非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)鑒別輻照超微三七粉

羅志平，孟蘭貞，張 娟，李俊杰，徐遠(yuǎn)方，李文革

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.廣東省食品藥品監(jiān)督管理局審評認(rèn)證中心，廣東 廣州 510030；3.湖南省振華食品檢測研究院，湖南 長沙 410000）

非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)鑒別輻照超微三七粉

羅志平1，孟蘭貞2，張 娟3，李俊杰1，徐遠(yuǎn)方1，李文革1

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.廣東省食品藥品監(jiān)督管理局審評認(rèn)證中心，廣東 廣州 510030；3.湖南省振華食品檢測研究院，湖南 長沙 410000）

以超微三七粉為材料，采用 0、4.2 和 9.2 kGy 3 種劑量的60Co-γ射線對其進(jìn)行輻照處理，探究了不同輻照處理對三七粉非線性化學(xué)指紋圖譜的影響。結(jié)果表明：輻照劑量與振蕩壽命及停振時間之間存在良好的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系；不同輻照劑量處理的三七粉與未經(jīng)輻照處理的三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜存在一定的差異，且重復(fù)性較好；隨著輻照劑量的增大，輻照過的三七粉與未輻照處理的三七粉指紋圖譜中的系統(tǒng)相似度越來越小。這表明非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)可用于鑒別不同輻照處理的超微三七粉。

超微三七粉；60Co-γ射線；輻照；化學(xué)指紋圖譜；鑒別

振蕩反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使得非線性化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象的研究日益炙熱，非線性化學(xué)指紋圖譜作為一種動力學(xué)性質(zhì)的指紋圖譜，是以非線性化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)而建立的，其反應(yīng)包括化學(xué)振蕩、化學(xué)湍流、化學(xué)斑圖和化學(xué)波等化學(xué)混沌現(xiàn)象[1-2]。對于非線性化學(xué)指紋圖譜的生成機(jī)理及研究應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量研究，特別是在藥物范疇領(lǐng)域報(bào)道了許多研究成果[3-4]。Jin等[5]采用非線性化學(xué)指紋圖譜和高效液相技術(shù)辨別和分離了中藥鼠尾草中不同的活性物質(zhì) ；Tang 等[6]采用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)鑒定了不同品種的銀杏。這項(xiàng)技術(shù)具有操作簡單、快速、重現(xiàn)性好、精密度高等優(yōu)點(diǎn)，在中藥材領(lǐng)域中發(fā)展迅速，已成為該領(lǐng)域的新熱點(diǎn)[7]。目前，非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)在鑒定真?zhèn)我约拌b別中藥材產(chǎn)地等方面應(yīng)用較多，Qiao 等[8]利用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)鑒定了牛奶及制品，白云慧等[2]利用該技術(shù)的直觀特征和系統(tǒng)相似度鑒定出人參的真?zhèn)我约叭藚⒌漠a(chǎn)地。

但是非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)在輻照工業(yè)領(lǐng)域的研究相對較少。近年來，輻照滅菌在藥品加工行業(yè)迅速興起[9]，現(xiàn)階段能用于中藥材鑒別的輻照方法主要有熱釋光鑒別法和光釋光鑒別法。熱釋光法的主要原理是利用黏附在樣品上的硅酸鹽礦物質(zhì)接受輻照時儲存的能量經(jīng)過受熱激發(fā)后又重新釋放部分出來，并伴隨光發(fā)射，形成光譜[10]，具有靈敏度高、信號經(jīng)數(shù)年不衰減的優(yōu)點(diǎn)，但是此方法需備用放射源便于2次優(yōu)化，而且必需能從樣品中分離出一定量的硅酸鹽，其靈敏度依賴于硅酸鹽的種類和含量，存在一定的局限性[11]。光釋光法是利用樣品中的礦物質(zhì)殘留在受到輻照時，會積累電荷載體中的能量，而當(dāng)受到激發(fā)光刺激時，這些儲存的能量會以光子的形式釋放出來，形成激發(fā)光譜[12]，具有靈敏度高、不破壞樣品的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是隨著測量次數(shù)的增多，樣品釋光信號會逐漸減弱，不適合重復(fù)測量[11]。目前，輻照鑒別技術(shù)還沒有形成統(tǒng)一的質(zhì)量評價與檢測標(biāo)準(zhǔn)，故探索一種準(zhǔn)確、靈敏、簡單、快速的輻照鑒定方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

研究采用不同劑量的60Co-γ射線對超微三七粉進(jìn)行輻照處理，考察了不同輻照劑量對超微三七粉非線性化學(xué)指紋圖譜的影響，以期為非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)在超微三七粉輻照鑒別中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑 供試三七粉由云南文山藥材商提供；主要試劑有硫酸、硫酸錳、丙酮、溴酸鈉、氫氧化鈉等（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.1.2 輻照裝置 試驗(yàn)在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所完成，該單位擁有 200 萬 Ci的裝源容量，現(xiàn)裝源量近 80 萬 Ci，放射源為60Co，放射性活度為 1.85×1016Bq，單板源，輻照裝置的運(yùn)行采用動態(tài)步進(jìn)方式，連續(xù)進(jìn)行輻照。輻照裝置運(yùn)行時，是由兩個 126 cm×92 cm×57 cm 的不銹鋼吊籃上下排列，由傳送帶輸入輻照室進(jìn)行輻照處理，每個貨架的上下兩層貨箱自動換層，并且經(jīng)過源板兩側(cè)時自動換面，保證輻照均勻。

1.1.3 其他儀器與設(shè)備 FZKW-S-8 電熱恒溫水浴鍋（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；testo 205 精密 pH值計(jì)（Test AG Germany）；MZ-1B-2 型非線性化學(xué)指紋圖譜測定儀（湖南尚泰測控科技有限公司）；217 型復(fù)合甘汞電極和 213型金屬鉑電極（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 輻照處理 將粉碎好的三七粉用包裝袋分裝，每包重約 2 000 g。分別設(shè)置 0、4.2 和 9.2 kGy 3 個劑量的60Co-γ 射線（具體劑量由劑量計(jì)測定）進(jìn)行輻照處理，劑量率 0.18～0.26 Gy/s，吸收劑量的測量按照中華人民共和國國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范 JJG 10028—90[13]和 JJG 10028—91[14]進(jìn)行，將包裝好的樣品置于裝置上，動態(tài)連續(xù)輻照，置劑量計(jì)跟蹤。所使用的劑量計(jì)為實(shí)驗(yàn)室自制的重鉻酸銀劑量計(jì)，經(jīng)中國劑量科學(xué)院丙氨酸劑量計(jì)（NDAS）比對，劑量測定誤差＜ ±3%。每個輻照劑量的試驗(yàn)樣品和劑量計(jì)設(shè)置3個平行樣，在檢測分析時取平均值。

1.2.2 非 線 性 化 學(xué) 指 紋 圖 譜 測 定 方 法 分 別 稱 取5.000 0 g 處理過的三七粉樣品于 200 mL 容量瓶中，依次加入 100 mL 硫酸，60 mL 硫酸錳，32 mL 丙酮，45 ℃水浴振蕩 70 min，冷卻后用水定容至刻度 ；6 000 r/min離心 5 min，取上清液 50 mL 于反應(yīng)杯中，蓋好帶注射孔、鉑電極和甘汞電極的反應(yīng)器蓋，控制恒溫水浴鍋溫度為 45 ℃，900 r/min 恒速攪拌 ；開始采集數(shù)據(jù)，恒速攪拌 5 min 時立即用注射器加入 5 mL 溴酸鈉溶液，記錄電位 E 隨時間 t變化的 E-t曲線，直至電位不隨時間變化為止[15-16]。

1.2.3 方法驗(yàn)證 分別稱取 5.000 0 g 不同劑量輻照處理的 3 種超微三七粉，按 1.2.2 中的方法平行測定 3 次，驗(yàn)證非線性化學(xué)指紋圖譜的重復(fù)性。

1.2.4 指紋圖譜的系統(tǒng)相似度 分別以不同劑量輻照處理的3種超微三七粉的指紋圖譜共有特征參數(shù)平均值作為共有模式參照值，做3次平行試驗(yàn)，計(jì)算其他兩種輻照劑量超微三七粉與未處理超微三七粉的指紋圖譜的系統(tǒng)相似度。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照劑量與震蕩壽命及停振時間的關(guān)系

由圖1、圖2可看出，輻照劑量與振蕩壽命和停振時間之間存在良好的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，且回歸方 程 分 別 為 y振蕩壽命=-195.31x輻照劑量+2 736.9、y停振時間=-193.68x輻照劑量+3 174.4，即隨著輻照劑量的增大，振蕩壽命和停振時間都隨之呈線性減小的趨勢。

圖1 輻照劑量對超微三七粉震蕩壽命的影響

圖2 輻照劑量對超微三七粉停振時間的影響

2.2 非線性化學(xué)指紋圖譜的重復(fù)性和特征性

如圖3所示，不同輻照處理下超微三七粉的化學(xué)圖譜具有較高的重復(fù)性，說明該方法具有一定的可靠性。從圖4中可以看出，同樣的超微三七粉經(jīng)不同強(qiáng)度的輻照照射后，其成分和濃度均發(fā)生了變化，在非線性化學(xué)指紋圖譜上表現(xiàn)出直觀差異。結(jié)合輻照劑量與振蕩壽命和停振時間的關(guān)系，采用這種分析方法足以使 4.2 kGy 輻照和 9.2 kGy 輻照的超微三七粉與未輻照的超微三七粉區(qū)分開。因此，利用指紋圖譜的直觀特征差異就可區(qū)別不同輻照劑量的超微三七粉與未輻照超微三七粉。

圖3 不同輻照劑量的三七粉非線性化學(xué)指紋圖譜的重現(xiàn)性（A：未處理組；B：4.2 kGy 輻照；C：9.2 kGy 輻照組）

圖4 不同輻照劑量的三七粉非線性化學(xué)指紋圖譜比較（1 為未處理；2 為 4.2 kGy 輻照；3 為 9.2 kGy 輻照）

2.3 不同輻照劑量對超微三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜系統(tǒng)相似度的影響

從表1中可以看出，未經(jīng)輻照處理的超微三七粉非線性化學(xué)指紋圖譜系統(tǒng)相似度很高，均≥ 99.12% ；而經(jīng)過輻照處理的超微三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜系統(tǒng)相似度普遍較低，均≤ 96.84% ；這為利用系統(tǒng)相似度模式來識別不同輻照劑量對超微三七粉的影響提供了數(shù)據(jù)支撐。從表1中還可以看出，隨著輻照劑量的增加，超微三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜系統(tǒng)相似度隨之降低，0、4.2 和 9.2 kGy 處理的超微三七粉系統(tǒng) 相 似 度 平 均 值 分 別 為 99.30%、96.41% 和 94.91%。這表明輻照劑量的增大對超微三七粉的質(zhì)量影響也隨之加大，因此可利用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)將不同輻照劑量處理的三七粉較好地區(qū)別開來。

表1 不同輻照劑量處理的超微三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜系統(tǒng)相似度 （%）

3 討 論

非線性化學(xué)反應(yīng)體系有很多種，振蕩反應(yīng)就是其中的典型之一，有些學(xué)者把振蕩反應(yīng)分為催化振蕩反應(yīng) 和非 催 化振 蕩反 應(yīng)[5,7]， 其反 應(yīng) 機(jī)理 均較 復(fù) 雜。 目前常用的是 B-Z 化學(xué)振蕩反應(yīng)體系，它以硫酸鈰銨為催化劑，其中涉及到的基元反應(yīng)超過80個，化學(xué)物質(zhì)達(dá) 26 種[2,4]。因其包含的基元反應(yīng)較多，所以對于建立中藥指紋圖譜較為理想[6]，故采用該體系來建立三七粉非線性化學(xué)指紋圖譜。

非平衡非線性是自然科學(xué)領(lǐng)域中普遍存在的現(xiàn)象，該領(lǐng)域研究的主要對象是在遠(yuǎn)離平衡態(tài)下，由于本身的非線性動力學(xué)機(jī)制，體系產(chǎn)生的宏觀時空有序結(jié)構(gòu)。其中，最經(jīng)典的耗散結(jié)構(gòu)是B-Z 體系的時空有序結(jié)構(gòu)。所謂 B-Z 體系，是指由溴酸鹽、有機(jī)物在酸性介質(zhì)中，有（或無）金屬離子催化劑構(gòu)成的體系。經(jīng)典 B-Z 振蕩反應(yīng)認(rèn)為，有機(jī)底物和催化劑是關(guān)鍵[8]。

該研究采用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)對經(jīng)不同輻照劑量60Co-γ 射線處理的超微三七粉進(jìn)行鑒定，獲得了超微三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜，結(jié)果顯示，輻照劑量與振蕩壽命和停振時間之間存在良好的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系；不同輻照劑量處理的三七粉與未經(jīng)輻照處理的三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜特征性存在一定的差異，且重復(fù)性較好；未經(jīng)輻照處理的超微三七粉非線性化學(xué)指紋圖譜系統(tǒng)相似度很高，均≥ 99.12% ；經(jīng)過輻照處理的超微三七粉的非線性化學(xué)指紋圖譜系統(tǒng)相似度普遍較低，均≤ 96.84% ；隨著輻照劑量的增大，輻照組與未處理組的系統(tǒng)相似度越來越小，0、4.2和 9.2 kGy 處理的超微三七粉系統(tǒng)相似度平均值分別為 99.30%、96.41% 和 94.91% ；這說明利用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)能很好地將不同輻照劑量處理的三七粉鑒別開來。該方法直觀、重現(xiàn)性好、通用、經(jīng)濟(jì)、簡便，為中藥鑒別研究提供了一種新的研究方法和思路，同時對中藥輻照滅菌工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：成 平）

Identification of Sanqi Superfine Powers by Using Nonlinear Chemical Fingerprint Analysis

LUO Zhi-ping1，MENG Lan-zhen2，ZHANG Juan3，LI Jun-jie1，XU Yuan-fang1，LI Wen-ge1
（1. Hunan Academy of Agricultural Science, Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science & Space Mutation Breeding, Changsha 410125, PRC; 2. Guangdong Provincial Food and Drug Administration Review and Certification Center, Guangzhou 510030, PRC; 3. Hunan Zhenhua Food Inspection and Research Institute, Changsha 410000, PRC）

This study investigated the effects of60Co-γ irradiation sterilization on the chemical components in Sanqi superfi ne powers (SQSP) by using of nonlinear chemical fi ngerprint analysis. The characters and respectabilities of chromatograms of SQSP, which were treated with non-irradiation or different dose of60Co-γ radiation, were found to be different. And their system semblance decreased with the increasing dose of ray radiation. These results indicated that analysis of nonlinear chemical fi ngerprint could primary identify the non-irradiated and irradiated SQSP.

Sanqi superfi ne powers;60Co-γ ray; radiation sterilization; nlinear chemical fi ngerprint analysis; identifi cation

R282.5

A

1006-060X（2017）03-0081-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.023

2016-11-30

湖南省科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2015WK3045）

羅志平（1978-），男，廣東梅州市人，副研究員，主要從事輻射加工技術(shù)研究。

李文革