現代分析技術在中藥質量評價中的應用

南洋 徐鵬 丁宏 劉莉莉 董輝 馬薇薇

現代分析技術在中藥質量評價中的應用

南洋 徐鵬 丁宏 劉莉莉 董輝 馬薇薇

中藥在世界各地得到廣泛使用,西方國家也逐漸選擇中藥作為輔助治療的藥物。然而,中藥存在成分不明確等質量和安全問題,阻礙了中藥在國際社會醫療保健中的應用與普及,這正是前沿的分析技術急需解決的關鍵問題,確保可重復識別和檢驗中藥所含的化學成分。近年來技術先進的分析儀器不斷研發,靈敏度和精確度得到明顯的提高,可采用更高分辨率儀器分析多組分混合物,推動中藥的質量控制標準朝著標準化方向進行。本文主要綜述分析技術在中藥材及其提取物質量監控和鑒定上的最新應用。

分析儀器; 中藥材; 色譜指紋圖譜; 超高速液相; 液質聯用; 氣質聯用;多組分

在現代回歸自然的理念引導下,中藥以實際的療效、豐富的資源、廣泛的分布引起了全世界的關注[1],但對于中醫理論的認同仍然有很大的障礙。與西藥的質量評價相比,中藥成分過于復雜,給中藥質量監控帶來了極大的不便。中藥的傳統劑型是湯劑、膏劑、散劑或丸劑,由于近代制劑技術的發展,片劑、栓劑、注射劑等各種劑型不斷出現。然而經過配伍組方到形成中成藥的過程中,藥物所含的大量活性成分和它們的相對濃度會受到一系列因素的影響,包括藥材種類、基源和生產工藝等[2-5]。這種內在化學成分的多樣性、可變性給分中藥質量控制方法帶來了多重的挑戰。近幾年來分析儀器得到長足發展,在靈敏度的設計上取得了迅速進展,給含有多組分混合物的中藥以及中藥制劑的分析提供了更高的分辨率。現在主要的分析技術包括超高效液相色譜(ultra performance liquid chromatography,UPLC)、二維液相色譜(two-dimensional liquid chromatography,2DLC)、氣象色譜(gas chromatography,GC)、質譜(mass spectrometry,MS)可以單獨應用,但通常串聯起來使用,對中藥的質量控制作用增強,因此本文運用具體例子闡明新的關鍵分析技術在分析和鑒別中藥方面中的應用。

1 色譜分離技術

1.1 超高效液相色譜

UPLC液體色譜系統可以運行在6000～15000 psi的壓力范圍內,相比于使用較大粒徑柱的高效液相分辨率明顯增加。UPLC最近被證明是在快速色譜分離技術發展過程中的最有前景的技術之一。在實驗中,與傳統高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)相比,UPLC運用更少量的溶劑和較少的時間,特別是UPLC超高的分析速度極大提高大批量樣品的分析效率。有文獻報道UPLC相比于HPLC有明顯的優勢:峰容量是其2倍,速度是10倍,靈敏度增加3～5倍[6]。運用更高的柱壓,采用2μm微粒填充柱使其有更高的速度流過固定相,在提高分辨率的同時減少分析時間。由于UPLC需要更小填充顆粒的液相色譜技術,通過減小顆粒粒徑來提高通過速度,但是柱壓明顯升高。總的來說,UPLC顯示出更高的分離效能,高水平的系統穩定性,并將其與高度敏感的檢測方法相結合。UPLC較HPLC更加簡便迅速,既達到了分析的高通量,得到更高的分析靈敏度,又大大提高了分析速度,減少了有機溶劑的消耗[7]。它是在HPLC之后使用更加廣泛、高效的分析技術。UPLC以其高分辨率已經完全用于大黃中鞣制和蒽醌類成分的水解后溶出量的快速定量分析[8]。同樣,運用UPLC可快速地同時測定丹參中五種脂溶性成分的含量[9]。色譜指紋圖譜在多組分化學分析,特別是中藥的化學成分分析中成為重要標準,其中超高效液相色譜法已成功地應用于評價不同產地蒼耳子的研究[10]。

1.2 二維液相色譜儀

“峰重疊”是液相色譜誤差來源的重要因素。由于受到分析技術的限制,相近保留時間化學成分的分離問題制約了復雜樣品中的色譜峰識別,這一問題在中藥或是方劑的分析中更為顯著。峰重疊雖然可采用連續不斷的多元檢測方法,但這是一個非常繁瑣并且代價很高的解決問題的方案。然而二維、多維分離技術的出現在分析復雜的樣品過程中提供了巨大的幫助,可以作為更有效的方法去解決復雜的問題。在色譜技術中,現應用這種方法主要包括二維氣相色譜、二維液相色譜和各種串聯質譜來來解決多組分峰重疊的問題。全面的二維液相色譜分離是采用多重分離模式和利用所有可用的分辨率,在每一維進行分離組分,這種方法可以顯著增強色譜峰的容量,提供良好的靈敏度和強大的分辨率,如果同時結合其他探測器分析復雜的中藥時,可展現更多的優勢,尤其是質譜檢測器[11]。二維、多維系統利用不同的分離原理可使樣品采用不同維度達到充分的分離。通過充分利用樣品成分的理化特性,在每一個維度上都盡量達到較好的分離效果,在整體上有效降低了樣品的復雜程度[12]。

2 串聯色譜技術

質譜是用于識別從天然產物中提取的未知的化合物時的檢測器。各種質譜儀已經與串聯技術相結合應用于大量的研究中。一般來說,根據質譜各自的分析儀器的準確性和靈敏度的區分,可分為高分辨率質譜和低分辨率質譜。低分辨率質譜已成為中藥首選的分析儀器,其優點在于容易操作,成本較低且體積較小。高分辨率質譜允許識別目標化合物的質核比可以達到低于5 ppm的質量誤差,當檢測值達到低于1 ppm時,可以從測得的質量數判定其唯一元素組成。串聯色譜主要有LC/MS及GC/MS,它允許在中藥樣品中同時進行多成分檢測,而且一次進樣可以獲得母離子和碎片離子的信息,通過比較保留時間、分子量和碎片等信息,可用于中藥檢測和目標化合物的識別。

2.1 液相色譜-質譜聯用(LC-MS)

2.1.1 液相色譜-離子阱質普(LC-IT-MS) 離子阱質譜儀是先把離子聚集到阱內,通過低能量碰撞誘導解離,獲得碎片信息,其具有多級質譜功能,對于解析化合物結構更有優勢。高效液相色譜法結合IT-MS(離子阱質譜)在結構解析、碎片的解離行為、母離子的裂解途徑和結構鑒定上優勢明顯,例如可以快速鑒定復方毛冬青沖劑中三萜皂苷活性成分,在復方毛冬青沖劑中鑒定出1種三萜酸和8種三萜皂苷成分,并推測了其它3種可能的三萜皂苷化學成分[13]。這種多功能的離子肼質譜同樣被應用于酸棗仁湯中化學成分的分析,共鑒定了酸棗仁湯中48個化合物,并對化合物的藥材來源進行了歸屬,首次報道了方劑中的31個化合物[14]。

2.1.2 三重四級桿液質聯用 三重四級桿液質聯用技術可以運用選擇離子檢測(selected reactionmonitoring,SRM)和多反應監測(multiple reaction monitoring,MRM)兩種模式。在MRM模式,色譜分離的優化更加簡單,并且母離子和子離子監測可提高檢測的特異性和識別已知分子。重要的是,這種三重質譜既有傳統的三重四級桿的MS/MS掃描、線性離子阱功能,根據質量數進行全掃描分析還可以獲得MS3的數據[15]。三重四極桿線性離子阱質譜儀 (Triple quadrupole trap mass spectrometer, QTrap)在離子阱模式下,QTRAP的MS/MS質譜圖的靈敏度比常規的三重四極桿高出二個數量級以上,同時還將兩者的掃描功能巧妙的結合起來,實現“串聯四極桿-線性離子阱”的迅速切換。三重四級桿液質聯用儀(liquid chromatography-triple quadrupole trap mass spectrometer,LC-QTrap-MS)已成功定量和定性識別出一系列中藥及有效成分(例如北沙參),運用LC-QTRAP-MS特有的靈敏度和特異性可研究出北沙參中15種化學成分[16]。

2.1.3 液相色譜-線性離子阱靜電場軌道阱組合式質譜聯用(LC-LTQ-Orbitrap-MS) 線性離子阱靜電場軌道阱質譜儀(linear ion trap/orbitrap mass spectrometry,LTQ Orbitrap MS)組合軌道阱與線性離子阱,是最新的聯用儀器,具有所有傳統的MS掃描功能和較高的捕獲能力(利用線性離子阱)和高精密度的質量測定(使用的軌道肼),但數據采集速率相對緩慢。采用液相色譜-線性離子阱/靜電場軌道阱組合式質譜聯用(liquid chromatography-linear ion trap/orbitrap high resolution mass spectrometry,LCLTQ-Orbitrap-MS)對三七化學成分進行定性及定量分析,共鑒定分析了43個成分,并首次從三七中檢測到新型的三七皂苷母核和乙酰取代皂苷成分[17]。又如運用LC-LTQ-Orbitrap-MS分別建立黃芪、三七譜數據庫,對復方三芪口服液中化學成分進行分離,根據分子和質譜碎片信息,從復方三芪口服液中分析鑒定了39個成分[18]。

2.2 氣相色譜-串聯質譜(GC-MS)

GC-MS/MS具有高靈敏度和強抗干擾能力,是分析、鑒定具有揮發性成分的首選儀器。快速測定方法用于揮發油的分析,如對白豆蔻的指紋圖譜分析[19]。利用GC-MS技術分析桂枝茯苓丸脂溶性成分的指紋圖譜研究。利用GC-MS發現二妙丸中5個未見報道的揮發油成分:2-羥基-5-甲基苯乙酮、4, 4-dimethyl-3-( 3-methylbut-3-enylidene )-2-methylenebicyclo[4.1.0]hep-tane;β-沒 藥 醇 (βbisabolol);長葉醛(folicacid);淚杉醇(manool)[20]。

2.3 二維液相色譜串聯質譜(2DLC-MS)

中藥化學成分復雜,有的類別差異較大,僅用一種分離手段不能達到區分的要求,2DLC將不同的分離方法聯用,提高對中藥成分的分離能力,增加色譜的峰容量,建立了用陽離子交換色譜與反相加壓毛細管電色譜結合的二維分離平臺,采用三種分離原理分析了中藥材黃柏[21]。

2.4 聯合在線鑒定技術

在線分離技術是鑒定中藥關鍵成分及復雜結構的強大工具,對于進一步鑒定帶電粒子的結構, MS都可以應用。聯合在線的高效液相串聯電子噴霧多級質譜(high performance liquid chromatographyelectrospray ionization source/mass spectrometryn, HPLC-ESI/MSn)和離線的傅立葉變換離子回旋共振質譜法(fourier transform ion cyclotron resonancemass spectrometry,FTICR-MS)技術能夠快速地對中成藥進行鑒定。例如陳娟娟等[22]運用液質聯用技術在線快速識別與分析了藥用植物通光藤中18個聚氧孕烷糖苷化合物,通過傅立葉變換離子FTICR-MS離線確定這些化合物的準確元素組成。

3 結語與展望

綜上所述,本文探討了UPLC、2DLC、GC、LC-MS等多種分析技術的特點和原理,根據其不同特性,采用這些技術手段作為基礎分析方法,可以識別和鑒別中藥材真偽,分離、鑒定中藥成分,并發現其潛在的毒性。所有這一切都還需要研究者繼續努力朝著中藥產品標準化、規范化、安全、有效的目標努力,突破中藥多成分的阻礙,利用液相和質譜兩大技術提高中藥的質量鑒定標準,為全球人類的健康提供藥材。

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The Review on analysis technique in the evaluation of quality of traditional Chinesemedicine

NANYang,XU Peng,DING Hong et al. College of pharmacy,Heilongjiang university of Chinesemedicine, Haerbin 150040,China

MAWei-wei,E-mail:mawei-wei@163.com

Traditional Chinese medicine(TCM)is widely used in all over the world,and moreand more western countries choose TCM as complementary therapy drugs.However,the quality,the safety and the unclear composition are important problemswhich as a hinder in the popularization and application of Chinesemedicine in the international community health care area.These are the key problems to be resolved in the frontier ofanalysis technology.Repeatable identification chemical composition of TCM could be ensured.With improvements in engineering advanced analytical instruments in recent years,the sensitivity and accuracy have been improved obviously,whichmake themulticomponentmixture analyzed at a higher resolution,and promote the quality control of TCM toward standardization direction.This paper discusses the application of main analytical techniques in TCM,TCM formula and its extract on quality monitoring and evaluation.

Analytical instrumentation; Chinese herbal medicine; Chromatographic fingerprinting; Ultra-performance liquid chromatography; Liquid chromatography coupled tomass spectrometry; Gas Chromatograph coupled to Mass Spectrometry; Multi-componentmixture

R284.1

A

10.3969/j.issn.1674-1749.2015.11.043

2015-06-11)

(本文編輯:董歷華)

2014年哈爾濱應用技術研究與開發項目(2014RFQXJ1162),2013年度黑龍江中醫藥大學科研基金面上項目(201307,201316)

150040 哈爾濱,黑龍江中醫藥大學藥學院(南洋、劉莉莉、董輝、馬薇薇);遼寧中醫藥大學針灸推拿學院(徐鵬);山西仟源制藥股份有限公司(丁宏)

南洋(1983-),女,碩士,講師。研究方向:藥物代謝與質量研究。E-mail:nancy_you530@sina.com

馬薇薇(1980-),女,博士,副教授。研究方向:藥用植物資源開發利用。E-mail:mawei_wei@ 163.com