紅外分光光度計(jì)在藥物分析當(dāng)中的應(yīng)用
紅外分光光度計(jì)相信大家就算沒有用過也見過,沒有見過也聽說過,比如進(jìn)口品牌的Nicolet、島津、PE生產(chǎn)的各類型紅外分光光度計(jì)。國(guó)產(chǎn)的TJ270-30A型紅外分光光度計(jì),紅外分光光度計(jì)是用一定頻率的紅外線聚焦照射被分析的試樣,如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與照射紅外線相同就會(huì)產(chǎn)生共振,這個(gè)基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外線,把分子吸收的紅外線的情況用儀器記錄下來,便能得到全面反映試樣成份特征的光譜,從而推測(cè)化合物的類型和結(jié)構(gòu)。這儀器在藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化工領(lǐng)域均有廣泛的使用,但迪迪學(xué)識(shí)有限,也只能對(duì)紅外分光光度計(jì)在藥物分析當(dāng)中的應(yīng)用,做一粗糙歸納,與諸君共享。
由于紅外光譜特征性較強(qiáng),用于物質(zhì)鑒定較紫外光譜更可靠,特別是用于化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的藥品活化學(xué)結(jié)構(gòu)相互之間差異小的藥品的鑒別,那是遠(yuǎn)勝于用其他常規(guī)理化鑒別方法。《中國(guó)藥典》1977年版開始應(yīng)用紅外光譜鑒別藥品,不過早期用的是色散型紅外分光光度計(jì),然后逐漸被傅立葉變換紅外分光光度計(jì)所取代了。
不要以為紅外只能做鑒別,當(dāng)然,目前在《中國(guó)藥典》里主要是做鑒別,但也偶爾用來進(jìn)行雜質(zhì)檢查。實(shí)際上紅外也能做含測(cè),這點(diǎn)我們留到下章再講。
隨著紅外分光光度計(jì)的逐漸普及,《中國(guó)藥典》里采用該儀器做鑒別的品種也逐年增多,而且從僅用來鑒別原料藥發(fā)展到開始鑒別制劑。早期一個(gè)原料藥的鑒別項(xiàng)目,是非常多的,有的品種甚至達(dá)到十幾個(gè)鑒別項(xiàng)目,要通過不同的化學(xué)反應(yīng)鑒別基團(tuán),還要上紫外觀察zui大zui小吸收,甚至再弄個(gè)薄層色譜。但是有了紅外分光光度計(jì)后,妥了,一個(gè)紅外圖譜掃描下來,是就是,不是也很清楚。據(jù)說這個(gè)思路也是跟老外學(xué)的,向USP靠攏,人家美國(guó)藥典中的鑒別項(xiàng)目,就是用紅外來確證的。
1、壓片法 通常為KBr(溴化鉀)壓片,少數(shù)品種采用KCl(氯化鉀)壓片,樣品與KBr的量的比例一般為1:100,樣品用量及片子的厚度,以能得到基線80%以上透光率,zui大吸收峰約在20%透光率的紅外圖譜為好。
2、糊法 常用糊劑為石蠟油,將樣品研細(xì),與糊劑混合成糊狀,夾在兩窗片之間進(jìn)行測(cè)試。
3、薄膜法 薄膜的制備可將樣品直接放在鹽窗上加熱,熔融后涂成薄膜,或?qū)悠啡苡趽]發(fā)性溶劑中,滴于鹽窗上,待溶劑揮發(fā)后即得薄膜。
4、將樣品溶于適宜的溶劑,制成1%~10%濃度的溶液,置于0.1~0.5mm厚度的液體池中錄制光譜。所用溶劑應(yīng)具備以下條件:對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度;溶劑在較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)無吸收;不腐蝕液體池的窗片;與溶質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。常用的溶劑有二硫化碳、四氯化碳、氯仿和環(huán)己烷等。
其實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中,絕大部分都是用壓片法,也就是將固體的藥物研細(xì),與溴化鉀粉末混合后壓片,放入樣品池中掃描圖譜。有一些為油狀的藥物,則是沾少許涂抹于壓好的溴化鉀片上,放入樣品池中掃描圖譜。
《中國(guó)藥典》中的紅外鑒別,多采用標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照法,即將樣品測(cè)得圖譜與《藥品紅外光譜集》里的圖譜相對(duì)照,相同則為同一物質(zhì),不同則為不同物質(zhì)。也有少部分樣品采用與對(duì)照品圖譜對(duì)照,即將樣品測(cè)得圖譜與對(duì)照品同法處理測(cè)得的圖譜相比較,此法多見于新藥標(biāo)準(zhǔn)中采用(迪迪竊想:可能是因?yàn)樾滤帲€沒有經(jīng)過部門大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證出一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)圖譜吧)。
《中國(guó)藥典》zui早應(yīng)用紅外分光光度計(jì)是用來鑒別甾體激素類藥物。因?yàn)殓摅w激素類藥物分子中大多具有α、β不飽和酮結(jié)構(gòu),他們的紫外吸收光譜非常相似,用紫外光鋪法很難鑒別,其他理化鑒別方法如熔點(diǎn)、選廣度和顯色反應(yīng)同樣缺乏專屬性,而它們的紅外光譜卻有明顯區(qū)別。比如那個(gè)醋酸潑尼松,醋酸地塞米松,全都是“松”,你單單用紫外和理化鑒別,很難區(qū)分。
由于分離提取這些前處理技術(shù)的局限,起初紅外分光光度計(jì)很少用于藥物制劑的鑒別,因?yàn)殍b別制劑首先需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理,要避免輔料的干擾和晶型的改變,不象鑒別原料藥基本上都是拿來就用不需處理的。比如在《中國(guó)藥典》迪迪就只碰到過甲睪酮片這一個(gè)制劑,是用紅外鑒別的。
迪迪個(gè)人估計(jì),這個(gè)進(jìn)步在某方面,也得多謝那些高科技造假者,因?yàn)樗麄冡槍?duì)標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)明創(chuàng)造出各種各樣的造假摻假方法,使得標(biāo)準(zhǔn)也不得不魔高一尺道高一丈,與時(shí)俱進(jìn)地采用更能準(zhǔn)確鑒別的鑒定方法,而紅外分光光度計(jì),在鑒別這方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)啊。
紅外光譜不僅可以提供化合物的類型、官能團(tuán)以及結(jié)構(gòu)異構(gòu)等信息,還能反映出化學(xué)鍵的鍵長(zhǎng)和鍵角等結(jié)構(gòu)的詫異。當(dāng)某些藥品具有不同的晶型結(jié)構(gòu)時(shí),它們的鍵長(zhǎng)和鍵角等就會(huì)發(fā)生不同程度的變化,從而使其紅外光譜中的某些特征頻率、峰形和峰強(qiáng)出現(xiàn)顯著差異。因此采用紅外光譜法檢查藥品中低效(或無效)晶型,方法鑒別又可靠。《中國(guó)藥典》中甲苯咪唑中A晶型的檢查,就是一例。甲苯咪唑中A晶型是無效晶型,C晶型為有效晶型,這兩種晶型在不同的波數(shù)處有zui大吸收。采用石蠟糊制法,分別測(cè)定供試品與含有10%A晶型的甲苯咪唑?qū)φ掌返募t外圖譜,通過計(jì)算相應(yīng)峰位的吸收度比值進(jìn)行判斷。
用紅外分光光度計(jì)測(cè)定樣品含量,目前《中國(guó)藥典》還沒有收載,在美國(guó)藥典(USP)中有收載,可惜迪迪功力不夠,沒能看到是怎么個(gè)含測(cè)法,望有識(shí)之士加以補(bǔ)充啊。迪迪查到有論文采用衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)法測(cè)定含量的,也有直接測(cè)定光譜,處理后進(jìn)行含測(cè)的。
這里講的紅外分光光度計(jì)的應(yīng)用,即是在研究領(lǐng)域上的,這些方法也許目前還未得到普及和推廣,但已逐步顯示出它們的實(shí)用價(jià)值。
比如有研究者運(yùn)用Matlab小波變換的處理技術(shù)對(duì)紅外光譜進(jìn)行濾噪與平滑,獲得光滑的譜圖,建立了紅外光譜對(duì)藥物含水量非線性定量模型。這是用紅外來測(cè)定含水量的,請(qǐng)注意,不是近紅外測(cè)水分哦,是紅外測(cè)水分。不過迪迪對(duì)此有點(diǎn)點(diǎn)懷疑,這個(gè)這個(gè)樣品在壓片過程中,尤其是在紅外燈照射下,自身的水分會(huì)不會(huì)有所減少啊?
也有研究者用紅外進(jìn)行樣品純度的檢測(cè),通過比較不同純度的樣品建立一些數(shù)學(xué)模型,從而達(dá)到測(cè)量樣品純度的目的。
還有研究者用紅外測(cè)定中藥制劑摻雜化學(xué)成分,利用紅外光譜矢量的特征,不經(jīng)化學(xué)提取分離,直接進(jìn)行中藥摻假判別。它利用已知化學(xué)藥物的紅外光譜和待測(cè)樣品的紅外光譜,通過計(jì)算機(jī)分析給出特征值,直接得到樣品中化學(xué)藥物的含量。如用此方法測(cè)定壯陽(yáng)類藥物中參入西地那非。
zui后,也是應(yīng)用zui廣泛的藥物研究領(lǐng)域,就是紅外分光光度計(jì)在中藥材真?zhèn)舞b別上了,這方面的研究和實(shí)用價(jià)值頗大,比如用紅外鑒別藥材產(chǎn)地啊,藥材的真?zhèn)危幉牡牟煌烧诎 S邢喈?dāng)多的研究,都是采用先提取中藥中的某成分,或者采用某種提取方法提取出某混合物,然后進(jìn)行紅外鑒別。
鐺鐺鐺鐺鐺,讓我們鼓掌歡迎迪迪zui崇拜的孫素琴孫老師的研究成果出場(chǎng)。以下為新聞簡(jiǎn)介:孫素琴突破現(xiàn)有分離提取思路,創(chuàng)新采用紅外指紋圖譜直接、快速、無損測(cè)定中藥材、中藥配方顆粒、中藥注射劑,中藥保健品等,并借助模式識(shí)別技術(shù)識(shí)別不同產(chǎn)地、生長(zhǎng)期、野生與栽培的藥材,不同炮制法、不同批次的中成藥、保健飲品。她提出了紅外光譜的“三級(jí)鑒定”法。它利用了一維紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)譜和二維相關(guān)紅外光譜。差異性較大的不同種藥材僅需要一般的紅外圖譜就能夠簡(jiǎn)單地做出判定,我們稱其為一級(jí)鑒定。當(dāng)藥品的差異性較小,用普通的一維紅外圖譜顯示不出它們的差異性,我們可以采用導(dǎo)數(shù)光譜對(duì)其進(jìn)行特征提取,在中藥分析中常用的導(dǎo)數(shù)光譜為二階導(dǎo)數(shù)譜,這是因?yàn)樵诙A導(dǎo)數(shù)譜中半峰寬只有原譜的1/3左右,大大提高了譜圖的分辨率。采用紅外光譜圖和二階導(dǎo)數(shù)譜圖相結(jié)合,稱其為二級(jí)鑒定。至于四階導(dǎo)數(shù)譜的半峰寬更窄,譜圖的分辨率更高于二階導(dǎo)數(shù)譜,但它對(duì)原譜的質(zhì)量要求更高,且噪音的影響較大,所以通常不便使用。在當(dāng)紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)圖譜差異性較小而不足以作判斷時(shí),則可憑借二維相關(guān)紅外光譜加以判定,稱為三級(jí)鑒定。目前我們暫且選用了熱微擾來得到藥材的二維相關(guān)譜。
根據(jù)咱的細(xì)心揣測(cè)和認(rèn)真思考,大膽總結(jié)了孫老師的做法就是:直接取樣品打成細(xì)粉,壓片測(cè)得紅外圖譜,通過一系列軟件和計(jì)算方法的處理,根據(jù)建立道地藥材的標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫(kù)來判斷樣品的種屬、產(chǎn)地等信息。又根據(jù)小道消息:孫老師本來不是搞中藥的,所以干脆不管什么君臣佐使,直接把藥材拿來研細(xì)壓片掃描,而且借助清華大學(xué)強(qiáng)大的軟件設(shè)計(jì)能力,通過后期軟件處理使掃描得的圖譜顯示更多特征信息。
目前中成藥研究開發(fā)價(jià)值很大,從而對(duì)中成藥的質(zhì)量研究也愈加深入,迪迪相信紅外分光光度計(jì)在這方面,是有其獨(dú)到的作用的。坦率地說,迪迪個(gè)人認(rèn)為,紅外嘛,這個(gè)樣品前處理不難,制樣也不難,測(cè)定也不難,難就難在對(duì)圖譜的分析和再處理上。
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