基于二維相關光譜結合化學計量法的藥品檢測儀器操作研究

馬正偉

(新疆維吾爾自治區阿克蘇地區藥品檢驗所，新疆 阿克蘇 843000)

藥品出現質量問題，不僅會阻礙醫藥市場健康有序發展，還會威脅患者的生命安全和健康。據相關組織的調查，在全世界范圍假藥比例達15%，已經變成世界性的災難，對假劣藥品行業進行有效打擊是當下各國藥品管理部門的工作重點。但是，隨著藥品造假技術的不斷進步，傳統的以非藥品造假的手段越來越少，現在取而代之的是非法添加或減少處方活性成分、以次充好等造假手段，加大了對假冒偽劣藥品的認定和打擊難度[1-2]。自2003年起，我國成立了專門的研究小組，致力于利用現代色譜和光譜分析方法研究藥物快速檢測系統。與其他藥品快檢的方式相比，該方法所具有的獨特的優點是無需預處理，蘊含的特征信息豐富，便于操作。也正是處于這些優點使得紅外光譜法常被用于藥品快檢。但傳統的紅外光譜法存在著分辨率低和靈敏度差的問題。但隨著光譜數據處理技術的不斷進步，紅外光譜法的檢測準確度也得到一定程度的提升。

藥品快檢在許多領域都有很高的價值，越來越多的研究者也將目光投向該領域，王建[3]指出，藥物檢測是保證藥物安全的重要手段，也是藥物開發、生產到市場過程中的核心環節。近紅外光譜技術在藥物檢測中的應用避免了藥物檢測工作的危害，具有傳統檢測技術所沒有的許多優點，在提高藥物檢測質量和效率方面具有明顯的效果。張智勇等[4]指出，近紅外光譜技術具有快速、無損、綠色等優點，是藥物分析領域廣泛應用的技術。它可以快速鑒別原料，在線監測和分析藥品生產過程中產品的最終質量，避免復雜的理化制樣過程，提高產品質量和生產效率。徐怡莊等[5]將正交的概念運用到二維相關光譜方法學，研究了兩種溶質在同一組溶液中的相互作用，通過實驗可以分析混合物的雙線性數據，從而在不同組分洗脫曲線高度重疊的情況下提取純組分的光譜。

目前近紅外技術存在譜帶展寬、吸收峰重疊、吸收信號弱和結構信息難于辨析等缺陷，仍需要借助其他分析方法對其進一步解析。為此，本文將二維相關光譜技術進行一定程度的合理優化，優化原理是與相關譜上歸屬明確的吸收峰的相關性進行類比，進而對其他光譜上吸收峰的歸屬性進行討論。

1 檢測方法研究

1.1 紅外光譜

在分析化學領域，紅外光譜法是一種慣用的分析化合物分子結構的辦法，常用來確定化合物分子的官能團和氫鍵結合等結構特征，也可以對比未知物和標準物質的紅外光譜確定未知物的分子[6-8]。復雜體系的紅外光譜由不同簡單組分的紅外光譜組合而成，也有研究者將這種現象稱為具有一定含量的具有特殊結構的吸收峰出現在復雜體系譜中，但這種成份的含量會對特征峰的強度和數量產生影響[9-10]。對低含量組分的鑒定過程，一般先對光譜增強分辨率，再利用化學計量學方法展開后續操作以獲得更好的測量效果[11]。

1.2 二維相關光譜

二維相關光譜的前身是NMR光譜，其原始的產生是通過逐漸變大的脈沖序列的某一時間的間隔，對自旋核進行激發，進而擁有頻域-頻域二維NMR譜，成功的將光譜信號從單維擴展到二維，使得光譜的分辨率得以提高。1989年廣義二維相關分析光譜的概念被提出，其工作機理是將外加擾動添加在樣品上，得到相關的光譜[12-13]，工作流程如圖1所示。

圖1 二維相關光譜產生過程

假設由外擾引起的外擾變量t在Tmax和Tmin間變化時光譜的強度為y(v，t)，其外擾變量t可以是時間、濃度、壓力和溫度等。變量v可以是量化參數，例如紅外、近紅外、紫外等。動態光譜如式(1)所示：

(1)

(2)

樣品的測量過程如有擾動的產生，樣品的結果和狀態就會變化，光譜也會發生相應的變化，該變化就是動態光譜[14]。動態光譜可以組成一個個獨立的矩陣，對其進行計算即可得到同步譜和異步譜。其中同步譜中對角線上的切片譜稱為功率譜[15-16]。當光譜中的一個吸收峰的強度發生巨大的變化時，功率譜中對應的峰位就會有正值的自相關峰出現和產生，在擾動的過程中，峰強度改變的程度會影響其他很多參數，程度越大，自相關峰越強。但一個峰的峰強度并不隨著外界的擾動而改變，不會有自相關峰的出現。同步譜中關于對角線對稱的峰被稱為交叉峰，交叉峰表示的是在擾動下不同變量處的光譜信號的相似性變化[17-19]。總之，不難發現二維相關譜有三個優點：(1)提高光譜的分辨率。二維相關譜可以檢測到一維譜中難以檢測到的信息；(2)分析分子間和分子內的相互關系。利用二維相關譜可以得到峰強度隨擾動的方向和階數，進而得到特征峰對應的群關系；(3)解決吸收峰屬于未知光譜的問題。利用二維相關譜分析不同光譜區域或不同光譜之間的二維相關性，將不同光譜的特征峰聯系起來，研究未知光譜的吸收峰歸屬問題[20-21]。

1.3 實驗材料與方法

隨著人們對自己的體重要求變的越來越高，中成藥、保健品類減重產品因其成分天然、效果溫和、副作用較小受到追捧，但一些中成藥、保健品類減重產品的生產廠家，為了加快療效，謀求高額利益，在其產品中添加違禁成份。麻黃堿就是生產廠家常在藥和保健品中添加的一種生物堿，常被用于治療哮喘類疾病，也可以作用于中樞神經，增加人體對熱量的消耗，對體重可以產生一定的影響。但是該成分有很多副作用，長期使用會對人類的健康造成較大危害。我國禁止麻黃堿在控制體重類產品中使用已達十年之久。本研究將二維相關光譜和化學計量法結合，用于鑒別減肥類產品中含量為1%～5%的麻黃堿[22-23]。

實驗材料：鹽酸麻黃堿，鹽酸偽麻黃堿，純度為99.8%的溴化鉀，10種中藥均為保健類控制體重產品樣本。

實驗儀器采用傅里葉變換紅外光譜儀和電子天平。

實驗1樣品制備：將5 mg麻黃堿171241-201809和95 mg的基質混合，得到質量分數為5%的樣品，將10 mg麻黃堿171237-201510和90 mg的基質混合，得到質量分數為10%的樣品，以此類推分別配置質量分數為10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%的樣品。將5 mg偽麻黃堿和95 mg的基質混合，得到質量分數為5%的樣品，將10 mg偽麻黃堿和90 mg基質混合，得到質量分數為10%的樣品，以此類推分別配置質量分數為10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%的樣品。將麻黃堿和偽麻黃堿與基質混合制備含量為10%、5%、1%的樣品。

實驗2樣品制備：將5 mg麻黃堿和95 mg的基質混合，得到質量分數為5%的樣品，以此遞減類推分別配置質量分數為5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0%的樣品。將5 mg偽麻黃堿和95 mg基質混合，得到質量分數為5%的樣品，以此遞減類推分別配置質量分數為5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0的樣品。將麻黃堿和偽麻黃堿與基質混合均勻制備質量分數為5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0的混合樣品。

1.4 數據收集與處理

取(1～2) mg的麻黃堿和偽麻黃堿與200 mg溴化鉀研磨混勻，壓成厚度約(1～2) mm的樣品薄片。將薄片放入可以測定紅外光譜的測定槽中，對樣品進行紅外光譜的測定。然后利用數據處理工具對測定的光譜圖進行數學處理，然后使用數學處理后的光譜圖進行二維相關分析，獲取相關譜圖。

2 光譜分析

2.1 一維紅外光光譜

圖2(a)、(b)和(c)分別為麻黃堿、偽麻黃堿及麻黃堿與偽麻黃堿混合物的一維紅外光光譜分析結果。

圖2 麻黃堿、偽麻黃堿、麻黃堿與偽麻黃堿混合物的一維紅外光光譜分析結果

由圖2可見，在其他物質中摻加較少量的麻黃堿或偽麻黃堿時，麻黃堿或偽麻黃堿中的特征峰會被其他物質的峰掩蓋。從圖2可以看出，質量分數為5%、10%的麻黃堿樣品，雖然不同物質的吸收度不同，但隨著樣品濃度的不斷提高，吸收峰變的不清晰，特征峰峰形不明顯，圖譜的分辨率降低，樣品濃度的變化會在一定程度上對圖譜的分辨率造成影響，使得少量的麻黃堿或偽麻黃堿較難被簡單的一維紅外光譜鑒定出來。

2.2 二維相關功率譜

圖3是麻黃堿、偽麻黃堿及麻黃堿與偽麻黃堿混合物的二維相關功率譜。

圖3 麻黃堿、偽麻黃堿、麻黃堿與偽麻黃堿混合物的二維相關功率譜分析

由圖3可以看出，經過二維相關功率譜處理后，麻黃堿樣品薄片及偽麻黃堿樣品薄片中，捕捉到其相應的特征峰，解決了重疊峰分析問題，為藥物領域的快速檢測提供了新的解決方案。

3 結 論

將二維相關分析技術與紅外光譜技術相結合，應用于中藥摻雜化學品的檢測。二維相關光譜提高了光譜的分辨率，解決了重疊峰分析問題，為藥物領域的快速檢測提供了新的解決方案。本方法的優點在于不需要對樣本進行預處理，僅需將粉末狀態的樣品進行壓片，采集壓片的動態光譜，再通過相關程序讀取動態光譜信息即可繪制二維相關圖譜，分析二維相關圖譜便可得到結論。但本方法也存在一定的不足，在光譜分析的問題上，僅對紅外光譜和近紅外光譜進行了研究，研究的光譜類型較為簡單，后續還需對其他類型的光譜進行研究。