非线性化学指纹图谱技术鉴别辐照超微三七粉
2017-04-15罗志平孟兰贞李俊杰徐远方李文革
罗志平,孟兰贞,张 娟,李俊杰,徐远方,李文革
(1.湖南省农业科学院,核农学与航天育种研究所,湖南 长沙 410125;2.广东省食品药品监督管理局审评认证中心,广东 广州 510030;3.湖南省振华食品检测研究院,湖南 长沙 410000)
非线性化学指纹图谱技术鉴别辐照超微三七粉
罗志平1,孟兰贞2,张 娟3,李俊杰1,徐远方1,李文革1
(1.湖南省农业科学院,核农学与航天育种研究所,湖南 长沙 410125;2.广东省食品药品监督管理局审评认证中心,广东 广州 510030;3.湖南省振华食品检测研究院,湖南 长沙 410000)
以超微三七粉为材料,采用 0、4.2 和 9.2 kGy 3 种剂量的60Co-γ射线对其进行辐照处理,探究了不同辐照处理对三七粉非线性化学指纹图谱的影响。结果表明:辐照剂量与振荡寿命及停振时间之间存在良好的线性负相关关系;不同辐照剂量处理的三七粉与未经辐照处理的三七粉的非线性化学指纹图谱存在一定的差异,且重复性较好;随着辐照剂量的增大,辐照过的三七粉与未辐照处理的三七粉指纹图谱中的系统相似度越来越小。这表明非线性化学指纹图谱技术可用于鉴别不同辐照处理的超微三七粉。
超微三七粉;60Co-γ射线;辐照;化学指纹图谱;鉴别
振荡反应的发现使得非线性化学反应现象的研究日益炙热,非线性化学指纹图谱作为一种动力学性质的指纹图谱,是以非线性化学反应为基础而建立的,其反应包括化学振荡、化学湍流、化学斑图和化学波等化学混沌现象[1-2]。对于非线性化学指纹图谱的生成机理及研究应用,国内外学者已进行了大量研究,特别是在药物范畴领域报道了许多研究成果[3-4]。Jin等[5]采用非线性化学指纹图谱和高效液相技术辨别和分离了中药鼠尾草中不同的活性物质 ;Tang 等[6]采用非线性化学指纹图谱技术鉴定了不同品种的银杏。这项技术具有操作简单、快速、重现性好、精密度高等优点,在中药材领域中发展迅速,已成为该领域的新热点[7]。目前,非线性化学指纹图谱技术在鉴定真伪以及鉴别中药材产地等方面应用较多,Qiao 等[8]利用非线性化学指纹图谱技术鉴定了牛奶及制品,白云慧等[2]利用该技术的直观特征和系统相似度鉴定出人参的真伪以及人参的产地。
但是非线性化学指纹图谱技术在辐照工业领域的研究相对较少。近年来,辐照灭菌在药品加工行业迅速兴起[9],现阶段能用于中药材鉴别的辐照方法主要有热释光鉴别法和光释光鉴别法。热释光法的主要原理是利用黏附在样品上的硅酸盐矿物质接受辐照时储存的能量经过受热激发后又重新释放部分出来,并伴随光发射,形成光谱[10],具有灵敏度高、信号经数年不衰减的优点,但是此方法需备用放射源便于2次优化,而且必需能从样品中分离出一定量的硅酸盐,其灵敏度依赖于硅酸盐的种类和含量,存在一定的局限性[11]。光释光法是利用样品中的矿物质残留在受到辐照时,会积累电荷载体中的能量,而当受到激发光刺激时,这些储存的能量会以光子的形式释放出来,形成激发光谱[12],具有灵敏度高、不破坏样品的优点,缺点是随着测量次数的增多,样品释光信号会逐渐减弱,不适合重复测量[11]。目前,辐照鉴别技术还没有形成统一的质量评价与检测标准,故探索一种准确、灵敏、简单、快速的辐照鉴定方法具有重要的现实意义。
研究采用不同剂量的60Co-γ射线对超微三七粉进行辐照处理,考察了不同辐照剂量对超微三七粉非线性化学指纹图谱的影响,以期为非线性化学指纹图谱技术在超微三七粉辐照鉴别中的应用提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 原料与试剂 供试三七粉由云南文山药材商提供;主要试剂有硫酸、硫酸锰、丙酮、溴酸钠、氢氧化钠等(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)。
1.1.2 辐照装置 试验在湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所完成,该单位拥有 200 万 Ci的装源容量,现装源量近 80 万 Ci,放射源为60Co,放射性活度为 1.85×1016Bq,单板源,辐照装置的运行采用动态步进方式,连续进行辐照。辐照装置运行时,是由两个 126 cm×92 cm×57 cm 的不锈钢吊篮上下排列,由传送带输入辐照室进行辐照处理,每个货架的上下两层货箱自动换层,并且经过源板两侧时自动换面,保证辐照均匀。
1.1.3 其他仪器与设备 FZKW-S-8 电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器有限公司);testo 205 精密 pH值计(Test AG Germany);MZ-1B-2 型非线性化学指纹图谱测定仪(湖南尚泰测控科技有限公司);217 型复合甘汞电极和 213型金属铂电极(上海精密科学仪器有限公司)。
1.2 试验方法
1.2.1 辐照处理 将粉碎好的三七粉用包装袋分装,每包重约 2 000 g。分别设置 0、4.2 和 9.2 kGy 3 个剂量的60Co-γ 射线(具体剂量由剂量计测定)进行辐照处理,剂量率 0.18~0.26 Gy/s,吸收剂量的测量按照中华人民共和国国家计量技术规范 JJG 10028—90[13]和 JJG 10028—91[14]进行,将包装好的样品置于装置上,动态连续辐照,置剂量计跟踪。所使用的剂量计为实验室自制的重铬酸银剂量计,经中国剂量科学院丙氨酸剂量计(NDAS)比对,剂量测定误差< ±3%。每个辐照剂量的试验样品和剂量计设置3个平行样,在检测分析时取平均值。
1.2.2 非 线 性 化 学 指 纹 图 谱 测 定 方 法 分 别 称 取5.000 0 g 处理过的三七粉样品于 200 mL 容量瓶中,依次加入 100 mL 硫酸,60 mL 硫酸锰,32 mL 丙酮,45 ℃水浴振荡 70 min,冷却后用水定容至刻度 ;6 000 r/min离心 5 min,取上清液 50 mL 于反应杯中,盖好带注射孔、铂电极和甘汞电极的反应器盖,控制恒温水浴锅温度为 45 ℃,900 r/min 恒速搅拌 ;开始采集数据,恒速搅拌 5 min 时立即用注射器加入 5 mL 溴酸钠溶液,记录电位 E 随时间 t变化的 E-t曲线,直至电位不随时间变化为止[15-16]。
1.2.3 方法验证 分别称取 5.000 0 g 不同剂量辐照处理的 3 种超微三七粉,按 1.2.2 中的方法平行测定 3 次,验证非线性化学指纹图谱的重复性。
1.2.4 指纹图谱的系统相似度 分别以不同剂量辐照处理的3种超微三七粉的指纹图谱共有特征参数平均值作为共有模式参照值,做3次平行试验,计算其他两种辐照剂量超微三七粉与未处理超微三七粉的指纹图谱的系统相似度。
2 结果与分析
2.1 辐照剂量与震荡寿命及停振时间的关系
由图1、图2可看出,辐照剂量与振荡寿命和停振时间之间存在良好的线性负相关关系,且回归方 程 分 别 为 y振荡寿命=-195.31x辐照剂量+2 736.9、y停振时间=-193.68x辐照剂量+3 174.4,即随着辐照剂量的增大,振荡寿命和停振时间都随之呈线性减小的趋势。
图1 辐照剂量对超微三七粉震荡寿命的影响
图2 辐照剂量对超微三七粉停振时间的影响
2.2 非线性化学指纹图谱的重复性和特征性
如图3所示,不同辐照处理下超微三七粉的化学图谱具有较高的重复性,说明该方法具有一定的可靠性。从图4中可以看出,同样的超微三七粉经不同强度的辐照照射后,其成分和浓度均发生了变化,在非线性化学指纹图谱上表现出直观差异。结合辐照剂量与振荡寿命和停振时间的关系,采用这种分析方法足以使 4.2 kGy 辐照和 9.2 kGy 辐照的超微三七粉与未辐照的超微三七粉区分开。因此,利用指纹图谱的直观特征差异就可区别不同辐照剂量的超微三七粉与未辐照超微三七粉。
图3 不同辐照剂量的三七粉非线性化学指纹图谱的重现性(A:未处理组;B:4.2 kGy 辐照;C:9.2 kGy 辐照组)
图4 不同辐照剂量的三七粉非线性化学指纹图谱比较(1 为未处理;2 为 4.2 kGy 辐照;3 为 9.2 kGy 辐照)
2.3 不同辐照剂量对超微三七粉的非线性化学指纹图谱系统相似度的影响
从表1中可以看出,未经辐照处理的超微三七粉非线性化学指纹图谱系统相似度很高,均≥ 99.12% ;而经过辐照处理的超微三七粉的非线性化学指纹图谱系统相似度普遍较低,均≤ 96.84% ;这为利用系统相似度模式来识别不同辐照剂量对超微三七粉的影响提供了数据支撑。从表1中还可以看出,随着辐照剂量的增加,超微三七粉的非线性化学指纹图谱系统相似度随之降低,0、4.2 和 9.2 kGy 处理的超微三七粉系统 相 似 度 平 均 值 分 别 为 99.30%、96.41% 和 94.91%。这表明辐照剂量的增大对超微三七粉的质量影响也随之加大,因此可利用非线性化学指纹图谱技术将不同辐照剂量处理的三七粉较好地区别开来。
表1 不同辐照剂量处理的超微三七粉的非线性化学指纹图谱系统相似度 (%)
3 讨 论
非线性化学反应体系有很多种,振荡反应就是其中的典型之一,有些学者把振荡反应分为催化振荡反应 和非 催 化振 荡反 应[5,7], 其反 应 机理 均较 复 杂。 目前常用的是 B-Z 化学振荡反应体系,它以硫酸铈铵为催化剂,其中涉及到的基元反应超过80个,化学物质达 26 种[2,4]。因其包含的基元反应较多,所以对于建立中药指纹图谱较为理想[6],故采用该体系来建立三七粉非线性化学指纹图谱。
非平衡非线性是自然科学领域中普遍存在的现象,该领域研究的主要对象是在远离平衡态下,由于本身的非线性动力学机制,体系产生的宏观时空有序结构。其中,最经典的耗散结构是B-Z 体系的时空有序结构。所谓 B-Z 体系,是指由溴酸盐、有机物在酸性介质中,有(或无)金属离子催化剂构成的体系。经典 B-Z 振荡反应认为,有机底物和催化剂是关键[8]。
该研究采用非线性化学指纹图谱技术对经不同辐照剂量60Co-γ 射线处理的超微三七粉进行鉴定,获得了超微三七粉的非线性化学指纹图谱,结果显示,辐照剂量与振荡寿命和停振时间之间存在良好的线性负相关关系;不同辐照剂量处理的三七粉与未经辐照处理的三七粉的非线性化学指纹图谱特征性存在一定的差异,且重复性较好;未经辐照处理的超微三七粉非线性化学指纹图谱系统相似度很高,均≥ 99.12% ;经过辐照处理的超微三七粉的非线性化学指纹图谱系统相似度普遍较低,均≤ 96.84% ;随着辐照剂量的增大,辐照组与未处理组的系统相似度越来越小,0、4.2和 9.2 kGy 处理的超微三七粉系统相似度平均值分别为 99.30%、96.41% 和 94.91% ;这说明利用非线性化学指纹图谱技术能很好地将不同辐照剂量处理的三七粉鉴别开来。该方法直观、重现性好、通用、经济、简便,为中药鉴别研究提供了一种新的研究方法和思路,同时对中药辐照灭菌工业的发展具有重要意义。
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(责任编辑:成 平)
Identification of Sanqi Superfine Powers by Using Nonlinear Chemical Fingerprint Analysis
LUO Zhi-ping1,MENG Lan-zhen2,ZHANG Juan3,LI Jun-jie1,XU Yuan-fang1,LI Wen-ge1
(1. Hunan Academy of Agricultural Science, Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science & Space Mutation Breeding, Changsha 410125, PRC; 2. Guangdong Provincial Food and Drug Administration Review and Certification Center, Guangzhou 510030, PRC; 3. Hunan Zhenhua Food Inspection and Research Institute, Changsha 410000, PRC)
This study investigated the effects of60Co-γ irradiation sterilization on the chemical components in Sanqi superfi ne powers (SQSP) by using of nonlinear chemical fi ngerprint analysis. The characters and respectabilities of chromatograms of SQSP, which were treated with non-irradiation or different dose of60Co-γ radiation, were found to be different. And their system semblance decreased with the increasing dose of ray radiation. These results indicated that analysis of nonlinear chemical fi ngerprint could primary identify the non-irradiated and irradiated SQSP.
Sanqi superfi ne powers;60Co-γ ray; radiation sterilization; nlinear chemical fi ngerprint analysis; identifi cation
R282.5
A
1006-060X(2017)03-0081-03
DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.023
2016-11-30
湖南省科技厅重点研发计划(2015WK3045)
罗志平(1978-),男,广东梅州市人,副研究员,主要从事辐射加工技术研究。
李文革