利用高场非对称波形离子迁移谱技术快速鉴别降糖中药中的西药成分_李灵锋

第42卷

2014年4月分析化学（FENXIHUAXUE）研究报告第4期519～524

DOI：10．3724/SP．J．1096．2014．30770ChineseJournalofAnalyticalChemistry

利用高场非对称波形离子迁移谱技术

快速鉴别降糖中药中的西药成分

李灵锋

11，2，3王铁松韩可徐天白3*2李鹏汪小知2

4

5432王琦5（苏州时迈科学仪器有限公司，苏州215300）3（浙江大学信息与电子工程学系，杭州310027）（北京药品检验所，北京10035）（浙江大学苏州工业技术研究院，苏州215163）（江南大学食品学院，无锡214000）

摘要为了快速检测降糖中成药中非法添加的西药成分，本研究采用热解吸-高场非对称波形离子迁移谱（FAIMS）技术扫描对比中成药降糖胶囊与对照标准品盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍和格列本脲的图谱。设定热解吸管的加热温度为160℃，测试压强为107kPa，电场强度范围设定为仪器最大电场强度的0～100%，补偿电压范围为"6～+6V。实验中对3种标准品及其组合的谱图建立了含有补偿电压（CV）值、电场强度（E/N）值和电流强度（AI）3个变量的8组指纹识别点。结果表明，供试品与3种对照品混合物的图谱一致。经液相色谱比对实验验证，供试品中含有盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍和格列本脲。本研究提出了一种基于FAIMS技术快速检测降糖中成药中非法添加西药成分的新方法。

关键词高场非对称波形离子迁移谱；热解吸；盐酸二甲双胍；盐酸苯乙双胍；格列本脲

1引言

糖尿病（DM）是由于胰岛素缺乏及不同程度胰岛素抵抗而引起的代谢紊乱的综合征；国内外医药

［1］工作者针对其开发了多种有效药物。中药的有效成分通常包括生物碱、黄酮、皂苷、多糖等；西药的

主要有效成分包括传统的磺酰脲类、双胍类，还有α-葡萄糖苷酶抑制剂、促进胰岛素分泌剂及胰岛素增

［2］会产生各种副作用。如治敏剂、胰岛素及类似物。目前很多降糖中药中实际掺杂了西药的有效成分，

疗糖尿病的中成药（如含有罗格列酮）可能引起心血管系统与肝脏不良反应；服食磺脲类，以格列本脲最为多见会出现低血糖；含有格列苯脲、格列奇特、二甲双胍等成分的降糖药物均有严格的适应症、禁忌症和一定的副作用，患者长期服用易出现心慌、昏迷、肝肾功能损伤等。因此，快速准确地辨别降糖中药中是否含有西药成分直接关系着糖尿病患者的健康用药。

［3］［4］目前，检测双胍类等物质的方法主要有高效液相色谱法（HPLC）、毛细管电泳法、核磁共振法

［6］［7］（NMＲ）［5］、分光光度法、流动注射-化学发光分子印迹技术等。而相对这些传统的分析技术，离子

迁移谱技术（Ionmobilityspectrometry，IMS）具有分析速度快、灵敏度高、无溶剂和气体等消耗的优点。离子迁移谱技术在爆炸物、毒品和化学毒剂等国土安全领域中使用非常广泛，但在药物筛查分析领域中的应用还较少。考虑到一般中药中添加的西药成分以盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍和格列本脲居多，本

fieldasymmetricionmobilityspectrometry，FAIMS）技研究建立了基于高场非对称波形离子迁移谱（High-

术分析中药降糖胶囊中西药成分盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍和格列本脲的检测技术。

高场非对称波形离子迁移谱是一种新型离子迁移谱分析技术，在20世纪90年代初由Buryakov［8］［9～11］［12，13］等建立。该技术自诞生以来，众多科研组及商业公司都成功制造并展示了高场非对称波形离子迁移谱仪或基于其原理的各类通用或专用痕量分析仪器。中国科学院合肥智能机械研究所的孔德［14］［15］义、清华大学的唐飞等研究组均展示了基于平行极板的高场非对称波形离子迁移谱离子过滤器2013-08-07收稿；2013-09-05接受

本文系中国博士后科学基金项目（No．2013M531448）、浙江省教育厅科研项目（No．Y201225980）、浙江省公益性技术应用研究计划项目（No．2013C31023）、中央高校基本科研业务费专项资金（No．2012QNA5010）、高等学校博士学科点专项科研基金（No．20120101110054）和江苏省科技支撑计划项目（工业）（No．BE2011104）资助

mail：xw224@zju．edu．cn*E-

520分析化学第42卷

［16～18］，结构。FAIMS技术不仅可以应用于传统的爆炸物、近年来也被广泛应用毒品和危险品分析领域

［19］［20］［21］生物、医药等领域。FAIMS的工作原理是基于不同离子在强场（＞15000V/cm）于环境检测、

条件下离子迁移率呈非线性变化的特点，在两个平行电极上加入一个交替变化的高低电场，不同的离子在交替变化周期电场的迁移量不同，同时在电场方向上引入一个直流补偿电压（Compensationvoltage，CV），区分出不同的离子［22］。不同离子所需的CV与特定物质在相应的E/N（气体压力归一化的电场强度）下的非对称场周期内的高场和低场的迁移率差值ΔK有关，其中高场下的迁移率由α模型来描述：

1+α2（E/N）K=K0×［2+α4（E/N）4…α2n（E/N）2n］（1）

2式中，K（cm/V·s）为离子迁移率，K0为低场下的离子迁移率。α2n由样品分子所形成的生成物离子的

特征物理量（包括质量、电荷、在特定载气下的碰撞截面积等）决定。

DＲIE）的方法，本研究使用的新型FAIMS技术，是采用深反应离子刻蚀（Deepreactiveionetch，在硅

片上刻蚀出离子迁移沟道，其电场强度最大可到60000V/cm以上，更大地提高了选择性、灵敏度及分辨率，FAIMS技术可以通过扫描电场强度和补偿电压两个参数来区分不同缩短了检测时间。另外，

的离子，由于引入了新的维度扫描参数，可以获得更多的样品分子的特征指纹信息，使其独立应用范围大大拓展。本研究基于FAIMS技术的这些优势，将其用于中药降糖制剂中非法添加西药成分的检测，提出了快速分析中药制剂的新方法。［23］

2

2．1实验部分仪器与试剂

FAIMS谱仪由浙江大学与微木智能系统有限公司共同开发，采用63Ni放射源作为电离源，并带有热解吸进样装置。FAIMS芯片7mm×7mm，其中的迁移沟道呈U形来回曲折，总长度约115mm，单

18］。FAIMS谱仪所用的个迁移沟道宽度为35μm，深度为300μm。FAIMS芯片的结构示意图见文献［

非对称射频电场的频率为25MHz，高场电压的最高电场强度为61100V/cm，其占空比为0．25，直流补偿电压扫描范围为"6～+6V。

Agilent1260高效液相色谱仪，在线脱气机，四元泵，二极管阵列检测器（AgilentDADG4212B）。盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍（纯度99．7%）、格列本脲，以上对照品均由中国药品生物制品检定所提供；供试品降糖胶囊（由本市某药店购买）。

2．2

2．2．1样品的FAIMS技术检测对照品溶液的制备精确称取盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍、格列本脲对照品各1mg分别置于3个100mL容量瓶中，用甲醇溶解并定容，摇匀，作为对照品贮备液。精密量取3种储备液1．0mL，分别置于3个10mL容量瓶中，以甲醇稀释至刻度，配制成1mg/L的3种对照品溶液、两两混合液以及三者的混合液。

2．2．2供试品溶液的制备取供试验用的一定数量胶囊的内容物研细，精密称取1mg置于100mL容量瓶中，加入甲醇约30mL超声处理15min，放冷至室温，用甲醇稀释至刻线，摇匀，用0．45μm的滤膜过滤。取1．0mL滤液置于10mL容量瓶中，甲醇稀释至刻度。再取1．0mL上述溶液于10mL容量瓶中，甲醇稀释至刻线，配制成1mg/L的溶液作为供试品液。

2．2．3本实验采用热解吸法进行样品测试。利用空气压缩机产生连续稳定的空气作为载气，经质量流量控制器（MFC）设定载气流速为1．8L/min。载气经活性炭、硅胶和分子筛过滤后，将热检测方法解吸管中的样品气带入FAIMS谱仪中进行检测。设定热解吸管加热温度为160℃，测试压强为107kPa，电场强度范围设定为最大电场强度的0～100%，补偿电压范围为"6～+6V。

吸取约15μL上述配好的1mg/L的样品溶液，注入到直径为13mm的PTFE膜上，置于解吸管中

FAIMS谱仪进行检测。依次检测各个对照品溶液、进行加热至160℃，混合液、供试品溶液。对每一种

样品在热解析加热过程完成后，都进行了7次条件完全相同扫描以验证样品进样后检测的重复性。

2．3液相色谱法检测

Micron），流动相为水（0．1%甲酸）（A）：甲醇色谱柱为C18柱，ZOＲBAX（250mm×4．6mm，5-

第4期李灵锋等：利用高场非对称波形离子迁移谱技术快速鉴别降糖中药中的西药成分521

（B），梯度洗脱条件为：0～4．5min，45%B；4．5～5．5min，45%～90%B；5．5～15min，90%B。柱温为30℃；流速为1．0mL/min，进样量为10μL，检测波长为240nm。

分别称取10mg盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍、格列本脲对照品，于25mL甲醇中超声溶解，经0．45μm滤膜过滤，制得含3种标准品的混合标准储备液，量取100μL该储备液，以甲醇稀释至1mL，作混合标准溶液。称取10mg降糖胶囊供试品溶于5mL甲醇中，超声15min后，用0．45μm滤膜过滤，制得供试品溶液。依次将对照品的混合标准溶液和供试品溶液注入液相色谱仪，记录液相色谱图。3

3．1结果与讨论样品的FAIMS谱图

利用FAIMS谱仪对3种对照品及它们两两混合的样品、供试品进行了检测，在不同场强下进行补偿电压值和离子电流强度（Ioncurrent，AI）值的连续扫描，得到不同的响应信号。完成单一电场的谱图扫描时间约为1s，完成正负模式的全扫描的FAIMS的三维（CV，E/N，AI）指纹谱图的检测时间约为

1．5min。实验显示，药物一般都在负模式有响应信号。本研究对样品的图谱做了指纹识别，见图1。图1中背景信号为红色，区域颜色差别越强烈代表信号越强。5个样品中都是在负模式下有较好的响应。因此以供试品为基础，在负模式下设置了8组指纹识别点，用以识别不同样品分子的特征信息。其中

E/N值和AI3个变量，指纹识别点包含CV值、并设置一定的容差。如果被测物在特定的指纹识别点处

同时满足3个变量的要求，即在指定的CV值和E/N值下，离子电流值大于设定值，则在三维图中以黑点显示，反之则以白点显示

。

图1

Fig．1药物指纹识别图谱（L代表左上部的峰，Ｒ代表右边的峰）Fingerprintidentificationspectraofmedicines（LandＲrepresentthepeakofupperleftandtherightsideof

thespectrarespectively）

（A）供试品（Testsample），（B）盐酸二甲双胍（Metforminhydrochloride），（C）盐酸苯乙双胍（Phenforminhydrochloride），

（D）格列本脲（Glibenclamide）和（E）3种对照品混合物（Threereferencesubstancesmixture）。

3．2指纹谱图分析

FAIMS与色谱或传统的迁移时间IMS的二维谱图在物质定性方面具有很大差异。一方面，主要表现为FAIMS的三维谱图中除了上述的离子电流峰的CV值与偏移电场形成的曲线的位置、曲率等可以

522分析化学第42卷用于生成物离子的定性分析，包括离子电流峰值（AI）随电场强度的变化，峰宽（W1/2）及其随电场强度的变化，这些均与离子本身的物化性质有关；另一方面，多聚体与单聚体离子的相对值及其变化以及其因高场的热效应等分解带来的突变的场强位置，这一系列的信息都可以从一幅三维图上进行提取和解读，用于物质定性分析。一般而言，特定离子在不同E/N处，其离子电流峰值所在CV可以连成一条与该离子特征物理量有关的特征曲线，也即一般意义上的FAIMS指纹信息。

从图2可见，除去左边（CV为负值方向）的反应离子峰外，当E/N＞100Td时，几种样品的离子电流峰在CV上的位置得以区分，并分成两个主要部分：第一个部分在CV=0V处随着E/N的增加，峰值

4的CV值先减小为负，随后在E/N=230Td处出现拐点，表明此时公式（1）中的（E/N）开始对K的变

化起主要作用，这一部分在图上用L表示；第二部分在CV=0处随着E/N的增加，峰值CV值逐步增大，并从E/N≈200Td时开始，峰宽随着E/N的增大而大幅扩大，其增幅远大于前一个部分的峰宽增幅，部分样品明显出现新的离子电流峰，部分样品则只是在原有离子电流峰的基础上展宽峰宽，这一部分用Ｒ来表示。一般认为，标准品出现两个甚至3个独立的离子电流峰，来自于其单聚体、二聚体和多聚体，且二聚体和多聚体由于在高场下不稳定，可能解离成为二聚体或单聚体，使得单聚体（L部分）在高场下的峰宽和离子电流值比二聚体或多聚体变化幅度小

的变化对几种样品进行区分和特征提取。［21］。本实验利用这几个部分峰宽以及峰值

1B和1E的L部分较强，L部分随可以注意到，图1A，且随E/N值的增大变化较小，特别是图2E，

E/N的增加宽度增大较为明显。根据图1A和1BL部分的特点可知，供试品中L部分特征信号来源于盐酸二甲双胍；而图1C和1D的L部分较弱，且随着E/N的增加峰宽逐渐变小；根据式（1），在浓度不变的情况下，随着E/N的增大，峰宽趋向增大，这是因为电场增大了离子在迁移沟道内的扩散效应，而

L部分的离子浓度下降较快，此处图1C和1D的情况表明随着E/N的增大，一定程度抵消了扩散增加

带来了展宽效应，这表明这些样品中的单聚体在高场下也不稳定，因为高场热效应的作用被解离成为中

1C和1D可知，性分子。对比图1A，供试品中Ｒ部分的特征信号含有盐酸苯乙双胍。

为了进一步分析图1中的样品在Ｒ部分的变化，可以抽取E/N=185Td处的CV/AI二维曲线图进行对比，如图2所示。图2A为4个样品的二维图谱，其中CV=0～1V附近特征峰代表了Ｒ部分在185Td处的离子电流峰。这部分离子电流峰表明供试品中含有盐酸苯乙双胍。由于盐酸二甲双胍和格列本脲在Ｒ部分产物离子峰的CV值较相近，所以从图2A上不确定供试品中是否含有盐酸二甲双胍或格列本脲中的一种或两种。图2B为供试品和3种对照品两两混合及3种混合样品二维曲线图。观察CV=0～1V（即图1中Ｒ部分）可知，供试品的产物离子峰由盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍和格列本脲在此处各自的产物离子峰共同构成

。

图2

Fig．2降糖中药中相关成分的二维谱图CV/AIplotofrelevantcomponentsinChinesetraditionalmedicines

为盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍、格列本图2所示的负离子模式下特征产物离子峰的位置和强度，

脲、盐酸二甲双胍与盐酸苯乙双胍混合物、盐酸二甲双胍与格列本脲混合物、盐酸苯乙双胍与格列本脲混合物以及盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍与格列本脲混合物。根据7次进样的样品谱图建立的指纹识

7种样品可以分别别点的数据库如表1所示。在这8个数据识别点里，通过选择不同的识别点的集合，

第4期李灵锋等：利用高场非对称波形离子迁移谱技术快速鉴别降糖中药中的西药成分523独立地被表征出来。

图2A的供试品的谱图中，所设置的8个指纹识别点的位置，即8个CV和E/N的坐标点上，其离子电流值都大于所设的离子电流值阈值（见表1），与3种对照品混合物的谱图的指纹识别点一致，从而有力地证明了该中药降糖胶囊中可能含有以上3种西药成分

。

3．3HPLC验证

利用HPLC检测含3种标准品的混合标准储备

液及供试品，得到色谱图如图3所示。

表1指纹识别点数据

Table1Fingerprintidentificationpointdata

序号No．

1

2

3

4

5

6

7

8补偿电压Compensationvoltage（V）"1．4830．0520．530"1．7070．1810．850"1．8051．310E/N（Td）192192192214214214240240离子电流Ioncurrent（A．U．）"0．110"0．400"0．480"0．087"0．280"0．400"0．070"0．330图3Fig．3对照品（a）和供试品（b）的液相色谱图HPLCchromatogramsofreferencesubstances（a）andtestsample（b）1．盐酸二甲双胍（Metforminhydrochloride）；2．盐酸苯乙双胍

（Phenforminhydrochloride）；3．格列本脲（Glibenclamide）。在选定的色谱条件下，盐酸二甲双由图3可见，

胍、盐酸苯乙双胍和格列本脲的保留时间分别为2．18，3．31和9．74min。供试品中在上述3个保留时间处都有明显的出峰，可以判断供试品中含有盐酸二甲双胍、盐酸苯乙双胍和格列本脲，也验证了FAIMS测试结果的准确性。

研究结果表明，本方法灵敏准确、快速便捷，可作为检查中药降糖制剂中可能非法添加上述西药的初检方法。本研究为FAIMS技术更广泛的应用于其它种类的药物筛查奠定了基础。

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2010，38（7）：1027－1030林丙涛，陈池来，孔德义，李庄，王焕钦，程玉鹏，王电令，梅涛．分析化学，