綠色化學(xué)指導(dǎo)下的薄層色譜實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

宋麗麗， 殷宏慶， 曹 穎， 王麗峰， 任曉亮

(天津中醫(yī)藥大學(xué) 中藥學(xué)院， 天津 301617)

0 引 言

綠色化學(xué)是一種環(huán)境友好，有利于可持續(xù)發(fā)展的化學(xué)。綠色化學(xué)常被稱為“環(huán)境友好化學(xué)”“環(huán)境無害化學(xué)”，其主要任務(wù)是在化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用過程中，利用化學(xué)技術(shù)和方法減少或消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生和擴(kuò)散，其核心就是從源頭上消除污染、清潔環(huán)境[1]。在倡導(dǎo)綠水青山就是金山銀山的今天，發(fā)展綠色化學(xué)無疑是時代發(fā)展的必然趨勢。跟緊國家綠色發(fā)展工作步伐，節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境，創(chuàng)造綠色、清潔、無污染的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，把“綠色化學(xué)”理念應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的綠色化，是實(shí)施教學(xué)改革的目標(biāo)和追求[2]。

1 基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的必要性

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是中醫(yī)藥高校中非常重要的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐操作技能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性。實(shí)驗(yàn)是理論課程的重要補(bǔ)充，有利于學(xué)生更好地理解和應(yīng)用教材中的理論知識，對學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)起著重要作用[3]?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的薄層色譜是藥典中一種常用的定性鑒別方法，主要被用于對中藥材及相關(guān)中藥制劑的定性定量分析[4]。但藥典中使用單一指標(biāo)成分的定性、定量分析方法并不能全面反映其內(nèi)在質(zhì)量，在中藥質(zhì)量控制等具有較高質(zhì)量要求的情況下，存在鑒別指標(biāo)少、重復(fù)性和穩(wěn)定性較差、展開劑毒性大、結(jié)果不夠準(zhǔn)確全面等缺點(diǎn)[5-6]。此外，由于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及的薄層實(shí)驗(yàn)所用試劑種類多、消耗量大，容易產(chǎn)生大量廢液，回收處理難度大，且大多為有毒、易揮發(fā)性試劑，安全性低對環(huán)境污染較大，長時間接觸會對師生的健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害[7]。而且學(xué)生環(huán)保意識薄弱，實(shí)驗(yàn)中試劑任意取用，廢液隨意傾倒等不按規(guī)定處理的現(xiàn)象時有發(fā)生，一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理也造成了不必要的浪費(fèi)[8]。因此，有必要開展以綠色化學(xué)為導(dǎo)向的薄層色譜實(shí)驗(yàn)改革，以改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，期望在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中逐漸滲透綠色化學(xué)的思想，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展意識，把綠色思想扎根于學(xué)生的頭腦中，對學(xué)生綠色化學(xué)理念的形成，以及學(xué)生在未來從事藥學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的工作及更高層次的研究中大有裨益[9]。

2 薄層色譜實(shí)驗(yàn)改革方案

薄層色譜在中藥分析中的應(yīng)用是大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中重要內(nèi)容，與其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比用到的試劑種類多，在實(shí)驗(yàn)操作過程中容易產(chǎn)生大量的有毒、有害廢棄物。并且傳統(tǒng)的以單一成分為指標(biāo)的薄層色譜實(shí)驗(yàn)，已無法滿足質(zhì)量檢測的要求。因此在保證預(yù)期實(shí)驗(yàn)效果的前提下，整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分考慮實(shí)驗(yàn)所用試劑、溶劑、催化劑及產(chǎn)物毒性以及整個實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生“三廢”對環(huán)境的污染。優(yōu)先選擇低毒、低能耗、用量小、污染小的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，重新設(shè)計(jì)污染小、更環(huán)保、更準(zhǔn)確全面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是實(shí)施綠色化教學(xué)改革的主要方向[10-11]。因此從薄層色譜實(shí)驗(yàn)入手，從綠色化學(xué)的教學(xué)理念出發(fā)，致力于尋找更為合適的實(shí)驗(yàn)方案。

在傳統(tǒng)的薄層色譜實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多選擇中藥黃連進(jìn)行測定，我校薄層色譜實(shí)驗(yàn)關(guān)于中藥內(nèi)容的部分也是選用了黃連進(jìn)行分析，色譜條件參考2015版藥典進(jìn)行了調(diào)整，展開劑為乙酸乙酯∶氯仿∶甲醇∶氨水∶二乙胺(8∶2∶2∶1∶0.5)。實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，由于展開劑溶劑種類較多、且含有易致毒試劑-氯仿，學(xué)生配制溶液費(fèi)時較長且由于展開劑中各種試劑揮發(fā)性質(zhì)的不同，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作動作慢，使得最終展開劑的比例出現(xiàn)了很大的差別，展開效果不理想。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)條件的摸索，對展開劑進(jìn)行優(yōu)化，未發(fā)現(xiàn)更綠色更環(huán)保的條件更好地用于黃連中生物堿的鑒別。因此對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了更改，通過查閱大量文獻(xiàn)，以及參考相關(guān)實(shí)驗(yàn)教材，且通過調(diào)研其他學(xué)校相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將原薄層色譜中中藥部分改為“中藥大黃的測定”[12-15]。2015版中國藥典(一部)對大黃的薄層色譜鑒別，其方法是采用硅膠法，展開劑為石油醚∶甲酸乙酯∶甲酸(15∶5∶1)，以大黃酸作為對照品進(jìn)行鑒別。然而目前往往只用一種成分很難對中藥進(jìn)行很好地鑒別，一般都會選擇2～3種含量較大的有效成分作為鑒別中藥真?zhèn)蔚闹笜?biāo)。經(jīng)查閱文獻(xiàn)可知大黃素和大黃酚在大黃藥材中含量較高且具有很好的消炎、抑菌、抗病毒作用[16]。因此同時采用大黃素和大黃酚兩種成分對大黃藥材進(jìn)行薄層色譜實(shí)驗(yàn)。為了得到更好的實(shí)驗(yàn)效果，且保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和穩(wěn)定性良好，重點(diǎn)對展開劑進(jìn)行了優(yōu)化。本實(shí)驗(yàn)首先參照藥典方法進(jìn)行測定，但考慮到甲酸乙酯極易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險，故選擇了乙酸乙酯進(jìn)行替代。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1(a)，在該條件下，各組分遷移速度較快。由表1可見，a、b兩組分Rf值相近，在溶劑前沿位置發(fā)生了重合，難以實(shí)現(xiàn)分離。選用酸性稍弱的冰醋酸在同等比例下進(jìn)行展開，由圖1(b)可見，同樣出現(xiàn)了斑點(diǎn)在薄層板上端過于集中的問題，效果不夠理想。推測由于展開劑中乙酸乙酯比例過大，導(dǎo)致各組分遷移速度過快。通過調(diào)整展開劑系統(tǒng)中各溶劑的比例，在石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)色譜條件下展開，由圖1(c)和表1中可見，樣品展開后各組分斑點(diǎn)較多、較圓且清晰，分離效果好，斑點(diǎn)無重合、拖尾現(xiàn)象，Rf值適當(dāng)、重現(xiàn)性好，對大黃藥材具有很好的鑒別效果。在此基礎(chǔ)上，本著節(jié)約溶劑、綠色環(huán)保的原則，嘗試了僅以兩種溶劑進(jìn)行展開，但圖1(d)結(jié)果表明，去除冰醋酸后拖尾嚴(yán)重，且組分大多都停留在原點(diǎn)附近未得到分離。對比多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)為展開劑時，各組分分離效果較佳。

圖中:1為大黃酚對照品; 2為供試品溶液; 3為大黃素對照品

表1 大黃對照品及供試樣品在不同展開劑下的Rf值

因此最后選擇了石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)作為大黃藥材色譜實(shí)驗(yàn)的展開劑。最終確定實(shí)驗(yàn)條件如下：精密稱取大黃粉末500 mg置于10 mL容量瓶中，再加入少許95%乙醇(淹過藥材即可)，超聲15 min后，定容，搖勻，制成(500 mg /10 mL)供試品溶液。另取大黃酚、大黃素對照品，加乙醇制成每mL含50 mg的溶液，作為對照品溶液。用毛細(xì)管吸取對照品溶液和供試品溶液各2 μL，分別點(diǎn)于同一硅膠薄層板上，以石油醚∶乙酸乙酯∶冰醋酸(8∶1∶0.2)為展開劑，展開，取出，晾干，置紫外燈(365 nm)下檢視。

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案相比，改進(jìn)后的薄層色譜實(shí)驗(yàn)更為綠色、安全，見表2。并且在實(shí)際教學(xué)中也收到了很好的教學(xué)效果。

表2 傳統(tǒng)方案與改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)方案比較

該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)有以下幾點(diǎn)意義：

(1) 薄層色譜鑒別從單一指標(biāo)到多指標(biāo)的改進(jìn)。目前薄層色譜鑒別實(shí)驗(yàn)大多是以單一成分對中藥進(jìn)行鑒別，如藥典中以單一成分鹽酸小檗堿進(jìn)行鑒別的黃連，以大黃酸作為對照的大黃薄層鑒別，但對于中藥的鑒別僅僅只用一種指標(biāo)是很難評價其真?zhèn)蔚?。改進(jìn)后，通過新增對照指標(biāo)，提高了大黃藥材鑒別的檢測水平。

(2) 選擇無毒、低毒的展開劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保證了實(shí)驗(yàn)操作的安全性。對比黃連薄層色譜實(shí)驗(yàn)，無毒展開劑的應(yīng)用，避免了長時間接觸易致毒試劑給師生健康帶來的影響。此外，新探索的展開劑試劑種類少、溶劑消耗少，從源頭上降低了試劑對環(huán)境造成的污染，符合綠色化學(xué)的思想。

(3) 實(shí)驗(yàn)效果可顯著提高。該實(shí)驗(yàn)方案色譜結(jié)果樣品分離效果好，斑點(diǎn)清晰，且重現(xiàn)性好，有助于學(xué)生對藥材進(jìn)行定性觀察，也更加有利于學(xué)生掌握薄層色譜在中藥分析中的應(yīng)用。

(4) 推動新標(biāo)準(zhǔn)的建立。本實(shí)驗(yàn)探索的中藥大黃藥材薄層色譜多指標(biāo)鑒別的新方法也可為藥典中大黃薄層鑒別的新標(biāo)準(zhǔn)建立提供參考。

3 結(jié) 語

將傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和綠色化學(xué)相結(jié)合，探索更全面更準(zhǔn)確且安全、污染小、可應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，是教學(xué)改革的目標(biāo)和方向。本實(shí)驗(yàn)從綠色化學(xué)的角度出發(fā)，優(yōu)化薄層色譜實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改進(jìn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的弊端，增加了中藥大黃藥材薄層鑒別的指標(biāo)，選取了安全、污染小的實(shí)驗(yàn)試劑，減少了試劑的消耗和廢棄物的排放。這一嘗試取得了很好的教學(xué)效果，能夠?qū)崿F(xiàn)大黃藥材更加全面和準(zhǔn)確的鑒別，同時證實(shí)了綠色化改革的可行性，也為豐富藥典中大黃藥材的鑒別提供了參考。