药品分析中拉曼光谱与近红外光谱技术应用研究

药品分析中拉曼光谱与近红外光谱技术应用研究

武红娜

沧州市食品药品检验所061000

摘要：在药品检测中，拉曼光谱检测技术与近红外检测技术均可用于药品分析，然而，两种技术原理和分析方法不同，由此可能造成药品检测结果出现差异。本文重点分析了两种技术原理、检测仪器和分析方法，并对两种检测方法应用优势和缺点进行总结，以期提高药品检测分析技术选择的合理性，实现药品快速、准确分析。

关键词：药品分析；拉曼光谱；近红外光谱；技术应用

近年来，随着医药产业的发展，假劣药品市场流通给社会公众健康造成较大风险，如何快速检测药品、打击假劣药品已成为世界性难题。拉曼光谱基于拉曼散射效应，通过分析入射光频不同的散射光谱，得到分子振动与转动等方面信息，从而实现被检测对象的分子结构的监测。近红外光谱基于朗伯比尔定律，由于有机分子含氢基团振动合频与780～2526nm波长范围的红外吸收光谱一致，从而获得被检测样品有机分子含氢基团特征信息。拉曼光谱与近红外光谱同样具有快速、无损、高效等特点，可用于样品含量、水分、杂质、粒度、均匀性等方面的检查，尤其适用于药品快速检测。本文重点分析了拉曼光谱与红外光谱检测原理及应用范围，以期提高药品分析效率，为规范药品流通市场提供可靠依据。

1光谱检测仪器应用现状

1.1拉曼光谱仪种类及发展现状

根据光学系统的不同，可将拉曼光谱仪器分为色散型激光光谱仪、傅里叶变换光谱仪两种类型。从技术原理上来看，色散型光谱以光栅进行分光，以电荷耦合元件作为检测器，在低频数测定中分析精度高，但检测分析速度较慢；傅里叶变换光谱仪使用近红外光源，以干涉仪进行分光，采用锗、铟镓砷检测器，检测速度相对较快，检测灵敏度较高，但在低频数测定中精度表现一般。近年来，随着技术的发展，拉曼光谱技术取得了长足的进步，显微共聚焦、表面增强、激光共振等拉曼光谱检测技术不断涌现，其中，显微共聚焦拉曼光谱检测技术具有灵敏度高、样品量需求少、分析时间短等特点，广泛受到药品检测机构的青睐。此外，受药品快速检测的需求驱动，便携式拉曼光谱检测技术日益成熟，大大推动了拉曼光谱技术的应用。

1.2近红外光谱检测仪

根据分光方式的不同，近红外光谱检测仪可分为滤光片型、色散型、声光可调型及傅里叶变换型等。滤光片型检测仪是滤光片作为单色光器件，相对于其它检测仪器而言，该检测仪具有体积小、便于携带等特点，但同时存在单色光带宽较宽、波长分辨率差、温湿度敏感等特点，无法实现图谱预处理，利用该方法检测样品得到的有效信息较少；色散型光谱仪以全息光栅作为分光元件，能够扫描近红外全谱段，获得有效性信息较多，波长分辨率与扫描重复性较滤光片型检测仪有了显著的提高，但该类型仪器光栅和反光镜轴承使用寿命较短，检测结果易受到干扰，进而影响检测精度和重现性；声光可调型检测仪采用声光可调滤光器作为分光元件，具有波长分辨率高、波长稳定、信噪比高等特点，尤其适用于药品生产线质量控制；傅里叶变换光谱仪没有分光系统，而是采用干涉仪调制干涉光进行光谱测量，从而获得全谱段光谱信息。傅里叶变换光谱仪具有光通量高、噪声低、抗震性良好、检测速度快等特点，可用于车载药品检测场景中。

2拉曼光谱与近红外光谱分析方法

2.1拉曼光谱分析方法

（1）消除干扰

在拉曼光谱检测技术应用中，由于检测结果受检测仪器噪声、荧光等因素的影响较大，因此，在分析应用前应首先消除干扰。一般采用物理/化学方法或采用计算机算法处理方法消除干扰。物理/化学方法一般为荧光淬灭剂法、表面增强法或光漂白技术。相对而言，荧光淬灭技术成本低、操作较为简单，但可能对样品表征光谱造成影响；表面增强法是将一些分子吸附到粗糙的金属上，从而增强样品拉曼散射强度，改善样品检测灵敏度低的问题；光漂白技术不需要额外的设备，只需要使用高能量的激光对样品进行长时间的照射，具有操作简单的特点，但可能对样品分子结构造成影响。基于计算机算法的消除干扰技术主要为多项式拟合、小波变换法、导数法等，其中，多项式拟合方法是将光谱去除噪声后保留光谱原始形状。然而，该技术受人工选择影响较大，进而影响检测结果的有效性。小波变换法在消除噪声时能够有效保留有用的信息，是当前应用最为广泛、有效的消除噪声的方法。但该方法应用过程中需要设置的参数较多，参数的选择是该方法的应用的难点问题。导数法借助荧光吸收值导数小于拉曼峰吸收值导数的特点消除光谱检测干扰，该方法具有快速、便捷等特点，但在实际应用中，导数方法应用可能会导致高频噪声突出，进而使图谱出现扭曲现象。

（2）定性分析

当前，在药品快速检测中，拉曼光谱检测技术主要用于定性分析，分析方法主要包括监督模式、无监督模式、直接分析和无模型判断等。常用的化学计量方法主要为有监督识别和无监督识别方法。有监督识别方法包括相似度法、判别分析法和神经网络方法等，无监督模式识别方法主要采用聚类分析和主成分分析方法相结合的定性分析方法。在实际应用中，有监督和无监督模式均需要建立分析模型，而针对样品量较少或无分析模型的情况，可采用直接分析法和无模型分析方法。直接分析法是对拉曼光谱峰形、峰位和峰强度进行定性分析，无模型分析法是借助数学分析和统计学分析方法对可能存在的成分进行分析。

2.2近红外光谱分析方法

（1）定性分析方法

由于近红外光谱分析特性，其信号重叠情况严重，难以通过图谱吸收峰特征直接分析样品信息，因此，在采用红外光谱分析方法时，需要建立相应的模型进行定性或定量分析。近年来，随着信息技术的发展，可用于近红外光谱分析模型的软件数量和功能不断增加，借助成熟的软件系统，红外光谱分析可用来分析样品是否属于特定企业的药品。常见的红外光谱定性分析方法主要包括光谱距离法、相关系数法、标准偏差法及图谱对比方法等。光谱距离法是近红外光谱技术定性分析的基础性方法。该方法建立分析，模型较为复杂，对样品量需求较大，在实际操作中，常以主成分分析对近红外光谱进行处理，并从中提取有效信息，通过分析提取信息中的光谱距离分析归类和判断。相关系数法以参照光谱作为参照，通过计算样品光谱与参照光谱的相关系数，当系数高于阈值时，则认为样品光谱与参照光谱类别相同。相关系数较光谱距离法操作较为简单，但营养中应注意阈值设置的合理性；标准偏差法以具有代表性的样品光谱作为参照，计算光谱中各波长点吸收度的标准偏差情况，确定参照光谱置信区间，以样品光谱是否落在置信区间内作为判断依据。

（2）定量分析法

借助近红外光谱检测方法对药品进行定量分析，需要一定的数据量，且对样品浓度范围要求较高。在药品检测中，定量分析要求条件难以达到，导致实际应用较少。为了达到该条件，相关研究者通过探索与研究找到了多种模型建立方法，例如，根据药品处方制备不同比例原料与辅料的样品，或选择含量不同的样品作为建模数据等，在此基础上，借助偏最小二乘法和神经网络方法进行定量分析，一定程度上解决了检测人员主观经验对检测结果的影响。

3拉曼光谱分析法与近红外光谱分析方法对比研究通过对两种药品检测技术进行分析和研究，虽然两种方法技术原理和监测技术要求不同，但同样存在建立数学模型的要求，且两种方法检测均具有高效、快速、无损检测的特点，在实际应用中，如何选择药品检测方法是检测人员面临的难题。

4结语

在药品检测领域，拉曼光谱与近红外光谱检测技术均具有高效、快速、无损等特点，可适用于药品快速鉴定分析，同时，两种技术技术原理不同，对检测条件的要求、检测方法存在一定的差异。例如，在检测水溶液样品时，近红外光谱水峰吸收较强，造成样品检测准确性较低，而水样溶液样品拉曼散射较弱，因此，在水溶液样品检测中可采用拉曼光谱检测技术。在实际应用中，检测人员应结合应用环境、实现条件和检测要求合理选择检测技术，达到快速、准确检测的目的。

参考文献：

[1]余道宏.近红外光谱技术对上市药品质量控制的应用研究[D].湖北中医药大学,2014.

[2]李水芳,张欣,李姣娟,单杨,黄自知.拉曼光谱法无损检测蜂蜜中的果糖和葡萄糖含量[J].农业工程学报,2014,30(06):249-255.

[3]李津蓉.拉曼光谱的数学解析及其在定量分析中的应用[D].浙江大学,2013.