近紅外光譜法在藥物分析中的應(yīng)用

近紅外光譜法在藥品分析中的應(yīng)用宜春學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院08制藥工程周玉方摘要：近紅外光譜技術(shù)在藥品分析領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，且潛力巨大，其可通過與適宜的化學(xué)計(jì)量學(xué)辦法建立多個模型，實(shí)現(xiàn)了藥品原料、藥品包材等的定性或定量分析，在制藥工作和質(zhì)量控制分析中含有廣闊的應(yīng)用前景。核心詞：近紅外光譜法；藥品分析；應(yīng)用近紅外（NearInfrarad,NIR)區(qū)域是指波長在780~2526nm（波數(shù)為4000~1cm-1）范疇內(nèi)的電磁波。在這個區(qū)域最突出的吸取譜帶歸因于中紅外區(qū)域基頻振動的倍頻和合頻，重要是含氫基團(tuán)的吸取，如C-H、N-H、O-H、S-H等，幾乎涉及有機(jī)物中全部含氫基團(tuán)的信息，信息量極為豐富、譜帶寬、重疊較嚴(yán)重，并且吸取信號弱，信息解析復(fù)雜，即使發(fā)現(xiàn)較早，但其分析價值未得到足夠的重視。近年來，由于計(jì)算機(jī)與化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件的發(fā)展，特別是化學(xué)計(jì)量學(xué)的進(jìn)一步研究與廣泛應(yīng)用，使其成為發(fā)展最快、最引人注目的近紅外光譜分析技術(shù)[1]，該技術(shù)是將光譜測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)與基礎(chǔ)測試技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的分析測試技術(shù)[2-3]。在近紅外光譜區(qū)產(chǎn)生吸取的官能團(tuán)重要是含H基團(tuán)，這些基團(tuán)是有機(jī)物中最重要的某些基團(tuán)，NIR譜區(qū)豐富的構(gòu)造域構(gòu)成的信息是NIR分析應(yīng)用的廣泛基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的應(yīng)用使NIR能夠分析測定與這些基團(tuán)有關(guān)的成分以及物理、化學(xué)性質(zhì)。運(yùn)用近紅外光譜和多變量統(tǒng)計(jì)分類技術(shù)（系統(tǒng)聚類分析、逐步聚類分析、主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線性映射等)可較好地對藥材和成藥進(jìn)行定性鑒別和分類。在對藥品的定量分析方面，除了將近紅外光譜與偏最小二乘法（PLS）、主成分分析（PCA）、遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等相結(jié)合對某些化學(xué)藥品分析外，近幾年又將近紅外光譜技術(shù)與解決非線性體系的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辦法相結(jié)合，對許多中藥進(jìn)行定量分析。而起而由于該技術(shù)方便快速，無需對樣品進(jìn)行預(yù)解決，合用于在線分析等特點(diǎn)，在藥品分析領(lǐng)域中正不停得到重視與應(yīng)用。1、近紅外光譜法在藥品分析中的應(yīng)用近紅外光譜法在藥品分析領(lǐng)域中的應(yīng)用范疇相稱廣泛，它不僅合用于藥品的不同類型，如中草藥、激素、抗生素等，還可用于藥品的多個不同狀態(tài)如原料、完整的片劑、膠囊與液體等制劑的藥品分析。同時其更合用于原料藥純度、包裝材料等的分析以及生產(chǎn)工藝的監(jiān)控；運(yùn)用不同的含有一定專屬性的光纖探頭可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的在線持續(xù)分析及質(zhì)量監(jiān)控等；運(yùn)用其它辦法與近紅外光譜法相結(jié)合測定物質(zhì)含量及進(jìn)行打假工作等。1.1應(yīng)用于藥品的不同類型1.1.1在中草藥中的應(yīng)用如劉浩博士運(yùn)用近紅外光譜法測定黃花蒿中青蒿素的含量[4]，在此實(shí)驗(yàn)中，分別采自四川、河南、云南、廣西四地的黃花蒿藥材的蒿葉，將63個樣本通過藥材預(yù)解決，運(yùn)用近紅外光譜儀采集整個樣本的近紅外光譜圖，后以原始NIR數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并根據(jù)離散小波變換（discretewavelettransform,DWT)[5,6]的多尺度信號分解的算法對部分樣品進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)壓縮，得到的小波系數(shù)來預(yù)測青蒿藥材中青蒿素的含量（采用偏最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸），以預(yù)測和實(shí)驗(yàn)測定值之間的有關(guān)系數(shù)考察預(yù)測模型。應(yīng)用此法可預(yù)測黃花高藥材中青蒿素的含量，并由儀器自帶聚類軟件得到聚類成果，可對藥材進(jìn)行產(chǎn)地的鑒別。又如白雁專家在測定連翹藥材中連翹苷含量的應(yīng)用[7]，據(jù)《中國藥典》收載的含量測定辦法為高效液相色譜法，但由于該法分析耗時長，在制藥過程中難以滿足快速以及在線檢測的規(guī)定。本實(shí)驗(yàn)采用傅立葉變換近紅外光譜儀采集分別來自河南、山西、陜西、河北等地的青翹和老翹藥材的近紅外光譜圖，建立校正模型，該模型的建立，通過驗(yàn)證，能夠精確預(yù)測其覆蓋范疇的連翹苷含量。從本實(shí)驗(yàn)所建模型預(yù)測以及統(tǒng)計(jì)學(xué)成果能夠看出，連翹藥材光譜與其連翹苷含量之間有一定有關(guān)性，近紅外漫反射光譜法測得連翹中連翹苷含量和藥典法測定成果之間的有關(guān)系數(shù)為0.944，且平均回收率為103.91%，符合生產(chǎn)中的規(guī)定，且該法含有快速、無損、精確等特點(diǎn)，合用于大量連翹藥材中連翹苷的快速測定，是一種非常好的綠色分析辦法。1.1.2在含激素藥品中的應(yīng)用運(yùn)用近紅外光譜法同時測定多個雌、孕激素[8]，以四氫呋喃為溶劑，測定雌二醇、雌三醇、雌酚酮、安宮黃體酮混合溶液的近紅外光譜，并用偏最小二乘法解析重疊光譜，求得各組分含量并分析了影響測定精度的因素。與傳統(tǒng)的分析辦法如高效液相色譜大多只能分析一種至兩種化合物的辦法相比，該法算為一種新的嘗試，在藥品分析方面有廣泛的應(yīng)用前景。1.1.3在抗生素類藥品中的應(yīng)用在測定頭孢羥氨芐膠囊含量[9]的實(shí)驗(yàn)中，采集該藥品的NIR光譜，以一階導(dǎo)數(shù)和多元散射法為預(yù)解決辦法，以偏最小二乘法為回歸辦法，經(jīng)內(nèi)部交叉驗(yàn)證建立頭孢羥氨芐膠囊的NIR光譜與HPLC法測定值之間的多元校正模型，預(yù)測頭孢羥氨芐膠囊的含量。成果為：內(nèi)部交叉驗(yàn)證決定系數(shù)R2為95.6，內(nèi)部交叉驗(yàn)證均方差為0.804，外部驗(yàn)證均方差為1.13，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，采用NIR進(jìn)行定量分析，操作簡便，不破壞樣品，成果精確，可作為藥品質(zhì)量在線控制盒監(jiān)督抽驗(yàn)的現(xiàn)場篩查辦法。又如其對頭孢氨芐粉末藥品的非破壞性定量分析[10]中的應(yīng)用，采用偏最小二乘法建立近紅外光譜信息與待測組分含量換的最佳數(shù)學(xué)模型，對三種光譜（SNV光譜、一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)）的預(yù)測成果進(jìn)行比較，預(yù)報(bào)了預(yù)測集中頭孢氨芐的含量，討論光譜預(yù)解決辦法和主成分對偏最小二乘法定量預(yù)測能力的影響，對預(yù)測集樣品進(jìn)行預(yù)測，實(shí)驗(yàn)成果表明，采用SNV（Standardnormalvariatetransform）光譜預(yù)解決所建立的最佳偏最小二乘法數(shù)學(xué)模型更加好，可在一定程度上減少誤差，此兩種辦法的結(jié)合能快速、簡樸的對成果進(jìn)行預(yù)測，從而獲得更加好的預(yù)測成果。1.2應(yīng)用于藥品的不同狀態(tài)1.2.1在原料藥含量測定中的應(yīng)用在短波近紅外光譜法測定葛根中總異黃酮含量[11]的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用吸光光度法測定葛根中總異黃酮的含量，并在此基礎(chǔ)上建立葛根中總異黃酮含量的短波近紅外數(shù)學(xué)模型，一組為建模集樣品，用以建立總異黃酮的近紅外分析模型，一組為驗(yàn)證集樣品，用以檢查所建模型的效果。實(shí)驗(yàn)表明，用比色法測定葛根中總異黃酮的含量與近紅外預(yù)測值之間存在較好的線性關(guān)系，檢查集樣品的預(yù)測也得到比較好的成果，其能夠較好地測定總異黃酮的含量，且在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用短波近紅外光譜法和長波近紅外光譜法均能快速測定葛根中總異黃酮的含量，但由于短波近紅外光譜儀成本較低，更可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，更加好地測定原料藥中有效成分的含量。又如近紅外光譜法在頭孢類原料藥無所快速鑒別[12]中的應(yīng)用，在該實(shí)驗(yàn)中，以原料藥頭孢他啶為例子，頭孢他啶為半合成的第三代頭孢菌素，其制劑為頭孢他啶五水化合物，并加有一定量的無水碳酸鈉，混合制成的注射用無菌粉末。由于不同生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝和原輔料構(gòu)成均會存在差別，對其進(jìn)行鑒別分析則很故意義。本實(shí)驗(yàn)中，采用近紅外漫反射光譜法，采集樣品的NIR光譜后，以一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)、數(shù)據(jù)中心化等辦法進(jìn)行光譜預(yù)解決，再運(yùn)用主成分分析法對以上光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，成果表明，近紅外漫反射光譜法可用于注射用頭孢他啶的鑒別分析，且操作簡便、成果精確。1.2.2在完整片劑藥品檢查中的應(yīng)用例如劉雁鳴等人在探究三種辦法測定安乃近片含量[13]的實(shí)驗(yàn)中，比較了近紅外光譜法、容量分析法及高效液相色譜法三種辦法的特點(diǎn)。容量分析法—碘量法為《中國藥典》二部收載的測定辦法，但由于不發(fā)分子鉆原則的空子，非法加入某些消耗碘滴定液的化學(xué)物質(zhì)，以致于符合藥典規(guī)定規(guī)定，無法真實(shí)地反映藥品的質(zhì)量；高效液相色譜法測定安乃近精確性強(qiáng)、精度高，可真實(shí)地反映藥品的質(zhì)量，但由于該辦法采用對照法測定，還需在實(shí)驗(yàn)室中方能進(jìn)行，不利于現(xiàn)場快速測定；近紅外光譜技術(shù)不僅能無預(yù)解決、無污染、無浪費(fèi)、精度高，并且可透過包裝材料無破損檢測，用于室外快檢車的快速檢測及篩查，便于打擊假劣藥品。基于這眾多的優(yōu)點(diǎn)，本辦法快速推廣為多個檢查分析過程中。尚有在厄貝沙坦片的一致性檢查[14]實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用儀器的漫反射光纖探頭進(jìn)行樣本的掃描和圖譜采集，后進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)加矢量歸一法的光譜數(shù)據(jù)預(yù)解決，并建立一致性檢查辦法，可快速分辨與某廠家樣本主成分相似的其它廠家樣本，合用于藥品快速檢查人員對已建立某廠家藥品模型的假劣藥品的快速篩查。同樣的，在抗感泡騰片的生產(chǎn)過程中，近紅外光譜法在測定綠原酸類化合物的含量[15]中得到應(yīng)用。以抗感泡騰片的生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，在線收集樣品，采用分光光度法，以綠原酸為對照品，測定樣品中綠原酸類化合物的含量，同時應(yīng)用傅里葉變換近紅外光譜技術(shù)對樣品進(jìn)行監(jiān)測分析，采用偏最小二乘回歸法建立抗感泡騰片提取液中綠原酸類化合物含量的近紅外數(shù)學(xué)校正模型，其能簡便、精確、快速地檢測其含量，可用于抗感泡騰片生產(chǎn)過程中的在線質(zhì)量控制。1.2.3在膠囊制劑中的應(yīng)用在氯雷他定膠囊含量[16]的測定中，首先運(yùn)用光纖探頭直接掃描樣品得圖譜，并將圖譜分成校正集和驗(yàn)證集，運(yùn)用儀器自帶的軟件對校正集樣品的光譜數(shù)據(jù)用一階導(dǎo)數(shù)結(jié)合矢量歸一化進(jìn)行預(yù)解決后，運(yùn)用偏最小二乘法結(jié)合主成分分析法建立了校正模型，預(yù)測氯雷他定膠囊中氯雷他定的含量。與現(xiàn)行原則[17-20]中含量測定辦法相比，該法無需預(yù)解決，無破壞樣品，減輕了現(xiàn)有分析辦法的勞動強(qiáng)度、縮短分析時間，為實(shí)現(xiàn)氯雷他定膠囊生產(chǎn)過程和質(zhì)量控制的實(shí)時監(jiān)控、在線控制及監(jiān)督檢查的現(xiàn)場初步篩查提供了新辦法。1.2.4在液體制劑中的應(yīng)用氯霉素注射液為廣譜抗生素類藥品，含有廣譜抑菌作用，由于氯霉素注射液在貯存期很不穩(wěn)定，重要是含量下降和色澤加深，因此該藥品的質(zhì)量監(jiān)督必須加強(qiáng)。在此質(zhì)量監(jiān)督[21]過程中，近紅外光譜法得到應(yīng)用。以《衛(wèi)生部藥品原則》[22]的抗生素微生物檢定法測得注射液中氯霉素的含量為理論含量，后采用NIR法采集光譜，經(jīng)數(shù)據(jù)解決，建立多元校正模型，預(yù)測注射液中氯霉素的含量。1.3在藥品包材分析中的應(yīng)用如近紅外光譜法在快速測定乳塊消糖衣片的包衣厚度中[23]的應(yīng)用，該辦法精確而快速地測定了包衣的厚度，可推廣用于中藥生產(chǎn)報(bào)以過程的在線檢測?；诮t外光譜法在制藥過程控制、藥品分析、中藥分析、打擊假劣藥品等方面應(yīng)用，其重要定性分析辦法有鑒別分析法、主成分分析法[24]、馬氏距離法等；定量分析辦法有偏最小二乘法[25]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[26,27]、主成分回歸法，多元線性回歸法等。2、近況與展望總的說來，即使該技術(shù)在分析領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但現(xiàn)在它還存在一定的弱點(diǎn)。首先，他是一種間接的相對分析技術(shù)，必須通過收集大量含有代表性的原則樣品，通過嚴(yán)格細(xì)致的化學(xué)分析測出必要的數(shù)據(jù)，再通過計(jì)算機(jī)建立適宜的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測未知樣品的成果。而該模型的建立需要消耗一定量的人力、物力和財(cái)力；另首先，由于NIR譜區(qū)為分子倍頻與合頻的振動光譜，信號弱，譜峰重疊嚴(yán)重，在現(xiàn)在只用于常量分析，對被測定組分的量有一定的規(guī)定，其普通應(yīng)不不大于樣品重量的0.1%；另外在進(jìn)行光譜分析時，應(yīng)考慮樣品的特性、分析實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、建立適宜的校正模型、建立恰當(dāng)?shù)姆治瞿Ｐ图皵?shù)據(jù)解決等多方面的問題，才干獲得對的并且精確的分析成果。NIR技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是：快速、精確、無損樣品。不僅可對樣品進(jìn)行非破壞性分析；測量信號可遠(yuǎn)距離傳輸和分析；其還能與計(jì)算機(jī)技術(shù)和光導(dǎo)技術(shù)相結(jié)合，采用NIR透射、散射、漫反射光譜學(xué)檢測辦法，能夠不使用化學(xué)試劑，不必進(jìn)行預(yù)解決，可直接對顆粒狀、固體狀、糊狀、不透明的樣品進(jìn)行分析。因有這些特點(diǎn)，該技術(shù)可應(yīng)用于中成藥、化學(xué)藥品有效成分的工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測和質(zhì)量控制[28]；還能用于各類藥品中各組分含量及水分的快速檢測[29,30]；另外，還能應(yīng)用快檢車檢查和日常打擊假劣藥品的工作中[31,32]?；诮t外光譜法的眾多特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域有重大作用，不僅是原位檢測，還是質(zhì)量監(jiān)控，還是分析研究，都盼望該技術(shù)能有更大的突破。參考文獻(xiàn)：[1]史永剛，等.化學(xué)計(jì)量法在近紅外光譜定性分析中的應(yīng)用.光譜實(shí)驗(yàn)室，1999,16（3）：237.[2]DaviesT.近紅外光譜分析的歷史：過去，現(xiàn)在和將來“從沉睡技術(shù)，光譜學(xué)的上午之星”[J]。一種nalMag，1998,26（4）:17-19.[3]NumsDA，CiurczakEW.近紅外分析研究手冊[J].紐約：馬塞爾·德克爾，:307.[4]劉浩,等.黃花蒿中青蒿素的近紅外光譜法測定.中國醫(yī)藥工業(yè)雜志.,38（8）：584-487.[5]邵學(xué)廣，龐春艷，孫莉.小波變換與分析化學(xué)信號解決[J].化學(xué)進(jìn)展，,12（3）：232-244.[6]田高友，等.小波變換用于近紅外光譜性質(zhì)分析[J].分析化學(xué)，,32（9）：1125-1130.[7]白雁,等.近紅外光譜法測定連翹藥材中連翹苷的含量.中成藥，,31（11）：1755-1759.[8]馮海，等.近紅外光譜法同時測定多個雌、孕激素.分析化學(xué)研究簡報(bào)，,29（2）：175-177.[9]郄冰冰，等.近紅外光譜法測定頭孢羥氨芐膠囊含量.中國藥事，,24（9）：892-893、912.[10]劉富強(qiáng)，等.近紅外光譜法對頭孢氨芐粉末藥品的非破壞性定量分析.化學(xué)分析計(jì)量，,18（4）：25-26.[11]臧鵬，陳斌，嚴(yán)衍祿.短波近紅外光譜法測定葛根中總異黃酮含量.時珍國醫(yī)國藥，,18（11）：2614.[12]徐敏.近紅外光譜法無損快速鑒別頭孢類原料藥.中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)，,8（5）:17.[13]劉雁鳴，等.近紅外光譜法等三種辦法測定安乃近片含量的比較.中國藥事，,25（8）：813-815.[14]陸凱，等.運(yùn)用近紅外光譜法對厄貝沙坦片進(jìn)行一致性檢查.海峽藥學(xué)，，23（8）：99-100.[15]張媛媛，等.近紅外光譜法測定抗感泡騰片生產(chǎn)過程中綠原酸類化合物含量.中國中醫(yī)藥信息雜志，,18（4）:54-56.[16]魏京京，等.近紅外光譜法測定氯雷他定膠囊含量.藥學(xué)分析雜志，,28（11）：1896-1899.[17]YBH0525（國家藥品原則試行原則）[18]WS-532(X-439)-（國家藥品原則試行原則）[19]YBH2176（國家藥品原則試行原則）[20]YBH1349國家藥品原則試行