红外“指纹”让中药“透亮”起来——访清华大学分析中心孙素琴

张东风  本报记者

　　野山参价格昂贵，其形体完整与否，价格高低相差甚大。既不破坏野山参的完整性，又可利用现代科学仪器和技术对其进行分析鉴别，一直是人参专家和中药科研人员的一个梦想。最近，清华大学的一位专家告诉记者，用红外光谱分析做到这一点“应该没有问题”！

　　“红外”帮中药识别真假优劣
　　5月长假之后的一天，记者与杭州的一位人参专家一同来到清华大学分析中心，亲自体验了一次一种被称为“直接、快速、无损”的红外光谱鉴别方法。只见专家将野山参样品放在红外光谱仪的测定“托盘”上，然后在键盘上熟练地点击了几下，2分钟不到，电脑显示屏上就出现了一幅野山参的红外“指纹图谱”。随后，专家给11个样品分别都绘出了“指纹图谱”。经过解谱分析，专家告诉我们，初步看，野山参具有特征的、一致的相对低的淀粉类峰和相对高的油脂类峰。这与野山参经验鉴别的特征完全吻合。专家说，他们只要对更多的样品进行反复测定，确定了野山参的红外标准图谱，以后鉴别野山参，只要与标准图谱一对照，就可以知道是真是假了。
　　这位专家就是清华大学分析中心的红外专家孙素琴教授。
　　孙教授一门心思钻研红外技术已近二十年，对国际上红外研究方面的最新技术与信息了如指掌，圈外人看起来像天书一样的红外图谱，在她的眼里非常清楚，是什么就是什么，一目了然。2003年2月，由她任总负责人承担的国家中医药管理局中医药科技重大项目——“中药材光谱法快速检测系统的研究”通过验收；2004年12月，由她领衔承担的科技部国家重大科技专项“重要技术标准研究”课题“食品、中药与天然药物有效成分检测技术研究”专题“中药红外光谱筛选方法研究”，完成了《中药红外光谱分析方法通则》国家标准的起草制定并通过了专家审定，目前正在报国家标准化管理委员会审批。
　　在孙教授那儿，记者看到了更多的中药红外“指纹图谱”，有药材的、配方颗粒的，还有注射剂的……
　　前几年，闹得沸沸扬扬的“马皮事件”，因为驴皮、马皮制成的阿胶难以区分，曾经让中药专家伤透了脑筋。可在红外光谱图上，真的和假的就是不一样，一眼就能看得出。孙教授说，假阿胶里不光有马皮，还掺有纤维、碎骨头等其他东西。假甘草、假大黄……就连市场上被人用水提取后再出售的药材地黄，只要一上红外光谱仪器，就会原形毕露。再有现在市面上的保健品，如灵芝产品、西洋参产品，主要成分除了乳糖、蔗糖、葡萄糖，就是淀粉；劣质燕窝里放的是猪皮、明胶和银耳，这一切都逃不出孙教授的双眼，因为它们的红外“指纹”信息让它们暴露无遗。
　　除了鉴别真假，丹参是陕西产的、云南产的、山东产的，还是湖南产的？当归是室内干燥、晒干还是冷冻干燥，是用麦杆、蚕豆杆还是木材熏制的？地黄加酒炮制的时间是长是短，熟地黄到底熟不熟？槐花是生槐花、炒槐花，还是槐花炭？都能从它们不同的红外“指纹图谱”上分辨得一清二楚。
　　十四味小儿抽风散的配方中缺了哪一味药？鹿角霜里有没有鹿角霜的主体成分？“指纹图谱”上一目了然。
　　可以这样说，红外宏观指纹图谱鉴定法不但可以区别野生的、栽培的、不同产地的药材，知道它们道地不道地，还能区别不同批次的、不同厂家的配方颗粒，不但能做单味药，还能进行复方、中药制剂的宏观鉴定和鉴别。
　　孙教授说，它还能告诉我们一个药是不是有效。比如临床一种药是有效的，以后做出的药只要能跟它的谱图完全一致就一定是有效的。一个药灵不灵，只要看看它的红外图谱，用前我们就能做到心里有数。

　　“红外”助中药企业控制质量
　　孙素琴对记者说，红外指纹图谱还可帮助企业对中药生产全过程如工艺、辅料、中间体、半成品和成品的质量等进行在线控制；帮助管理部门对不同厂家的相同产品进行监督管理，比如配方颗粒，加的什么辅料、辅料加的多少、批次之间是否稳定，“指纹图谱”上一眼就能看得出。
　　于是，她说起与企业合作中遇到的几件事。
　　不知厂家是不是想成心考考孙教授，一次有人拿来一包滑石请她测定。孙素琴指着红外图谱问他，这哪有滑石啊？根本找不着滑石的峰。你是不是包的糊精啊？来人承认是糊精。
　　有一家企业说，他们在乌鸡白凤丸里加了0.5%、1.0%、1.5%和2.0%燕窝，问能否测出来？孙素琴说可以，检测后，又教他们怎样看图谱，同时还告诉他：你们选购使用的燕窝有问题。
　　有一次，孙素琴为一家企业检测不同批次的鹿角霜时，她发现其中一批里没有鹿角霜。企业回去后找到了原因，原来是鹿角霜的制作工艺不稳定。
　　“常常会有这样的情况”，孙素琴指着图谱对企业说，这批辅料加多了，那批加少了，就像她看到了生产过程一样。
　　这样的事多了，企业对红外指纹图谱心服口服。品尝到了“红外”的甜头，他们也开始学着做。北京的一家企业对原料地肤子检测时发现，其“指纹图谱”有所不同，请孙教授给看看。孙素琴帮他们分析了图谱，他们才明白是原料中混入了大量的叶梗、灰尘造成的。后来，这家企业依据“指纹图谱”进行检验，退掉了4批不合格的原料。

　　“红外”将促进中药标准制定和提高
　　红外技术出现于40年代，我记得大学的课本里说，“红外吸收光谱用作鉴别手段非常有利。在药检工作中红外吸收光谱主要用于药物的鉴别。”可是过去由于受技术限制，制样简单解谱难，很多人看不懂中药那复杂的红外图谱，也解释不清，于是这一重要技术便渐渐远离了中药，以致国家药典都未将其收入，使这一在西药界被广泛引进的现代科技技术，在中药企业几乎没有人采用。
　　孙素琴告诉记者，在药物分析中，以红外光谱具有的“指纹”特性作为药物鉴定的依据，是各国药典共同采用的方法，但这往往只局限于西药单纯化合物。由于中药材、中药饮片和中成药本身都是远比西药复杂得多的混合物体系，又由于光谱总体解析知识的贫乏、思路上的保守和缺乏交叉学科的相互渗透，造成谱图解析困难，使常规红外光谱法在较长时期内未能在中药质量控制和管理中发挥其应有的作用。
　　随着计算机的飞速发展和傅里叶变换红外光谱仪的不断革新，20世纪90年代后期以来，出现了将红外光谱法与计算机辅助解析技术(包括二维相关红外光谱法和模式识别等)相结合的技术。孙素琴等将其应用于中药，并独创了适用于中药的二阶导数、二维相关、阵列相关比对等模式识别技术，从而可以获得高分辨的“指纹图谱”，并提出了比较完整的红外宏观指纹图谱法和三级鉴定。这使得二维相关技术的创始人野田勇夫非常震惊，他亲自为孙素琴等人的专著《中药二维相关红外光谱鉴定图集》写了序。指出该书的出版“标志着分析科学在复杂药物体系上的运用取得了一个重大的进展。二维相关红外(2DIR)光谱技术是一个很有发展前景的分析技术，它为对于像中国传统草药这样的非常复杂混合物的研究提供了一个令人感兴趣的发展空间。这种独特的光谱图集将会成为中草药对照和识别的一个颇有价值的参考依据。”
　　6年来，他们突破现有分离提取、再分别进行分析的思路，采用红外指纹图谱直接、快速、无损测定中药材、中药配方颗粒、中药注射剂、中药保健品等，并借助模式识别技术识别不同产地、生长期、野生与栽培的药材，不同炮制法、不同批次的中成药、保健品，获得了包括300种中药材、400余种中药配方颗粒、10种中药注射剂等，总计2万张的红外光谱图谱。
　　孙素琴认为，将红外光谱技术作为中药宏观质量判别的依据，应用于中药的全面质量控制，是一种思路上的创新。应用这种技术完全不像色谱法那样，无需提取分离即可直接测试，甚至可以做到样品无损测试，由于是把某种中药作为一个整体，观察其“指纹性”，更能体现其完整全貌信息，因此，它不破坏中药材原来物质，不破坏各味中药之间的配伍特性，应该是最符合中医药辨证用药科学性的。同时, 仪器通用，测量操作简便，便携式红外光谱仪更适合于任何地点，易于推广应用。由于可以利用公认的、药效稳定的药材、成药直接进行标准化，所以只要建立相应的中药标准图谱库，即可进行中药真伪鉴定和其整体质量的评价，这将大大促进中药标准的制定和提高。

　　“红外”让我们看到中药的希望
　　孙素琴的研究成果得到了国家中医药管理局、科技部的极大重视，两部门先后分别为此立项拨款资助。孙素琴也利用各种机会对红外新技术进行介绍，并得到了中药界众多专家的认可。专家们说，这个方法让我们看到了中药的希望。目前，《中药二维相关红外光谱鉴定图集》一书在国外也产生了非常大的影响，已传入美国、英国、新加坡、马来西亚……许多国家纷纷提出合作的请求。
　　现在，他们还将其用在了食品检测方面，比如检测假奶粉、假茅台酒、假葡萄酒等，今后还准备用于日化品的检测。
　　孙素琴回忆起这些年的经历说，以前我对中药懂得很少，感觉中药像迷宫一样，为了搞清中药所含的化学成分，正确解析图谱，我看了很多书，学习了很多。也正是由于中药专家们给我不断地提出要求，促使我不断地提高，现在我也快成中药“专家”了。
　　她对记者说，中药是我们中国人发明的，是中国的国宝，所以中药的标准一定要由我们中国人来制定。我曾发现一些地方卖的熟地根本不“熟”，用黄酒泡泡就当熟地黄卖了。但他们不承认，就是因为没有国家标准。要是红外光谱技术能够成为一项中药质量控制和管理的标准方法，并全面纳入国家药典，必将加快我国中药标准化、现代化和国际化的步伐，为弘扬与发展我国中医学、中药学贡献应有的一份力量。
　　有人评价，清华专家创新利用红外指纹图谱检测中药质量，将易如市场公平秤一“秤”知优劣。可以预见，有了这一公平秤，当这一成果在中药领域、在国际上广泛应用之时，中药的“身份”和“身价”必将得到大大提升。

　　人物链接
　　孙素琴  副教授，1978年本科毕业于清华大学工物系。主要研究领域为二维相关光谱技术、分子光谱法在中药和食品宏观质量控制中的应用。兼任《中华中西医杂志》常务编委，中国物理学会第五届光散射专业委员会委员，《光谱学与光谱分析》和《光散射学报》编委。曾应邀在英国、日本、韩国、香港、新加坡、马来西亚、北京和上海的国际会议上作报告。共完成近十个科研项目，分别获得国家教委二等奖，清华大学基础理论奖、分析测试协会（CAIA）一等奖（1项）、二等奖（2项）、三等奖（2项）。目前已发表学术论文100多篇，获发明专利3项（有关红外光谱与中药的质量控制），出版专著一部《中药二维相关红外光谱鉴定图集》。

原载：《中国中医药报》总2354期