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        基于二維相關(guān)光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量法的藥品檢測(cè)儀器操作研究

        2021-03-15 09:22:24馬正偉
        工業(yè)催化 2021年11期
        關(guān)鍵詞:偽麻黃堿麻黃堿紅外

        馬正偉

        (新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)藥品檢驗(yàn)所,新疆 阿克蘇 843000)

        藥品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,不僅會(huì)阻礙醫(yī)藥市場(chǎng)健康有序發(fā)展,還會(huì)威脅患者的生命安全和健康。據(jù)相關(guān)組織的調(diào)查,在全世界范圍假藥比例達(dá)15%,已經(jīng)變成世界性的災(zāi)難,對(duì)假劣藥品行業(yè)進(jìn)行有效打擊是當(dāng)下各國(guó)藥品管理部門(mén)的工作重點(diǎn)。但是,隨著藥品造假技術(shù)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)的以非藥品造假的手段越來(lái)越少,現(xiàn)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(duì)假冒偽劣藥品的認(rèn)定和打擊難度[1-2]。自2003年起,我國(guó)成立了專門(mén)的研究小組,致力于利用現(xiàn)代色譜和光譜分析方法研究藥物快速檢測(cè)系統(tǒng)。與其他藥品快檢的方式相比,該方法所具有的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需預(yù)處理,蘊(yùn)含的特征信息豐富,便于操作。也正是處于這些優(yōu)點(diǎn)使得紅外光譜法常被用于藥品快檢。但傳統(tǒng)的紅外光譜法存在著分辨率低和靈敏度差的問(wèn)題。但隨著光譜數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷進(jìn)步,紅外光譜法的檢測(cè)準(zhǔn)確度也得到一定程度的提升。

        藥品快檢在許多領(lǐng)域都有很高的價(jià)值,越來(lái)越多的研究者也將目光投向該領(lǐng)域,王建[3]指出,藥物檢測(cè)是保證藥物安全的重要手段,也是藥物開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)到市場(chǎng)過(guò)程中的核心環(huán)節(jié)。近紅外光譜技術(shù)在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用避免了藥物檢測(cè)工作的危害,具有傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)所沒(méi)有的許多優(yōu)點(diǎn),在提高藥物檢測(cè)質(zhì)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(shù)具有快速、無(wú)損、綠色等優(yōu)點(diǎn),是藥物分析領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)。它可以快速鑒別原料,在線監(jiān)測(cè)和分析藥品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的最終質(zhì)量,避免復(fù)雜的理化制樣過(guò)程,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。徐怡莊等[5]將正交的概念運(yùn)用到二維相關(guān)光譜方法學(xué),研究了兩種溶質(zhì)在同一組溶液中的相互作用,通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以分析混合物的雙線性數(shù)據(jù),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(shù)存在譜帶展寬、吸收峰重疊、吸收信號(hào)弱和結(jié)構(gòu)信息難于辨析等缺陷,仍需要借助其他分析方法對(duì)其進(jìn)一步解析。為此,本文將二維相關(guān)光譜技術(shù)進(jìn)行一定程度的合理優(yōu)化,優(yōu)化原理是與相關(guān)譜上歸屬明確的吸收峰的相關(guān)性進(jìn)行類比,進(jìn)而對(duì)其他光譜上吸收峰的歸屬性進(jìn)行討論。

        1 檢測(cè)方法研究

        1.1 紅外光譜

        在分析化學(xué)領(lǐng)域,紅外光譜法是一種慣用的分析化合物分子結(jié)構(gòu)的辦法,常用來(lái)確定化合物分子的官能團(tuán)和氫鍵結(jié)合等結(jié)構(gòu)特征,也可以對(duì)比未知物和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的紅外光譜確定未知物的分子[6-8]。復(fù)雜體系的紅外光譜由不同簡(jiǎn)單組分的紅外光譜組合而成,也有研究者將這種現(xiàn)象稱為具有一定含量的具有特殊結(jié)構(gòu)的吸收峰出現(xiàn)在復(fù)雜體系譜中,但這種成份的含量會(huì)對(duì)特征峰的強(qiáng)度和數(shù)量產(chǎn)生影響[9-10]。對(duì)低含量組分的鑒定過(guò)程,一般先對(duì)光譜增強(qiáng)分辨率,再利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法展開(kāi)后續(xù)操作以獲得更好的測(cè)量效果[11]。

        1.2 二維相關(guān)光譜

        二維相關(guān)光譜的前身是NMR光譜,其原始的產(chǎn)生是通過(guò)逐漸變大的脈沖序列的某一時(shí)間的間隔,對(duì)自旋核進(jìn)行激發(fā),進(jìn)而擁有頻域-頻域二維NMR譜,成功的將光譜信號(hào)從單維擴(kuò)展到二維,使得光譜的分辨率得以提高。1989年廣義二維相關(guān)分析光譜的概念被提出,其工作機(jī)理是將外加擾動(dòng)添加在樣品上,得到相關(guān)的光譜[12-13],工作流程如圖1所示。

        圖1 二維相關(guān)光譜產(chǎn)生過(guò)程

        假設(shè)由外擾引起的外擾變量t在Tmax和Tmin間變化時(shí)光譜的強(qiáng)度為y(v,t),其外擾變量t可以是時(shí)間、濃度、壓力和溫度等。變量v可以是量化參數(shù),例如紅外、近紅外、紫外等。動(dòng)態(tài)光譜如式(1)所示:

        (1)

        (2)

        樣品的測(cè)量過(guò)程如有擾動(dòng)的產(chǎn)生,樣品的結(jié)果和狀態(tài)就會(huì)變化,光譜也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,該變化就是動(dòng)態(tài)光譜[14]。動(dòng)態(tài)光譜可以組成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的矩陣,對(duì)其進(jìn)行計(jì)算即可得到同步譜和異步譜。其中同步譜中對(duì)角線上的切片譜稱為功率譜[15-16]。當(dāng)光譜中的一個(gè)吸收峰的強(qiáng)度發(fā)生巨大的變化時(shí),功率譜中對(duì)應(yīng)的峰位就會(huì)有正值的自相關(guān)峰出現(xiàn)和產(chǎn)生,在擾動(dòng)的過(guò)程中,峰強(qiáng)度改變的程度會(huì)影響其他很多參數(shù),程度越大,自相關(guān)峰越強(qiáng)。但一個(gè)峰的峰強(qiáng)度并不隨著外界的擾動(dòng)而改變,不會(huì)有自相關(guān)峰的出現(xiàn)。同步譜中關(guān)于對(duì)角線對(duì)稱的峰被稱為交叉峰,交叉峰表示的是在擾動(dòng)下不同變量處的光譜信號(hào)的相似性變化[17-19]。總之,不難發(fā)現(xiàn)二維相關(guān)譜有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)提高光譜的分辨率。二維相關(guān)譜可以檢測(cè)到一維譜中難以檢測(cè)到的信息;(2)分析分子間和分子內(nèi)的相互關(guān)系。利用二維相關(guān)譜可以得到峰強(qiáng)度隨擾動(dòng)的方向和階數(shù),進(jìn)而得到特征峰對(duì)應(yīng)的群關(guān)系;(3)解決吸收峰屬于未知光譜的問(wèn)題。利用二維相關(guān)譜分析不同光譜區(qū)域或不同光譜之間的二維相關(guān)性,將不同光譜的特征峰聯(lián)系起來(lái),研究未知光譜的吸收峰歸屬問(wèn)題[20-21]。

        1.3 實(shí)驗(yàn)材料與方法

        隨著人們對(duì)自己的體重要求變的越來(lái)越高,中成藥、保健品類減重產(chǎn)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(chǎn)品的生產(chǎn)廠家,為了加快療效,謀求高額利益,在其產(chǎn)品中添加違禁成份。麻黃堿就是生產(chǎn)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(jīng),增加人體對(duì)熱量的消耗,對(duì)體重可以產(chǎn)生一定的影響。但是該成分有很多副作用,長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)人類的健康造成較大危害。我國(guó)禁止麻黃堿在控制體重類產(chǎn)品中使用已達(dá)十年之久。本研究將二維相關(guān)光譜和化學(xué)計(jì)量法結(jié)合,用于鑒別減肥類產(chǎn)品中含量為1%~5%的麻黃堿[22-23]。

        實(shí)驗(yàn)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(chǎn)品樣本。

        實(shí)驗(yàn)儀器采用傅里葉變換紅外光譜儀和電子天平。

        實(shí)驗(yàn)1樣品制備:將5 mg麻黃堿171241-201809和95 mg的基質(zhì)混合,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的樣品,將10 mg麻黃堿171237-201510和90 mg的基質(zhì)混合,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的樣品,以此類推分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)混合,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的樣品,將10 mg偽麻黃堿和90 mg基質(zhì)混合,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的樣品,以此類推分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)混合制備含量為10%、5%、1%的樣品。

        實(shí)驗(yàn)2樣品制備:將5 mg麻黃堿和95 mg的基質(zhì)混合,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的樣品,以此遞減類推分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)混合,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的樣品,以此遞減類推分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)混合均勻制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、0的混合樣品。

        1.4 數(shù)據(jù)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(cè)定紅外光譜的測(cè)定槽中,對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜的測(cè)定。然后利用數(shù)據(jù)處理工具對(duì)測(cè)定的光譜圖進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,然后使用數(shù)學(xué)處理后的光譜圖進(jìn)行二維相關(guān)分析,獲取相關(guān)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(jié)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(jié)果

        由圖2可見(jiàn),在其他物質(zhì)中摻加較少量的麻黃堿或偽麻黃堿時(shí),麻黃堿或偽麻黃堿中的特征峰會(huì)被其他物質(zhì)的峰掩蓋。從圖2可以看出,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%的麻黃堿樣品,雖然不同物質(zhì)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(huì)在一定程度上對(duì)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(jiǎn)單的一維紅外光譜鑒定出來(lái)。

        2.2 二維相關(guān)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(guān)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(guān)功率譜分析

        由圖3可以看出,經(jīng)過(guò)二維相關(guān)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(yīng)的特征峰,解決了重疊峰分析問(wèn)題,為藥物領(lǐng)域的快速檢測(cè)提供了新的解決方案。

        3 結(jié) 論

        將二維相關(guān)分析技術(shù)與紅外光譜技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用于中藥摻雜化學(xué)品的檢測(cè)。二維相關(guān)光譜提高了光譜的分辨率,解決了重疊峰分析問(wèn)題,為藥物領(lǐng)域的快速檢測(cè)提供了新的解決方案。本方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要對(duì)樣本進(jìn)行預(yù)處理,僅需將粉末狀態(tài)的樣品進(jìn)行壓片,采集壓片的動(dòng)態(tài)光譜,再通過(guò)相關(guān)程序讀取動(dòng)態(tài)光譜信息即可繪制二維相關(guān)圖譜,分析二維相關(guān)圖譜便可得到結(jié)論。但本方法也存在一定的不足,在光譜分析的問(wèn)題上,僅對(duì)紅外光譜和近紅外光譜進(jìn)行了研究,研究的光譜類型較為簡(jiǎn)單,后續(xù)還需對(duì)其他類型的光譜進(jìn)行研究。

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