1　引言

1.1 背景

1.1.1姜黄素的作用及研究意义

姜黄素（Curcumin）是一种黄色色素，主要从姜黄等姜科植物的根茎^[1]之中提取而得到。橙黄色的结晶性粉末，其熔点183℃，不溶于水和乙醚，溶于乙醇和冰醋酸。分子式：C₂₁H₂₀O₆，分子式量 ：368.37，其化学名称为：(E,E)-1,7-双(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1,6-庚二烯-3,5-二酮。姜黄中有很多种化学成分，而姜黄中主要的活性化学物质就是姜黄素。姜黄素是酸性多酚类物质，其骨架是不饱和脂族以及芳香族基团。现代科学研究发现姜黄素有抑制炎症反应以及抗氧化、抗类风湿的重要作用，姜黄素还可以保肝利胆、抗肿瘤，具有抗凝血、降脂、抗动脉粥样硬化以及消除自由基、抗突变作用，还具有诱导肿瘤细胞凋亡作用^[2-4]等。对抗艾滋病方面也有一定的作用。曾经用于永久性瘘手术治疗的临床研究，可以让伤口逐渐愈合。姜黄素在碱性条件下很敏感，当pH=7~8时，溶液显黄色，pH=9.2时，溶液显红棕色^[5-6]。因此姜黄素用作酸碱指示剂就是利用了这一特性。姜黄素可与硼形成红色的配合物，碳钢、合金钢以及高温合金中的硼含量^[7-8]可以使用甲醇蒸馏-姜黄素分光光度法来测定。由于姜黄色素在热的环境下不稳定,使用会受到一定的限制,如果将姜黄色素包裹在微胶囊中做成缓释剂^[9-10],不但可以有效防止光和热对其影响,同时还可以掩盖不良风味,此法是解决姜黄素不稳定性的一种可行的方法。姜黄素还通常作为肉类食品的着色剂，如用于肠类制品、罐头以及酱卤制品等物质的着色。随着人类对食品安全的重视程度逐渐加强,而姜黄素是一种安全无毒副作用的物质，在着色、保健与防腐等方面应用十分广泛，姜黄素必将会具有更加广阔的发展与应用前景。因此姜黄素的研究具有十分重要的意义。

1.1.2姜黄素的提取方法

提取姜黄素的方法有很多种，目前，主要有以下四种：渗漉法^[11]：此方法溶剂的用量少，利用率高。但是所用容器太多，渗漉过程用时较长，操作较麻烦。水煎煮法：此方法操作过程简单易行，危险性低，且提取时所用时间短，生产效率高。但用水煎煮时，浸出的成分有很多种，除了有效成分外，还会浸出部分脂溶性的物质和很多其他杂质，不利于得到所需要的单一有效成分。碱水回流法：此方法工艺简单，成本低廉，安全性好。但是姜黄素在碱性的条件下不稳定，高分子聚合物容易分解为小分子或低分子，即容易发生降解反应。溶剂超声提取法^[12]：此法最主要是利用姜黄素易溶于有机溶剂这一特点进行提取，目前最常用的有机溶剂就是甲醇。根据查阅的文献资料及相关提取率的分析，在本次实验中采用乙醇溶液进行溶剂超声提取，并且设计正交试验探究提取姜黄素的最佳条件。

1.1.3姜黄素的电化学性质的研究

目前，测定中成药以及药材中的姜黄素的方法有很多种,常用的主要包括荧光分光光度法^[13]及薄层扫描法^[14]，还有高效液相色谱法^[15]及毛细管电泳法^[16]等,但是灵敏度都不高,精确性低，并且操作过程很复杂。因为姜黄素分子中的酚羟基容易发生氧化还原反应, 其微量测定就是利用这一特性从而实现的。电化学方法操作简单，更容易达到分析目的，是根据溶液的电化学性质和其变化规律的一种高效分析方法，将被测定物质的浓度转化成某种电化学参量对其加以测量。

1.2 紫外-可见吸收光谱法

紫外-可见吸收光谱法^[17]：（Ultraviolet-Visible Absorption Spectrometry, UV-Vis）是依据溶液中存在的物质的分子或离子，对紫外及可见光谱区辐射能的吸收,从而研究物质组成和结构的一种方法。在对有机化合物进行定性及定量分析时，经常会用到紫外-可见吸收光谱法。例如鉴定某种化合物、分析化合物的结构以及检查化合物的纯度等，还主要应用于药物、天然产物的化学中。在紫外光谱区内姜黄素的乙醇溶液会出现一个灵敏的吸收峰，此峰最大吸收波长大约为430nm。

1.3 红外吸收光谱法

红外吸收光谱法^[18]：（Infrared Absorption Spectrometry ,IR）是根据不同的物质对红外光区的电磁辐射的吸收具有选择性，根据这一特性对物质进行结构分析。某些化合物可吸收红外光，对这些化合物做定量和定性分析就用红外吸收光谱法。由于物质是由处于不断振动状态的原子构成的，这些原子的振动频率和红外光的振动频率相当。所以有机物被红外光照射时，吸收了红外光的分子会发生振动能级的跃迁。对物质进行定性分析时，可以通过对红外光谱的分析从而得出物质的性质。红外吸收光谱上还会反映各个物质的含量，可根据吸收峰位置及吸收强度做定量分析。在本实验中依据姜黄素的特征吸收峰对姜黄素进行结构分析。

1.4 循环伏安法简介

1.4.1循环伏安法概念及其原理

循环伏安法^[19] (Cyclic Voltammetry)是一种应用十分普遍的电化学研究方法。此法是在电极上施加线性扫描电压，从起始电压沿着某一个方向扫描至终止电压后，再以相同的速度沿着反方向扫到起始电压，完成一次循环扫描。当电位从正向进行负扫描时，电极表面的电活性物质发生还原反应，从而产生还原波。当电位从逆向进行正扫描时，还原态物质在电极表面上发生氧化反，从而应产生氧化波。此法主要用在判断电极表面的微观反应过程、电极发生反应的可逆性以及作为无机制备反应的“摸条件”等。

1.4.2循环伏安法的应用

循环伏安法(Cyclic Voltammetry)在研究电化学方面具有十分重要的作用，可用于研究电极反应的性质、电极反应的机理及电极过程动力学参数。也可用于定量测定反应物浓度、吸附在电极表面的物质的覆盖度、电极活性面积、电极反应速率常数以及反应的传递系数等动力学方面参数，但很少用于定量分析^[20]。

（1）电极可逆性的判断 如果电极是可逆的，则循环伏安图的上下两条曲线是对称的，两个峰电流之比为1。另外，也可根据公式：（25℃）进行判断；对于准可逆电极反应，除上下两条曲线不对称外，且阳极峰与阴极峰的电位之差比上式要大；不可逆性电极反应则仅有还原峰或仅有氧化峰。

（2）电极反应机理的判断 研究电极的吸附、扩散现象及电化学-化学耦联反应等也需要用到循环伏安法，在研究生物物质、有机物及金属有机化合物的氧化还原机理方面循环伏安法也发挥了十分重要的作用。

综上所述：本实验是在前人研究的基础上，以及考虑到现有的实际情况下，采用超声溶剂提取法，并设计正交试验，从而找到提取姜黄素的最佳工艺条件并进行定性表征；再通过循环伏安法对其电化学行为及性质进行研究，找到进行电化学测量最佳的试验条件，为姜黄素的电化学测量提供研究依据。

2　实验部分

2.1 仪器与试剂

2.1.1仪器

超声波清洗器 (上海市超声波仪器有限公司)

磁力搅拌器 (天津兰力科有限公司)

756CRT紫外可见分光光度计（上海精密科技仪器有限公司）

Mayna550型富立叶变换红外光谱仪（广州市石新电子有限公司）

LK98BII微机电化学分析系统（天津市兰力科有限公司）

三电极体系：玻碳电极、铜电极、银电极、铂电极、金电极为工作电极（天津市兰力科有限公司）

酸度计（上海仪器有限公司）

电子天平(上海仪器有限公司)

2.1.2试剂

姜黄药材（河北省邯郸市邯山区光明大街阳光世贸，产自于四川）

乙醇（95%）（纯度≥95%  分子式：CH₃CH₂OH  分子量：46.07新乡市化学试剂厂）

磷酸 (纯度≥99.9%  分子式：H₃PO₄  分子量：98  新乡市化学试剂厂)

磷酸二氢钾(纯度≥99.5%  分子式：KH₂PO₄  分子量：136.09  新乡市化学试剂厂)

磷酸氢二钾（纯度≥99.0%  分子式：K₂HPO₄·3H₂O  分子量：228.22  河南焦作市化工三厂）

冰乙酸（纯度≥99.5%  分子式：CH₃COOH  分子量：60.05北京化工厂）

无水乙酸钠（纯度≥99.0%  分子式：CH₃COONa  分子量：82.03  新乡市化学试剂厂）

氯化钾（纯度≥99.8%  分子式：KCl 分子量：74.55  北京化工厂）

实验用水均为二次蒸馏水。