核磁共振定量技术引入药物分析实验的探索

王 聪，王 ，宋 妮，任素梅，王远红，张秀丽

(中国海洋大学 医药学院，山东 青岛 266003)

核磁共振定量技术引入药物分析实验的探索

(中国海洋大学 医药学院，山东 青岛 266003)

核磁共振定量技术是一种以结构分析为基础的新型定量分析方法，在药物质量控制领域得到了广泛的应用。该文从传授理论知识、创新教学内容及建立课程评价体系3个方面，探索了将核磁共振定量技术引入药物分析实验的具体实施方案。实践表明，这一探索将科研新成果新方法带入实验教学，激发了学生探索科学的积极性，提高了他们的动手能力，为实现高水平高校创新人才培养打下坚实的基础。

核磁共振技术；定量；药物分析；实验教学；创新教学内容

药物分析课程是药学专业的一门基础课，亦是一门实践性、综合性、应用性很强的课程[1]。药物分析实验是药物分析课程中最重要的组成部分，要求学生系统地学习掌握中国药典常用分析方法的基本原理和实验技术，熟练地掌握药物分析中包括样品处理、药物鉴定、杂质检查和含量测定等各项实验技能及常用分析仪器的正确使用方法[2]。实验教学既是理论联系实际的重要环节，又是培养学生创新意识、创新能力的重要途径。

随着实验技术日新月异的变化，传统药学专业的药物分析实验存在内容相对陈旧、方法单一及与社会实际需求脱节等不足之处[3]。教材内容应与时俱进，把一些药物分析研究的热点及药典中的新内容引入实验项目，将有利于学生了解学科前沿，把握时代热点，拓宽知识面，培养创新意识和科研能力。2010年中国药典新增了定量核磁共振技术，但国内未见将该技术引入药物分析实验的报道。

本文结合现代教学观念[4]，探索将核磁共振定量技术引入药物分析实验课程，理论传授和实践操作相结合，开拓学生的视野，提高他们动手能力和创新能力，更好地适应药学专业发展和社会的需求。

1 利用多媒体教学，传授理论知识

1.1 核磁共振定量技术的优势

核磁共振定量分析早在20世纪70年代就有报道，但因为当时该方法灵敏度低，测定的重现性也不理想而未得到长足的发展。随着现代超导高磁场的脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪的应用，核磁共振定量分析方法的灵敏度、精确度、准确度及分析速度等方面已达到或接近高效液相色谱的水平，日益成为药物定量分析的一种重要手段[5-6]。

在此教学环节中，着力介绍核磁共振定量技术的优势，并用具体案例加以强化说明，帮助学生明确该技术在药物分析领域的重要作用，激发学生的学习热情。

1.2 核磁共振定量技术的原理

核磁共振波谱是具有磁矩的原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。化学位移和偶合常数是结构鉴定的重要参数，共振峰面积与被测组分的含量成正比，是定量分析的依据。最为常见的是核磁共振内标法，多采用核磁共振氢谱，以结构和含量已知的化合物作为内标物。将内标物溶于待测物溶液中，进行核磁共振氢谱测试，通过两者积分信号强度的比值计算待测物的质量：

式中，Ws为待测物的质量，Wb为内标物的质量，As为待测物的定量峰面积，Ab为内标物的定量峰面积，Ns为待测物定量峰的质子数，Nb内标定量峰的质子数，Ms为待测物的分子量，Mb为内标物的分子量，Pb为内标物的纯度。这一教学环节要将实验方法的理论依据简明扼要地介绍清楚，并采用适当实例介绍计算公式如何在实验的具体操作中应用。

1.3 影响核磁定量的主要因素

由上述内标法计算公式可以看出，内标物和待测物的定量峰峰面积直接影响测定结果的准确性，而定量峰峰面积与定量峰的选择、参数设置及积分处理有关。通常内标物应与待测物溶于同一种氘代试剂，具有较高的纯度，较少的质子数不与待测物发生化学反应，并且与待测物的核磁信号不重叠。常用的内标物有对苯二甲酸二甲酯、四氯硝基苯、对硝基苯和1,3,5-三甲氧基苯等。合适的定量峰要易于识别，并且能完全与其他信号分离，且待测物的定量峰与内标物的定量峰最好化学环境相近，从而保证局部积分面积的一致性和准确性。阐明影响核磁定量的因素，有助于学生在实验过程中有的放矢。在对理论知识介绍的基础上，结合核磁定量技术进行药物分析的实例进行讲解，加深学生的认识和理解。

2 理论联系实际，创新教学内容

高等院校肩负着培养创新型人才的重任。现代科技日新月异，实验教科书往往更新较慢，这就要求高校教师要与时俱进，不断改进教学方法和内容，努力营造创新环境，激发学生的科研热情，引导更多的学生跨入科学实验的门槛，参与科研活动，完成对学生创新能力的培养[11]。

将核磁共振定量技术引入药物分析实验的教学内容要结合前沿研究，体现“科研反哺教学”的理念。选择实用性强而又简单易得的化合物作为实验对象，如可采用治疗消化道溃疡的药物西咪替丁[12]，该药物为非处方药，且价格便宜，适用于实验教学。根据西咪替丁的结构特征选择对苯二甲酸二甲酯为内标物，以氘代甲醇为溶剂。首先，在老师的详细讲解和演示下，指导学生自己操作仪器采集核磁共振氢谱，在熟悉仪器性能的同时掌握操作方法，避免学生对于大型贵重仪器只有粗浅认识和基本识图能力的缺陷。其次，引导学生结合有机波谱解析课程所学相关理论知识，对得到的图谱进行解析，正确归属西咪替丁和内标物各共振峰，做到学以致用、用以促学。再次，引导学生根据理论课讲授知识，选择合适的共振峰作为定量峰，如选择布西咪替丁咪唑环上δ7.47处共振峰和对苯二甲酸二甲酯苯环δ8.10处共振峰作为定量峰(如图1所示)。最后，指导学生根据药典核磁定量公式进行数据处理，并结合实践讲解各步操作对定量结果的影响，增强学生对数据处理及仪器参数优化的重视。

图1 西咪替丁和对苯二甲酸二甲酯1H-NMR (in Methanol-d4)

采用核磁共振定量技术测定片剂中西咪替丁含量的具体操作如下：精确称取一定量的西咪替丁粉末(W)和对苯二甲酸二甲酯(Wb)于5 mm核磁管中，加入0.5 mL氘代甲醇，震荡混匀，待充分溶解后采集核磁共振氢谱。对图谱中西咪替丁和对苯二甲酸二甲酯定量峰进行准确积分，峰面积分别为As和Ab，将以上数据及西咪替丁分子量Ms=252.34，对苯二甲酸二甲酯分子量Mb=194.18，西咪替丁定量峰的质子数Ns=1，对苯二甲酸二甲酯定量峰的质子数Nb=4带入核磁共振定量公式中计算出西咪替丁的质量Ws，最后通过Ws/W计算得出片剂中西咪替丁含量。

该环节重在培养学生面对实际问题，积极主动思考的能力。以常用药物西咪替丁片剂为例，向学生讲授核磁共振定量技术的原理与方法，使学生所学到的知识在生活中得以应用。理论结合实际、科学走进生活，既充分调动了学生对实验的兴趣与积极性，又大大提高了学生解决实际问题的动手能力。同时实验也可进一步拓展到其他使用核磁共振技术定量的常用药物，如布洛芬缓释胶囊、克拉霉素胶囊、维生素C片剂[13-15]等，让学生更全面地了解核磁共振定量技术的应用及发展动态。

3 建立科学的课程评价体系，激发学生过程学习

课程评价是检验教学质量的必要手段。科学、合理的课程评价不仅能够检验学生的学习效果，提高学生对该课程的重视程度和学习的主动性积极性[16]，还可让教师发现实验教学中存在的不足，及时改进教学方法，提高教学质量。

针对传统课程评价体系单纯依靠实验报告评分的弊端，探索以培养学生创新能力为目标，注重实验过程中的各个环节；将单一的结果评价模式转变为过程和结果相结合的评价模式；把考核过程分解为课堂提问、实验操作、数据处理及结果讨论，对每一部分内容分别赋予不同比重的分值进行量化打分，使得学生不是仅满足于测得几个实验数据，而是更加注重对实验内容的预习，对实验规范操作的掌握和对实验结果的科学处理，并在平时的实验中有意识地加强基本功的练习，进而提高实验基本操作技能[17]。另外可通过微信平台等网络形式与学生交流，针对实验中遇到的问题进行答疑解惑，特别是对于有共性的问题，一人提问，全班受益。这不仅能够使问题得到及时有效的解决，而且缩短了师生间的距离，促进了师生交流[18]。

4 结束语

核磁共振定量技术引入药物分析实验课程，将科研新方法新成果带进实验室，体现了“科研反哺教学”的理念，加强了理论知识在实践中的应用，即开拓了学生视野，又激发了学生的学习兴趣和探索精神。该课程的实施有助于高校创新型人才的培养，使学生掌握和使用先进的仪器设备，提高他们的动手能力和实践水平，为将来走上工作岗位奠定基础。

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TheExplorationontheApplicationofQuantitativeNMRfortheExperimentTeachingofPharmaceuticalAnalysis

WANG Cong，WANG Yi，SONG Ni，REN Sumei，WANG Yuanhong，ZHANG Xiuli

(School of Medicine and Pharmacy，Ocean University of China，Qingdao 266003，China)

The quantitative analysis of nuclear magnetic resonance(NMR)is a new kind of quantitative analysis method based on structural analysis，which has been widely used in drug quality control.In this paper，it explored the approaches to applying quantitative of NMR to the experiment of pharmaceutical analysis from imparting theoretical knowledge，innovating teaching content and establishing evaluation system.Practice shows that this exploration will bring new research achievements and methods into experimental teaching，stimulate the enthusiasm of students to explore science and improve their practical ability，and make a basement for innovative talents cultivation.

nuclear magnetic resonance；quantitative；pharmaceutical analysis；experiment teaching；innovation teaching content

2017-03-21；修改日期:2017-04-26

药学自主实验性实验课程建设研究项目(2015M005)；中国海洋大学本科教育教学研究立项项目(2014ZD01)；高校基本科研业务费实验室研究基金项目(201751011)。

王聪(1986-)，女，硕士，实验师，主要从事核磁共振波谱仪管理与应用方面的研究。

张秀丽，实验师，主要从事核磁共振波谱仪管理与应用方面的研究，xiulizhang@ouc.edu.cn

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.04.033