近紅外光譜技術應用于利福昔明混懸劑的定量分析

楊 慧

(江蘇省徐州醫藥高等職業學校,江蘇 徐州 221116)

近紅外(near-infrared,NIR)光譜技術是一種快速、無損分析方法,光譜波長范圍是780～2500 nm(11 000～4000 cm-1),主要譜峰為有機物分子C-H、N-H及O-H等含氫基團的倍頻與合頻振動吸收所產生的,因其光譜特性穩定,非常適合于藥品原輔料及制劑的定性定量分析[1]。近幾年來得益于化學計量學、電子計算機及軟件的發展,尤其是基于多變量數據分析的化學計量學的發展,使得NIR光譜中的大量信息能夠被解釋,這一技術得到了廣泛應用[2-3]。

利福昔明為利福霉素類衍生物,具有抗菌譜廣、抗菌作用強等特點,口服后基本不吸收,以原形由糞便排出,主要在腸道內發揮抗菌作用。利福昔明起效快,作用強,安全性高,是治療成人急性輕中度感染性腹瀉的安全有效藥物,國外用于治療急性感染性腹瀉取得了良好的療效。

本研究應用近紅外透射和漫反射光譜結合多種計算藥物分析方法,對利福昔明混懸劑中間體粉末建立快速、無損分析模型,對各模型預示結果進行比較,找出較優模型。

1 實驗

1.1 儀器與試藥

德國Bruker MPA型近紅外光譜儀,旋轉樣品杯和積分球漫反射測樣器件PbS檢測器,利福昔明原料藥及輔料糊精、蔗糖、微晶纖維素/羧甲基纖維素。

1.2 樣品的制備

按利福昔明混懸劑工藝流程制備含主藥標示量80%～120%(間隔5%)的中間體粉末樣品9×6份,分別記為1(1)～9(6),裝入透明塑料袋內。

1.3 測量條件

光譜分辨率為8 cm-1,掃描范圍10 000～4000 cm-1,以3.86 cm-1間隔采集光譜數據。將樣品裝入積分球的測樣杯中,采用旋轉的方式測量樣品近紅外數據。

純組分和樣品光譜如下:

圖1 各純組分光譜(1-利福昔明;2-蔗糖;3-微晶纖維素;4-糊精)Fig.1 Spectra of pure components

圖2 利福昔明訓練Fig.2 Rifaximin training set

圖3 利福昔明預示集Fig.3 Rifaximin prediction set

2 方法和結果

2.1 定量分析模型的建立

用多元線性回歸和偏最小二乘(PLS)法處理數據,所用程序皆用VBA編程。

取標示量80%、90%、100%、110%及120%樣本做訓練集,取標示量85%、95%、105%及115%樣本做預示集。

2.2 多元線形回歸處理數據

用多元線性回歸程序回歸出每個波長處的回歸方程,按相關系數從大到小排列,選取前4個波長點,多元回歸得預示集濃度。

表1 多元線性回歸預測樣本中各成分含量結果Tab.1 Prediction of the results of each component content in the sample with multiple linear regression

續表1

由上面數據可知,多元線性回歸法預示的結果很不理想,特別是主藥利福昔明和輔料糊精的濃度預測值與真實值偏差很大。

2.3 PLS法處理數據

分別選用3個波段對訓練集進行分析。將波段、最佳主成分數、交互證實均方誤及r列表如下:

利用PLC法處理數據,得預示集中利福昔明的濃度。

表2 測量波段及相關信息Tab.2 Measuring band and related information

表3 PLS法預測利福昔明結果Tab.3 Predication results of rifaximin with PLS method

由以上結果可知,PLS法處理數據預示結果準確度及精密度都符合要求。

3 結果與討論

通過多元線性回歸法和PLS法的比較可知,PLS法的建模結果好于多元線性回歸法。多元線性回歸法[4]即通過多元回歸求出吸收系數矩陣后,選取相關系數較大的多個波長點進行多元線性回歸求出預測樣品濃度。此方法對主藥利福昔明來說得到的結果很不理想,主要有以下幾個原因:多元線性回歸法中將各組分的不同濃度樣品在某一波長處的吸收系數假設是一樣的,事實上,近紅外光譜中物質在某波長處的吸收系數隨著濃度的不同而不同,從而產生誤差。求回歸方程時,雜質未參與回歸,所以樣品中的雜質,特別是水分的干擾也會產生誤差。兩次多元線性回歸有兩次求逆過程,會產生誤差。雖然此方法的結果不理想,但是可借此找到回歸系數較大的波長段,為采用其他方法處理數據做準備。PLS法實質上是一種建立在主成分分析基礎上的多元線性回歸法。在對吸收值矩陣進行主成分分解的同時,也對濃度矩陣進行主成分分解,再對二者進行線性相關回歸。通過主成分分析可消除一些噪音、雜質等無用信息的干擾。因為各個主成分是相互正交的,使用它們回歸不會產生共線問題,可使用全譜,也可使用原始光譜的一部分,因此PLS法回歸結果較好[5]。通過多元線性回歸法處理數據得到的波長段,結合純組分的光譜圖,確定PLS法處理數據時所采用的波長段。

與常規分析技術不同,近紅外光譜是一種間接分析技術,必須通過建立校正模型(標定模型)來實現對未知樣品的定性或定量分析[6],它的適用性及推廣能力與校正集中樣品的代表性有很大關系。根據利福昔明混懸液處方,通過適量的樣品建立數學模型之后,可準確快速地確定未知樣品含量,尤其適合于對大量重復性樣品的快速分析,為近紅外光譜技術應用于藥品制劑的定量分析及在線質量控制提供可能。