電化學振蕩反應用于中藥鑒定的反應過程及機理研究

李繼睿，禹練英，徐祥斌，李忠英，王織云

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學院，湖南株洲 412004）

中醫(yī)藥是我國重要的寶貴財富，經(jīng)過幾千年的實踐證明療效是顯著的[1-2]，確立了自身在世界四大傳統(tǒng)醫(yī)藥體系中獨特的地位和理論體系。到目前為止，已經(jīng)應用過或正在應用中醫(yī)藥的國家有近百個，且有80%以上的人使用過天然動植物、礦物等做藥物，還使用這些天然動植物和礦物加工的提取物來生產(chǎn)藥物——這些一般被認為是西醫(yī)西藥的范疇。

我國是中醫(yī)中藥傳統(tǒng)大國，但是在國際中藥成藥市場中卻只占據(jù)了不足12%的市場份額，并主要以天然原料藥物輸出為主。出現(xiàn)這種情況的原因，主要是對中藥的特性研究不夠透徹，對中藥的成分、藥性、病理學、藥理學的研究不夠深入，導致對中藥持懷疑態(tài)度的人和觀點時有涌現(xiàn)[3]。因此，建立中藥質(zhì)量監(jiān)控體系、統(tǒng)一中藥的含量和成分、建立起科學高效的質(zhì)量保證體系，成為中醫(yī)藥現(xiàn)代化過程中一項正待改善的迫切要求。

1 電化學振蕩的應用現(xiàn)狀

在電化學振蕩的研究歷史中，有很多經(jīng)典的例子，比如：BZ反應、六角雪花、伯納德花紋、糖酵解 等[4]?；瘜W振蕩應用于分析化學始于20世紀70年代末，1978年，Tikhonova發(fā)表了一篇化學振蕩在分析化學方面應用的文章，該文章報道了微量O8RuS2對B-Z反應的影響，結(jié)論表明，其變化與O8RuS2的質(zhì)量濃度（7~330mg/L）成正比例關(guān)系，并利用這個公式測定得到釕的含量，Dolores Perez Bendito等在1995年利 用APP（Analyte Pulse Perturbation Technique）對被測定物質(zhì)對化學振蕩體系的脈沖擾動影響進行了分析測定[5-6]。其中應用最廣的是利用化學振蕩技術(shù)測定NADP等生物活性物質(zhì)。

BZ反應應用于分析化學方面也比較廣，主要是測定無機陰離子和金屬離子，測定的氣體主要有CO、Cl2、NO等[7]，測定的陰離子有Cl-、F-、I-、S2O32-、金屬絡合陰離子等[8]，測定的金屬離子有Fe3+、Mn2+、Ag+、Tl3+、Ru3+、Hg2+等。

另外，BZ反應在有機物的測定方面使用也比較多，尤其是在藥物分析方面應用比較廣泛。通過現(xiàn)有文獻分析，在測定香子蘭醛、苯酚、沒食子酸、維生素B1、維生素B2、二苯胺磺酸鈉、纈氨酸、咖啡因、間苯二酚、維生素B6、維生素C、氫醌、利福平、谷胱甘肽時，這些被測有機物多為藥物，分析化學家已經(jīng)試圖將生命體內(nèi)的振蕩現(xiàn)象在實驗室內(nèi)進行研 究[1-2]，還有使用BZ反應測定患者的血清和尿液獲得了較好的研究成果。另外，在味覺模擬和味覺測定這一塊，使用BZ方法也更接近于實際情況。

雖然長期以來對化學振蕩應用研究得較多，但關(guān)于化學振蕩反應過程和機理的研究較少，特別是對于化學振蕩反應在中藥鑒定中的應用機理研究很少。

2 中藥質(zhì)量控制現(xiàn)狀

中藥及中成藥真?zhèn)舞b別和質(zhì)量評價科學方法的建立已成為分析化學家具有挑戰(zhàn)性的工作和課題。用于中藥這一黑色或灰色復雜體系化學成分群集表征的中藥指紋圖譜一詞應運而生，而且指紋圖譜在中藥及中成藥真?zhèn)舞b別和質(zhì)量評價與監(jiān)控方面的重要作用已成為大家的共識[11]。

目前，已經(jīng)被文獻證實的中藥材鑒別方法以及分析方法主要有：①色譜指紋圖譜法聯(lián)用技術(shù)，這是一種應用非常廣泛的方法，可以進行定性測定，也能進行定量測定。不過這種方法的樣品處理過程較為繁瑣，同時在樣品處理過程中極易混入其他雜質(zhì)，還有就是這種方法處理的試樣僅限于重要化學成分信息。②分子標記法，重現(xiàn)性好，可靠性也強，具有一定的專屬性。不過其缺點是對操作要求高，設備昂貴，同時也需要對樣品進行標記。③光譜指紋圖譜法，這種方法雖然適用范圍有限，但是能對中藥材的部分結(jié)構(gòu)信息進行解讀和分析。

在這三種方法中，中藥及中成藥色譜指紋圖譜的研究和應用最為廣泛和深入，已成為目前國際公認的評價和控制中藥或天然藥物質(zhì)量最有效的方法和技術(shù)手段。由于中藥成分復雜且部分成分的含量會隨著產(chǎn)地、收取季節(jié)、選取部位等區(qū)別而不同，另外，對于中藥中的天然有效成分的測定尚不完全清晰。藥材中還存在很多未知成分，使得色譜指紋圖譜存在不可忽視的局限性，如液相色譜僅適用于真溶液體系；氣相色譜僅適用于中藥中揮發(fā)性成分分析；色譜指紋圖譜因其定性和定量參數(shù)一般只有保留值和峰強度，且色譜峰形缺少變化，因而其特征性、直觀性不強，在多數(shù)情況下須根據(jù)化學計量學方法處理后的結(jié)果來鑒別和評價中藥，因而費時，一般只有掌握較強相關(guān)專業(yè)技術(shù)知識的分析人員才能做出相對準確的分析；色譜技術(shù)不能直接用于占絕大多數(shù)中藥成藥中“膏、湯、丸、散”劑型和固體原藥材的指紋圖譜測定，測定前必須對其天然成分進行提取、分離等預處理，因而成分損失，繁瑣、費事、操作流程長，試劑消耗量大，且分析費用高，不僅會引入雜質(zhì)，而且提取的部分已不能代表中藥的天然成分的全部成分，其指紋圖譜實際上只是中藥部分化學成分的信息集合等等。故嚴格說來，色譜指紋圖譜作為中藥復雜體系所有成分的群集表征，僅適用于中藥注射液和口服等真溶液。因此，對于無須分離提純等預處理過程，就能適用于各種類型的物相和劑型的中藥中所有化學成分群集表征的指紋圖譜分析方法的研究，已成為擺在分析化學家面前的首要任務。電化學振蕩指紋圖譜應運而生。電化學振蕩指紋圖譜具有分析無需繁瑣的預處理，適應所有中藥體系，圖譜信息含量大，特征值明顯，重現(xiàn)性好，檢測費用低廉等特點，具有非常好的應用前景。

本文旨在通過對電化學振蕩反應過程和機理的研究，以達成對中藥材更多的化學成分和藥效信息的分析和了解，并進而對中藥原藥及成藥的質(zhì)量進行評價和鑒別，為中藥材及中藥成藥生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制提供有效可靠的分析方法。

本文在前人研究工作的基礎上，提出了一種全新的電化學振蕩指紋圖譜方法，即利用硫酸-丙二酸-溴化鈉-硫酸鈰銨-溴酸鈉振蕩反應體系，通過實驗摸索出了該振蕩反應體系的最佳組成和測定的參數(shù)條件，該方法在中藥材及其制品的鑒別和分析方面，具有良好的可表征特異性和重現(xiàn)性。

3 實驗部分

3.1 實驗儀器

超級恒溫水?。⊿YC-15型，南京桑力電子設備廠），振蕩實驗裝置（ZD-BZ型，南京桑力電子設備廠），雙液接飽和甘汞電極（271型雙鹽橋參比電極）金屬鉑電極（213-01型，上?？祵庪姽饧夹g(shù)有限公司），數(shù)據(jù)采集裝置，微量進樣器，電子天平。實驗裝置見圖1。

圖1 B-Z振蕩反應實驗裝置圖

3.2 實驗樣品與試劑

試劑均為分析純，所有溶液均為蒸餾水配制。葡萄糖：市售

加入試劑：蒸餾水（25mL）、5%硫酸（10mL）、8%丙酮（15mL）、1.67%丙酮（15mL）、10.7%溴酸鈉（3mL）。將上述配置試劑放置37.5℃恒溫槽中。

3.3 實驗操作方法

用電子天平稱取規(guī)定量葡萄糖樣本，依次移取25mL蒸餾水、10mL硫酸、15mL丙酮、硫酸錳15ml，于玻璃夾套反應器中混合成 65mL反應底液。蓋好帶溫度計、注射孔和電極的反應器，調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度為37.5±0.1℃，在快速攪拌下，以鉑電極為工作電極，甘汞電極為參比電極，記錄電極電位E（mV）與時間t（s）的振蕩曲線。當誘導期趨于結(jié)束，振蕩600s時，用微量注射器加入3mL溴酸鈉。測定反應體系電位隨時間的變化，并用計算機自動跟蹤并記錄振蕩波形。

4 結(jié)果與討論

4.1 電化學指紋圖譜特征參數(shù)

以對丙二酸-溴酸鉀-硝酸鈰銨-硫酸的B-Z反應體系測定電化學指紋圖譜特征參數(shù)，有誘導時間、最高電位、最低電位、振蕩周期、振蕩時間、最大振幅等，如圖2所示。

圖2 電化學指紋圖譜特征參數(shù)

對不同產(chǎn)地不同種類的中藥進行測定，測定結(jié)果見圖3、4，可以看出不同的中藥特征參數(shù)不同，不同產(chǎn)地的同一種中藥特征參數(shù)相似。因此，根據(jù)電化學振蕩指紋圖譜特征參數(shù)可以對中藥進行鑒別和檢測。

圖4 不同產(chǎn)地當歸的特征圖譜

4.2 當歸對B-Z振蕩反應的影響及其在分析檢測中的應用

振蕩反應的一大特點是在誘導期后會呈現(xiàn)穩(wěn)定的周期振蕩波形，在這個周期內(nèi)，無論是振幅、周期還是電位峰谷值都呈現(xiàn)出一種穩(wěn)定性。如果在這種穩(wěn)定體系中加入當歸，那么這種干擾物就會引起體系的波動，從而影響振蕩波，使振蕩波發(fā)生振幅、周期、電位峰谷值等參數(shù)的變化，在對中藥進行分析時就可以很好地利用這一特點來進行分析檢測工作。

4.2.1 當歸對B-Z振蕩反應的影響

0.3×6mo1/L丙二酸溶液，0.15mol/L溴酸鉀溶液，4.00mol硫酸溶液，7.28×10-3mol/L硫酸鈰銨溶液，于37℃條件下記錄數(shù)據(jù)（見圖5）。

圖5 加入不同量的當歸時B-Z振蕩反應曲線

由圖5可看出，當歸對振蕩反應有影響，且隨著當歸加入量的加大其影響增大。當歸對振蕩反應的影響需在較高的濃度范圍（通常在當歸加入量大于5mg/100mL）時才有明顯現(xiàn)象，振蕩圖像的峰高值在加入當歸后會下降，并與加入濃度成良好的線性關(guān)系。振蕩周期也會有所延長，但與加入量關(guān)系不大，都會延長5~10s；振幅亦有減小，加入量大時明顯。

4.2.2 B-Z振蕩反應峰值電壓與當歸加入量的關(guān)系（見圖6）

圖6 B-Z振蕩反應峰值電壓與當歸加入量的關(guān)系

5 結(jié)論

研究結(jié)果表明，B-Z振蕩反應與溫度、反應體系濃度有關(guān)，且當歸對B-Z 振蕩反應有影響，且其影響大小與當歸加入量有線性相關(guān)性，可以利用這種相關(guān)性進行分析檢測，從而建立了一種新的分析檢測方法。