姜黄素中提取及电化学检测方案(电化学工作站)

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第20卷第1期2009年3月中国科技核心期刊hxyj@henu edu cn化 学 研 究CHEM ICAL RESEARCH 化 学 研 究702009年 姜黄中姜黄素的提取及电化学测定 冯朝军1，2，潘建明1，2 (1.国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州310012； 2.国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点重验室，浙江杭州310012) 摘 要：姜黄中大约含有1%~3%的姜黄素，用95%乙醇从姜黄中浸取姜黄素，超声场介入下浸取的浸取速率最快.在0.2mol /L磷酸盐缓冲溶液中 (pH3.3)，姜黄素于玻碳电极上存在可逆的单电子转移过程，据此本实验首次建立了以线性扫描溶出伏安法检测姜黄素含量的新方法.在-0.2V(vs SCE：饱和甘汞参比电极)电位下，含姜黄素的电解液液玻碳电极上经过富集，可得到一灵敏的氧化峰，峰电位 E 为+0.464V.在最佳条件下，氧化峰峰电流【与姜黄素浓度在8.0×10-~40×10mol /L范围内呈线性关系，最低检出限为20×10°mol/L. 本法操作简单、快速、灵敏、准确，可用于药物中姜黄素含量的直接测定. 关键词：姜黄素；超声波提取；玻碳电极；线性扫描溶出伏安法 中图分类号：O657 文献标识码：A 文章编号：1008-1011(2009)01-0069-05 Extraction and Electrochem icalDetemm ination ofCurcum in in Curcuma FENG Zhao-jun ， PAN Jianming (1. The Second Institute ofOceanography， State Oceanic Adm inistration， Hangzhou 310012， Zhejiang， China；2 Lab of M arine Ecosysten and B iogeochen istry， State Oceanic Adm in istration， Hangzhou 310012， Zhejiang， China) Abstract： The content of curcum in in curcuma ranges from 1%to 3%. Curcum in is extracted fromcurcuma with 95% alcohol The experiment results show that extraction rate of leaching with ultra-sound is the fastestIn 0. 2 mol/L phosphate buffer solution (pH 3. 3)， the voltammetry behaviors ofcurcum in at a glassy carbon electrode have been studied One pair of current peaks of the oxidationand deoxidation may be attributed to a reversible one-electron transfer of curcum in molecules at theglassy carbon electrode For the first tme， a new method， the linear sweep stripp ing voltammetry， forcurcum in detemm ination is described in this paper The beneficiation potential of curcum in is - 0. 20V(us SCE)， while its peak potential of curcum in is +0. 464 V (vs SCE).The peak current is proportional to the concentration of curcum in over the range of 8. 0 ×10~4.0 ×10mol/L. A detectionlimit of 2. 0 ×10’mol/L of curcum in can be estimated under op tim ized conditionsThe method issmple， rapid， sensitive and reliable， so the method can be used directly to detect the content of curcu-min in medicine Keywords： curcum in； ultrasound extraction； glassy carbon electrode； linear sweep stripp ing voltammetry 姜黄素主要来源于姜科姜黄属植物姜黄的根茎.由于它安全无毒，无副作用，所以是国内外允许使用的重要天然食用色素之一.另外，姜黄素还有一定的营养和药理功能，具有利胆、胆菌、抗肿瘤、降血脂、抑制血 ( 收稿日期：2008-10-17. ) ( 基金项目：国家自然科学基金资助项目(40576003；40276037). ) ( 作者简介：冯朝军(1983-)，男，硕士生，研究方向为电化学分析. ) 小板聚集和增强纤溶性、抗氧化、清除氧自由基等药理作用：，尤其是抗肿瘤作用己成为人们研究的热点，其抗癌谱广，疗效确定，毒副作用小4，是一种具有良好发展前景的抗癌药物.对于中成药及药材中的姜黄素，测定方法主要有荧光分光光度法、薄层扫描法16-8]高效液相色谱法9-10]毛细管电泳法111-12]等，但灵敏度都不高，且操作烦琐.由于姜黄素分子的酚羟基具有电化学活性，可利用这一特性实现其微量测定，吴萍等3采用差示脉冲伏安扫描法检测姜黄素，取得了良好效果. 作者研究了姜黄素在玻碳电极上的电化学行为，并首次应用线性扫描溶出伏安法来测定其含量，该方法灵敏度高、操作简单、重现性良好. 实验部分 1.1 仪器和试剂 LK98BII型微机电化学分析系统(三电极体系：工作电极为玻碳电极(GCE)，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂丝电极)； KQ-100DE型数控超声波清洗器； HANNA pH211型酸度计(意大利哈纳分析仪器公司)； CLJ 2000磁力搅拌器； SYZ-A型石英亚沸高纯水蒸馏器. 姜黄素标准品(国药集团化学试剂有限公司，优级纯)；不同产地(四川和湖北)的姜黄药材购自武汉江瀚大药房连锁有限公司，经鉴别为姜科植物 Curcum a longa L.的干燥根茎；其它试剂均为优级纯，水为石英亚沸高纯水. 1.2 标准溶液的制备和样品的提取 称取姜黄素标准品18.40mg用无水乙醇溶解并定容于50mL棕色容量瓶中制得1.0X10mol/L姜黄素标准溶液. 分别取不同产地的姜黄药材适量，粉碎，过孔径0.42 mm(40目)筛，60℃烤箱中干燥4h，用光电天平准确确量0.200g姜黄粉末，用50mL乙醇(95%)超声提取30 min 14-16]，过滤；取残渣加入到 50 mL乙醇(95%)中再次超声提取 30 min，过滤，合并两次滤液定容于100 mL 棕色容量瓶中，得待测样品溶液. 由于姜黄素容易感光而不稳定，所以标准溶液和样品溶液避光保存于4℃冰箱里. 1.3 缓冲溶液的配置 称取6. 800 g KH， PO4于 50 mL烧杯中，用石英亚沸水溶解，转移至250mL容量瓶中定容得到0.20 mol/L KH，PO溶液.用移液管准确移取3.30 mL H，PO4于250 mL容量瓶中稀释至刻度得到0.20 mo1 /LHPO溶液.按体积比 V(KH，PO4)V(H，PO4)=10：1混合，另外加总体积20%的乙醇(溶剂作用)，借助 pH计调节溶液的pH值至3.3配制成混合缓冲溶液. 1.4 实验方法 电极处理：将玻碳电极依次用1um，0.3um，0. 05 um的 AlO粉抛光成镜面，每换一种尺寸的粉末打磨前要用石英亚沸水清洗电极表面.打磨完毕后，将电极依次浸泡在1：1HNO无水乙醇、石英亚弗水中超声清洗3min 自然风干即可. 用微量进样器取一定量的姜黄素标准溶液(1.0×10mol/L)或样品待测液置于 50mL容量瓶中，用O. 20 mol /L的 H PO4-KH，PO缓冲溶液(pH3.3)稀释至刻度，摇匀，转移至电解池.设定富集电位为-0.2V，富集时间180 s，扫描速度0.05V/s，平衡时间20s，在-0.2~0.7V电位区间进行线性扫描溶出伏安法测定.除特殊说明外，所有实验均在室温下进行. 2 结果与讨论 2.1 姜黄素在玻碳电极上的电化学行为 图1示出玻碳电极分别在 0.2 mol /L H， PO-KH， PO空白缓冲溶液与1.0X10mol/L姜黄素溶液中的循环伏安曲线，在-0.2~+0.7V电位区间内，姜黄素存在一对峰形良好的氧化还原峰，其峰电位依次为0.464V和0.395 V，AE=69 mV，峰电流比：二=1.029：1≈1，可见该电极反应是可逆的，且电子转移数 n=1. 图2示出玻碳电极分别在空白缓冲溶液与1.0 ×10mol/L姜黄素溶液的线性扫描溶出伏安曲线，可以看出氧化峰电流增大，在玻碳电极上姜黄素富集效果明显. 图1 玻碳电极在空白缓冲溶液(a)与 1.0×10mol/L姜黄素溶液(b)中的循环伏安曲线 图221玻碳电电在空白缓冲溶液(a)与1.0×10mol/L姜黄素溶液(b)的线性扫描溶出伏安曲线 Fig 1 Cyclic voltammetry of blank buffer solution (a) Fig 2Linear sweep stripp ing voltammetry blank buffer and 1. 0 ×10 mol/L curcum in solution (b)on glassy carbon electrode solution and 1 0 ×10mol/L curcum in solutionon glassy carbon electrode 2.2 扫描速度的影响 图3所示，当扫描速度在10~80mV·s之间变化时，用线性扫描溶出伏安法扫描1.0 ×10'mol /L的姜黄素标准溶液，其氧化峰电流与扫描速度存在线性关系，线性方程为： 这说明姜黄素在玻碳电极上的氧化还原过程靠吸附所控制17-18] (吸附过程的峰电流【与扫速u呈直线关系，而与U'的关系偏离直线向上弯曲，为电极反应控制过程判断标准). 若在测定体系中加入体积分数均为1%的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、阳离子表面活性剂(CT-MAB)或非离子型表面活性剂Tween 80， 可使姜黄素的氧化电流明显下降，其原因就是表面活性剂的加入降低了溶液在电极表面的张力，使吸附作用减弱，故在电极表面发生反应的姜黄素分子减少，从而导致峰电流减小，这进一步表明电极反应的吸附性质. 图3 0. 2mol /L H， PO-KH，PO缓冲液玻碳电极上 姜黄素氧化峰电流随扫速的变化 Fig 3 Variation of the curcumin oxidative peakcurrent with scan rate in 0. 2 mol/L phosphate buffersolution on glassy carbon electrode 从上述电极反应可知，质子参与了电极的反应.另外，如图4所示，姜黄素在玻碳电极上的氧化峰电位随缓冲溶液的 pH值的增加而负移，且峰电位和溶液的 pH值之间存在良好的负线性关系，线性方程：E，(V) 0.6343-0.057 5 pH (R’=0. 990 6). 此处斜率0.0575=0.059m/n(n为电子数，m为质子转移数)，由于 n=1，从而有m =0.975~1. 2.4 线性扫描溶出伏安法测定条件选择 2. 4.11缓冲溶液的选择 姜黄素不溶于水，易溶于乙醇，在有机溶剂中加入支持电解质使其具有导电性是电化学测定的必要条件，分别在 0.2mol /L H， PO4-KH， PO4，0. 1 mol /L HAcNaAc，0. 2 mol /L KH， PO4-K，HPO4，0. 1 mol/LNHCHNH的含有20%乙醇缓冲溶液中用线性扫描溶出伏安法测定了浓度为1.0×10mol/L的姜黄素溶液.在 HAcNaAc， KH， PO4-K，HPO，等缓冲溶液中，姜黄素氧化溶出峰低，峰形不好，灵敏度差.在 NHCNH，中氧化峰不明显，而在0.2mo1 /L H， PO-KH， PO缓冲溶液中，电极对姜黄素的响应最好，且出峰稳定.究其原因就是溶液的 pH影响姜黄素的电极反应的进行. 实验表明，碱性条件下，溶液呈粉红色，峰电流变小；酸性条件下，溶液呈黄色，峰电流明显升高，图5给出了在不同缓冲溶液中 pH的变化对峰电流的影响，当 pH值从2.4逐渐增加到3.3时，氧化峰电流随之增加，当pH值直3.3逐渐增加至8.2时，氧化峰电流反而降低.据此，本实验选择 pH3.3的0. 2mo1/L HPO4-KH， PO4(20%混醇)的混合缓冲溶液作测定溶液，既起到支持电解质的作用又能满足电极反应对 pH的要 求. 图4 缓冲溶液 pH值对姜黄素氧化峰电位的影响 图5 缓冲溶液 pH值对姜黄素氧化峰电流的影响 Fig 4 Influence of pH on the oxidativepeak potential of curcum in Fig 5 Influence of buffer solution pH on the oxidativepeak current of curcum in 2.4.2 富集电位的选择 经富集后的电极，其氧化峰电流明显大于不富集时的电流，且以-0.2V下富集的峰电流最大，电极也比较稳定，据此本本选择在 -0.2V下富集3min 2.4.33线性范围及检出限 配置一系列不同浓度的姜黄素溶液，用线性扫描溶出法测定，试验表明，随着浓度的增加，其氧化峰电流相应增大.在8.0×10~4.0 ×10 mol/L范围内，姜黄素的氧化峰电流(5)与其浓度(c)呈良好的线性关系.线性回归方程为： I=2.012c+0.662 (R’=0.995 9). 此处，，的单位为uA， c的单位为 mol /L，检出限为20X10mol/L. 2.4.4 重现性 在上述实验条件下，对1.0X10mol/L的姜黄素溶液连续测定10次，峰面积的相对标准偏差 RSD为1.32%(n=6)，表明该法有很好的重现性. 2.5 样品分析和加标回收试验 按实验方法，将不同产地的多份平行样品溶液稀释100倍后进样测定，根据线性回归方程计算出四川和湖北姜黄样品中姜黄素的平均含量分别为1.87%和2.12%. 将标准溶液与样品溶液按不同比例混合，测得标准加入回收率如表1所示.与文献报道其他方法相比，本方法测定结果与非水介质毛细管电泳法分光光度法和薄层扫描法接近，但本法与之相比，检测限更低，操作更简便、快速. 表1样品测定结果(n=6) Table 1Analytical results of sample 本底浓度 标准加入浓度 测得浓度 回收率 相对标准偏差 /(10'mol/L) /(10"'mo1/L) /(10'mol/L) /% RSD/% 1.09 0.5 1.57 96.8 4.5 1.09 1.0 2.04 94.7 5.3 1.09 1.5 259 100.2 6.1 3 结论 在 pH 3.3的磷酸盐磷酸缓冲液中，姜黄素于玻碳电极上存在明显的吸附现象，呈现单电子单质子可逆氧化还原过程，吸附过程是该电极反应的控制步骤.线性扫描溶出伏安法测定姜黄素操作简单、快速、灵敏、准确，可用于药物中姜黄素含量的直接测定. ( 参考文献： ) ( [1]孙文基，绳金房.天然活性成分简明手册[M].北京：中国医药科技出版社，1998：156. ) ( [2] M iquelJ， B e md A， Sempere JM， et alT h e cur cu ma antioxidants： phammacol o gical effects and pro spects for future c l inical use[J]. Arch Geront Geriatr ； 2002， 34(1)：37-46. ) ( [3] S urh Y J . An t itumor promoting potential of selected spic e ingr e dients with antioxidative and anti-inflammatory activities [J] . Foo d Chen T oxic， 2002， 40(8)： 1 091-1097. ) ( [4]许实波，唐孝礼.姜黄素的药理作用研究概况[J].中草药，1991，22(3)：140. ) ( [5]严建伟，鲍慰文，梁炳析，等.荧光分光光度法测定姜黄素制剂的姜黄素[J].中国现代应用药学杂志，1998，15(2)：44- 45. ) ( [6]周继斌，翁水旺.薄层扫描测定道地和异地引种姜黄中姜黄素含量[J].中国野生植物源，2002，21(1)：59-60. ) ( [7]戚爱棣，于虹，朱晨.薄层扫描法测定姜黄、郁金、莪术中姜黄素的含量[J].天津中医学院学报，2002，21(2)：32-33. ) ( [8]李吉来，于留荣.双波长薄层扫描法测定姜黄中总姜黄素类含量[J].湖南中医学院学报，1996，16(3)：57-59. ) ( [9]戚爱棣.HPLC法测定姜黄、郁金、广西莪术中姜黄素的含量[J].中药，2002，33(6)：510-512. ) ( [10]童荣生，席庆，孙世明，等.反相高效液相色谱法测定七味姜黄姜囊中姜黄素的含量[J].中国医院药学杂志，2003，23 (3)：145-146. ) ( [11]徐健君，翟海云，陈光，等.非水介质毛细管电泳高频电导法测定姜黄中姜黄素[J].理化检验北化学分册，2007，43 (7)： 588-590. ) ( [ 1 2] C hen Z G， Mo J Y， Yang X Y， et al A new cap illary electrophoresis apparatus with piezoelectric ceram i cs high voltage source and amperometric detector [J] . Chi n Chem Lett， 1999， 10(3)：231-234. ) ( [13]吴萍，陈伟，张亚锋，等.姜黄素的电化学性质[J].电化学，2005，11(3)：346-349. ) ( [14]秦炜，郑涛，原永辉.超声场对姜黄素提取过程的强化[J].清华大学学报(自然科学版)，1998， 3 8(6)：46-48. ) ( [15]胡忠泽，谭志静，杨久峰，等.超声法提取姜黄素最佳工艺研究[J].中国实验方剂学杂志，2005，11(2)：6-7. ) ( [16]郭峰，马香芹.正交设计法优选姜黄的提取工艺[J].河南职工医学院学报，2006，18(1)：10-12. ) ( [17]李启隆.电分析化学[M].北京：北京师范大学出版社，1995：388. ) ( [18]邵娜，黄河宁，胡劲波，等.舒乐安定在铂离子注入修饰电极上的电化学行为及其应用[J].分析化学，2003，31(5)：527 - 5 31. ) CChina Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net