电化学振荡反应用于中药鉴定的反应过程及机理研究

李继睿，禹练英，徐祥斌，李忠英，王织云

（湖南化工职业技术学院，湖南株洲 412004）

中医药是我国重要的宝贵财富，经过几千年的实践证明疗效是显著的[1-2]，确立了自身在世界四大传统医药体系中独特的地位和理论体系。到目前为止，已经应用过或正在应用中医药的国家有近百个，且有80%以上的人使用过天然动植物、矿物等做药物，还使用这些天然动植物和矿物加工的提取物来生产药物——这些一般被认为是西医西药的范畴。

我国是中医中药传统大国，但是在国际中药成药市场中却只占据了不足12%的市场份额，并主要以天然原料药物输出为主。出现这种情况的原因，主要是对中药的特性研究不够透彻，对中药的成分、药性、病理学、药理学的研究不够深入，导致对中药持怀疑态度的人和观点时有涌现[3]。因此，建立中药质量监控体系、统一中药的含量和成分、建立起科学高效的质量保证体系，成为中医药现代化过程中一项正待改善的迫切要求。

1 电化学振荡的应用现状

在电化学振荡的研究历史中，有很多经典的例子，比如：BZ反应、六角雪花、伯纳德花纹、糖酵解 等[4]。化学振荡应用于分析化学始于20世纪70年代末，1978年，Tikhonova发表了一篇化学振荡在分析化学方面应用的文章，该文章报道了微量O8RuS2对B-Z反应的影响，结论表明，其变化与O8RuS2的质量浓度（7~330mg/L）成正比例关系，并利用这个公式测定得到钌的含量，Dolores Perez Bendito等在1995年利 用APP（Analyte Pulse Perturbation Technique）对被测定物质对化学振荡体系的脉冲扰动影响进行了分析测定[5-6]。其中应用最广的是利用化学振荡技术测定NADP等生物活性物质。

BZ反应应用于分析化学方面也比较广，主要是测定无机阴离子和金属离子，测定的气体主要有CO、Cl2、NO等[7]，测定的阴离子有Cl-、F-、I-、S2O32-、金属络合阴离子等[8]，测定的金属离子有Fe3+、Mn2+、Ag+、Tl3+、Ru3+、Hg2+等。

另外，BZ反应在有机物的测定方面使用也比较多，尤其是在药物分析方面应用比较广泛。通过现有文献分析，在测定香子兰醛、苯酚、没食子酸、维生素B1、维生素B2、二苯胺磺酸钠、缬氨酸、咖啡因、间苯二酚、维生素B6、维生素C、氢醌、利福平、谷胱甘肽时，这些被测有机物多为药物，分析化学家已经试图将生命体内的振荡现象在实验室内进行研 究[1-2]，还有使用BZ反应测定患者的血清和尿液获得了较好的研究成果。另外，在味觉模拟和味觉测定这一块，使用BZ方法也更接近于实际情况。

虽然长期以来对化学振荡应用研究得较多，但关于化学振荡反应过程和机理的研究较少，特别是对于化学振荡反应在中药鉴定中的应用机理研究很少。

2 中药质量控制现状

中药及中成药真伪鉴别和质量评价科学方法的建立已成为分析化学家具有挑战性的工作和课题。用于中药这一黑色或灰色复杂体系化学成分群集表征的中药指纹图谱一词应运而生，而且指纹图谱在中药及中成药真伪鉴别和质量评价与监控方面的重要作用已成为大家的共识[11]。

目前，已经被文献证实的中药材鉴别方法以及分析方法主要有：①色谱指纹图谱法联用技术，这是一种应用非常广泛的方法，可以进行定性测定，也能进行定量测定。不过这种方法的样品处理过程较为繁琐，同时在样品处理过程中极易混入其他杂质，还有就是这种方法处理的试样仅限于重要化学成分信息。②分子标记法，重现性好，可靠性也强，具有一定的专属性。不过其缺点是对操作要求高，设备昂贵，同时也需要对样品进行标记。③光谱指纹图谱法，这种方法虽然适用范围有限，但是能对中药材的部分结构信息进行解读和分析。

在这三种方法中，中药及中成药色谱指纹图谱的研究和应用最为广泛和深入，已成为目前国际公认的评价和控制中药或天然药物质量最有效的方法和技术手段。由于中药成分复杂且部分成分的含量会随着产地、收取季节、选取部位等区别而不同，另外，对于中药中的天然有效成分的测定尚不完全清晰。药材中还存在很多未知成分，使得色谱指纹图谱存在不可忽视的局限性，如液相色谱仅适用于真溶液体系；气相色谱仅适用于中药中挥发性成分分析；色谱指纹图谱因其定性和定量参数一般只有保留值和峰强度，且色谱峰形缺少变化，因而其特征性、直观性不强，在多数情况下须根据化学计量学方法处理后的结果来鉴别和评价中药，因而费时，一般只有掌握较强相关专业技术知识的分析人员才能做出相对准确的分析；色谱技术不能直接用于占绝大多数中药成药中“膏、汤、丸、散”剂型和固体原药材的指纹图谱测定，测定前必须对其天然成分进行提取、分离等预处理，因而成分损失，繁琐、费事、操作流程长，试剂消耗量大，且分析费用高，不仅会引入杂质，而且提取的部分已不能代表中药的天然成分的全部成分，其指纹图谱实际上只是中药部分化学成分的信息集合等等。故严格说来，色谱指纹图谱作为中药复杂体系所有成分的群集表征，仅适用于中药注射液和口服等真溶液。因此，对于无须分离提纯等预处理过程，就能适用于各种类型的物相和剂型的中药中所有化学成分群集表征的指纹图谱分析方法的研究，已成为摆在分析化学家面前的首要任务。电化学振荡指纹图谱应运而生。电化学振荡指纹图谱具有分析无需繁琐的预处理，适应所有中药体系，图谱信息含量大，特征值明显，重现性好，检测费用低廉等特点，具有非常好的应用前景。

本文旨在通过对电化学振荡反应过程和机理的研究，以达成对中药材更多的化学成分和药效信息的分析和了解，并进而对中药原药及成药的质量进行评价和鉴别，为中药材及中药成药生产过程中的质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础上，提出了一种全新的电化学振荡指纹图谱方法，即利用硫酸-丙二酸-溴化钠-硫酸铈铵-溴酸钠振荡反应体系，通过实验摸索出了该振荡反应体系的最佳组成和测定的参数条件，该方法在中药材及其制品的鉴别和分析方面，具有良好的可表征特异性和重现性。

3 实验部分

3.1 实验仪器

超级恒温水浴（SYC-15型，南京桑力电子设备厂），振荡实验装置（ZD-BZ型，南京桑力电子设备厂），双液接饱和甘汞电极（271型双盐桥参比电极）金属铂电极（213-01型，上海康宁电光技术有限公司），数据采集装置，微量进样器，电子天平。实验装置见图1。

图1 B-Z振荡反应实验装置图

3.2 实验样品与试剂

试剂均为分析纯，所有溶液均为蒸馏水配制。葡萄糖：市售

加入试剂：蒸馏水（25mL）、5%硫酸（10mL）、8%丙酮（15mL）、1.67%丙酮（15mL）、10.7%溴酸钠（3mL）。将上述配置试剂放置37.5℃恒温槽中。

3.3 实验操作方法

用电子天平称取规定量葡萄糖样本，依次移取25mL蒸馏水、10mL硫酸、15mL丙酮、硫酸锰15ml，于玻璃夹套反应器中混合成 65mL反应底液。盖好带温度计、注射孔和电极的反应器，调节恒温水浴温度为37.5±0.1℃，在快速搅拌下，以铂电极为工作电极，甘汞电极为参比电极，记录电极电位E（mV）与时间t（s）的振荡曲线。当诱导期趋于结束，振荡600s时，用微量注射器加入3mL溴酸钠。测定反应体系电位随时间的变化，并用计算机自动跟踪并记录振荡波形。

4 结果与讨论

4.1 电化学指纹图谱特征参数

以对丙二酸-溴酸钾-硝酸铈铵-硫酸的B-Z反应体系测定电化学指纹图谱特征参数，有诱导时间、最高电位、最低电位、振荡周期、振荡时间、最大振幅等，如图2所示。

图2 电化学指纹图谱特征参数

对不同产地不同种类的中药进行测定，测定结果见图3、4，可以看出不同的中药特征参数不同，不同产地的同一种中药特征参数相似。因此，根据电化学振荡指纹图谱特征参数可以对中药进行鉴别和检测。

图4 不同产地当归的特征图谱

4.2 当归对B-Z振荡反应的影响及其在分析检测中的应用

振荡反应的一大特点是在诱导期后会呈现稳定的周期振荡波形，在这个周期内，无论是振幅、周期还是电位峰谷值都呈现出一种稳定性。如果在这种稳定体系中加入当归，那么这种干扰物就会引起体系的波动，从而影响振荡波，使振荡波发生振幅、周期、电位峰谷值等参数的变化，在对中药进行分析时就可以很好地利用这一特点来进行分析检测工作。

4.2.1 当归对B-Z振荡反应的影响

0.3×6mo1/L丙二酸溶液，0.15mol/L溴酸钾溶液，4.00mol硫酸溶液，7.28×10-3mol/L硫酸铈铵溶液，于37℃条件下记录数据（见图5）。

图5 加入不同量的当归时B-Z振荡反应曲线

由图5可看出，当归对振荡反应有影响，且随着当归加入量的加大其影响增大。当归对振荡反应的影响需在较高的浓度范围（通常在当归加入量大于5mg/100mL）时才有明显现象，振荡图像的峰高值在加入当归后会下降，并与加入浓度成良好的线性关系。振荡周期也会有所延长，但与加入量关系不大，都会延长5~10s；振幅亦有减小，加入量大时明显。

4.2.2 B-Z振荡反应峰值电压与当归加入量的关系（见图6）

图6 B-Z振荡反应峰值电压与当归加入量的关系

5 结论

研究结果表明，B-Z振荡反应与温度、反应体系浓度有关，且当归对B-Z 振荡反应有影响，且其影响大小与当归加入量有线性相关性，可以利用这种相关性进行分析检测，从而建立了一种新的分析检测方法。