手持拉曼光谱仪：山药成分无损检测

山药作为重要的药食两用补益中药品，以其补脾养胃、益肺固肾的功效备受推崇。随着绿色健康理念的普及，对山药进行深入的化学成分研究，已成为提升其质量控制水平、实现规范化生产的关键。拉曼光谱技术作为一种先进的散射光谱分析方法，能够通过独特的“指纹”图谱揭示分子振动与转动信息，从而用于物质结构鉴定。该技术凭借其操作简便、分辨能力高且不受水分干扰等优势，已成为中药材无损定性鉴别的有力工具，并作为现代光学检测方法被2020年版《中国药典》收录。

因此，在本文中使用拉曼光谱法对山药进行定性鉴别，深入研究拉曼光谱法在中药材研究领域应用的可行性。

【实验器材】

图1  实验仪器实物图

1064nm手持式拉曼光谱仪是北京卓立汉光仪器有限公司 Finder Edge 家族成员，用于多种形态无机和有机物质的定性识别，设备采用了制冷探测器，具有高探测效率。

【实验结果】

对山药样品进行检测，可得到山药的拉曼光谱，见图2。在山药的拉曼光谱中，474 cm-1、857 cm-1、935 cm-1、1454cm-1处出现明显的特征峰；以及在1260 cm-1、1337 cm-1、1378cm-1处出现明显的拉曼峰。这些拉曼峰反应了山药拉曼光谱的指纹特性。结合相关文献，对其振动模式归属进行指认。

图2  山药样品的拉曼光谱图

拉曼光谱分析表明，山药在400-1500 cm波数范围内具有多个明显的特征振动峰，这些信号共同构成其独特的分子振动图谱。

在400–800 cm区间内，主要振动模式来源于糖苷环骨架的弯曲振动。其中，474 cm处的特征峰可归属为吡喃糖环的骨架振动，常被视作直链淀粉与支链淀粉等淀粉类多糖的标志性信号；该峰强度与多糖的聚合程度相关，进一步证实了山药中淀粉物质的存在。

在800–1200 cm范围内，振动主要来自于C–O和C–C键的伸缩振动，以及糖苷键中C–O–C的弯曲振动。例如，857 cm处的谱峰源于C–O–C环振动与C–H弯曲振动的耦合；而935 cm处的信号则对应于直链淀粉中α-1,4糖苷键的C–O–C弯曲振动。这些均为识别淀粉及其他多糖结构的典型拉曼光谱特征。

在1200–1500 cm区间，振动模式主要涉及氢原子的耦合作用。具体而言，1260 cm处的振动与CHOH侧链相关，常见于多糖及部分氨基酸侧链结构；1337 cm处为C–O–H弯曲振动，与糖类及丝氨酸、苏氨酸等含羟基氨基酸有关；1378 cm处则反映了CH、C–H及C–O–H的混合弯曲振动，广泛存在于多糖和蛋白质的烷基链中；1454 cm处的谱峰归属于CH的弯曲振动，是淀粉和蛋白质骨架中常见的拉曼信号。

综上所述，实验所获得的拉曼光谱有效揭示了山药组分所具有的“指纹”特性，为从分子振动层面识别和解析其化学成分提供了依据

【结论】

利用1064nm手持拉曼光谱技术对山药进行检测，获得了包含474 cm、857 cm、935 cm和1454 cm等多个强信号的光谱图，这些特征峰共同构成了山药的鉴别依据。峰位归属分析指出，其来源正是山药的主要组分——淀粉、多糖、蛋白质及氨基酸，该发现与文献记载的化学成分相对应，为该方法的有效性提供了实证依据。因此，将拉曼光谱应用于山药质量监控，具备良好的可行性与应用潜力。

【参考文献】

[1]彭艳,张丽颖,金阳,杨钊,陆兔林,金传山,都述虎.山药及麸炒山药拉曼指纹图谱分析[J].中成药,2021,43(12):3403-3408

[2]林文硕,陈荣,李永增,冯尚源,黄祖芳,谢秉贤.山药近红外拉曼光谱分析[J].光谱学与光谱分析杂志,2008,(第5期).