張中湖，李 皓，李 軍，陸 峰（山東省食品藥品檢驗研究院，山東濟南500；．第二軍醫(yī)大學藥學院，上海00433）

?研究報告?

藥物輔料中有毒摻雜物的拉曼／近紅外光譜法檢測靈敏度評價

張中湖1，李 皓2，李 軍1，陸 峰2（山東省食品藥品檢驗研究院，山東濟南250101；2．第二軍醫(yī)大學藥學院，上海200433）

目的建立常用藥物輔料（甘油）中有毒摻雜物（二甘醇）的快速檢測方法。方法利用拉曼／近紅外光譜法結(jié)合移動窗口相關(guān)系數(shù)法評價有毒摻雜物的檢測靈敏度。結(jié)果拉曼光譜下獲得的檢測靈敏度優(yōu)于近紅外光譜，同時移動窗口法可進一步提高檢測靈敏度。結(jié)論拉曼光譜法有望成為現(xiàn)場快速檢測藥物輔料中摻雜有毒物質(zhì)的有效方法。

藥物輔料；拉曼光譜法；近紅外光譜法；靈敏度；移動窗口

近年來，一些藥物輔料誤用與摻雜事件的發(fā)生，如“齊二藥”事件，對人們的健康和生命構(gòu)成了相當大的威脅［1，2］。因此，構(gòu)成藥物制劑重量的主體以及影響其功效和安全性的藥物輔料再也不能被視為無毒性的輔助性材料。藥物輔料的生產(chǎn)、使用、監(jiān)管應該受到更多的重視，因此，研究藥物輔料的質(zhì)量檢測方法具有明確的現(xiàn)實意義。

通常藥品的分析方法包括化學法、光譜法、色譜法等。盡管色譜法如氣相色譜法、高效液相色譜法［3，4］的靈敏度高、準確性好，但這些方法耗時耗力，且并不能用于現(xiàn)場檢測。而光譜法如近紅外、紅外、拉曼光譜法等，簡單方便，非破壞性，是值得推薦的替代方法。尤其是拉曼光譜法，借助于眾多已經(jīng)商品化的便攜式拉曼光譜儀，已經(jīng)廣泛應用于藥品檢測、司法鑒定以及爆炸物檢測等眾多領(lǐng)域［5，6］。2011年，F(xiàn)DA研究人員利用拉曼光譜法結(jié)合相關(guān)系數(shù)法［7］對甘油／二甘醇、丙二醇／二甘醇體系進行了檢測，計算了HQI值（相似度，用于衡量2張光譜間相似程度的指標，通常以0．95作為判別閾值），最終分別獲得了18%及32%的靈敏度，即在上述兩個二元體系中，二甘醇分別達到18%及32%才能檢出。顯然，這個靈敏度對實際藥品而言還不足夠。

為了進一步提高檢測靈敏度，本研究試圖在FDA研究人員所做工作的基礎(chǔ)上，以常用藥物輔料甘油及其可能摻雜的有毒物質(zhì)二甘醇為研究對象，結(jié)合移動窗口相關(guān)系數(shù)法對藥物輔料／有毒摻雜物體系的拉曼光譜特征區(qū)間進行了優(yōu)化，同時與中國食品藥品檢定研究院推薦的近紅外光譜方法的檢測靈敏度進行了比較。

1 儀器與試藥

便攜式拉曼光譜儀（BWS415；B＆W Tek，USA），激發(fā)波長785 nm，分辨率5 cm－1；近紅外光譜儀（Vector22／N，Bruker，Germany），分辨率4 cm－1；KQ-250DB型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。甘油、二甘醇（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

2 實驗與方法

2．1樣品制備 采用重量法制備混合樣品溶液（本文中出現(xiàn)的所有組成都以質(zhì)量分數(shù)表示）。甘油／二甘醇體系中有毒摻雜物二甘醇的質(zhì)量分數(shù)分別為0%～100%，間隔為5%。所有制備的混合溶液，需超聲30 min以確保甘油與二甘醇完全混合。

2．2數(shù)據(jù)預處理 包括平滑、基線校正、插值、一階導數(shù)。所有的處理方法皆通過Matlab 7．0軟件進行，其中平滑方法為9點Savitzky-Golay算法，通過airPLS進行基線校正，3次樣條函數(shù)進行插值。

2．3HQI計算 本文提到的HQI值通過以下公式進行計算：

其中Library表示藥物輔料的光譜而Test表示有毒摻雜物的光譜。HQI被定義為藥物輔料／有毒摻雜物光譜的相關(guān)系數(shù)的平方，利用一個最小HQI閾值（通常為0．95）去判斷藥物輔料中有毒摻雜物是否超標。

3 結(jié)果與分析

3．1全光譜范圍的HQI比較 我們對不同濃度的甘油／二甘醇溶液進行拉曼光譜以及近紅外光譜的采集，結(jié)果見圖1，其所對應的二甘醇質(zhì)量分數(shù)分別是0%、5%、10%、15%、20%、35%。同時比較拉曼／

圖1 甘油／二甘醇混合溶液的拉曼光譜（A）、近紅外光譜（B）

近紅外光譜，可見隨著二甘醇質(zhì)量分數(shù)的提高，近紅外光譜中的強度僅有小幅的下降，而拉曼光譜卻有大幅的下降，以此說明該混合溶液對拉曼光譜響應較為敏感。同時，我們又計算了混合溶液與純甘油光譜的HQI值，如表1所示（由于篇幅限制，僅展示前6個HQI值）?？梢园l(fā)現(xiàn)，在近紅外光譜中，HQI為0．95時其對應的二甘醇質(zhì)量分數(shù)為20%～35%；而在拉曼光譜中HQI為0．95時，其對應的二甘醇質(zhì)量分數(shù)為10%～15%。由此可見，拉曼光譜獲得的檢測靈敏度確實高于近紅外光譜（檢測靈敏度與二甘醇摻雜的質(zhì)量分數(shù)成負相關(guān)關(guān)系）。最終根據(jù)擬合獲得HQI曲線（圖2），我們可以得出近紅外與拉曼光譜條件下得到的質(zhì)量分數(shù)分別約為20．5%及13．6%。后者與FDA研究人員得到的HQI值（18%）相比，靈敏度有所提高，可能緣于曲線擬合以及實驗誤差。

表1 甘油／二甘醇混合溶液的拉曼及近紅外光譜（全光譜范圍）下的HQI值

3．2移動窗口的提出及優(yōu)化后光譜范圍的比較Kim等［8］報道，通過合適的光譜范圍選擇能夠提高預測的選擇性和準確性；同時，陸婉珍等［9］利用近紅外光譜法并結(jié)合移動窗口相關(guān)系數(shù)（MWCC）法準確地區(qū)分出高度相似的原油樣品。因此，在本文中我們試圖利用MWCC法對獲取的拉曼光譜、近紅外光譜進行特征區(qū)間的提取。因為窗口的大小是一個非常重要的計算參數(shù)，我們采用不同大小的窗口計算不同的靈敏度并最終從中選取最佳的窗口大小。表2呈現(xiàn)了一系列窗口大小計算的檢測靈敏度。從表2可以看出，對近紅外光譜而言，當窗口從100增大到300時，檢測靈敏度有所下降，而大小為100、150、200的窗口表呈現(xiàn)出相近的靈敏度；對拉曼光譜而言，當窗口從100增大到500時，檢測靈敏度變化不大。梁逸曾等［10］報道小窗口往往能夠提供更多的精確信息。因此，在本文中我們均采用100作為最佳的移動窗口大小。最終結(jié)果是，經(jīng)過窗口大小選擇與窗口移動，近紅外光譜測得的二甘醇的最低質(zhì)量分數(shù)由20．5%降低到17．9%；而拉曼光譜測得的二甘醇的質(zhì)量分數(shù)由13．6%降低到到8．2%。結(jié)果表明，對全光譜范圍進行特征區(qū)間的提取后再進行HQI計算，可以提高甘油中二甘醇的檢測靈敏度，且拉曼光譜法的檢測效果稍優(yōu)于近紅外光譜法。

圖2 甘油／二甘醇混合溶液的HQI曲線

表2 拉曼光譜法和近紅外光譜法下不同窗口大小及優(yōu)化光譜區(qū)間測得的靈敏度

4 討論

4．1異常值的影響 一般來說，藥物輔料在混合溶液中的質(zhì)量分數(shù)越低，則該混合溶液與純藥物輔料的光譜差異越大，相應HQI值也越低，也就是說HQI曲線應該呈現(xiàn)如圖3所示的趨勢。然而，在甘油／二甘醇體系中，HQI曲線卻出現(xiàn)了一些異常點。摻雜50%二甘醇的混合溶液的HQI值（0．747）高于摻雜45%二甘醇的混合溶液（0．702）；同時，這種異常也體現(xiàn)于摻雜55%與60%的二甘醇的混合溶液。原因可能是這幾種質(zhì)量分數(shù)均在50%左右，也即甘油與二甘醇的質(zhì)量比約為1∶1，由于兩者的分子結(jié)構(gòu)比較相似，此時二者分子間的相互作用達到最強，從而導致了HQI曲線上異常點的出現(xiàn)。好在因為HQI值0．95對應的摻雜質(zhì)量分數(shù)遠遠小于50%（＜20%），這幾個異常點的出現(xiàn)并未影響最終的檢測結(jié)果。

4．2定量及靈敏度評估 Ruzicka等［11］利用拉曼光譜定量分析了甘油／二甘醇體系，得到的二甘醇的檢測限為0．32%，遠小于本文中得到的8%的檢測限。然而在該論文中，需要先對有毒摻雜物進行定性鑒別，再建立并驗證定量分析模型，相對煩瑣、耗時。相比較而言，本文更多致力于近紅外、拉曼光譜的靈敏度評價，而該方法是基于定性鑒別或者半定量分析，因此能夠更簡單、快速地提高藥物輔料的檢測靈敏度。

圖3 甘油／二甘醇體系的HQI曲線

5 結(jié)論

拉曼光譜法結(jié)合優(yōu)化光譜范圍的移動窗口相關(guān)系數(shù)法成功地提高了藥物輔料中有毒摻雜物的檢測靈敏度，且優(yōu)于近紅外光譜的檢測效果。在接下來的工作中，需要結(jié)合一些更先進的化學計量學方法，使該方法成長為現(xiàn)場快速檢測藥物輔料的備選方法。

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［本文編輯］顧文華

圖3 反式油酸乙酯質(zhì)譜圖

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［收稿日期］ 2014-08-23 ［修回日期］ 2014-11-07

［本文編輯］ 顧文華

The sensitivity evaluation of Raman spectroscopy and near infrared spectroscopy；in toxic adulterant detection of pharmaceutical excipient

ZHANG Zhonghu1，LIHao2，LIJun1，LU Feng2（1．Shandong Institute for Food and Drug Control，Jinan 250101，China；2．School of Pharmacy，Second M ilitary Medical University，Shanghai200433，China）

ObjectiveTo develop a rapidmethod for the detection of toxic adulterant（diethylene glycol）in pharmaceutical excipient（glycerol）．MethodThe detection sensitivity of Raman／near infrared（NIR）spectroscopy combined w ithmoving window correlation coefficient（MWCC）method was evaluated．ResultsThe detection sensitivity of Raman spectroscopy was superior to that of NIR spectroscopy and w ith the assistance of MWCC method；the sensitivity had been further improved．ConclusionRaman spectroscopy has the potential to become the effectivemethod in the on-site detection of toxic adulterant in pharmaceutical excipient．

pharmaceuticalexcipient；Raman spectroscopy；near infrared（NIR）spectroscopy；sensitivity；moving w indow correlation coefficient（MWCC）method

R927

A

1006-0111（2015）05-0441-04

10．3969／j．issn．1006-0111．2015．05．016

2015-05-29

2015-07-26

科技部重大科學儀器設(shè)備開發(fā)專項（2012YQ180132）

張中湖，副主任藥師．研究方向：藥品檢驗．Tel：15969719370

陸 峰，博士，教授，博士生導師．研究方向：藥物質(zhì)量信息學．E-mail：fenglufeng＠hotmail．com