甲硝唑_替硝唑和奥硝唑药品的远红外与太赫兹吸收光谱研究

甲硝唑_替硝唑和奥硝唑药品的远红外与太赫兹吸收光谱研究 ，，，第卷 第期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 ,,,,:,,,,::,,,:,:,,,,)，年 月 ,:,, , ,,,,,:,, ,,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 、甲 硝 唑 替硝唑和奥硝唑药品的远红外与太赫兹吸收光谱研究 ，，张 振 伟 左 剑 张 存 林 ，，，首都师范大学物理系 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室 太赫兹光电子学教育部重点实验室 北 京 ,:::,, 、，。摘 要 甲 硝 唑 替硝唑和奥硝唑为 硝 基 咪 唑 类 化 合 物 常用于抗厌氧菌 和 抗 滴 虫 治 疗 运 用 太 赫 ,′)兹 时 ,,,,域 光 谱 技 术 和傅里叶变换红外光谱 技 术 在 室 温环境中测量了三种药品在 ,,,),,,,,,,:,,:,,,,,,, ，。，、波 段 的 光 谱 特 性 得 到 其 指 纹 谱 另 外 通过探测替硝唑参照品和不同厂家 不 同 批 次 替 硝唑药片在太赫兹 ，、,波段的光谱信息 结合相关系数法 阵列相关系数法等信息处理技术对光谱信号进行数据挖掘 最 终 建 立 了 、、。一 种 能 够 快 速 有 效 系统地鉴定替硝唑片活性成分和稳定性的分析方法 研究结果为此类药品生产和销售 。质量的规范化和现代化提供了可视化途径 ,,,,,关 键 词 甲 硝 唑 替 硝 唑 奥 硝 唑 太赫兹时域光谱 远 红 外 光 谱 相 关 系 数 ,,,,,,中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 :,,,,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,::::,,,,:,,:,:,:,:,,))) ,,,。，《》、《亡 但是由于该类化合物结构相似 在 中 国 药 典 药 品 》，红 外 光 谱 集 等 典 籍 中所收载的定性鉴别方法 包 括 化 学 鉴 引 言 ,,,,,,、、，别 法 紫 外 鉴 别 法 红 外 吸 收 法 等 均不能有效地区分 ,,、,,、，甲 硝 唑 替 硝 唑 和 奥 硝 唑 甲 硝 唑 替硝唑和奥硝唑 并 且 对 其 构效关系和稳定性等也 ,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,:,, ,,、分 别 属 于 第 一 二 和 三 代 硝基咪唑类:,,,,,,:,,,)′。缺 乏 全 面 的 认 识 而化学生物分子的远红外和太赫兹光谱 物 ，常用于抗厌氧 菌 和 抗 滴 虫 治 疗 。图 为 甲 硝 唑 、替 化合 , ,,，包 含 着 丰 富的光谱和结构信息 许 多 分 子 的 :,,:,:,,, 硝 唑 ，,、，振动和转动跃迁 分子间弱相互 作 用 如 氢 键 范 德 瓦 耳 斯 与 奥 硝 唑 的 分 子 结 构 图 可以看出三种分子具有共同,，,,,,，，。力 等 以及晶体中晶格的低频振动等都位 于 这 一 波 段 具 的主 环 只是环上的侧链略有不同 三 种 药物的抗厌氧菌机 。，，有高度的专属性和特异性 因 此 利 用远红外和太赫兹吸收 制均 是通过其分子中的硝基在无氧环境中 还 原 成 氨 基 或 者 。光谱鉴别硝基咪唑类有机药品具有重要意义 ，，通 过 形 成 自 由 基 与细胞成分相互作 用 从而导致微生 物死 ,,，,,,, ,,,, ,:,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,:,,,, ,,，，太 赫 兹 时 域 光 谱 技术是基于飞秒超快激光 是同步相干探测 对 热 背 景 噪 声 不 敏 感 可以获得很高的信 ,,,,,,) ，。，技 术的远红外波段光谱测量新技术 ，它 利 用 物 质 对 辐 噪 比 且不需要热辐射探测器 因 此 技 术 被 广 泛 ,,,),,, ,,,,,,,,,,,,,,,:、、射 的特征吸收来分析 物 质 成 分 、结构及其相互作用 。应 用 于 毒 品 炸 药 等违禁物品和阿莫西林 蒿 甲 醚 等 ,,, 。光 谱 测 量 技 术的高信噪比 和 单 个 脉冲的宽频带特性 ， 药品的光学特性研究 ,,, ， 使 得 技 术 能 够 对 材料组成及结构的细 微变化做出分析 就 信 噪 比 而 言 和 在 不 同 波 段 各 有 优,,, ,,,),,, ,,,, ,,:。,,，， ， 和 鉴 定 与 傅里叶变换红外光谱 相 比 势 在 低 于 时 信 噪 比 较 高 而 在,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,, )) 收 稿 日 期 ,，修 订 日 期 , ::,,,:,,,:,,,:,,)))),,,，,,,,基 金 项 目 北京市教育委员会科技 面 上 项 目 国家自然科学基金项目 和国家重点基础研究发展 计 划 计 划 ,:, ,,,,,:,::,,,,::,,,: ,,资 助 ,:::,,,,:,:, ,,,，， 作 者 简 介 张 振 伟 年 生 首都师范大学物理系实验师 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,::),, ，。以 上 时 较 好 本 文 利 用 与 技 术 测 量 了 替硝唑和奥硝唑对照品在 范 围 内 的 吸 收 谱 ,,,,,,,,,,,,,, :,,,,,,,,,):), 、,, 甲 硝 唑 替硝唑和奥硝唑在 ,:,,:,,:,,,,,, ,,,::。如 图 所 示 图 插图所示为替硝唑分子在 , , :,,,,, ,,,:，波 段 的 指 纹 谱 为该类药品的有效化学 成分鉴定提供定性分 。 波 段 的 光 谱 比 较 替 硝 唑 分 子 在 ,,,,,, :,,,,, ,,,): 。，、析 同 时 结 合 相 关 系 数 法 阵列相关系数法等 信 息 处 理 技 波 段 内 的 和 光 谱 可 以 发 现 ，这两种方法测得的波 ,,,, ,,, 、术计算不同厂家 不同批次替硝唑药片 在太赫兹波段与替硝 。，、形形状和吸收 峰 位 都 非 常 一 致 由 图 可 以 看 出 甲 硝 唑 , ),，。唑对照品的相似性 定量描述该类药品的稳定性 ,,替硝唑和奥硝唑分子在 的 吸 ,::,,:,,,,,,,,,,,:: ，《》 收 峰 比 较 接 近 并 且 与 药品红外光谱集 给出的光谱 ,,,，。，、如 表 所 示 相 反 号 号 和 号 图 基 本 一 致 ,,,,,, ,:,, , 实 验 部 分 , ，三 种 分 子 在 范围内的指纹谱则区别较大 说 明 ,,,,,,,,: 。 和 都是鉴别硝基咪唑类分子的有效方法 仪 器 与 试 剂 ,,,,,,,,,,,,, ,,,)) 实 验 装 置 为 时域光谱仪和 傅里叶变换光谱仪 ，装 ,,, ，、《》 置 信 息 原理以及激光等仪器参数参见 光谱学与光谱分析 ,,,,,,,,,,,,,,:, ,,,,:,,,,,:,, ,:,,,,,:,:,,,,,,,),, 。 卷 第 期 页 ,,,,,,,:,, ,,, :,,,,,,:,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, , ,,,, , ，，为 了控制产品质量 快 速 有效的鉴别药物片剂 本 研 究 ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,::,,,,,,,,,,, 利 用 测 量 了 甲 硝 唑 、替 硝 唑 和奥硝唑对照品在远红外 ),,,,, , ,,,,:,,,,:,,,, ,,,,,,、波 段 的 指 纹 谱 采 用 测量了不同厂家 不 同 批 次 ,,,),,, ,,, ,,,,,,, 替 硝 唑 药 片 的 吸 收 谱 ，并与替硝唑对照品进行比对 。其 ,,, ,,:,,,,,,:,,, ,,: ，、中 甲 硝 唑 替硝唑和奥硝唑 对 照 品 为上海顺勃生物工程技 ,,,,, ,:: ,,,,:,,,,,:,, )，,术 公 司 试 剂 而 替 硝 唑 药 片 分 别 来 源 于 厂 家 规 格 ,:,,,:,,, ,,: ,,,,, ,,, 共 批 ，分 别 标 记 为 ，，和 ,和 厂 家 ,规 格 ， , ,,,,,, ,,,,:,, ,,,,,,,,，共 批 ，分 别 标 记 为 ，，和 ,。 , ,,,,,, ,,,实 验 过 程 ,,,,,,,, ,,, ,,,,, ,,, 时域光谱的测量采用聚乙烯压片方法制样 ，样 品 的 ,,,,,,,,,,:,, ),,,,, ,,, 直 径 为 ，厚 度 约 为 。光谱在干燥氮气 环 境,,,: ,,,,, ,, ,:,,, ,:, ,,,,: ,,, ，。,, 中 测 定 以尽可能消除水汽 的 影 响 穿 过 自 由 空 间 参 考 和 穿 过 样 品 的 时 域 光 谱 ,样 品 ,时 域 波 形 进 行 快 速 傅 里 ,,, ,,:,,,,:,,叶 变 换 后 ，对比得到样品的 吸 收 光 谱 ，有效光谱波段范,,,,,,,, ,,, 围 ,,,,, ,,, :,,,,,,:,, ),,,,, ,,, 。为 :,,,,,,,,:,,,,, ,,, 远 红 外 光 谱 的 测量分别采用 聚 乙 烯 压 片 和 压 片 方 ,,, ), ，,,法 制 样 分 别 用 于 和 :,,:,,::,, ,,,,,:,,:::: ,,,,,,,,,::,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,:,,,:, ,,,,,, ,),,,波 段 的 光 谱 采 集 。光 谱 在 真 空 环 境 下 ,,:,,,,,,,,,:), ，。 测 定 以尽可能消除水汽的影响 、,甲 硝 唑 替硝唑和奥硝唑分子在 ,:,::,,:,,::结 果 与 讨 论 ,,。，范 围 内的相关吸收峰在表 中 列 出 可 以 看 出 ,,,:,,,, ，、、在 范 围 内 甲 硝 唑 替 硝 唑 奥 硝 唑 分 子 分 ,,:,,,:,,,:、 甲 硝 唑 替硝唑和奥硝唑对照品在 范 ,,,:,,,,,,,,,:、，，别 有 七 个 六 个 和 八 个 吸 收 峰 经比较可以发现 三 种 分 围内的远红外光谱 的 吸 收 光 谱 在 ，，和 附 近 都 包 含 子 ,,,,,,,,,:,, ,,,:,,, 用 光谱仪在室温下进行测量 ，可以得到甲硝唑 、,,,, 吸 ，，。，内 三种分子的指纹谱差别较大 没有共同的吸收峰 其 中 ，。 收 峰 反 映 出 三 者 结 构 的 相 似 性 而 在 范 围,,:,,: ,,,: ，奥 硝 唑 分 子 在 范围内的四个吸收峰 :,,,,, ,,, ,,:,: ，,,，，和 与 文 献 中 报 道 的 ,,,,,,, ,,,: ,,, ,,,,:,,,,, ，和 非 常 接 近 表明奥硝唑实验品为消旋体 ,,,, ,,,,,,, ,,，奥 硝 唑 其 吸 收 峰主要是由于晶体中分子 间 相 互 作 用 ,,) 。，的 结 果 因 此 太赫兹时域光 谱 能 够 对结构近似的不同药品 、。做 出 快 速 灵 敏 的 鉴 别 替硝唑对照品和不同厂家片剂的太赫兹光谱 ,,, 、、 替 硝唑片主要由替硝唑 医 用 淀 粉 糊精和哽脂酸镁等 种 成 分 构 成 。由 于 制 剂 辅 料 或 制备的不同 ，不 同 厂 , 家 ，或 相 同 厂 家 生 产的不同批次的同品种制剂 疗 效 或 有 一 ，,,,, ,,,,,,:,,,:,,,,,,,:, ,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,:,,,,, ,,,定 :,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,:,,,,,,,,,, 。 差 别 鉴 于技术在鉴别材料组成及结构细微 变 化 方 面,,, ，中对相似系数进行对比是分析药品稳定性的一个重要定量描 ,,,, :,,,,:,, :, ,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,:,, ,,, ,,,,, ,,),:,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,::,::,,,,, 述 方 法 ，即借助于夹角余弦 和 相 关 系 数 ，对比药材红外谱图 ,,,,), ，。的 相 似 性 从而实现药材稳定性的鉴别 设 两 样 本 和 , ,, , ,,,,, ,,,,:,,,,:,,,,,,,,,:,,,,:,,,,,, ，，… ，，,分 别 由 红 外 光 谱 的 个 吸 光 度 构 成 即 , , ,,,,, , ，， ， ，， ， ,,,,,,:,,:,,:,,,,,,,: ，， ， ，， ， ,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,，,，，… ，,，则 样 本 和 的相似性的大小可 ,,,,, , , ,, ,, ,, ,,,,:,,,,,:,,)， ， ， ，，， ,,:,,,,,,:,,,,:,,,:,,,,,,,, 用 相 关 系 数 来 表 示，,,, ， ， ,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,,, 珚珔,,,,),),, ,, ,，，， ， ， ， ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,? ,,, ,,， ， ， ， ， ， ,,::,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,,,， ,, , ,,，， ， ，，， ,,,,,,,:,, ,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,:,,,,,) ,,珚,,,),),,, ,, ， ， ， ??，， ， ,,:,,,::,,,::,,,,,,,,,,,,,, ,,,,槡 ，， 珔,:,:,,,,:,,,:,,,,,,,,珚珔 ，。，式 中 和分 别 为 两样本中吸光度的平均值 显 然 ,,, , ，,，越 接 近 则样品之间越相似 越 接 近 则 相 异 性 越 ,,:，,, ，，， ， ， ， ,,:,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,。，大 为了获得相关性的整体 信 息 又 不失体现出局部差异 则 ， ， ， ，，， ,,,,,,,:,,,,,,,,,:,,:,:,,,，，，，， ， ,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,，在 范 围 内 构造了一个多波段的阵列 相 关 :,,,:,,,, ,,,:,,,,,,:,, )， ， ， ，，， ,,,,,:,:,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,，，系 数 法 对 两 个 厂 家的八种药品与替硝唑对照品进行比对 ， ， ，，，， ,,,,,,,,,:,,,:,,:,:,,,,,,,, ,,,,,,,,:。，,其 波 段和相关系数见表 可 以 看 出 在 ,,,,,:,,::, : ,段 ，厂 家 的 药片受辅料的影响较大 ，因 而 使 得 该 段 ,,,, ，。内 的 相 关 系 数 较 低 且存在较大的差异 但用总相关系数 ，、的 突 出 优 势 采用太赫兹时 域 光 谱 技术对不同厂家 不 同 批 ,,,段 则难以区分药品质量和稳定性受 ,:,,,:,,,,,,,, 次生产的替硝唑药片 进 行 鉴 别 分 析 。图 给 出 了 厂 家 ,样 。，, ,辅料的影响程度 通 过 对 阵 列 相 关 系数阈值的设定 可 以 得 品 分 别 标 记 为 ，，和 ,和 厂 家 ,样品分别标记为 ,,,,,, ,,, 。， 到 不同的比对效果 如 果 阈 值 为则 厂 家 的 药 品 合,:,,, , ，,，，,，和 八种替硝唑药片在 波 段 的 格 率 为 厂 家 则 为如 果 阈 值 为则 厂 家 ,,,,,, ,,:,,,,,,,,,:, , :,, ,:,,:, ，的药品合格率为 ，厂 家 则 为 。另 外 ，由 于 吸 收 谱 图 中 的插图显示替硝唑对照品的 ,,,),,,, ,,, , ,:, , ,::, , 。，吸 收 光 谱 从 图 中 可 见 八 种 样 品 的 吸收谱与替硝唑对照品 厂家生产的不同批次的药品在每个波段和整体上都能呈现出 ，的吸收光谱基本一致 表明这八种样品 的主要化学成分为替 较 为相近的相似系数 ，说 明 厂 家 生产的药品的 稳 定 性 要 高 , 。，硝 唑 但 是 在 波 段 中 八种样品的吸收谱受 于 厂 家 。,,,:,,, ,,,, ，。其添加辅料的影响 与 对 照 品 存 在 不同程度的差异 其 中 厂 家 ,绿 线 部 分 ,的 四 种 样 品 在 ，处 均 存 ,,,,: ,,,,,:, ,,, ,,,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,,,,, ,，，在两个明显的吸 收 峰 与对照品的指纹图谱相似程度很高 ,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,而 厂 家 红 线 部 分 则 在 之 间 存 在 一 个 较 宽 ,,,,:,,,,,, ,,,, ,，。的 吸 收 区 并且不同批次的样品之间存在明显差异 ,,,,,,,, ,,,,,,:,,,,,,, ,,,,,,,: ,,,:,,:: :,,,,,,, :::: ,,,,,,,,,,,, ,,:,,,,,::,,:,,,:,,,,,,:,,:,,,,, :,,,:,, :,,,,,, :,,,,,, :,,,,,, ,, :,,,,,, :,,,,,, :,,,,:: :,,:,,: ,, :,,,,:: :,,,,,, :,:,,:: :,,,,:, ,, :,,:,,, :,,,,:, :,,,:,: :,,,,,: ,, :,,::,, :,,,,,, :,,,,,, :,,,,,: ,, :,,,,,, :,,,,,, :,,,,:: :,,,:,, ,,:,,,,,,:,,,,,::,,,,,,:,,,:::,,,, ,,,,,,:,,,:,,,,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,) , ,,,,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,:) , ,:,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,), 结 论 , 相 似 性 分 析 ,,, ，鉴于远红外与太赫兹光谱的高度 专属性和特异性 本 文 ，由于替硝唑片是一个复杂的混合 物 体 系 并 且 不 经 过 分 、综 合 利 用 和 技 术 对 甲 硝 唑 替 硝 唑 和 奥 ,,,),,,, ,,,),,,，离提取直接测定 实际上所获得的红外 光谱是各化合物吸收 硝唑三种有机药 品进行鉴别研究 。首 先 ，利 用 技 术 在 ,,,, ，强 度 的 叠 加 这为有效化学成分的定性 表征和不同化学成分 ), 室 温 真 空 环 境 中得到了三种样品在 波 段 的 指 ,::,,:,,。的定量描述带来困难 随着计算机技术 和信息变换技术的发 ，。，纹 谱 建立相应数据库 其 次 利 用 技 术 测 量 了 替 ,,,),,,，，展 红外光谱信息的数据挖 掘 技 术 得 到 长 足 发 展 为 评 价 和 、硝 唑参照品及不同厂家 不同批次替硝唑药品在 :,,:,,,。 控制药品质量及研究药品定量组效关 系提供了有效依据 其 。，、，波段的光谱信息 最 后 结 合 相 关 系 数 法 阵 列 相 关 系 替硝唑和奥硝唑药品活性成分和稳定 性 的 分 析 方 法 有 望 为 ,,, 药品规范生产和销售环节质量控制提供可视化手段 。数法等信息处理技术对替硝唑药品进行有效化学成分鉴定和 。、、稳 定 性 分 析 本 文 建 立 了一种能够快速 有效鉴定甲硝唑 ,,,,,,,,,, ,, ，，，, ,::,,,,,::,,,,, , ,,:,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,::,,:,,,,,,,,,, ,’国家药典委员会 中华人民共和国药,,,,,,,,,,,,,::,,,,:,,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,::,,,:,,,:,,,,?,, ?典 ,,,,，,二 部 北 京 化学工业出版社 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:::,,,:, ,,, ,, ,,, ,,,?国家药典委员会 第 卷 药品红外光谱集 ,,,,,,,,,,,,,::,,,,:,,,,,,:,:,,,,,,, ,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,, , ,, ,,? ,，，,北 京 化学工业出版社 ,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,? 国家药典委员会 第 药 品 红 外 光 谱 集 ,,,,,,,,,,,,::,,,,:,,,,,,:,:,,,,,,, ,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,, ,,,? ,,,,,，卷 北 京 化学工业出版社 , ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,::,,,:,,, ,,, ，,, ，，,,,，，，,，，等 物 理 化 学 学 报 王 卫 宁 李 洪 起 张 岩 ,,,:, ,,,,,,,,,:,,:,,:, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,::,,,)),) ,,, ,,, ,:,::,, ,, ，，，，，,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,:,,,:,,,,,,,,::,,,,,:,, ,,,, ，,，，,,,,,, ,,,,,,::,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,::,,,,:,,,,,,,, ，，，，，,,,,, :,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,,::,,,,,,::,,,,,:,:,,,,, ,, 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