红外光谱技术在淀粉粒有序结构分析中的应用

综述报告　近红外光谱技术在药物分析中的应用　２０１０年第ｌ９卷第１８期　周嵩煜　（广西壮族自治区玉林食品药品检验所，广西玉林　５３７０００）　摘要：概述了近红外光谱分析技术的特点及其在药物原料、药物制剂分析、药物在线监测控制以及在中药领域的应用，并讨论了近红外光　谱技术药物分析应用中存在的问题。　关键词：近红外光谱；化学计量学；药物分析；中药；进展　中图分类号：Ｒ９１７；ＴＱ４６０．７２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４９３１（２０１０）１８—００８４—０４　近红外光谱ｎｅａｒ—ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＮＩＲＳ）介于可见光谱区与　中红外谱区之间，谱区范围为１２　８２０—３　９５９　ｃｍ　（７８０～２５２６　ｎｍ）”】，　主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁　时产生的。该谱区主要是Ｃ—Ｈ，Ｎ—Ｈ，Ｏ—Ｈ等含氢基团的倍频及　合频吸收，特点是谱带较宽、重叠严重，难以用传统的方法解析图　谱，但该谱区包含的信息量极其丰富，随着计算机技术的提高，多　变量统计分析技术的开发以及仪器制造技术的发展，解决了该谱　区解析的困难。近红外光谱技术是一种现代高新分析测试技术，主　要包括近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型３个部分，具有　分析速度快、样品处理简单、无需试剂、无污染、多组分检测等特　点，已被广泛应用于谷物、石油化工产品、食品、纺织品、烟草等的　分析测定，而在药物分析方面的应用也１３趋广泛。现就近年来其在　药物分析方面的应用进行综述。　１　特点　近红外吸收光谱的特点包括：随着基频振动合频和倍频的增　加，吸收峰重叠得越严重；多组分复杂样品的近红外光谱不是各　组分单独光谱的叠加；消光系数弱，穿透样品的能力强（最深可达　５　Ｃ／Ｆ／）；需要化学计量学技术从复杂的光谱中提取信息（世界流行　算法为偏最小二乘法，即ＰＬＳ）。近红外光谱分析技术的测量过程包　２００５，２８（９）：７７４—７７５．　【６］李药兰，李克明，苏妙贤，等．猴耳环抗病毒有效成分研究［Ｊ］．中国中　药杂志，２００６，３１（５）：３９７—４００．　［７】郭晓宇，王乃利，宝丽，等．猴耳环的化学成分及其对Ｔ淋巴细胞增　殖的影响［Ｊ】．中国药学（英文版），２００７，１６（３）：２０８—２１３．　［８】苏妙贤，唐之岳，黄伟欢，等．猴耳环化学成分研究【Ｊ　Ｊ．中药材，２００９，　３２（５）：７０５—７０７．　【９】吴蓉蓉，黄杰昌，雷佳，等．猴耳环提取物的新用途：中国，２００６１００３３６９８，２　［Ｐ］．：１０Ｏ６一ｌＯ一２５．　［１Ｏ］郭耀威，李沛波．猴耳环提取物抗炎作用的实验研究【Ｊ］．中国医药　杂志，２００７（１２）：２３—２４．　［１１】张中贤，黄剑臻，李沛波．猴耳环水提取物抗流感病毒的实验研究［Ｊ】．　中国热带医学，２００８，８（１）：３０—３４．　【ｌ２】兰小玲，黄跃，杨广林．猴耳环消炎片治疗咽喉炎、扁桃腺炎２００例　疗效观察［Ｊ】．实用Ｉ晦床医学，２００７，８（２）：８９—９Ｏ，９２．　［１３】杨孟君．纳米猴耳环消炎制剂药物及其制备方法：中国，ＣＮＯ１１００６７８．１【Ｐ］．　２００２—０８—２１．　ｎ４】叶耀良，廖志钟．一种提高药效的猴耳环制剂和制备方法：中国，　ＣＮ２００４１００９ｌ１３３．０［Ｐ］．２００５—０７—０６．　ｆ１５］李叶华，江岩．猴耳环消炎分散片及其制备方法：中国，ＣＮ２００４１００２３０３２．Ｘ　［Ｐ】．２００５一Ｏ１一ｌ２．　【ｌ６］昊蓉蓉，吴湘，雷佳，等．一种消炎口含片发明专利：中国，ｃ　Ｏ０４ｌｏｏ２７９ｌ３．　９『Ｐ］．２００６—０ｌ一１１．　【１７】苏薇薇，田珩，王小锐，等．猴耳环ＨＰＬＣ指纹图谱的构建方法及其　标准指纹图谱：中国，ＣＮ２００６１０１２２９２４．４【Ｐ】．２００７—０４—１１．　・８４・　括：选择校正样品集；对校正样品集分别测定其光谱数据和理化基　础数据；将光谱数据和基础数据用适当的化学计量方法建立校正　模型；采集未知样品的光谱数据，与校正模型相对应，计算出样品　的组分。由此可知，近红外光谱分析技术由３个部分组成，即测定　样品的硬件技术、利用化学计量方法计算测定结果的软件技术、针　对分析任务建立的校正模型。校正模型建立所用的计量学方法主　要有判别分析法（ＤＡ）、主成分分析（ＰＣＡ）、偏最Ａｘｅ－乘法（ＰＬＳ）、拓　扑学（ＴＰ）方法、人工神经网络（ＡＮＮ）、多元线形回归法（ＭＬＲ）以及　支持向量机（ＳＶＭ）一偏最／ｂ－＜．乘法相结合的ＯＳＣ—ＰＬＳ方法等…。　２　化学药物分析　２　１　定性分析　杨纯等　利用近红外反射光谱法对１Ｏ种Ｂ一内酰胺类抗生素　氨苄西林、阿莫西林、头孢曲松钠、头孢他啶（五水合物）、盐酸头孢　他啶、头孢呋辛钠、青霉素Ｇ、６一氨基青霉烷酸（６一ＡＰＡ）、７一氨基　头孢烷酸（７一ＡＣＡ）、７一ＡＣＴ（头孢曲松的中间体）的鉴别方法进行　了研究，结果表明，该方法无需对样本进行预处理，可直接扫描玻　璃瓶内样品，利用Ｖｉｓｉｏｎ软件，用波长空间相关法建立各样品近红　外光谱的鉴别数学模型，用待测光谱和每个产品的平均光谱计算　相关系数，若相关系数大于某一阈值，待测物即判为该产品，即可　【１８］刘永刚，王晓东，张小兵，等．猴耳环质量标准研究【Ｊ］．中国药师，　２００８．１１（１）：２９—３１．　ｆ１９】李镜友，张志坚，罗巧红，等．ＨＰＬＣ法测定不同采收期猴耳环中没食　子酸的含量［Ｊ］．中药材，２００９，３２（６）：９１５—９１６．　［２０】陈连剑，刘新宇．紫外分光光度法测定猴耳环消炎片中没食子酸的含　量［Ｊ】．广东医学院学报，１９９８，１６（４）：３２２—３２３．　［２１】万安凤，周　浪．ＨＰＬＣ法测定猴耳环消炎片中没食子酸的含量【Ｊ］．　中药材，２０００，２３（１１）：７０８．　［２２］刘起中，张家国，李京平．ＨＰＬＣ法测定猴耳环消炎片中没食子酸的含　量【Ｊ】．中成药，２００１，２３（９）：６８７—６８８．　【２３］李尔伟，万安凤，李镜友，等．猴耳环消炎片质量标准研究【Ｊ］．中药　材，２００３，２６（８）：５９２—５９３．　［２４】聂少平，王远兴，谢明勇，等．高效液相色谱法测定猴耳环消炎胶囊中　没食子酸的含量（Ｊ】．实用中西医结合临床，２００３（２）：３～４．　［２５］邹玉繁，汪小根．正胃片中药材的薄层色谱鉴别研究【Ｊ】．现代中药　研究与实践，２００６，２０（５）：４２—４３．　【２６】陈业光，李德潮．ＨＰＬＣ测定正胃片中没食子酸的含量【Ｊ］．中成药，　２００８，３０（９）：１００１３—１００１４．　［２７】袁静，肖　东．槲皮素抗肿瘤作用研究进展【Ｊ】．国外医学・中医　中药分册，１９９６（５）：４—６．　【２８】王艳芳，王新华，朱宇同．槲皮素药理作用研究进展ｆＪ】．天然产物研　究与开发，２００３，１５（２）：ｌ７１—１７３．　［２９】龙奇达，熊绍权，赵　霞．槲皮素的癌化学预防和抗肿瘤作用研究进　展［Ｊ】．中华妇幼临床医学杂志，２００８，４（４）：５７—５９．　（收稿日期：２００９—１０—２９；修回日期：２０１０—０４—０９）　中国药业Ｃｈｉｎａ　Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ

拉曼光谱与近红外光谱技术在药品快速分析中的应用

目的：介绍拉曼光谱法和近红外光谱法的应用现状，为其在药品流通领域打击假劣药品的应用提供参考。方法：以“拉曼光谱”“近红外光谱”“快速分析”“假劣药品”“Raman spectroscopy”“Near-infrared spectroscopy”“Rapid

analysis”“Counterfeit drug”等为关键词，组合查询1998年1月-2017年9月在中国知网、万方、维普、PubMed、Elsevier等数据库中的相关文献，对拉曼光谱和近红外光谱技术在化学药、中药、其他制剂和辅料的快速分析中的应用进行综述。结果与结论：共检索到相关文献215篇，其中有效文献42篇。拉曼光谱法可用于定性分析，更适于含水体系，如注射液的分析；近红外光谱法可用于定性和定量分析。两种方法与传统色谱分析法相比具有快速、高效、环保、无损伤检测等优势。上述两种方法可用于化学药、中药、其他制剂和辅料的快速分析以及检查非法添加。但是，上述兩种方法目前存在建立的模型覆盖面不够广、模型维护更新慢等问题，未来将由独立模型向光谱数据库、网络化共享的方向发展，并与快速液相色谱、离子迁移谱、射频标签识别等其他快速分析技术相结合，以达到更准确、快速分析的目的。

关键词 拉曼光谱；近红外光谱；快速分析；药品监管

药品流通领域出现的假劣药品已经成为世界性问题[1]，常见的假劣药品包括抗感染药物以及降压、降脂药物[2-7]，虽然部分假药含有效成分，但是并不符合质量标准。假劣药品不仅严重危害公众健康，而且对合规制药企业的名声造成不良影响。打击假劣药品，在流通领域快速分析药品已成为药品监管部门重视的问题。

拉曼光谱（Raman spectroscopy）是一种散射光谱，基于光与分子的非弹性碰撞，其定量分析原理不是基于朗伯-比尔定律，而是遵循拉曼效应原理。近红外光谱（Near-infrared spectroscopy）是在780～2 526 nm波长范围的吸收光谱，主要为含氢基团振动光谱的倍频及合频吸收，其定量分析遵循朗伯-比尔定律。拉曼光谱和近红外光谱技术均具有高效、快速、无损伤检测的特点，可以同时检测样品的含量、水分、杂质、粒度、晶型、均匀性等信息，可用于对原料和制剂进行定性、定量分析。2001年，Scafi SH等[8]应用近红外光谱技术进行假药鉴别，之后相继有研究者使用近红外技术进行假药鉴别的探索性研究，该技术被认为是一种筛查假劣药品的有效手段[9]。

1前言

近红外光谱分析技术（NIR）是近年来发展最为迅速的分析

技术之一。我国从20世纪80年代开始进行近红外光谱技术的

研究和应用工作，90年代后期逐渐应用到农业、石油、制药和食

品等多个领域。近红外光谱分析技术应用于食品领域的时间虽

然不算太长，但它在鉴定食品成分和有害物质方面具有的突出

优点，使得其在食品检测领域中的应用越来越广泛。

2近红外光谱分析技术的原理及其优势

2.1近红外光谱分析技术的原理

近红外光谱按照美国实验与材料协会（ASTM）的定义是指

波长在780-2526nm范围内的电磁波[1]。近红外光谱分析技术是

利用含C-H、N-H、O-H等有机官能团的样品在近红外光谱区的

吸收、反射、散射等所包含的信息，运用化学计量学的方法进行

快速、无损、定性/定量分析，是食品企业进行现场快速筛查和加

工过程实时检测的理想手段。

近红外光谱通常可以通过透射和漫反射方式两种方式获得。

对于均匀或透明的液态样品的近红外光谱分析，一般采用透射测

定方法，用透射率（T）或吸光度（A）表示样品对光的吸收程度，吸

光度的大小符合朗伯-比尔定律。其计算公式表示如下：

A=εlc或A=lg1

T

式中，A为吸光度，l为光程长，ε为吸收系数或摩尔吸光系

数，c为吸光组分在样品中的浓度，T为透射率。

对于固态样品的近红外光谱分析，一般采用漫反射的方法，

用漫反射率、漫反射吸光度和Kubelka-Munk理论[2]来进行表

征。其计算公式表示如下：A=lg1

R,R=II0×100%

式中，A为吸光度，R为漫反射率，I为测得样品的漫反射光

强度，I0是背景。虽然漫反射吸光度光谱与透射吸光度光谱形式

一样，但是漫反射吸光度光谱与样品中吸光成分浓度之间的关

系并不服从朗伯-比尔定律。针对此，Kubekla和Munk提出了双

流传输模型，已为光谱分析领域所普遍接受。2.2近红外光谱分析技术的优势

在短短的数十年时间内，近红外光谱分析技术能够得到广

泛的应用，离不开它在分析测试中所具有的独特性和优越性。

红外光谱法分析聚合物结构特征

一、实验目的

1、了解红外线分析聚合物的原理及其应用范围；

2、掌握操作红外线分析仪器的操作方法；

3、测定某位置样品的红外谱图。

二、实验原理

1、红外吸收光谱的基本原理

任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子的原子与化学键都处于不断的运动中，它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振动光谱。

2、红外吸收气体检测的原理

当某物质受到红外光照射时，该物质的分子就要吸收一部分能量并将其转换为分子的振动和转动能量，同一种波长的红外辐射吸收程度不同，如果将不同波长的红外辐射按顺序通过某物质，逐一测量其吸收程度，并记录下来，就得到该物质在测定波长范围内的吸收光谱曲线。

3、红外光谱产生的条件

（1）E红外光=ΔE分子振动 或υ红外光 =υ分子振动

（2）能级跃迁选律：振动量子数(ΔV）变化为±1时，跃迁几率最大。从基态(V=0)到第一振动激发态(V=1)的跃迁最重要，产生的吸收频率称为基频。

（3）红外光与分子之间有偶合作用：分子振动时其偶极矩(μ)必须发生变化，即Δμ≠0。

4、红外光谱与分子结构的关系 分子振动形式分两大类：伸缩振动和弯曲振动。

（1）伸缩振动：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中键长发生变化。又可分为对称伸缩振动（s）和反对称伸缩振动（as）两种形式。

（2）弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分为面内弯曲振动（d）和面外弯曲振动（g）两种形式，它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式

5、分子振动与红外吸收峰的关系

理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应频率的红外光，在光谱图对应位置上出现一个吸收峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中吸收峰的数目不尽相同。