生物堿樣品中有效成分的CZE法分離與測定

高蘇亞，王 黎，王樹春，李 華

(1.西安醫學院 藥學院，陜西 西安 710021;2.西北大學 分析科學研究所，陜西 西安 710069)

咖啡因、茶堿、可可堿是被廣泛用于食品和藥品的甲基黃嘌呤類生物堿，因具有多種生理活性而倍受青睞［1］。但高劑量或長期服用易產生成癮性，甚至會導致焦慮、頭痛、失眠、心律不齊等不良反應，被國際奧林匹克協會(IOC)定位為違禁物質。由于咖啡因及黃嘌呤類化合物廣泛存在于日常飲食中［2］，IOC已規定尿液中咖啡因的檢測濃度不得超過12 ng·L－1［3］。因此建立對這3種結構非常相似的生物堿在實際樣品中的分離和測定方法尤為必要。已有文獻報道用HPLC結合紫外、安培等檢測器［4－5］、TLC［6］、離子色譜［7］和 CE［8－12］檢測食物和藥物制劑中的黃嘌呤類生物堿，其中 HPCE 以其分離高效［13］、自動化程度高、試劑消耗量少、快速方便等特點而更具優勢。但文獻報道中的CE法大多僅限于其中一種或兩種生物堿有效成分的測定，或是某一種樣品的測定。本文以β-環糊精(β-CD)為添加劑，采用CE中最為簡單的區帶毛細管電泳法(CZE)分離測定了茶葉、飲料類、咖啡類和藥品制劑中3種黃嘌呤類有效成分，為3種生物堿在各類實際樣品中的測定提供了參考。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

P/ACETMMDQ型高效毛細管電泳儀(美國Beckman公司)，配有二極管陣列檢測器(DAD)和32Karat Software色譜工作站;熔融未涂層石英毛細管柱(河北永年光導纖維廠);KQ5200DB型數控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);BSZ10S電子天平(德國Sartorius公司);PB-10型酸度計(德國Sartorius公司)。

咖啡因、茶堿、可可堿標準品均購自中國藥品生物制品檢定所。茶葉、可樂罐裝飲料、雀巢咖啡購自西安市人人樂超市，復方茶堿片和復方茶堿麻黃堿片購自西安市友誼醫院，實驗用水均為二次蒸餾水。

1.2 溶液制備

標準溶液:精密稱取一定量咖啡因、茶堿、可可堿對照品，分別用水配制成質量濃度均為7.20 g·L－1水溶液，于4℃冰箱保存，使用前混合并稀釋至所需濃度。

供試品溶液:精密吸取10.0 mL可口可樂罐裝飲料于25 mL容量瓶中，加水定容，搖勻;取約2 g茶葉或1 g雀巢咖啡，精密稱定，置于100 mL燒瓶中，加入50 mL 70℃的水攪拌使其溶解，水煮30 min，冷卻后過濾，反復兩次，將濾液合并，精密吸取5.0 mL于50 mL容量瓶中，加水定容，搖勻待用;取20片復方茶堿片或復方茶堿麻黃堿片，精密稱定，研細，取約0.5 g藥品粉末，精密稱定，置于燒瓶中加50 mL水超聲(150 W，40 kHz)溶解30 min，精密移取5.0 mL于50 mL容量瓶中，加水定容，搖勻待用。上述溶液進樣前均經0.45 μm微孔濾膜過濾。

1.3 毛細管電泳條件

采用未涂層石英毛細管(75 μm ×60 cm，有效長度50 cm)，以20 mmol·L－1硼砂 －4 mmol·L－1β-CD(pH 9.0)為運行緩沖液，壓力(0.5 psi)進樣5 s，運行電壓16 kV，檢測波長273 nm，溫度25℃。每次實驗前分別用0.1 mol·L－1HCl、水、0.1 mol·L－1NaOH、水和緩沖液各沖洗毛細管10 min。每兩次運行間分別用水和緩沖液各沖洗3 min。

2 結果與討論

2.1 檢測波長的選擇

經紫外光譜掃描，咖啡因、茶堿、可可堿在273 nm附近均有最大吸收，因此選擇273 nm作為本實驗的檢測波長。

圖1 緩沖液濃度對3種生物堿遷移時間的影響Fig.1 Effect of buffer concentration on migration time of three alkaloids

2.2 緩沖液濃度的選擇

選用硼砂緩沖體系，基線較平穩。本實驗考察了硼砂濃度為5.0～50.0 mmol·L－1時對3種生物堿分離的影響(見圖1)。結果發現，硼砂濃度較低時，咖啡因和可可堿較難分離，隨著硼砂濃度的增大其分離度有所提高，但分析時間大大延長，同時電流也隨之升高(當緩沖液濃度為40 mmol·L－1時，電流已接近100 μA)，同時茶堿的峰拖尾現象加重。綜合考慮峰形、峰電流強度和分析時間，最終選擇硼砂的最佳濃度為20 mmol·L－1。

為了進一步改善咖啡因與可可堿之間的分離度和峰形，實驗考察了向硼砂溶液中加入不同濃度β-CD對分析的影響。結果發現，加入β-CD后3種生物堿的分離度得到顯著改善，特別是咖啡因和可可堿明顯可達到基線分離，三者的峰形也得到不同程度的改善。這可能是因為呈截頂圓錐狀結構含7個葡萄糖單元的β-CD具有“內疏水、外親水”的特征，與藥物分子間通過非共價作用力相互作用，從而對待測物具有選擇性匹配或選擇性識別，使其分離度增大并改善峰形。但遷移時間隨著β-CD濃度的增加而延長，當β-CD濃度較高時會使得焦耳熱效應較為顯著，從而導致基線不平和譜帶展寬。因此，綜合考慮后選擇β-CD的最佳濃度為4 mmol·L－1。

2.3 緩沖液pH值的選擇

緩沖液的pH值能夠影響毛細管內壁硅羥基的解離，并影響待測物的表觀電荷和電滲流，進而影響被測物的分離度。用硼酸將緩沖液pH值調至7.0～9.0，用NaOH將其pH值調至9.5～11.0，其他條件不變，對3種生物堿的混合標準品溶液進行分析。結果發現，當pH 7.0時，3種生物堿譜峰均有重疊，增大pH值時三者的分離度增大但同時遷移時間也不斷增大，pH 9.0時三者可達到完全基線分離;繼續增大緩沖液pH值時，分析時間明顯延長，且電流明顯上升，焦耳熱增大，尤其是茶堿譜峰嚴重展寬。因此選擇緩沖液的最佳pH值為9.0。

圖2 優化條件下3種生物堿的電泳譜圖Fig.2 Electrophoregram of three alkaloids at optimized conditions

2.4 運行電壓的選擇

考察了電壓在5～25 kV范圍內對3種生物堿分離的影響。結果發現，隨著施加電壓的增大，分析時間明顯減少，峰強度也有所增加，但電壓過高時分離度顯著下降，峰電流明顯增大，基線噪音變大，影響檢測的靈敏度和穩定性。當電壓為16 kV時，3種生物堿的分析時間、分離效果和峰電流均較為理想，因此選擇運行電壓為16 kV。

實驗還考察了進樣時間、毛細管柱溫等因素對分析的影響。結果發現，進樣時間為5 s(0.5 psi)，溫度25℃時，3種生物堿的分離度、分析時間、峰形和峰電流均較佳。

綜上所述，確定最佳CZE條件見“1.3”。在此條件下3組分的譜圖見圖2。

表1 3種生物堿的線性關系和檢出限Table 1 Calibration relationship and detection limits(LODs)of alkaloids

2.5 線性范圍與檢出限

分別精密移取濃度均為0.72 g·L－1的混合標準溶液 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mL于10 mL容量瓶中，定容。在上述條件下分別連續進樣3次，以3種生物堿的峰面積(y)對其質量濃度(x)進行擬合，線性關系見表1。3種生物堿在0.036～0.288 g·L－1范圍內線性關系良好，其檢出限均不大于2.7 mg·L－1。

2.6 精密度、重現性與穩定性

將含咖啡因、茶堿和可可堿濃度均為0.144 g·L－1的標準混合溶液連續進樣6次，測得3種生物堿峰面積的RSD均小于2.4%。取“1.2”的可口可樂罐裝飲料供試品溶液連續進樣6次，結果測得咖啡因峰面積的RSD為1.9%，隨后分別間隔1、2、4、8、16、24 h進樣，測得其峰面積的RSD為3.2%。說明樣品在該實驗條件下的重現性較好，在24 h內基本穩定。

2.7 樣品加標回收實驗

精密吸取3種對照品儲備液適量(高、中、低含量)，分別加入到已知含量的信陽產綠茶樣品中，按“1.2”方法制備供試品溶液，測得3種生物堿的回收率見表2。由表2結果可知，3種生物堿的回收率為97%～104%，RSD均小于4.0%，滿足毛細管電泳對樣品定量的要求。

表2 加樣回收率實驗結果Table 2 Results of recovery test

2.8 實際樣品測定

在上述優化實驗條件下，實際樣品中的3種生物堿可得到較好的分離與檢測(見圖3)。可樂飲料、茶葉、咖啡、藥品等4類實際樣品中3種生物堿的測定結果見表3。

圖3 實際樣品的電泳譜圖Fig.3 Electrophoregrams of some real samples

表3 實際樣品中3種生物堿的含量測定結果Table 3 Determination results of three alkaloids in real samples

(續表3)

3 結論

本文建立了以β-CD為添加劑的CZE法對樣品中咖啡因、可可堿、茶堿3種生物堿同時定量的分析方法。考察了硼砂緩沖液濃度、β-CD添加劑濃度、緩沖液pH值以及電泳電壓等因素的影響，確定較優化的電泳條件為:20 mmol·L－1硼砂+4 mmol·L－1β-CD(pH 9.0)作為運行緩沖液，工作電壓16 kV，進樣時間5 s(0.5 psi)，檢測波長273 nm，溫度25℃。在該實驗條件下，3種生物堿的電泳譜圖峰面積與其質量濃度在0.036～0.288 g·L－1范圍內呈良好線性，r≥0.998 4;精密度、重復性和穩定性良好，其峰面積的RSD均不大于3.2%，其檢出限均不大于2.7 mg·L－1，加標回收率為97%～104%，方法快速簡便，靈敏度高，適用面廣，可用于多種樣品種類(包括飲料、茶葉、咖啡和藥品等)的分析。

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