作者简介: 黄丽俊, 女, 1981年生, 无锡市食品安全检验检测中心副研究员 e-mail: 1656652480@qq.com
由于人们不健康的饮食结构和生活作息习惯以及人口老龄化等因素, 高血压等慢性病发病率逐渐增高, 降压类保健食品逐渐受到人们青睐。 但是市场中存在不良商家为了提高保健食品的功效, 向保健食品中非法添加降压药, 尤其是沙坦类降压药的现象。 建立了一种薄层色谱层析技术(TLC)与表面增强拉曼光谱(SERS)联用方法, 对降压类保健食品中五种可能添加的沙坦类违禁成分(奥美沙坦酯、 厄贝沙坦、 氯沙坦钾、 替米沙坦、 缬沙坦)进行同步检测。 对五种药物的SERS检测最佳条件进行探究, 并通过比较不同成分及配比的TLC展开剂对于五种药物的分离效果, 经过大量配方试验后成功得到环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸=53∶35∶12∶0.25(v/v/v/v)的分离体系, 对五种药物具有良好的分离效果。 确定实验条件后利用TLC分离技术对样品溶液分别进行初步分离, 在薄层板上不同比移值的斑点原位处滴加金胶进行SERS检测, 对样品溶液在斑点原位处的SERS光谱进行采集、 比较, 确定。 研究结果表明, 五种沙坦类违禁添加成分可通过TLC明确分离, 且其SERS光谱特征峰一致、 重复性良好, 根据各自的特征峰可快速定性分析, 检出限在0.1~1 mg·kg-1之间。 研究建立的TLC-SERS方法简单、 快速, 能够为保健食品中违禁添加成分的现场初步快速筛查提供一定参考。
Due to the current unhealthy diet structure and lifestyle habits, as well as the aging population and other factors, the incidence of chronic diseases such as hypertension is gradually increasing, and people gradually favor antihypertensive health food. However, in order to improve the efficacy of healthy food, there are unscrupulous businessmen in the market who illegally add antihypertensive drugs, especially sartans antihypertensive drugs, to healthy food. Based on the above phenomenon, this study established a Thin-Layer Chromatography (TLC) and Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) method to investigate five possible prohibited ingredients of sartans (Olmesartan Medoxomil, Irbesartan, Losartan potassium, Telmisartan and Valsartan) in antihypertensive health food products. In this study, we investigated the optimal conditions for the SERS detection of five drugs, compared the effects of TLC spreaders with different ratios of different components on the separation of the five drugs. We successfully obtained the separation system of cyclohexane-ethyl acetate-methanol-glacial acetic acid=53∶35∶12∶0.25 (v/v/v/v) after extensive formulation tests. After determining the exact conditions of this experiment, the preliminary separation of drug standard solution, mock positive sample solution and real sample solution was carried out by using TLC separation technique. After separation, gold gel was added dropwise at the spot in situ with different ratio shift values on the thin layer plate for SERS detection. The SERS spectra of drug standard solution as well as mock positive sample solution at the spot in situ were collected, compared and determined. The results showed that the five prohibited additive ingredients of sartans could be clearly separated by TLC, their SERS spectra were consistent and reproducible, and the qualitative analysis could be performed quickly according to their respective characteristic peaks, with detection limits between 0.1 and 1 mg·kg-1. The TLC-SERS method established in this study is simple and rapid. It can provide a reference for the simultaneous on-site rapid detection of prohibited added ingredients in health food.
保健食品因其具有特定保健功能或者能够补充维生素、 矿物质等营养物质, 调节机体功能备受慢病人群的关注, 促进了保健食品市场的快速发展。 2021年, 我国各省、 自治区、 直辖市正式公示的保健食品备案产品就高达2 455款, 市场庞大[1], 中老年人是保健食品市场的主要对象。 由于人们不健康的饮食结构和生活作息习惯以及人口老龄化等因素, 高血压等慢性病发病率逐渐增高, 据报道全球有13.9亿的高血压患者[2]。 最新调查数据[3]显示, 中国高血压患病率为27.9%, 且随着年龄的增长有逐渐增长的趋势。 一些不法商家为了提高降压类保健食品的保健功能, 达到其所宣称的“ 治病” 疗效, 在保健食品中非法添加化学合成药品的情况日益泛滥[4, 5, 6]。 消费者在不知情时, 服用此类保健食品, 如再与降压药同服, 可能引起血压骤变, 对消费者健康造成不可逆的损害[7]。
沙坦类降压药作为目前临床最广泛使用的降压药, 经常被添加至一些声称可以辅助降低血压的保健食品中, 不仅是对消费者的欺骗, 也会对消费者的生命健康造成一定的损害[8]。 保健食品中非法添加药物的检测技术主要是采用高效液相色谱[9]、 液相色谱-质谱联用[10]等, 这些方法的检测效果灵敏, 检出限低, 但由于其仪器昂贵庞大, 分析周期长等原因, 无法实现现场快速检测。 薄层色谱法又可以称为薄层层析色谱(thin-layer chromatography, TLC), 即为固-液分离色谱, 其分离原理是以不同的待分离组分在同一展开体系中的吸附能力的不同而使其在薄层层析硅胶板上的比移值(retardation factor, Rf)不同, 而使其能够成功分离各组分, 具有方便快捷、 分离效果直观等优点[11]。 表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术是一种具有极高的灵敏度、 能够做到快速简便地对物质进行检验的分析技术, 可以实现对微量物质的无损原位检测, 还能够检测出待测物的分子结构以及相关信息[12], 在诸多快速检测领域都极具发展潜力。 TLC具有成本低、 快速、 便捷、 操作难度小等优点[13], 然而TLC技术对于分离组分的定性分析不够稳定, 因为具有相似结构的组分有时会出现假阳性等非正常现象, 无法做到精准定量分析, 只能作为预处理或者前期初筛的依据。 而SERS检测可以做到无损、 快捷、 现场检验, 对于微量物质也能做到很好的鉴定与定量, 但是对于复杂体系中添加的物质进行分离鉴定或者同时鉴定较为困难。 故将TLC技术和SERS检测技术联合运用则能够规避两种分析方法的缺点, 同时更好地将它们的优点结合起来。 目前TLC-SERS检测技术在食品安全与分析领域已经有了较为广泛的运用, 如Shi等[14]利用TLC-SERS技术同时检测肉品中可能存在的14种硝基咪唑类兽药, Yang等[15]利用TLC-SERS技术同时检测抗风湿类保健食品中11种抗炎镇痛类药物, 都取得了较好的检出效果。 利用TLC-SERS联用技术快速检测保健食品中的非法添加降压药具有快速、 简便、 灵敏度高的优点。 为保障降压类保健食品消费者的身体健康, 有必要建立沙坦类降压药的TLC-SERS快速检测方法。
奥美沙坦酯(CAS: 144689-63-4, 纯度≥ 99.2%, 中国食品药品检定研究院)、 厄贝沙坦(CAS: 138402-11-6, 纯度≥ 98%, 上海阿拉丁生化科技股份有限公司)、 氯沙坦钾(CAS: 124750-99-8, 纯度≥ 99%, 上海阿拉丁生化科技股份有限公司)、 替米沙坦(CAS: 144701-48-4, 纯度≥ 97%, 上海源叶生物科技有限公司)、 缬沙坦(CAS: 137862-53-4, 纯度≥ 99%, 上海源叶生物科技有限公司); 柠檬酸三钠盐二水合物(纯度99.0%, 上海百灵威试剂公司)、 氯金酸钾(纯度97.0%、 南京森贝伽生物科技有限公司)、 甲醇(色谱纯, 上海麦克林生化科技有限公司); 乙酸、 丙酮、 氯仿、 甲醇、 异丙醇、 环己烷、 乙酸乙酯、 四氢呋喃纯度均为分析纯, 购自国药集团化学试剂有限公司; 两款降压类保健食品均为市售产品。
便携式拉曼光谱仪(RamTracer-200-HS, 美国欧普图斯)、 薄层板(GF254, 青岛海洋化工厂)、 台式高速冷冻离心机(TGL-16M, 上海卢湘仪离心机仪器有限公司)、 超声波清洗器(PS-10, 东莞市洁康超声波设备有限公司)。
分别称取1 mg的五种沙坦类标准品药品固体, 利用便携式拉曼光谱仪测定标准品药品固体的拉曼图谱。
计算药品的理论拉曼光谱。 首先使用软件Gaussview6.1画出各个沙坦类降压药品的分子结构式, 并借助Gaussian09量子化学程序包中B3LYP/6-311 g(d)基组对五种沙坦类药品的分子结构进行了优化, 再以优化后的分子结构式为基础进行频率计算, 绘制理论拉曼光谱图, 分析分子振动情况。
将所需测定SERS图谱的液体样品与金胶按照一定比例进行抽吸混合后置于包裹好锡纸的载玻片上, 进行SERS图谱检测。 当将参数调整至合适时, 每一个待测液体样品需选取三个点, 每个点分别扫描三次并保存SERS图谱。
将理论计算光谱与固体标准品拉曼光谱、 标准品溶液SERS光谱进行比较, 并通过Gaussview6.1软件, 对分子特征峰的振动情况进行指认。
利用标准品溶液对沙坦类药物SERS测定条件的进行优化, 以期得到最佳的拉曼信号强度。 采用的SERS激发波长为785 nm, 激发功率为210 mW, 对金胶体积进行优化, 以1.3中的SERS图谱采集方法进行实验, 按照金胶溶液与待测样品的比例为1∶ 1、 2∶ 1、 3∶ 1、 3∶ 2、 4∶ 1分别对同一药品同一浓度进行SERS图谱扫描, 测定各标准品的SERS光谱, 选择较优的滴加量进行后续的实验。 对便携式拉曼光谱仪积分时间进行优化, 以1.3中的SERS图谱采集方法进行实验, 按照积分时间5、 10、 15和20 s分别对同一药品同一浓度进行SERS图谱扫描, 测定各标准品的SERS光谱, 确定较优的积分时间。
分别精确称量10 mg的标准品药品用甲醇溶解, 定容至10 mL, 并超声3~5 min促溶, 得到五种违禁添加药品的标准品溶液, 浓度为1 000 mg· kg-1, 置4 ℃冷藏保存作为母液备用。
取经实验验证未添加沙坦类违禁成分的保健食品一次剂量, 研磨、 甲醇溶解, 然后超声3~5 min, 在8 000 r· min-1下离心5 min后取上清液, 即为所得基质溶液。
取经实验验证未添加沙坦类违禁成分的保健食品一次剂量, 研磨, 加入五种沙坦类违禁成分标准品药品固体, 甲醇溶解、 超声3~5 min, 在8 000 r· min-1下离心5 min后取上清液, 即为所得模拟阳性样品溶液。
依次加入47 mL超纯水与3 mL 10 mg· mL-1氯金酸钾于圆底烧瓶内, 充分混合, 放入120 ℃油浴锅内, 磁力搅拌器565 r· min-1搅拌并保持温度120 ℃恒定, 至溶液沸腾; 加入2 mL的质量分数为1%柠檬酸三钠水溶液, 继续在120 ℃下恒温搅拌20 min, 得金纳米溶胶, 冷却至常温, 冷藏保存备用。
取一定量的金胶稀释并于硅片上干燥固定, 在经过喷金处理后用SEM电镜观察样品的形貌, 工作电压为3.0 kV, 放大倍数为11万倍。
取一定量的金胶, 稀释5~10倍后, 置于比色皿中, 用紫外可见分光光度计中速扫描, 得到金胶的紫外吸收光谱。
五种沙坦类药物的结构相似, 极性接近, 因此比较难达到较好的分离效果, 实验初步阶段首先尝试了氯仿-甲醇-丙酮-冰醋酸、 环己烷-乙酸乙酯-异丙醇-冰醋酸、 环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸、 乙酸乙酯-四氢呋喃-乙酸等体系, 最后在考虑展开剂的毒性、 分离度和展开速度后, 确定了以环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸作为分离体系并进行后续优化。
用薄层点样毛细管分别点样药品标准溶液及模拟阳性样品2 μ L于同一硅胶GF254薄层板上, 以优化配比的环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸为展开剂展开两次, 晾干后置于紫外灯(254 nm)下检视定位, 并用铅笔圈出药品范围, 滴加金胶进行SERS检测。 SERS检测参数设置: 积分时间15 s, 激发波长785 nm, 激光功率210 mW。
高斯计算是目前最常用的理论拉曼光谱计算工具[16, 17, 18], 能够对分子能量和结构, 过渡态的能量和结构, 化学键以及反应能量, 分子轨道等进行理论计算, 在化学领域包括食品领域内都具有十分广泛的用途。 本研究使用软件Gaussview6.1画出各个沙坦类降压药品的分子结构式, 并借助Gaussian09量子化学程序包中B3LYP/6-311 g(d)基组对五种沙坦类药品的分子结构进行了优化, 得到的分子结构示意图如图1(a—e)所示。 最后以优化后的分子结构式为基础进行频率计算, 绘制拉曼光谱图, 观察分子振动并对比理论拉曼光谱与标准品药品固体的实际拉曼光谱。 如图1(a—e)所示, 五种沙坦类降压药的理论拉曼光谱和标准品药品固体的拉曼光谱图虽然有一定的偏差, 但仍具有较好的一致性, 偏差产生的原因可能是由于沙坦类药物的分子较大所导致。
从优化的分子结构图(图1)和分子振动情况(表1)可以看出, 沙坦类化合物拉曼光谱中的主要振动模式是苯环的对称伸缩振动、 四氮唑环中N—C—N的不对称伸缩振动。 根据振动模式对拉曼峰进行峰归属, 结果如表1所示。
![]() | 表1 理论拉曼峰位与沙坦类药物固体、 溶液SERS拉曼峰位的归属指认 Table 1 Attribution identification of theoretical Raman peak locations and SERS Raman peak locations of sartan drugs' solid and solution |
为了探究金溶胶的SERS增强性能, 用扫描电子显微镜和紫外可见光谱表征了纳米银颗粒的形貌、 尺寸分布和表面增强拉曼光谱特征。 图1(a)为扫描电子显微镜下建纳米粒子的图像。 从图1(a)可以看出, 金纳米粒子在40~50 nm之间显示出相对均匀的尺寸分布。 金纳米粒子的局域表面等离子体共振特性与形状、 尺寸和周围的介电环境有关。 可以利用紫外可见光谱用于研究金溶胶的等离子体性质, 如图2(b)所示, 金溶胶的紫外可见光谱集中在542 nm附近, 对应于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR), 同时可以计算出约90 nm的半峰宽。 金溶胶的局域表面等离子体共振谱带结果表明, 粒径在40~50 nm的金纳米颗粒具有良好的分散性。
按照1.9方法在同一块薄层层析硅胶板上进行点样, 点样顺序分别为替米沙坦、 厄贝沙坦、 缬沙坦、 奥美沙坦酯、 氯沙坦钾, 将薄层层析硅胶板置于展开体系中展开。 在展开体系的优化过程中根据文献调研结果先后尝试了氯仿-甲醇-丙酮-冰醋酸、 环己烷-乙酸乙酯-异丙醇-冰醋酸、 环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸、 乙酸乙酯-四氢呋喃-乙酸等体系, 经过优化后确定了以环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸=53∶ 35∶ 12∶ 0.25(v/v/v/v)作为分离体系, 展开距离为8.5 cm, 展开2次, 其中部分优化过程如图3所示。
图4为使用优化后的展开体系分离后的薄层层析硅胶板在在紫外下视检的照片。 表2为五种沙坦类药品的Rf值, 由视检情况结合表2可知五种沙坦类降压药分离效果较好。
![]() | 图4 五种沙坦类药品的薄层色谱层析 ①替米沙坦; ②厄贝沙坦; ③缬沙坦; ④奥美沙坦酯; ⑤氯沙坦钾Fig.4 TLC diagram of five sartans in thin-layer plate ①Telmisartan; ②Irbesartan; ③Valsartan; ④Olmesartan Medoxomil; ⑤Losartan potassium |
![]() | 表2 五种沙坦类药品的Rf值 Table 2 Rf values of five satarns |
金胶溶液与待测样品之间的体积比会影响纳米粒子热点的分布, 从而对拉曼信号产生影响[19]。 利用配置的标准品溶液对SERS条件进行优化, 确定金胶溶液与待测样品的最优比例。 按照金胶溶液与待测样品的比例为1∶ 1、 2∶ 1、 3∶ 1、 3∶ 2、 4∶ 1、 5∶ 1、 6∶ 1分别对同一浓度同一药品进行SERS图谱扫描, 结果如图5所示, 可以看出随着金胶溶液比例的增加, 样品拉曼信号不断增强, 这可能是由于金胶溶液增加, 金纳米粒子增加, 所带来的热点数目增加, 并且目标分子与金纳米粒子之间距离接近的概率增大, 所以导致SERS增强效果更好。 在金胶溶液与样品比例达到4∶ 1后, 拉曼信号基本不再增强, 甚至在6∶ 1时信号有所削弱, 分析认为由于金胶溶液的比例过大导致样品溶液稀释, 所以信号有所减弱。
积分时间的不同会导致拉曼信号强弱的变化从而影响分辨率。 进一步对积分时间进行优化, 尝试改变不同的积分时间, 以期望或得更为灵敏的SERS信号。 按照积分时间5、 10、 15和20 s分别对于同一浓度同一药品进行SERS图谱扫描, 结果如图6所示, 可以看出随着积分时间的延长, 拉曼信号的强度不断增加, 但是通过对比15与20 s的拉曼信号可以发现20 s的积分时间后, 拉曼图谱中的基质效应更加明显, 1 200~1 700 cm处整体向上偏移, 并且由于经过20 s积分时间后部分峰的增强较明显, 导致其相邻峰有部分被掩盖, 因此最终选择了分辨率较高的15 s。
在环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸=53∶ 35∶ 12∶ 0.25(v/v/v/v)展开体系中对不同浓度各标准药品溶液进行展开, 滴加的体积量为2 μ L。 以紫外检视能否看到药品斑点为标准, 如图7所示, 可以看出提替米沙坦与奥美沙滩在浓度达到0.1 mg· kg-1时, 通过紫外视检已经无法看见药物的得出各药品TLC检出限如表3所示。
![]() | 表3 五种沙坦类药品的薄层层析检出限 Table 3 Detection limits of five sartans by TLC |
在激光频率785 nm, 积分时间15 s, 金溶胶与待测液体的体积之比为4∶ 1的条件下对不同浓度的标准品溶液进行SERS检测, 得到的各浓度标准品药品溶液SERS扫描图谱如图8所示。
由图8(a—e)可知, 替米沙坦在溶液浓度为1 mg· kg-1时, 拉曼图谱与空白的拉曼图谱相类似; 厄贝沙坦在溶液浓度为1 mg· kg-1时, 拉曼图谱与空白的拉曼图谱相类似; 缬沙坦在溶液浓度为0.1 mg· kg-1时, 拉曼图谱与空白的拉曼图谱相类似; 奥美沙坦酯在溶液浓度为0.1 mg· kg-1时, 拉曼图谱与空白实验的拉曼图谱相类似; 氯沙坦钾在溶液浓度为1.0 mg· kg-1时, 拉曼图谱与空白实验的拉曼图谱相类似。 故经过换算整理得到五种沙坦类药品的SERS检出限如表4所示。
![]() | 表4 五种沙坦类药品的SERS检出限 Table 4 Detection limits of five sartans by SERS |
由于SERS检出限与TLC紫外检出限的不同, 进一步探究了标准品溶液经展开剂分离后在薄层板上的原位点SERS。 在TLC检出限研究的基础上, 对分离的药物都进行了SERS测定, 结果如图9(a—e, a1—e1)所示, 可以看出五种沙坦类药物在TLC检测中出现斑点的原位点处都能检测到相应的药物拉曼信号, 与前面的SERS检出限结果不同, 可能是由于TLC分离过程中的富集作用, 使得本来通过SERS方法检测不到的样品溶液再经过TLC分离后能够成功的被检测到, 其中图9的五种药物拉曼信号与图11中的五种药物拉曼信号有所差别可能是因为浓度不同的原因导致部分峰的减弱消失。 本研究所建立的TLC-SERS方法的检出限具体结果如表5所示, 低于可能添加的沙坦类药物添加量[10, 20]。
![]() | 表5 五种沙坦类药品的TLC-SERS检出限 Table 5 Detection limits of five sartans by TLC-SERS |
随机选择两款市售降压类保健食品, 在通过液相色谱检测确定其中一款降压类保健食品不含文中提及的五种沙坦类违禁添加成分后, 选择该款降压类保健食品作为基质配置模拟阳性样品, 另一款市售降压类保健食品作为真实样品进行检测。
将选择的市售降压类保健食品按照1.5中步骤制得基质溶液、 模拟阳性样品与真实样品溶液, 在环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸=53∶ 35∶ 12∶ 0.25(v/v/v/v/v)展开体系中进行展开, 得到的结果如图10所示。
进行TLC分离后, 各斑点按照1.9中的步骤进一步进行SERS的检测。 将采集到的图谱与标准品药品固体拉曼图谱和药品标准品溶液在薄层层析硅胶板上展开斑点处的拉曼图谱进行比较。 五种沙坦类药品的比较结果如图10所示。 结合图10与图11(a—e)的结果, 对比相应特征峰, 可知五种沙坦类药物在模拟阳性样品中均能够被检出, 且本实验中选择的真实市售降压类保健食品样品中未违禁添加研究所涉及的五种沙坦类药物。
在其余的研究中, 不乏在真实保健食品样品检测到确切添加了沙坦类降压药的案例。 徐文峰[10]等采用超高效液相色谱-四极杆串联飞行时间质谱法测定市售降压类保健食品中的非法添加药物, 检出厄贝沙坦的非法添加量为10.8 mg· 粒-1。 张燕[20]等利用超高效液相色谱-质谱/质谱联用测定降压类中成药及保健品中30种化学药物, 其中在市售保健食品中测得氯沙坦钾的添加量为5.93~51.95 g· kg-1。 这些研究中沙坦类降压药的添加量均大于本方法的检测限, 在后续的实验中本研究将致力于更加广泛的真实样品检测, 以期在真实样品中检测到违禁添加的沙坦类药物, 进一步证明本方法的准确性及实用性。
建立了TLC-SERS联用检测方法, 用于降压类保健食品中可能的五种沙坦类违禁添加成分(替米沙坦、 厄贝沙坦、奥美沙坦酯、 缬沙坦、 氯沙坦钾)的同时快速检测。 通过大量配方验证实验, 确定了效果良好的环己烷-乙酸乙酯-甲醇-冰醋酸=53∶ 35∶ 12∶ 0.25(v/v/v/v/v)展开体系。 在展开的TLC薄层板上, 五种药品标准品溶液对应的斑点处, 模拟阳性样品与五种药品标准品溶液有相同斑点; 对斑点处的拉曼光谱进行采集后对比, 发现模拟阳性样品的斑点SERS特征峰与药品标准品溶液斑点拉曼光谱特征峰一致, 且重复性良好。 利用优化后的TLC-SERS方法, 对五种沙坦类药物(缬沙坦、 替米沙坦、 奥美沙坦酯、 氯沙坦钾、 厄贝沙坦)的检出限分别是0.1、 1.0、 1.0、 0.1、 0.1 mg· kg-1。 研究结果表明该研究建立的TLC-SERS联用技术简便、 准确、 可靠, 能满足同时快速的现场初筛检测要求, 也可为同类型保健食品中违禁添加成分的检测提供参考。
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