始红外光谱图，采用OMNIC 9.0软件预处理光谱数据，OriginPro 2024软件绘制光谱图，系统比较了藏荆芥与康藏荆芥的红外光谱特征及差异。结果表明，藏荆芥和康藏荆芥的原始红外光谱图相似，指认出9个共有峰，分别为3 725、3 704、3 420、2 926、2 853、1 652、1 260、1 158、1 065 cm^-1，在3 420、1 652 cm^-1等处的峰强存在明显差异；经与E，Z-荆芥内酯标准品光谱对照，确认两种药材均含该成分，且藏荆芥特征峰吸收强度更高，提示其E，Z-荆芥内酯含量相对较高；1 800 ~ 1 200 cm^-1和1 200 ~ 400 cm^-1波段的二阶导数光谱揭示出二者在羰基、双键及指纹区吸收峰的显著区别，可为2种药材的鉴别提供依据。本研究建立的FTIR分析方法具有快速、无损、重现性好的特点，该方法为易混淆荆芥属藏药的快速鉴别提供了新的技术参考，弥补了传统鉴别方法的不足。

Abstract

To achieve reliable discrimination between Nepeta hemsleyana and Nepeta prattii, this study, employed Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) combined with second-derivative infrared spectroscopy to establish a rapid and specific identification method. The original infrared spectra of Nepeta hemsleyana, Nepeta prattii, and E,Z-nepetalactone were acquired using an FTIR spectrometer. Spectral data were preprocessed using OMNIC 9.0 software, and the spectra were visualized using OriginPro 2024. A systematic comparison of the infrared spectral characteristics and differences between the two species was conducted. The results showed that the original FTIR spectra of Nepeta hemsleyana and Nepeta prattii were generally similar, with nine common absorption peaks identified at 3 725, 3 704, 3 420, 2 926, 2 853, 1 652, 1 260, 1 158, and 1 065 cm^-1. However, notable differences in peak intensities were observed at 3 420 and1 652 cm^-1. Comparison with the reference spectrum of E, Z-nepetalactone confirmed the presence of this compound in both species, with stronger characteristic absorption peaks observed in Nepeta hemsleyana, suggesting a relatively higher content of E, Z-nepetalactone. Furthermore, second-derivative spectra in the ranges of 1 800 ~ 1 200 cm^-1 and 1 200 ~ 400 cm^-1 revealed significant differences between the two species in carbonyl groups, double bonds, and fingerprint regions, enabling effective discrimination between them. The FTIR-based method established in this study is rapid, non-destructive, and highly reproducible. It provides a novel technical approach for the rapid identification of closely related and easily confused Nepeta species used in Xizang's medicine, thereby addressing the limitations of traditional identification methods.

Graphical abstract

关键词

藏荆芥 / 康藏荆芥 / 红外光谱法鉴别

Key words

Nepeta hemsleyana / Nepeta prattii / Identification by infrared spectroscopy

藏荆芥（Nepeta hemsleyana）（藏药名：萨都那保）为唇形科荆芥属植物。其主要分布于西藏中部、南部地区，生长在海拔4 200 ~ 4 500 m的山坡路边、草地、林缘，其地上部分是传统藏药的入药部位^[1,2]。藏荆芥药用历史悠久，早在藏医药典籍中就记载本品息风止痉，消肿止痛，用于治疗癫痫抽搐，创伤肿痛^[3]。其后《甘露本草明镜》《藏药志》等典籍中也指出藏荆芥可治疗中风、癫痫、脑出血等疾病^[4]。康藏荆芥（Nepeta prattii）与藏荆芥同属唇形科荆芥属植物，其别名野藿香，主要分布于西藏东部、四川西部、青海西部等地区，生长在海拔1 920 ~ 4 350 m的山坡草地湿润处，海拔分布范围较广^[2]。康藏荆芥具有清热利湿的作用，用于治疗湿热黄疸，现代研究亦发现其还具有镇痛、抗炎等作用^[5,6]。二者虽同属荆芥属、均作藏药使用，但功效主治差异显著：藏荆芥偏于息风止痉、消肿止痛，多用于癫痫、抽搐、创伤肿痛、中风等病症；康藏荆芥重在清热利湿，临床多用于湿热黄疸。二者功效主治分属不同药用方向，品种一旦混淆，极易造成临床用药错位，影响疗效与用药安全。迄今为止，藏荆芥和康藏荆芥均未被《中国药典》（2025年版）收录，在品种鉴别方面也没有具体定论，仅《西藏自治区地方药材质量标准》初步建立了藏荆芥质量标准，但未对其指标成分和含量进行规定^[7]。因此，藏荆芥和康藏荆芥品种的鉴别就显得尤为重要。

目前，药材鉴定的新技术和新方法发展迅速，其中，传统鉴别方法仍然是药材鉴定的基础^[8]。传统鉴别方法主要有3种：一是基源鉴定；二是性状鉴定；三是显微鉴定^[9]。传统鉴别方法主要以眼看、手摸、鼻闻、口尝的鉴别技术为核心手段，依托鉴定人员的经验积累，通过识别药材的直观性状实现真伪与优劣鉴别^[10]。相较于传统鉴别方法，红外鉴别法在鉴别效率、成本等方面优势显著，前者对鉴定人员的经验依赖高且鉴定效率低，而红外鉴别法利用物质对不同波长红外光的吸收特性，来表征分子结构并实现定性或定量分析，快速判定药材真伪；相较于现代鉴别技术，如高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）、核磁共振波谱法（NMR）等其他现代仪器分析方法，红外鉴别法同样具有显著优势，HPLC、GC-MS 等方法前处理操作复杂，耗时长且耗材维护成本高昂，NMR 法虽前处理相对简便，但检测耗时久、数据分析难度较大，而本试验采用的FTIR法仅需简单压片处理，全程耗时不足1 h，远低于其他方法的前处理及检测时间，检测流程简洁高效^[11]，具有噪声低、光通量高、扫描速度快、波数精度高、测频范围宽等优点^[12]，应用范围不断被拓展。目前，红外光谱法已经成为中药材、中药炮制、中成药鉴别分析的有效手段，是中药化学成分组成、结构、含量研究的重要方法，在中药定量检验及定性鉴别中的应用价值得到公认。利用红外光谱技术对中药进行检测，既能客观反映中药内在物质基础，又能在宏观上有效控制中药整体质量^[13]。迄今为止，国内外尚未见采用 FTIR 技术结合二阶导数光谱对藏荆芥与康藏荆芥进行鉴别研究的文献报道。基于此，本文采用FTIR结合二阶导数红外光谱技术，系统分析藏荆芥和康藏荆芥的光谱特征及差异，建立快速、无损的鉴别方法，为二者的准确鉴别及质量标准制定提供科学依据。

1 试验分析

1.1 仪器

Nicolet iS 50 傅立叶变换红外光谱仪（美国 Thermo Fisher Scientific 公司）；250 W红外干燥烤灯（荷兰皇家飞利浦电子公司）；BCA3241-10CN 型十万分之一电子天平（德国 Sartorius 公司）；HL-250型粉碎机（中国上海赛耐机械有限公司）；鼓风干燥箱（美国 Thermo Fisher Scientific 公司）；9号药典筛（0.075 mm，绍兴市上虞圣超仪器设备有限公司）；OMNIC 9.0分析软件（美国 Thermo Fisher Scientific 公司）。

1.2 试剂与材料

E,Z-荆芥内酯标准品（纯度：98%，批号：N984944，上海麦克林生化科技有限公司）；溴化钾（纯度：光谱纯，批号：gfyj261，天津市光复科技发展有限公司）。试验样品均采集于西藏芒康县，每个样品均采集3份，经西藏农牧大学兰小中教授鉴定为唇形科植物藏荆芥与康藏荆芥的干燥地上部分。凭证标本（标本号：ZJJ-2025-09和KZJJ-2025-15）现保存于藏药资源保护与利用重点实验室。详细信息见表1。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

取藏荆芥和康藏荆芥地上部分，去除杂质，洗净，采用烘干法测定水分含量，置于50 ℃恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重，即连续3次测量，水分含量变化小于2%，粉碎，过9号药典筛（200目），保存备用。扫描红外光谱前溴化钾置于120 ℃烘箱中干燥30 min，样品于红外干燥灯下干燥30 min。

供试片制备：取光谱纯溴化钾粉末200 mg，置于玛瑙研钵中，充分研磨至粉末粒径均匀细腻，于直径13 mm的压片模具中，均匀平铺于模具内部，抽真空约2 min，手动加压至（0.8 × 10⁶）kPa，保持压力2 min，制备成透光性良好的透明薄片，作为供试品片，于FTIR仪上采集背景，用于扣除空气中的水和二氧化碳的影响。

样品片制备：称取样品粉末1 mg，溴化钾200 mg（样品:溴化钾=1:200），置于玛瑙研钵中研磨混匀，于直径13 mm压片模具中压片，抽真空约2 min，手动加压至（0.8 × 10⁶）kPa，保持压力2 min，得均一、透明的样品片，于FTIR仪上采集样品原始红外光谱。

1.3.2 光谱采集

将藏荆芥、康藏荆芥样品及标准品按“1.3.1”项下方法制得供试品片和样品片，供试品片用于采集背景，扣除空气中二氧化碳和水的干扰；将样品片置于FTIR仪中用于采集原始光谱。统一红外光谱采集条件：（扫描范围：4 000 ~ 400 cm^-1；分辨率：4 cm^-1；扫描次数：32次）单个样品重复扫描3次，3次扫描的光谱相关系数均大于0.999，取平均光谱。

1.3.3 数据处理

采集到的红外光谱数据，通过OMNIC 9.0软件进行去噪、基线校正、平滑、纵坐标归一化处理，导出 Savitsky-Golay 二阶导数光谱，参数设置为：平滑点数13；采用 Origin 2024b 软件绘制原始红外光谱和二阶导数红外光谱图谱。

2 结果与讨论

2.1 方法学考察

2.1.1 精密度试验

取藏荆芥与康藏荆芥样品，分别按“1.3.1”项下方法制备样品片，按“1.3.2”项下方法各连续测样6次。记录特征峰峰位与峰强，计算相对标准偏差。结果显示，藏荆芥特征峰峰位RSD值为1.03%，峰强RSD值为0.98%；康藏荆芥特征峰峰位RSD值为1.23%，峰强RSD值为0.97%，表明仪器精密度良好。

2.1.2 稳定性试验

取藏荆芥与康藏荆芥样品，分别按“1.3.1”项下方法制备样品片，按“1.3.2”项下方法每隔30 min测样1 次，共6次。结果显示，藏荆芥特征峰峰位RSD值为1.56%，峰强RSD值为1.73%；康藏荆芥特征峰峰位RSD值为1.25%，峰强RSD值为0.94%，表明样品稳定性良好。

2.1.3 重复性试验

取藏荆芥与康藏荆芥样品，分别按“1.3.1”项下方法制备样品片，按“1.3.2”项下方法测定，各制备6次。结果显示，藏荆芥特征峰峰位RSD值为1.64%，峰强RSD值为1.23%；康藏荆芥特征峰峰位RSD值为1.35%，峰强RSD值为0.97%，表明该方法重复性良好。

2.2 结果与分析

2.2.1 藏荆芥与康藏荆芥的原始红外光谱图比较

据文献报道，藏荆芥和康藏荆芥中含有较丰富的萜类、黄酮类等化合物^[14,15]，成分复杂，红外光谱能够完整地反映其化学成分。因而，本研究通过原始红外光谱图分析两种药材的相似性，二阶导数图谱分析差异性，为它们的鉴别和质量控制提供依据。

图1为4 000 ~ 400 cm^-1 范围内藏荆芥和康藏荆芥的原始红外光谱图。比较两种药材的原始红外光谱图可见，特征峰的峰形、峰位没有明显差异，光谱整体趋势相似，由此可推断藏荆芥和康藏荆芥药材所含的化学成分种类大致相同。其共有峰有9 个，分别是3 725、3 704、3 420、2 926、2 853、1 652、1 260、1 158、1 065 cm^-1。红外光谱中4 000 ~ 3600 cm^-1区间通常为游离O-H的伸缩振动吸收峰，两种药材光谱图均在3 725 cm^-1与3 704 cm^-1处均出现特征吸收峰，且峰形尖锐、强度适中，表明样品中存在游离O-H。3 420 cm^-1处吸收峰强度较大，峰形较宽为O-H的伸缩振动吸收峰^[16]，这主要源于藏荆芥中富含三萜酸类成分（如熊果酸、齐墩果酸）以及黄酮苷类化合物^[17]。藏荆芥在此处的峰强显著更高，提示与羟基相关成分相对吸收较强，可能与三萜酸类、酚类或黄酮苷类成分差异有关；2 926 ~ 2924 cm^-1处为亚甲基C-H的反对称伸缩振动吸收峰^[18]，2 854 ~ 2 853 cm^-1处为亚甲基C-H的对称伸缩振动吸收峰；1 652 cm^-1处为C=C双键的伸缩振动吸收峰^[19]，峰强度较高，提示其与C=C伸缩振动相关的成分吸收较强，可能与环醚烯萜类化合物差异有关（如荆芥内酯）^[20]；在1 300 cm^-1以下，1 260 cm^-1、1 158 cm^-1、1 065 cm^-1处均为C-O的振动吸收峰^[21]；950 cm^-1以下为糖环骨架振动吸收等多个指纹特征峰^[22]。原始红外光谱图中两种荆芥属植物差别较大的吸收峰主要有：二者部分吸收峰的峰形和峰强存在一定的差异，藏荆芥在3 420、1 652、1 069 cm^-1处的平均吸光度为（0.412、0.268、0.147），康藏荆芥在3 420、1 652、1 069 cm^-1处的平均吸光度为（0.205、0.132、0.072），前者峰强度大约是后者的两倍。因此，根据原始红外光谱图中特征峰的强度差异，直观反映了二者在主要活性成分相对含量上的不同，据此可对二者进行有效区分。

2.2.2 标准品对照分析

藏荆芥中富含具有抗炎、抗氧化等多种药理活性的荆芥内酯（Nepetalactone），其是多个分子量同为166.09的顺反异构体的统称^[23]，因此我们选择以E,Z-荆芥内酯作为红外对照标准品。对比分析E,Z-荆芥内酯与藏荆芥、康藏荆芥平均IR图（图2），发现藏荆芥与康藏荆芥均与E,Z-荆芥内酯在3 725、3 704、3 420、2 926、2 853、1 652、1 260、1 158、1 065 cm^-1（±2 cm^-1）处有吸收峰，分别为醇羟基O-H、亚甲基C-H、C=C双键、C-O的伸缩振动吸收峰。通过与E,Z-荆芥内酯的标准品红外谱图对照，为两种药材中E,Z-荆芥内酯相关成分的存在提供了初步光谱依据，仍需色谱或质谱进一步确证，也为今后建立康藏荆芥特征成分的质量评价方法提供了参考。

2.2.3 藏荆芥和康藏荆芥药材二阶导数IR分析

二阶导数红外光谱可提高重叠峰的分辨能力，确定谱峰的位置及数目，适用于谱图相似度较大的药材的鉴别^[18]。图3为藏荆芥和康藏荆芥样品的全波长二阶导数光谱，官能团区4 000 ~ 1 800cm^-1药材的二阶光谱峰位、峰形、峰强并无明显差异，不易区分；指纹区1 800 ~ 800cm^-1药材吸收峰明显，特征性强，因此可以通过对指纹区的差别进行分析，以鉴别两种药材。

从图3可以发现藏荆芥和康藏荆芥的二阶导数红外光谱主要在1 800 ~ 1 200、1 200 ~ 400 cm^-1 两个波段存在差异。截取放大指纹区，见图4、图5。图4在波段1 800 ~ 1 320 cm^-1内，主要区别有以下几点：（1）在1 681 cm^-1处藏荆芥的吸收峰强度远大于康藏荆芥，对应羰基C=O的伸缩振动^[24]，前者中此峰较为尖锐，主要来源于药材中的黄酮类化合物；（2）在1 667 cm^-1处，藏荆芥的吸收峰强度高于康藏荆芥，此处对应C=C双键的伸缩振动吸收峰，主要来源于药材中的环醚烯萜类化合物；（3）藏荆芥在1 647 cm^-1处的吸收峰可能同时包含芳香环骨架振动吸收以及共轭羰基的伸缩振动吸收峰^[25,26]，主要来源于药材中的黄酮类化合物、苯丙素类化合物以及萜类衍生物；（4）藏荆芥药材在1 550 cm^-1处有较弱的吸收谷，而康藏荆芥无吸收谷，此处对应芳香环骨架振动吸收峰；（5）在波段1 320 ~ 1 200 cm^-1内，藏荆芥有4个较弱的吸收谷，而康藏荆芥的二阶导数曲线无明显波动，较平缓，此区域属于C-O的伸缩振动吸收峰^[27]。

由图5可知，在1 150 ~ 1 000 cm^-1波段内，藏荆芥的二阶导数光谱上吸收峰更多，此处为C-O的伸缩振动吸收峰；在900 ~ 700 cm^-1波段内，藏荆芥出现了多个吸收峰，对应芳香环C-H面外弯曲振动^[19]，表明藏荆芥中含有更多甲氧基取代及多羟基取代或邻位、间位取代的黄酮及酚酸类成分。在此波段内康藏荆芥的二阶导数光谱相对更平稳，表明成分组成相对简单，这可能与其生长环境或遗传差异有关。综上所述，二者的原始红外光谱峰形、峰强度存在明显的差异，在二阶导数红外光谱1 800 ~ 1 200、1 200 ~ 400 cm^-1两个波段上，藏荆芥和康藏荆芥的差异更加显著。

3 结论

本研究采用 FTIR 技术，结合二阶导数谱图分析方法，对藏荆芥与康藏荆芥进行了系统的鉴别研究，建立了一种客观、快速、可靠的鉴别方法，以弥补传统性状鉴别的缺陷。

通过对比两者在4 000 ~ 400 cm^-1 范围内的原始红外光谱，得到以下结果：（1）两种药材整体光谱趋势相近，共有特征峰位置基本一致，提示其化学成分整体高度相似；（2）二者在特征吸收峰的峰形与峰强上存在可区分差异，反映出三萜类、环醚烯萜类、黄酮类等主要活性成分的相对含量存在明显区别；（3）经与E,Z-荆芥内酯标准品光谱对照，确认两种药材均含该成分，且藏荆芥特征峰吸收强度更高，提示其E,Z-荆芥内酯含量相对较高。（4）二阶导数红外光谱在指纹区（1 800 ~ 400 cm^-1）可揭示更细微的差异：在1 800 ~ 1 200 cm^-1区间，二者在羰基、C=C、芳香环及其共轭体系相关的特征峰强度上差异显著；在1 200 ~ 400 cm^-1区间，藏荆芥的C-O伸缩振动与芳香环C-H面外弯曲振动峰更为丰富，表明其黄酮、酚酸类成分结构更复杂多样。

综上所述，本研究为2种易混淆藏药的鉴别提供了技术参考，也为其质量标准制定提供了实验依据。但本研究仅通过红外峰强初步推断成分含量差异，后续将开展定量研究进一步验证。此外，药材的质量与鉴别效果易受产地生态条件、采收期等因素调控，生长环境的差异可能导致其化学成分的变化，采收时间的不同可能影响其特征成分含量，进而干扰红外光谱的峰形与峰强。因此，后续我们将进一步探讨本研究建立的红外鉴别方法在不同产地、不同采收期的藏荆芥与康藏荆芥样品中的适用性，同时结合化学计量法（如聚类分析、主成分分析）对红外光谱数据进行处理，提高鉴别方法的客观性和准确性；开展两种药材的化学成分分离与结构鉴定，明确红外特征吸收峰对应的具体化学成分。

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基金资助

藏荆芥化学成分及药理活性研究(Z2024023┫西藏自治区科技厅基地与人才项目┣XZ202501JD0026)

第四次全国中药资源普查西藏自治区中（藏）药资源普查(20200501-542301)

西藏农牧学院林学博士点（一期）(533325001)