表面增強拉曼光譜檢測保健品中的鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍

王　琳,王　雪,田靜秒,宋云飛,閆葉娜

(北京普析通用儀器有限責任公司,北京 101200)

?

表面增強拉曼光譜檢測保健品中的鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍

王琳,王雪,田靜秒,宋云飛,閆葉娜

(北京普析通用儀器有限責任公司,北京 101200)

目的:建立一種用于檢測鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍的快速分析方法。方法:采用表面增強拉曼光譜(SERS)分析方法檢測鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍。結果:該方法檢測鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍,檢測濃度分別為4、4、1 μg/mL。該方法的檢測結果受pH的影響,pH2.0時,上述三種降糖藥的表面增強拉曼效應較顯著。該方法可以用于檢測保健品中添加的鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍,檢測濃度分別為200、200、100 μg/mL。結論:該方法操作簡便,所用時間短,前處理與檢測時間一共只需15 min,適合現場快速篩查。

表面增強拉曼光譜,鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮,鹽酸苯乙雙胍,保健品

表面增強拉曼光譜技術(SERS)是拉曼光譜技術中的一種,它發展于20世紀70年代。吸附在粗糙化金屬表面的化合物,由于化學作用與電磁作用,使被測定物的拉曼散射產生極大的增強效應[1]。其增強因子可達103～107,已發現能產生SERS的金屬有金、銀等少數金屬。此技術具有選擇性好和靈敏度高的優點,實際檢測限可達10-12g級。因此,SERS技術作為一種新興的定性與定量檢測技術,近年來引起了極大的重視,取得了若干研究進展[2-4]。

不法分子在降糖中成藥和保健食品中非法摻入療效確切、價廉的降糖化學成分,對治療帶來隱患,對健康造成嚴重危害,也給非法添加化學成分的檢測提出了嚴重挑戰。鹽酸苯乙雙胍與鹽酸吡格列酮等都是聲稱有輔助降血糖功能的保健品中非法添加的常見西藥品種[5]。表面增強拉曼光譜法檢測保健品中非法添加降糖藥具有操作簡單,快速和高靈敏度的優點。張雁等人研究馬來酸羅格列酮在不同激發光波長以及不同酸堿度條件下的表面增強拉曼光譜,結果發現對于藥物分子-銀膠體系785 nm激發時,酸性條件下的SERS效應最為明顯[6]。張雁等人還發現偏酸性的pH條件有利于馬來酸羅格列酮與鹽酸吡咯列酮的鑒別[7]。譚忠謀等人發現偏堿性的pH條件有利于馬來酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍的鑒別[8]。趙娟等人發現偏堿性的pH條件有利于鹽酸苯乙雙胍與鹽酸二甲雙胍的鑒別[9]。

上述研究以檢測降糖藥物的溶液為主,并沒有對實際保健品中的降糖藥物進行檢測。本文采用膠體金顆粒作為表面增強拉曼光譜的增強試劑,研究了不同pH對鹽酸羅格列酮,鹽酸吡咯列酮與鹽酸苯乙雙胍SERS檢測結果的影響,并且在此基礎上開發了檢測保健品中添加的降糖藥的方法,研究了采用SERS技術檢測保健品中非法添加的降糖藥的可行性,為進一步研究SERS技術在保健品安全領域的實際應用奠定了基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

鹽酸苯乙雙胍(CAS:834-28-6),鹽酸吡格列酮(CAS:112529-15-4),鹽酸羅格列酮(CAS:302543-62-0)標準品采購于中國藥品生物制品檢定研究院;氯金酸與檸檬酸三鈉采購于北京科實玻璃儀器有限公司;其他試劑采購于西隴化工股份有限公司;消渴靈片(片劑)、降糖膠囊(膠囊)、消渴茶(茶劑)、消渴丸(丸劑)均為市售保健品。

圖1　降糖藥結構Fig.1　Structural formula注:1:鹽酸苯乙雙胍;2:鹽酸吡格列酮;3:鹽酸羅格列酮。

拉曼光譜檢測儀(IDRaman mini)手持式拉曼光譜檢測儀,海洋光學公司激發光波長785 nm。

1.2實驗方法

1.2.1膠體金制備采用檸檬酸三鈉還原氯金酸的方法制備膠體金溶液[10],配制100 mL濃度為0.02%的氯金酸溶液,邊攪拌邊加熱至沸騰,快速加入3 mL的檸檬酸三鈉溶液,觀察溶液顏色變化,溶液顏色完全變為紅色后開始計時,5 min后停止加熱,使其緩慢冷卻至室溫,加超純水補足體積至100 mL。

1.2.2表面增強拉曼光譜檢測步驟首先,檢測待測物質標準品的拉曼圖譜,以該圖譜作為標準圖譜;接著,將80 μL樣品與320 μL增強試劑放入樣品瓶中,混合,搖勻;再將樣品瓶放入拉曼檢測儀的樣品池中,獲取樣品的拉曼圖譜,將樣品的拉曼圖譜與標準圖譜對比,以能否觀察到特征峰作為能否檢出的判斷依據。

1.2.3研究pH對SERS檢測降糖藥的影響取膠體金溶液,不加入待測物質,按照1.2.2的方法進行檢測。將pH調節到2.0或12.0,之后按照1.2.2的方法進行檢測。

根據預實驗結果,使用甲醇溶解降糖藥,配制濃度為4 μg/mL的鹽酸吡格列酮與鹽酸羅格列酮溶液,以及1 μg/mL的鹽酸苯乙雙胍溶液,將上述溶液與膠體金溶液按照體積比1∶4的比例混合均勻,按照1.2.2的方法進行檢測。將pH調節到2.0或12.0,之后按照1.2.2的方法進行檢測。

1.2.4研究SERS檢測保健品中降糖藥的方法取(0.1±0.02) g保健品(片劑或丸劑研碎后稱量,膠囊劑取內容物稱量,茶劑直接稱量),添加一定濃度的降糖藥,加入2 mL乙酸乙酯,渦旋振蕩5 min。4000 r/min離心5 min。取0.5 mL上清液,加入0.5 mL鹽酸溶液(濃度:0.3 mol/L)。渦旋振蕩2 min。靜置分層后,取下層溶液,與膠體金溶液按照體積比1∶4的比例混合均勻,按照1.2.2的方法進行檢測。

2　結果與分析

2.1pH對SERS檢測降糖藥的影響

膠體金溶液的拉曼圖譜見圖2。由圖2可見,膠體金的拉曼圖譜在738,991,1176,1200,1207,1243,1310 cm-1等處沒有明顯的峰。

圖2　膠體金拉曼圖譜Fig.2　Raman atlas of colloidal gold注:1:pH7.0;2:pH12.0;3:pH2.0。

鹽酸吡格列酮的拉曼圖譜見圖3。由圖3可見,檢測時調節pH至2.0,可以觀察到鹽酸吡咯列酮的拉曼特征峰,波數分別為1207,1243,1310 cm-1,其中1207 cm-1可能為對位二取代苯的骨架振動峰,1243 cm-1可能為烷基芳香基醚的伸縮振動峰,1500 cm-1右側的峰可能為苯衍生物的環伸縮峰[11]。檢測時pH為7.0或12.0,則無法觀察到上述特征峰。推測調節pH至2.0,能夠引起或促進膠體金對拉曼光譜的增強效應。

圖3　鹽酸吡格列酮拉曼圖譜Fig.3　SERS atlas of Pioglitazone hydrochloride注:1:鹽酸吡格列酮SERS圖譜(溶液,濃度4 μg/mL,pH7.0);2:鹽酸吡格列酮SERS圖譜(溶液,濃度4 μg/mL,pH12.0);3:鹽酸吡格列酮SERS圖譜(溶液,濃度4 μg/mL,pH2.0);4:鹽酸吡格列酮標準物質拉曼圖譜(固體)。

鹽酸羅格列酮的拉曼圖譜見圖4。由圖4可見,檢測時調節pH至2.0,可以觀察到鹽酸羅格列酮的拉曼特征峰,波數分別為738,1176,1207,1258 cm-1,其中738 cm-1可能為單取代苯的碳氫振動峰,1176 cm-1和1207 cm-1可能為對位二取代苯的骨架振動峰[11]。檢測時pH為7.0或12.0,則無法觀察到上述特征峰。推測調節pH至2.0,能夠引起或促進膠體金對拉曼光譜的增強效應。

圖4　鹽酸羅格列酮拉曼圖譜,Fig.4　SERS atlas of Rosiglitazone hydrochloride注:1:鹽酸羅格列酮SERS圖譜(溶液,濃度4 μg/mL,pH7.0);2:鹽酸羅格列酮SERS圖譜(溶液,濃度4 μg/mL,pH12.0);3:鹽酸羅格列酮SERS圖譜(溶液,濃度4 μg/mL,pH2.0);4:鹽酸羅格列酮標準物質圖譜(固體)。

鹽酸苯乙雙胍的拉曼圖譜見圖5。由圖5可見,檢測時調節pH至2.0,可以觀察到鹽酸羅格列酮的拉曼特征峰,波數分別為991,1200 cm-1,其中991 cm-1可能為單取代苯三角形環呼吸峰,1200 cm-1可能為環振動峰[11]。檢測時pH為7.0或12.0,則無法觀察到上述特征峰。推測調節pH至2.0,能夠引起或促進膠體金對拉曼光譜的增強效應。

圖5　鹽酸苯乙雙胍拉曼圖譜 Fig.5　SERS atlas of Phenformin hydrochloride注:1:鹽酸苯乙雙胍SERS圖譜(溶液,濃度1 μg/mL,pH12.0);2:鹽酸苯乙雙胍SERS圖譜(溶液,濃度1 μg/mL,pH7.0);3:鹽酸苯乙雙胍SERS圖譜(溶液,濃度1 μg/mL,pH2.0);4:鹽酸苯乙雙胍標準物質圖譜(固體)。

待測物質的表面增強圖譜,與待測物質的標準圖譜有區別,有些特征峰消失,有些特征峰發生位移,有些特征峰強度發生變化。推測待測物質在溶液中濃度較低,拉曼效應較弱,因此有些特征峰消失。推測待測物質與膠體金顆粒表面發生相互作用,拉曼振動模式有所改變,因此有些特征峰發生位移或強度發生變化。

酸性條件下,待測物質的表面增強拉曼效應較顯著。膠體金對待測物質拉曼散射的增強機制,與化學鍵效應(來自于吸附分子與金屬的復合、成鍵)有關,也與電荷轉移效應有關。推測溶液pH變為酸性,影響了待測物質的分子的電性與電荷分布,從而影響了待測物質與膠體金顆粒表面的吸附基團或吸附模式[6],以及待測物質與膠體金顆粒的拉曼共振效應,因此使膠體金顆粒對待測物質拉曼散射的表面增強作用進一步加強。

本方法檢測鹽酸吡格列酮的檢測濃度為4 μg/mL,檢測鹽酸羅格列酮的檢測濃度為4 μg/mL,檢測鹽酸苯乙雙胍的檢測濃度為1 μg/mL。

2.2檢測保健品中的降糖藥

市售保健品中不添加降糖藥標準品,不同劑型的保健品的檢測結果見圖6。由圖6可見,市售保健品的拉曼圖譜在738,991,1176,1200,1207,1243,1310 cm-1等處沒有明顯的峰。

圖6　未添加降糖藥的保健品拉曼圖譜Fig.6　SERS atlas of health care products without additive注:1:片劑;2:膠囊;3:茶劑;4:丸劑,圖7～圖9同。

市售保健品中添加鹽酸吡咯列酮,添加濃度為200 μg/g(根據預實驗結果,該濃度可以觀察到拉曼特征峰,而且特征峰較明顯),檢測結果見圖7。由圖7可見,可以觀察到鹽酸吡格列酮的拉曼特征峰,波數分別為1207,1243,1310 cm-1。說明該方法可以檢測保健品(包括片劑,膠囊,茶劑與丸劑)中非法添加的鹽酸吡格列酮。

圖7　保健品中鹽酸吡咯列酮的拉曼圖譜Fig.7　SERS atlas of Pioglitazonehydrochloride in health care products

市售保健品中添加鹽酸羅格列酮,添加濃度為200 μg/g(根據預實驗結果,該濃度可以觀察到拉曼特征峰,而且特征峰較明顯),檢測結果見圖8。由圖8可見,可以觀察到鹽酸羅格列酮的拉曼特征峰,波數分別為738,1176,1207,1258 cm-1。說明該方法可以檢測保健品(包括片劑,膠囊,茶劑與丸劑)中非法添加的鹽酸羅格列酮。

圖8　保健品中鹽酸羅格列酮的拉曼圖譜Fig.8　SERS atlas of Rosiglitazonehydrochloride in health care products

市售保健品中添加鹽酸苯乙雙胍,片劑和膠囊添加濃度為40 μg/g(根據預實驗結果,該濃度可以觀察到拉曼特征峰,而且特征峰較明顯),茶劑和丸劑添加濃度為100 μg/g(根據預實驗結果,該濃度可以觀察到拉曼特征峰,而且特征峰較明顯),檢測結果見圖9。由圖9可見,可以觀察到鹽酸苯乙雙胍的拉曼特征峰,波數為991 cm-1。說明該方法可以檢測保健品(包括片劑,膠囊,茶劑與丸劑)中非法添加的鹽酸苯乙雙胍。

圖9　保健品中鹽酸苯乙雙胍的拉曼圖譜Fig.9　SERS atlas of Rosiglitazonehydrochloride in health care products

保健品中待測物質的特征峰的強度較低,可能原因為保健品中的某些物質干擾待測物質在膠體金表面的吸附,從而降低了膠體金顆粒對待測物質的拉曼散射的表面增強效應。

本方法檢測保健品中鹽酸吡格列酮的檢測濃度為200 μg/g,檢測保健品中鹽酸羅格列酮的檢測濃度為200 μg/g,檢測保健品中鹽酸苯乙雙胍的檢測濃度為40 μg/g(片劑與膠囊)或100 μg/g(茶劑與丸劑)。

3　結論

本文研究了SERS在檢測保健品中降糖藥方面的應用。本文通過研究pH對SERS檢測結果的影響,發現pH為2.0時,鹽酸吡咯列酮,鹽酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍的表面增強拉曼效應較顯著。這一發現為進一步研究保健品中降糖藥的檢測方法提供了啟示。

表面增強拉曼光譜分析法選擇性好,靈敏度高,是很有發展前景的檢測技術。目前,該技術在食品安全領域檢測實際樣品的相關報道較少,有研究表明SERS技術可以用于檢測谷物中的苯甲酮[12]與果汁中的有機硫殺菌劑[13]。本文在保健品中添加降糖藥,通過一系列前處理步驟將降糖藥純化,并且溶解在酸性溶劑中,再與增強劑膠體金溶液混合,最后使用手持式拉曼光譜儀檢測。實驗證明,該方法可以檢測保健品中添加的鹽酸吡格列酮、鹽酸羅格列酮和鹽酸苯乙雙胍,而且靈敏度高,方法簡單,所用時間少,前處理與檢測時間一共只需15 min,適合現場快速篩查。該研究為SERS技術的實際應用提供了進一步的支持。

[1]Martin Thomas,Stefan Mühlig,Tanja Deckert-Gaudig,et al. Distinguishing chemical and electromagnetic enhancement in surface-enhanced Raman spectra:The case of para-nitrothiophenol[J]. Journal of Raman Spectroscopy,2013,44(11):1497-1505.

[2]Bei Nie,Chaolan He,Lijuan Liu. Surface-enhanced Raman scattering within silver-nanoparticle-decorated nanometric apertures[J]. Journal of Raman Spectroscopy,2013,44(11):1512-1517.

[4]Irene Izquierdo-Lorenzo,José Vicente García-Ramos,Santiago Sanchez-Cortes. Vibrational characterization and surface enhanced Raman scattering detection of probenecid doping drug[J]. Journal of Raman Spectroscopy,2013,44(10):1422-1427.

[5]關于發布保健食品中可能非法添加的物質名單(第一批)的通知[S]. 國家食品藥品監督管理局,2012:1-2.

[6]張雁,尹利輝,陳亞飛,等. 馬來酸羅格列酮的表面增強拉曼光譜研究[J].藥物分析雜志,2011,31(9):1720-1725.

[7]張雁,尹利輝,金少鴻. 馬來酸羅格列酮與鹽酸吡咯列酮在納米銀表面共吸附的表面增強拉曼光譜研究[J]. 藥物分析雜志,2012,32(12):2162-2167.

[8]譚忠謀,尹利輝,張雁.馬來酸羅格列酮與鹽酸苯乙雙胍納米銀表面共吸附的表面增強拉曼光譜研究[J]. 中國藥師,2013,16(6):817-820.

[9]趙娟,張雁. 鹽酸苯乙雙胍與鹽酸二甲雙胍在納米銀表面共吸附的表面增強拉曼光譜研究[J]. 中國藥師,2013,16(12):1775-1777.

[10]Frens G. Preparation gold dispersions of varying particle size:controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold solutions[J]. Nature Physical Science,1973,241:20-22.

[11]朱自瑩,顧仁敖,陸天虹. 拉曼光譜在化學中的應用[M]. 東北大學出版社,1998:295-301.

[12]Enrica Droghetti,Francesco P. Nicoletti,Luca Guandalini,et al. SERS detection of benzophenones on viologen functionalized Ag nanoparticles:application to breakfast cereals[J]. Journal of Raman Spectroscopy,2013,44(10):1428-1434.

[13]Benjamin Saute,Radha Narayanan. Solution-based SERS method to detect dithiocarbamate fungicides in different real-world matrices[J]. Journal of Raman Spectroscopy,2013,44(11):1518-1522.

Surface-Enhanced Raman Spectroscopy(SERS)assay method for pioglitazone hydrochloride,rosiglitazone hydrochloride and phenformin hydrochloride in health care products

WANG Lin,WANG Xue,TIAN Jing-miao,SONG Yun-fei,YAN Ye-na

(Beijing Purkinje General Instrument Co.,Ltd,Beijing 101200,China)

Objective:A fast assay method for pioglitazone hydrochloride,rosiglitazone hydrochloride and phenformin hydrochloride was developed. Method:A Surface-Enhanced Raman Spectroscopy(SERS)assay method was used to detect the pioglitazone hydrochloride,rosiglitazone hydrochloride and phenformin hydrochloride. Result:The concentration of the SERS method for pioglitazone hydrochloride and rosiglitazone hydrochloride was 4 μg/mL,and for phenformin hydrochloride was 1 μg/mL. The SERS spectrums under three different pH conditions were studied,and the results showed that the pH of the system had obvious effect on the SERS,and the SERS was most enhanced when the pH was 2.0. For detecting health care products,the concentration of the SERS method for pioglitazone hydrochloride and rosiglitazone hydrochloride was 200 μg/mL,and for phenformin hydrochloride was 100 μg/mL. The SERS method was simple and rapid and could be finished in fifteen minutes. Conclusion:The SERS method could be a convenient tool for field detection of health care products.

Surface Enhanced Raman Spectroscopy(SERS);pioglitazone hydrochloride;rosiglitazone hydrochloride;phenformin hydrochloride;health care products

2015-11-02

王琳(1980-)，男,碩士研究生,工程師,研究方向:快速診斷檢測技術的研究開發和應用,E-mail:lin.wang@pgeneral.com.cn。

TS207

A

1002-0306(2016)13-0295-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.052