王 聰，王 ，宋 妮，任素梅，王遠紅，張秀麗

(中國海洋大學(xué) 醫(yī)藥學(xué)院，山東 青島 266003)

核磁共振定量技術(shù)引入藥物分析實驗的探索

(中國海洋大學(xué) 醫(yī)藥學(xué)院，山東 青島 266003)

核磁共振定量技術(shù)是一種以結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)的新型定量分析方法，在藥物質(zhì)量控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該文從傳授理論知識、創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容及建立課程評價體系3個方面，探索了將核磁共振定量技術(shù)引入藥物分析實驗的具體實施方案。實踐表明，這一探索將科研新成果新方法帶入實驗教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生探索科學(xué)的積極性，提高了他們的動手能力，為實現(xiàn)高水平高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

核磁共振技術(shù)；定量；藥物分析；實驗教學(xué)；創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容

藥物分析課程是藥學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，亦是一門實踐性、綜合性、應(yīng)用性很強的課程[1]。藥物分析實驗是藥物分析課程中最重要的組成部分，要求學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)掌握中國藥典常用分析方法的基本原理和實驗技術(shù)，熟練地掌握藥物分析中包括樣品處理、藥物鑒定、雜質(zhì)檢查和含量測定等各項實驗技能及常用分析儀器的正確使用方法[2]。實驗教學(xué)既是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)，又是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的重要途徑。

隨著實驗技術(shù)日新月異的變化，傳統(tǒng)藥學(xué)專業(yè)的藥物分析實驗存在內(nèi)容相對陳舊、方法單一及與社會實際需求脫節(jié)等不足之處[3]。教材內(nèi)容應(yīng)與時俱進，把一些藥物分析研究的熱點及藥典中的新內(nèi)容引入實驗項目，將有利于學(xué)生了解學(xué)科前沿，把握時代熱點，拓寬知識面，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和科研能力。2010年中國藥典新增了定量核磁共振技術(shù)，但國內(nèi)未見將該技術(shù)引入藥物分析實驗的報道。

本文結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)觀念[4]，探索將核磁共振定量技術(shù)引入藥物分析實驗課程，理論傳授和實踐操作相結(jié)合，開拓學(xué)生的視野，提高他們動手能力和創(chuàng)新能力，更好地適應(yīng)藥學(xué)專業(yè)發(fā)展和社會的需求。

1 利用多媒體教學(xué)，傳授理論知識

1.1 核磁共振定量技術(shù)的優(yōu)勢

核磁共振定量分析早在20世紀70年代就有報道，但因為當(dāng)時該方法靈敏度低，測定的重現(xiàn)性也不理想而未得到長足的發(fā)展。隨著現(xiàn)代超導(dǎo)高磁場的脈沖傅立葉變換核磁共振譜儀的應(yīng)用，核磁共振定量分析方法的靈敏度、精確度、準確度及分析速度等方面已達到或接近高效液相色譜的水平，日益成為藥物定量分析的一種重要手段[5-6]。

在此教學(xué)環(huán)節(jié)中，著力介紹核磁共振定量技術(shù)的優(yōu)勢，并用具體案例加以強化說明，幫助學(xué)生明確該技術(shù)在藥物分析領(lǐng)域的重要作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.2 核磁共振定量技術(shù)的原理

核磁共振波譜是具有磁矩的原子核在外磁場中吸收了與其裂分能級間能量差相對應(yīng)的射頻場能量而產(chǎn)生共振現(xiàn)象的分析方法。化學(xué)位移和偶合常數(shù)是結(jié)構(gòu)鑒定的重要參數(shù)，共振峰面積與被測組分的含量成正比，是定量分析的依據(jù)。最為常見的是核磁共振內(nèi)標法，多采用核磁共振氫譜，以結(jié)構(gòu)和含量已知的化合物作為內(nèi)標物。將內(nèi)標物溶于待測物溶液中，進行核磁共振氫譜測試，通過兩者積分信號強度的比值計算待測物的質(zhì)量：

式中，Ws為待測物的質(zhì)量，Wb為內(nèi)標物的質(zhì)量，As為待測物的定量峰面積，Ab為內(nèi)標物的定量峰面積，Ns為待測物定量峰的質(zhì)子數(shù)，Nb內(nèi)標定量峰的質(zhì)子數(shù)，Ms為待測物的分子量，Mb為內(nèi)標物的分子量，Pb為內(nèi)標物的純度。這一教學(xué)環(huán)節(jié)要將實驗方法的理論依據(jù)簡明扼要地介紹清楚，并采用適當(dāng)實例介紹計算公式如何在實驗的具體操作中應(yīng)用。

1.3 影響核磁定量的主要因素

由上述內(nèi)標法計算公式可以看出，內(nèi)標物和待測物的定量峰峰面積直接影響測定結(jié)果的準確性，而定量峰峰面積與定量峰的選擇、參數(shù)設(shè)置及積分處理有關(guān)。通常內(nèi)標物應(yīng)與待測物溶于同一種氘代試劑，具有較高的純度，較少的質(zhì)子數(shù)不與待測物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且與待測物的核磁信號不重疊。常用的內(nèi)標物有對苯二甲酸二甲酯、四氯硝基苯、對硝基苯和1,3,5-三甲氧基苯等。合適的定量峰要易于識別，并且能完全與其他信號分離，且待測物的定量峰與內(nèi)標物的定量峰最好化學(xué)環(huán)境相近，從而保證局部積分面積的一致性和準確性。闡明影響核磁定量的因素，有助于學(xué)生在實驗過程中有的放矢。在對理論知識介紹的基礎(chǔ)上，結(jié)合核磁定量技術(shù)進行藥物分析的實例進行講解，加深學(xué)生的認識和理解。

2 理論聯(lián)系實際，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容

高等院校肩負著培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重任。現(xiàn)代科技日新月異，實驗教科書往往更新較慢，這就要求高校教師要與時俱進，不斷改進教學(xué)方法和內(nèi)容，努力營造創(chuàng)新環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的科研熱情，引導(dǎo)更多的學(xué)生跨入科學(xué)實驗的門檻，參與科研活動，完成對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[11]。

將核磁共振定量技術(shù)引入藥物分析實驗的教學(xué)內(nèi)容要結(jié)合前沿研究，體現(xiàn)“科研反哺教學(xué)”的理念。選擇實用性強而又簡單易得的化合物作為實驗對象，如可采用治療消化道潰瘍的藥物西咪替丁[12]，該藥物為非處方藥，且價格便宜，適用于實驗教學(xué)。根據(jù)西咪替丁的結(jié)構(gòu)特征選擇對苯二甲酸二甲酯為內(nèi)標物，以氘代甲醇為溶劑。首先，在老師的詳細講解和演示下，指導(dǎo)學(xué)生自己操作儀器采集核磁共振氫譜，在熟悉儀器性能的同時掌握操作方法，避免學(xué)生對于大型貴重儀器只有粗淺認識和基本識圖能力的缺陷。其次，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合有機波譜解析課程所學(xué)相關(guān)理論知識，對得到的圖譜進行解析，正確歸屬西咪替丁和內(nèi)標物各共振峰，做到學(xué)以致用、用以促學(xué)。再次，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)理論課講授知識，選擇合適的共振峰作為定量峰，如選擇布西咪替丁咪唑環(huán)上δ7.47處共振峰和對苯二甲酸二甲酯苯環(huán)δ8.10處共振峰作為定量峰(如圖1所示)。最后，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)藥典核磁定量公式進行數(shù)據(jù)處理，并結(jié)合實踐講解各步操作對定量結(jié)果的影響，增強學(xué)生對數(shù)據(jù)處理及儀器參數(shù)優(yōu)化的重視。

圖1 西咪替丁和對苯二甲酸二甲酯1H-NMR (in Methanol-d4)

采用核磁共振定量技術(shù)測定片劑中西咪替丁含量的具體操作如下：精確稱取一定量的西咪替丁粉末(W)和對苯二甲酸二甲酯(Wb)于5 mm核磁管中，加入0.5 mL氘代甲醇，震蕩混勻，待充分溶解后采集核磁共振氫譜。對圖譜中西咪替丁和對苯二甲酸二甲酯定量峰進行準確積分，峰面積分別為As和Ab，將以上數(shù)據(jù)及西咪替丁分子量Ms=252.34，對苯二甲酸二甲酯分子量Mb=194.18，西咪替丁定量峰的質(zhì)子數(shù)Ns=1，對苯二甲酸二甲酯定量峰的質(zhì)子數(shù)Nb=4帶入核磁共振定量公式中計算出西咪替丁的質(zhì)量Ws，最后通過Ws/W計算得出片劑中西咪替丁含量。

該環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生面對實際問題，積極主動思考的能力。以常用藥物西咪替丁片劑為例，向?qū)W生講授核磁共振定量技術(shù)的原理與方法，使學(xué)生所學(xué)到的知識在生活中得以應(yīng)用。理論結(jié)合實際、科學(xué)走進生活，既充分調(diào)動了學(xué)生對實驗的興趣與積極性，又大大提高了學(xué)生解決實際問題的動手能力。同時實驗也可進一步拓展到其他使用核磁共振技術(shù)定量的常用藥物，如布洛芬緩釋膠囊、克拉霉素膠囊、維生素C片劑[13-15]等，讓學(xué)生更全面地了解核磁共振定量技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展動態(tài)。

3 建立科學(xué)的課程評價體系，激發(fā)學(xué)生過程學(xué)習(xí)

課程評價是檢驗教學(xué)質(zhì)量的必要手段。科學(xué)、合理的課程評價不僅能夠檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生對該課程的重視程度和學(xué)習(xí)的主動性積極性[16]，還可讓教師發(fā)現(xiàn)實驗教學(xué)中存在的不足，及時改進教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。

針對傳統(tǒng)課程評價體系單純依靠實驗報告評分的弊端，探索以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標，注重實驗過程中的各個環(huán)節(jié)；將單一的結(jié)果評價模式轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程和結(jié)果相結(jié)合的評價模式；把考核過程分解為課堂提問、實驗操作、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果討論，對每一部分內(nèi)容分別賦予不同比重的分值進行量化打分，使得學(xué)生不是僅滿足于測得幾個實驗數(shù)據(jù)，而是更加注重對實驗內(nèi)容的預(yù)習(xí)，對實驗規(guī)范操作的掌握和對實驗結(jié)果的科學(xué)處理，并在平時的實驗中有意識地加強基本功的練習(xí)，進而提高實驗基本操作技能[17]。另外可通過微信平臺等網(wǎng)絡(luò)形式與學(xué)生交流，針對實驗中遇到的問題進行答疑解惑，特別是對于有共性的問題，一人提問，全班受益。這不僅能夠使問題得到及時有效的解決，而且縮短了師生間的距離，促進了師生交流[18]。

4 結(jié)束語

核磁共振定量技術(shù)引入藥物分析實驗課程，將科研新方法新成果帶進實驗室，體現(xiàn)了“科研反哺教學(xué)”的理念，加強了理論知識在實踐中的應(yīng)用，即開拓了學(xué)生視野，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神。該課程的實施有助于高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，使學(xué)生掌握和使用先進的儀器設(shè)備，提高他們的動手能力和實踐水平，為將來走上工作崗位奠定基礎(chǔ)。

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TheExplorationontheApplicationofQuantitativeNMRfortheExperimentTeachingofPharmaceuticalAnalysis

WANG Cong，WANG Yi，SONG Ni，REN Sumei，WANG Yuanhong，ZHANG Xiuli

(School of Medicine and Pharmacy，Ocean University of China，Qingdao 266003，China)

The quantitative analysis of nuclear magnetic resonance(NMR)is a new kind of quantitative analysis method based on structural analysis，which has been widely used in drug quality control.In this paper，it explored the approaches to applying quantitative of NMR to the experiment of pharmaceutical analysis from imparting theoretical knowledge，innovating teaching content and establishing evaluation system.Practice shows that this exploration will bring new research achievements and methods into experimental teaching，stimulate the enthusiasm of students to explore science and improve their practical ability，and make a basement for innovative talents cultivation.

nuclear magnetic resonance；quantitative；pharmaceutical analysis；experiment teaching；innovation teaching content

2017-03-21；修改日期:2017-04-26

藥學(xué)自主實驗性實驗課程建設(shè)研究項目(2015M005)；中國海洋大學(xué)本科教育教學(xué)研究立項項目(2014ZD01)；高校基本科研業(yè)務(wù)費實驗室研究基金項目(201751011)。

王聰(1986-)，女，碩士，實驗師，主要從事核磁共振波譜儀管理與應(yīng)用方面的研究。

張秀麗，實驗師，主要從事核磁共振波譜儀管理與應(yīng)用方面的研究，xiulizhang@ouc.edu.cn

G642.0

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10.3969/j.issn.1672-4550.2017.04.033