绿色化学指导下的薄层色谱实验教学改革

宋丽丽， 殷宏庆， 曹 颖， 王丽峰， 任晓亮

(天津中医药大学 中药学院， 天津 301617)

0 引 言

绿色化学是一种环境友好，有利于可持续发展的化学。绿色化学常被称为“环境友好化学”“环境无害化学”，其主要任务是在化学产品的设计、制造和应用过程中，利用化学技术和方法减少或消除有害物质的产生和扩散，其核心就是从源头上消除污染、清洁环境[1]。在倡导绿水青山就是金山银山的今天，发展绿色化学无疑是时代发展的必然趋势。跟紧国家绿色发展工作步伐，节约资源保护环境，创造绿色、清洁、无污染的实验环境，把“绿色化学”理念应用于实验教学的过程中，实现实验过程的绿色化，是实施教学改革的目标和追求[2]。

1 基础化学实验改革的必要性

基础化学实验是中医药高校中非常重要的专业实验课程，旨在培养学生的专业实践操作技能，激发学生学习的积极主动性。实验是理论课程的重要补充，有利于学生更好地理解和应用教材中的理论知识，对学生创新意识和实践动手能力的培养起着重要作用[3]。基础化学实验中的薄层色谱是药典中一种常用的定性鉴别方法，主要被用于对中药材及相关中药制剂的定性定量分析[4]。但药典中使用单一指标成分的定性、定量分析方法并不能全面反映其内在质量，在中药质量控制等具有较高质量要求的情况下，存在鉴别指标少、重复性和稳定性较差、展开剂毒性大、结果不够准确全面等缺点[5-6]。此外，由于有机化学实验和分析化学实验涉及的薄层实验所用试剂种类多、消耗量大，容易产生大量废液，回收处理难度大，且大多为有毒、易挥发性试剂，安全性低对环境污染较大，长时间接触会对师生的健康产生严重危害[7]。而且学生环保意识薄弱，实验中试剂任意取用，废液随意倾倒等不按规定处理的现象时有发生，一些实验设计不合理也造成了不必要的浪费[8]。因此，有必要开展以绿色化学为导向的薄层色谱实验改革，以改善传统实验的不足，期望在基础化学实验中逐渐渗透绿色化学的思想，培养学生的环境保护和可持续发展意识，把绿色思想扎根于学生的头脑中，对学生绿色化学理念的形成，以及学生在未来从事药学相关领域的工作及更高层次的研究中大有裨益[9]。

2 薄层色谱实验改革方案

薄层色谱在中药分析中的应用是大学基础化学实验课程中重要内容，与其他化学实验相比用到的试剂种类多，在实验操作过程中容易产生大量的有毒、有害废弃物。并且传统的以单一成分为指标的薄层色谱实验，已无法满足质量检测的要求。因此在保证预期实验效果的前提下，整合实验教学内容，精选实验项目，充分考虑实验所用试剂、溶剂、催化剂及产物毒性以及整个实验中产生“三废”对环境的污染。优先选择低毒、低能耗、用量小、污染小的实验项目，重新设计污染小、更环保、更准确全面的实验内容，是实施绿色化教学改革的主要方向[10-11]。因此从薄层色谱实验入手，从绿色化学的教学理念出发，致力于寻找更为合适的实验方案。

在传统的薄层色谱实验中，实验内容大多选择中药黄连进行测定，我校薄层色谱实验关于中药内容的部分也是选用了黄连进行分析，色谱条件参考2015版药典进行了调整，展开剂为乙酸乙酯∶氯仿∶甲醇∶氨水∶二乙胺(8∶2∶2∶1∶0.5)。实验实施过程中，由于展开剂溶剂种类较多、且含有易致毒试剂-氯仿，学生配制溶液费时较长且由于展开剂中各种试剂挥发性质的不同，学生实验操作动作慢，使得最终展开剂的比例出现了很大的差别，展开效果不理想。经过实验条件的摸索，对展开剂进行优化，未发现更绿色更环保的条件更好地用于黄连中生物碱的鉴别。因此对实验内容进行了更改，通过查阅大量文献，以及参考相关实验教材，且通过调研其他学校相关实验项目，将原薄层色谱中中药部分改为“中药大黄的测定”[12-15]。2015版中国药典(一部)对大黄的薄层色谱鉴别，其方法是采用硅胶法，展开剂为石油醚∶甲酸乙酯∶甲酸(15∶5∶1)，以大黄酸作为对照品进行鉴别。然而目前往往只用一种成分很难对中药进行很好地鉴别，一般都会选择2～3种含量较大的有效成分作为鉴别中药真伪的指标。经查阅文献可知大黄素和大黄酚在大黄药材中含量较高且具有很好的消炎、抑菌、抗病毒作用[16]。因此同时采用大黄素和大黄酚两种成分对大黄药材进行薄层色谱实验。为了得到更好的实验效果，且保证实验的重复性和稳定性良好，重点对展开剂进行了优化。本实验首先参照药典方法进行测定，但考虑到甲酸乙酯极易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险，故选择了乙酸乙酯进行替代。实验结果见图1(a)，在该条件下，各组分迁移速度较快。由表1可见，a、b两组分Rf值相近，在溶剂前沿位置发生了重合，难以实现分离。选用酸性稍弱的冰醋酸在同等比例下进行展开，由图1(b)可见，同样出现了斑点在薄层板上端过于集中的问题，效果不够理想。推测由于展开剂中乙酸乙酯比例过大，导致各组分迁移速度过快。通过调整展开剂系统中各溶剂的比例，在石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)色谱条件下展开，由图1(c)和表1中可见，样品展开后各组分斑点较多、较圆且清晰，分离效果好，斑点无重合、拖尾现象，Rf值适当、重现性好，对大黄药材具有很好的鉴别效果。在此基础上，本着节约溶剂、绿色环保的原则，尝试了仅以两种溶剂进行展开，但图1(d)结果表明，去除冰醋酸后拖尾严重，且组分大多都停留在原点附近未得到分离。对比多次实验结果发现，以石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)为展开剂时，各组分分离效果较佳。

图中:1为大黄酚对照品; 2为供试品溶液; 3为大黄素对照品

表1 大黄对照品及供试样品在不同展开剂下的Rf值

因此最后选择了石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)作为大黄药材色谱实验的展开剂。最终确定实验条件如下：精密称取大黄粉末500 mg置于10 mL容量瓶中，再加入少许95%乙醇(淹过药材即可)，超声15 min后，定容，摇匀，制成(500 mg /10 mL)供试品溶液。另取大黄酚、大黄素对照品，加乙醇制成每mL含50 mg的溶液，作为对照品溶液。用毛细管吸取对照品溶液和供试品溶液各2 μL，分别点于同一硅胶薄层板上，以石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)为展开剂，展开，取出，晾干，置紫外灯(365 nm)下检视。

与传统实验方案相比，改进后的薄层色谱实验更为绿色、安全，见表2。并且在实际教学中也收到了很好的教学效果。

表2 传统方案与改进后实验方案比较

该实验的改进有以下几点意义：

(1) 薄层色谱鉴别从单一指标到多指标的改进。目前薄层色谱鉴别实验大多是以单一成分对中药进行鉴别，如药典中以单一成分盐酸小檗碱进行鉴别的黄连，以大黄酸作为对照的大黄薄层鉴别，但对于中药的鉴别仅仅只用一种指标是很难评价其真伪的。改进后，通过新增对照指标，提高了大黄药材鉴别的检测水平。

(2) 选择无毒、低毒的展开剂进行实验，保证了实验操作的安全性。对比黄连薄层色谱实验，无毒展开剂的应用，避免了长时间接触易致毒试剂给师生健康带来的影响。此外，新探索的展开剂试剂种类少、溶剂消耗少，从源头上降低了试剂对环境造成的污染，符合绿色化学的思想。

(3) 实验效果可显著提高。该实验方案色谱结果样品分离效果好，斑点清晰，且重现性好，有助于学生对药材进行定性观察，也更加有利于学生掌握薄层色谱在中药分析中的应用。

(4) 推动新标准的建立。本实验探索的中药大黄药材薄层色谱多指标鉴别的新方法也可为药典中大黄薄层鉴别的新标准建立提供参考。

3 结 语

将传统基础化学实验和绿色化学相结合，探索更全面更准确且安全、污染小、可应用于实际教学的实验方案，是教学改革的目标和方向。本实验从绿色化学的角度出发，优化薄层色谱实验内容，改进了传统实验存在的弊端，增加了中药大黄药材薄层鉴别的指标，选取了安全、污染小的实验试剂，减少了试剂的消耗和废弃物的排放。这一尝试取得了很好的教学效果，能够实现大黄药材更加全面和准确的鉴别，同时证实了绿色化改革的可行性，也为丰富药典中大黄药材的鉴别提供了参考。