中药制剂分析-第七章-生物样品的成分分析医学.ppt
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1、第七章 生物样品的成分分析,第一节 生物样品的制备 第二节 生物样品的成分分析 第三节 应用举例,第一节 生物样品的制备,一、常用生物样品二、样品预处理,一、常用生物样品,(一)血样血样包括血浆、血清和全血,其中常用的是血浆。血浆是全血加肝素、草酸盐、枸橼酸等抗凝剂经离心后分取的上层清液,其量约为全血的一半。血清则是由血液中纤维蛋白元等影响下引起血块凝结而析出,离心后取上层清液而得。一般认为,药物在体内达到稳定状态时,血浆中药物浓度是与药物在作用点的浓度紧密相关的,即血浆中药物浓度可以反映药物在体内(靶器官)的状况。目前采用血药浓度的测定方法,大都测定原型药物总量,主要用于药动学、生物利用度、
2、药物浓度监测等研究。(二)尿液尿液主要用于药物代谢等研究。体内药物清除主要是通过尿液,以原型或代谢物及缀合物形式排出。尿液药物浓度较高,收集量可以很大,但尿液浓度变化较大,尿中药物浓度改变不直接反映血药浓度,尿液与血液中药物浓度的相关性不理想。此外尿液的采集具有在短时间内不可能多次取样,排尿时间较难掌握以及不易采集完全等缺点。,一、常用生物样品,(三)唾液唾液可用作药物浓度监测及药代动力学研究。唾液中药物浓度通常与血浆浓度相关,因此将唾液作为样本,就成为简便的、无损害的并能反映血药浓度的方法。唾液的采集不受地点、时间的限制,容易获得,且许多用于血浆测定的方法稍加改进即可用于唾液的药物浓度测定。
3、唾液药物浓度一般比血浆药物浓度低,但两者存在着恒定的比例关系,通过测定唾液药物浓度可推断血浆中药物浓度。与血浆药物浓度相比,唾液中药物浓度变化较大。此外,取各种脏器组织制成组织匀浆,在研究药物的体内分布、积蓄或代谢过程中常常使用。生物样品中往往存在很多酶,使样品处在变化之中,所以取样后最好立即分析,并应采取一切措施,如调pH值、加有机溶剂等,将待测成分转移到稳定状态。对血浆、血清样品,应尽快从全血中离心分离出来,一般最迟不超过24小时,分离后冰冻保存。尿液应在取样后立即测定,若收集24小时或更长时间,不能立即测定时,应置4冰箱保存;若在室温保存,应在采样后立即加入防腐剂;若需放置较长时间则需冷
4、冻贮存。,二、样品预处理,样品预处理是生物样品成分分析中极为重要、困难和繁杂的一部分。因为,药物在体内可以多种形式存在,如游离型和蛋白结合型,代谢物和缀合物等,需分别测定;待测物浓度很低,生物样品组成复杂,有众多内源性成分和各种潜在干扰物存在;待测成分类型众多,性质各异,很难制定固定的样品处理程序和方式。因此,样品预处理必须综合考虑成分类型、理化性质、存在形式、浓度范围、测定目的、选取的生物样本类型及测定方法等多种因素,采取相应的分离步骤和净化技术。,二、样品预处理,(一)预处理方法选择依据1.待测成分理化性质 样品的分离制备与分析方法均依赖于待测成分及其代谢物的理化性质,如成分的酸碱性、极性
5、、挥发性、光谱特征、功能团性质、化学稳定性、蛋白结合程度等。2.待测成分浓度范围 生物样品中待测成分浓度相差悬殊,对待测成分浓度高的样品,预处理要求可稍低;浓度越小则样品净化富集的要求越高。3.测定目的 测定目的不同,对样品要求也不同。如需测定代谢物,则要求代谢物从缀合物中释放出来,并在不同pH值介质中分离,以获得酸性、中性或碱性代谢物。4.生物样品类型 不同的生物样品处理方法不同。例如,血浆、血清及组织匀浆等样品含有大量蛋白质,常需去除蛋白质后提取;而唾液有大量粘液蛋白,需离心沉淀除去;尿中药物大多呈缀合状态,常需采用酸或酶使缀合物水解。5.测定方法 样品制备和需要净化的程度与所用测定方法是
6、否专属,是否具分离能力等有关。例如,不具有高的分辨率的光谱分析法与兼有分离作用的色谱法相比,前者对样品分离纯化的要求就要比后者高。又如在各种免疫测定中通常不必考虑成分的分离,只需采取简单的浓集,这是因为免疫测定法具有很高的特异性。,二、样品预处理,(二)提取1.除去蛋白质(1)有机溶剂沉淀法:采用有机溶剂如乙腈、甲醇、乙醇、丙酮等沉淀蛋白质。沉淀蛋白的效力由强至弱依次为乙腈、丙酮、乙醇和甲醇。其中用乙腈除去蛋白质,产生的沉淀容易分离,应用比较广泛。当用13体积的有机溶剂时,可使90以上的蛋白质沉淀。(2)盐析法:加中性盐如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等,利用盐析作用使蛋白质沉淀。(3)酸性试剂沉淀法
7、:常用的酸性沉淀剂有三氯醋酸、高氯酸、苦味酸等,其中10三氯醋酸是最常用的蛋白沉淀剂。但三氯醋酸试剂中常含有杂质,致使一些方法的空白值偏高,其次是除去蛋白质后如采用乙醚为提取溶剂,三氯醋酸会溶入乙醚中干扰测定。(4)酶消化法:在温和的理化条件下,水解生物蛋白,将与蛋白结合的成分释放,对蛋白结合率强的成分可显著改善回收率,避免成分在强酸下水解和较高温度时降解。采用HPLC检测时,无需再进行过多的净化操作。常用的蛋白水解酶有枯草杆菌蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶等。其中枯草菌溶素(一种细菌性碱性蛋白分解酶)最为常用,在pH7.011.0范围内使蛋白质降解,在5060具有最大活力。加入蛋白酶激活剂,可减
8、少酶用量和缩短活化时间,如咖啡因与胃蛋白酶合用,氯化钙与胰蛋白酶合用等。(5)其他方法:采用超滤法、透析法、微孔滤膜过滤法,可除去体液样品中的蛋白质,用于测定血清或血浆中游离待测成分的浓度。但与蛋白结合的待测成分未能被解脱出来而不能检出。,二、样品预处理,2.缀合物水解 药物在体内经二相代谢后,在血浆及尿中多呈缀合物形式(葡萄糖醛酸苷或硫酸酯)存在。其极性均大于母体药物,属亲水性或在生理pH值下解离的成分,不易被有机溶剂提取,需要通过水解处理,使缀合物中的成分或代谢物游离出来,再用有机溶剂提取。常用缀合物水解方法有:(1)酸水解:酸水解通常使用无机酸,如盐酸。该法简便、快速,但与酶水解相比,专
9、一性较差,部分成分在水解过程中可能发生结构改变。(2)酶水解:通常使用的水解酶是葡萄糖醛酸苷酶和芳基硫酸酯酶。前者可专一性地水解药物的葡萄糖醛酸苷,后者可水解药物的硫酸酯。在实际应用中也常使用两者的混合物葡萄糖醛酸苷-硫酸酯混合酶。与酸水解相比,酶水解专属性强,条件温和,一般不会引起被测物分解,缺点是酶水解时间长,费用大,可能引入粘液蛋白等杂质。(3)溶剂解:某些药物的硫酸酯,在加入提取溶剂进行提取过程中,会发生分解,称之为溶剂解。,二、样品预处理,(三)分离与净化1.液相提取(液-液提取)(1)提取率(萃取率):在生物样品成分分析中,由于样品量少且待测成分含量低,分析的样品数量又较多,通常不
10、采用反复提取(萃取)的方法,一般提取(萃取)一次(至多两次)即可。对一般分析而言,萃取率(提取率)不低于50,就基本符合要求。,二、样品预处理,(2)影响提取率的因素:水相pH值:水相pH值对于酸、碱性成分的提取率影响很大。pH值的选择主要与待测成分的pKa值有关。一般来说,碱性成分的最佳pH值应高于其pKa值23个单位;酸性成分的最佳pH值应低于其pKa值23个单位;中性成分可在任一pH条件下被提取,但以在pH值偏高的情况下进行提取较好。为保证提取率的重现性,多采用缓冲溶液,以保持在提取过程中溶液pH值稳定。提取溶剂:理想的提取溶剂对被测成分应具有大的亲合力;极性较小,与水不互溶;沸点适宜;
11、不影响紫外检测;价廉,无毒,化学性质稳定等。为了减少容器对待测成分的吸附损失,提高提取率,可在非极性提取溶剂(如烃类)中加入少量醇,如庚烷中加1甲醇,己烷中加2异戊醇或丁醇等。离子强度:在水相中加入盐如NaCl,增加离子强度,可降低成分在水相中的溶解度,有利于溶剂提取。,二、样品预处理,(3)提取技术:通常不采用反复提取的方法,多半进行一次(至多两次)提取,在用酸碱回提时也只进行一次。一般不考虑“提尽药物”。提取溶剂必须精确加入,提取液要定量分出,其他操作应与建立标准曲线时完全相同,并进行平行操作。有机溶剂与水相的体积比一般为1:1或2:1,混合方式多采用密塞情况下振荡器振荡、涡动混合器旋摇或
12、首尾颠倒混合。玻璃容器表面会对成分产生吸附,为减少吸附可在提取溶剂中加少量异戊醇、二乙胺等,或对玻璃仪器进行硅烷化处理。,二、样品预处理,(4)离子对提取:适用于高度电离的亲水性强的极性化合物的提取,如尿液中水溶性大的缀合物(结合物),常规的溶剂萃取法很难将它们萃取出来。应用离子对提取法,则很多成分的葡萄糖醛酸苷及硫酸酯可与烷基季铵离子形成脂溶性很强的离子对配合物,易被有机溶剂萃取。常用于离子对萃取的反离子有烷基或芳基磺酸盐、无机酸根(如ClO,Cl)等,用于呈阳离子状态的成分(如含N碱性成分);412个碳原子的烷基铵类(其中最常用的为四丁基铵)用于呈阴离子状态的成分或代谢物,如酸性成分、葡萄
13、糖醛酸苷等。萃取溶剂常用氯仿、二氯甲烷等。,二、样品预处理,2.固相提取(液-固提取)固相提取是近年来发展起来的一种简便快速的生物样品分离净化方法,避免了液相提取时,易产生乳化现象,待测成分易损失的缺陷。且溶剂用量少,提取效能和回收率高,操作安全、省时、速度快,引入污染少。选择合适的溶剂洗涤后,固相柱可再生重复使用。若将提取柱与HPLC、GC系统相连,采用柱切换技术,可以达到自动化的样品处理。,二、样品预处理,(1)固相提取操作:固相提取纯化样品的方式通常可分为2种:选择性提取:将待测成分保留在柱上,杂质随样品溶剂或洗脱液洗出,然后以小体积溶剂洗脱待测成分。选择性冲洗:将待测成分和杂质保留在柱
14、上,然后选择适当溶剂冲洗杂质,保留待测成分;或杂质被保留,待测成分被洗脱。(2)影响固相提取的因素:合适的洗涤剂和洗脱剂。流速:流速太快会使待测成分与吸附剂不能充分接触,导致与杂质的分离度下降,样品流失,回收率降低或不能重现。上样量:超载易引起回收率差或不稳定。判断是否超载,可进行样品突破性实验。方法为取已知浓度样品液:A.小体积上柱;B.用合适的洗脱方法洗脱;C.测定百分回收率;D.增大样品上样体积,重复AC步;E.重复D。绘制回收率与样品上样体积曲线,当回收率下降时,表明样品超载。,二、样品预处理,(四)富集在样品提取纯化过程中,不仅待测成分得到了纯化,而且还有可能被初步浓集,但往往不能直
15、接供GC或HPLC测定用,因为微量的待测成分仍然分布于较大的提取溶剂之中,而GC和HPLC都受进样量的限制。富集方法可采用真空蒸发、减压冻干或通入气流吹干(一般通入压缩空气,遇氧不稳定的组分可改用氮气)。为了避免被测成分随溶剂一起挥发损失,可在通气前往提取液中加入少许沸点稍高的溶剂起固定作用。例如,在乙醚提取液中加入乙醇后再通气流蒸发。,第二节 生物样品的成分分析,一、分析方法的设计与评价二、常用的分析方法,一、分析方法的设计与评价,生物样品成分分析方法的建立是生物样品成分分析的重要内容。在设计分析方法前,应在做好文献研究工作基础上充分了解待测成分的特性与在生物样品内的状况,明确测定目的和要求
16、。如拟建立的方法是用于药代动力学研究,则要求方法应具有一定的灵敏度和准确度,具有较宽的定量线性范围,而不强调简便、快速,若是用于临床药物浓度监测,则要求分析方法必须简便、快速。如果要求同时测定母体成分和代谢物,则应选择具有分离能力或专属的测定方法。,一、分析方法的设计与评价,(一)方法建立分析方法初步拟定后,需通过一系列实验工作,选择最佳实验条件及验证所拟定的方法是否适合实际样品检测。分析方法的建立一般应包括下列步骤:1.对照品测定 取待测成分对照品适量,按拟定方法测定,求得浓度与测定响应值之间的关系,进行线性范围、最适测定浓度、检测灵敏度、测定最适条件(如pH值、温度、反应时间等)等的选择。
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