基于拉曼光谱快速分析感冒药中的有效成分

刘金梦，刘 柳，宫 博，粟 晖，姚志湘

（广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545006）

0 引言

对乙酰氨基酚是感冒药酚麻美敏片中的主要成分，在临床上用于各类感冒的治疗，适用于各个年龄的人群，但如果服用过量，便会引起严重的肝损伤和肝衰竭等问题.在现行的2015年版《中国药典（第二部）》采用色谱法测定对乙酰氨基酚片剂、咀嚼片剂、栓剂和颗粒剂等[1].参考相关文献可知，通常采用的检测方法为高效液相色谱法[2-3]、循环伏安法[4]、LC-MS联用技术[5]、电化学法[6]、化学发光法[7]等.这些传统的方法具有分析结果准确、灵敏度高等优点，但对于大批量样本的分析效率低，操作强度大，流动相等试剂损耗大，分析成本较高，不宜实现对大批量样本的快速检测.因此，建立快速、准确的光谱定量方法对于药品质量控制具有积极作用和创新意义.

姚志湘等[8]利用向量方向的确定性，将信号的强度转换成向量空间角，通过荧光褪色差分法，实现拉曼光谱背景矫正[9].并提出一种基于角度转换的近似线性定量方法，实现了通过向量角度转换和红外光谱对蔗糖-6-乙酸酯合成过程进行分析[10]以及中红外光谱结合向量夹角直接定量三氯蔗糖[11].本文通过角度转换结合拉曼光谱技术，建立对乙酰氨基酚含量和拉曼光谱的关联模型，快速测定感冒药片中的对乙酰氨基酚含量.该方法无需大数据建模，不依赖光谱特征响应，为多组分体系的快速分析检测提供了参考.

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

高效液相色谱仪（LC-20AT，日本岛津公司）；拉曼光谱仪（ExR610，西派特（北京）有限公司）；分析天平（AR124CN奥豪斯仪器有限公司）；酚麻美敏片（药店市售）；对乙酰氨基酚对照品（99.0%，AR，阿拉丁有限公司）；淀粉（AR）.

1.2 系列样本制备

取市售酚麻美敏片15粒，研磨均匀后称取11份，编号为A1—A11；依照表1，向11份待测药片粉末中，分别添加一定量的对乙酰氨基酚对照品或淀粉，混合均匀，配制成不同含量的对乙酰氨基酚建模样本.

另取市售酚麻美敏片5粒，研磨均匀后，分成5份，记为S1—S5.

表1 建模样本各物质添加量及含量表Tab.1 Modeling sample for each substance addition amount and content table

1.3 样本拉曼光谱的采集

分别通过单点单次、单点3次、3点3次采集A1—A11建模样本、对乙酰氨基酚对照品M1以及5份待测药品S1—S5的拉曼光谱数据，光谱采集参数为光谱积分时间6 000 ms，平均次数1，平滑点数0，中心波长532 nm；功率等级9.

1.4 分析关联方程建立和验证

1）将A1—A11和M1光谱数据导入MATLAB2018b计算平台；根据对乙酰氨基酚对照品的纯光谱，选择合适的分析波数区间，对该波数区间的光谱进行求导降噪.

2）在选择的波数区间内，选取合适的移动窗口宽度.

3）取其中A1、A3、A5、A7、A9、A11，将移动窗口从最小波数开始将光谱左端向右端移动，依次计算得到M1与A1、A3、A5、A7、A9、A11的系列夹角值EEi，得到对乙酰氨基酚含量和拉曼光谱转换后角度值的关联方程.

4）同理计算得到A2、A4、A6、A10的夹角值，分别代入关联方程，得到样本中对乙酰氨基酚含量预测值，与真实值进行比较，通过误差分析验证所建立的关联方程.

1.5 待测样本含量分析

取市售酚麻美敏片5片，研磨均匀，记为S1—S5，通过1.4数据处理流程，得到待测样本与纯目标组分M1的夹角值YEi，代入关联方程，得到待测样本S1—S5中对乙酰氨基酚的含量，并采用高效液相色谱仪对待测样本进行比较分析.

其中液相色谱条件为：色谱柱为C18柱（5 μm，250 mm×4.6 mm）；柱温为25℃，流速1 mL/min，进样量：20 μL；流动相为V（乙腈）∶V（磷酸盐缓冲溶液）=10∶90（磷酸盐缓冲溶液：pH3.5，5.175 g磷酸二氢钾，116 μL磷酸，200 μL的三乙胺，超纯水定容至1 000 mL）；检测波长为210 nm和240 nm.

1.6 方法学检验

1）回收率试验：选择已知含量的感冒药样本，分别加入不同含量的对乙酰氨基酚对照品，等质量混合均匀，得到3份加标样本，采集拉曼光谱数据，通过本方法计算得到加标样本中的对乙酰氨基酚含量，并计算回收率.

2）精密度试验：选择A1、A9样本，分别平行采集拉曼光谱6次，计算得到待测药品拉曼光谱数据，通过本方法得到待测样本与对照品对乙酰氨基酚拉曼光谱的夹角方差值，计算待测样本中对乙酰氨基酚的含量.

3）重复性试验：取同一批号待测酚麻美敏片，按1.2配制方法平行配制6份，记为B1—B6.通过采集样本的拉曼光谱数据后得到与对乙酰氨基酚对照品的夹角值，计算得到待测样本中对乙酰氨基酚的含量，考察方法的重复性.

2 结果与分析

2.1 分析模型建立

图1、图2为对乙酰氨基酚对照品和酚麻美敏片样本的拉曼光谱图，图中A为没有处理的原始谱图，B为处理后的拉曼光谱图.

图1 对乙酰氨基酚对照品的拉曼光谱图Fig.1 Raman spectroscopy of standard acetaminophen

图2 酚麻美敏片样本拉曼光谱图Fig.2 Raman spectroscopy of cold medicine

由图1、图2可以看出：没有处理的A样本光谱重叠严重，同时存在荧光干扰和基线漂移，易造成分析误差.因此，通过对分析样本进行基线校正和降噪处理，减小荧光效应和仪器噪声造成的影响.得到经过基线校正和降噪处理后的拉曼光谱图B.

根据系列样本拉曼光谱特征峰响应选择400～3 400 cm-1作为分析波数区间；设置此区间波长的1/11宽度为移动窗口，从最小波数点200 cm-1开始，计算样本光谱与对乙酰氨基酚对照品光谱的系列夹角值EEi，建立样本中对乙酰氨基酚含量与EEi的关联曲线.依次对单点单次、单点3次、3点3次采集的样本拉曼光谱进行分析，3点3次采集方式结果最好，关联方程为y=-0.013 1x+1.626 5，r=0.998 0.

同理，计算其余样本A2、A4、A6、A10的夹角值，带入关联方程中，得到预测含量及误差分析，结果见表2.

由表2可以看出，测量结果与标准含量相比，相对误差在0.4%～1.9%，预测结果较好，说明拉曼光谱结合角度转换的方法建立的关联方程准确性良好，适用于感冒药中有效成分含量的快速分析.

表2 验证样本中对乙酰氨基酚的含量预测值与误差分析Tab.2 Predicted content and error analysis of acetaminophen%

2.2 待测药片含量分析

通过将S1—S5待测样本的角度值代入2.1所得的关联方程中，得到药片中对乙酰氨基酚的实际含量，结果见表3.

由表3可知，本方法测定感冒药中的对乙酰氨基酚与高效液相色谱法结果接近，误差较小，计算结果准确，本方法可以很好地实现感冒药中对乙酰氨基酚含量的快速分析.

2.3 样品精密度的测定

通过本方法得到待测药品光谱与对照品拉曼光谱的夹角方差值，计算出样本A1、A9中对乙酰氨基酚的含量，精密度结果如表4.

由表4结果可知，此方法检测感冒药中的对乙酰氨基酚，对乙酰氨基酚的RSD小于3.1%，精密性良好，可以实现样品中待测组分的快速分析与检测.

2.4 重复性测定

通过本方法测定得到待测样中对乙酰氨基酚的含量，重复性结果如表5.

由表5结果可知，待测样品中对乙酰氨基酚的RSD为1.1%，结果较好.说明拉曼光谱结合角度转换的方法检测感冒药中的对乙酰氨基酚重复性良好，可以实现对待测组分的分析与检测.

2.5 回收率测定

在已知对乙酰氨基酚含量为66.8%的药品中，加入不同含量的对乙酰氨基酚标准品，等质量混合均匀，测定得加标样品中对乙酰氨基酚的含量并计算回收率，结果如表6.

由表6结果可知，待测样本中对乙酰氨基酚的回收率为97.0%～106.3%.说明拉曼光谱结合角度转换的方法检测感冒药中的对乙酰氨基酚回收率高，结果较好，可以实现对待测组分的快速分析与检测.

表3 待测样品中对乙酰氨基酚的含量Tab.3 The content of acetaminophen in the sample to be tested %

表4 待测样品中对乙酰氨基酚的含量计算Tab.4 Calculation of acetaminophen content in the sample to be tested %

表5 样本中对乙酰氨基酚的含量计算Tab.5 Calculation of acetaminophen content in the sample %

表6 样本中对乙酰氨基酚的含量计算Tab.6 Calculation of acetaminophen content in the sample %

3 结论

本文使用拉曼光谱仪采集感冒药中有效成分的光谱数据，通过角度转换法建立含量-角度值模型，模型的线性方程相关系数可达0.998 0，准确度较高.测量结果与标准含量相比，误差较小，预测结果较好.

建立的分析方法无需进行复杂前处理，样品测量时间可小于30 s，操作简单，适合于同类大批量样品的快速分析测定.拉曼光谱法在药物分析的研究中提供了一种新的参考方法，对利用光谱分析快速分析多组分样品具有重要的参考价值.