基于丙二酸-酒石酸振荡体系的红花电化学指纹图谱研究*

2023-10-09何昌芬杜宝中卢新义康杰芳

广州化工 2023年11期

何昌芬，马玲，杜宝中，卢新义，康杰芳

(1 西北濒危药材资源开发国家工程实验室，药用资源与天然药物化学教育部重点实验室，陕西师范大学生命科学学院，陕西西安 710119；2 西安理工大学应用化学系，陕西西安 710048；3 陕西步长制药有限公司，陕西西安 710075)

红花(Carthami Flos)是菊科植物红花(CarthamustinctoriusL.)的干燥管状花，是中国传统的活血化瘀中药材，具有活血通经，散瘀止痛等功效[1]。红花还是近五十年来新兴的主要油料作物之一，因其含有高品质的油脂，可用于降低血液中胆固醇水平，治疗骨质疏松症和风湿病[2-3]。现代药理研究表明红花对心脑血管疾病、冠心病有一定的治疗作用[4]。红花起源于南亚，在中国、印度、法国和埃及等国都有种植，在我国主要分布于新疆、云南和甘肃，其中新疆是红花的最大栽培种植区，出产的红花质量好、疗效高、品质优良，河南、浙江和四川等地也曾有大规模的栽培种植[5-7]。

近年来，市场上中药的质量参差不齐，红花的掺假掺伪现象屡屡发生，传统红花鉴别及质量评价方法有性状鉴别、显微鉴别、理化鉴别、色谱鉴别和光谱鉴别等[8]，这些鉴别方法和实验分析手段往往具有难以避免的缺陷。性状鉴别、显微鉴别和理化鉴别准确性欠佳、步骤繁琐；色谱鉴别样品前处理复杂且难以全面呈现中药的整体特性，其中液相色谱适用于真溶液体系，气相色谱适用于中药挥发性成分的分析；光谱鉴别中，紫外吸收光谱适用于分析中药中的不饱和组分，红外光谱与拉曼光谱只呈现中药的部分结构和官能团信息，核磁共振作为中药的定量分析的手段，虽然专属性强、准确度高，但其样品前处理复杂、检测分析成本高[9-10，22]。

1 材料

1.1 仪器和试剂

HH-6B恒温水浴锅，江苏常州国华电器有限公司；CHI660D电化学工作站，天津兰力克科技有限公司；217型参比电极和902型工作电极，上海精密科学仪器有限公司；JJ-1电动搅拌器，江苏常州国华电器有限公司；150 mL四口烧瓶，西安玻璃仪器有限公司。

硫酸，上海苏懿化学试剂有限公司；丙二酸、酒石酸，国药集团化学试剂有限公司；四水合硫酸高铈，上海市化学试剂有限公司；溴酸钾、硝酸钾、氯化钾，天津市光复精细化工研究所。所用试剂均为分析纯，溶液均使用二次蒸馏水配制。

1.2 药材样品信息

红花于2017年10月采自新疆、山东、河南、甘肃、青海和云南6个不同产地，均由陕西步长制药有限公司提供，经陕西师范大学生命科学学院张小卉教授鉴定为菊科植物红花(CarthamustinctoriusL.)的干燥管状花。样品信息见表1。

表1 红花样品信息Table 1 Carthami Flos sample information

续表1

2 方法

将电热恒温水浴锅水温恒定在37 ℃，在夹套反应器的150 mL四口烧瓶中加入干燥至恒重的1.0 g红花粉末(粉末过100目，粒径<0.15 mm)，分别依次加入15 mL硫酸溶液(2.0 mol·L-1)，10 mL硫酸高铈溶液(0.01 mol·L-1)，10 mL酒石酸(0.011 mol·L-1)和10 mL丙二酸溶液(0.1 mol·L-1)。恒定浸出时间为15 min，转速为400 r·min-1。盖好夹套反应器盖，开启计算机及搅拌器，恒温恒速搅拌5 min后，迅速用注射器加入浓度为0.2 mol·L-1的溴酸钾溶液5 mL。用Origin软件采集数据并记录E-t曲线，直至电位振荡消失，即得到红花的电化学指纹图谱。

3 结果与讨论

3.1 振荡体系原理

3.2 空白体系的稳定性

在中药电化学指纹图谱的研究中，调试空白体系的稳定性至关重要。本实验按照“2”项下的方法，以B-Z空白体系图谱特征参数诱导时间(t0)、振荡期(td)、振荡周期(T)、最大振幅(ΔE)、最高电位(Emax)、最低电位(Emin)和平衡电位(Ea)为考察指标，平行测定3次，结果见图1和表2。图1显示该空白体系的诱导曲线、振荡曲线和停振曲线良好，每次空白测定中指纹图谱的各个特征参数基本稳定。表2显示图谱特征参数的RSD<1.55%，表明该B-Z空白振荡体系具有良好的稳定性，有利于图谱特征参数信息的分析。

图1 空白体系电化学图谱Fig.1 The electrochemical fingerprint of blank system

表2 空白体系电化学图谱稳定性Table 2 The stability of electrochemical fingerprint of blank system (n=3)

3.3 酸度对空白体系稳定性的影响

按照“2”项下的方法，在温度为37 ℃时，考察不同浓度硫酸溶液(0.5 mol·L-1、0.7 mol·L-1、1.1 mol·L-1、1.5 mol·L-1、2.0 mol·L-1)对空白体系稳定性的影响。由表3可知，当c(H+)为 0.5 mol·L-1时，未检测到各图谱特征参数；随着浓度增加，诱导时间逐渐缩短，振荡周期、振荡期、平衡电位和最高电位增大，最终确定振荡体系的最佳浓度c(H+)为 2 mol·L-1。进一步通过单因素对比实验筛选出振荡体系其它组分的最佳浓度：丙二酸溶液浓度为0.1 mol·L-1、硫酸高铈溶液浓度为0.01 mol·L-1、酒石酸溶液浓度为0.011 mol·L-1、溴酸钾溶液浓度为0.8 mol·L-1。

表3 酸度对空白体系电化学图谱稳定性的影响Table 3 The influence of acidity on the stability of electrochemical fingerprint of blank system

3.4 不同温度对振荡体系的影响

精密称取干燥至恒重的1.0 g红花粉末(粒径<0.15 mm)，按照“2”项下的方法，测定在温度为25 ℃、29 ℃、33 ℃、37 ℃、41 ℃时的红花电化学指纹图谱，考察不同温度对红花指纹图谱的影响，见表4。结果显示，随着温度升高，红花中有效成分溶出量增加，反应速率加快，诱导期、振荡周期和振荡期变短，最大振幅、平衡电位、最高电位和最低电位增大，综合分析确定最佳温度为37 ℃。

表4 不同温度下红花电化学图谱参数Table 4 Electrochemical fingerprint parameters of Carthami Flos at different temperatures

3.5 不同浸出时间对振荡体系的影响

精密称取干燥至恒重的1.0 g红花粉末(粒径<0.15 mm)，按照“2”项下的方法，在37 ℃恒温水浴下浸泡5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，考察不同浸出时间对红花指纹图谱的影响，测定结果见表5。随着浸出时间延长，红花有效成分溶出率增加，对体系的干扰增强，诱导期明显延长，振荡期、振荡周期和最大振幅明显减小。对中药图谱信息数据分析有利的各个参数基本特征是：较短的诱导时间和振荡周期，较大的振荡幅度以及较为合适的振荡期。考虑红花具有最大溶出率，为获得振荡波形特异且稳定的红花指纹图谱，确定最佳浸出时间为15 min。

表5 不同浸出时间红花电化学图谱参数Table 5 Electrochemical fingerprint parameters of Carthami Flos at different leaching time

3.6 样品加入量对电化学图谱的影响

分别加入干燥至恒重的红花粉末(粒径<0.15 mm)0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g，按照“2”项下的方法考察不同红花粉末加入量对电化学指纹图谱的影响，结果见图2、图3和表6。图2和图3显示，红花加入量分别与诱导时间和振荡周期呈线性关系，回归方程分别为t诱导=164.6 m+1024、T=-4.042 m+155.7，相关系数分别为0.9298、0.9522，线性范围为 0.5～2.5 g。表6显示，随着红花加入量增多，诱导时间延长，振荡周期、振荡期、最大振幅和最高电位减小。当体系中样品浓度超过振荡体系负载的最佳浓度以后，逐渐表现出对振荡体系的抑制作用。本实验最终确定红花加入量为1.0 g，该条件下振荡期和振荡幅度适中，诱导期较短，图谱参数信息显著。

图2 红花加入量与诱导时间的线性关系Fig.2 Linear relationship between Carthami Flos addition dosage and induction time

图3 红花加入量与振荡周期的线性关系Fig.3 Linear relationship between Carthami Flos addition dosage and oscillation period

表6 不同样品加入量红花电化学图谱参数Table 6 Electrochemical fingerprint parameters of Carthami Flos at different addition dosage

3.7 电化学指纹图谱的图谱重现性

任意取一份红花样品，按照“2”项下的方法平行测定3次，结果见表7。表7显示，3次结果中诱导时间、振荡周期、振荡期、平衡电位、最大振幅、最低电位和最高电位虽有所变化，但均在误差允许的范围内上下浮动，7个特征参数的RSD≤2.09%，表明在该振荡体系下，红花电化学指纹图谱具有良好的重现性。

表7 红花的电化学图谱重现性Table 7 Reproducibility of electrochemical fingerprint of Carthami Flos

3.8 不同产地红花的电化学指纹图谱测定

精密称取32批红花粉末各1.0 g，按照“2”项下的方法测定红花的电化学指纹图谱，并获取相应的图谱特征参数和E-t曲线，见图4和表8。结果显示各个产地红花指纹图谱E-t曲线的诱导时间、平衡电位、振荡周期、振荡期、起始电位、最大振幅和最高电位各有差异，表明由于受环境、气候、地理位置和土壤因素等多种条件的影响，红花中所含化学成分的种类和含量各有差异，加入B-Z振荡体系后对体系的干扰强度不一，从而导致各个产地红花的诱导曲线、振荡曲线和振荡波形各不相同，这些特征均有助于对红花质量进行评价，对不同品种、不同产地的红花进行鉴别区分。