近紅外光譜技術(shù)在藥物分析中的應(yīng)用

1、近紅外光譜技術(shù)在藥物分析中的應(yīng)用1前言 HYPERLINK /view/1949118.htm t _blank 近紅外光譜分析技術(shù)是 HYPERLINK /view/3844.htm t _blank 分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)，越來越引起國內(nèi)外分析專家的注目，在 HYPERLINK /view/3844.htm t _blank 分析化學(xué)領(lǐng)域被譽(yù)為分析“巨人”，它的出現(xiàn)可以說帶來了又一次分析技術(shù)的革命。近紅外（NIR）譜區(qū)是人類認(rèn)識最早的非可見光譜區(qū)，波長范圍在0.752.5mm之間，用波數(shù)表示時則在133304000cm-1之間。由于近紅外的吸收譜帶復(fù)雜，譜峰重疊，信號弱，在分析

2、上難以應(yīng)用，長期以來沒有受到人們的重視。近十多年來，隨著近紅外儀器的改良，新的光譜理論和光度分析方法的建立，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，使近紅外光譜技術(shù)成為目前發(fā)展最快、最引人注目的分析技術(shù)，并以其簡單快速、實(shí)時在線、無損傷無污染分析等特點(diǎn)，在復(fù)雜物質(zhì)的分析上得到廣泛應(yīng)用。在包括制糖和制藥的許多與化學(xué)分析和品質(zhì)管理有關(guān)的行業(yè)中的應(yīng)用前景極其廣闊。關(guān)于近紅外光譜技術(shù)在制藥行業(yè)中應(yīng)用的文獻(xiàn)報(bào)道越來越多，顯示了近紅外光譜技術(shù)在制藥領(lǐng)域中越來越受到人們的重視。近紅外光譜分析具有的快速實(shí)時、操作簡單、無損傷測定、不受樣品狀態(tài)影響的特點(diǎn)很符合藥物分析的要求。因此，在制藥業(yè)中原料藥的分

3、析、藥物制劑中水分、有效成分的分析、藥物生產(chǎn)品質(zhì)的過程控制等方面近紅外光譜技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用。2光譜介紹近紅外光是介于 HYPERLINK /view/68621.htm t _blank 可見光和中紅外光之間的 HYPERLINK /view/1015.htm t _blank 電磁波，根據(jù)ASTM（美國試驗(yàn)和材料檢測協(xié)會）定義是指波長在7802526nm范圍內(nèi)的電磁波，習(xí)慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波（7801100nm）和近紅外長波（11002526nm）兩個區(qū)域。 HYPERLINK /view/1949118.htm t _blank 近紅外光譜屬于分子 HYPERLINK

4、/view/1977182.htm t _blank 振動光譜的倍頻和主頻 HYPERLINK /view/452721.htm t _blank 吸收光譜，主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從 HYPERLINK /view/345756.htm t _blank 基態(tài)向高 HYPERLINK /view/1051066.htm t _blank 能級躍遷時產(chǎn)生的，具有較強(qiáng)的穿透能力。近紅外光主要是對含氫 HYPERLINK /view/719234.htm t _blank 基團(tuán)XH（X=C、N、O）振動的倍頻和合頻吸收，其中包含了大多數(shù)類型 HYPERLINK /view/16337

5、4.htm t _blank 有機(jī)化合物的組成和分子結(jié)構(gòu)的信息。由于不同的有機(jī)物含有不同的基團(tuán)，不同的基團(tuán)有不同的能級，不同的基團(tuán)和同一基團(tuán)在不同物理化學(xué)環(huán)境中對近紅外光的吸收 HYPERLINK /view/45341.htm t _blank 波長都有明顯差別，且吸收系數(shù)小，發(fā)熱少，因此 HYPERLINK /view/1949118.htm t _blank 近紅外光譜可作為獲取信息的一種有效的載體。近 HYPERLINK /view/356030.htm t _blank 紅外光照射時， HYPERLINK /view/30964.htm t _blank 頻率相同的光線和基團(tuán)將發(fā)生

6、HYPERLINK /view/2883795.htm t _blank 共振現(xiàn)象，光的 HYPERLINK /view/14394.htm t _blank 能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子；而近紅外光的頻率和樣品的 HYPERLINK /view/3234850.htm t _blank 振動頻率不相同，該頻率的紅外光就不會被吸收。因此，選用連續(xù)改變 HYPERLINK /view/30964.htm t _blank 頻率的近紅外光照射某樣品時， 由于試樣對不同頻率近紅外光的選擇性吸收，通過試樣后的近紅外光線在某些波長范圍內(nèi)會變?nèi)?，透射出來的紅外光線就攜帶有機(jī)物組分和結(jié)構(gòu)的信息。通過檢

7、測器分析透射或 HYPERLINK /view/1185379.htm t _blank 反射光線的光密度， 就可以確定該組分的含量。3近紅外光譜技術(shù)在制藥業(yè)中的應(yīng)用31 原料和活性組分的測定藥物加工過程中第一步就是原料的鑒定，其質(zhì)量的好壞直接決定后續(xù)加工過程的成敗于否，而同一類型的原料中多變因素主要是濕度和顆粒大小，近紅外光譜在濕度測定中的靈敏度及其適于固體表面的表征的特性，使他能夠很快地得到樣品的濕度和顆粒大小的信息，然后將原料進(jìn)行分類。該方法與傳統(tǒng)的中紅外光譜和濕化學(xué)方法相比，檢測速度和效率大大提高。藥物中的活性組分是藥物的核心部分，它是決定藥效的主要成分，其質(zhì)量和含量直接影響藥物的治療

8、性能。如果藥劑中活性組分的含量過低，就不能達(dá)到應(yīng)有的藥效；若活性組分含量太高，則可能帶來副作用，甚至有害人體。因此在藥物加工過程中，活性組分的含量和質(zhì)量必須嚴(yán)格控制。近紅外光譜結(jié)合漫反射技術(shù)可以快速、在線監(jiān)測藥物加工過程中活性組分的含量及其在賦形劑中分布的均勻性，適時調(diào)節(jié)其含量，得到合適的藥劑。此外近紅外光譜還可以非破壞性檢測成型片劑（包括涂層后的片劑）及膠囊中活性組分的含量及分布，以秒級的時間分析每個包裝好的片劑。32固體藥劑的表征固體藥劑是很重要的一類藥劑，大部分的口服藥都是固體劑，如片劑、膠囊、顆粒及粉末等。以前，人們對這些固體藥劑的安全性和藥效的關(guān)注，主要集中在藥物的化學(xué)純度上，后來人

9、們逐漸認(rèn)識到固體的物理性質(zhì)如顆粒大小、濕度及結(jié)晶度等對藥物的穩(wěn)定性、溶解性及在人體內(nèi)的吸收及生理獲得性（Bioavailabiliti）都有很大的影響。因此在藥物的配方和加工過程中，固體藥劑的物理表征就至關(guān)重要。近紅外光譜在固體藥劑物理表征方面的應(yīng)用是該技術(shù)在制藥工業(yè)中最成功的應(yīng)用。由于近紅外光在固體中的穿透程度較深以及其容易采用反射技術(shù)的特點(diǎn)，使他成功地用于固體藥劑的各種物理化學(xué)性質(zhì)如濕度、含量均一性、顆粒大小分布、結(jié)晶度及硬度的定量表征。3.3 顆粒大小分布固體藥劑一般是通過磨碎、混合、成粒、壓片或裝入膠囊及包裝等過程制備的。各種固體原料的顆粒大小及分布均會影響每一步加工過程及最終的產(chǎn)率，

10、因此實(shí)時測定和控制每一步加工過程中固體原料的顆粒大小及分布對配方和加工過程都非常重要。由于固體藥劑中固體顆粒的大小及分布會影響其安全性、穩(wěn)定性及藥劑形式的可變性，藥物中活性組分和賦形劑的顆粒大小會影響藥物的各種特性，如多孔性和流動性，因此生產(chǎn)者和醫(yī)藥管理部門越來越重視固體藥劑中固體顆粒大小的分布。由于近紅外光很容易被顆粒散射，使得近紅外光譜結(jié)合漫反射技術(shù)可以快速、非破壞性測定固體藥劑中各種成分包括活性組分、配劑及賦形劑的顆粒大小及分布等。近紅外光譜技術(shù)快速的特點(diǎn)使它可以在很短的時間內(nèi)對同一批樣品重復(fù)掃描多次，從而得到整批樣品中顆粒大小得真實(shí)分布，且整個測定在幾秒鐘內(nèi)即可完成。3.4結(jié)晶度和光學(xué)

11、異構(gòu)體藥物在血液中的吸收取決于許多因素，其中一個很關(guān)鍵的因素就是藥物存在的結(jié)晶形式。大部分藥物都可以形成集中結(jié)晶形式或多晶形。當(dāng)化學(xué)性質(zhì)相同時，不同的結(jié)晶形式所處的能級不同，這種能級差將影響藥物的溶劑化作用，亦即影響藥物的溶解速度，從而使病人對藥物的吸收速度也不相同。最常用的晶形測定方法是熱分析法（DSC），該方法的缺點(diǎn)時樣品用量少，這就需要從極少量樣品的分析結(jié)果得出得出整個樣品的結(jié)構(gòu)信息，誤差較大；另外，該方法需要?dú)臉悠罚蚨荒苤貜?fù)測定同一個樣品。中紅外光譜在測定樣品的結(jié)構(gòu)信息方面非常有用，但由氫鍵效應(yīng)引起的二級和三級結(jié)構(gòu)信息只有在近紅外區(qū)才能觀察到。另外，中紅外技術(shù)所采用的各種樣品處理

12、方法如磨碎或溴化鉀壓片都會破壞樣品的晶體結(jié)構(gòu)，而且磨碎過程中加入的熱能也會改變樣品的結(jié)晶形式。近紅外光譜可以無需特出的樣品制備過程，很容易區(qū)別固體藥劑中各種結(jié)晶形式，同時測定其光學(xué)異構(gòu)體的含量。與多元線性回歸方法相結(jié)合，近紅外光譜是一種最佳的非破壞性質(zhì)量控制手段，用于測定光活性物質(zhì)的異構(gòu)體純度。除以上應(yīng)用外，近紅外光譜在固體藥劑的物理表征方面的應(yīng)用還有濕度、混合均勻性、密度、粘度、硬度及片劑鍍膜的分析測定等，由于其非破壞性的特點(diǎn)，用該方法分析完畢的樣品可以繼續(xù)進(jìn)行其它分析測定或包裝后再銷售。35藥物加工過程的在線監(jiān)控隨著藥物加工過程自動化程度的提高，藥物的制備是通過混合、加工、成型及包裝等一系

13、列過程統(tǒng)一完成的，這就要求在每一步加工過程中都必須對所有組分進(jìn)行全面表征。因?yàn)槿魏问枋У牟僮鞫伎赡軙砗車?yán)重的后果。傳統(tǒng)的分析方法需要將樣品取出到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，然后將信息反饋回生產(chǎn)車間控制加工過程。由于分析速度慢且常常需要將加工過程停止下來，這就大大減慢了生產(chǎn)速度。一些固體藥劑生產(chǎn)車間是將一整批粉末混合物或顆粒壓片或封入膠囊，然后隨機(jī)抽出一些片劑或膠囊進(jìn)行分析表征，如果此樣品不合格，則整批產(chǎn)品即報(bào)廢，這將會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。AOTF 技術(shù)近紅外光譜儀由于具有體積小，分析速度快及受溫度、壓力和振動等外界因素影響小的特點(diǎn)，使它可以安裝在藥物流水線上，直接非破壞性監(jiān)測每一步加工過程中各個組分的

14、含量和性質(zhì)，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時進(jìn)行調(diào)整，避免了整批產(chǎn)品的損失。近紅外光譜儀可以在一秒鐘中內(nèi)甚至幾分之一秒內(nèi)完成一個片劑的掃描，因而它可以在很短時間內(nèi)監(jiān)測大量的藥劑，從而保證整批產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，近紅外光譜儀還可以隨時監(jiān)測由加工過程可能出現(xiàn)的各種污染物。由于快速、非破壞性的特點(diǎn)，使它幾乎不影響藥物的生產(chǎn)速度，同時還能進(jìn)行全面的質(zhì)量監(jiān)控。因此，從20 世紀(jì)90 年代開始，近紅外光譜儀技術(shù)在制藥工業(yè)中就變成一種強(qiáng)有力的分析手段。除以上應(yīng)用外，近紅外光譜分析技術(shù)在中藥材測試、鑒定和中西藥品真、假的快速識別（打假）方面有獨(dú)到之處，目前這方面的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)展，AOTF技術(shù)近紅外光譜儀已有便攜（手持）

15、式機(jī)型，為開展此領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的武器。4近紅外光譜技術(shù)的定性、定量分析現(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)不是通過觀察供試品譜圖特征或測量供試品譜圖參數(shù)直接進(jìn)行定性或定量分析，而是首先通過測定樣品校正集的光譜、組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)（組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)需通過其它認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)方法測定），采用合適的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立校正模型，再通過建立的校正模型與未知樣品進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)定性或定量分析。4.1定性分析近紅外光譜譜帶較寬，特征性不強(qiáng)，因此很少像其它光譜（如紫外光譜和紅外光譜）那樣用于化合物基團(tuán)的識別及結(jié)構(gòu)的鑒定。近紅外光譜的定性分析一般是用于確定分析樣品在已知樣品集中的位置。常用的方法包括:（1）判別分析法：判別分析是經(jīng)典的

16、定性識別方法，其基本思路是相同樣品在不同波長下具有相近的光譜吸收，這種光譜間的比較可以是原始光譜，也可以是經(jīng)過處理的光譜。（2）主成分分析（Principal Component Analysis PCA）法：利用PCA方法將多波長下的光譜數(shù)據(jù)壓縮到有限的幾個因子空間內(nèi)，再通過樣品在各因子空間的得分確定其歸屬類別，但PCA對樣本與校正集間的確切位置缺乏定量的解釋。任玉林等采用此方法研究了去痛片的近紅外漫反射光譜，總結(jié)出對標(biāo)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析可減小顆粒大小的變化所產(chǎn)生的散射影響，并且用第二主成分得分對第一主成分作圖可以將合格樣品與不合格樣品區(qū)分開來。其缺點(diǎn)是當(dāng)真藥與劣藥的含量相當(dāng)接近時此法

17、容易分。4.2定量分析近紅外光譜測量時一般不需對樣品進(jìn)行預(yù)處理，但測定的光譜可能受到各種干擾因素的影響。利用單一波長下獲得的光譜數(shù)據(jù)很難獲得準(zhǔn)確的定量分析結(jié)果。NIR光譜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，譜圖重疊較多，所以在進(jìn)行定量分析時，一般采用多波長下獲得的數(shù)據(jù)并進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理才能獲得準(zhǔn)確可靠的分析結(jié)果。常用方法如下：（1）主成分回歸：原理與PCA相同。PCR在解釋光譜數(shù)據(jù)時起著重要作用，從主成分權(quán)重圖中能夠確定主成分與哪個組份有關(guān)，但確切而全面地解釋每個主成分代表什么迄今仍是最難解決的問題。（2）偏最小二乘法：該法是一種全光譜分析方法，充分利用多個波長下的有用信息，無需刻意的選擇波長，并能濾去原始數(shù)據(jù)噪音，

18、提高信噪比，解決交互影響的非線性問題，很合適在NIR中使用。實(shí)驗(yàn)證明，PLS法同近紅外漫反射光譜法結(jié)合，直接分析固態(tài)粉末藥品磺胺甲基異唑、安體舒通、安乃近、磺胺脒是可行的，同其它方法相比具有速度快、簡便、且不破壞樣品的優(yōu)點(diǎn)。此外還有多元線性回歸、拓?fù)涞确椒ㄒ苍诮t外光譜分析中得到應(yīng)用。5近紅外光譜技術(shù)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法相比，近紅外光譜分析技術(shù)有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)1、分析速度快。掃描速度快，可在數(shù)十秒內(nèi)獲得一個樣品的全光譜圖，通過數(shù)學(xué)模型既可快速計(jì)算出樣品的濃度。2、多種成分同時分析。一次全光譜掃描，可獲得多種成分的光譜信息，通過建立不同的數(shù)學(xué)模型，就可定量分析樣品的多種物質(zhì)成分。3、無污染分析。樣品不需特別的預(yù)處理，不使用有毒有害試劑。根據(jù)樣品的物質(zhì)狀態(tài)和透光能力采用透射或漫反射方式測定，可直接測定不經(jīng)預(yù)處理的液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)樣品。4、無損傷分析。測定過程不破壞或消耗樣品，不影響外觀、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。5、實(shí)時分析和遠(yuǎn)距離測定。實(shí)時在線分析特別適合工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用。利用光導(dǎo)纖維技術(shù)遠(yuǎn)離主機(jī)取樣，將光譜信號實(shí)時傳送回主機(jī)，直接計(jì)算出樣品成分的含量。6、操作簡單，分析成本低。除需要電能外，不需要任何耗材，大大地降低測試費(fèi)用。操作上不需要專門技能和特別