近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于利福昔明混懸劑的定量分析

楊 慧

(江蘇省徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學(xué)校,江蘇 徐州 221116)

近紅外(near-infrared,NIR)光譜技術(shù)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(chǎn)生的,因其光譜特性穩(wěn)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(xué)計量學(xué)、電子計算機及軟件的發(fā)展,尤其是基于多變量數(shù)據(jù)分析的化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展,使得NIR光譜中的大量信息能夠被解釋,這一技術(shù)得到了廣泛應(yīng)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(nèi)發(fā)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(yīng)用近紅外透射和漫反射光譜結(jié)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(yù)示結(jié)果進行比較,找出較優(yōu)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(zhuǎn)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(nèi)。

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(shù)據(jù)。將樣品裝入積分球的測樣杯中,采用旋轉(zhuǎn)的方式測量樣品近紅外數(shù)據(jù)。

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(xùn)練Fig.2 Rifaximin training set

圖3 利福昔明預(yù)示集Fig.3 Rifaximin prediction set

2 方法和結(jié)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(shù)據(jù),所用程序皆用VBA編程。

取標示量80%、90%、100%、110%及120%樣本做訓(xùn)練集,取標示量85%、95%、105%及115%樣本做預(yù)示集。

2.2 多元線形回歸處理數(shù)據(jù)

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(guān)系數(shù)從大到小排列,選取前4個波長點,多元回歸得預(yù)示集濃度。

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

續(xù)表1

由上面數(shù)據(jù)可知,多元線性回歸法預(yù)示的結(jié)果很不理想,特別是主藥利福昔明和輔料糊精的濃度預(yù)測值與真實值偏差很大。

2.3 PLS法處理數(shù)據(jù)

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

利用PLC法處理數(shù)據(jù),得預(yù)示集中利福昔明的濃度。

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

表3 PLS法預(yù)測利福昔明結(jié)果Tab.3 Predication results of rifaximin with PLS method

由以上結(jié)果可知,PLS法處理數(shù)據(jù)預(yù)示結(jié)果準確度及精密度都符合要求。

3 結(jié)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(jié)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(shù)矩陣后,選取相關(guān)系數(shù)較大的多個波長點進行多元線性回歸求出預(yù)測樣品濃度。此方法對主藥利福昔明來說得到的結(jié)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(shù)假設(shè)是一樣的,事實上,近紅外光譜中物質(zhì)在某波長處的吸收系數(shù)隨著濃度的不同而不同,從而產(chǎn)生誤差。求回歸方程時,雜質(zhì)未參與回歸,所以樣品中的雜質(zhì),特別是水分的干擾也會產(chǎn)生誤差。兩次多元線性回歸有兩次求逆過程,會產(chǎn)生誤差。雖然此方法的結(jié)果不理想,但是可借此找到回歸系數(shù)較大的波長段,為采用其他方法處理數(shù)據(jù)做準備。PLS法實質(zhì)上是一種建立在主成分分析基礎(chǔ)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(guān)回歸。通過主成分分析可消除一些噪音、雜質(zhì)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(chǎn)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(jié)果較好[5]。通過多元線性回歸法處理數(shù)據(jù)得到的波長段,結(jié)合純組分的光譜圖,確定PLS法處理數(shù)據(jù)時所采用的波長段。

與常規(guī)分析技術(shù)不同,近紅外光譜是一種間接分析技術(shù),必須通過建立校正模型(標定模型)來實現(xiàn)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(guān)系。根據(jù)利福昔明混懸液處方,通過適量的樣品建立數(shù)學(xué)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(fù)性樣品的快速分析,為近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于藥品制劑的定量分析及在線質(zhì)量控制提供可能。