近红外光谱法快速分析降糖中成药中盐酸二甲双胍、格列齐特

郑凤玲，刘莉，黄双，白俊杰，李春美，陈娜，谭超

（宜宾学院，过程分析与控制四川省高校重点实验室，四川宜宾 644000）

随着人们生活水平的提高和生活方式的改变，糖尿病的发病率在不断上升。我国药品市场口服降糖药是以西药为主，中成药为辅［1］。有些不法商家在降糖类中成药中非法添加处方以外的西药，从而牟取暴利［2］。降糖类中药的非法添加物通常为降糖西药［3］，其中具有价格低廉、见效快特点的盐酸二甲双胍和格列齐特是降糖类中成药中最为常见的两种非法添加物，这两种药物容易使患者在不知情的状态下过量服用，造成不可预知的后果，同时也不利于正品药物的宣传及推广。

目前中药掺杂的常用检测方法有薄层色谱法［4］、高效液相色谱法［5–6］、液相色谱–质谱联用法［7–8］、毛细管电泳法［9］、近红外光谱法［10–11］、离子迁移谱法［12–13］等。以上分析方法中，薄层色谱法专属性较差，存在假“阳性”干扰，通常只能用于快速初步鉴定分析；高效液相色谱法具有检测准确性高、耗时短的优点，但其操作复杂，检测成本高，不适用于批量样品分析，故难以推广应用；液相色谱–质谱联用法成本高昂，较少应用；毛细管电泳法对样品处理要求较高，且每次分析进样量偏少，制备能力差，可能发生电渗，影响分析结果的重现性。

近红外光谱技术已经在医药领域取得了较大发展，但多用于中药原材料领域，较少应用于中成药掺假研究。传统近红外光谱技术较多基于纯净物建模，具有快速、无损、高效、绿色［14］等特点。笔者选择中成药中常规掺假方法建立了降糖中成药单组分掺杂模型，并利用近红外光谱结合偏最小二乘法对降糖宁胶囊掺杂样品进行分析，实验结果表明该鉴定分析模型准确。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

傅里叶近红外光谱仪：AntarisⅡ型，赛默飞世尔科技(中国)有限公司。

电子分析天平：FA2004 型，感量为0.1 mg，上海良平仪器仪表有限公司。

手动压片机：FW–5A型，天津博天胜达科技发展有限公司。

降糖宁胶囊样品：0.4 g／粒，吉林省正和药业集团股份有限公司。

盐酸二甲双胍片样品：0.25 g／片，北京中惠药业有限公司。

格列齐特缓释片样品：0.03 g／片，成都恒瑞制药有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 样品制备

根据降糖宁胶囊使用说明书中载明的每日最大服用量，计算得盐酸二甲双胍、格列齐特两种掺杂物的最大质量分数分别为29.0%、3.5%，再利用电子分析天平称取不同质量的掺杂物和降糖宁胶囊，使用玛瑙研钵研磨混合，制成样品粉末。按照掺杂质量分数0.0%～29.0%制得42份掺盐酸二甲双胍的样品粉末，每组掺盐酸二甲双胍的样品粉末利用手动压片机压片制得两粒药片，编号为A组和B组；按照掺杂质量分数为0.0%～3.5%制得43份掺格列齐特的样品粉末，每组掺格列齐特样品粉末采用相同方法压片制得两粒药片，编号为C组和D组。

1.2.2 光谱采集

对1.2.1制备的样品进行测试并采集近红外光谱。将药片盖住漫反射窗口，避免空气背景光谱干扰，每隔1 h扫描一次背景光谱。实验采用积分球漫反射方式，波数范围为4 000～10 000 cm–1，分辨率为8 cm–1，采集32次，将所得光谱数据导入TQ Analyst 9.0软件中，分别建立掺盐酸二甲双胍样品、掺格列齐特样品近红外光谱图。

1.2.3 模型的建立

选取部分已知配制浓度数据的掺盐酸二甲双胍、掺格列齐特的降糖宁胶囊样品近红外光谱图，利用TQ Analyst 9.0软件进行不同数据形式、不同光谱平滑处理方式的预处理来确定最优预处理方式。经过上述预处理后，选取部分数据建立模型，未被选取的掺杂样品作为未知样品待分析，分析单个样品预测值与实测值之间的差值来验证模型的准确性。

1.2.4 定量分析

实验采用PLS法对模型进行定量分析［15］。

2 结果与讨论

2.1 实验条件的选择

参照褚小立［16］、卞中悦［17］等的相关实验研究结果，确定实验条件为采集光谱前将仪器开机预热1 h，掺伪样品在实验室预先放置1～2 h。在室温20～25 ℃、室内湿度为50%～60%条件下进行积分球漫反射方式下的近红外光谱采集。

2.2 光谱图

近红外区域的主要光谱信息来源于分析对象分子中含氢基团的倍频与合频吸收［18］，因此通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品分子中含氢基团的特征信息。在漫反射方式下，掺盐酸二甲双胍和掺格列齐特降糖宁胶囊样品的光谱图分别如图1、图2所示。

图1 掺盐酸二甲双胍降糖宁胶囊样品近红外光谱图

图2 掺格列齐特降糖宁胶囊样品近红外光谱图

由图1、图2可以看出：掺盐酸二甲双胍降糖宁胶囊样品的近红外光谱特征吸收数据集中在4 000～5 500 cm–1范围内，在约4 400 cm–1和4 900 cm–1两处有明显的吸收峰，且不同浓度的盐酸二甲双胍掺杂样品具有相同范围的近红外光谱特征吸收数据和吸收峰；掺格列齐特胍降糖宁胶囊样品的近红外光谱特征吸收数据集中在4 000～7 000 cm–1范围内，在约5 100 cm–1和6 800 cm–1两处有明显的吸收峰，且不同浓度的格列齐特掺杂样品具有相同范围的近红外光谱特征数据和吸收峰。因此在实验建模时，基于系统优化区间再手动调节光谱范围，掺盐酸二甲双胍胍降糖宁胶囊样品光谱波段范围为4 000～6 900 cm–1，掺格列齐特胍降糖宁胶囊样品光谱波段范围为4 000～10 000 cm–1。

2.3 数据预处理方法

检测所得光谱信息除了来自待测样品外，还有部分来自于其它干扰因素，对所建模型会造成不利影响，因此要针对光谱特性进行恰当的处理，降低干扰因素的影响［19］。降糖宁胶囊掺杂样品检测所得光谱数据的不同预处理方法对建模的影响结果见表1。预处理结果以外部验证相关系数、校正均方差、验证均方差为评判标准，在满足验证均方差与校正均方差比值在［1,1.20］区间条件下，相关系数越接近于1，验证均方差越小越好，其预处理效果越好。

表1 不同预处理方法对建模的影响

由表1数据可知，掺盐酸二甲双胍降糖宁胶囊样品采用原始数据及S–G平滑方式处理得到的模型最理想，该模型对应的相关系数为0.998 5，验证均方差与校正均方差的比值为1.093 06；掺格列齐特降糖宁胶囊样品采用原始数据及无平滑方式得到的模型最理想，该模型对应的相关系数为0.997 7，验证均方差与校正均方差的比值为1.262 30（所有模型该值均大于1.2，此处选最接近者）。

2.4 线性关系及精密度

按照上述所得最优光谱波段和预处理方法建立掺伪样品定量分析模型。掺盐酸二甲双胍降糖宁胶囊样品模型预测值与实测值的线性关系见图3，偏差关系见图4；掺格列齐特降糖宁胶囊样品模型预测值与实测值的线性关系见图5，偏差关系见图6。

图3 掺盐酸二甲双胍样品实测值与预测值的线性关系图

图4 掺盐酸二甲双胍样品实测值与预测值的偏差关系图

图5 掺格列齐特实测值与预测值的线性关系图

图6 掺格列齐特样品实测值与预测值的偏差关系图

根据图3分析得到其模型的相关系数为0.996 2，校正均方差为0.008 50，外部验证后模型的相关系数为0.999 6，验证均方差为0.008 51，且验证均方差与校正均方差比值为1.001，满足相关约束条件，表明该模型的预测值与实测值接近，且具有较好的线性关系；由图4可知该模型的预测值与实测值偏差在–0.03～0.01范围以内，表明该模型较为准确，该方法可用于掺盐酸二甲双胍降糖宁胶囊样品的快速鉴定分析。

根据图5分析得到其模型的相关系数为0.996 0，校正均方差为0.000 745，外部验证后模型相关系数为0.997 6，验证均方差为0.000 795，且验证均方差与校正均方差比值为1.067，满足相关约束条件，表明模型的预测值与实测值接近，且具有较好的线性关系；由图6可知该模型的预测值与实测值偏差在–0.001 1～0.001 5范围以内，表明该模型误差较小，准确度较高，该方法可用于掺格列齐特降糖宁胶囊样品的快速鉴定分析。

2.5 模型校验

基于PLS 法所建立的降糖宁胶囊的掺杂相关分析模型，随机选取建模时未使用的样品作为未知样，对其进行量化分析。未知量量化分析结果见表2、表3。根据表2、表3对未知量化分析表中多个未知样检测、验证、分析可知，模型的设定浓度与检测浓度差值较小，结果区域拟合值较高，表明该模型准确度高、可靠性强。

表2 掺盐酸二甲双胍降糖宁胶囊样品掺杂质量分数量化分析结果 %

表3 掺格列齐特降糖宁胶囊样品掺杂质量分数量化分析结果 %

3 结语

基于近红外光谱技术，采用PLS法，建立了降糖宁胶囊掺杂鉴定模型。通过确定主成分数、基于系统优化区间，再手动调节光谱范围对模型进行优化后，利用TQ Analyst 9.0软件通过不同的数据形式、不同的光谱平滑预处理方式来确定最优预处理方法。采用PLS法对其进行定量分析，结果表明模型线性相关性良好，准确度高，可类比用于降糖类中成药中非法添加物的快速鉴定分析。该技术对于监督和规范中医药生产、保证糖尿病患者用药安全、打击药物非法添加犯罪具有重要作用，为中药的快速、无损检测提供了新的思路。