现代有机及生物分析新技术新方法的构建及其应用*

张来新

（宝鸡文理学院化学化工学院，陕西宝鸡721013）

综述

现代有机及生物分析新技术新方法的构建及其应用*

张来新

（宝鸡文理学院化学化工学院，陕西宝鸡721013）

简要介绍了现代有机分析的产生、发展及应用，重点介绍了：（1）离子液体的制备及其在现代有机及生物分析中的应用；（2）现代有机及生物分析在医药学分析中的应用；（3）现代有机分析在有机物结构鉴定上的应用。并就现代有机及生物分析的发展趋势进行了展望。

；现代有机分析；新方法；新技术；应用

现代有机分析是有机化学和分析化学相互交融彼此渗透的一门新兴热门边缘学科，是人类认识和发现有机世界的重要途径。随着众多新的分析技术、分析仪器、分析方法、分析理论的不断问世，现代有机分析在科学研究领域的地位也迅速提高，今天已是一门把计算机、数学、物理、统计学、化学、生物学有机结合起来的一个具有非常大的发展空间的信息科学，目前，已被广泛应用于二十一世纪的热门学科，如生命科学、环境科学、资源和能源科学、材料科学、信息科学。不仅如此，还促进和推动了分子生物学、天然有机化学、有机合成的形成和发展。并在石油化工、工业、农业、医药学及国防建设中有着广阔的应用前景。

1 离子液体的制备及其在现代有机及生物分析中的应用

1.1 含芳香基和脂肪基离子液体固定相的制备及色谱性能研究

离子液体是指在室温以及室温附近由有机或无机阳离子和无机阴离子组成的有机或无机液态物质。它具有液体状态温度范围广，蒸汽压极小，不易挥发，对有机物和无机物都有良好的溶解性，导电性好以及合成比较简单等优点。近年来离子液体在液相色谱上的应用发展较快，已经成为一个热点领域。为此郑州大学的胡晨晨等人以甲苯为溶剂，将活化硅、1-三甲氧基氯丙基硅烷和三乙胺回流搅拌反应，得固体物经洗涤干燥制得了氯丙基硅胶。将氯丙基硅胶与苯并咪唑回流搅拌反应，制得了苯并咪唑硅胶（A）。将A与1-溴辛烷磁力搅拌回流反应，制得了新型离子液体液相色谱的固定相（SiIBim-C8）[1]。即上述合成过程是经过连续固液反应，在苯并咪唑固定相上引入了C8基团，形成了一种同时还有芳香基和脂肪基的新型离子液体液相色谱的固定相（SiIBim-C8），由实验证明，由于SiIBim-C8固定相较SiIBim固定相多了一条8个碳的饱和烷基碳链，因此SiIBim-C8色谱柱的疏水性更强，对单取代苯混合样的选择性和保留时间更久。体现了SiIBim-C8色谱柱在分离复杂混合样品中有更大的优越性。所有物质的分离度大于1.8，达到了良好的分离效果。

1.2 离子液体功能化磁性纳米粒子的制备及性能研究

粒子液体（ILS）具有独特的物理和化学性质，在样品预处理中有着广泛地应用[2]。近年来，将离子液体与其它新型材料结合用于固相萃取的研究为热门领域引起了学者们广泛关注。其中磁性纳米粒子（MNPs）由于具有大的比表面积、吸附性能强和快速分离等优点，在分析化学样品前处理中的应用也日受青睐[3]。Yao等制备了三苯胺功能化的磁性微球，并将其用作固相萃取的吸附剂，结合HPLC应用于环境水样中痕量多环芳烃毒性物的分析。河池学院的卢俊宇等人结合ILs和MNPs的优点，首先采用化学共沉淀法制备裸露的Fe3O4，接着以四乙氧基硅烷对其进行包裹，然后用巯基丙基三甲氧基硅烷进行表面修饰，最后通过硫醇烯点击化学将1-乙烯基-3-丁基咪唑ILs键合在MNPs表面，制备出一种新型ILs功能化MNPs·SiO2-ILs作为固相萃取的吸附剂，并将其应用于吲哚胺类化合物富集，然后利用HPLC进行分析[4]，效果良好。

2 现代有机及生物分析在医药学分析方面的应用

2.1 高速逆流色谱法分离珠子草中的木脂素的研究

珠子草是一种分布广泛的药用植物，民间广泛用于治疗肝炎和肾结石。近年来，人们对珠子草的化学成分及生理活性研究的比较多，结果表明，珠子草具有抗病毒、保肝、血管紧张素转化酶抑制以及免疫抑制等作用。珠子草中含有具有生理活性的木脂素类化合物，木脂素类化合物具有抗病毒、抗癌防癌作用。广西大学的周敏等人采用高速逆流色谱（HSCCC）法对珠子草粗提物中木脂素niranthin（1）hypophyllanthin（2）和phyllanthin（3）进行分离。考察了温度和转速对溶剂体系1（正己烷∶乙酸乙酯∶甲醇∶水=3∶2∶3∶1,v/v/v/v）和溶剂体系2（正己烷∶乙酸乙酯∶甲醇∶水=6∶4∶5.5∶5,v/v/ v/v）的分离效果的影响，结果表明，在温度25℃转速800r·min-1、流动相流速2.0mL·min-1条件下，3种化合物均能够有效地分离。利用此条件下的溶剂1，进样量达到257.3mg的粗提物可以有效分离得到niranthin84.8mg（纯度69.97%）、hypophyllanthin31.9mg（纯度90.24%）、phyllanthin65.2mg（纯度86.78%）[5]。该方法还可用于其它中药材有效生理活性成分的提取分离。

2.2 雀梅浆果中花青素的分离提取

雀梅为优良的盆景药用植物，夏秋之间开花，浆果近球形，始青色，成熟为紫黑色,可食用。雀梅浆果中含有大量的药用物质花青素。花青素是一种强有力的抗氧化剂，它能够保持人体免疫，清除人体有害物质自由基的损伤。因花青素增强血管弹性，具有降血压、降血糖、降血脂、抗过敏、抗防癌症、抗防心脏病、防止过早衰老、抗感冒、抗突变、治疗关节炎、防中风、抗炎、增强细胞活力等功效，故目前已有含花青素食品。为此，广西大学的雷科婵等人以雀梅浆果为原料，通过单因素实验设计，确立了雀梅浆果花青素的提取方法：即以0.001mol·L-1的盐酸为提取剂，采用浸提法，料液比为1∶10，提取温度为400C，每次提取时间1h，经3次提取，每克雀梅浆果提取到2.52mg花青素。采用732阳离子交换树脂对花青素粗提液进行了纯化。其稳定性分析表明：花青素在低于65.10C的环境中稳定性很好；pH小于6有利于花青素的保存，而碱性条件下花青素的稳定性较差[6]。该研究将在食品化学、医药学、分析分离科学中得到广泛用于。

2.3 珠子草中两种木脂素抗鸭乙型肝炎病毒的实验研究

前已述及，珠子草是一种能够治疗多种疾病的药用植物（中药材），木脂素更有抗病毒、抗炎、抗癌防癌之功效。广西大学的刘盛等人采用柱色谱法，从珠子草活性石油醚部位分离得到4种木脂素，经IR、MS、NMR分析确定其结构分别为Niranthin（1）、Nirtetralin B（2）、hypophyllanthin（3）和phyllanthin（4）。进而对其进行了抗鸭乙型肝炎病毒的动物实验研究，发现其中的（1）和（2）具有抗乙型肝炎细胞活性[7]。对广西麻鸭进行实验，发现（1）和（2）均有显著的抗鸭乙型肝炎作用，能有效地抑制DHBV的复制和减轻肝脏病理性损伤。该研究将在生命科学、医药学及环境科学的研究中得到应用。

2.4 血清脂质组学的多重离子化LC-MS分析方法研究

血清中的脂质类代谢物的种类及结构具有多样性，而采用单一离子化技术的LC-MS方法检测具有局限性，故无法获得全面的脂质类代谢物信息，不能为生物医药研究和临床医药学研究提供详实有力的情报信息。为此中国医学科学院的王中华对的人采用ESI、APCI、APPI 3种电离技术结合的RRLC-MS方法，对20例健康人的血清样本进行了分析，针对脂质类代谢物系统考察了基于3种离子源的RRLC-MS分析方法及其检测完整性。结果表明，采用多重离子化方式的RRLC-MS方法，有助于获得血清脂质组学研究所需的全面、完整的脂质类代谢物信息[8]。从而为生物医学研究和临床医学研究提供了理论依据。

3 现代有机及生物分析在有机物结构鉴定上的应用

3.1 香草酸去氢阴离子丢失甲基自由基的碎裂研究

电喷雾串联质谱（ESI-MS）已成为一种必不可少的分析技术。电喷雾离子化所产生的离子主要是闭壳电子的偶电子离子，如[M+H]+和[M-H]-。根据“偶电子规则”，闭壳离子的碎裂通常产生闭壳碎片离子。近年来，有文献报导了一些违反“偶电子规则”的现象，即偶电子离子经碰撞活化后发生自由基碎裂反应，产生奇电子离子。杭州师范大学的蒋可志采用串联质谱技术对香草类异构体的去质子化离子的碎裂反应进行研究，结果发现香草酸和异香草酸去阴离子的碎裂反应，二者都存在丢失甲基自由基的自由基碎裂反应，该反应违背“偶电子规则”。香草酸和去香草酸去氢阴离子的碎裂产物具有相同的结构，但异香草酸去氢阴离子的能量更高，更容易发生碎裂。这对异构体的二级质谱图差异明显，可以用该检测方法，来区分异构体[9]。

3.2 N-苯基二茂铁甲酰胺类化合物质谱裂解机理研究

近年来，二茂铁酰胺类化合物已被广泛应用于修饰多种氧化还原酶特别是葡萄糖酶的生物传感器，这种电极具有储存稳定性好、反应速率快、响应电流大等优点。然而，该类化合物的质谱裂解机理的系统研究未见报道。浙江工业大学的朱坤丹等人利用高分辨电喷雾串联质谱技术对系列N-苯基二茂铁甲酰胺衍生物的质谱裂解机理进行了系统探讨：结果发现该类化合物电喷雾电离，主要生成质子化离子和分子离子。中性丢失取代苯胺形成碎片离子m/z=213，中性丢失取代基异氰酸苯酯形成质子化的二茂铁离子m/z=187。另一方面，取代基会影响相应碎片离子的丰度，当苯环上有吸电子取代基时，容易产生碎片离子m/z=213；相反当有供电子取代基时，则有利于碎片离子m/z=187的产生[10]。该分析新方法用于有机结构分析和反应机理研究意义重大。

近年来，由于各门科学技术的迅猛发展，促使现代有机分析化学的发展日新月异。即现代有机及生物分析的发展和其他科学技术的发展相得益彰。各种应用于特殊环境、超痕量组分和复杂体系的测量方法的相继问世，使现代有机分析化学也彰显出为人类未来发展提供保障的重要性。即成为“为人类未来的生活、生存、文明进步及可持续发展提供安全保障的关键学科”。正如1991年UPAC国际分析科学会议主席E.NiKi教授所言：未来的世界是光明还是黑暗，取决于人类在资源和能源科学、信息科学、生命科学、和环境科学四大领域的进步，而取得这些领域进步的关键问题的解决则依赖于现代有机分析化学。随着科学技术的发展，现代有机分析必将与时俱进的朝着灵敏、准确、特新、快速、微量痕量、自动化、在线化的分析分离检测的方向发展，必将为人类文明进步创建新的辉煌。

［1］胡晨晨,赵文杰,张文芬,等.含芳香基和脂肪基离子液体固定相制备及色谱性能［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学,2013年10月,P103-104.

［2］YU Honglian,D.HO T,L.ANDERSON J.Ionic liquid and polymeric ionic liquid coatings in solid-phase microextraction［J］. Trends Anal.Chem.2013,45:219-232.

［3］LI Xiaoshui,ZHU Gangtian,LUO Yanbo,et al.Synthesis and applications of functionalized magnetic materials in sample preparation［J］.Trends Anal.Chem.，2013,45:233-247.

［4］卢俊宇,黄秀香,韦联强,等.离子液体功能化磁性纳米粒子的制备及其性能研究［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学,2013年10月,P211-212.

［5］周敏,陈剑,韦乃兴,等.高速逆流色谱法分离珠子草中的木脂素［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学,2013年10月,P143-144.

［6］雷科婵,乔宽,韦万兴.雀梅中花青素成分研究［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学, 2013年10月,P135-136.

［7］刘盛,韦万兴.珠子草中两种木脂素抗鸭乙型肝炎病毒的实验研究［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学,2013年10月,P137-138.

［8］王中华,张瑞萍,陈艳华,等.血清脂质组学的多重离子化LC-MS分析方法研究［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学,2013年10月,P225-226.

［9］蒋可志.香草酸去氢阴离子丢失甲基自由基的碎裂研究［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学,2013年10月,P207-209.

［10］朱坤丹,张斐飞,叶学敏,等.N-苯基二茂铁甲酰胺类化合物质谱裂解机理研究［C］.全国第十七届有机分析及生物分析学术讨论会论文集,南宁广西大学,2013年10月,P13-14.

Development and applications of new methods and technologies in modern organic and biological analysis*

ZHANG Lai-xin
（Chemistry&Chemical Engineering Department,Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013，China）

This paper briefly introduces the generation,development,and applications of modern organic and biological analysis.Emphases are put on three parts:①preparation and applications of ionic liquid;②applications of modern organic and biological analysis to pharmaceutical analysis;③applications of modern organic analysis to organic structure identification.Future developments of modern organic analysis are prospected in the end.

modern organic analysis；new technology；new method；application

TQ172.16

A

1002-1124（2014）09-0029-03

2014-03-31

陕西省植物化学重点实验室基金资助项目（09JS066）；陕西省教育厅自然科学基金资助课题（04JK147）；宝鸡文理学院自然科学基金资助课题（zk12014）

张来新（1955-），男，汉族，陕西周至人，宝鸡文理学院化学化工学院教授，硕士生导师，主要从事大环化学研究及天然产物分离提取。