表面增强拉曼光谱检测保健品中的盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍

王　琳,王　雪,田静秒,宋云飞,闫叶娜

(北京普析通用仪器有限责任公司,北京 101200)



表面增强拉曼光谱检测保健品中的盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍

王琳,王雪,田静秒,宋云飞,闫叶娜

(北京普析通用仪器有限责任公司,北京 101200)

目的:建立一种用于检测盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍的快速分析方法。方法:采用表面增强拉曼光谱(SERS)分析方法检测盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍。结果:该方法检测盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍,检测浓度分别为4、4、1 μg/mL。该方法的检测结果受pH的影响,pH2.0时,上述三种降糖药的表面增强拉曼效应较显著。该方法可以用于检测保健品中添加的盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍,检测浓度分别为200、200、100 μg/mL。结论:该方法操作简便,所用时间短,前处理与检测时间一共只需15 min,适合现场快速筛查。

表面增强拉曼光谱,盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮,盐酸苯乙双胍,保健品

表面增强拉曼光谱技术(SERS)是拉曼光谱技术中的一种,它发展于20世纪70年代。吸附在粗糙化金属表面的化合物,由于化学作用与电磁作用,使被测定物的拉曼散射产生极大的增强效应[1]。其增强因子可达103～107,已发现能产生SERS的金属有金、银等少数金属。此技术具有选择性好和灵敏度高的优点,实际检测限可达10-12g级。因此,SERS技术作为一种新兴的定性与定量检测技术,近年来引起了极大的重视,取得了若干研究进展[2-4]。

不法分子在降糖中成药和保健食品中非法掺入疗效确切、价廉的降糖化学成分,对治疗带来隐患,对健康造成严重危害,也给非法添加化学成分的检测提出了严重挑战。盐酸苯乙双胍与盐酸吡格列酮等都是声称有辅助降血糖功能的保健品中非法添加的常见西药品种[5]。表面增强拉曼光谱法检测保健品中非法添加降糖药具有操作简单,快速和高灵敏度的优点。张雁等人研究马来酸罗格列酮在不同激发光波长以及不同酸碱度条件下的表面增强拉曼光谱,结果发现对于药物分子-银胶体系785 nm激发时,酸性条件下的SERS效应最为明显[6]。张雁等人还发现偏酸性的pH条件有利于马来酸罗格列酮与盐酸吡咯列酮的鉴别[7]。谭忠谋等人发现偏碱性的pH条件有利于马来酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍的鉴别[8]。赵娟等人发现偏碱性的pH条件有利于盐酸苯乙双胍与盐酸二甲双胍的鉴别[9]。

上述研究以检测降糖药物的溶液为主,并没有对实际保健品中的降糖药物进行检测。本文采用胶体金颗粒作为表面增强拉曼光谱的增强试剂,研究了不同pH对盐酸罗格列酮,盐酸吡咯列酮与盐酸苯乙双胍SERS检测结果的影响,并且在此基础上开发了检测保健品中添加的降糖药的方法,研究了采用SERS技术检测保健品中非法添加的降糖药的可行性,为进一步研究SERS技术在保健品安全领域的实际应用奠定了基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

盐酸苯乙双胍(CAS:834-28-6),盐酸吡格列酮(CAS:112529-15-4),盐酸罗格列酮(CAS:302543-62-0)标准品采购于中国药品生物制品检定研究院;氯金酸与柠檬酸三钠采购于北京科实玻璃仪器有限公司;其他试剂采购于西陇化工股份有限公司;消渴灵片(片剂)、降糖胶囊(胶囊)、消渴茶(茶剂)、消渴丸(丸剂)均为市售保健品。

图1　降糖药结构Fig.1　Structural formula注:1:盐酸苯乙双胍;2:盐酸吡格列酮;3:盐酸罗格列酮。

拉曼光谱检测仪(IDRaman mini)手持式拉曼光谱检测仪,海洋光学公司激发光波长785 nm。

1.2实验方法

1.2.1胶体金制备采用柠檬酸三钠还原氯金酸的方法制备胶体金溶液[10],配制100 mL浓度为0.02%的氯金酸溶液,边搅拌边加热至沸腾,快速加入3 mL的柠檬酸三钠溶液,观察溶液颜色变化,溶液颜色完全变为红色后开始计时,5 min后停止加热,使其缓慢冷却至室温,加超纯水补足体积至100 mL。

1.2.2表面增强拉曼光谱检测步骤首先,检测待测物质标准品的拉曼图谱,以该图谱作为标准图谱;接着,将80 μL样品与320 μL增强试剂放入样品瓶中,混合,摇匀;再将样品瓶放入拉曼检测仪的样品池中,获取样品的拉曼图谱,将样品的拉曼图谱与标准图谱对比,以能否观察到特征峰作为能否检出的判断依据。

1.2.3研究pH对SERS检测降糖药的影响取胶体金溶液,不加入待测物质,按照1.2.2的方法进行检测。将pH调节到2.0或12.0,之后按照1.2.2的方法进行检测。

根据预实验结果,使用甲醇溶解降糖药,配制浓度为4 μg/mL的盐酸吡格列酮与盐酸罗格列酮溶液,以及1 μg/mL的盐酸苯乙双胍溶液,将上述溶液与胶体金溶液按照体积比1∶4的比例混合均匀,按照1.2.2的方法进行检测。将pH调节到2.0或12.0,之后按照1.2.2的方法进行检测。

1.2.4研究SERS检测保健品中降糖药的方法取(0.1±0.02) g保健品(片剂或丸剂研碎后称量,胶囊剂取内容物称量,茶剂直接称量),添加一定浓度的降糖药,加入2 mL乙酸乙酯,涡旋振荡5 min。4000 r/min离心5 min。取0.5 mL上清液,加入0.5 mL盐酸溶液(浓度:0.3 mol/L)。涡旋振荡2 min。静置分层后,取下层溶液,与胶体金溶液按照体积比1∶4的比例混合均匀,按照1.2.2的方法进行检测。

2　结果与分析

2.1pH对SERS检测降糖药的影响

胶体金溶液的拉曼图谱见图2。由图2可见,胶体金的拉曼图谱在738,991,1176,1200,1207,1243,1310 cm-1等处没有明显的峰。

图2　胶体金拉曼图谱Fig.2　Raman atlas of colloidal gold注:1:pH7.0;2:pH12.0;3:pH2.0。

盐酸吡格列酮的拉曼图谱见图3。由图3可见,检测时调节pH至2.0,可以观察到盐酸吡咯列酮的拉曼特征峰,波数分别为1207,1243,1310 cm-1,其中1207 cm-1可能为对位二取代苯的骨架振动峰,1243 cm-1可能为烷基芳香基醚的伸缩振动峰,1500 cm-1右侧的峰可能为苯衍生物的环伸缩峰[11]。检测时pH为7.0或12.0,则无法观察到上述特征峰。推测调节pH至2.0,能够引起或促进胶体金对拉曼光谱的增强效应。

图3　盐酸吡格列酮拉曼图谱Fig.3　SERS atlas of Pioglitazone hydrochloride注:1:盐酸吡格列酮SERS图谱(溶液,浓度4 μg/mL,pH7.0);2:盐酸吡格列酮SERS图谱(溶液,浓度4 μg/mL,pH12.0);3:盐酸吡格列酮SERS图谱(溶液,浓度4 μg/mL,pH2.0);4:盐酸吡格列酮标准物质拉曼图谱(固体)。

盐酸罗格列酮的拉曼图谱见图4。由图4可见,检测时调节pH至2.0,可以观察到盐酸罗格列酮的拉曼特征峰,波数分别为738,1176,1207,1258 cm-1,其中738 cm-1可能为单取代苯的碳氢振动峰,1176 cm-1和1207 cm-1可能为对位二取代苯的骨架振动峰[11]。检测时pH为7.0或12.0,则无法观察到上述特征峰。推测调节pH至2.0,能够引起或促进胶体金对拉曼光谱的增强效应。

图4　盐酸罗格列酮拉曼图谱,Fig.4　SERS atlas of Rosiglitazone hydrochloride注:1:盐酸罗格列酮SERS图谱(溶液,浓度4 μg/mL,pH7.0);2:盐酸罗格列酮SERS图谱(溶液,浓度4 μg/mL,pH12.0);3:盐酸罗格列酮SERS图谱(溶液,浓度4 μg/mL,pH2.0);4:盐酸罗格列酮标准物质图谱(固体)。

盐酸苯乙双胍的拉曼图谱见图5。由图5可见,检测时调节pH至2.0,可以观察到盐酸罗格列酮的拉曼特征峰,波数分别为991,1200 cm-1,其中991 cm-1可能为单取代苯三角形环呼吸峰,1200 cm-1可能为环振动峰[11]。检测时pH为7.0或12.0,则无法观察到上述特征峰。推测调节pH至2.0,能够引起或促进胶体金对拉曼光谱的增强效应。

图5　盐酸苯乙双胍拉曼图谱 Fig.5　SERS atlas of Phenformin hydrochloride注:1:盐酸苯乙双胍SERS图谱(溶液,浓度1 μg/mL,pH12.0);2:盐酸苯乙双胍SERS图谱(溶液,浓度1 μg/mL,pH7.0);3:盐酸苯乙双胍SERS图谱(溶液,浓度1 μg/mL,pH2.0);4:盐酸苯乙双胍标准物质图谱(固体)。

待测物质的表面增强图谱,与待测物质的标准图谱有区别,有些特征峰消失,有些特征峰发生位移,有些特征峰强度发生变化。推测待测物质在溶液中浓度较低,拉曼效应较弱,因此有些特征峰消失。推测待测物质与胶体金颗粒表面发生相互作用,拉曼振动模式有所改变,因此有些特征峰发生位移或强度发生变化。

酸性条件下,待测物质的表面增强拉曼效应较显著。胶体金对待测物质拉曼散射的增强机制,与化学键效应(来自于吸附分子与金属的复合、成键)有关,也与电荷转移效应有关。推测溶液pH变为酸性,影响了待测物质的分子的电性与电荷分布,从而影响了待测物质与胶体金颗粒表面的吸附基团或吸附模式[6],以及待测物质与胶体金颗粒的拉曼共振效应,因此使胶体金颗粒对待测物质拉曼散射的表面增强作用进一步加强。

本方法检测盐酸吡格列酮的检测浓度为4 μg/mL,检测盐酸罗格列酮的检测浓度为4 μg/mL,检测盐酸苯乙双胍的检测浓度为1 μg/mL。

2.2检测保健品中的降糖药

市售保健品中不添加降糖药标准品,不同剂型的保健品的检测结果见图6。由图6可见,市售保健品的拉曼图谱在738,991,1176,1200,1207,1243,1310 cm-1等处没有明显的峰。

图6　未添加降糖药的保健品拉曼图谱Fig.6　SERS atlas of health care products without additive注:1:片剂;2:胶囊;3:茶剂;4:丸剂,图7～图9同。

市售保健品中添加盐酸吡咯列酮,添加浓度为200 μg/g(根据预实验结果,该浓度可以观察到拉曼特征峰,而且特征峰较明显),检测结果见图7。由图7可见,可以观察到盐酸吡格列酮的拉曼特征峰,波数分别为1207,1243,1310 cm-1。说明该方法可以检测保健品(包括片剂,胶囊,茶剂与丸剂)中非法添加的盐酸吡格列酮。

图7　保健品中盐酸吡咯列酮的拉曼图谱Fig.7　SERS atlas of Pioglitazonehydrochloride in health care products

市售保健品中添加盐酸罗格列酮,添加浓度为200 μg/g(根据预实验结果,该浓度可以观察到拉曼特征峰,而且特征峰较明显),检测结果见图8。由图8可见,可以观察到盐酸罗格列酮的拉曼特征峰,波数分别为738,1176,1207,1258 cm-1。说明该方法可以检测保健品(包括片剂,胶囊,茶剂与丸剂)中非法添加的盐酸罗格列酮。

图8　保健品中盐酸罗格列酮的拉曼图谱Fig.8　SERS atlas of Rosiglitazonehydrochloride in health care products

市售保健品中添加盐酸苯乙双胍,片剂和胶囊添加浓度为40 μg/g(根据预实验结果,该浓度可以观察到拉曼特征峰,而且特征峰较明显),茶剂和丸剂添加浓度为100 μg/g(根据预实验结果,该浓度可以观察到拉曼特征峰,而且特征峰较明显),检测结果见图9。由图9可见,可以观察到盐酸苯乙双胍的拉曼特征峰,波数为991 cm-1。说明该方法可以检测保健品(包括片剂,胶囊,茶剂与丸剂)中非法添加的盐酸苯乙双胍。

图9　保健品中盐酸苯乙双胍的拉曼图谱Fig.9　SERS atlas of Rosiglitazonehydrochloride in health care products

保健品中待测物质的特征峰的强度较低,可能原因为保健品中的某些物质干扰待测物质在胶体金表面的吸附,从而降低了胶体金颗粒对待测物质的拉曼散射的表面增强效应。

本方法检测保健品中盐酸吡格列酮的检测浓度为200 μg/g,检测保健品中盐酸罗格列酮的检测浓度为200 μg/g,检测保健品中盐酸苯乙双胍的检测浓度为40 μg/g(片剂与胶囊)或100 μg/g(茶剂与丸剂)。

3　结论

本文研究了SERS在检测保健品中降糖药方面的应用。本文通过研究pH对SERS检测结果的影响,发现pH为2.0时,盐酸吡咯列酮,盐酸罗格列酮与盐酸苯乙双胍的表面增强拉曼效应较显著。这一发现为进一步研究保健品中降糖药的检测方法提供了启示。

表面增强拉曼光谱分析法选择性好,灵敏度高,是很有发展前景的检测技术。目前,该技术在食品安全领域检测实际样品的相关报道较少,有研究表明SERS技术可以用于检测谷物中的苯甲酮[12]与果汁中的有机硫杀菌剂[13]。本文在保健品中添加降糖药,通过一系列前处理步骤将降糖药纯化,并且溶解在酸性溶剂中,再与增强剂胶体金溶液混合,最后使用手持式拉曼光谱仪检测。实验证明,该方法可以检测保健品中添加的盐酸吡格列酮、盐酸罗格列酮和盐酸苯乙双胍,而且灵敏度高,方法简单,所用时间少,前处理与检测时间一共只需15 min,适合现场快速筛查。该研究为SERS技术的实际应用提供了进一步的支持。

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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,硕士研究生,工程师,研究方向:快速诊断检测技术的研究开发和应用,E-mail:lin.wang@pgeneral.com.cn。

TS207

A

1002-0306(2016)13-0295-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.052