X射線熒光光譜技術在藥品檢測中的應用

(北京市理化分析測試中心,有機材料檢測技術與質量評價北京市重點實驗室,北京市科學技術研究院分析測試技術重點實驗室,北京 100089)

藥品安全與國計民生息息相關，各種化學和儀器分析方法在解決藥品研發和質量控制中發揮著重要作用。目前常用于藥品質量評價的分析技術主要包括：化學法、色譜法、光譜法、電化學法、電泳法、流動注射和順序注射分析以及聯用技術等[1]。

X射線熒光光譜分析法(X-ray Fluorescence Spectrometry，XRF)是元素分析中最為有效的方法之一，此方法測試元素范圍廣，可測定原子序數8以上的所有元素，并可對多種元素同時測定，是一種快速且精密度高的分析方法，廣泛應用于工業、地礦、農田環境、醫藥、考古，珠寶鑒定和司法鑒定等各個領域[2]。X射線熒光光譜具有譜線簡單、干擾少、穩定性好等優點，在藥品檢測方面，XRFS多用于藥品的元素成分分析以及鑒定評價和質量控制。

1 X射線熒光光譜儀簡介

X射線是由高能量粒子轟擊原子所產生的電磁輻射，具有波、粒二象性。電磁輻射的輻射能由光子傳輸，而光子所取的路徑是由波動場引導[3]。X射線管產生的X射線光譜，被稱作原級X射線譜，由連續譜和特征譜組成。在X射線管中，當所加的管電壓很低時，只產生連續譜；當所加電壓大于或等于X射線管的陽極材料激發電勢時，特征X射線光譜即以疊加在連續譜之上的形式出現。對不同的元素X射線熒光波長具有不同的特征波長，這種特性被用于X射線熒光光譜的定性分析。同時，可通過將測得的特征X射線熒光強度轉換為濃度實現定量分析[4]。

根據色散方式不同，X射線熒光分析儀分為X射線熒光光譜儀(波長色散)和X射線熒光能譜儀(能量色散)。X射線熒光光譜儀在結構上基本由激發樣品的光源、色散、探測、譜儀控制和數據處理等幾部分組成。X射線管是儀器的激發光源，在金屬罩內真空狀態下燈絲和靶極被密封其中。在二者之間加50kV高壓，燈絲發出的電子在高壓電場加速作用下，撞擊在靶極上形成X射線。X射線透過鈹窗照射在試樣上，實現對樣品的檢測和分析[5]。

X 射線熒光光譜儀已經從單一的波長色散X射線熒光光譜儀發展成為擁有波長色散、能量色散、全反射、同步輻射、質子X射線熒光光譜儀和X射線微熒光分析儀等儀器的家族系列，結合偏振光、掠射設計等裝置可以滿足不同層次和要求的檢測任務。從常規分析的需求來看，現代X射線熒光光譜儀分析結果的準確度已經接近或達到化學分析水平[2]。

2 X射線熒光光譜技術在藥物檢測中的應用

2.1 在藥品元素成分分析中的應用

郭西華等[6]利用XRF對安國市栽培的5個不同種質丹參主要成分進行檢測,通過對各樣品中多種元素種類及含量進行分析，發現藥材產地不同必然會因其各地水質礦化度、土質、及生境差異導致同品種藥材的元素種類和含量發生變化。黃海波等[7]利用XRF對藏藥“左太”進行元素分析，發現“左太”中含有多種金屬元素，其中Hg元素含量最高，其次為S元素，同時藥品中還存在微量元素。李岑等[8]利用XRF對不同來源藏藥礬石的化學成分進行分析，發現藏藥礬石主要元素為Ca、O和C，同時還含有少量Mg、Al、Na、Si、K、Ag、Ba、Fe、Mn、S、Sr、Zn等元素。楊紅霞等[9]利用XRFS對臨床治療肝膽疾病的常用藏藥材(川西獐牙菜)及藏藥制劑中的金屬元素進行較為準確的定量半定量分析，以揭示藏藥中金屬元素含量與藥效的關系。分析結果發現，藏藥材川西獐牙菜中含有K、Ca、Ti 、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Pb共九種金屬元素，且不同來源樣品間的元素組成存在明顯的差異性。同時數據結果顯示藏藥復方制劑中含有K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Rb、Pb、Hg、Co、Ga共15種金屬元素及一種非金屬元素As，該結果表明不同復方制劑的元素組成具有顯著差異。丁喜峰等[10]用XRFS對第4代太空組和地面組白術中元素種類、含量進行測定并作對比分析，結果表明地面組白術含有Na和Ti兩種元素，而太空組白術中未檢測到該兩種元素，同時太空組白術中K和Mn的含量為地面組的1.16和1.15倍，而Si和P含量分別下降了82.1 %和71.2 %。該文獻的研究結果表明XRFS適宜對元素變異幅度大的航天育種藥用植物的元素進行分析。

2.2 在藥品鑒定評價中的應用

王文靜等[11]采用XRF測定6個不同產地阿膠樣品中的元素種類、含量，通過樣品與阿膠對照品元素特征譜的對比分析，探討快速鑒別阿膠真偽的方法，結果表明以元素的種類及含量的差異性可簡捷、快速識別阿膠的真偽，并判斷劣質阿膠產品中有害元素的引入來源，該方法為膠類及其他藥材的鑒別提供了新方法[12]。張景超等[13]利用XRFS對道地性藥材祁山藥和市售山藥的元素種類、含量進行測定和對比分析，結果發現相比市售山藥祁山藥多Mg、Zn、Cr元素，少Cu、Al、Mn元素，且兩組山藥中元素含量也有所不同，該方法適于對山藥產地進行鑒別，有助于道地藥材的道地性研究。孫天希等[14]利用兩個多毛細管X光透鏡搭建了共聚焦微束X射線熒光譜儀，分別對4種膠囊殼及其內部藥物進行原位無損元素分析，通過分析X射線熒光譜特征對應不同的元素組成，可鑒別膠囊類藥品的種類。該方法可對膠囊類樣品進行無損原位分析，在膠囊類藥品種類和真偽鑒別中具有潛在應用價值。孫琳等[15]應用XRF無標樣分析法檢測了石膏、鐘乳石、花蕊石、紫石英、龍骨和石燕6種鈣類礦物藥材，發現同種礦物藥獲得的元素譜圖較穩定，而不同品種間差異明顯，其中Ca、F、O、P、S、Si等元素的含量變化較大，Al、Er、Fe、Ga、K、Mo等元素含量變化較小，并鑒別出性狀特征不符合的3份石膏和1份紫石英，含量也不符合2015年版《中國藥典》要求。該方法能快速、簡便獲得礦物藥的元素譜信息，可用于粉末狀礦物藥同質性分析和鑒別。

2.3 在藥品質量控制中的應用

P． Mahawatte[16]等人用XRFS法對藥物阿育吠陀中的K、Ca、Cr、Mn、Ti等19種元素的濃度進行了檢測，為建立藥品中重金屬檢測提供了簡單的方式。方萍等[17]采用XRF定量法測定防風樣品中 Mg、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Ba、Pb和Bi等金屬元素含量，實現了大量中藥材中多元素的同時、快速測定。且該方法無需對樣品進行復雜的前處理，操作簡便且結果準確，能夠滿足中藥質量控制中對元素含量快速測定的要求。李俊卿等[18]建立了XRFS快速測定空心膠囊中鉻的方法，并將此法應用于明膠原料及阿膠中的鉻測定。此方法的檢出限為10 mg·kg-1,與原子吸收分光光度法測試結果比較,鉻含量大于10 mg·kg-1的陽性樣品的檢出率為100 %，驗證了該方法作為一種快速質量控制的分析手段用于膠囊、明膠及阿膠鉻檢查的可行性。聶黎行等[19]應用便攜式XRFS建立了牛黃清心丸(局方)中汞、砷含量的快速無損測定新方法，并首次將X射線熒光光譜技術用于藥品的均勻性評價。實驗結果表明，該方法精密度高，Hg和As的相對標準偏差(RSD%)分別為0.09 %和0.23 %，測定值與參比值接近，Hg和As的相對平均偏差分別為8.58 %和5.95 %，符合現場快檢的要求。

3 結束語

X射線熒光光譜技術在藥品檢測主要應用于中藥、藏藥類未知成分的元素成分分析，也被較多應用于藥品的鑒定評價，在藥品質量控制中的應用相對較少。XRF簡便、快速、直觀、可靠，其在藥品質量控制方面的應用有待進一步開發，以提高藥品質檢的效率。另外，在XRF儀器開發方面，便攜式XRF儀器的測量精度還有待提高，對于藥品的無損檢測和精確定位方面的需求還有待進一步深入研究。

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