独立组分分析在光谱分析中的基础与应用研究

摘要

目前，制售假药的现象时有发生，导致药物的安全性往往无法得到保证，严重危害人民健康，且扰乱了药品市场的正当有序竞争。药品抽验是药品监督管理工作的必要技术支撑，在基层监督中开展快速鉴别药品、提高识别假药的能力及工作效率，已是当务之急。由于造假形式多变，假药的现场快速识别也面临很严峻的技术挑战。假药识别通常有化学反应、薄层色谱、液相色谱及联用技术等多种定性与定量方法，综合分析测定结果，互相补充验证判定。但由于它们耗时较长，样品需要量较大，多为破坏性鉴别等原因，普及性存在一定问题。出于基层打假经常性的大范围筛查样品的需求，需要有一些准确、快速、简便的方法。近年来，随着化学计量学的发展，光谱法受到国内外广泛的重视；近红外光谱重叠严重，对很多药品的测定精度不够理想；红外光谱法对测试环境温湿度要求相当高，样品制作也较麻烦，检测周期较长，不能满足快速检验的要求；而拉曼光谱技术反映的是化合物的骨架振动，相对而言比较适用于假药的检测，尤其是便携式拉曼光谱仪具有仪器体积小，轻巧便捷；样品需要量少，无需前处理；可以快速、无损地获取药品光谱等优点。
　　 本课题以降糖类化学药物有效成分对照品、市售药片、胶囊和常用制剂辅料为工具样品，建立并完善基于拉曼光谱的独立组分分析方法、应用程序和解决方案，从而实现复杂基质(假药)中某种特定化合物(真药成分、掺伪成分)是否存在的快速分析。本方案从采集样品光谱到获得解析结果可以一键完成，具备成为假劣药品现场普筛技术的潜质。课题从光谱信息学专业入手提出该问题的求解新思路，可以更新学界对“无模型分析”方法的认识，对推动其基础研究进程，以及拓展至食品药品安全等其他领域将起到积极作用。
　　 独立组分分析，是近30年发展起来的一种统计信号处理方法，主要应用于盲源信号分离和特征提取；自1995年以来，ICA已经成为一种强有力的用于从混合体系中分离出独立组分的算法。
　　 论文的内容包括两个方面：一、课题拟借鉴ICA与近红外和红外光谱相结合的模型，利用Matlab计算机语言编程，建立并完善基于拉曼光谱的独立组分分析方法、应用程序和解决方案，将其运用于假药快速检测分析。在课题组原有假药快速检测分析方法的基础上，拓宽思路，经过尝试和验证，期望形成更为完善的假药快速检测系统。二、对三台便携式拉曼光谱仪(分别为ThermoTruScan手持式拉曼光谱仪、OceanOpticsQE65000-Raman科学级拉曼光谱仪和B&wTeki-Raman系列BWS415-785H型拉曼光谱仪)进行了全方位的比较和评测。
　　 第一部分，基于独立组分分析的假药快速检测方法的研究
　　 (1)对5种降糖类对照品和6种降糖药片以及12种常见制剂辅料采用拉曼光谱法结合10种独立组分分析方法(ICA)，实现快速、简便的鉴别。降糖类假药模型的检出效率为90.15％。
　　 (2)避开常规化学计量学中的模式识别和模型校正，本文将独立组分分析应用于拉曼光谱，建立了一种新的假药判别分析方法。该算法是基于原始的ICA算法，对其进行改进和参数优化，采用拉曼光谱技术判别是否为假劣药品。本课题研究了三种假药情况：1、药片中不含主药；2、药片中含有主药成分，但是主药的化学结构完全不同于真药的主药；3、药片中含有主药成分，且主药的化学结构与真药中主药的化学结构有很大的相似性(如同系物)。对6种降糖药片(包括阳性样品和阴性样品)和12种常规的辅料(阴性样品)进行判别，结果显示灵敏度达到了92.11％，专属度达到了89.36％，阴性预报性达到了96.55％。该方法为假药的判别分析技术提供了一种新的手段，具有良好的应用前景。
　　 第二部分，便携式拉曼光谱仪评测
　　 近年来发展迅速的便携式拉曼光谱仪，其便携性、易操作性较为突出，这为我们提供了更为高效便捷的分析手段。本文对三台便携式拉曼光谱仪的便携性与经济性、仪器硬件性能与技术参数、仪器软件功能和方法学评价等各方面指标进行了比较系统和全面的评测。其中仪器的方法学评价部分又以法国JobinYvon公司LabRam-1b型显微拉曼光谱仪作为标准进行对比测试，得到了较为全面的评测报告。为日常应用和分析工作实践提供了一定的借鉴意义。