分子光譜技術(shù)在氯丙嗪檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展

張惠峰 宋志峰

吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品及加工品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（長春），吉林長春 130033

氯丙嗪（Chlorpromazine，CPZ），藥用一般為鹽酸CPZ，被廣泛使用和研究[1]。CPZ 還常在養(yǎng)殖生產(chǎn)中被用于動物的鎮(zhèn)靜、治療、麻醉等，存在非法濫用催肥增重等情形，且在蓄積于水環(huán)境中有發(fā)現(xiàn)，具有一定的生態(tài)毒性，我國現(xiàn)允許CPZ 用于動物治療，但不得在動物性食品中檢出[2-3]。分子光譜、色譜、質(zhì)譜法、電化學(xué)分析等多種方法被用于CPZ 及其鹽的藥劑或生物樣本中殘留量的檢測[4-6]?；贑PZ 的分子結(jié)構(gòu)特性，研究者以光譜分析為手段，解析了分子內(nèi)部和分子間運(yùn)動規(guī)律及相互作用，構(gòu)建了大量檢測方法，在定量檢測、藥理學(xué)、毒理學(xué)研究等方面發(fā)揮了積極作用，也為色譜、電化學(xué)等傳統(tǒng)分析技術(shù)及探針、傳感器、數(shù)字圖像比色法等一些新興檢測技術(shù)發(fā)展提供了基礎(chǔ)[7-9]。但目前鮮有關(guān)于CPZ 的分子光譜技術(shù)研究的綜述性報道，對這一研究領(lǐng)域進(jìn)展的綜述對推動CPZ 檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將起到非常積極的作用。

1 吸收光譜

1.1 紫外-可見分光光度計

CPZ 分子中有3 種價電子，包括C-H、C-C 等單鍵的σ 電子，蒽三元環(huán)上的π 電子，N、S、Cl 等雜原子中未成鍵的孤對n 電子，其電子能級、振動和轉(zhuǎn)動能級差異較大。CPZ 分子在繞軸轉(zhuǎn)動、原子振動及分子內(nèi)的躍遷中，由于能級的變化而形成分子光譜，產(chǎn)生吸收、發(fā)射和散射等現(xiàn)象。CPZ 吸收能量時在254 nm 和306 nm 處發(fā)生π-π*躍遷、n-π*躍遷，可直接測定，但其吸收光譜位于近紫外區(qū)，吸收強(qiáng)度較弱[10]。提高紫外-可見分光光度計檢測靈敏度和穩(wěn)定性的策略之一是助色法，利用其還原性，氧化吩噻嗪母核，生成有色的氧化產(chǎn)物或利用CPZ 的非共平面“蝴蝶”結(jié)構(gòu)，使還原產(chǎn)物再與其他配位劑反應(yīng)，構(gòu)建多元離子締合、絡(luò)合、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合和氧化偶聯(lián)等顯色體系，使其最大吸收波長紅移并在可見區(qū)顯色[11-15]；另一種策略是減色法，利用CPZ 的還原性使其他生色基團(tuán)發(fā)生減色反應(yīng)，使有色試劑褪色[16]。因吸收曲線重疊嚴(yán)重，紫外-可見分光光度計在多組分及復(fù)雜樣品測定方面存在不足，化學(xué)計量法被用以改善，但仍不能滿足需求[17]。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，基于氧化還原反應(yīng)的微探針、催化氧化結(jié)合化學(xué)計量學(xué)的傳感器、離子對提取結(jié)合智能手機(jī)的數(shù)字圖像比色法等新興的快速檢測技術(shù)被探索性地應(yīng)用于復(fù)雜基質(zhì)的檢測，極具研究前景[6,18-19]。

1.2 近紅外光譜法

藥物的近紅外光譜是來自所有組分信號疊加的全譜，其峰表現(xiàn)為高度重疊的信號，且不同藥物因其賦形劑成分相似而表現(xiàn)為高譜相似性，因此需要綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)建模和化學(xué)計量學(xué)等多學(xué)科技術(shù)。主成分分析等化學(xué)計量學(xué)方法被用于CPZ 藥物的定量分析和鑒定，但在未知樣品分析時存有局限[20]。數(shù)學(xué)模型的發(fā)展推動了化學(xué)計量學(xué)的快速進(jìn)展，基于變分自動編碼的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、雙向生成對抗網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)被用于構(gòu)建CPZ 等藥物的分析模型，因其強(qiáng)大的特征提取、抽象能力和深度學(xué)習(xí)等優(yōu)勢，表現(xiàn)出良好的分類性能，但仍缺乏定量測定研究[21-22]。

2 發(fā)射光譜

2.1 激光誘導(dǎo)分子熒光光譜法

激發(fā)態(tài)的CPZ 在回到基態(tài)時會產(chǎn)生微弱的熒光，但內(nèi)源熒光強(qiáng)度較弱，樣品低含量時很難被檢測到。因此常利用其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，通過熒光增強(qiáng)或結(jié)構(gòu)競爭使原強(qiáng)熒光物質(zhì)猝滅、構(gòu)建化學(xué)發(fā)光體系而實現(xiàn)檢測。其熒光增強(qiáng)反應(yīng)一是利用色素物質(zhì)，其是良好的π 電子受體，因具有高共軛雙鍵結(jié)構(gòu)，能與CPZ 形成絡(luò)合物使其熒光增強(qiáng)[23]；二是通過氧化還原反應(yīng)使其分子結(jié)構(gòu)共軛體系增大，母核中氮原子的質(zhì)子化作用使形成的化合物平面剛性結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，熒光增強(qiáng)顯著[24]。熒光猝滅則利用CPZ 作為猝滅劑在熒光物質(zhì)的發(fā)光過程中與熒光物質(zhì)互相競爭能量而導(dǎo)致的熒光變?nèi)?、熒光壽命縮短來進(jìn)行檢測，如血紅蛋白酶催化熒光體系、金屬有機(jī)骨架等[25-26]。激光誘導(dǎo)分子熒光光譜法與紫外-可見分光光度計比較，該方法更加靈敏，適用于更為復(fù)雜的基質(zhì)，多被用于構(gòu)建熒光探針、生物傳感器等，在CPZ 的作用機(jī)制和快速定量檢測研究方面廣泛應(yīng)用[27-28]。

2.2 分子磷光

當(dāng)外加輻射停止后，CPZ 可持續(xù)發(fā)光產(chǎn)生較強(qiáng)的磷光，在酸、堿、乙醇中均有磷光的特性[29]。因測量時需在液氮溫度下進(jìn)行，其發(fā)展受到一定限制。室溫磷光法通過固體基質(zhì)剛性化、減少非輻射碰撞增穩(wěn)和猝滅條件控制等，在室溫下實現(xiàn)磷光測定。Liu 等[30]使CPZ 與異硫氰酸熒光素反應(yīng)，建立了一種固體基質(zhì)室溫磷光法測定人血清中CPZ 的殘留量，測定結(jié)果與氣相色譜結(jié)果一致，顯示出良好的準(zhǔn)確性。CPZ 的分子磷光研究較少，但室溫磷光法方興未艾，Tian 等[31]發(fā)現(xiàn)在吩噻嗪模型中引入d-pπ 鍵后，體系磷光壽命提高19 倍，相關(guān)進(jìn)展或可引發(fā)新的研究。

2.2 化學(xué)發(fā)光法

CPZ 因其特殊的分子結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)多種化學(xué)發(fā)光體系的發(fā)光，包括Ce（Ⅳ）巰基、魯米諾、釕聯(lián)吡啶、過氧草酸酯類等[32-35]。通過與流動注射、毛細(xì)管電泳、分子印跡技術(shù)等的聯(lián)用，可適用于復(fù)雜基質(zhì)樣品的檢測。化學(xué)發(fā)光法的靈敏度接近或高于激光誘導(dǎo)分子熒光光譜法，多被用于構(gòu)建更為靈敏的傳感器，新型化學(xué)發(fā)光體系的構(gòu)建和先進(jìn)的預(yù)處理、分離技術(shù)的開發(fā)都將推動CPZ 檢測技術(shù)的快速發(fā)展。

3 散射光譜

CPZ 分子發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動躍遷而產(chǎn)生彈性散射和非彈性散射，其散射較弱不易檢測，常通過與其他基體結(jié)合增強(qiáng)散射，如共振瑞利散射和表面增強(qiáng)拉曼散射光譜術(shù)等。

3.1 共振瑞利散射

共振瑞利散射靈敏度高，可適用于復(fù)雜基質(zhì)分析[36]。酸性條件下，CPZ 分子結(jié)構(gòu)中雜環(huán)側(cè)鏈上的氮原子質(zhì)子化，通過靜電引力作用和電荷轉(zhuǎn)移作用等與雜多酸鹽、染色劑、DNA、金納米微粒等締合起來，形成較大的聚集體，使共振瑞利散射信號增強(qiáng)，用熒光分光光度計可對豬肝、豬肉等復(fù)雜基質(zhì)進(jìn)行檢測[37-40]。共振瑞利散射不需要對目標(biāo)分析物進(jìn)行預(yù)處理，可使用納米微粒作為探針，是備受青睞的廉價、快速的無損檢測技術(shù)。但共振瑞利散射對分子間靜電吸引、氫鍵等多種相互作用非常敏感，信號因內(nèi)濾效應(yīng)與高待測濃度的線性關(guān)系出現(xiàn)偏離，應(yīng)用受到一定限制。

3.2 表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)

CPZ 自身散射強(qiáng)度較弱，可經(jīng)稀有金屬（Au、Cu、Ag）和極少數(shù)的堿金屬粗糙化處理后，使拉曼散射信號增強(qiáng)4～7 個數(shù)量級，從而構(gòu)建表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)。Hao 等[41]利用銀膠體的等離子體效應(yīng)，將構(gòu)建的表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)傳感器對生物樣本中CPZ 進(jìn)行了測定，與普通的拉曼光譜比較，其響應(yīng)值提高了106～1 015 倍。Noda 等[42]通過簡單的光還原過程摻入金納米顆粒從而增加碳化鈦的表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)活性，以檢測吩噻嗪類藥物。Barveen 等[43]引入無機(jī)鹽MgBr2誘導(dǎo)銀膠體的自限性聚集，導(dǎo)致在納米粒間隙出現(xiàn)大量的“熱點”，從而顯著增強(qiáng)表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)強(qiáng)度，實現(xiàn)鹽酸CPZ 的實時快速檢測。開發(fā)具有高增強(qiáng)因子的襯底以構(gòu)建“熱點”是CPZ 表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)研究的持續(xù)活躍領(lǐng)域，盡管受膠體互相作用控制不良、只有結(jié)合在顯著信號增強(qiáng)點位的分子才能產(chǎn)生可檢測信號等影響，復(fù)雜基質(zhì)中CPZ 的痕量檢測鮮有報道，表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)仍被認(rèn)為是高度敏感且非破壞性的光譜方法，具有巨大的潛力[44]。

4 展望

分子光譜法作為更基本、更簡單的檢測手段，很好地解析了CPZ 的分子結(jié)構(gòu)特性，解決了諸如檢測成本高、分析時間長、操作復(fù)雜等常見問題，因此被廣泛應(yīng)用于CPZ 的檢測。從研究對象來看，CPZ 分子光譜法檢測樣本主要集中于藥物、尿液、血液、水樣等，飼料及食品等較復(fù)雜基質(zhì)的相關(guān)分析較少；從研究內(nèi)容來看，主要集中于檢測體系的構(gòu)建和測定原理的解析，是研究CPZ 反應(yīng)機(jī)理和作用機(jī)制的基本手段，為探針、傳感器、數(shù)字圖像比色法等快檢、智能、無損檢測技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，極具參考意義；從研究手段來看，紫外-可見分光光度法和激光誘導(dǎo)分子熒光光譜法研究更為廣泛，基于激光誘導(dǎo)分子熒光光譜法和共振瑞利散射的探針、傳感器等技術(shù)發(fā)展較快；從發(fā)展趨勢來看，激光誘導(dǎo)分子熒光光譜、化學(xué)發(fā)光法、表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)、共振瑞利散射等可被用于分析更為復(fù)雜的樣品，與各種分離、預(yù)處理技術(shù)的聯(lián)用體現(xiàn)了更好的分析優(yōu)勢。CPZ 分子光譜法的研究正越來越多地聚焦于快速、便捷、智能、無損分析技術(shù)的開發(fā)，也將需要更具優(yōu)勢的預(yù)處理和化學(xué)計量學(xué)分析手段作為支撐。