黃酮類藥物的太赫茲光譜研究

1、中央民族大學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中藥提取物中黃酮類藥物分子的太赫茲光譜研究 年 級： 09級 院 系： 理學(xué)院 專 業(yè)： 應(yīng)用物理 2013年5月7日ii中藥提取物中黃酮類藥物分子的太赫茲光譜研究the terahertz spectroscopy studies of flavonoids in the extract of chinese medicine drug molecules摘 要太赫茲( thz) 技術(shù)及其應(yīng)用研究近些年發(fā)展迅速，許多研究表明該技術(shù)在國防安全、信息通信、材料、環(huán)境、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。本文利用自行搭建的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對染料木素、染料木苷、

2、芹菜素、天麻素進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，四種樣品在太赫茲波段顯示出了明顯的特征吸收，且不同的藥品在吸收峰位置以及強(qiáng)度等方面均有所差別。研究結(jié)果證實(shí)了太赫茲光譜技術(shù)在藥品的質(zhì)量監(jiān)控及無損檢測等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞： 太赫茲( thz) ；太赫茲光譜；太赫茲成像；黃酮類藥物abstractterahertz ( thz) technology and its applications are now advancing rapidly. this has resulted in a number of promising applications in the fields of hom

3、eland security，information and communications，condensed mater physics，global environmental monitoring，nondestructive evaluation，physical and analytical chemistry，biology and medical sciences and many others. artemether、genistin、apigenin and gastrodin were studied by a terahertz time-domain spectrosc

4、opy system built by the authorsall four amoxicillin samples here presented obvious characteristic absorptionsthe positions and the amplitudes of the absorption peaks of four samples were different to one another to some extentthe experiment results confirmed the application prospects of medicines by

5、 the terahertz time-domain spectroscopy techniquekey words: terahertz (thz) ; terahertz spectroscopy; terahertz imaging; flavonoids drugs 目錄一、前言1（一）太赫茲光譜簡介1（二）藥品簡介21、黃酮類藥物22、異黃酮類藥物2二、thz-tds 技術(shù)3（一）異構(gòu)體的thz-tds 研究3（二）多晶型的thz-tds 研究4（三）藥物相互作用、反應(yīng)機(jī)理5三、實(shí)驗(yàn)6（一）樣品的制備6（二）實(shí)驗(yàn)裝置6（三）數(shù)據(jù)處理8四、結(jié)果與討論8（一）染料木素（genistein

6、）8（二）染料木苷（genistin）9（三）芹菜素（apigenin）10（四）天麻素（gastrodin）11五、綜述12參考文獻(xiàn)14附錄16致謝28一、前言（一）太赫茲光譜簡介太赫茲(terahertz，thz)輻射是指一個(gè)特定波段的電磁輻射，在電磁波譜上位于微波和紅外輻射之間。在電子學(xué)領(lǐng)域，這一頻段的電磁波被稱作毫米波或亞毫米波；在光譜學(xué)領(lǐng)域，它也被稱為遠(yuǎn)紅外射線。通常所指的thz輻射其頻率范圍為0.1thz-10 thz(對應(yīng)波長3 mm30m)1。由于thz 波的透視性、安全性以及具有光譜分辨等特點(diǎn)，人們對該波段產(chǎn)生了濃厚的興趣。近年來，在thz 輻射光源和探測器方面取得的進(jìn)步,極

7、大地促進(jìn)了thz 技術(shù)的應(yīng)用研究2。thz 時(shí)域光譜( terahertz time-domainspectroscopy，thz-tds) 和thz 成像是該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的重要方法和手段。thz-tds 技術(shù)是利用飛秒激光脈沖產(chǎn)生并探測時(shí)間分辨的thz 電場，通過傅里葉變換獲得被測物品的光譜信息。由于thz輻射的功率在w量級，比熱背景輻射的功率還要小，樣品中的熱應(yīng)變可以忽略。thz 光譜技術(shù)主要有透射、鏡面反射光譜、漫反射光譜、衰減全反射光譜和光抽運(yùn)thz 技術(shù)等。thz 成像技術(shù)是利用thz射線照射被測物，通過物品的透射或反射獲得樣品的信息，進(jìn)而成像。利用所獲得的thz 電磁波強(qiáng)度和相

8、位的二維信息，thz 成像技術(shù)不僅可以得到樣品的表面特征，而且可以對樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成和其空間分布進(jìn)行探測，實(shí)現(xiàn)功能性成像3。太赫茲( thz) 技術(shù)及其應(yīng)用研究近些年發(fā)展迅速，許多研究表明該技術(shù)在國防安全、信息通信、材料、環(huán)境、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。普通紅外光譜技術(shù)（通常指中紅外和近紅外）可以用來確定化合物分子所含的官能團(tuán)，或者根據(jù)其指紋特征對未知物樣品進(jìn)行鑒定，且具有快速、簡便、靈敏、樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)，已成為分析和表征化合物常用的手段。但是，對于分子結(jié)構(gòu)相似的化合物，由于基團(tuán)共振在紅外波段引起的吸收峰位幾乎相同，因此在對其構(gòu)效關(guān)系鑒別和藥理分析等方面產(chǎn)生了一定的困難。

9、太赫茲光譜不但具有單純化合物的高度專屬性和特異性，又具有混合體系的“宏觀指紋特征”，可以鑒別混合物化學(xué)成分的多樣性和復(fù)雜性，且具有安全、快速、靈敏、重現(xiàn)性好、樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)4。thz 技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。近年來，thz-tds 技術(shù)和thz 成像技術(shù)在藥物成分的探測、異構(gòu)體的區(qū)分、藥物的多晶型和假多晶型的鑒別以及混合物的定性與定量分析等方面取得了諸多研究成果和進(jìn)展。在藥物相互作用和反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究等方面也取得了令人矚目的成果。（二）藥品簡介1、黃酮類藥物黃酮類化合物（flavonoids）是一類存在于自然界的具有2-苯基色原酮（flavone）結(jié)構(gòu)的化合物（見

10、圖1）。它們分子中有一個(gè)酮式羰基，第一位上的氧原子具堿性，能與強(qiáng)酸成鹽，其羥基衍生物多具黃色，故又稱黃堿素或黃酮。黃酮類化合物在植物體中通常與糖結(jié)合成苷類，小部分以游離態(tài)（苷元）的形式存在5。黃酮屬于酚類化合物，植物中的黃酮大體上可分為“黃酮類”與“黃烷酮類”兩大類物質(zhì)。已知化學(xué)結(jié)構(gòu)的黃酮類物質(zhì)至少有4000余種，其中包括人們熟知的茶多酚（兒茶素）、大豆異黃酮（染料木素與黃豆甙）和來自柑橘的橙皮甙與柚甙等。黃酮具有多種藥理作用，其中包括：抗氧化作用、消炎作用、抗癌和抗基因誘變作用。大多數(shù)黃酮類物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)屬于“二丙基丙酸類”，系由植物自身所合成的。隨著研究的深入，科學(xué)家逐漸認(rèn)識到：蔬菜、水果

11、中的植物黃酮對人體健康有無可替代的重要作用。例如蔬菜中的“芹菜配質(zhì)”可抑制致癌物質(zhì)引起的細(xì)胞癌變；大豆中的“染料木素”可大大降低乳癌、前列腺癌的發(fā)病率；來自茶葉的“茶多酚”已被證實(shí)具有防止多種腫瘤（如結(jié)直腸癌、胃癌、食管癌、肺癌、乳癌、皮膚癌等）的功效6。圖1 黃酮類化合物基本分子結(jié)構(gòu)2、異黃酮類藥物異黃酮，是植物苯丙氨酸代謝過程中，由肉桂酰輔酶a側(cè)鏈延長后環(huán)化形成以苯色酮環(huán)為基礎(chǔ)的酚類化合物，其3-苯基衍生物即為異黃酮，屬植物次生代謝產(chǎn)物。類黃酮屬，是一種芳香族含氧雜環(huán)化合物，黃酮的異構(gòu)體。精制的異黃酮呈片狀或針狀結(jié)晶。一般無色，但隨著羥基的增加，可呈黃至深黃色。為廣泛分布于高等植物的色素。

12、有些異黃酮是植保素，有些可用于心血管病的治療7。圖2 異黃酮類化合物分子結(jié)構(gòu)圖二、thz-tds 技術(shù)藥物活性成分( apis) 的分析檢測是藥物化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要方面。固態(tài)apis 常常存在著兩種或兩種以上的晶型，而不同晶型的物理化學(xué)性質(zhì)、生產(chǎn)工藝和臨床療效往往是不同的8。在藥品生產(chǎn)和儲藏過程中apis 還可能與溶劑或藥用輔料發(fā)生作用，其存在形式可能發(fā)生改變1。因此，apis 這些存在形式的定性定量分析及其轉(zhuǎn)變過程的研究在藥物生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)以及商標(biāo)保護(hù)等方面具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，常見的固態(tài)分析技術(shù)主要有x 射線衍射法、紅外光譜法、拉曼光譜法、固態(tài)核磁共振法( ssnmr) 等。與這些技術(shù)相

13、比，thz-tds 技術(shù)有著其自身的特點(diǎn)，是它們在藥學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的重要補(bǔ)充。thz-tds 化合物晶型具有高的靈敏度，能夠體現(xiàn)晶體中的聲子振動(dòng)模式，有效地反映晶體的長程有序結(jié)構(gòu)信息。與x 射線粉末衍射( xprd) 相比，thz-tds 有擇優(yōu)取向的問題。與紅外光譜和拉曼光譜不同，thz-tds 主要反映分子整體低頻振動(dòng)、晶體的聲子振動(dòng)及氫鍵等分子間的弱相互作用。與激光拉曼光譜的激發(fā)能相對較高對比，thz 輻射能量很低，不會導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)，避免了因內(nèi)部熱應(yīng)力造成樣品晶型轉(zhuǎn)變的可能。與ssnmr 相比，thz-tds 對樣品需求量小，測量簡單快速，可以實(shí)現(xiàn)藥物的高通量檢測分析。此外，測量可以同時(shí)獲

14、得thz 脈沖的振幅和相位信息，加上藥物的輔料在thz 波段通常幾乎是透明的，這使得藥品內(nèi)部的物理化學(xué)信息的無損檢測成為可能。（一）異構(gòu)體的thz-tds 研究thz-tds 能夠有效地分辨藥物的同分異構(gòu)體，并表現(xiàn)出一定的特征指紋吸收9,10。walther 等11首次利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)在298k 和10k 對視黃醛三種順反異構(gòu)體進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)視黃醛分子在不同構(gòu)型下的thz 吸收譜有明顯的差異。這些差異是由于視黃醛異構(gòu)體分子的集體扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模式的不同而造成的。通過對分子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模式進(jìn)行洛倫茲振子擬合和定位，獲得了中心頻率、線寬和振子強(qiáng)度等信息。通常，晶體材料在thz 頻段的響應(yīng)，主要來自于

15、各種聲子振動(dòng)，其響應(yīng)強(qiáng)度由晶胞里原子的極化分布、分子間的結(jié)合方式和晶體結(jié)構(gòu)決定 12,13。手性是化學(xué)不對稱合成及藥學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。手性藥物可能會有不同的治療效果，即表現(xiàn)出某些藥物只有一種異構(gòu)體有生物活性，而另一種則可能無效甚至有毒性。因此，識別藥物的光學(xué)異構(gòu)體至關(guān)重要。upadhya 等14研究了d-，l-葡萄糖的thz 光譜，得到了不同的特征吸收，其差別源于分子間振動(dòng)模式的不同，有可能涉及糖環(huán)分子的變形及分子間的相互作用。馬金龍等15利用thz-tds 技術(shù)獲得了d-，l-，dl-奧硝唑隨溫度變化的thz 特征吸收譜，發(fā)現(xiàn)光學(xué)異構(gòu)體和其消旋體的差異在低溫下變得更加明顯。作者采用量子化

16、學(xué)計(jì)算的方法，從理論上對其特征吸收信號進(jìn)行了分析和指認(rèn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算，奧硝唑及其消旋體的光譜差異是由于消旋體中存在分子間氫鍵相互作用，其低頻振動(dòng)導(dǎo)致thz 吸收光譜發(fā)生較大變化。nishikiori 等16利用l-酒石酸和dl-酒石酸的thz 光譜差異和化學(xué)計(jì)量學(xué)手段偏最小二乘法( pls) 對混合物中的l-酒石酸進(jìn)行了有效的定量分析。其他關(guān)于光學(xué)異構(gòu)體的thz 光譜研究有:d-，l-，dl-丙氨酸17，d-，dl-絲氨酸18以及d-，l-，dl-青霉胺19等。研究結(jié)果表明thz-tds 技術(shù)對手性物質(zhì)光學(xué)純度具有較好的敏感性，能夠在手性藥物檢測和分析中發(fā)揮作用，同時(shí)，還可能為深入了

17、解手性藥物與生物靶分子之間相互作用提供幫助和借鑒。（二）多晶型的thz-tds 研究藥物的多晶型現(xiàn)象較為普遍。晶型不同，它們的物理性質(zhì)，如密度、熔點(diǎn)、溶解度和溶出速率、生物利用度等方面均有顯著的差異。藥物多晶型的研究已經(jīng)成為新藥開發(fā)和審批、藥物的生產(chǎn)和質(zhì)量控制所不可缺少的重要組成部分。taday 等20研究了兩種不同晶型鹽酸雷尼替丁純品的thz 光譜，發(fā)現(xiàn)兩者有顯著差異。兩種晶型的分子結(jié)構(gòu)雖相同，但分子間的相互作用導(dǎo)致了晶體內(nèi)部的局部環(huán)境不同，從而使thz 吸收峰的強(qiáng)度和位置發(fā)生變化。利用這一特點(diǎn)能夠?qū)Σ煌扑幑镜漠a(chǎn)品進(jìn)行有效的區(qū)分。研究表明thz 光譜技術(shù)能夠用作該藥物多晶型鑒別的直接證據(jù)

18、，并將在藥物合成、生產(chǎn)及存儲過程中發(fā)揮作用。最近，aaltonen 等21利用近紅外光譜、拉曼光譜和thz 光譜聯(lián)用研究了呋喃妥英的多晶型物，充分展現(xiàn)了thz 光譜技術(shù)在多晶型鑒別方面的互補(bǔ)優(yōu)勢。此外，相對于近紅外光譜和拉曼光譜，thz 光譜技術(shù)還能夠有效區(qū)分一些結(jié)構(gòu)相似的晶型，比如硫胺噻唑的5 種多晶型22。strachan 等23,24研究了藥物氨甲酰氮草( cbz)晶型和( 圖3) ，苯酯丙脯酸( em) 晶型和，吲哚美辛( im) 晶體和無定型，非諾洛芬鈣( fc) 晶體和液晶的thz 光譜，并對其進(jìn)行了定性和定量分析。研究表明，thz 波譜能輕易地區(qū)分藥物的不同存在形式。從圖3 可以

19、看出，cbz 晶型在23，31，44，52，70cm-1 處有明顯的特征吸收峰，而晶型在41，60，68cm-1處有特征吸收。混合物中隨著的增加和的減少，的吸收峰強(qiáng)度增大，相應(yīng)的特征峰強(qiáng)度降低。根據(jù)這些特征吸收，作者利用pls 對cbz 混合物中晶型進(jìn)行了定量分析，在010% 含量范圍內(nèi)，交叉驗(yàn)證均方差為0. 349% ，檢測限0. 356%1. 23%。這些研究表明該技術(shù)在藥物成分定量分析中的巨大潛力。圖3 cbz 的晶型和晶型混合物的tps 圖day 等25利用剛性分子晶格動(dòng)力學(xué)理論對cbz 晶型和的聲子振動(dòng)模式進(jìn)行了計(jì)算和特征峰的指認(rèn)，指出雖然兩種晶型含有同樣的氫鍵二聚體，但二聚體在和內(nèi)

20、的堆積排列方式不同，從而導(dǎo)致它們thz 吸收譜的差異。目前，對thz 光譜的解析尚處于起步階段。隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不斷積累，理論計(jì)算和模型方法的進(jìn)一步探索和發(fā)展，對thz光譜的理解將取得進(jìn)展，這會加深人們對晶體結(jié)構(gòu)和低頻振動(dòng)機(jī)制方面的認(rèn)識。（三）藥物相互作用、反應(yīng)機(jī)理thz-tds技術(shù)的脈沖性、相干性和快速性等優(yōu)點(diǎn)，十分適合對反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究。由于thz光譜能反映晶體中的分子相互作用，并給出和氣態(tài)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷信息，這使得觀察藥物多晶型轉(zhuǎn)變過程、假多晶型轉(zhuǎn)變過程、超分子體系共晶過程以及其他反應(yīng)過程成為可能。zeitler 等26,27,28,29,30,31利用thz 光譜技術(shù)，在變溫

21、條件下研究了磺胺噻唑的多晶型轉(zhuǎn)變過程和cbz的無定型結(jié)晶過程。根據(jù)thz 光譜特征峰位和峰強(qiáng)變化，他們直接觀測到了cbz 從玻璃態(tài)到橡膠態(tài)，到晶型，再到晶型的弛豫過程和相變過程的發(fā)生。進(jìn)一步研究表明，cbz 晶型到晶型的轉(zhuǎn)變是分兩步進(jìn)行的，晶型升華成氣態(tài)cbz，氣態(tài)cbz 再凝結(jié)生成晶型。晶型的升華活化能為327kjmol-1 ，這與拉曼光譜所得的一致。zeitler等32和upadhya等33分別利用thz光譜研究了水合茶堿脫水反應(yīng)，有效地觀察到假多晶型物的轉(zhuǎn)變過程。al-douseri等34利用thz光譜技術(shù)對咖啡因與戊二酸、奈與苦味酸、2-氨基嘧啶與苯甲酸之間的酸堿反應(yīng)也分別進(jìn)行了研究，

22、發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物和產(chǎn)物在測量范圍內(nèi)均表現(xiàn)出特征的thz吸收峰。另外，兩種藥物分子間的相互作用和轉(zhuǎn)換，如煙酸、煙酰胺及煙堿，l-和dl-福多司坦，膽酸和脫氧膽酸等，也可利用thz吸收光譜進(jìn)行研究。三、實(shí)驗(yàn)（一）樣品的制備聚乙烯在thz波段幾乎完全透明，所以作為稀釋支撐材料。將藥片顆粒變成粉末，通過混合一定量高密度聚乙烯粉末（pe粉）形成化學(xué)制備，把80毫克的這種粉末壓縮為一個(gè)直徑10毫米的樣片。樣片的厚度分別為0.7mm、0.8mm、0.8mm和0.9mm。為了消除光譜的影響，該實(shí)驗(yàn)發(fā)生在樣片兩個(gè)表面之間的多次反射，我們從信號多重反射的傅里葉變換之前的時(shí)域信號以獲得頻域譜。這些厚度值，為我們提供了足夠

23、的路徑長度，來消除光譜中的倍數(shù)的影響。由于從窗口會引入錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，在低的頻率信息內(nèi)，我們不使用光譜在0-0.5 thz進(jìn)一步分析。（二）實(shí)驗(yàn)裝置自行搭建的時(shí)間掃描thz-tds系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖5為實(shí)驗(yàn)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)物圖。飛秒激光振蕩器輸出激光中心波長800 nm，脈寬35fs，重復(fù)頻率74mhz。輸出功率大于250mw。飛秒激光首先通過1/2波片和偏振棱鏡進(jìn)行光束能量分配。其中反射的一路作為泵浦光，經(jīng)光學(xué)延遲線后直接照射到大孔徑gaas光電導(dǎo)天線上產(chǎn)生thz輻射，利用4塊90。離軸拋物面鏡收集和準(zhǔn)直thz波。最后透射過硅片將其聚焦到(110)znte晶體上。從偏振棱鏡透射的一路作為探針。

24、經(jīng)過聚焦透鏡匯聚并經(jīng)硅片反射后與產(chǎn)生的thz波共線照射到znte晶體上，利用電光采樣法對太赫茲波進(jìn)行探測。1/4波片和沃拉斯頓棱鏡將對被thz波凋制的探針光進(jìn)行偏振分束，以便進(jìn)行平衡探測。平衡光電探測器輸出的電壓信號由鎖相放大器進(jìn)行消噪和放大處理，最后用數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行采樣，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理即可獲得太赫茲脈沖的時(shí)域電場波形。實(shí)驗(yàn)中樣品位于離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)上，為便于調(diào)節(jié)將樣品夾具安裝在了一個(gè)具有升降和平移功能的調(diào)節(jié)臺上。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為25攝氏度，相對濕度為30%。圖4實(shí)驗(yàn)光學(xué)系統(tǒng)圖5 實(shí)驗(yàn)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)物圖（三）數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用文獻(xiàn)35提出的太赫茲時(shí)域光譜測量材料光學(xué)參數(shù)提取的模型。

25、令材料復(fù)數(shù)折射率，其中為實(shí)數(shù)折射率，為消光系數(shù)。設(shè)樣品信號為esample(t),參考信號為eref(t),相應(yīng)的復(fù)數(shù)頻譜分別為esample()和eref()，則樣品光譜響應(yīng)函數(shù)h()為：式中： 為樣品信號與參數(shù)信號振幅比； 為樣品信號與參考信號的相位差。由此可得樣品折射率為：消光系數(shù)為：吸收系數(shù)為：其中：c為真空中光速；d為樣品厚度。實(shí)驗(yàn)測得參考信號和樣品信號的時(shí)域波形并通過快速傅立葉變換得到其相應(yīng)的頻譜后，利用上式即可得到被測樣品的折射率和吸收系數(shù)譜。四、結(jié)果與討論（一）染料木素（genistein）染料木素，4，,5,7-三羥基異黃酮，c15h10o5（見圖6），屬于異黃酮類藥物，淡黃

26、色樹枝狀針晶粉末。中藥提取來源：豆科植物染料木(金雀花) 根莖。具有雌性激素及抗雌激素性質(zhì)；抗氧化作用；可以抑制酪氨酸蛋白激酶（ptk）的活性；可以抑制拓?fù)洚愘徝傅幕钚裕痪哂姓T發(fā)細(xì)胞程序性死亡、提高抗癌藥效、抑制血管生成等作用，是一種很有潛力的癌癥化學(xué)預(yù)防劑，其抗癌作用及機(jī)制具有廣泛的應(yīng)用前景36。實(shí)驗(yàn)得到了染料木素的太赫茲特征吸收光譜（見圖7），在圖中可以觀察到染料木素在1.45、1.69、2.01thz處有明顯的吸收峰。圖6 染料木素分子結(jié)構(gòu)圖7 染料木素的太赫茲光譜圖（二）染料木苷（genistin）染料木苷4,5,7-三羥異黃酮-7-糖苷，分子式c21h20o10，分子結(jié)構(gòu)式見圖8。該

27、藥品屬于flavonoids黃酮類藥物，多來源于豆科植物大豆種子，性狀為淡黃色針狀晶體，具有一定的抗腫瘤、降低血脂的作用37。實(shí)驗(yàn)得到了染料木苷的太赫茲特征吸收光譜（見圖9），在圖中可以觀察到染料木苷在0.82、1.05、1.55thz處有明顯的吸收峰，但是并不是非常尖銳，可能造成這種現(xiàn)象的原因有：藥品制成樣片時(shí)，慘雜比例不夠高，藥品有效成分較少；購買所得藥品的提純不是特別完美，樣片中雜質(zhì)含量較高。圖8 染料木苷的分子結(jié)構(gòu)圖9 染料木苷的thz吸收圖譜（三）芹菜素（apigenin）芹菜素4,5,7-三羥基黃酮，分子式c15h10o5，分子結(jié)構(gòu)見圖10。該藥品屬于黃酮類藥物，具有抑制致癌物質(zhì)的

28、致癌活性，作為治療hiv和其它病毒感染的抗病毒藥物，map激酶的抑制劑，治療各種炎癥抗氧化劑；鎮(zhèn)靜、安神、降壓等作用。與其他黃酮類物質(zhì)(槲皮素、山奈黃酮)相比具有低毒、無誘變性等特點(diǎn)38。實(shí)驗(yàn)得到了芹菜素的太赫茲特征吸收光譜（見圖11），在圖中可以觀察到芹菜素在0.45、0.65、1.49、2.00thz 處有比較明顯的吸收峰，但是并不是非常尖銳，可能造成這種現(xiàn)象的原因有：藥品制成樣片時(shí)，慘雜比例不夠高，藥品有效成分較少；購買所得藥品的提純不是特別完美，樣片中雜質(zhì)含量較高。圖10 芹菜素的分子結(jié)構(gòu)圖圖11 芹菜素的thz吸收光譜（四）天麻素（gastrodin）天麻素4-羥甲基苯基-beta-

29、d-吡喃葡萄糖甙，分子式c13h18o7，分子結(jié)構(gòu)見圖12。呈白色針狀結(jié)晶或棱柱狀從晶。天麻素本品為蘭科植物天麻的干燥根塊提取，原料產(chǎn)地為云南。天麻素具有較好的鎮(zhèn)靜和安眠作用，對神經(jīng)衰弱、失眠、頭痛癥狀有緩解作用。中藥天麻可治療痛眩暈、肢體麻木、驚痛抽搐。臨床應(yīng)用：治療椎一基底動(dòng)脈供血不足；治療前庭神經(jīng)元炎；治療眩暈癥39。實(shí)驗(yàn)得到了天麻素的太赫茲特征吸收光譜（見圖13），在圖中可以觀察到天麻素在在0.55、1.01、1.21、1.61、2.01thz處有明顯的吸收峰。圖12 天麻素的分子結(jié)構(gòu)圖圖13 天麻素的thz吸收光譜（五）總結(jié)太赫茲吸收峰位置（thz） 芹菜素 0.65 1.49 1.

30、98 染料木苷 0.82 1.05 1.61 2.01 染料木素 1.45 1.69 天麻素 0.55 1.01 1.61 2.01 實(shí)驗(yàn)利用自行搭建的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對芹菜素、染料木苷、染料木素、天麻素進(jìn)行了測試。測試結(jié)果如上表所示，四種樣品在太赫茲波段顯示出了明顯的特征吸收，且不同的藥品在吸收峰位置有所差別。 研究結(jié)果證實(shí)了太赫茲光譜技術(shù)在藥品的質(zhì)量監(jiān)控及在線檢測等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。五、綜述太赫茲脈沖光譜（tps）是一種新的技術(shù)，其能夠調(diào)查醫(yī)藥原料時(shí)，引出了豐富的信息。在固體探頭遠(yuǎn)距離晶格振動(dòng)和低能量的扭轉(zhuǎn)和氫接合振動(dòng)。這些特性使得tps能夠調(diào)查潛在的藥物結(jié)晶性和多態(tài)性。在這項(xiàng)研究

31、中藥物不同的固態(tài)性能進(jìn)行了分析，使用tps將藥物多態(tài)性和結(jié)晶水平量化。在一定程度的多態(tài)性與變化在藥物的結(jié)晶度可能具有理化差異的影響在治療中，制造業(yè)，商業(yè)，和法律的水平。雖然x-射線衍射是最常用的技術(shù)，用于識別和表征多晶型，振動(dòng)光譜分析已成為越來越受歡迎作為一個(gè)免費(fèi)的技術(shù)來監(jiān)測結(jié)晶度和多態(tài)性，由于它的速度，最小的樣品制備，和適應(yīng)性在線使用。振動(dòng)光譜已被使用廣泛的監(jiān)測的結(jié)晶度的差異由于分振動(dòng)模式的改變輕微的分子包裝的變化。紅外（ir）光譜，最常見的配置漫反射傅里葉變換紅外光譜（漂移）和衰減全反射（atr），已被廣泛用于監(jiān)測量化的多態(tài)性和結(jié)晶度。此外，拉曼光譜和近紅外（nir）光譜已被用于同樣的目的

32、。光譜定量技術(shù)的能力多態(tài)性和結(jié)晶度提高了與多元的技術(shù)分析的光譜的應(yīng)用大大。多元校準(zhǔn)的方法，如主成分回歸（pcr）和偏最小二乘分析（pls）顯示在經(jīng)典的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)單因素分析。這些包括能力同時(shí)多組分分析在不同的峰歸因于缺乏單一成分的復(fù)雜系統(tǒng)，量化即使大多數(shù)的成分是未知的，改進(jìn)的檢測和干擾能力。近年來，thz 光譜和thz 成像技術(shù)在藥物化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，研究也在逐步深入。已從最初的單一純樣品的光譜分析到混合物及藥物成品的定量分析和光譜成像;從靜態(tài)分析到動(dòng)態(tài)的反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究;從最初的探索性研究，到逐漸成為一種重要的藥物分析檢測手段和生產(chǎn)過程分析技術(shù)( pat)。然而，作為一種新型

33、的分析技術(shù)，還存在一些問題和制約因素。由于水對thz 輻射的強(qiáng)烈吸收，該技術(shù)在水溶液體系藥物分析方面的應(yīng)用受到限制。對于thz 光譜解析和理論解釋仍處于起步探索階段，這有待于相關(guān)理論模型的建立和模擬計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展。大量化合物光譜數(shù)據(jù)的積累和化學(xué)計(jì)量學(xué)理論的進(jìn)步將有助于實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜混合體系的thz 光譜定量。對于thz 成像，分辨率和成像速率的提高也是該技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐亟待解決的問題。此外，現(xiàn)有的thz 輻射產(chǎn)生和檢測裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大并且價(jià)格昂貴。因此，裝置的小型化和低成本化也有待解決。雖然，目前thz 技術(shù)還面臨很多制約和挑戰(zhàn)，但隨著thz 發(fā)射源和探測技術(shù)的逐步發(fā)展以及相關(guān)理論模型的建立

34、，thz 技術(shù)在制藥領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛和深入。參考文獻(xiàn)1 taday p f. phil. trans. r. soc. lond. a，2004，362(1815) :3513642 tonouchi m. nat. photonics，2007，1(2) : 971053 zeitler j a，taday p f，newnham d a，pepper m，gordon k c，rades t. j. pharm. pharmacol. ，2007，59(2) : 2092234 singhal d，curatolo w. adv. drug delivery rev. ，2004，5

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45、ptical society of america a，2001，1 8(7):1562157i36 ,2013.5.8 10:0037 13:5238 14:1039 15:00附錄文獻(xiàn)翻譯太赫茲時(shí)域光譜對食品添加劑中氨基酸的定量分析（2010年12月17日收到；2011年2月23日接受；2011年4月10日出版）我們利用太赫茲時(shí)域光譜（thz-tds）進(jìn)行分析只有12%的誤差，成功地分析了商業(yè)中食品添加劑里的五個(gè)氨基酸的濃度。我們也成功地對包裝里的樣片進(jìn)行分析，通過太赫茲波對包裝材料的幾種類型的測定，從而表明一個(gè)事實(shí)：太赫茲波優(yōu)點(diǎn)是可用于包裝樣品的無損定量分析。太赫茲波的這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了：使

46、用同一標(biāo)準(zhǔn)光譜用于無包裝樣品進(jìn)行定量分析和對有包裝的樣品直接定量分析的準(zhǔn)確度相當(dāng)，并且?guī)缀跸嗤?一、引言太赫茲時(shí)域光譜（thz tds）是一種很有前途的工具，是物理表征特殊的遠(yuǎn)紅外和化學(xué)的振動(dòng)模式，如旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)、聲子、分子間和分子內(nèi)的模式。在0.33赫茲（10100厘米1）的范圍內(nèi)，這些模型對應(yīng)于有吸收性的遠(yuǎn)紅外區(qū)的下端。太赫茲波的特性是能夠通過各種各樣的材料，從而使我們能夠透過許多包裝材料，包括紙張、塑料、皮革和木材。此屬性允許這樣的無損檢測項(xiàng)目可以用于郵局中信封里的藥物檢測。高透明度適用于幾個(gè)分子，形成一些分子內(nèi)的模式，如氫鍵。因此，就可以達(dá)到一定的選擇性檢測來確定混合樣品中的分子，形成

47、強(qiáng)有力的樣品中混有雜質(zhì)的分子內(nèi)的模式。此外，太赫茲波的幾乎沒有損壞材料，所以他們可以用來檢測生物樣品和醫(yī)藥材料表征。因此，太赫茲技術(shù)正吸引著越來越多的關(guān)注，不僅在基礎(chǔ)研究，同時(shí)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用都得到關(guān)注。最近，在太赫茲有特征吸收的化學(xué)物質(zhì)區(qū)域，如氨基酸，利用太赫茲已證明定量分析的有效性。然而，在實(shí)際的食品或藥物氨基酸分析方面尚未測試。在本文中，我們描述了在實(shí)際的飲食里利用太赫茲針對五種氨基酸的定量分析。添加劑氨基酸含有其他成分，如糖和維生素，因此使用太赫茲時(shí)域光譜進(jìn)行一個(gè)選擇性檢測要有合適的氨基酸樣本。我們還分析了市售的包裝好的食品添加劑氨基酸樣片。在論文中，比較直接地準(zhǔn)確地定量分析了包裝的樣

48、品和無包裝的樣品。由于太赫茲波的特點(diǎn)之一是能夠透過常用的包裝材料，如紙塑料，可以提供包裝樣品的準(zhǔn)確的無損定量分析。因此和拉曼光譜比較，利用太赫茲對包裝樣品的直接定量分析的優(yōu)點(diǎn)突顯出來。二、實(shí)驗(yàn)1、樣品的制備從兩個(gè)不同的制造商購買日常的氨基酸添加劑。這兩種不同的樣品在這里被表示為添加劑a和b。樣品中氨基酸和其他成分的濃度根據(jù)營養(yǎng)事實(shí)表計(jì)算（見表1）。添加劑顆粒變成粉末，和80毫克的這種粉末壓縮為一個(gè)直徑10毫米的樣片。a和b樣片的厚度分別為0.7毫米和0.8毫米。為了消除光譜的影響，該實(shí)驗(yàn)發(fā)生在樣片兩個(gè)表面之間的多次反射，我們從信號多重反射的傅里葉變換之前的時(shí)域信號以獲得頻域譜。這些厚度值，為我

49、們提供了足夠的路徑長度，來消除光譜中的倍數(shù)的影響。由于從窗口會引入錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，在低的頻率信息內(nèi)，我們不使用光譜在0-0.5 thz進(jìn)一步分析。每個(gè)藥片中所包含的氨基酸的含量也可測量出來。所制備的樣品用包裹的包裝片的無損檢測見表1。濃度/%補(bǔ)充劑a補(bǔ)充劑b氨基酸精氨酸17.37.5谷氨酸18.07.5異亮氨酸12.310.0亮氨酸15.315.0纈氨酸10.310.0其他成分麥芽糖醇無無檸檬酸無無糖無無天然香料無無維生素c0.631.25煙酸0.130.21泛酸0.080.06維生素b60.010.02維生素b20.010.02維生素b10.010.01維生素a0.010.01維生素d0.010

50、.01維生素e0.540.13表1 補(bǔ)充氨基酸a和b的濃度和其他成分的濃度（稱量紙約30m厚）。得到標(biāo)準(zhǔn)的太赫茲光譜，即在一定波段的摩爾吸光系數(shù)，主要組分的標(biāo)準(zhǔn)片（精氨酸（l-arg）、谷氨酰胺（l-gln）、異亮氨酸（l-ile）、亮氨酸（l-leu）、纈氨酸（l-val）、麥芽糖醇和檸檬酸）通過混合一定量在高密度聚乙烯粉末（pe粉）形成各化學(xué)制備。2、測量我們測量了太赫茲光譜結(jié)合近紅外脈沖激光產(chǎn)生的10 fs的持續(xù)時(shí)間和800 nm波長的光脈沖，重復(fù)頻率為80兆赫。我們使用了一個(gè)50-v低溫生長砷化鎵（lt-gaas），光電導(dǎo)天線都生成太赫茲脈沖進(jìn)行檢測。其他光學(xué)系統(tǒng)詳細(xì)描述了在其他地方的

51、特征，樣品片連接在支架后部中心（直徑7毫米）使太赫茲光束通過它。通過探測器收集樣本數(shù)據(jù)，參考數(shù)據(jù)包括太赫茲通過在一個(gè)沒有相同口徑脈沖片。32累計(jì)數(shù)是用于兩個(gè)樣品和提高s / n測量，參考時(shí)間是在5分鐘之內(nèi)，光譜分辨率為0.96厘米1。所有的測量均在室溫下50 pa，并且避免水蒸氣吸收。我們測量拉曼光譜的近紅外拉曼探針系統(tǒng)（纖維反射），勵(lì)磁光源的激光二極管發(fā)出785 nm線激光連續(xù)波，約30兆瓦的近紅外激光的光是集中在物鏡與樣品之間（50，na0.55），這是在樣品的激光功率為約3毫瓦的所有測量。激光聚焦在一片添加劑中氨基酸或氨基酸粉的樣片上。光斑大小對樣品的直徑約為1m，并且震源深度小于 10

52、m，散射光通過1800后呈幾何形狀散射，并在光多色儀為1200線/毫米進(jìn)行收集。拉曼光譜測量的曝光時(shí)間為10到30秒，光譜分辨率小于2 cm1。并且我們進(jìn)行所有的測量都在室溫下進(jìn)行。3.定量分析獲得的主要成分（精氨酸、谷氨酰胺、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸根、麥芽糖醇和檸檬酸）的標(biāo)準(zhǔn)光譜之前，我們通過使用下列各標(biāo)準(zhǔn)片成分方程計(jì)算出濃度： c=ww(w+wpe)mv , (1)v = r2d , (2)其中，c、w、w、wpe、m、d和r分別指濃度、樣片重量、混合氨基酸粉的重量、混合聚乙烯粉末的重量、氨基酸分子量、樣片的厚度和半徑。一個(gè)樣品的吸收光譜，a（v）計(jì)算使用：av=-lnesumv/ere

53、f(v)2 (3)通過傅立葉變換的時(shí)域信號，我們得到的的振幅譜esam(v)和eref(v) 為例，厚度d分別放置在光束和一個(gè)參考系中，我們刪除在傅里葉變換中多重反射的信號。從窗口數(shù)據(jù)獲得低的頻率引入錯(cuò)誤的信息，我們不能使用0到0.5 thz光譜的進(jìn)一步分析。我們以前的研究14表明一個(gè)a（v）造成樣品吸收的濃度成正比，所以a（v）可以用beer定律來表達(dá)， av=vcd (4)其中，v是摩爾吸收系數(shù)。因此，我們通過v的幾種不同濃度標(biāo)準(zhǔn)曲計(jì)算v的平均值的標(biāo)準(zhǔn)化。該v樣片獲得標(biāo)準(zhǔn)譜。我們使用標(biāo)準(zhǔn)光譜集（精氨酸、谷氨酰胺、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、麥芽糖醇和檸檬酸）為進(jìn)一步定量分析。我們可以通過使用

54、標(biāo)準(zhǔn)的譜集計(jì)算出任何混合物質(zhì)（精氨酸、谷氨酰胺、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、麥芽糖醇和檸檬酸）的頻譜（尺度（），scalcv=kl-argvl-arg+kl-gluvl-glu+ (5)+kcitric acidcitric acidv其中，kl-arg, kl-glu, kl-ile, kl-leu, kl-val, kmaltitol, and kcitric acid為精氨酸、谷氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、麥芽糖醇和檸檬酸成分的系數(shù)。得到的系數(shù)對應(yīng)的氨基酸，就是加入添加劑a和b的最確切的比例，使我們計(jì)算和實(shí)驗(yàn)光譜之間的誤差最小化。三、結(jié)果與討論1、添加劑a，無包裝圖1 展開補(bǔ)充劑的thz光譜（a）和包裹在一個(gè)包裹紙里的樣片（b），實(shí)驗(yàn)（粗實(shí)線）和計(jì)算（加粗虛線）譜進(jìn)行了比較，光譜的成分疊加顯示各自貢獻(xiàn)的計(jì)算光譜。表2添加劑a在0.5到3 thz清楚地觀察到幾個(gè)特征峰。虛線顯示計(jì)算譜加入標(biāo)準(zhǔn)得到