利用高場非對稱波形離子遷移譜技術快速鑒別降糖中藥中的西藥成分

李靈鋒等

1引言

糖尿病（DM）是由于胰島素缺乏及不同程度胰島素抵抗而引起的代謝紊亂的綜合征；國內外醫藥工作者針對其開發了多種有效藥物。中藥的有效成分通常包括生物堿、黃酮、皂苷、多糖等[1]；西藥的主要有效成分包括傳統的磺酰脲類、雙胍類，還有α葡萄糖苷酶抑制劑、促進胰島素分泌劑及胰島素增敏劑、胰島素及類似物[2]。 目前很多降糖中藥中實際摻雜了西藥的有效成分，會產生各種副作用。如治療糖尿病的中成藥（如含有羅格列酮）可能引起心血管系統與肝臟不良反應；服食磺脲類，以格列本脲最為多見會出現低血糖； 含有格列苯脲、格列奇特、二甲雙胍等成分的降糖藥物均有嚴格的適應癥、禁忌癥和一定的副作用，患者長期服用易出現心慌、昏迷、肝腎功能損傷等。因此， 快速準確地辨別降糖中藥中是否含有西藥成分直接關系著糖尿病患者的健康用藥。

目前， 檢測雙胍類等物質的方法主要有高效液相色譜法（HPLC）[3]、毛細管電泳法[4]、核磁共振法（NMR）[5]、分光光度法[6]、流動注射化學發光分子印跡技術[7]等。而相對這些傳統的分析技術，離子遷移譜技術（Ion mobility spectrometry， IMS）具有分析速度快、靈敏度高、無溶劑和氣體等消耗的優點。 離子遷移譜技術在爆炸物、毒品和化學毒劑等國土安全領域中使用非常廣泛，但在藥物篩查分析領域中的應用還較少。考慮到一般中藥中添加的西藥成分以鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲居多，本研究建立了基于高場非對稱波形離子遷移譜（Highfield asymmetric ion mobility spectrometry， FAIMS）技術分析中藥降糖膠囊中西藥成分鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲的檢測技術。

高場非對稱波形離子遷移譜是一種新型離子遷移譜分析技術，在20世紀90年代初由Buryakov等[8]建立。 該技術自誕生以來，眾多科研組[9～11]及商業公司[12，13]都成功制造并展示了高場非對稱波形離子遷移譜儀或基于其原理的各類通用或專用痕量分析儀器。 中國科學院合肥智能機械研究所的孔德義[14]、清華大學的唐飛[15]等研究組均展示了基于平行極板的高場非對稱波形離子遷移譜離子過濾器結構。FAIMS技術不僅可以應用于傳統的爆炸物、毒品和危險品分析領域[16～18]，近年來也被廣泛應用于環境檢測[19]、生物[20]、醫藥[21]等領域。FAIMS的工作原理是基于不同離子在強場（>15000 V/cm）條件下離子遷移率呈非線性變化的特點，在兩個平行電極上加入一個交替變化的高低電場，不同的離子在交替變化周期電場的遷移量不同，同時在電場方向上引入一個直流補償電壓（Compensation voltage，CV）， 區分出不同的離子[22]。

本研究使用的新型FAIMS技術，是采用深反應離子刻蝕（Deep reactive ion etch，DRIE）的方法，在硅片上刻蝕出離子遷移溝道，其電場強度最大可到60000 V/cm以上，更大地提高了選擇性、靈敏度及分辨率[23]，縮短了檢測時間。另外，FAIMS技術可以通過掃描電場強度和補償電壓兩個參數來區分不同的離子，由于引入了新的維度掃描參數，可以獲得更多的樣品分子的特征指紋信息，使其獨立應用范圍大大拓展。本研究基于FAIMS技術的這些優勢，將其用于中藥降糖制劑中非法添加西藥成分的檢測，提出了快速分析中藥制劑的新方法。

2實驗部分

2.1儀器與試劑

3結果與討論

3.1樣品的FAIMS譜圖

利用FAIMS譜儀對3種對照品及它們兩兩混合的樣品、供試品進行了檢測，在不同場強下進行補償電壓值和離子電流強度（Ion current， AI）值的連續掃描，得到不同的響應信號。完成單一電場的譜圖掃描時間約為1 s，完成正負模式的全掃描的FAIMS的三維（CV， E/N， AI）指紋譜圖的檢測時間約為1.5 min。實驗顯示，藥物一般都在負模式有響應信號。本研究對樣品的圖譜做了指紋識別，見圖1。圖1中背景信號為紅色，區域顏色差別越強烈代表信號越強。5個樣品中都是在負模式下有較好的響應。因此以供試品為基礎， 在負模式下設置了8組指紋識別點，用以識別不同樣品分子的特征信息。其中指紋識別點包含CV值、E/N值和AI 3個變量，并設置一定的容差。如果被測物在特定的指紋識別點處同時滿足3個變量的要求，即在指定的CV值和E/N值下，離子電流值大于設定值，則在三維圖中以黑點顯示，反之則以白點顯示。

3.2指紋譜圖分析

FAIMS與色譜或傳統的遷移時間IMS的二維譜圖在物質定性方面具有很大差異。一方面， 主要表現為FAIMS的三維譜圖中除了上述的離子電流峰的CV值與偏移電場形成的曲線的位置、曲率等可以用于生成物離子的定性分析，包括離子電流峰值（AI）隨電場強度的變化，峰寬（W1/2）及其隨電場強度的變化，這些均與離子本身的物化性質有關；另一方面， 多聚體與單聚體離子的相對值及其變化以及其因高場的熱效應等分解帶來的突變的場強位置，這一系列的信息都可以從一幅三維圖上進行提取和解讀，用于物質定性分析。一般而言，特定離子在不同E/N處，其離子電流峰值所在CV可以連成一條與該離子特征物理量有關的特征曲線，也即一般意義上的FAIMS指紋信息。

從圖2可見， 除去左邊（CV為負值方向）的反應離子峰外，當E/N>100 Td時，幾種樣品的離子電流峰在CV上的位置得以區分，并分成兩個主要部分：第一個部分在CV=0 V處隨著E/N的增加，峰值的CV值先減小為負，隨后在E/N=230 Td處出現拐點，表明此時公式（1）中的（E/N）4開始對K的變化起主要作用，這一部分在圖上用L表示；第二部分在CV=0處隨著E/N的增加，峰值CV值逐步增大，并從E/N≈200 Td時開始， 峰寬隨著E/N的增大而大幅擴大，其增幅遠大于前一個部分的峰寬增幅，部分樣品明顯出現新的離子電流峰，部分樣品則只是在原有離子電流峰的基礎上展寬峰寬，這一部分用R來表示。一般認為，標準品出現兩個甚至3個獨立的離子電流峰，來自于其單聚體、二聚體和多聚體，且二聚體和多聚體由于在高場下不穩定，可能解離成為二聚體或單聚體，使得單聚體（L部分）在高場下的峰寬和離子電流值比二聚體或多聚體變化幅度小[21]。本實驗利用這幾個部分峰寬以及峰值的變化對幾種樣品進行區分和特征提取。

由圖3可見，在選定的色譜條件下，鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲的保留時間分別為2.18， 3.31和9.74 min。供試品中在上述3個保留時間處都有明顯的出峰，可以判斷供試品中含有鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲，也驗證了FAIMS測試結果的準確性。

研究結果表明， 本方法靈敏準確、快速便捷，可作為檢查中藥降糖制劑中可能非法添加上述西藥的初檢方法。本研究為FAIMS技術更廣泛的應用于其它種類的藥物篩查奠定了基礎。

References

1XIN ZhiMing， WANG Biao. Anhui Med. Pharm. J.， 2011， 15（2）： 138-141

2DENG WeiYan. Chinese J. Clin. Ration. Drug Use， 2012， 5（10C）： 151-152

3Demiralay， Cubuk E. Acta Chim. Slov.， 2012， 59（2）： 307-314

4Deng B Y， Shi A H， Kang Y H， Li L Q. Luminescence， 2011， 26（6）： 592-597

5Gadape H H， Parikh K S. EJ. Chem.， 2011， 8（2）： 767-781

6Sohrabi M R， Kamali N， Khakpour M. Anal. Sci.， 2011， 27（10）： 1037-1041

7Liu Z B， Jia F Y， Wang W W， Wang C X， Liu Y M. Luminescence， 2012， 27（4）： 297-301

8Buryakov I A， Krylov E V， Nazarov E G， Rasulev U K. Int. J. Mass Spectrom. Ion Process.， 1993， 128（3）， 143-148

9Guevremont， R. J. Chromatogr. A， 2004， 1058 （12）： 3-19

10Prieto M， Yost R. Int. J. Ion Mobil. Spectrom.， 2011， 14 （23）： 61-69

11Shvartsburg A A， Seim T A， Danielson W F， Norheim R， Moore R J， Anderson G A， Smith R D. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， 2013， 24（1）： 109-114

12http：//www.sionex.com

13http：//www.thermoscientific.com

14LIN BingTao， CHEN ChiLai， KONG DeYi， LI Zhuang， WANG HuanQin， CHENG YuPeng， WANG DianLing， MEI Tao. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（7）： 1027-1030

15LI Hua， TANG Fei， WANG XiaoHao， ZHANG Liang， YANG Ji， WANG Fan， XU ChuLong， LIN Tao， DING Li. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（11）： 1678-1682

16ZHANG Jie， GUO DaPeng， LI LingFeng， ZHANG Yuan， YE Lin， LI Peng， WANG XiaoZhi. J. Anal. Sci.， 2013， 29（3）： 302-306

17Cumeras R， Grcia I， Figueras E， Fonseca L， Santander J， Salleras M， Calaza C， Sabaté N， Cané C. Sensors and Actuators B， 2012， 170： 13-20

18ZHANG Jie， LI LingFeng， GUO DaPeng， ZHANG Yuan， WANG Qi， LI Peng， WANG XiaoZhi. Chinese J. Anal. Chem.， 2013， 41（7）： 986-992

19LI Zhuang， LIN BingTao， CHEN ChiLai， LIU Ying， KONG DeYi， CHENG YuPeng， WANG DianLing， WANG HuanQin. Chinese J. Anal. Chem.， 2011， 39（2）： 107-110

20Shvartsburg A A， Smith R D. Anal. Chem.， 2013， 85（1）： 10-13

21O′Donnell R M， Sun X B， Harrington P B. TrAC， Trends Anal. Chem.， 2008， 27（1）： 44-53

22Kolakowski B M， Mester Z. Analyst， 2007， 132（9）： 842-864

23Wilks A， Hart M， Koehl A， Somerville J， Boyle B， RuizAlonso D. Int. J. Ion Mobil. Spectrom.， 2012， 15（3）： 199-222

由圖3可見，在選定的色譜條件下，鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲的保留時間分別為2.18， 3.31和9.74 min。供試品中在上述3個保留時間處都有明顯的出峰，可以判斷供試品中含有鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲，也驗證了FAIMS測試結果的準確性。

研究結果表明， 本方法靈敏準確、快速便捷，可作為檢查中藥降糖制劑中可能非法添加上述西藥的初檢方法。本研究為FAIMS技術更廣泛的應用于其它種類的藥物篩查奠定了基礎。

References

1XIN ZhiMing， WANG Biao. Anhui Med. Pharm. J.， 2011， 15（2）： 138-141

2DENG WeiYan. Chinese J. Clin. Ration. Drug Use， 2012， 5（10C）： 151-152

3Demiralay， Cubuk E. Acta Chim. Slov.， 2012， 59（2）： 307-314

4Deng B Y， Shi A H， Kang Y H， Li L Q. Luminescence， 2011， 26（6）： 592-597

5Gadape H H， Parikh K S. EJ. Chem.， 2011， 8（2）： 767-781

6Sohrabi M R， Kamali N， Khakpour M. Anal. Sci.， 2011， 27（10）： 1037-1041

7Liu Z B， Jia F Y， Wang W W， Wang C X， Liu Y M. Luminescence， 2012， 27（4）： 297-301

8Buryakov I A， Krylov E V， Nazarov E G， Rasulev U K. Int. J. Mass Spectrom. Ion Process.， 1993， 128（3）， 143-148

9Guevremont， R. J. Chromatogr. A， 2004， 1058 （12）： 3-19

10Prieto M， Yost R. Int. J. Ion Mobil. Spectrom.， 2011， 14 （23）： 61-69

11Shvartsburg A A， Seim T A， Danielson W F， Norheim R， Moore R J， Anderson G A， Smith R D. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， 2013， 24（1）： 109-114

12http：//www.sionex.com

13http：//www.thermoscientific.com

14LIN BingTao， CHEN ChiLai， KONG DeYi， LI Zhuang， WANG HuanQin， CHENG YuPeng， WANG DianLing， MEI Tao. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（7）： 1027-1030

15LI Hua， TANG Fei， WANG XiaoHao， ZHANG Liang， YANG Ji， WANG Fan， XU ChuLong， LIN Tao， DING Li. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（11）： 1678-1682

16ZHANG Jie， GUO DaPeng， LI LingFeng， ZHANG Yuan， YE Lin， LI Peng， WANG XiaoZhi. J. Anal. Sci.， 2013， 29（3）： 302-306

17Cumeras R， Grcia I， Figueras E， Fonseca L， Santander J， Salleras M， Calaza C， Sabaté N， Cané C. Sensors and Actuators B， 2012， 170： 13-20

18ZHANG Jie， LI LingFeng， GUO DaPeng， ZHANG Yuan， WANG Qi， LI Peng， WANG XiaoZhi. Chinese J. Anal. Chem.， 2013， 41（7）： 986-992

19LI Zhuang， LIN BingTao， CHEN ChiLai， LIU Ying， KONG DeYi， CHENG YuPeng， WANG DianLing， WANG HuanQin. Chinese J. Anal. Chem.， 2011， 39（2）： 107-110

20Shvartsburg A A， Smith R D. Anal. Chem.， 2013， 85（1）： 10-13

21O′Donnell R M， Sun X B， Harrington P B. TrAC， Trends Anal. Chem.， 2008， 27（1）： 44-53

22Kolakowski B M， Mester Z. Analyst， 2007， 132（9）： 842-864

23Wilks A， Hart M， Koehl A， Somerville J， Boyle B， RuizAlonso D. Int. J. Ion Mobil. Spectrom.， 2012， 15（3）： 199-222

由圖3可見，在選定的色譜條件下，鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲的保留時間分別為2.18， 3.31和9.74 min。供試品中在上述3個保留時間處都有明顯的出峰，可以判斷供試品中含有鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲，也驗證了FAIMS測試結果的準確性。

研究結果表明， 本方法靈敏準確、快速便捷，可作為檢查中藥降糖制劑中可能非法添加上述西藥的初檢方法。本研究為FAIMS技術更廣泛的應用于其它種類的藥物篩查奠定了基礎。

References

1XIN ZhiMing， WANG Biao. Anhui Med. Pharm. J.， 2011， 15（2）： 138-141

2DENG WeiYan. Chinese J. Clin. Ration. Drug Use， 2012， 5（10C）： 151-152

3Demiralay， Cubuk E. Acta Chim. Slov.， 2012， 59（2）： 307-314

4Deng B Y， Shi A H， Kang Y H， Li L Q. Luminescence， 2011， 26（6）： 592-597

5Gadape H H， Parikh K S. EJ. Chem.， 2011， 8（2）： 767-781

6Sohrabi M R， Kamali N， Khakpour M. Anal. Sci.， 2011， 27（10）： 1037-1041

7Liu Z B， Jia F Y， Wang W W， Wang C X， Liu Y M. Luminescence， 2012， 27（4）： 297-301

8Buryakov I A， Krylov E V， Nazarov E G， Rasulev U K. Int. J. Mass Spectrom. Ion Process.， 1993， 128（3）， 143-148

9Guevremont， R. J. Chromatogr. A， 2004， 1058 （12）： 3-19

10Prieto M， Yost R. Int. J. Ion Mobil. Spectrom.， 2011， 14 （23）： 61-69

11Shvartsburg A A， Seim T A， Danielson W F， Norheim R， Moore R J， Anderson G A， Smith R D. J. Am. Soc. Mass Spectrom.， 2013， 24（1）： 109-114

12http：//www.sionex.com

13http：//www.thermoscientific.com

14LIN BingTao， CHEN ChiLai， KONG DeYi， LI Zhuang， WANG HuanQin， CHENG YuPeng， WANG DianLing， MEI Tao. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（7）： 1027-1030

15LI Hua， TANG Fei， WANG XiaoHao， ZHANG Liang， YANG Ji， WANG Fan， XU ChuLong， LIN Tao， DING Li. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（11）： 1678-1682

16ZHANG Jie， GUO DaPeng， LI LingFeng， ZHANG Yuan， YE Lin， LI Peng， WANG XiaoZhi. J. Anal. Sci.， 2013， 29（3）： 302-306

17Cumeras R， Grcia I， Figueras E， Fonseca L， Santander J， Salleras M， Calaza C， Sabaté N， Cané C. Sensors and Actuators B， 2012， 170： 13-20

18ZHANG Jie， LI LingFeng， GUO DaPeng， ZHANG Yuan， WANG Qi， LI Peng， WANG XiaoZhi. Chinese J. Anal. Chem.， 2013， 41（7）： 986-992

19LI Zhuang， LIN BingTao， CHEN ChiLai， LIU Ying， KONG DeYi， CHENG YuPeng， WANG DianLing， WANG HuanQin. Chinese J. Anal. Chem.， 2011， 39（2）： 107-110

20Shvartsburg A A， Smith R D. Anal. Chem.， 2013， 85（1）： 10-13

21O′Donnell R M， Sun X B， Harrington P B. TrAC， Trends Anal. Chem.， 2008， 27（1）： 44-53

22Kolakowski B M， Mester Z. Analyst， 2007， 132（9）： 842-864

23Wilks A， Hart M， Koehl A， Somerville J， Boyle B， RuizAlonso D. Int. J. Ion Mobil. Spectrom.， 2012， 15（3）： 199-222