基于拉曼光譜快速分析感冒藥中的有效成分

劉金夢，劉 柳，宮 博，粟 暉，姚志湘

（廣西科技大學 生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006）

0 引言

對乙酰氨基酚是感冒藥酚麻美敏片中的主要成分，在臨床上用于各類感冒的治療，適用于各個年齡的人群，但如果服用過量，便會引起嚴重的肝損傷和肝衰竭等問題.在現行的2015年版《中國藥典（第二部）》采用色譜法測定對乙酰氨基酚片劑、咀嚼片劑、栓劑和顆粒劑等[1].參考相關文獻可知，通常采用的檢測方法為高效液相色譜法[2-3]、循環伏安法[4]、LC-MS聯用技術[5]、電化學法[6]、化學發光法[7]等.這些傳統的方法具有分析結果準確、靈敏度高等優點，但對于大批量樣本的分析效率低，操作強度大，流動相等試劑損耗大，分析成本較高，不宜實現對大批量樣本的快速檢測.因此，建立快速、準確的光譜定量方法對于藥品質量控制具有積極作用和創新意義.

姚志湘等[8]利用向量方向的確定性，將信號的強度轉換成向量空間角，通過熒光褪色差分法，實現拉曼光譜背景矯正[9].并提出一種基于角度轉換的近似線性定量方法，實現了通過向量角度轉換和紅外光譜對蔗糖-6-乙酸酯合成過程進行分析[10]以及中紅外光譜結合向量夾角直接定量三氯蔗糖[11].本文通過角度轉換結合拉曼光譜技術，建立對乙酰氨基酚含量和拉曼光譜的關聯模型，快速測定感冒藥片中的對乙酰氨基酚含量.該方法無需大數據建模，不依賴光譜特征響應，為多組分體系的快速分析檢測提供了參考.

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

高效液相色譜儀（LC-20AT，日本島津公司）；拉曼光譜儀（ExR610，西派特（北京）有限公司）；分析天平（AR124CN奧豪斯儀器有限公司）；酚麻美敏片（藥店市售）；對乙酰氨基酚對照品（99.0%，AR，阿拉丁有限公司）；淀粉（AR）.

1.2 系列樣本制備

取市售酚麻美敏片15粒，研磨均勻后稱取11份，編號為A1—A11；依照表1，向11份待測藥片粉末中，分別添加一定量的對乙酰氨基酚對照品或淀粉，混合均勻，配制成不同含量的對乙酰氨基酚建模樣本.

另取市售酚麻美敏片5粒，研磨均勻后，分成5份，記為S1—S5.

表1 建模樣本各物質添加量及含量表Tab.1 Modeling sample for each substance addition amount and content table

1.3 樣本拉曼光譜的采集

分別通過單點單次、單點3次、3點3次采集A1—A11建模樣本、對乙酰氨基酚對照品M1以及5份待測藥品S1—S5的拉曼光譜數據，光譜采集參數為光譜積分時間6 000 ms，平均次數1，平滑點數0，中心波長532 nm；功率等級9.

1.4 分析關聯方程建立和驗證

1）將A1—A11和M1光譜數據導入MATLAB2018b計算平臺；根據對乙酰氨基酚對照品的純光譜，選擇合適的分析波數區間，對該波數區間的光譜進行求導降噪.

2）在選擇的波數區間內，選取合適的移動窗口寬度.

3）取其中A1、A3、A5、A7、A9、A11，將移動窗口從最小波數開始將光譜左端向右端移動，依次計算得到M1與A1、A3、A5、A7、A9、A11的系列夾角值EEi，得到對乙酰氨基酚含量和拉曼光譜轉換后角度值的關聯方程.

4）同理計算得到A2、A4、A6、A10的夾角值，分別代入關聯方程，得到樣本中對乙酰氨基酚含量預測值，與真實值進行比較，通過誤差分析驗證所建立的關聯方程.

1.5 待測樣本含量分析

取市售酚麻美敏片5片，研磨均勻，記為S1—S5，通過1.4數據處理流程，得到待測樣本與純目標組分M1的夾角值YEi，代入關聯方程，得到待測樣本S1—S5中對乙酰氨基酚的含量，并采用高效液相色譜儀對待測樣本進行比較分析.

其中液相色譜條件為：色譜柱為C18柱（5 μm，250 mm×4.6 mm）；柱溫為25℃，流速1 mL/min，進樣量：20 μL；流動相為V（乙腈）∶V（磷酸鹽緩沖溶液）=10∶90（磷酸鹽緩沖溶液：pH3.5，5.175 g磷酸二氫鉀，116 μL磷酸，200 μL的三乙胺，超純水定容至1 000 mL）；檢測波長為210 nm和240 nm.

1.6 方法學檢驗

1）回收率試驗：選擇已知含量的感冒藥樣本，分別加入不同含量的對乙酰氨基酚對照品，等質量混合均勻，得到3份加標樣本，采集拉曼光譜數據，通過本方法計算得到加標樣本中的對乙酰氨基酚含量，并計算回收率.

2）精密度試驗：選擇A1、A9樣本，分別平行采集拉曼光譜6次，計算得到待測藥品拉曼光譜數據，通過本方法得到待測樣本與對照品對乙酰氨基酚拉曼光譜的夾角方差值，計算待測樣本中對乙酰氨基酚的含量.

3）重復性試驗：取同一批號待測酚麻美敏片，按1.2配制方法平行配制6份，記為B1—B6.通過采集樣本的拉曼光譜數據后得到與對乙酰氨基酚對照品的夾角值，計算得到待測樣本中對乙酰氨基酚的含量，考察方法的重復性.

2 結果與分析

2.1 分析模型建立

圖1、圖2為對乙酰氨基酚對照品和酚麻美敏片樣本的拉曼光譜圖，圖中A為沒有處理的原始譜圖，B為處理后的拉曼光譜圖.

圖1 對乙酰氨基酚對照品的拉曼光譜圖Fig.1 Raman spectroscopy of standard acetaminophen

圖2 酚麻美敏片樣本拉曼光譜圖Fig.2 Raman spectroscopy of cold medicine

由圖1、圖2可以看出：沒有處理的A樣本光譜重疊嚴重，同時存在熒光干擾和基線漂移，易造成分析誤差.因此，通過對分析樣本進行基線校正和降噪處理，減小熒光效應和儀器噪聲造成的影響.得到經過基線校正和降噪處理后的拉曼光譜圖B.

根據系列樣本拉曼光譜特征峰響應選擇400～3 400 cm-1作為分析波數區間；設置此區間波長的1/11寬度為移動窗口，從最小波數點200 cm-1開始，計算樣本光譜與對乙酰氨基酚對照品光譜的系列夾角值EEi，建立樣本中對乙酰氨基酚含量與EEi的關聯曲線.依次對單點單次、單點3次、3點3次采集的樣本拉曼光譜進行分析，3點3次采集方式結果最好，關聯方程為y=-0.013 1x+1.626 5，r=0.998 0.

同理，計算其余樣本A2、A4、A6、A10的夾角值，帶入關聯方程中，得到預測含量及誤差分析，結果見表2.

由表2可以看出，測量結果與標準含量相比，相對誤差在0.4%～1.9%，預測結果較好，說明拉曼光譜結合角度轉換的方法建立的關聯方程準確性良好，適用于感冒藥中有效成分含量的快速分析.

表2 驗證樣本中對乙酰氨基酚的含量預測值與誤差分析Tab.2 Predicted content and error analysis of acetaminophen%

2.2 待測藥片含量分析

通過將S1—S5待測樣本的角度值代入2.1所得的關聯方程中，得到藥片中對乙酰氨基酚的實際含量，結果見表3.

由表3可知，本方法測定感冒藥中的對乙酰氨基酚與高效液相色譜法結果接近，誤差較小，計算結果準確，本方法可以很好地實現感冒藥中對乙酰氨基酚含量的快速分析.

2.3 樣品精密度的測定

通過本方法得到待測藥品光譜與對照品拉曼光譜的夾角方差值，計算出樣本A1、A9中對乙酰氨基酚的含量，精密度結果如表4.

由表4結果可知，此方法檢測感冒藥中的對乙酰氨基酚，對乙酰氨基酚的RSD小于3.1%，精密性良好，可以實現樣品中待測組分的快速分析與檢測.

2.4 重復性測定

通過本方法測定得到待測樣中對乙酰氨基酚的含量，重復性結果如表5.

由表5結果可知，待測樣品中對乙酰氨基酚的RSD為1.1%，結果較好.說明拉曼光譜結合角度轉換的方法檢測感冒藥中的對乙酰氨基酚重復性良好，可以實現對待測組分的分析與檢測.

2.5 回收率測定

在已知對乙酰氨基酚含量為66.8%的藥品中，加入不同含量的對乙酰氨基酚標準品，等質量混合均勻，測定得加標樣品中對乙酰氨基酚的含量并計算回收率，結果如表6.

由表6結果可知，待測樣本中對乙酰氨基酚的回收率為97.0%～106.3%.說明拉曼光譜結合角度轉換的方法檢測感冒藥中的對乙酰氨基酚回收率高，結果較好，可以實現對待測組分的快速分析與檢測.

表3 待測樣品中對乙酰氨基酚的含量Tab.3 The content of acetaminophen in the sample to be tested %

表4 待測樣品中對乙酰氨基酚的含量計算Tab.4 Calculation of acetaminophen content in the sample to be tested %

表5 樣本中對乙酰氨基酚的含量計算Tab.5 Calculation of acetaminophen content in the sample %

表6 樣本中對乙酰氨基酚的含量計算Tab.6 Calculation of acetaminophen content in the sample %

3 結論

本文使用拉曼光譜儀采集感冒藥中有效成分的光譜數據，通過角度轉換法建立含量-角度值模型，模型的線性方程相關系數可達0.998 0，準確度較高.測量結果與標準含量相比，誤差較小，預測結果較好.

建立的分析方法無需進行復雜前處理，樣品測量時間可小于30 s，操作簡單，適合于同類大批量樣品的快速分析測定.拉曼光譜法在藥物分析的研究中提供了一種新的參考方法，對利用光譜分析快速分析多組分樣品具有重要的參考價值.