近红外光谱假药识别系统的设想及可行性探讨

关键词 ：无损检测 ； 快速检测；近红外光谱仪

1 假药的特点

假药（counterfeit drug）是目前世界各国特别是发展中国家共同面临的问题之一。我国的《药品管理法》第四十八条对假药有明确规定。在高科技发展的今天，传统的假药（以非药品冒充药品、以低值药品冒充高价产品）已经越来越少，取而代之的是企业未经批准私自在药品中增加或减少活性成分、用普通企业的药品冒充药品等。国内还发现将真药与假药混合包装的案例。使得假药识别的难度越来越大，对假药识别的要求也越来越高。

2 假药识别的基本方法与要求

目前假药识别的基本方法可概括为应用多种分析手段和方法，综合各种检验结果，通过与已知对照品的比较，对假药进行识别。针对我国的假药集散地点多在乡村的特点，国内的假药识别工作目前可分为“打假”和“假药鉴别”两个层面，前者主要由基层药品检验所承担，而后者目前仅有中国药品生物制品检定所系统的开展了假药识别方法的研究。假药的识别通常没有固定的模式，需要结合多种定性与定量分析结果，从多方面相互补充和引证，故所耗的时间较长。这给由于案情等的需要，要求快速鉴别，或由于样品来源困难、取证样品量较小、不易采用破坏性常规方法进行假药识别的样品的鉴别带来困难。因此需要利用模式识别等数学分析的原理和方法，采用新的分析手段，建立各类药品的特征数据库，进而建立假药的系统识别法。这样可以大大提高假药识别的速度和能力，是解决上述矛盾的有效途经。

3 近红外光谱及其仪器的特点

［1］近红外光谱的波长范围是 780 ～ 2500nm，主要源于化合物中含氢基团，如 C - H，O- H，N- H，S - H等振动光谱的倍频及合频吸收，由于其谱带较宽且强度较弱，限制了其应用。80年代中后期，随着计算机技术的发展和化学计量学研究的深入，加之近红外光谱（near infrared spectroscopy，NIR）仪器制造技术的日趋完善，促使了现代近红外光谱分析技术的发展近 红 外 光 谱 测 定 通 常 采 用 透 射 方 式（transmittance）或漫反射方式（diffuse reflectance），通常不需对样品进行预处理即可以直接对不同物态的样品进行分析，配合光纤可满足对不同尺寸、形状样品测定的需要。

作为一种间接测定方法，近红外光谱分析首先需要通过训练集得到校正模型，再来预测未知样品的性质或组成，因此训练集样品的性质或组成的适用范围、基础数据的准确性以及选择化学计量学方法的合理性，都直接影响终的分析结果。此外，近红外光谱分析的灵敏度较低，对微量组分的测定比较困难。近红外光谱仪主要有滤光片型、扫描型和傅立叶变换近红外光谱仪三种类型。滤光片型仪器的特点是设计简单、成本低、光通量大、信号记录快、坚固耐用；但通常只能在单一或有限的波长下测定，灵活性较差；适用于制成各类仪器进行特定项目的分析，如土壤中水分的测

定［2］ 、糖及烟草中尼古丁的分析 ［3］ 等。扫描型近红外光谱仪的分光元件可以是棱镜或光栅。该类仪器的特点是可进行全谱扫描，分辨率较

高，仪器价格适中，便于维修；其弱点是光栅的机械轴容易磨损，影响波长的精度和重现性，一般抗振性较差，特别不适于在线检测。

傅立叶变换近红外光谱仪的主要光学元件是麦克尔逊（Michelson）干涉仪。其具有扫描速度快、波长精度高、分辨率好以及信噪比和测定灵敏度较高等特点；采用立体角镜偶合等技术的麦克尔逊干涉仪，已极大地消除了传统干涉仪对振动、温度、湿度等的敏感性，减少了不同仪器的台间测定误差；发展出的便携式仪器可满足车载等野外测定的需要。从近期的国内外仪器展览会看，傅立叶变换近红外光谱仪将成为近红外光谱仪的主导产品。· 0 5 2 · 中国药事 2004 年第 18 卷第 4 期

4 近红外光谱分析在假药识别中的应用

近红外光谱法在药物分析领域中的应用范围相当广泛，它不仅适用于分析药物的多种不同状态如原料［4］ 、完整的片剂、胶囊与液体等制剂 ［5］ ，还可用于不同类型的药品，如蛋白质［6］ 、中草药 ［7］ 、抗生素 ［8］等。NIR更适用于对原料药纯度、包装材料等的分析

与检测、以及生产工艺的监控［9，10］ ；利用不同的光纤探头可实现生产工艺的在线连续分析监控［11～15］ 。此外，近红外作为一种快速扫描技术，以它无需对样品预处理以及收集信息量大等特点，有助于假药、劣药的识别与鉴定，正在成为国内外药物分析领域中的一枝奇葩。目前已有研究人员将其用于辅料间存在差异的不同生产厂家所生产的同一品种药品的鉴定［16］ ，还有人对建立假药识别谱库的影响因素进行了全面的考

察［17］ 。在药品的鉴别过程中，常采用马氏（Mahalanobis）距离等指标，通过对样品光谱与标准光谱距离的定量描述，确定样本离校正集样本的差异，进而对其归属。虽然此方法在对光谱匹配程度的检测和模型外推方面均很准确，但应用时对波长范围的选择非常重要；波长点过少，光谱得不到合理的描述；波长点过多，计算量过大。此外，由于药品制剂特别是口服制剂中通常含有较多的辅料成分，也干扰对活性成分的鉴别。为有效的避免各类干扰作用，选择合理的波长范围进行药品的鉴别，可利用主成分分析（PrincipalComponent Analysis；PCA）法对光谱数据进行分析，

通过对活性成分光谱、辅料光谱和因子光谱的比较分析，首先对诸因子光谱的属性进行归属，进而选用合理的因子光谱进行鉴别［18］ 。将 PCA 与马氏距离结合，既可以充分利用 PCA对采集的全光谱数据进行降维处理，较好的解决马氏距离计算时波长范围的选择问题，也可克服利用 PCA进行自身界限判断不易量化的问题［19］ 。此外结合导数光谱等手段，还可以提高对鉴别的分辨率［17］ 。

5 近红外假药识别系统的设想

根据近红外光谱分析的特点，可以看出，建立近红外假药识别系统，可以大大地提高假药识别的速度和识别能力，满足基层现场快速鉴别的需要。在国家食品药品监督管理局的支持下，中国药品生物制品检定所已经启动了近红外假药识别系统的科研项目。拟建立的假药识别系统包括有定性分析和定量分析两部分，首先确定药品与其标签标示名称是否一致，再根据需要调用适当模型对药品的雷竞技百科 进行快速检验或判别药品是否为特定企业的产品。近红外光谱分析是一个间接分析方法，假药鉴别系统的完善与否与模型中所包括的已知样品的数量与雷竞技百科 密切相关。由于药品品种的数量巨大，市场中出现的假药品种较多，且不断有新的假药出现，因此假药识别系统中所需要的鉴别模型不仅数量多，而且应能不断更新，故建模不可能在一个实验室完成；此外，由于我国地域广阔，开展假药的监督检验工作不可能由少数实验室承担，但为保证药品监督检验的严肃性，所有实验室的检验结果应具有一致性；因此，近红外假药鉴别系统应用的关键是能在不同的近红外光谱仪间实现模型的共享，并保证不同仪器测定图谱的一致性。虽然由于众多因素影响模型传输的准确性，使得光栅型及普通傅立叶变换型近红外光谱仪通过简单的模型传输不可能保证不同仪器测定结果的一致性，但在以采用立体角镜偶合等技术为基础的 8 台傅立叶变换型近红外光谱仪之间，传输间苯二酚水溶液定量模型，在未对模型经任何校正的情况下，对一

批样品（300g/l）每台仪器每星期测定 10 次，连续测定60个星期，其测定结果显示，仪器间的测定误差（SD= 0.22%）及不同时间的测定误差（SD ≤ 0.13%）均可以忽略［20］ 。即现代近红外光谱仪已经较好的解决了模型传输的准确性，结合互联网技术，可以在全国范围内建立近红外假药识别模型网络系统，见图，由设立在全国的近红外假药鉴别模型建立基地将建好的模型输入国家假药鉴别模型数据库；各基层使用单位直接从中心数据库中调用所需的鉴别模型；国家近红外假药鉴别中心负责对进入数据库的模型的评价与更新；进而解决假药识别系统中鉴别模型的建立与模型

共享问题。

6 建立近红外假药识别系统的可行性探讨

以大环内酯类抗生素为例，探讨利用近红外光谱分析法进行假药识别的可行性。所选用的药品包括红霉素、琥乙红霉素、罗红霉素、克拉霉素、阿奇霉素、乙酰螺旋霉素、麦迪霉素和麦白霉素；利用光导纤维分别测定诸药品的原料及片剂的近红外光谱图。

6.1 定性分析

在选定的特定光谱范围内，诸药品原料的近红外光谱图不同，利用其二阶导数光谱可使光谱间的差异更加明显；采用聚类分析的方法，对上述大环内酯类抗生素片剂的近红外光谱图进行分析，可见不同品种的抗生素聚为不同的类群；选择合适的光谱范围，还可以使不同企业的阿奇霉素片聚为不同的类群；对铝塑包装的样品，无需拆除包装，对糖衣片，仅需要去除其表面的糖衣层即可进行测定。上述结果充分说

· 1 5 2 · 中国药事 2004 年第 18 卷第 4 期明，采用近红外光谱分析法，可以实现对不同大环内酯类药品以及特定企业产品的快速鉴别。图 近红外假药识别模型的传递网络系统示意图建立在全国的近红外假药鉴别模型建立基地将建好的模型输入国家假药鉴别模型数据库；各基层使用单位直接由数据库中调用所需的鉴别模型；国家近红外假药鉴别中心负责对进入数据库的模型的评价与更新

6.2 定量分析

为验证利用近红外光谱分析法进行制剂无损伤快速定量测定的可行性，在布鲁克公司 VECTOR 22/N -F型傅立叶变换近红外光谱仪上，利用固体漫反射光导纤维探头，未去除铝塑包装直接测定了 16 批罗红霉素片的近红外光谱图；使用偏二乘法（PLS）算法建模并进行定量运算。虽然由于样品的代表性不够（内部交叉验证与自我训练的均方差之间的差别较大），所建立的定量模型误差较大，但近红外法与HPLC法测定的罗红霉素片含量的平均测定误差约为5%，经 t 检验，二者的测定结果无显著性差异（p <0.05）。如增加样本数量，并对模型进一步优化，还可以提高近红外定量测定的准确性。

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