近紅外光譜法測定尼莫地平片劑尼莫地平含量的4個分析模型所給出的預測值的準確性的比較

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(嘉應學院 化學與環境學院,梅州514015)

市售的尼莫地平片的種類繁多,尼莫地平的含量可能存在與標示值不一致的情況。目前測定尼莫地平含量的方法主要有高效液相色譜法[3-4]、超高效液相色譜-串聯質譜法[5]、一階導數光譜法[6]、紫外分光 光 度 法[7]、滴 定 法[8]、方 波 伏 安 法[9]等。2015版《中華人民共和國藥典》中尼莫地平含量的測定方法為高效液相色譜法[10],該方法靈敏度高,但存在操作復雜、耗時較長、成本高,溶劑用量大等問題,難以完成大批量藥品的檢測任務。方波伏安法具有快速、測定結果準確、重現性好等特點,但是此方法采用的非水溶劑為危險品,對人體傷害較大。

近紅外光譜法是一種簡便、準確、快速、無損、無污染的快速分析檢測技術[11-17],近年來在藥物分析領域應用廣泛。近紅外光譜配有積分球分析模塊、片劑分析模塊、光纖分析模塊等多種不同的采樣模塊,可采集不同形式的近紅外光譜圖,利用這些不同的近紅外光譜圖,可對一種研究對象建立多種分析模型。在近紅外分析中,哪種采樣模塊所建模型的效果更佳;不同采樣模塊所建模型的利弊;不同模型的適用范圍,這些都是值得關注的問題。

本工作采用積分球分析模塊采集了尼莫地平片樣品片狀和粉末狀漫反射近紅外光譜圖,分別建立了藥片近紅外光譜漫反射定量分析模型和藥粉近紅外光譜漫反射定量分析模型;采用片劑分析模塊采集了尼莫地平片反射近紅外光譜圖和透射近紅外光譜圖,分別建立了藥片近紅外光譜反射定量分析模型和藥片透射近紅外光譜定量分析模型。對4種模型的預測準確性進行了比較,找出預測尼莫地平含量準確性最高的近紅外光譜定量分析模型,得到一種測定尼莫地平含量的方法。

1 試驗部分

1．1 儀器與試劑

AntarisⅡ型傅里葉變換近紅外光譜儀,附積分球固體采樣模塊、片劑分析模塊、銦鎵砷(InGa As)檢測器、TQ Analyst 9．0 光 譜 分 析 軟 件;SS-01 型Super-Shark IR 振蕩機;島津 LC-20AT 型高效液相色譜儀。

尼莫地平對照品純度為98．5%;市購10個不同藥廠的尼莫地平片,共13個批次的尼莫地平片(其中3個廠家分別購買了2個不同批次,7個廠家各購買了1 個批次)。選用其中的不同藥廠生產的10個批次尼莫地平片為建模樣品,余下3個批次尼莫地平片用于外部驗證以評價所建不同定量分析模型的優劣。

1．2 儀器工作條件

1)積分球分析模塊以空氣為背景;設置波數范圍10 000～4 000 cm－1;掃描次數64 次;分辨率8 cm－1。

2)片劑分析模塊以空氣為背景;設置波數范圍10 000～4 000 cm－1;掃描次數32 次;分辨率8 cm－1。

排除標準：(1)術前檢查發現內科疾病者；(2)對鎮痛類藥物過敏者；(3)發現腕管內腫瘤壓迫者或伴有術前急慢性感染者。

1．3 試驗方法

1．3．1 積分球分析模塊測定尼莫地平藥片

從10個廠家的每一種樣品取5個樣本,裝入樣品杯,測定其樣本的漫反射近紅外光譜圖。每個樣本按同樣方法測3張譜圖,取平均值作為樣本譜圖。將積分球分析模塊測定的片狀樣本的近紅外漫反射光譜導入TQ Analyst 9．0軟件中,用一階導數譜圖建模,選偏最小二乘法(PLS),光程選多元信號修正(MSC),建 模 波 段 同 時 選 4 773．46 ～4 816．80 cm－1,4 952．30 ～ 5 214．57 cm－1,6 020．67～6 082．38 cm－1等3個波段;并使用諾里斯導數濾噪:節段長度(7)、段間間隙(6)方式降噪。建立了積分球分析模塊采樣的尼莫地平片近紅外漫反射定量分析模型(模型1)。每種樣品的4個樣本的譜圖進行建模(共40 個),余下1 個樣本(共10個)的譜圖用作內部驗證。模型交叉驗證選擇的潛變量數為1。

1．3．2 積分球分析模塊測定尼莫地平藥粉

從10個廠家的每一種樣品任取5片藥,用振蕩機振蕩成粉末,振蕩機的轉速為4 000 r·min－1,振蕩時間為1 min,重復操作,得5個粉末樣本。將樣品藥粉置于積分球樣品杯中測定其樣本的漫反射近紅外光譜圖,每個樣本按上述方法測3張譜圖,取平均值作為樣本譜圖。將積分球分析模塊測定的藥粉樣本的近紅外漫反射光譜導入TQ Analyst 9．0軟件中,用二階導數譜圖建模,波段為4 009．51～4 493．33 cm－1,5 746．75～6 092．23 cm－1,并采取諾里斯導數濾噪:節段長度(11)、段間間隙(1)降噪,其他條件均和1．3．1 節中定量分析模型的方法一致,建立了尼莫地平藥粉近紅外漫反射定量分析模型(模型2)。

1．3．3 片劑分析模塊測定尼莫地平片

從10個廠家的每一種樣品中取5片藥,分別將藥片夾至采樣窗口,同時采集其樣本的近紅外反射光譜圖和透射光譜圖。每個樣本按上述方法各測3張近紅外反射光譜和透射光譜圖,分別取平均值作為樣本的近紅外反射光譜和透射光譜圖。將片劑分析模塊測定的藥粉樣本的近紅外漫反射光譜導入TQ Analyst 9．0軟件中,近紅外反射光譜按照二階導數譜圖建模,波段為4 010．34～4 467．61 cm－1,5 124．90～6 115．59 cm－1,并采取薩維戈萊多項式濾噪:數據點(3)、多項式階(6)降噪;近紅外透射光譜用一階導數光譜建模,波段為4 001．22～4 444．89 cm－1,5 876．27～6 070．81 cm－1,并采取薩維戈萊多項式濾噪:數據點(3)、多項式階(6)降噪;其他條件均和1．3．1 節中定量分析模型的方法一致,建立了尼莫地平藥片近紅外反射定量分析模型(模型3)和近紅外透射定量分析模型(模型4)。

1．3．4 參比方法

以2015版《中華人民共和國藥典》中的高效液相色譜法(HPLC)為參比方法對剩下3個生產廠家與建模樣品相同批次的3種樣品共15個樣本進行尼莫地平片中尼莫地平含量的測定,對所建模型進行外部驗證,以評價所建不同定量分析模型的優劣。

2 結果與討論

2．1 HPLC測定結果

市購10個不同藥廠,共13個批次尼莫地平片經HPLC檢測,各不同批次的尼莫地平片含尼莫地平的質量分數為5%～25%,所含尼莫地平的含量均為藥片標示值的90%～110%[注:標示值由每片含主藥尼莫地平的量(mg),換算成由單位片重(g)中所含的尼莫地平質量(g),以表征片劑中尼莫地平的含量(%)]。

2．2 近紅外光譜

按試驗方法使用不同的分析模塊對采集13個批次的尼莫地平片的藥片或藥粉進行近紅外光譜測定,同一分析模塊,每一個樣本取一張譜圖,放在一起進行比較,藥粉或藥片的近紅外分析結果的譜圖見圖1。

圖1 尼莫地平藥片或藥粉的近紅外光譜Fig．1 Near infrared spectra of nimodipine tablets and powder

由圖1(a)可知:13張譜圖沒有完全重疊,說明即使是同一廠家的同一批次中的不同樣本藥,其譜圖也存在差異,13張譜圖不能完全重合,這是因為藥片樣本譜圖不僅受藥片主成分尼莫地平的含量、輔料成分及其含量的影響,也受藥片的形狀、藥片的大小、樣品杯中樣品堆積的緊密程度等外在因素的影響,導致譜圖發生偏移。

圖1(b)中藥粉譜圖的重合度最高,因樣本為顆粒細小、均勻的粉末,消除了上述外界因素的影響。

圖1(c)、圖1(d)中藥片譜圖的重合度較高,藥片分析模塊測定尼莫地平藥片的反射譜圖和透射譜圖是同時測定的,二者譜圖的重合度相近,雖然樣品測定時采用的是單片藥,不存在樣品堆積的緊密程度的問題,但仍受藥片的均勻度、藥片的大小等影響,同一批次藥品的譜圖也存在一定的差異。

2．3 不同的近紅外光譜所建4種定量分析模型

按1．3節的試驗方法進行建模,通過對模型的內部驗證、交叉驗證[在所有參與建模樣品中,每次選“1”個樣品,作為臨時驗證樣品(而不是一個變量)進行交叉驗證]等方式優化模型參數。

以模型的校正均方差(RMSEC)、校正相關系數(Rc)、預測均方差(RMSEP)、預測相關系數(Rp)、交叉驗證均方差(RMSECV)、交叉驗證相關系數(Rcv)、模型的性能指數等建模參數來評價所見模型的效果,不同定量分析模型的建模參數見表1。

表1 不同定量分析模型的建模參數Tab．1 Modeling parameters of different quantitative analysis models

通過分析表1中4種模型的內部驗證、交叉驗證得到的建模參數,可得出模型2為4種模型中的最優模型。所建模型2中樣本預測值與真實值的關系見圖2。由圖2可知:建模值與內部驗證值相互重疊,且真實值和預測值幾乎相等。

2．4 模型的外部驗證

將未參與建模的15個樣本的近紅外譜圖,分別導入模型1、模型2、模型3、模型4 中進行外部驗證,分別得到樣本中尼莫地平含量的預測值,計算模型預測值及與HPLC 測定值的相對誤差,結果見表2。

圖2 樣本中尼莫地平的預測值與真實值(模型2)Fig．2 Predicted and true values of nimodipine in samples(model 2)

表2 不同模型預測值和HPLC測定值的比較Tab．2 Comparison of predicted values by different models and determined values by HPLC

由表2可知:模型1尼莫地平的預測值與實測值的相對誤差為－2．41%～2．68%;模型2尼莫地平的預測值與實測值的相對誤差為－0．81%～1．18%;模型3尼莫地平的預測值與實測值的相對誤差為－5．03%～4．55%;模型4尼莫地平的預測值與實測值的相對誤差為－5．99%～5．56%。在95%的置信區間內進行t檢驗,4種模型對尼莫地平片中尼莫地平的預測值與HPLC 測定值無顯著差異,故這4種模型均可用于尼莫地平的快速檢測。

模型2用于實際藥品的檢測時,其預測值的準確性最高;模型1預測值的準確性僅次于模型2的;模型3和模型4預測值的準確性相對較差,且兩者預測值的準確性相近。這是因為模型2采集的是藥粉的近紅外漫反射光譜,藥粉顆粒細小、粉末均勻,不僅消除了藥片大小、形狀、樣品在積分球樣品杯中的堆積緊密程度等對測定結果的影響;還消除了藥片中成分分布不均勻對測定結果的影響,所以模型2的預測效果最佳。

從建模參數考察模型2效果最好,從預測的準確性看也是模型2最佳。但采用模型2檢測,需將樣品粉碎成粉末,耗時相對較長,因此對既有素片、又有糖衣的成分分布不均勻的樣品和形狀各異的樣品的檢測建議采用模型2。而模型1無需對待測藥品進行任何前處理即可達到快速準確分析的目的,可作為常規的檢測方法。模型3和模型4預測的準確性稍差,但也無需對待測藥品進行任何的前處理,且可一次性對同一樣品進行兩種類型的檢測,可用作測定結果相互對照的試驗。