近红外光谱法在药物分析中的应用

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1、近红外光谱法在药物分析中的应用冯艳春胡昌勤（中国药品生物制品检定所北京100050）近红外（NearInfrared，NIR）光谱的波长范围是780~2526nm（12820~3959cm-1），通常又将此波长范围划分为近红外短波区（780~1100nm）和近红外长波区（1100~2526nm）。由于该区域主要是O-H，N-H，C-H，S-H等含氢基团振动光谱的倍频及合频吸收，谱带宽，重叠较严重，而且吸收信号弱，信息解析复杂，所以虽然该谱区发现较早，但分析价值一直未能得到足够的重视。近年来，由于巨型计算机与化

2、学统计学软件的发展，特别是化学计量学的深入研究和广泛应用，使其成为发展最快、最引人注目的光谱技术[1]。而且由于该技术方便快速，无需对样品进行预处理，适用于在线分析等特点，在药物分析领域中正不断得到重视与应用。1近红外光谱的测量根据NIR光谱的获得方式，通常有透射(Transmittance)和漫反射(DiffuseReflectance)两种[2]。透射测定法的定量关系遵从Lambert-Beer定律，主要适用于液体样品，其正常的工作波长范围是850~1050nm[3]。浙江大学的史月华等人用该原理，在93

3、%~97.4%的浓度范围内利用维生素E在6061~5246cm-1处的近红外吸收峰面积积分值和其浓度关系建立回归方程，对已知浓度的样品进行预测，误差及相对误差均在0.79%~0.9%内[4，5]。漫反射测定法是对固体样品进行近红外测定常用的方法。当光源垂直于样品的表面，有一部分漫反射光会向各个方向散射，将检测器放在与垂直光成45o角的位置测定散射光强的方法称为漫反射法。漫反射光强度A与反射率R的关系为式中，R1为反射光强，R0为完全不吸收的表面反射光强。国内已有人先后用漫反射技术测定了精氨酸阿司匹林[6]、安

4、乃近[7]、芦丁和维生素E[8]等的含量，并且用反射光谱法对磺胺噻唑[9]进行质量评价。以透射和漫反射为测试基础，为适应不同物质在不同状态时直接测定其近红外光谱，90年代以来光纤技术在NIR中得到了广泛应用。光纤不仅可方便的传输光谱信号，各式各样的光纤探头还极大地方便了NIR进行各类快速在线分析。2近红外光谱技术在药物分析中的应用2.1应用范围近红外光谱法在药物分析领域中的应用范围相当广泛，它不仅适用于药物的多种不同状态如原料[10]、完整的片剂、胶囊与液体等制剂[11]，还可用于不同类型的药品，如蛋白质[1

5、2]、中草药[13]、抗生素[14]等药物的分析。NIR更适用于对原料药纯度、包装材料等的分析与检测以及生产工艺的监控[15，16]；利用不同的光纤探头可实现生产工艺的在线连续分析监控[17，18，19，20，21]。2.2定性、定量分析现代近红外光谱技术不是通过观察供试品谱图特征或测量供试品谱图参数直接进行定性或定量分析，而是首先通过测定样品校正集的光谱、组成或性质数据（组成或性质数据需通过其它认可的标准方法测定），采用合适的化学计量学方法建立校正模型，再通过建立的校正模型与未知样品进行比较，实现定性或定量

6、分析。2.2.1定性分析近红外光谱谱带较宽，特征性不强，因此很少像其它光谱（如紫外光谱和红外光谱）那样用于化合物基团的识别及结构的鉴定。近红外光谱的定性分析一般是用于确定分析样品在已知样品集中的位置[22]。常用的方法包括:（1）判别分析法：判别分析是经典的定性识别方法，其基本思路是相同样品在不同波长下具有相近的光谱吸收，这种光谱间的比较可以是原始光谱，也可以是经过处理的光谱。（2）主成分分析（PrincipalComponentAnalysisPCA）法：利用PCA方法将多波长下的光谱数据压缩到有限的几个因

7、子空间内，再通过样品在各因子空间的得分确定其归属类别，但PCA对样本与校正集间的确切位置缺乏定量的解释。任玉林等采用此方法研究了去痛片[23]的近红外漫反射光谱，总结出对标化后的数据进行主成分分析可减小颗粒大小的变化所产生的散射影响，并且用第二主成分得分对第一主成分作图可以将合格样品与不合格样品区分开来。其缺点是当真药与劣药的含量相当接近时此法容易分错[24]。（3）马氏距离（MahalanobisDistanceMD）法：该方法的核心是通过多波长下的光谱距离定量描述出测量样本离校正集样本的位置，因而在光谱匹

8、配异常点检测和模型外推方面都很有用。但应用该方法时，波长位置的选择非常重要，波长点过少，光谱得不到合理的描述；波长点过多，计算量大，为此，徐广通提出将PCA与马氏距离相结合解决模型的适用性判断，可以充分利用PCA对大量光谱数据进行降维处理，也较好地解决了马氏距离计算时波长点的选择问题，避免了大量光谱数据直接进行马氏距离计算出现的共线性或计算量大等问题，且克服了采用PCA自身进行判断界限不易量化的问题