重金属快速检测技术在中药材质量控制中的应用

----引自《药物分析杂志》

重金属通常是指原子密度大于5g·cm-3 的一类金属元素，如铜(Cu)、镉(Cd)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)和汞(Hg) 等。中药作为天然药物，由于其具有毒副作用小、使用安全、疗效好等特点而被广泛使用。但随着环境污染日益加剧，工业三废、城市生活垃圾、污泥的排放、含重金属的农药化肥的不合理使用等，使中药材中重金属含量日益增高，中药材品质降低，严重危害人体健康。重金属对人体危害表现在其可以通过空气、水、食物等渠道进入体内，与体内有机成分、蛋白质、核糖、维生素、激素、生物酶等结合或反应，使其丧失或改变了原来的生理化学功能而产生病变或表现出毒性。

常见的重金属检测方法主要包括紫外分光光度法(UV法) 、电感耦合等离子体质谱法(ICP－MS法) 、高效液相色谱法(HPLC法)、原子荧光光度法(AFS法)、原子吸收光谱法( AAS法)等，这些方法虽然能够以较高的灵敏度对药材中的重金属含量进行有效分析，但均需要先对样品进行前处理，分析时间长；且需要大型仪器，使得分析成本提高，难以满足中药材重金属的现场快速检测。

近年来，随着生物化学技术的发展，重金属快速检测方法也发展迅速，虽然大部分快速检测方法对于待测离子只能进行定性或半定量的检测，但这些方法操作简便、成本低廉、检测快速，因此非常适合现场快速检测。

1、酶分析法

酶分析法是利用重金属与酶活性位点上的巯基或者甲巯基结合后，改变了酶活性中心的结构和性质，从而建立起重金属浓度与酶系统变化之间的定量关系。重金属离子与特定的酶结合时，会产生相应的变化，如显色剂颜色、导电性、吸光度及pH的变化。这些变化可以通过肉眼观察、电信号或光信号的传输、pH检测而获得，根据这些结果可以得出重金属元素及含量。目前，广泛应用于重金属快速检测的酶有脲酶、过氧化氢酶、胆碱酯酶、氧化酶等。

2、免疫分析法

免疫分析法是将重金属离子与合适的络合物或其他化合物结合，使其具有一定的空间结构，产生反应原性，然后将结合了金属离子的化合物连接到载体蛋白上从而产生特异性抗体，通过检测系统对该抗体的分析得出重金属元素及其含量。该方法的关键在于与金属离子结合的化合物能否制备出特异性抗体。目前，北京华安麦科生物技术有限公司利用竞争性免疫反应原理分别研发出中药中铅和镉的快速定量试纸条，定量范围分别为500-5000μg/kg和200-4000μg/kg，检测时间为10min，可用于检测海藻、金银花、川穹、白花蛇舌草等样本中的铅和镉的含量，回收在80%-120%之间。

3、生物化学传感器法

生物传感器是利用特定的生物识别物质与重金属结合，通过信号转换器将变化转变为可检测到的光信号或电信号，以此来分析判断重金属元素及其含量。常用的生物传感器包括酶生物传感器、微生物传感器、细胞传感器、DNA 传感器等。化学传感器是对特定的待分析物质以化学反应的选择性方式产生响应，从而对待分析物质进行测量。化学传感器包括电化学传感器、荧光传感器、光纤维传感器等。

4、荧光标记在重金属检测中的应用

荧光探针( fluorescent probe) 是一种选择性与特定分子或离子结合的分子体系。利用探针与被分析物质结合前后的颜色变化、光谱移动、荧光强度的增减等变化来对被分析物质进行识别及检测。由于荧光探针检测技术具有价廉、简便、快速、灵敏度高等优点，已广泛应用于重金属检测、环境检测、生命科学等领域。荧光探针主要包括三部分：荧光基团，识别基团，连接体。荧光探针与分子离子的结合主要有4种响应机理： (1)光诱导电子转移( photo －inducedelectron transfer，PET) 是指在激发状态下，被分析物质的Zui高占有轨道( HOMO) 的电子向荧光核的HOMO转移，阻止荧光探针的荧光核激发电子回到基态，使得荧光猝灭； (2)分子内电荷转移( intramolecularcharge transfer，ICT) 是指在激发状态下，荧光核上的强吸电子或给电子基团的共轭π电子体系重新排布，此时其吸收和发射均发生红移或者蓝移；(3) 荧光共振能量转移( fluorescence resonance ener-gy transfer，FRET) 是指供体荧光核与受体荧光核的吸收光谱有一定的重叠，当这2个荧光基团的距离合适时，可表现出荧光能力由供体向受体转移的现象；(4) 激基缔合物是两分子或原子在基态时无相互作用，当其中一分子受到激发后，与另一基态分子结合，形成动态激基缔合物，其吸收光谱和激发光谱发生变化。

4.1 Cu2 + 荧光鉴别

Cu是一种人体必需的金属元素，但如果体内Cu过多，会导致急性中毒，严重可导致昏迷、休克及死亡，因此对于Cu 的荧光探针的合成也具有现实意义。有学者合成出一种可以与Cu2+形成激基缔合物的荧光探针用以检测Cu2+。研究结果表明，在水溶液中，加入其他不同金属离子的情况下，均不能形成激基缔合物，说明该探针对于Cu2+具有良好的选择性。在乙腈溶液中，随着Cu2+浓度的增加，荧光强度逐渐增强，说明其灵敏度高。

4.2 Hg2+ 荧光鉴别

Hg2+在浓度很低时就会对生物体产生极强的毒性，会破坏人体的中枢神经系统以及内分泌系统。因此合成出能够快速检测中药材Hg2+的荧光探针具有重要的应用价值。Ma等研究合成出一种用于检测Hg2+的荧光探针。该探针是基于罗丹明－香豆素形成共轭体系而设计的，对于Hg2+的检测具有高选择性和灵敏性。研究表明，当加入Hg2+后，该荧光探针中的酰胺键断裂，使得探针与金属离子的结合物在565 nm 处有紫外吸收；当除去Hg2+后，酰胺键重新连接，形成环状结构，说明该探针具有可逆性。

4.3 Cd2+荧光鉴别

Cd被广泛应用于工业生产中，使得环境中的Cd含量明显增加。Cd 在人体内堆积可导致肾损害和骨质疾病，长期接触能增加多种癌症发病率。因此，人们急需能够快速准确的检测Cd2+的荧光鉴别方法。Liu等基于分子内电荷转移机理，采用荧光团5－二甲胺基－2－( 2－吡啶基)－苯并咪唑( DBI) 使得其光谱发生红移而使用的一种荧光传感器。在此基础上，为了增加Cd2+的敏感性和亲和性，同时使用一种离子螯合剂双酚基丙烷，与Cd2+形成配位化合物，能够很好地检测Cd2+。自然界中Cd2+与Zn2+ 经常在一起出现，所以对于Cd2+与Zn2+ 的区分显得尤为重要。除上述金属离子之外，还有部分学者分别对金属离子Ag2 +、Fe3 +、Au3 +、Co2 +、Pd 等合成设计的荧光探针，均具有灵敏度高、专一性强等特点。