CN112461810A - 一种基于sers技术的格列齐特药片的检测方法 - Google Patents

一种基于sers技术的格列齐特药片的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，包括以下步骤：第一步、格列齐特标准液的制备；第二步、制备花状纳米银SERS衬底；第三步、格列齐特标准液SERS光谱采集；第四步、定标方程拟合，建立格列齐特浓度与特征峰拉曼信号强度之间的对应关系；第五步、实际药品的检测，通过光谱数据读取格列奇特浓度信息，之后与已知浓度对比确定格列齐特含量是否超标。本发明方法不需要任何样品预处理，绿色环保，检测成本低；能够实现对格列奇特样品的痕量检测，检测过程简单，有利于实现现场实时检测；采用主成分分析法进行光谱数据处理，算法简单高效，拟合精确，提高了检测结果的准确度；能够实现对未经过处理的格列齐特药片的检测。

Description

一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法
技术领域
本发明涉及中药检测技术领域，具体涉及一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法。
背景技术
中药为我国的文化瑰宝，中成药因疗效好以及毒副作用小而广受青睐。但一些商家利用中成药所含成分复杂、质量标准不完善、添加化学药物不易被识别等缺点，在中成药生产过程中非法添加化学药品，夸大其宣传疗效，牟取不义之财，给患者的身心健康造成了严重危害。目前，格列齐特作为一种中药类降血糖药已广泛用于医学治疗，可用于治疗2型糖尿病。该药物通过与KATP非胰岛素依赖型糖尿病(2型糖尿病)的磺酰脲受体(SUR1)相互作用，诱导胰腺β细胞释放的胰岛素降低血糖水平。此外，它还可以改善糖尿病患者的代谢和血管功能障碍。每日低剂量(30-120mg/天)与血糖水平的变化相一致，可以有效地控制血糖水平。但是，格列齐特的滥用可能引起低血糖，更严重的情况下会出现血小板减少，中性粒细胞减少的现象，从而危害人们的健康。更糟的是，为了追求益处和降糖效果，一些药物制造商在降糖药物中添加了过量的格列齐特，从而危害人们的健康，特别是对于抵抗力较弱的人，例如儿童，孕妇，老人和病人。因此，需要开发一种快速、高度灵敏和定量的药物检测方法。目前，针对格列齐特含量的测定方法主要有两种，一种是非水滴定法，用电位法指示终点，但终点突跃不明显，致使滴定误差较大；为此，路晓钦等人用磷酸盐缓冲液(PH7.5)为溶剂，采用紫外分光光度法测定格列齐特的含量，相比非水滴定法，检测结果准确度有明显提高。但是由于紫外分光光度法仪器昂贵，导致检测成本较高，且不便于携带，因此不利于现场检测。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题及不足，提供一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，包括以下步骤：
第一步、格列齐特标准液的制备：制备不同浓度格列齐特提取液作为格列齐特标准液；
第二步、SERS衬底的制备：制备花状纳米银SERS衬底；
第三步、格列齐特标准液SERS光谱采集：首先将含有花状纳米银的SERS衬底分别浸入浓度从10-4M-10-10M的格列齐特标准液中1h，然后转移到60℃的真空干燥箱中6h，最后利用拉曼光谱仪采集格列齐特标准液的拉曼光谱，并对其特征峰进行标注；
第四步、定标方程拟合：首先用数值滤波器的基线校准和局域极值的寻峰算法消除干扰信号，然后利用最小二乘算法实现不同浓度格列齐特拉曼光谱定标方程的拟合，建立格列齐特浓度与特征峰拉曼信号强度之间的对应关系；
第五步、实际药品的检测：首先利用拉曼光谱仪获取实际的格列齐特药片所配置溶液的拉曼光谱，然后通过光谱数据读取格列奇特浓度信息，之后与已知浓度对比确定格列齐特含量是否超标。
作为本发明一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法的进一步优化，所述的第二步中花状纳米银SERS衬底的制备，包括如下步骤：
步骤(1)、取物质的量浓度为1M的硝酸银溶液0.21ml、质量浓度为1％的聚乙烯吡咯烷酮溶液2ml和去离子水15ml于烧杯中，得到混合溶液；
步骤(2)：将混合溶液在磁力搅拌器下搅拌，搅拌均匀后加入0.3M的抗坏血酸溶液1ml，搅拌10min；
步骤(3)：将步骤(2)的溶液倒入离心管中进行离心，离心速率为5000-8000r/min，离心时间为15min；
步骤(4)：将离心后的上清液倒掉，重新加入10ml去离子水，将离心产物溶解后即得纳米银溶胶；
步骤(5)：将制备好的纳米银溶胶滴1-2ml到硅片上，在60℃的环境中烘干6小时后即可得到花状纳米银SERS衬底。
作为本发明一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法的进一步优化，所述的第三步中利用拉曼光谱仪采集标准样品的拉曼光谱，具体参数为：拉曼光谱的激发波长为785nm，激光功率为25mW，曝光时间为10s，扫描的波长范围是600-1800cm-1。
作为本发明一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法的进一步优化，所述的第四步的定标方程拟合的具体过程为：
S1、通过数值滤波器的基线校准和局域极值的寻峰算法消除干扰信号，得到已知浓度格列齐特的峰位信息，即波数和峰强；
S2、将格列齐特各SERS光谱的特征峰强度和对应浓度构建矩阵，带入PCA算法中，通过MATLAB运算得到其主成分的特征值与方差贡献率和累计方差贡献率；
S3：将方差贡献率按从大到小排序，取累计方差贡献率大于85％的主成分的特征值作为主成分公式里的系数；
S4：将得到的主成分得分取log作为横坐标，将-logC作为纵坐标，C为格列齐特的浓度，进行最小二乘拟合，得到的定标方程和拟合系数。
作为本发明一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法的进一步优化，所述的第五步的格列齐特药片所配置溶液的溶剂为乙腈。
本发明具有以下有益效果：
一、本发明的检测方法能够实现对实际未经过处理的格列齐特缓释片的检测，且检测结果较为准确；且在保证对疏水性格列奇特的检测精度的基础上，缩短了检测时间，提高了检测效率，使其能够实现现场实时检测。
二、本发明的方法不需要任何样品预处理，不仅绿色环保，而且检测成本低；解决了现有技术中的格列齐特测定方法，如非水滴定法、紫外分光光度法需要对样品预处理，且需要使用昂贵的专业设备和消耗大量化学试剂(如乙醇等)，操作十分繁琐等问题。
三、本发明通过构建花状纳米银材料，使其表面带有的正电荷和待测物带的负电荷进行静电吸附作用，使待测物与衬底之间更好的结合，且吸附强度可以通过花状银和待测物之间的携带电荷的量进行调节。且所制备的花状纳米银颗粒SERS衬底形貌良好、均一度高、Ag纯度很高，表面花状褶皱使SERS衬底的热点效应明显，能够实现对格列奇特样品的痕量检测，最低检测限可达10-8mol/L，且检测过程简单,有利于实现拉曼光谱在复杂环境中对格列奇特样品的现场检测。
四、本发明使用便携式拉曼光谱仪，检测时间短，每个样品的检测都可以在30s内完成，有利于实现现场实时检测，适合大规模生产应用。
五、本发明采用主成分分析法进行光谱数据处理，算法简单高效，拟合精确，同时建立了格列齐特浓度与拉曼光谱强度的对应关系，实现了检测过程数字化，大大提高了检测结果的准确度。
附图说明
图1是本发明中格列齐特标准液的SERS光谱图；
图2是本发明中格列齐特的回归曲线图；
图3是本发明中实际值和实验值之间的误差分析结果图；
图4是本发明中实际格列齐特片(Ⅱ)的SERS光谱图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，包括以下步骤：
第一步、格列齐特标准液的制备：称取0.0323g的格列齐特粉末溶于100mL的去离子水中，获得10-3mol/L的格列齐特标准液，而后分别进行稀释，获得浓度为10-4mol/L、10- 5mol/L、10-6mol/L、10-7mol/L、10-8mol/L的格列齐特标准液。
第二步、SERS衬底的制备：制备花状纳米银SERS衬底，包括如下步骤：
步骤(1)、取物质的量浓度为1M的硝酸银溶液0.21ml、质量浓度为1％的聚乙烯吡咯烷酮溶液2ml和去离子水15ml于烧杯中，得到混合溶液；
步骤(2)：将混合溶液在磁力搅拌器下搅拌，搅拌均匀后加入0.3M的抗坏血酸溶液1ml，搅拌10min；
步骤(3)：将步骤(2)的溶液倒入离心管中进行离心，离心速率为5000-8000r/min，离心时间为15min；
步骤(4)：将离心后的上清液倒掉，重新加入10ml去离子水，将离心产物溶解后即得纳米银溶胶；
步骤(5)：将制备好的纳米银溶胶滴1-2ml到硅片上，在60℃的环境中烘干6小时后即可得到花状纳米银SERS衬底。
第三步、格列齐特标准液SERS光谱采集：首先将含有花状纳米银的SERS衬底分别浸入浓度从10-4M-10-10M的格列齐特标准液中1h，然后转移到60℃的真空干燥箱中6h，最后利用拉曼光谱仪采集格列齐特标准液的拉曼光谱，并对其特征峰进行标注；拉曼光谱的激发波长为785nm，激光功率为25mW，曝光时间为10s，扫描的波长范围是600-1800cm-1；所采集的不同浓度格列齐特标准液的SERS光谱图谱如图1所示；
第四步、定标方程拟合：首先用数值滤波器的基线校准和局域极值的寻峰算法消除干扰信号，然后利用最小二乘算法实现不同浓度格列齐特拉曼光谱定标方程的拟合，建立格列齐特浓度与特征峰拉曼信号强度之间的对应关系；具体过程为：
S1、通过数值滤波器的基线校准和局域极值的寻峰算法消除干扰信号，得到已知浓度格列齐特的峰位信息，即波数和峰强；
S2、将格列齐特各SERS光谱的特征峰强度和对应浓度构建矩阵，带入PCA算法中，通过MATLAB运算得到其主成分的特征值与方差贡献率和累计方差贡献率；
S3：将方差贡献率按从大到小排序，取累计方差贡献率大于85％的主成分的特征值作为主成分公式里的系数；公式如下：
F＝0.427α633+0.4146α799+0.4207α811+0.3804α898+0.3982α1160+0.4068α1599；
在该计算的方程式中(PCA与格列齐特浓度)，F表示主成分，α表示波数。
S4：将得到的主成分得分取log作为横坐标，将-logC作为纵坐标，C为格列齐特的浓度，绘制为线性回归曲线，如图2所示，进行最小二乘拟合，确定拟合系数(R2)达到0.98829，拟合精度高。然后，基于该线性回归方程，制作误差分析图，如图3所示，该图表明花状银底物具有较高的准确度和SERS活性，可用于检测格列齐特分子。
第五步、将从药店购买的格列齐特片(Ⅱ)(日常生活中服用的降压药)不是纯的格列齐特压成粉末，然后将适量的粉末溶解在乙腈中制成不同浓度的格列齐特样品，最后将它们滴在花状银基板上进行SERS测试，测试结果如图4所示，随着浓度的降低，样品的SERS信号降低。当浓度达到10-5M时，样品的SERS信号变得非常微弱，一些峰消失了，还有一些仍隐约可见的特征峰，例如1599cm-1，因此可以用作浓度极限检测的标志，检测极限可以固定在10-5M。
第六步：实际样品的定量分析，将图4中的光谱信息带入图2的拟合方程可得格列齐特片(II)的浓度为93.5％，由于购买的格列齐特片(II)已知浓度为98％，检测误差为4.59％。检测误差小于15％，表明SERS技术在物质环境较为复杂的情况下仍可以保持较高的检测准确度，实现对实际格列奇特药片的检测。
为了实现偏最小二乘回归的基本思想，要求t1和u1的协方差最大，即求解下面的优化问题
Figure BDA0002786380710000061
利用拉格朗日乘数法求出w1和c1满足
Figure BDA0002786380710000062
Figure BDA0002786380710000063
其中，E0、F0分别为X与Y的标准化数据，w1是
Figure BDA0002786380710000064
F0
Figure BDA0002786380710000065
E0的单位特征向量，θ1 2是对应的特征值同时也是目标函数值的平方，c1是
Figure BDA0002786380710000066
E0
Figure BDA0002786380710000067
F0最大特征值θ1 2的的单位特征向量。求出w1和c1即可得成分t1和u1，然后分别求E0和F0对t1的的回归方程
本发明的检测方法能够实现对实际未经过处理的格列齐特缓释片的检测，且检测结果较为准确；且在保证对疏水性格列奇特的检测精度的基础上，缩短了检测时间，提高了检测效率，使其能够实现现场实时检测。
本发明通过构建花状纳米银材料，使其表面带有的正电荷和待测物带的负电荷进行静电吸附作用，使待测物与衬底之间更好的结合，且吸附强度可以通过花状银和待测物之间的携带电荷的量进行调节，满足公式：F＝Qqk/R2，其中F是相互作用力，Q，q表示两个不同的带电量，k表示介电常数，R表示物质之间的距离。且所制备的花状纳米银颗粒SERS衬底形貌良好、均一度高、Ag纯度很高，花状纳米银衬底具有高比表面积，并且具有较多的突起，是一个高表面粗糙度的结构，表面花状褶皱使SERS衬底的热点效应明显，能够实现对格列奇特样品的痕量检测，最低检测限可达10-8mol/L，且检测过程简单,有利于实现拉曼光谱在复杂环境中对格列奇特样品的现场检测。
本发明的方法不需要任何样品预处理，不仅绿色环保，而且检测成本低；解决了现有技术中的格列齐特测定方法，如非水滴定法、紫外分光光度法需要对样品预处理，且需要使用昂贵的专业设备和消耗大量化学试剂(如乙醇等)，操作十分繁琐等问题。本发明使用便携式拉曼光谱仪，检测时间短，每个样品的检测都可以在30s内完成，有利于实现现场实时检测，适合大规模生产应用。本发明采用主成分分析法进行光谱数据处理，算法简单高效，拟合精确，大大提高了检测结果的准确度。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步、格列齐特标准液的制备：制备不同浓度格列齐特提取液作为格列齐特标准液；
第二步、SERS衬底的制备：制备花状纳米银SERS衬底；
第三步、格列齐特标准液SERS光谱采集：首先将含有花状纳米银的SERS衬底分别浸入浓度从10-4M-10-10M的格列齐特标准液中1h，然后转移到60℃的真空干燥箱中6h，最后利用拉曼光谱仪采集格列齐特标准液的拉曼光谱，并对其特征峰进行标注；
第四步、定标方程拟合：首先用数值滤波器的基线校准和局域极值的寻峰算法消除干扰信号，然后利用最小二乘算法实现不同浓度格列齐特拉曼光谱定标方程的拟合，建立格列齐特浓度与特征峰拉曼信号强度之间的对应关系；
第五步、实际药品的检测：首先利用拉曼光谱仪获取实际的格列齐特药片所配置溶液的拉曼光谱，然后通过光谱数据读取格列奇特浓度信息，之后与已知浓度对比确定格列齐特含量是否超标。
2.根据权利要求1所述的一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，其特征在于：所述的第二步中，花状纳米银SERS衬底的制备，包括如下步骤：
步骤(1)、取物质的量浓度为1M的硝酸银溶液0.21ml、浓度为1％的聚乙烯吡咯烷酮溶液2ml和去离子水15ml于烧杯中，得到混合溶液；
步骤(2)：将混合溶液在磁力搅拌器下搅拌，搅拌均匀后加入0.3M的抗坏血酸溶液1ml，搅拌10min；
步骤(3)：将步骤(2)的溶液倒入离心管中进行离心，离心速率为5000-8000r/min，离心时间为15min；
步骤(4)：将离心后的上清液倒掉，重新加入10ml去离子水，将离心产物溶解后即得纳米银溶胶；
步骤(5)：将制备好的纳米银溶胶滴1-2ml到硅片上，在60℃的环境中烘干6小时后即可得到花状纳米银SERS衬底。
3.根据权利要求1所述的一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，其特征在于：所述的第三步中利用拉曼光谱仪采集标准样品的拉曼光谱，具体参数为：拉曼光谱的激发波长为785nm，激光功率为25mW，曝光时间为10s，扫描的波长范围是600-1800cm-1。
4.根据权利要求1所述的一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，其特征在于，所述的第四步的定标方程拟合的具体过程为：
S1、通过数值滤波器的基线校准和局域极值的寻峰算法消除干扰信号，得到已知浓度格列齐特的峰位信息，即波数和峰强；
S2、将格列齐特各SERS光谱的特征峰强度和对应浓度构建矩阵，带入PCA算法中，通过MATLAB运算得到其主成分的特征值与方差贡献率和累计方差贡献率；
S3：将方差贡献率按从大到小排序，取累计方差贡献率大于85％的主成分的特征值作为主成分公式里的系数；
S4：将得到的主成分得分取log作为横坐标，将-logC作为纵坐标，C为格列齐特的浓度，进行最小二乘拟合，得到的定标方程和拟合系数。
5.根据权利要求1所述的一种基于SERS技术的格列齐特药片的检测方法，其特征在于，所述的第五步的格列齐特药片所配置溶液的溶剂为乙腈。
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