近紅外光譜法快速鑒別硫酸亞鐵片

周征，羅淑青，陳仲益

近紅外光譜法快速鑒別硫酸亞鐵片

周征*，羅淑青，陳仲益

(寧波市藥品檢驗(yàn)所，浙江寧波315040)

目的:利用近紅外光譜技術(shù)建立一種快速鑒別不同廠家生產(chǎn)的硫酸亞鐵片的方法。方法:用固體光纖探頭采集了4個生產(chǎn)廠家的98批硫酸亞鐵片的近紅外漫反射光譜，采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對光譜進(jìn)行預(yù)處理，建立硫酸亞鐵片的一致性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并進(jìn)行模型驗(yàn)證。結(jié)果:將經(jīng)一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化法預(yù)處理所建立的模型用于識別各廠家生產(chǎn)的硫酸亞鐵片，其準(zhǔn)確性和專屬性均良好。結(jié)論:所建模型可用于硫酸亞鐵片的快速鑒別，為硫酸亞鐵片的鑒別提供了一條準(zhǔn)確、簡單、有效的途徑。

硫酸亞鐵片;近紅外光譜;定性分析;快速鑒別

近紅外光是指介于可見光和中紅外光之間的電磁波，其波長范圍為780～2 500 nm［波數(shù)(σ)范圍為12 800～4 000 cm－1］。近紅外光譜分析法具有以下優(yōu)點(diǎn):樣品無需預(yù)處理、操作簡便快速、可進(jìn)行高通量檢測、不需消耗化學(xué)試劑，且測量過程對環(huán)境無污染［1］。近年來，近紅外光譜分析法被廣泛應(yīng)用于制藥企業(yè)原輔料和成品的鑒別，在假劣藥的快速識別與鑒定中備受重視［2-5］。

硫酸亞鐵片是我國基本藥物目錄收載品種之一，屬礦物類非處方藥，適用于各種原因(如慢性失血、營養(yǎng)不良、妊娠或兒童發(fā)育期等)引起的缺鐵性貧血治療，目前國內(nèi)共有4個廠家生產(chǎn)?！吨腥A人民共和國藥典》2010年版中硫酸亞鐵片的鑒別采用的是以化學(xué)方法鑒別亞鐵鹽和硫酸鹽，本文采用近紅外光譜與化學(xué)計(jì)量學(xué)相結(jié)合的方法，建立了硫酸亞鐵片的近紅外光譜識別模型，快速實(shí)現(xiàn)了對4個生產(chǎn)廠家的硫酸亞鐵片的鑒別分析，判斷其是否為特定企業(yè)的產(chǎn)品。

1 儀器與試藥

Matrix-F型傅里葉變換近紅外光譜儀(德國Bruker公司)，配有固體光纖探頭，TE-InGaAs檢測器和OPUS5.0光譜工作站。

硫酸亞鐵片樣品來自國內(nèi)4個生產(chǎn)廠家，共98批(見表1)。

表1 硫酸亞鐵片樣品來源Table 1The source of ferrous sulfate tablets samples

2 方法

用銼刀磨去硫酸亞鐵片外的糖衣，并用砂紙打磨成光滑平面，以光纖探頭直接進(jìn)行掃描，以儀器內(nèi)置背景為參比，掃描σ范圍為4 000～12 000 cm－1，采樣分辨率為8 cm－1，掃描次數(shù)為32次，每批樣品隨機(jī)抽取3片，每片按上述儀器參數(shù)測定1次，獲得原始光譜圖。

3 結(jié)果與討論

3.1 近紅外光譜法測定樣品的結(jié)果

4個生產(chǎn)廠家的硫酸亞鐵片的近紅外光譜圖如圖1所示。由圖1可見，各廠家的硫酸亞鐵片的近紅外光譜圖相似度較高，難以直接進(jìn)行識別和分類分析。因此，必須采用合理的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對原始圖譜進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，建立相應(yīng)的模型。

圖1 不同廠家的硫酸亞鐵片的近紅外圖譜Figure 1The near-infrared spectrum of ferrous sulfate tablets produced by different manufacturers

3.2 模型的建立

3.2.1 光譜預(yù)處理方法的選擇本文采用的近紅外光譜分析并非直接測定法，而是先選定訓(xùn)練集樣品，再以合理的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立可反映樣品光譜數(shù)據(jù)與樣品性質(zhì)或組成間關(guān)系的校正模型，進(jìn)而預(yù)測未知樣品的組成或性質(zhì)。因此，訓(xùn)練集樣品的組成和性質(zhì)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，以及所選化學(xué)計(jì)量學(xué)方法是否合理，均將影響未知樣品最終分析結(jié)果。在采集樣品光譜過程中，由于受儀器狀態(tài)、樣品狀態(tài)(如背景噪聲)及測量環(huán)境(如溫度和濕度等)因素的影響，近紅外光譜往往會包含一些與待測樣品性質(zhì)、組成及含量無關(guān)的干擾信息，需選用合理的預(yù)處理方法消除干擾。隨機(jī)挑選4個生產(chǎn)廠家的硫酸亞鐵片原始光譜，每家2批，分別采用矢量歸一化(VN)法、一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化(1FD+ VN)法和二階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化(2FD+VN)法，選擇“平滑處理設(shè)置參數(shù)13”進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果見圖2。

結(jié)果表明:VN法可較好地消除物質(zhì)粒徑不均勻?qū)庾V的影響，而導(dǎo)數(shù)光譜能夠消除基線漂移，提高重疊峰的分辨率。與1FD+VN法相比，2FD+VN法預(yù)處理所得的光譜峰雖更尖銳，但背景噪聲干擾更大，故選擇1FD+VN法對樣品光譜進(jìn)行預(yù)處理，既消除了基線漂移，降低了背景及噪聲干擾，又增加了重疊峰的分辨率，使樣品近紅外光譜的特征信息更加突出。

圖2 預(yù)處理后的硫酸亞鐵片樣品近紅外圖譜Figure 2The pre-processed near-infrared spectrum of ferrous sulfate tablets samples

3.2.2 建立一致性模型進(jìn)行篩查一致性模型是通過測試近紅外光譜偏差是否在限定范圍內(nèi)以達(dá)到對特定產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制的一種手段［6］。該法可顯著區(qū)別來自各生產(chǎn)廠家的樣本，避免了不同生產(chǎn)工藝和不同輔料等因素帶來的影響，快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、靶向性強(qiáng)，適用于藥品的快檢工作。參與建模的光譜應(yīng)具有代表性，即能代表該組(如同一廠家生產(chǎn)的同一品種)或該類(如所有廠家生產(chǎn)的同一品種)藥品的情況。建模的專屬性與建模樣品的代表性密切相關(guān)，對于同一品種的樣品，不同廠家的生產(chǎn)工藝及輔料差異均會造成光譜的細(xì)微變化。本研究中獲取原始光譜時(shí)，由于不同廠家生產(chǎn)的硫酸亞鐵片的糖衣顏色及厚度各異，為消除糖衣對建模和模型使用的影響，須去除糖衣方可測定。用銼刀將表層糖衣磨掉，所磨掉的糖衣面積應(yīng)大于光纖光斑的大小，測定表面不能有紋路，必須平整且均勻。

一致性指數(shù)(conformity index，CI)為一致性模型的建立和應(yīng)用中涉及到的一個重要參數(shù)，其計(jì)算公式為:

其中，Asample，i為某個待測光譜在波長點(diǎn)i處的吸光值，ˉAreference，i為所有參考光譜在波長點(diǎn)i處吸光值的平均值，σreference，i為各Areference，i的標(biāo)準(zhǔn)偏差。(Areference，i±σreference，i×CI限度)即為波長點(diǎn)i處的可信區(qū)間(confidence band)。

一致性檢驗(yàn)的原理即:將待測光譜的CI與之前設(shè)定的CI限度進(jìn)行比較，從而判斷待測光譜與參考光譜是否具有一致性。按照“一廠家一品種一規(guī)格一模型”的原則，選取某一廠家的原始光譜為參考光譜，其他廠家隨機(jī)挑選各2批產(chǎn)品的原始光譜作為驗(yàn)證光譜進(jìn)行建模。如取濟(jì)南永寧制藥股份有限公司的38批樣品的近紅外圖譜作為參考光譜建立一致性模型，該模型采用全譜處理，即數(shù)據(jù)處理譜段為4 000～12 000 cm－1。取其他3個廠家生產(chǎn)的樣品各2批對該模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明:CI設(shè)定為5時(shí)，該模型可合理區(qū)分濟(jì)南永寧制藥股份有限公司和其他3個廠家生產(chǎn)的硫酸亞鐵片(見圖3A)。同樣，分別以上海黃海制藥有限責(zé)任公司、山西同達(dá)藥業(yè)有限公司和太原市衛(wèi)星制藥有限公司生產(chǎn)的硫酸亞鐵片的原始光譜作為參考光譜建模，亦能合理區(qū)分參考光譜和待測光譜(見圖3B～3D)。

圖3中，橫坐標(biāo)為某一廠家的參與建模的樣本數(shù)，縱坐標(biāo)為CI。因每個廠家參與建模的樣品數(shù)量不同，故尺度各不相同(理論上，對建立近紅外模型而言，參與建庫的樣本數(shù)量越多越好)?；尹c(diǎn)代表每個廠家參與建模的樣品，黑點(diǎn)代表驗(yàn)證樣品。黑點(diǎn)與灰點(diǎn)間的離散程度越大，表明驗(yàn)證光譜與原始光譜區(qū)別越大。圖3C和3D中，部分黑點(diǎn)出現(xiàn)在灰點(diǎn)區(qū)域中，原因是山西同達(dá)藥業(yè)有限公司的硫酸亞鐵片是委托太原衛(wèi)星制藥有限公司生產(chǎn)的，故實(shí)際上兩家的產(chǎn)品相同。這也從一個側(cè)面反映了“一廠家一品種一規(guī)格一模型”的完全可行。

圖3 各廠家生產(chǎn)的硫酸亞鐵樣品的一致性檢驗(yàn)結(jié)果Figure 3The conformity test results of ferrous sulfate tablets samples produced by different manufacturers

［1］陸婉珍，袁洪福，諸小立，等.現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)［M］.2版.北京:中國石化出版社，2006:10.

［2］李臣貴，胡育筑.近紅外光譜法無損快速鑒別頭孢類原料藥［J］.藥學(xué)進(jìn)展，2011，35(1):36-39.

［3］曾煥俊，韓瑩.近紅外光譜法在伊曲康唑膠囊打假中的應(yīng)用［J］.今日藥學(xué)，2010，20(10):34-36.

［4］胡昌勤，馮艷春.近紅外光譜假藥識別系統(tǒng)的設(shè)想及可行性探討［J］.中國藥事，2004，18(4):250.

［5］楊永健，毛丹卓，王小天，等.鹽酸氨溴索片近紅外光譜法的快速識別檢測［J］.中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2010，41(4):280-283.

［6］張錚，王唯紅，白瑞.近紅外光譜法對三七片一致性檢驗(yàn)的研究［J］.安徽醫(yī)藥，2011，15(6): 689-690.

Rapid Identification for Ferrous Sulfate Tablets by Near-infrared Spectroscopic Method

ZHOU Zheng，LUO Shu-qing，CHEN Zhong-yi
(Ningbo Institute for Drug Control，Ningbo 315040，China)

Objective:To develop a method for the rapid identification of ferrous sulfate tablets produced by different manufacturers through near-infrared spectroscopy technique.Methods:The near-infrared diffuse reflectance spectra of 98 batches of ferrous sulfate tablets produced by different manufacturers were recorded using optic fiber and pre-processed by chemometrics to establish a consistency test model.Then，the model validation was conducted.Results:The established model pre-processed by first derivative and vector normalization had good specificity and accuracy for identifying the ferrous sulfate tablets.Conclusion:The established model can be used to identify ferrous sulfate tablets rapidly.It provides an accurate，simple and effective approach for the identification of ferrous sulfate tablets.

ferrous sulfate tablet;near-infrared spectroscopy;qualitative analysis;rapid identification

O 657.33

B

1001－5094(2012)07－0321－04

［接受日期］2012-03-05

［項(xiàng)目資助］2011年度國家評價(jià)性抽驗(yàn)專項(xiàng)基金(No.86)

*通訊作者:周征，副主任藥師，從事化學(xué)藥品檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)研究工作;

Tel:0574-89075704;E-mail:zhou802z@hotmail.com