貴州赫章礦物藥爐甘石質量分析及炮制工藝研究

馬光芳，吳婧婧，饒 恕，王賢書，2，3*

(1.貴州中醫藥大學 藥學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州中醫藥大學 藥物物理研究中心，貴州 貴陽 550025；3.貴州中醫藥大學 礦物藥研究中心，貴州 貴陽 550025)

爐甘石來源于碳酸鹽類礦物方解石族菱鋅礦(Smithsonite，)[1]，主含ZnCO3，是一種臨床常用的外用藥，性味甘、平，歸胃經，經炮制后轉化為有效成分(ZnO)[2-3]，具有解毒明目退翳、收濕止癢斂瘡的功能。近年來藥材市場上涌現出大量以水鋅礦、白云石、方解石等為基源的偽品爐甘石，而以菱鋅礦為基源的正品爐甘石卻很少見，同時爐甘石本身也存在有害元素鉛、鎘含量較高和炮制不合規等問題[4-5]，導致市場上爐甘石藥材基源混亂，偽品泛濫[6-7]。筆者實地調研了解到貴州省赫章縣銅爐上附近蘊藏著豐富的菱鋅礦。前期在市場上收集了幾批爐甘石樣品進行檢測，也證實了目前市場上的爐甘石藥材中ZnCO3含量很低或者幾乎不含ZnCO3?；诖?，本研究以爐甘石中有效成分氧化鋅為指標，采用X射線熒光光譜法(XRF)、熱分析技術(TG-MS)及X射線衍射法(XRD)等多種方法對市售爐甘石和貴州赫章礦物藥爐甘石的生品及炮制品進行系統質量分析、比較，以期為貴州赫章爐甘石的質量控制及炮制工藝提供依據。X射線熒光光譜法可同時定量檢測出多種元素[8]；熱分析技術是指在程序控溫條件下，測量物質的物理化學性質與溫度或時間的變化關系，近年來被逐步運用于中藥化學成分熱分析[9]、不同產地中藥材質量鑒別[10]等方面；X射線衍射法是一種針對晶型粉末樣品的物相定性分析方法[11-14]，近年來被逐漸應用于礦物藥材的質量控制[5，15-17]。本研究利用X射線衍射法分別建立了爐甘石的生品和炮制品的指紋圖譜，分析物相變化、檢測爐甘石質量優劣[18]。

1 材料及儀器

M1210型1 200 ℃箱式爐，MTQ-200型電子天平(深圳市美孚電子有限公司監制)，SHZ-D(Ⅲ)循環水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責任公司)，D8 adance型X射線衍射儀(德國布魯克公司)，Zetium Minerals edition型X射線熒光光譜儀(英國馬爾文儀器有限公司)。MID Jade 6.0分析軟件，Origin 9.0繪圖軟件。鹽酸、氨水、氯化銨、磷酸氫二鈉、三乙醇胺、乙二胺四醋酸二鈉、亞鐵氰化鉀、銘黑T等化學試劑均為分析純。實驗樣品詳細信息見表1。

表1 爐甘石樣品來源

2 方法與結果

2.1 樣品制備

2.1.1 各爐甘石生品 將各樣品拿研缽搗碎，過100目篩網，置于105 ℃干燥1 h，備用。

2.1.2 市售爐甘石煅制品 取凈制的粉碎后過100目篩網的爐甘石粉末適量，放入方舟內，置馬弗爐中，700 ℃下煅燒60 min，放冷備用。

2.1.3 赫章爐甘石煅制品 取凈制的粉碎后過100目篩網的爐甘石粉末適量，放入方舟內，置馬弗爐中，在200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃分別煅燒 20 min、40 min、60 min、80 min，放冷備用。

2.2 各來源爐甘石樣品的鑒定

2.2.1 爐甘石物理性狀 不同來源爐甘石的外觀見圖1，各編號來源見表1。

圖1 各來源爐甘石外觀

由圖可見，爐甘石外觀多為乳白色、灰白色、淺粉紅色、少數為棕紅色及紅褐色等。市售爐甘石表面均呈粉性，赫章爐甘石表面無粉性，均無光澤、凹凸不平、多孔形、似蜂窩狀。

2.2.2 《中華人民共和國藥典》ZnO含量測定 取各爐甘石樣品，實驗所用方法按照《中華人民共和國藥典》2020年版一部爐甘石項下的含量測定方法[1]：對于爐甘石的質量控制指標，《中華人民共和國藥典》[1]規定，以具有抗菌活性的氧化鋅為指標。本品按干燥品計算，生爐甘石含氧化鋅不得少于40%，煅爐甘石含氧化鋅(ZnO)不得少于56.0%。實驗結果見表2，由表2數據可見僅貴州赫章爐甘石ZnO含量符合《中華人民共和國藥典》標準，且煅制后氧化鋅含量上升20%左右，市售爐甘石ZnO含量均不符合《中華人民共和國藥典》標準。

表2 各來源爐甘石藥材生品、煅品中ZnO含量 (%)

2.2.3 X射線熒光光譜分析 用X射線熒光光譜儀分別測定樣品中的元素含量，實驗測試方法為X射線熒光光譜壓片法。測試結果見表3。由表3中數據可見，編號1、2赫章爐甘石主要元素為O、Fe、Zn，且Zn元素含量較高。3號爐甘石Ca元素多，幾乎無Zn元素，初步判斷3號爐甘石為偽品。4、5、6號中均含O、Mg、Ca、Zn等元素，且元素百分含量相差不大，可能該物質的主要成分一致。

表3 各產地爐甘石生品中各元素含量 (%)

2.2.4 X射線粉末衍射測試 將各爐甘石樣品于105 ℃干燥1 h，研磨至無顆粒感，取約0.15 g進行X射線粉末衍射分析。XRD工作條件：管壓：60 kV，管流：60 mA，掃描范圍：10°～70°，步長：0.02，銅(Cu)靶，連續掃描方式。并與國際標準PDF卡片比對。數據采用MDI Jade 6.0軟件分析，Origin 8.5軟件作圖，見圖2。

由圖2可見，1、2號貴州赫章爐甘石主要成分為菱鋅礦(ZnCO3)，市售3號爐甘石主要成分為方解石(CaCO3)，4、5、6號主要成分為白云石(CaMg(CO3)2)，與X射線熒光光譜儀分析的主要元素含量一致。即1、2號赫章爐甘石為正品，3、4、5、6號市售爐甘石為偽品。

圖2 各來源爐甘石生品的X射線衍射圖

2.3 赫章爐甘石炮制工藝優選和熱分解分析

2.3.1 爐甘石的TG-MS分析 TG-MS由熱重分析儀和質譜儀組成。TG-MS能檢測出爐甘石熱解過程中的失重以及CO2氣體的析出特性，為驗證通過熱力學分析得到的爐甘石熱分解過程的特性，開展了爐甘石熱分解試驗。實驗中CO2從氣瓶通過流量計進入到熱重分析儀中，設定溫度程序，通過質譜儀測試后，反應產物進入質譜儀進行檢測。測試結果見圖3。

圖3 爐甘石TG-DSC-DTG-MS圖譜

由圖3可見，由于爐甘石礦物中含有自由水，在95 ℃左右開始失水，失重量為樣品原質量的1.04%，在150 ℃后由于堿式氧化鐵的影響開始失去結合水，在299 ℃失重達到第一個最低點(達-0.53%/min)，接著失重率開始下降，直至完全失去結合水，體現在圖3a中的熱流曲線為一向下的倒峰，失重量為樣品原質量的5.07%，在300 ℃后由于ZnCO3分解反應生成ZnO和CO2，在385℃失重達到第二個最低點(達-2.53%/min)，ZnCO3的分解反應是吸熱反應，體現在圖3a中的熱流曲線為一向下的倒峰，失重量為樣品原質量的20.65%，由質譜圖3c中CO2出現的峰值和TG、DSC和DTG一致。通過TG-MS實驗說明ZnCO3分解為ZnO并釋放出CO2。

2.3.2 赫章爐甘石炮制工藝優選 在臨床使用爐甘石時，均要求高溫煅燒，未明確煅制的溫度和時間。為此本研究采用單因素法對赫章爐甘石進行系統分析，為規范爐甘石的炮制提供科學依據。取赫章爐甘石各煅制樣品，以爐甘石的有效成分ZnO含量為指標，按照《中華人民共和國藥典》2020版一部爐甘石項下的含量測定方法對赫章爐甘石的煅制時間、煅制溫度進行考察。結果見圖4、圖5。

圖4 赫章爐甘石在700℃煅制時ZnO含量隨煅燒時間的變化

圖5 赫章爐甘石在60 min煅制時ZnO含量隨煅燒溫度的變化

由圖4可見，赫章爐甘石在溫度為700 ℃下ZnO的百分含量隨著煅制時間的延長逐漸升高，但時間為60 min時ZnO百分含量達到最大值。由圖5可見赫章爐甘石在煅制時間為60 min的條件下，ZnO的百分含量隨著溫度的升高逐漸增加，在400 ℃ZnO的百分含量升高速度最快，但在600 ℃ZnO的百分含量達到最大值。即赫章爐甘石在煅制600 ℃下煅燒60 min時，ZnO百分含量最高。

2.3.3 赫章產不同溫度煅爐甘石樣品X射線粉末衍射測試 赫章產不同溫度煅爐甘石樣品按照“2.2.4”項下測定方法進行X射線粉末衍射測試，結果見圖6。

圖6 赫章各爐甘石生品及炮制品X射線衍射圖

由圖6可見，從XRD分析赫章爐甘石從生品到煅制300 ℃的樣品中有ZnCO3的特征峰，在400～800 ℃各煅制樣品均出現了ZnO的特征峰。即煅制后ZnCO3分解為ZnO，與相關研究[19]一致，且赫章爐甘石在煅制溫度400 ℃時，ZnCO3全部轉化為ZnO，與TG-MS分析一致。

3 結論

通過外觀性狀難以對各來源爐甘石進行真偽鑒別，為建立爐甘石的質量標準，本研究采用多種實驗方法綜合分析，僅有貴州赫章爐甘石樣品符合藥典標準，為正品。用XRF得出赫章爐甘石主要由鐵、鋅元素組成，含鐵元素可解釋在性狀鑒別中的顏色為紅棕色。用XRD、XRF測試各爐甘石樣品，市售爐甘石主要成分均非菱鋅礦，且Pb、Cd等重金屬元素含量較高，證實為偽品。市售爐甘石的原礦物品種來源較為復雜，偽品較多，需建立嚴格的質量管理辦法及質量標準，以確保該類藥材能安全有效應用于臨床。

在赫章爐甘石炮制工藝優選中，煅制時間對ZnO的含量無顯著性差異，煅制溫度對ZnO的含量有顯著影響，在300～400 ℃ZnO含量變化最快。赫章爐甘石在煅制600 ℃下煅燒60 min時ZnO百分含量最高，此工藝擬為貴州赫章爐甘石的最佳炮制工藝。

貴州赫章產礦物藥爐甘石無論在質量分析上還是在炮制工藝上均符合藥典標準，目前本實驗研究出赫章產爐甘石的最佳煅制工藝，后續還需對重金屬等元素進行除雜，以便貴州赫章礦物藥爐甘石更好地應用于臨床。