分子光谱技术在氯丙嗪检测中的应用研究进展

张惠峰 宋志峰

吉林省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所农业农村部农产品及加工品质量监督检验测试中心（长春），吉林长春 130033

氯丙嗪（Chlorpromazine，CPZ），药用一般为盐酸CPZ，被广泛使用和研究[1]。CPZ 还常在养殖生产中被用于动物的镇静、治疗、麻醉等，存在非法滥用催肥增重等情形，且在蓄积于水环境中有发现，具有一定的生态毒性，我国现允许CPZ 用于动物治疗，但不得在动物性食品中检出[2-3]。分子光谱、色谱、质谱法、电化学分析等多种方法被用于CPZ 及其盐的药剂或生物样本中残留量的检测[4-6]。基于CPZ 的分子结构特性，研究者以光谱分析为手段，解析了分子内部和分子间运动规律及相互作用，构建了大量检测方法，在定量检测、药理学、毒理学研究等方面发挥了积极作用，也为色谱、电化学等传统分析技术及探针、传感器、数字图像比色法等一些新兴检测技术发展提供了基础[7-9]。但目前鲜有关于CPZ 的分子光谱技术研究的综述性报道，对这一研究领域进展的综述对推动CPZ 检测技术的进一步发展将起到非常积极的作用。

1 吸收光谱

1.1 紫外-可见分光光度计

CPZ 分子中有3 种价电子，包括C-H、C-C 等单键的σ 电子，蒽三元环上的π 电子，N、S、Cl 等杂原子中未成键的孤对n 电子，其电子能级、振动和转动能级差异较大。CPZ 分子在绕轴转动、原子振动及分子内的跃迁中，由于能级的变化而形成分子光谱，产生吸收、发射和散射等现象。CPZ 吸收能量时在254 nm 和306 nm 处发生π-π*跃迁、n-π*跃迁，可直接测定，但其吸收光谱位于近紫外区，吸收强度较弱[10]。提高紫外-可见分光光度计检测灵敏度和稳定性的策略之一是助色法，利用其还原性，氧化吩噻嗪母核，生成有色的氧化产物或利用CPZ 的非共平面“蝴蝶”结构，使还原产物再与其他配位剂反应，构建多元离子缔合、络合、电荷转移络合和氧化偶联等显色体系，使其最大吸收波长红移并在可见区显色[11-15]；另一种策略是减色法，利用CPZ 的还原性使其他生色基团发生减色反应，使有色试剂褪色[16]。因吸收曲线重叠严重，紫外-可见分光光度计在多组分及复杂样品测定方面存在不足，化学计量法被用以改善，但仍不能满足需求[17]。随着电子信息技术的发展，基于氧化还原反应的微探针、催化氧化结合化学计量学的传感器、离子对提取结合智能手机的数字图像比色法等新兴的快速检测技术被探索性地应用于复杂基质的检测，极具研究前景[6,18-19]。

1.2 近红外光谱法

药物的近红外光谱是来自所有组分信号叠加的全谱，其峰表现为高度重叠的信号，且不同药物因其赋形剂成分相似而表现为高谱相似性，因此需要综合运用数学建模和化学计量学等多学科技术。主成分分析等化学计量学方法被用于CPZ 药物的定量分析和鉴定，但在未知样品分析时存有局限[20]。数学模型的发展推动了化学计量学的快速进展，基于变分自动编码的人工神经网络、双向生成对抗网络等技术被用于构建CPZ 等药物的分析模型，因其强大的特征提取、抽象能力和深度学习等优势，表现出良好的分类性能，但仍缺乏定量测定研究[21-22]。

2 发射光谱

2.1 激光诱导分子荧光光谱法

激发态的CPZ 在回到基态时会产生微弱的荧光，但内源荧光强度较弱，样品低含量时很难被检测到。因此常利用其独特的分子结构，通过荧光增强或结构竞争使原强荧光物质猝灭、构建化学发光体系而实现检测。其荧光增强反应一是利用色素物质，其是良好的π 电子受体，因具有高共轭双键结构，能与CPZ 形成络合物使其荧光增强[23]；二是通过氧化还原反应使其分子结构共轭体系增大，母核中氮原子的质子化作用使形成的化合物平面刚性结构更稳定，荧光增强显著[24]。荧光猝灭则利用CPZ 作为猝灭剂在荧光物质的发光过程中与荧光物质互相竞争能量而导致的荧光变弱、荧光寿命缩短来进行检测，如血红蛋白酶催化荧光体系、金属有机骨架等[25-26]。激光诱导分子荧光光谱法与紫外-可见分光光度计比较，该方法更加灵敏，适用于更为复杂的基质，多被用于构建荧光探针、生物传感器等，在CPZ 的作用机制和快速定量检测研究方面广泛应用[27-28]。

2.2 分子磷光

当外加辐射停止后，CPZ 可持续发光产生较强的磷光，在酸、碱、乙醇中均有磷光的特性[29]。因测量时需在液氮温度下进行，其发展受到一定限制。室温磷光法通过固体基质刚性化、减少非辐射碰撞增稳和猝灭条件控制等，在室温下实现磷光测定。Liu 等[30]使CPZ 与异硫氰酸荧光素反应，建立了一种固体基质室温磷光法测定人血清中CPZ 的残留量，测定结果与气相色谱结果一致，显示出良好的准确性。CPZ 的分子磷光研究较少，但室温磷光法方兴未艾，Tian 等[31]发现在吩噻嗪模型中引入d-pπ 键后，体系磷光寿命提高19 倍，相关进展或可引发新的研究。

2.2 化学发光法

CPZ 因其特殊的分子结构可增强多种化学发光体系的发光，包括Ce（Ⅳ）巯基、鲁米诺、钌联吡啶、过氧草酸酯类等[32-35]。通过与流动注射、毛细管电泳、分子印迹技术等的联用，可适用于复杂基质样品的检测。化学发光法的灵敏度接近或高于激光诱导分子荧光光谱法，多被用于构建更为灵敏的传感器，新型化学发光体系的构建和先进的预处理、分离技术的开发都将推动CPZ 检测技术的快速发展。

3 散射光谱

CPZ 分子发生振动和转动跃迁而产生弹性散射和非弹性散射，其散射较弱不易检测，常通过与其他基体结合增强散射，如共振瑞利散射和表面增强拉曼散射光谱术等。

3.1 共振瑞利散射

共振瑞利散射灵敏度高，可适用于复杂基质分析[36]。酸性条件下，CPZ 分子结构中杂环侧链上的氮原子质子化，通过静电引力作用和电荷转移作用等与杂多酸盐、染色剂、DNA、金纳米微粒等缔合起来，形成较大的聚集体，使共振瑞利散射信号增强，用荧光分光光度计可对猪肝、猪肉等复杂基质进行检测[37-40]。共振瑞利散射不需要对目标分析物进行预处理，可使用纳米微粒作为探针，是备受青睐的廉价、快速的无损检测技术。但共振瑞利散射对分子间静电吸引、氢键等多种相互作用非常敏感，信号因内滤效应与高待测浓度的线性关系出现偏离，应用受到一定限制。

3.2 表面增强拉曼光谱术

CPZ 自身散射强度较弱，可经稀有金属（Au、Cu、Ag）和极少数的碱金属粗糙化处理后，使拉曼散射信号增强4～7 个数量级，从而构建表面增强拉曼光谱术。Hao 等[41]利用银胶体的等离子体效应，将构建的表面增强拉曼光谱术传感器对生物样本中CPZ 进行了测定，与普通的拉曼光谱比较，其响应值提高了106～1 015 倍。Noda 等[42]通过简单的光还原过程掺入金纳米颗粒从而增加碳化钛的表面增强拉曼光谱术活性，以检测吩噻嗪类药物。Barveen 等[43]引入无机盐MgBr2诱导银胶体的自限性聚集，导致在纳米粒间隙出现大量的“热点”，从而显著增强表面增强拉曼光谱术强度，实现盐酸CPZ 的实时快速检测。开发具有高增强因子的衬底以构建“热点”是CPZ 表面增强拉曼光谱术研究的持续活跃领域，尽管受胶体互相作用控制不良、只有结合在显著信号增强点位的分子才能产生可检测信号等影响，复杂基质中CPZ 的痕量检测鲜有报道，表面增强拉曼光谱术仍被认为是高度敏感且非破坏性的光谱方法，具有巨大的潜力[44]。

4 展望

分子光谱法作为更基本、更简单的检测手段，很好地解析了CPZ 的分子结构特性，解决了诸如检测成本高、分析时间长、操作复杂等常见问题，因此被广泛应用于CPZ 的检测。从研究对象来看，CPZ 分子光谱法检测样本主要集中于药物、尿液、血液、水样等，饲料及食品等较复杂基质的相关分析较少；从研究内容来看，主要集中于检测体系的构建和测定原理的解析，是研究CPZ 反应机理和作用机制的基本手段，为探针、传感器、数字图像比色法等快检、智能、无损检测技术的发展奠定了基础，极具参考意义；从研究手段来看，紫外-可见分光光度法和激光诱导分子荧光光谱法研究更为广泛，基于激光诱导分子荧光光谱法和共振瑞利散射的探针、传感器等技术发展较快；从发展趋势来看，激光诱导分子荧光光谱、化学发光法、表面增强拉曼光谱术、共振瑞利散射等可被用于分析更为复杂的样品，与各种分离、预处理技术的联用体现了更好的分析优势。CPZ 分子光谱法的研究正越来越多地聚焦于快速、便捷、智能、无损分析技术的开发，也将需要更具优势的预处理和化学计量学分析手段作为支撑。