红外分光光度法（原创）

'红外分光光度法教案2006年之前，红外分光光度计不为大家所熟知，我市药检所06年上半年还没有红外分光光度计，2006年下半年国家很快的就给地市所配备了当时比较先进的红外分光光度计，这是为什么呢？2005年5月发生了震惊全国的齐二药假药时间，也就是二甘醇事件，这个事件也必将记录入中国医药大事记。我们先回顾一下这个时间，看一下红外分光光度计在药品生产检验中特有的用途。假药有毒是如何发现的？（2006年5月）事情出现在广东中山三院，注射了亮菌甲素假药而导致急性肾衰竭的病人，集中出现不良反应的时间是4月30日。当天医院传染病科大夫赵志新像往常一样查房，一些肝病患者的异常反应引起了她的注意。赵志新说，查房时陆陆续续发现一些病人尿少，最开始有四例，其中有一例肝病并不重，从常识来看，不可能出现肝肾综合征。第二天，出现相同症状的肝病患者增加到了11人。于是，院方立即组织多学科的专家会诊，结果发现，所有出现不良反应的患者，都注射过同一种药物——齐齐哈尔第二制药有限公司生产的亮菌甲素注射液。这种亮菌甲素注射液是从今年4月19日才开始在中山三院使用的，5月2日，这一信息报送到了广东省药品不良反应监测中心。省药监局稽查分局立即对涉案的药品进行了控制，并且进行抽样送药检所检验。省药检所的工作人员连夜对齐药二厂这一批次的样品进行检测分析。省药检所所长谢志洁说，在厂家提供的处方配比里，有两种辅料是用量最大的，一个是丙二醇，一个是聚乙二醇四百。丙二醇是注射剂里经常用的辅料，聚乙二醇四百则比较少用。因此集中排查聚乙二醇四百的毒性。可是，经过五天五夜排查，没有发现证明聚乙二醇四百有毒性的东西。这时已是5月7日，已有4名不良反应患者死亡。最后经过一天的努力，20个工作人员一起排查，终于找到了聚乙二醇四百可能降解的产物里有二甘醇，这个二甘醇是能带来肾毒性的。聚乙二醇四百在降解过程中会产生微量的二甘醇，但是，二甘醇在注射液中的含量不应该高于聚乙二醇四百的含量，然而经检测，这批注射液二甘醇的含量却高于聚乙二醇四百，这一发现为最终找到原因打开了突破口。“这个时候我们就怀疑它可能用二甘醇代替了丙二醇。”通过进一步的红外光谱仪观测分析，5月9日，广东药检所最终确定齐药二厂生产的亮菌甲素注射液里含有大量工业原料二甘醇，导致患者急性肾衰竭死亡。经药监部门调查确认，齐齐哈尔第二制药有限公司生产“亮菌甲素”注射液时用工业“二甘醇”代替丙二醇。根据黑龙江省随后公布的调查结果,除致人死亡的假亮菌甲素注射液外,齐齐哈尔第二制药有限公司购进的工业原料二甘醇还被用来生产了另外四种药品，分别是葛根素注射剂、倍他米松磷酸钠注射剂、小儿对乙酰氨基酚灌肠液、盐酸奈福泮注射液。其中，小儿对乙酰氨基酚灌肠液是非处方药，主要用于治疗小儿发热，一般患者在药店就可以买到。经国家药检所进行检验这四种药也都是假药。 齐齐哈尔第二制药有限公司2002年就通过了国家药品生产质量管理规范认证，也就是GMP认证。根据规定，药品原料进厂应当进行检验，但是工业级的丙二醇和二甘醇却先后被当作药品级的丙二醇进了厂，上了生产线并最终制成了假亮菌甲素注射液销往医院。国家食品药品监督管理局发出紧急通知，封杀齐二药生产的所有药品。在这之后，国家局就给各地市所配备了红外分光光度计，用于原料药的检查。2010年版药典中除原料药外，制剂中也大量增加红外检验项目。药厂这一块我不大熟悉，估计也是在06年以后才开始上的红外吧。下面讲红外。1简述化合物受红外辐射照射后，使分子的振动和转动运动由较低能级向较高能级跃迁，从而导致对特定频率红外辐射的选择性吸收，形成特征性很强的红外吸收光谱，红外光谱又称振-转光谱。红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别、物相分析和定量测定，并用于研究分子间和分子内部的相互作用。习惯上，往往把红外区分为3个区域，即近红外区（12800~4000cm-1,0.78~2.5μm），中红外区（4000~400cm-1,2.5~25μm）和远红外区（400~10cm-1,25~1000μm）。其中中红外区是药物分析中最常用的区域。红外吸收与物质浓度的关系在一定范围内服从于朗伯-比尔定律，因而它也是红外分光光度法定量的基础。红外分光光度计分为色散型和傅里叶变换型两种。前者主要由光源、单色器（通常为光栅）、样品室、检测器、记录仪、控制和数据处理系统组成。以光栅为色散元件的红外分光光度计，波数为线性刻度，以棱镜为色散元件的仪器，以波长为线性刻度。波数与波长的换算关系如下：波数(cm-1)=傅里叶变换型红外光谱仪（简称FT-IR）则由光学台（包括光源、干涉仪、样品室和检测器）、记录装置和数据处理系统组成，由干涉图变为红外光谱需经快速傅里叶变换。该型仪器现已成为最常用的仪器。2红外分光光度计的检定所用仪器应按现行国家质量与核查技术监督局“色散型红外分光光度计检定规程”、“傅里叶变换红外光谱仪检定规程”和《中国药典》附录规定，并参考仪器说明书，对仪器定期进行校正检定。2.1波数准确度2.1.1波数准确度的允差范围傅里叶变换红外光谱仪在3000cm-1附近的波数误差应不大于±5cm-1，在1000cm-1附近的波数误差应不大于±1cm-1。2.1.2波数准确度检定方法2.1.2.1以聚苯乙烯膜校正按仪器使用说明书要求设置参数，以常用的扫描速度记录厚度为50μm的聚苯乙烯膜红外光谱图。测量有关谱带的位置，其吸收光谱图应符合《药品红外光谱集》所附聚苯乙烯图谱的要求，并与参考波数（见表1）比较，计算波数准确度。 表1聚苯乙烯吸收谱带常用的波数值波数（cm-1）波数（cm-1）3027.11583.12850.71154.31944.01028.01801.6906.71601.42.1.2.2以液体池用液体茚校正液体茚在3900~690cm-1范围内有较多的吸收峰可资比较，适于测定中等分辨率的仪器。一般需用适当液层厚度的固定厚度密封液体池，选用液体池的窗片材料应能保证在测量波数范围内有良好的红外光透过率，窗片应有良好的光洁度和平面平行度，注样品时将液体池放在一楔形板上，打开2进样孔塞，把样品用专用注射器从下部进样孔缓缓注入。同时观察池内液面缓缓上升而不夹带气泡，至液体在上进样孔内接近满溢时，取下注射器，先盖好下进样孔塞，再盖上上进样孔塞，吸去外溢液体后即可在仪器上测定吸收光谱，其主要谱带见表2。表2茚主要吸收谱带的波数值（50μm液层，cm-1）3926.53139.52771.01915.31553.21361.11205.11018.5830.5590.82.2波数重现性用与2.1波数准确度测量相同的仪器参数，对同一张聚苯乙烯膜进行反复重叠扫描。一般扫描3~5次。从扫描所得光谱测定波数的重现性。测得的各吸收峰的重现性应符合现行国家技术监督局的要求。2.3分辨率以聚苯乙烯膜检定。色散型红外仪用常规狭缝程序，通常的扫描速度，或以较窄的狭缝程序用较慢的扫描速度，记录聚苯乙烯的图谱。傅里叶红外仪设置于2cm-1分辨率和适宜的扫描次数，依法记录光谱图。在3110~2850cm-1范围内，应能显示7个吸收带，其中峰2851cm-1与谷2870cm-1之间的分辨深度应不小于18%透光率；又峰1583cm-1与谷1589cm-1之间的分辨深度应不小于12%透光率。仪器的标称分辨率，应不低于2cm-1。2.4100%线平直度调节100%控制旋钮，使记录笔置于95%透光率处，以快速扫描速度扫描全波段，其100%线的偏差应小于4%透光率。2.5噪声调节100%控制旋钮，使记录笔置于95%透光率处，在1000cm-1处定波数连续扫描5min，其最大噪声（峰-峰值）应小于1%透光率。2.6其它杂散光水平和透光率准确度检查，因需要特殊器件，且对药品测定影响不大，故不作硬性要求。3红外光谱测定操作方法红外光谱测定技术分两类。一类是指检测方法，如透射、衰减全反射、漫反射、光声及红外发射等；另一类是指制样技术。在药物分析中，通常测定的都是透射光谱，采用的制样技术主要有压片法、糊法、膜法、溶液法、衰减全反射法和气体吸收池法等。3.1压片法取供试品约1~1.5mg，置玛瑙研钵中，加入干燥的溴化钾或氯化钾细粉约200~300mg（与供试品的比约为200：1）作为分散剂，充分研磨混匀，置于直径为13mm的压片模具中，使铺展均匀，抽真空约2min，加压至（0.8×106）kPa（约8~10T/cm2），保持压力2min，撤去压力并放气后取出制成的供试片，目视检测，片子应呈透明状，其中样品分布应均匀，并无明显的颗粒状样品。亦可采用其它直径的压模制片，样品与分散剂的用量需相应调整以制得浓度合适的片子。3.2糊法取供试品约5mg， 置玛瑙研钵中，粉碎研细后，滴加少量液状石蜡或其它适宜的糊剂，研成均匀的糊状物，取适量糊状物夹于两个窗片或空白溴化钾片（每片约150mg）之间，作为供试片，另以溴化钾约300mg制成空白片作为补偿。亦可用专用装置夹持糊状物。制备时应注意尽量使糊状样品在窗片间分布均匀。3.3膜法参照上述糊法所述的方法，将能形成薄膜的液体样品铺展于适宜的盐片中，使形成薄膜后测定。若为高分子聚合物，可先制成适宜厚度的高分子薄膜，直接置于样品光路中测定。熔点较低的固体样品可采用熔融成膜的方法制样。3.4溶液法将供试品溶于适宜的溶剂中，制成1%~10%浓度的溶液，灌入适宜厚度的液体池中测定。常用溶剂有四氯化碳、三氯甲烷、二硫化碳、己烷、环己烷及二氯乙烷等。选用溶液应在被测定区域中透明或仅有中)弱的吸收，且与样品间的相互作用应尽可能小。3.5气体吸收池法测定气体样品需使用气体吸收池，常用气体吸收池的光路长度为10cm。通常先把气体吸收池抽空，然后充以适当压力（约50mmHg）的供试品测定。也可用注射器向气体吸收池内注入适量的样品，待样品完全气化后测定。3.6衰减全反射法（ATR）取供试品适量，均匀地铺展在衰减全反射棱镜的底面上，使紧密接触，依法录制反射光谱图。本法适用于纤维、高分子聚合物等难粉碎的样品。3.7试样的制备方法除另有规定外，用作鉴别时应按照药典委员会编订的《药品红外光谱集》第一卷（1995年版）、第二卷（2000年版）、第三卷（2005年版）和第四卷（2010年版）收载的各光谱图所规定的制备方法制备。具体操作技术可参见《药品红外光谱集》的说明。当新卷收载旧卷相同谱号的光谱图时，旧卷图谱作废。用作晶型、异构体限度检查或含量测定时，试样制备和具体测定方法均按药典各品种项下有关规定操作。4供试品的测定4.1原料药的鉴别采用固体制样技术时，最常碰到的问题是多晶型现象，固体样品晶型不同，其红外光谱往往也会产生差异。当供试品的实测光谱与《药品红外光谱集》所收载的对照图谱不一致时，在排除各种可能影响光谱的外在或人为因素后，应按该药片光谱图中备注的方法或各品种项下的方法进行预处理，再绘制光谱，进行比对。如未规定该品种供药用的晶型或预处理方法，则可使用对照品，并采用适当的溶剂对供试品与对照品在相同条件下同时进行重结晶，然后依法绘制光谱，进行比对。如已规定特定的药用晶型，则应采用相应晶型的对照品依法进行比对。当采用固体制样技术不能满足鉴别需要时，可改用溶液法绘制光谱后比对。4.2制剂的鉴别4.2.1分类4.2.1.1不加辅料的制剂如无菌原料直接分装的注射用粉针剂及不加辅料的冻干剂和胶囊剂等其他成品，可直接取内容物绘制光谱图进行鉴别。4.2.1.2单方制剂一般采取简单的提取分离手段就能有效去除辅料，可根据不同剂型的特点选择不同的分离提取方法，取干燥后的提取物绘制光谱图进行鉴别。4.2.1.3复方制剂一般情况比较复杂，根据具体问题具体分析。4.2.2前处理4.2.2.1预处理对可能影响样品红外光谱的部分，在提取前应尽量去除，如对于包衣制剂应先除去包衣，双层片将二层分开等。4.2.2.2提取一般按各品种项下规定的方法对待测成分进行分离提取。如品种项下未规定提取方法，对国外药典已收载有红外光谱鉴别的制剂或有其他相关文献资料的品种，可参考相关文献方法进行处理。对于无文献资料的药物制剂，可根据活性成分和辅料的性质选择适当的提取方法。首选易挥发、非极性的有机溶剂为提取溶剂，如乙醚、乙酸乙酯、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、石油醚、乙醇、甲醇等； 如标准光谱集中有转晶方法，或可获得原料药的精制溶剂，最好选用与转晶方法相同的溶剂或精制溶剂。若首选溶剂不适用，可考虑混合溶剂。一般所选溶剂为无=水溶剂，提取时有机层可加无水硫酸钠除去水分。根据活性成分和辅料的溶解度不同，通过选择适合的溶剂即能提取活性成分又能去除辅料，则采用直接提取法。对于多数药品，一般选用的常用溶剂如水、甲醇、乙醇、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、乙醚、石油醚等就能基本达到分离效果，非极性溶剂的效果比极性的好。一般非电离的有机物质（不是有机酸或有机碱的盐）采用此法可获得满意的结果。如冻干制剂常用辅料均不溶于乙醇和甲醇，用醇提取均能获得满意结果；辅料只有水的液体制剂，可蒸干水分后绘制红外光谱。对于液体或半固体制剂宜选择萃取法，可根据活性成分和辅料性质选用直接萃取法，当有机酸或有机碱的盐类药物经直接提取法不能够获得满意的光谱图时，一般采用经酸化（或碱化）后再萃取的方法，但需与活性物质（基）的红外光谱进行比对。，含有待测成分的提取溶液经过滤后，可选择析晶。蒸干、挥干等方法获得待测成分；必要时可经洗涤、重结晶等方法纯化。4.2.3干燥可根据《药片红外光谱集》备注中的干燥方法对待测成分进行干燥，也可采用各品种项下规定的干燥失重方法或参考（《中国药典》2010年版二部附录ⅧL）干燥失重测定法项下的方法进行干燥，可视待测成分情况适当增减干燥时间。4.2.4图谱比对4.2.4.1辅料无干扰，待测成分的晶型不变化，此时可直接与对照品图谱或对照图谱进行比对。4.2.4.2辅料无干扰，但待测成分的晶型有变化，此种情况可用对照品经同法处理后的图谱比对。4.2.4.3待测成分的晶型不变化，而辅料存在不同程度的干扰，此时可参照原料药的对照图谱，在指纹区内选择3~5个不受辅料干扰的待测成分的特征谱带作为鉴别的依据。鉴别时，实测谱带的波数误差应小于规定值的0.5%。4.2.4.4待测成分的晶型有变化，辅料也存在干扰，此种情况一般不宜采用红外光谱鉴别。4.3多组分原料药的鉴别不能采用全光谱比对，可借鉴4.2.4.3的方法，选择主要成分的若干个特征谱带，用于组成相对稳定的多组分原料药的鉴别。4.4晶型、异构体的限度检查或含量测定供试品制备和具体测定方法均按各品种项下有关规定操作。5测量操作注意事项5.1环境条件红外实验室的室温应控制在15~30℃，相对湿度应小于65%，适当通风换气，以避免积聚过量的二氧化碳和有机溶剂蒸汽。供电电压和接地电阻应符合仪器说明书要求。5.2背景补偿或空白校正记录供试品光谱时，双光束仪器的参比光路中应置相应的空白对照物（空白盐片、溶剂或糊剂等）；单光束仪器（常见的傅里叶变换红外仪）应先进行空白背景扫描，扫描供试品后扣除背景吸收，即得供试品光谱。5.3采用压片法时，以溴化钾最常用。若供试品为盐酸盐，可比较氯化钾压片和溴化钾压片法的光谱，若二者没有区别，则使用溴化钾。所使用的溴化钾或氯化钾在中红区应无明显的干扰吸收；应预先研细，过200目筛，并在120℃干燥4h后分装并在干燥器中保存备用。若发现结块，则须重新干燥。5.4供试品研磨应适度，通常以粒度2~5μm为宜。供试品过度研磨有时会导致品格结构的破坏或晶型的转化。粒度不够细则易引起光散射能量损失，使整个光谱基线倾斜，甚至严重变形。该现象在4000~2000cm-1高频端最为明显。压片法及糊法中最易发生这种现象。5.5压片法制成的片厚在0.5mm 左右时，常可在光谱上观察到干涉条纹，对供试品光谱产生干扰。一般可将片厚调节至0.5mm以下即可减弱或避免。也可用金相砂纸将片稍微打毛以去除干扰。5.6测定样品时的扫描速度应与波长校正的条件一致（快速扫描将使波长滞后）。制成图谱的最强吸收峰透光率应在10%以下，图谱的质量应符合《药品红外光谱集》的要求。5.7使用预先印制标尺记录纸的色散型仪器，在制图时应注意记录笔在纸上纵横坐标的位置与仪器示值是否相符，以避免因图纸对准不良而引起的误差。5.8压片模具及液体吸收池等红外附件，使用完后应及时擦拭干净，必要时清洗，保存在干燥器中，以免锈蚀。5.9关于样品的纯度提取活性成分的纯度在90%~95%的范围内就能基本满足制剂红外鉴别的要求。5.10建立字迹的光谱库不同仪器间峰波数和峰的强弱会有微小差别，建议各实验室建立自己的光谱库，用仪器自带软件计算与参考图谱的一致性。导数光谱能够极大的增强判断的准确性。5.11波数的偏差低于1000cm-1波数的偏差不超过0.5%，其他波数的偏差不超过±10cm-1。5.12整体性红外光谱与分子结构有密切的关系，谱带之间相互关联，特别是指纹区体现的是整体结构。图谱比较时，故主要从整体上比较谱带最大吸收的位置、相对强度和形状与参考图谱的一致性。6结果判定红外光谱在药品分析中，主要用于定性鉴别和物相分析。定性鉴别时，主要着眼于供试品光谱与对照光谱全谱谱形的比较，即首先是谱带的有与无，然后是各谱带的相对强弱。若供试品的光谱图与对照光谱图一致，通常可判定两化合物为同一物质（只有少数例外，如有些光学异构体或大分子同系物等）。若两光谱图不同，则可判定两化合物不同。但下此结论时，须考虑供试品是否存在多晶现象，纯度如何，以及其他外界因素的干扰。采用固体样品制备法，如遇多晶现象而使实测光谱与标准光谱有差异时，一般可按照《药品红外光谱集》中所载重结晶处理法或与对照品平行处理后测定。但如对药用晶型有规定时，则不能自行重结晶。其它影响常可通过修改制样技术而解决。由于各种型号的仪器性能不同，试样制备时研磨程度的差异或吸水程度不同等原因，均会影响光谱的形状。因此，进行光谱比对时，应考虑各种因素可能造成的影响。7常见的外界干扰因素7.1大气吸收。7.1.1二氧化碳2350cm-1,667cm-1。7.1.2水汽3900~3300cm-1,1800~1500cm-1。7.1.3溶剂蒸汽。7.2干涉条纹规律性的正弦形曲线叠加在光谱图上。7.3仪器分辨率的不同和不同研磨条件的影响。红外光谱仪清洁 进行样品分析时应避免样品粉尘污染仪器，样品分析前应确保样品室内硅胶干燥,无上批残留的样品粉末，样品分析结束后，用软纸清洁样品室，确保无粉尘或液体污染，用软布清洁仪器外表，确保无污渍或粉尘。作好仪器使用记录。31．红外光谱仪样品室的硅胶必须每天更换上已烘好、干燥的硅胶。32．放置红外光谱仪的分析室必须配备抽湿装置控制相对湿度＜65%,温度15–30℃。注：最好不要关红外的电源，长开都是可以的傅里叶红外光谱仪 一、产品简介　　傅里叶变换红外光谱仪（FourierTransformInfraredSpectrometer，简写为FTIRSpectrometer）,简称为傅里叶红外光谱仪。它不同于色散型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。二、基本原理　　光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。三、主要特点　　1、信噪比高　　傅里叶变换红外光谱仪所用的光学元件少，没有光栅或棱镜分光器，降低了光的损耗，而且通过干涉进一步增加了光的信号，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比高。　　2、重现性好　　傅里叶变换红外光谱仪采用的傅里叶变换对光的信号进行处理，避免了电机驱动光栅分光时带来的误差，所以重现性比较好。　　3、扫描速度快　　傅里叶变换红外光谱仪是按照全波段进行数据采集的，得到的光谱是对多次数据采集求平均后的结果，而且完成一次完整的数据采集只需要一至数秒，而色散型仪器则需要在任一瞬间只测试很窄的频率范围，一次完整的数据采集需要十分钟至二十分钟。四、技术参数　　光谱范围：4000--400cm-1或7800--350cm-1(中红外)/125000--350cm-1(近、中红外)　　最高分辨率：2.0cm-1/1.0cm-1/0.5cm-1　　信噪比：15000:1(P-P)/30000:1(P-P)/40000:1(P-P)　　分束器：溴化钾镀锗/宽带溴化钾镀锗 　　检测器：DTGS检测器/DLATGS检测器　　光源：空冷陶瓷光源五、主流产品推荐　　天津港东生产的FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪、FTIR-850傅里叶变换红外光谱仪；　　北京瑞利生产的WQF-510付立叶变换红外光谱仪、WQF-520付立叶变换红外光谱仪；　　美国ThermoFisher生产的Nicolet6700、IS10、IS5付立叶变换红外光谱仪；　　德国BrukerOptics生产的Tensor27、Tensor37傅立叶变换红外光谱仪；'