張來新

（寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西寶雞721013）

現(xiàn)代有機(jī)及生物分析新方法新技術(shù)的研制開發(fā)及應(yīng)用*

張來新*

（寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西寶雞721013）

本文簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)代有機(jī)分析的產(chǎn)生發(fā)展及應(yīng)用；重點(diǎn)介紹了：（1）現(xiàn)代有機(jī)及生物分析儀器設(shè)備、試劑及相關(guān)產(chǎn)品的研制與開發(fā)；（2）現(xiàn)代有機(jī)及生物分析在醫(yī)藥學(xué)檢測(cè)與分析中的應(yīng)用。并對(duì)現(xiàn)代有機(jī)分析的發(fā)展進(jìn)行了展望。

現(xiàn)代有機(jī)及生物分析；新方法；新技術(shù)；應(yīng)用

現(xiàn)代有機(jī)分析是有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)相互交融相互滲透而發(fā)展起來的一門熱門新興邊緣學(xué)科。二十世紀(jì)以來，基于測(cè)量物質(zhì)的理化性質(zhì)，大量的新型分析儀器被發(fā)明，高靈敏度、高選擇性的測(cè)量新方法新技術(shù)使現(xiàn)代有機(jī)分析被建立起來。近年來由于生命科學(xué)、材料科學(xué)、資源與能源科學(xué)、信息科學(xué)、環(huán)境科學(xué)及醫(yī)藥學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步促進(jìn)了現(xiàn)代有機(jī)分析化學(xué)的迅猛發(fā)展，一些用于復(fù)雜體系、超痕量組分、特殊環(huán)境和特殊要求的新測(cè)定方法和新測(cè)量技術(shù)將與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展和問世。今天，在分子生物學(xué)、天然有機(jī)化學(xué)、有機(jī)合成、醫(yī)藥學(xué)以及石油化工、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、能源科學(xué)以及國(guó)防科學(xué)領(lǐng)域中，無論從基礎(chǔ)研究方面或是實(shí)際生產(chǎn)控制方法，現(xiàn)代有機(jī)分析所起的作用是毋庸贅言的。

1 現(xiàn)代有機(jī)分析及生物分析儀器設(shè)備試劑及相關(guān)產(chǎn)品的研制與開發(fā)

1.1 基于巰基烯點(diǎn)擊化學(xué)的毛細(xì)管電色譜手性開管柱的制備研究

毛細(xì)管電色譜開管柱具有制備過程簡(jiǎn)單，耗時(shí)少，且無需柱端塞子等優(yōu)點(diǎn)[1]。因?yàn)殡姖B流為塞子型平推流，開管柱能提供高柱效，故其在各種物質(zhì)的分離分析研究中被廣泛應(yīng)用[2]。電色譜開管柱的制備方法主要有3種：涂布聚合物固定相、表面粗糙化后鍵合固定相和凝膠（Sol-gel）技術(shù)。廣西師范大學(xué)的呂清慧等人采用巰基-烯點(diǎn)擊化學(xué)方法，將合成的巰基化-β-環(huán)糊精鍵合到烯基化的毛細(xì)管內(nèi)，得到手性毛細(xì)管開管柱，以磷酸鹽緩沖液-甲醇混合液為流動(dòng)相，用電色譜手性毛細(xì)管開管柱拆分了酪氨酸對(duì)映體[3]，其分離效果良好。該方法期望被用于其他手性氨基酸的拆分。

1.2 基于ZIF-8的有機(jī)聚合物整體柱的制備研究

整體柱是一種用有機(jī)或無機(jī)聚合方法在色譜柱內(nèi)進(jìn)行原位聚合的連續(xù)床固定相，具有制備方法簡(jiǎn)單，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，通透性、重現(xiàn)性好，柱效高，固定相表面易于改性，無需制備塞子和可進(jìn)行快速分離等優(yōu)點(diǎn)。金屬-有機(jī)骨架材料（MOFs）是一種新型有機(jī)-無機(jī)雜化材料，因具有易于制備、比表面積大、孔隙度高、結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于氣體儲(chǔ)存、催化、傳感、分離以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。為了結(jié)合MOFs的整體優(yōu)點(diǎn)，廣西師范大學(xué)的楊勝超等人采用甲基丙烯酸十八烷基酯（SMA）為單體，以分散有多孔沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）的乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）為交聯(lián)劑，異戊醇和1,4-丁二醇為致孔劑，偶氮二異丁睛（AIBN）為引發(fā)劑，通過熱引發(fā)原位聚合制備有機(jī)整體柱，用于毛細(xì)管液相色譜分離多環(huán)芳烴。所制備的整體柱包含有ZIF-8，結(jié)合了ZIF-8和整體柱的分離優(yōu)勢(shì)，不僅增加了整體柱的比表面積，而且疏水性的ZIF-8會(huì)增強(qiáng)其與多環(huán)芳烴之間的作用[4]。該研究期望能在分析分離科學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。

2 現(xiàn)代有機(jī)及生物分析分析在醫(yī)藥學(xué)檢測(cè)與分析中的應(yīng)用

2.1 高速逆流色譜分離純化千層塔中的石杉?jí)A甲

石杉?jí)A甲是由石杉科植物千層塔中提取的一種生物堿，是一種高效乙酰膽堿酯酶抑制劑，具有提高記憶的功能，是治療老年癡呆癥的一個(gè)有開發(fā)前景的藥物，國(guó)內(nèi)已經(jīng)將石杉?jí)A甲開發(fā)用于臨床，其在治療老年性癡呆癥的過程中取得了顯著療效。為了獲得更多更純的石杉?jí)A甲，廣西大學(xué)的樊希望等人以千層塔粗提物為原料，建立了高速逆流色譜分離純化石杉?jí)A甲的純化工藝[5]，優(yōu)化了兩相溶劑體系的組成及配比。優(yōu)化后的分離純化溶劑體系為正己烷-正丁醇-甲醇-水，其體積比為1∶3∶2∶6，實(shí)驗(yàn)溫度為室溫，主機(jī)轉(zhuǎn)速為850r·min-1，正向洗脫，流動(dòng)相流速為2.0mL·min-1，上相做固定相，下相為流動(dòng)相。其分離提取效果令人滿意。

2.2 苦參堿對(duì)吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅效應(yīng)及其在分析中的應(yīng)用

苦參堿是由豆科植物苦參的干燥根、植株、果實(shí)經(jīng)乙醇等溶劑提取出的一種生物堿，主要功能為清熱、殺蟲、利尿、祛濕，用于治療血痢、便血、黃疸、瘙癢、腳氣、燒傷等。還可以用于抗心律失常、抗腫瘤、抗病毒、抗過敏、抗肝損傷、降血脂、降壓等作用，在畜牧禽業(yè)上主要用于治療畜禽的痢疾、疥癬等，在農(nóng)業(yè)上是廣泛使用的殺蟲劑。為了檢測(cè)食物食品的安全性和醫(yī)學(xué)藥用安全性，廣西大學(xué)的王曉軍等人利用苦參堿對(duì)吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅效應(yīng)規(guī)律建立了一種檢測(cè)苦參堿含量的新方法。即他們的研究發(fā)現(xiàn)，在pH=5～6酸度條件下，當(dāng)-茜素紅和吖啶橙混合時(shí)，茜素紅能使吖啶橙熒光少量猝滅，加入適量苦參堿，由于其分子的N上有未成鍵孤對(duì)電子，可與電子接受體茜素紅發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，形成一種絡(luò)合物，該絡(luò)合物最大吸收波長(zhǎng)與吖啶橙最大發(fā)射波長(zhǎng)吻合，絡(luò)合物和吖啶橙之間能夠跟發(fā)生有效能量轉(zhuǎn)移使吖啶橙的熒光強(qiáng)度減弱更明顯，熒光信號(hào)的減弱程度與苦參堿加入量成良好的線性關(guān)系。據(jù)此建立了吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅法測(cè)定苦參堿含量的新方法[6]。該方法成本低、簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確性高，適用于測(cè)定食物中殘留農(nóng)藥苦參堿的含量，也適用于測(cè)定人類藥用品中苦參堿的含量。

2.3 等溫滴定微量熱法、圓二色譜法研究一種原兒茶酸衍生物與人血清白蛋白相互作用

原兒茶酸可從鱗始蕨科植物烏蕨葉及冬青科植物冬青葉中提取。原兒茶酸及其衍生物具有抗菌、祛痰、平喘作用，臨床上用于治療慢性氣管炎。因而，原兒茶酸是一種具有生理活性的酚酸。為此廣西大學(xué)的何藝鑫等人用止血芳酸對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，合成了一種全新的原兒茶酸衍生物，4-[（3', 4'-二羥基苯甲酰胺基）甲基]苯甲酸鈉。利用分子對(duì)接法、等溫滴定微量熱法（ITC）圓二色譜法（CD）研究了該衍生物與人血清白蛋白（HSA）的相互作用。并利用等溫滴定微量熱法計(jì)算了兩者相互作用的結(jié)合常數(shù)、焓變、熵變及吉布斯自由能等熱力學(xué)數(shù)據(jù)，得出二者結(jié)合是疏水作用與氫鍵作用協(xié)同作用的結(jié)果[7]。其中疏水作用是二者結(jié)合的主要推動(dòng)了。該研究期望能在生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、生物學(xué)及分析分離科學(xué)中得到應(yīng)用。

2.4 桃兒七中活性成分的高效液相色譜分析

桃兒七屬于“太白七藥”之一，具有神奇的抗癌作用。還具有活血調(diào)經(jīng)、止咳平喘、健脾利濕之功效。是非常重要的名貴中藥。為此，中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所的王萍等人建立了測(cè)定桃兒七中多種活性成分及含量的分析方法，對(duì)不同產(chǎn)地的桃兒七藥材進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)。即建立了HPLC色譜柱，以甲醇-0.1%醋酸溶液按梯度洗脫[8]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：4’-去甲鬼臼毒素、鬼臼毒素-4-0-β-D-葡萄糖苷、槲皮素、鬼臼素、山奈酚和去氧鬼臼素對(duì)照濃度在一定的范圍內(nèi)與峰面積呈良好的線性關(guān)系，平均回收率在98.4%～100.7%。故該方法操作簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可同時(shí)測(cè)定桃兒七中木脂素及黃酮類成分含量，從而為桃兒七藥材的品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了一個(gè)簡(jiǎn)易可行、準(zhǔn)確快速、特征性強(qiáng)的新的分析方法。

2.5 利用核酸適體-分子信標(biāo)均相生物傳感熒光檢測(cè)腺苷

腺苷是一種內(nèi)源性核苷，是生物體內(nèi)的重要成分之一，它不僅參與能量代謝，而且是生命遺傳物質(zhì)的組成部分，能參與血管神經(jīng)舒張活動(dòng)，具有抗心律失常的功效，對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)和脂肪組織的形態(tài)有顯著地調(diào)節(jié)作用。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，腺苷參與眾多生理和病理過程，腺苷最直接的作用是增加血流量，減少心肌的耗氧量等等。同時(shí)也是三磷酸腺苷的重要組成部分，對(duì)人體功能具有極其重要的作用。因此，腺苷的檢測(cè)意義重大。為此廣西師范大學(xué)的趙麗敏等人建立了一種基于核酸適體-分子信標(biāo)均相生物傳感熒光檢測(cè)腺苷的新方法，即體系由腺苷適體，互補(bǔ)DNA和5'端標(biāo)記熒光素，3'端標(biāo)記猝滅劑的DNA發(fā)夾分子信號(hào)探針等3種DNA鏈組成。在無腺苷存在時(shí)，適體與互補(bǔ)DNA雜交，發(fā)夾探針不能被打開，體系的熒光猝滅。當(dāng)有腺苷存在時(shí)，腺苷與適體結(jié)合，互補(bǔ)DNA信號(hào)探針雜交，發(fā)夾打開，體系的熒光恢復(fù)，根據(jù)熒光的強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)對(duì)腺苷的定量檢測(cè)[9]。該方法選擇性良好，在實(shí)際樣品測(cè)定中不需分離，應(yīng)用于人類血清樣品的分析，獲得了滿意的結(jié)果。

2.6 苦檻藍(lán)花及果實(shí)的揮發(fā)油化學(xué)成分的分析

苦檻藍(lán)原是隸屬于苦檻藍(lán)科的雙子葉植物。在我國(guó)只有苦檻藍(lán)1種。研究表明，苦檻藍(lán)具有多種生物活性，如苦檻藍(lán)揮發(fā)油對(duì)小菜蛾成蟲具有強(qiáng)烈的驅(qū)避作用。為進(jìn)一步發(fā)掘其藥用潛力和昆蟲驅(qū)避活性，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的郭育輝等人將苦檻藍(lán)花果晾干粉碎，采用同時(shí)蒸餾萃取提取揮發(fā)油的方法，結(jié)合GC-MS進(jìn)行成分分析，依據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析，分別檢測(cè)出21、28個(gè)化合物[10]，主要含有倍半萜類、單萜類、脂肪酸、醇類、酮類等。從而為進(jìn)一步發(fā)掘其藥用潛力提供了理論和應(yīng)用依據(jù)。

綜上所述：現(xiàn)代有機(jī)及生物分析在當(dāng)今的各學(xué)科中無處不有。它集化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和信息科學(xué)的先進(jìn)成果，去研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和含量等，是人們認(rèn)識(shí)客觀物質(zhì)世界的顯微鏡。毫無疑問，現(xiàn)代有機(jī)及生物分析已成為“為人類未來的生活、生存、文明進(jìn)步及可持續(xù)發(fā)展提供安全保障的關(guān)鍵科學(xué)”。正如1991年IUPAC國(guó)際分析科學(xué)會(huì)議主席E.NiKi教授所言：新世紀(jì)是光明還是黑暗，取決于人類在能源與資源科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)四大領(lǐng)域的進(jìn)步，而取得這些領(lǐng)域進(jìn)步的關(guān)鍵問題是依賴于現(xiàn)代有機(jī)分析化學(xué)。與此同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代有機(jī)及生物分析正朝著靈敏、準(zhǔn)確、特新、微量化、自動(dòng)化、在線分離檢測(cè)的方向發(fā)展。我們可預(yù)言，現(xiàn)代有機(jī)及生物分析的明天會(huì)更輝煌。

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［2］LI Min,LIU Xi,JIANG Fengyi,et al.Enantioselective open-tubular capillary electrochromatography using cyctodextrin-modified gold nanoparticles as stationary phase［J］.Journal of Chromatography A, 2011,1218（23）:3725-3729.

［3］呂清慧,楊勝超,沈淑芳,等.基于巰基-烯點(diǎn)擊化學(xué)的毛細(xì)管電色譜手性開管柱的制備研究［C］.全國(guó)第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月, P277-278.

［4］楊勝超,呂清慧,張聰,等.基于ZIF-8的有機(jī)聚合物整體柱的制備研究［C］.全國(guó)第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P279-280.

［5］樊希望,梁上疆,杜傳榮,等.高速逆流色譜分離純化千層塔中的石杉?jí)A甲［C］.全國(guó)第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P153-154.

［6］王曉軍,韋小玲,王立升,等.苦參堿對(duì)吖啶橙-茜素紅體系的熒光猝滅效應(yīng)及其在分析中的應(yīng)用［C］.全國(guó)第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月, P147-148.

［7］何藝鑫,鄒嘉佳,貝國(guó)興,等.等溫滴定微量熱法、圓二色譜法研究一種原兒茶酸衍生物與人血清白蛋白相互作用［C］.全國(guó)第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P133-134.

［8］王萍,陳濤,陳晨,等.桃兒七中活性成分的高效液相色譜分析［C］.全國(guó)第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P201-202.

［9］趙麗敏,黃勇,劉金文,等.基于核酸適體-分子信標(biāo)均相生物傳感熒光檢測(cè)腺苷［C］.全國(guó)第七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P71-73.

［10］郭有育,谷文祥.苦檻藍(lán)花及果實(shí)的揮發(fā)油化學(xué)成分的分析［C］.全國(guó)第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P83-84.

Preparation development and applications of new modern organic and biological analysis methods*

ZHANG Lai-xin
（Chemistry&Chemical Engineering Department,Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013，China）

This paper briefly introduces the generation,development,and applications of organic analysis. Emphases are put on two parts:①preparation and development of equipments,reagents and applications in modern organic and biological analysis;②applications of modern organic and biological analysis to pharmaceutical testing and analysis.Future developments of modern organic analysis are prospected in the end.

modern organic and biological analysis;new method;new technology;application

O656

A

1002-1124（2014）08-0061-03

2014-05-20

陜西省植物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目（09JS066）；陜西省教育廳自然科學(xué)基金資助課題（04JK147）；寶雞文理學(xué)院自然科學(xué)基金資助課題（zk12014）

張來新（1955-），男，漢族，陜西周至人，寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事大環(huán)化學(xué)研究及天然產(chǎn)物分離提取。