拉曼光譜在藥學(xué)中的應(yīng)用

王 瑋，蔡源源，曹 倩，程 黎，李 奎

（1.河南大學(xué) 藥學(xué)院，河南 開封 475004；2.河南中醫(yī)學(xué)院 科研處，河南 鄭州 450008）

拉曼光譜在藥學(xué)中的應(yīng)用

王 瑋1，蔡源源2，曹 倩1，程 黎1，李 奎1

（1.河南大學(xué) 藥學(xué)院，河南 開封 475004；2.河南中醫(yī)學(xué)院 科研處，河南 鄭州 450008）

本文簡(jiǎn)述了拉曼光譜的分類及其各自的特點(diǎn)，介紹了共焦顯微拉曼光譜、傅里葉變換拉曼光譜、表面增強(qiáng)拉曼光譜、激光共振拉曼光譜的原理及其在藥物鑒別、制劑研究的應(yīng)用，以及拉曼光譜和紅外光譜聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)。

拉曼光譜，藥學(xué)，應(yīng)用

一束單色光入射于試樣后有三個(gè)可能去向：一部分光被透射；一部分光被吸收；還有一部分光則被散射。散射光中的大部分波長(zhǎng)與入射光相同，而一小部分由于試樣中分子振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)的作用波長(zhǎng)發(fā)生偏移。這種波長(zhǎng)發(fā)生偏移的光的光譜就是拉曼光譜。通常將獲得和分析拉曼光譜以及與其應(yīng)用有關(guān)的方法和技術(shù)稱為拉曼光譜術(shù)（Raman Spectroscopy）。拉曼光譜術(shù)作為分析測(cè)試物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)強(qiáng)有力的工具，被廣泛應(yīng)用到材料、化工、生物、藥學(xué)等領(lǐng)域，尤其是在分析測(cè)試方面，利用拉曼光譜技術(shù)可對(duì)樣品進(jìn)行無(wú)損分析，具有測(cè)試樣品非接觸性、非破壞性、檢測(cè)靈敏度高、時(shí)間短、樣品所需量小及樣品無(wú)需制備等特點(diǎn)。同時(shí)，在分析過程中也不會(huì)對(duì)樣品造成化學(xué)的、機(jī)械的、光化學(xué)的分解，是分析科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，在醫(yī)學(xué)、藥物、文物考古、寶石鑒定等方面有著廣泛的應(yīng)用。我們將著重介紹近幾年來(lái)拉曼光譜技術(shù)在藥物中的應(yīng)用。

1 拉曼光譜的分類及其應(yīng)用

隨著激光技術(shù)和檢測(cè)器技術(shù)的發(fā)展，拉曼光譜儀以激光為光源，光的單色性和強(qiáng)度都大大提高，拉曼散射儀的信號(hào)強(qiáng)度因而大大提高，拉曼光譜技術(shù)得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的拉曼散射光譜技術(shù)和方法。目前已經(jīng)發(fā)展了共振拉曼光譜、表面增強(qiáng)拉曼光譜以及傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)等，使得拉曼光譜技術(shù)在靈敏度、抗干擾等方面得到了很大的提高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物樣品測(cè)定分析、痕量分析、界面及高分子和聚合物材料的研究等方面［1］。另外，將拉曼光譜和紅外光譜相配合使用可以更加全面地研究分子的振動(dòng)狀態(tài)，提供更多的分子結(jié)構(gòu)方面的信息。

1.1 幾種常見的拉曼光譜技術(shù)

1.1.1 顯微拉曼光譜技術(shù) 近年來(lái)，顯微拉曼技術(shù)成為檢測(cè)分析領(lǐng)域里一種頗受青睞的手段。顯微拉曼光譜能給出物質(zhì)結(jié)構(gòu)的深層次信息，反映出不同環(huán)境狀況下物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。在藥物分析方面，顯微拉曼光譜法有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠快速、直接且對(duì)樣品無(wú)損傷，是一種新的理想的分析藥物圖譜的研究方法。王瑋等［2－6］通過顯微拉曼光譜法分別對(duì)黃芩苷、對(duì)乙酰氨基酚、布洛芬、阿司匹林及恩諾沙星的固體分散體進(jìn)行了拉曼圖譜研究并與紅外圖譜進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，拉曼光譜法不僅反映了藥物在固體分散體中是以無(wú)定形態(tài)存在，而且在分析藥物分子結(jié)構(gòu)信息方面要比紅外光譜更加全面和方便，可作為首選。施玉珍等［7］利用共焦顯微拉曼光譜對(duì)寧夏枸杞和北方枸杞進(jìn)行了快速、無(wú)損的分析測(cè)定，結(jié)果表明，寧夏枸杞和北方枸杞拉曼光譜有明顯的差別，可作為鑒別的依據(jù)。

1.1.2 傅里葉變換拉曼光譜技術(shù) 傅立葉變換拉曼光譜（FT－Raman）是20世紀(jì)90年代以后發(fā)展起來(lái)的最新技術(shù)，采用傅立葉變換技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集，多次累加來(lái)提高信噪比，并用1064mm的近紅外激光照射樣品，大大減弱了熒光背景產(chǎn)生的可能，具有測(cè)量波段寬、熱效應(yīng)小、檢測(cè)精度及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，F(xiàn)T－Raman在化學(xué)、生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)樣品的非破壞性結(jié)構(gòu)分析方面顯示出了巨大的生命力。

文獻(xiàn)報(bào)道［8］，F(xiàn)T－Raman可用于各種藥材的鑒別。劉蓬勃等［9］首次應(yīng)用FT－Raman無(wú)損快速鑒別了八角茴香及其偽品，結(jié)果表明，根據(jù)其在拉曼圖譜中各自特征峰的不同，很容易將它們區(qū)別開來(lái)。FTRaman方法快速準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，不需處理樣品，使藥品鑒別更具科學(xué)性和實(shí)用性。曲曉波等［10］采用拉曼光譜對(duì)人參皂苷Rg3的兩種異構(gòu)體20－（R）－Rg3和20－（S）－Rg3進(jìn)行了測(cè)量和分析，從拉曼光譜圖中可以得知，1674，772，640cm－1等拉曼振動(dòng)峰在人參皂苷20－（R）－Rg3和20－（S）－Rg3中有明顯的差異，歸屬于C＝C振動(dòng)的1674cm－1峰的強(qiáng)度明顯降低。對(duì)比拉曼光譜還發(fā)現(xiàn)，2種異構(gòu)體拉曼光譜的明顯差異，使得拉曼光譜技術(shù)成為鑒別人參皂苷Rg3異構(gòu)體的一種快速、簡(jiǎn)便的分析方法。

1.1.3 表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù) 在金屬膠粒或粗糙金屬表面作用下，材料的拉曼橫截面可能增大107倍，增大只發(fā)生在直接吸附在金屬表面上的物質(zhì)。這種效應(yīng)稱為表面增強(qiáng)拉曼散射［11］。表面增強(qiáng)拉曼光譜術(shù)（SERS）有效地彌補(bǔ)了拉曼信號(hào)靈敏度低的弱點(diǎn)，可以獲得常規(guī)拉曼光譜難以得到的信息，目前已經(jīng)成為拉曼光譜研究中一個(gè)活躍的領(lǐng)域［12］。

任毅華等［13］報(bào)道了諾氟沙星的FT－Raman光譜和在銀膠基底上的表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS），研究了諾氟沙星與DNA的相互作用后的SERS，通過分析拉曼圖譜結(jié)果表明：諾氟沙星膠囊的輔料對(duì)拉曼光譜無(wú)實(shí)質(zhì)影響，可建立拉曼光譜法檢測(cè)諾氟沙星藥物的分析方法；諾氟沙星可以在沒有金屬離子的存在下與DNA直接相互作用，其主要鍵合模式是插入作用，諾氟沙星分子中的平面結(jié)構(gòu)插入DNA的雙螺旋堿基平面，為深入了解喹諾酮類抗生素的抗菌機(jī)理提供了可靠依據(jù)。張進(jìn)治等［14］將薄層色譜（TLC）與傅里葉變換表面增強(qiáng)拉曼散射（FT－SERS）聯(lián)用，獲得了中草藥吳茱萸中6種生物堿分子光譜研究的新方法。王玉等［15］提出利用溶膠液中銀顆粒對(duì)化合物的吸附性質(zhì)，直接進(jìn)行拉曼光譜測(cè)定的方法。并研究了阿司匹林、水楊酸和維生素A酸藥物的表面增強(qiáng)拉曼光譜，討論了化合物吸附的取向及其和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，探討了表面增強(qiáng)拉曼光譜用于微量藥物定量分析的可能性。

2 拉曼光譜和紅外光譜技術(shù)的聯(lián)用

紅外光譜法被廣泛的應(yīng)用于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定，根據(jù)紅外吸收光譜的峰位、峰強(qiáng)及峰形可以判斷化合物的類別，推測(cè)某種基團(tuán)的存在，進(jìn)而推斷未知化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。但分子的對(duì)稱性振動(dòng)和非極性基團(tuán)的振動(dòng)是不具有紅外活性的，不過這樣的振動(dòng)能夠引起分子的變形，極性率隨之變化，而具有拉曼活性。所以，為了更好更全面的分析化合物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用拉曼光譜來(lái)彌補(bǔ)紅外光譜上不顯示的吸收峰或很弱的峰［16］。拉曼光譜能夠提供分子結(jié)構(gòu)的信息，可用來(lái)對(duì)分子的化學(xué)官能團(tuán)進(jìn)行鑒定，拉曼譜線的數(shù)目、拉曼位移和譜線強(qiáng)度等參量提供了被散射分子及晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息，揭示原子的空間排列和相互作用，與紅外光譜互為補(bǔ)充，并具有峰形窄、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。

陳曉紅等［18］采用傅里葉變換紅外光譜和顯微激光拉曼光譜對(duì)碳青霉烯藥物亞胺培南進(jìn)行光譜檢測(cè)，并對(duì)其分子振動(dòng)光譜與結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析和探討，分析了亞胺培南在固相狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)形式，從而為藥物合成及質(zhì)量控制提供了重要的參考價(jià)值。王瑋等［19－20］采用拉曼光譜儀和傅里葉紅外光譜儀分別測(cè)得氯霉素、維生素C及其相應(yīng)的包合物固體粉末的拉曼圖譜和紅外圖譜，對(duì)其進(jìn)行對(duì)照分析得到，兩者都可以通過峰強(qiáng)的變化提供關(guān)于客體分子是否進(jìn)入空腔來(lái)驗(yàn)證藥物與β－環(huán)糊精是否形成包合物。但是，拉曼光譜較紅外譜峰尖銳且清楚，便于解析，能夠提供更豐富的包合物結(jié)構(gòu)信息，并且固體粉末樣品可以直接測(cè)定，不必通過溴化鉀壓片法制備樣品。最為重要的是不受水干擾，對(duì)稱結(jié)構(gòu)在拉曼光譜中為強(qiáng)吸收，是一種簡(jiǎn)單、靈敏的光譜分析技術(shù)，可作為研究包合物是否形成的一種新的光譜分析方法。

3 結(jié) 語(yǔ)

拉曼光譜技術(shù)由于其快速、簡(jiǎn)單、無(wú)需制樣、無(wú)損、可重復(fù)、干擾少、分辨率較高等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在激光、檢測(cè)和其他技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)下得到廣泛應(yīng)用，成為近年來(lái)發(fā)展最快、最有潛力、最引人矚目的光譜分析技術(shù)之一。與紅外、近紅外、紫外熒光等光譜分析手段相比，拉曼光譜有著突出的優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)范圍廣，檢測(cè)靈敏度較高，分析過程快速，重現(xiàn)性好。同時(shí)結(jié)合發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)分析和管理技術(shù)，完全可能實(shí)現(xiàn)藥物實(shí)時(shí)分析和在線監(jiān)測(cè)功能。另外，在USP 28版中＜851＞SPECTROPHOTOMETRY AND LIGHTSCATTERING已收錄了拉曼分光光度法，并用于鹽酸林可霉素膠囊（Lincomycin Hydrochloride Capsules）溶出度的測(cè)定?！吨袊?guó)藥典》2010版也增加了拉曼光譜法指導(dǎo)原則（附錄ⅩⅨ），相信拉曼光譜法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在藥學(xué)中的應(yīng)用會(huì)逐步得到推廣，有望成為藥物分析中一種有效的鑒別手段。

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［責(zé)任編輯 段金卯］

Application of Raman spectroscopy in the pharmaceutical

WANG Wei 1，CAO Yuan－yuan2，CAO Qian1，CHENG Li 1，LI Kui 1（1.Pharmaceutical College of Henan University，Kaifeng，Henan475004，China；2.Henan University of Traditional Chinese Medicine，Zhengzhou 450008，China））

This paper summarizes the classification of raman spectroscopy and their respective characteristics，discusses the application of raman spectroscopy in pharmaceutical identification，pharmaceutics research.Introduces the principle of confocal raman microscopy，F(xiàn)ourier transform raman spectroscopy，surface－enhanced raman spectroscopy，and laser resonance raman spectroscopy and the combined application of raman spectroscopy and infrared spectrometry.

Raman spectroscopy；pharmacy；application

TQ460.72

A

1672－7606（2012）02－0142－03

2012－01－19

王瑋（1964－），男，河南 開封 人，博士，碩士生導(dǎo)師，從事拉曼光譜法在藥學(xué)中的應(yīng)用。