1、礦物藥質量控制手段與方法中國中醫科學院中藥研究所張志杰2015年10月礦物藥定義礦物動物植物地質作用所形成的天然單質或化合物相對固定的化學組成具有確定的內部結構在一定的物理化學條件范圍內穩定是組成巖石和礦石的基本單元約3000大部分固態無機物大部分晶質礦物天然礦物（石膏、滑石、爐甘石、自然銅、雄黃、硫磺）礦物加工品（輕粉、砒霜、芒硝）化石類（龍骨、龍齒、琥珀）礦物藥概述礦物藥分類大部分無機化合物 天然單質大部分固體 少部分液體離子類型按陽離子分類:朱砂（HgS）、輕粉（Hg2Cl2）、紅粉（HgO）為汞化合物類；以陰離子分類:朱砂為硫化物；石膏（CaSO4.2H2O）芒硝（Na2SO4.10H

2、2O）硫酸鹽類。按陽離子的種類進行分類：汞化合物類：朱砂鐵化合物類：自然銅、赭石銅化合物類：膽礬 鋁化合物類：白礬鈣化合物類：石膏砷化合物類：雄黃、信石礦物藥概述按陰離子的種類進行分類：硫化合物類：朱砂、雄黃、自然銅硫酸鹽類：石膏、芒硝、白礬氧化物類：磁石、赭石、信石 碳酸鹽類：爐甘石礦物藥概述礦物類中藥的基本性質礦物類中藥的基本性質1. 晶形晶形4. 顏色顏色3. 透明度透明度2. 結晶習性結晶習性礦物在白色毛瓷板上劃過后所留下的粉末痕跡稱為條痕，粉末的顏色稱為條痕色。礦物藥概述 5. 光澤光澤6. 比重比重7. 硬度硬度金屬光澤（自然銅） 半金屬光澤（磁石）金剛光澤（朱砂） 玻璃光澤（硼砂

3、）特殊光澤: 油脂光澤，絹絲光澤，珍珠光澤，土狀光澤摩氏硬度十級 8. 解理與斷口解理與斷口9. 礦物的力學性質礦物的力學性質10. 磁性磁性礦物受力后沿一定結晶方向裂開成光滑平面的性能稱為解理。礦物受力后不沿一定結晶方向斷裂，斷裂面 不規則，不平整，這種斷裂面稱為斷口。11. 氣味氣味2000年年應用歷史應用歷史礦物藥礦物藥28種種中成藥中成藥170種種2010版藥典版藥典新增品種中新增品種中7.1%基源混亂基源混亂偽品泛濫偽品泛濫質控方法缺乏質控方法缺乏礦物藥目前狀況與存在問題礦物藥與民族藥礦物藥在民族藥中的應用廣泛：如維藥、藏藥、蒙藥中礦物藥品種分別約占30%、510%、12%。金石劑：

4、金石劑亦珍寶劑。它以珍寶類藥物，如金、銀、珍珠、瑪瑙、玉石、紅珊瑚、松石等以及金屬礦物類藥物，如赤銅、白錫、鐵寒水石、月石、金精石、銀精石、水銀、硫黃、黃丹等為主藥，適當配合動、植物藥而制成。礦物藥質控的困境分析礦物產狀復雜礦物產狀復雜地質過程不同礦物組合不同體內研究困難自身背景形態分析方法難以示蹤藥用要求高藥用要求高主成分含量伴生成分含量藥效驗證作用機理毒理毒代 礦物成因復雜，同種礦物，不同成因和同一成因不同產地的樣品，由于形成時地質演化不同和所處地區微量元素背景值不同，造成礦物組分、結構構造（礦物顆粒粒度大小，排列方式及共存礦物間的嵌生狀態）、微量元素的種類和量比相差甚大，但藥用卻要求嚴格

5、； 體內研究難度大，成為礦物藥研究的瓶頸。礦物藥經典鑒別方法 性狀鑒別外形、顏色、條痕、質地、氣味；顯微鑒別硬度、解理、斷口、磁性、比重。偏光顯微鏡化學分析化學分析礦物藥儀器分析 X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)：是確定晶體結構的權威方法。對已知晶體可通過與PDF卡片的對比確定其種類。 電子探針物相-成分分析(Electron Probe X-ray Microanalysis，EPMA)：是一種將顯微形貌分析與成分分析結合的技術，可確定礦物的微觀成分。 偏振光顯微分析(Polarizing microscope)：通過光性分析確定礦物種類。 等離子光譜/質譜分析(In

6、ductively Coupled Plasma，ICP- AES/MS)：確定微量元素含量。 紅外光譜(Infrared Spectroscopy, IR)與拉曼光譜(Raman spectra)：確定官能團與分子結構（晶體與非晶體）。炮制研究涉及的技術 炮制是礦物理化性質一個隨水、熱加工發生變化的過程，除了上述技術外，還應配合以下技術進行研究： 熱重分析(Thermogravimetric Analysis，TG或TGA)：研究熱加工過程與成分變化的關系，可確定受熱反應的歷程。 X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)：是確定晶體結構的權威方法。對已知晶體可通過與PDF卡片

7、的對比確定其種類。 將具有一定波長的X射線照射到晶體物質上時，X射線因在結晶內遇到規則排列的原子或離子而發生散射，散射的X射線在某些方向上相位得到加強，從而顯示與結晶結構相對應的特有的衍射現象。 電子探針物相-成分分析(Electron Probe X-ray Microanalysis，EPMA)：顯微形貌分析與成分分析結合。 利用經過加速和聚焦的極窄的電子束為探針，激發試樣表面的微小區域，使其發出特征X射線，測定該X射線的波長和強度，對該微區的元素作出定性或定量分析。 掃描電子顯微鏡和電子探針結合，把觀察到的顯微結構和元素成分聯系起來。 可對絕大部分元素進行定性和定量分析。 偏光顯微鏡(P

8、olarizing microscope)是鑒定物質細微結構光學性質的一種顯微鏡，研究各向異性物質的重要方法。 將普通光改變為偏振光進行鏡檢的方法，以鑒別物質雙折射性(各向異性)的特點。（單折射-各向同性，雙折射性是晶體的基本特性）偏振光( polarized light )，光學名詞。光是一種電磁波。電磁波是橫波，其振動方向和波前進的方向垂直，相對于傳播方向以一固定方式振動。偏振光是相對于傳播方向以一固定方式振動的光。 紅外光譜與拉曼光譜法是根據分子內部原子間的相對振動和轉動等信息來確定物質分子結構和鑒別化合物的方法。 具有連續波長的紅外光通過物質，物質分子吸收紅外輻射后發生振動和轉動能級的

9、躍遷，該處波長的光就被物質吸收。 偶極矩變化紅外，偶極矩不變拉曼 等離子光譜/質譜分析(Inductively Coupled Plasma，ICP- AES/MS)：確定微量元素含量。 等離子體是一種在一定電離程度下的氣體，其中電子和陽離子的濃度處于平衡狀態，宏觀上呈現電中性。 ICP是高頻電流感應線圈產生高頻電磁場，使工作氣體形成等離子體，并火焰狀放電達到10000K高溫，使樣品完全蒸發、原子化，原子在高溫下會發射出特征譜線，根據特征譜線的強度可以對元素進行定量和定性的檢測。 熱重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA），是指在程序控制溫度下測量待測樣品的

10、質量與溫度變化關系的一種熱分析技術，用來研究材料的熱穩定性和組份。 一 雄黃的化學實質研究 二 可溶性砷的研究 三 雄黃炮制與儲藏對質量的影響雄黃研究實例一、我國藥用雄黃的晶體結構鑒定 雄黃晶體結構研究的文獻追蹤 雄黃的X射線衍射（XRD）分析 雄黃晶體結構的拉曼光譜研究 樣品代表性分析 我國藥典自1963年版開始收載雄黃，在1963年版，1977年版中，對雄黃來源的表述均為1：單斜晶系雄黃的礦石，主含硫化砷。 自1985年版藥典，對雄黃的表述修訂為2：本品為硫化物類礦物雄黃族雄黃，主含二硫化二砷(As2S2)。1中華人民共和國衛生部藥典委員會.中華人民共和國藥典.1977年版,1部.5782

11、中華人民共和國衛生部藥典委員會.中華人民共和國藥典.1985年版,1部.298雄黃晶體結構研究的文獻追蹤 國外晶體結構方面的文獻：1952年ITO等首次確認realgar的晶體結構為1： 該晶體為單斜晶系，空間群為P21/n，其后，D.J.E. Mullen等在1972年2，Nodland D.等在1990年3驗證了該構型。當后續研究發現了-As4S4后，該晶型被稱為構型，在國外文獻中，AsS也是指該構型。1T. ITO, N. MORIMOTO and R. SADANAGA. Acta Crystallogr. 5(1952)7752D.J.E. Mullen and W. Nowacki

12、, Z. Kristallogr., 136 (1972) 48. 3 Nodland D. MoCarthy G. Bayliss P. ICDD Grant-in-Aid. (1990) 1972年，E.J.Porter等報道了雄黃的-As4S4構型1，這是一個高溫穩定相，空間群為C2/c。其晶體結構為： 1 E.J. Porter and G.M. Sheldrick, J. Chem. Soc. Dalton Trans., 13 (1972) 1347. 1976年Kutoglu在500-600 將AsS熔融物淬火重結晶獲得了As4S4的同質異象體-As4S41。1 A. Kutog

13、lu, Z. Anorg. Allg. Chem., 419 (1976) 176. 1980年A.C.Roberts等發現了雄黃的一種新晶型1，單斜晶系，空間群為P21/c（C2h5），這種新晶型被稱為pararealgar, 即副雄黃。1 A.C. Roberts, H.G. Ansell and M. Bonardi, Can. Miner., 18 (1980) 525, 我國藥用雄黃的晶體結構鑒定樣品采集道地性：湖南石門礦石60kg代表性：礦石、飲片、中成藥共10批樣品情況編號采集情況 采集時間或批號1湖南石門礦業有限公司（礦石、天然晶體） 2008.12.082北京市東直門醫院 2

14、009.13南京市百草堂中醫門診部 2009.14河南省平頂山市中醫院 2009.15浙江中醫藥大學中藥飲片廠（雄黃粉） 2009.106河南瑞龍中藥飲片公司（礦石） 2009.127河南瑞龍中藥飲片公司（雄黃粉） 0912018赤峰天奇制藥有限責任公司（礦石） 2010.49赤峰天奇制藥有限責任公司（雄黃粉） 2010.410安徽省天康藥業有限公司(復方黃黛片) 09100111美國sigma-aldrich公司 12581AJX射線衍射（XRD）分析： 實驗儀器及測試條件：德國布魯克公司多晶X射線衍射儀，型號D8 Advance，Cu靶，掃描范圍：10-70，步長0.02 ，工作電壓40k

15、V，工作電流40mA。 樣品處理：飲片直接測試，礦石樣品用瑪瑙研缽研成均勻細粉供測試，中成藥制劑去除包衣，瑪瑙研缽研成均勻細粉供測試。 樣品的X射線衍射圖譜，與國際“粉末衍射標準聯合委員會”（JCPDS）發布的PDF卡片擬合，即可得到樣品的晶胞參數，晶體常數。雄黃的晶體結構分析 來源于湖南石門的雄黃礦石，隨機測試了10塊，其中8塊礦石的XRD圖譜經檢索均為單一物相，其特征峰數據經全譜擬合，對應PDF卡片標示的化合物為-As4S4 。 Realgar71-2434 (C) - Realgar - AsS - Y: 34.88 % - d x by: 1. - WL: 1.5406Operatio

16、ns: Smooth 0.100 | Import - File: 3# 09-08-19.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ? - End: 70.000 ? - Step: 0.020 ? - Step time: 0.4 s - Temp.: 25 癈 (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta: 10.000 ? - Theta: 5.000 ? - - - - - - - - - Display plane: 1 -Lin (Counts)010203040506070809010011012013014

17、01501601701801902002102202302-Theta - Scale1020304050607014.664 ?15.482 ?16.069 ?16.425 ?21.835 ?24.674 ?28.193 ?29.242 ?29.939 ?30.570 ?32.157 ?32.883 ?36.327 ?36.827 ?37.424 ?39.906 ?41.152 ?41.669 ?42.552 ?45.825 ?49.033 ?53.695 ?54.703 ?55.358 ?56.694 ?單一物相的雄黃礦石的XRD疊加圖單一物相雄黃的X射線衍射共有峰 Peak No.d(A

18、)I/I0Peak No.d(A)I/I017.45.2.9172.755.610.126.76.08.6182.7031.347.336.018.129.4192.679.518.545.736.974.2202.579.717.455.514.627.1212.505.09.765.4100.0222.375.29.474.68.911.4232.335.16.184.011.015.9242.2411.927.593.76.010.2252.1710.624.8103.65.820.1262.145.06.6113.137.764.3272.117.115.7123.010.544.22

19、81.847.915.4132.9617.225.8291.805.013.9142.9215.927.0301.697.18.8152.8933.362.3311.685.511.8162.836.412.4321.665.715.1雄黃與雌黃共生 1 2 3203040506070Theta(02505007501000Intensity(Counts) 另2塊礦石的圖譜經檢索為雄黃與雌黃（orpiment, As2S3)共生，共生相中雄黃的特征峰與單一物相雄黃的特征峰的角度位置一致，說明兩者晶體結構一致，共生相中的雄黃也是-As4S4。 -As4S4 As2S3共生相中國雄黃sigma對

20、照品 203040506070Theta()0250500750Intensity(Counts)購自sigma公司的對照品，經XRD分析，與國產雄黃的譜峰位置不同。雄黃的拉曼光譜分析 PerkinElmer公司中階梯光柵型拉曼光譜儀RamanMicro300激發波長785nm激光，中階梯光柵，二維面陣CCD檢測器，激發波長：785nm，放大倍數：20倍；功率：60%，積分時間：2s，累加次數：10次。圖譜采集及處理采用Perkin Elmer公司的Spectrum v5.0.1操作軟件。 樣品處理：直接測試礦石及飲片，中成藥制劑去除包衣測試內容物，每個樣品測5個點。 不同構型雄黃的拉曼光譜1

21、43cm-1 As-As-S 彎曲振動167cm-1 As-As-S 彎曲振動172cm-1 As-As伸縮振動182cm-1 As-S-As彎曲振動193cm-1 As-As伸縮振動221cm-1 As-As-S彎曲振動343、354cm-1 As-S彎曲振動144cm-1 As-As-S 彎曲振動164cm-1 As-As-S 彎曲振動185cm-1 As-As -As伸縮振動218cm-1 As-S-As彎曲振動232cm-1 As-As-As伸縮振動342cm-1 S-As-S伸縮振動360cm-1 As-S彎曲振動100.0150200250300350400450.0拉曼位移/cm

22、-1INT x1e5- As4S4 x -As4S4375369354343328221193182172167143360342232218185164144135通過對成鍵情況的分析，我國雄黃為- As4S4。Sigma對照品為-As4S4。 10批藥用雄黃的拉曼光譜圖100.0150200250300350400450.0拉曼位移/cm-1INT x1e6炮制對雄黃晶體結構的影響 常規炮制、制劑加工沒有改變雄黃的晶體結構100.0150200250300350400450.0拉曼位移/cm-1INT x1e5晶體干研水飛水洗酸洗堿洗醋洗雄黃晶體結構討論 在雄黃的晶體結構研究中，還出現過雄

23、黃是As2S2的說法，并且中國藥典目前仍在沿用這種說法，但是，迄今為止，未見到認定雄黃晶體結構為As2S2的研究報告； 國際“粉末衍射標準聯合委員會”（The Joint Committee on Powder Diffraction Standards,簡稱 JCPDS）曾發布過As2S2的PDF（The Powder Diffraction File）卡片，但后來刪除了該卡片。 在1952年ITO的研究報告中，作者認為雄黃（realgar，As4S4）可以容易地向雌黃（orpiment,As2S3）轉變，其轉變的過程似乎可以通過一個虛擬的As2S2 結構來完成。 雄黃晶體結構討論圖中b顯示

24、了設想的As2S2的鍵（實線部分）和As2S3的鍵（實線部分加虛線部分）。 實地調研及文獻研究發現，湖南石門雄黃礦是世界上最大的雄黃礦，已開采1400余年，也是我國唯一一個品質符合藥典要求的雄黃礦，自上世紀八十年代以來，一直是國內藥用雄黃的唯一來源1（且產量嚴重萎縮中）。就其全部礦脈來講，地質成因一致，礦物共生組合簡單2。本實驗的樣本量可以代表湖南石門雄黃晶體化學的整體狀況。 臨床飲片及成藥制劑的研究表明，常規的炮制、制劑加工沒有改變雄黃的晶體結構。 天然雄黃礦所產雄黃為構型，以天然雄黃為基源的我國藥用雄黃均為-As4S4。建議中國藥典對雄黃的來源進行修訂。雄黃晶體結構小結 1劉運和，礦物學報

25、.12 (1992）522熊先孝.礦山地質.3( 1991) 160 二、雄黃中可溶性砷的分析1梁國剛，張啟偉. 中國中藥雜志，2002， 2 7 ( 5 )：392 雄黃中可溶性砷是雄黃的毒性成分。As(III)和As(V)，毒性相差兩倍以上1。As(V)可直接治理，As(III)則不能。 實驗儀器：高效液相色譜-氫化物發生-原子熒光分光光度儀(HPLC-HG-AFS)。北京吉天儀器有限公司SA-10型 測試條件： 負高壓300V，燈電流：總電流50mV，主輔陰極各25mL（高性能雙陰極元素燈）；原子化器高度8mm，載氣300mL/min，屏蔽氣900mL/min；C18柱，流動相：（NH4

26、）2HPO415mmol/L，流速 1mL/min。 可溶性砷提取方法考察： 提取溶劑：純水，1100(v/v)稀鹽酸，2100稀鹽酸, 乙醇 甲醇。 提取方式：攪拌、超聲。 提取次數：提取一次，提取二次，提取三次。 溶劑用量：40ml, 20ml, 10ml（提取1.0g雄黃）。 最佳提取條件：20ml(1100)的稀鹽酸超聲兩次，每次30min。 酸提的原理： As2O3+6HCl=2AsCl3 +3H2O可溶性砷的分析As2O3、DMA、MMA、 As2O5四種標品的圖譜。分離度As(III)DMAMMA As(V)t (s)2.593.844.9410.58w (s)0.570.670

27、.690.83R2.021.627.52重現性及精密度As(III)DMAMMAAs(V)濃度(g/L)峰高(mV)濃度(g/L)峰高(mV)濃度(g/L)峰高(mV)濃度(g/L)峰高(mV)150689.7150308.9550509.3150167.46250668.1450314.3950505.8450160.48350686.1550326.0450501.3350165.54450630.2850319.3650495.7050166.69550638.1150327.5150472.6650171.42650662.7450335.1550515.1350160.5975065

28、6.1050328.7750491.2550163.55平均值661.60322.88498.74165.10RSD(%)3.382.812.822.38工作曲線在較寬的濃度范圍內，As（III）、As（V）的線性相關系數都在0.999以上。最低檢測限分別為0.5ng/ml，1ng/ml。雄黃樣品加樣回收（n=3）樣品編號取樣量加入量測得量理論量回收率A s ( I I I ) (ppm)4.60.625.35.22101.5%4.61.245.85.8499.3%4.61.866.36.4697.5%A s ( V ) (ppm)1.19.9811.410.08105.5%1.117.961

29、7.719.0692.9%1.127.9431.428.04113.4%從加樣回收率的結果來看，As(III)的加樣回收率比較好，在95105%之間As(V)的加樣回收率偏移較大，這可能跟As(V)信號弱有關。 在所進行的70余次測量中，雄黃中可溶性砷均以As2O3或As2O3 、As2O5并存的形式存在，未出現其他形式砷化合物的峰。樣品測試可溶性砷的分析 雄黃樣品中可溶性砷分布情況 34.632.8838.830.9633.711.8136.710.9625.453.1430.130.9426.321.9730.310.9331.992.7337.620.92可溶性砷與總砷總砷采用等離子光譜

30、法直接測定可溶性砷的分析 不同樣品的可溶性總砷最高含量（以測試液中的濃度計）為117.17 mg/L，最低為8.77 mg/L，兩者相差13倍； As（）的含量最低5.21mg/L，最高44.66 mg/L，后者為前者的8.6倍； As（）的含量最低未檢出，最高達97.09 mg/L，差異巨大。 各樣品間毒性成分含量差異巨大，給雄黃的安全使用帶來了風險，這個結果提示我們，對雄黃進行規范的炮制加工，是必不可少的； 控制雄黃中可溶性總砷的含量就可以有效保證雄黃的安全性。 制訂雄黃中可溶性總砷的限量標準不會造成對雄黃安全性的過度控制可溶性砷小結三、雄黃粉末的顯微光性鑒定化學法分析元素組成光譜法分析化

31、學結構電子探針顯微形貌與微區成分分析X射線晶體結構分析磁共振非專屬昂貴 確定的晶體結構和固定的化學成分礦物 物理性質的均一性異向性和對稱性晶格構造 對可見光的反射、折射、吸收性質光學性質礦物藥粉末顯微光性鑒別方法的建立理論依據鑒別步驟取樣及制片顆粒載片的觀察顆粒油片、顆粒膠片的觀察相似礦物的鑒別常見偽品的鑒別判別標準顯微光性判別標準主要雜質礦物的存在形式及種類確認礦物藥粉末的顯微光學特征常見偽品的顯微光學特征。雄黃粉末的顯微光性鑒別 建立了礦物藥粉末顯微光性鑒別的方法。通過對三個品種礦物藥粉末的鑒別特征總結、主要雜質確認、常見偽品分析、相似礦物藥區分等鑒別需求的系統驗證，認為礦物藥粉末顯微光性鑒別方法可以實現礦物藥的即時、準確鑒別，操作簡便，儀器易得。1常麗華、陳曼云、金巍、李世超、于介江.透明礦物薄片鑒定手冊.北京：地質出版社，20062 Cees W. Passchier，Rudolph A. J. Trouw. Microtectonics. Springer Berlin Heidelberg New York炮制及儲存對雄黃的影響雄黃水飛的機