基于拉曼光谱法建立的模型快速预测布洛芬缓释胶囊中布洛芬的含量

周丹丹,粟 晖,姚志湘,刘 柳

(广西科技大学 生物与化学工程学院,柳州 545006)

布洛芬,化学名为2-(4-异丁基苯基)丙酸,属于非甾体抗炎药,具有较强的抗炎、抗风湿及解热镇痛作用,临床用于解热、减轻轻度至中度疼痛[1],常用剂型为布洛芬缓释胶囊。目前测定布洛芬含量多采用高效液相色谱法(HPLC)[2-4]、气相色谱法(GC)[5-6]和紫外分光光度法[7-8]等。其中,HPLC 分离效率高、选择性好、灵敏度高,但前处理过程复杂,分析时间较长;GC 具有检测器灵敏度高、样品用量少、选择性好等优点,但分析方法的建立比较困难,分析过程中的影响因素较多;紫外分光光度法的检测时间较短,但前处理复杂,准确度不高,不适用于高浓度水平样品的测定,这些方法均无法满足快速分析的需要。文献[9]采用空间角讨论和评价多元体系,使多元体系分析变得简单而精确;在此基础上提出向量角转换消除乘性干扰[10],并进一步提出一种基于向量夹角的近似线性的定量方法,实现了中红外光谱结合向量夹角对三氯蔗糖中间合成产品的测定[11-12],并用于蔗糖水解过程组分含量跟踪及动力学研究[13]。该方法操作简便且无需大量数据建模,可有效校正光谱的乘性干扰,提高定量分析的准确度。同时,拉曼光谱法具有测试样品无损性、测定时间短、样品无需制备、成本低等优点[14-15]。因此,本工作采用拉曼光谱法,结合向量夹角转换算法,建立了布洛芬缓释胶囊中布洛芬的定量分析模型,以满足快速分析的需要。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

PERI 100型广域透射拉曼光谱仪;PM 1000型高效液相色谱仪,配二极管阵列检测器;ALC-210.4型电子天平。

布洛芬标准储备溶液:称取布洛芬对照品50 mg置于50 mL容量瓶中,加入适量60%(体积分数,下同)甲醇溶液,超声10 min,使布洛芬溶解,再用60%甲醇溶液稀释至刻度,配制成1 g·L－1布洛芬标准储备溶液。

布洛芬对照品的纯度为99%,批号为20 191115;乙腈为色谱纯;磷酸、磷酸二氢钾、甲醇为分析纯;试验用水为超纯水。

布洛芬缓释胶囊1和2购自某药厂,批号分别为20191220和20200409。取3粒布洛芬缓释胶囊1,编号J1、J2、J3;取3 粒布洛芬缓释胶囊2,编号J21、J22、J23。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 HPLC

C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm);柱温30 ℃;流动相为体积比29∶21的乙腈-0.04 mol·L－1磷酸二氢钾溶液(pH 3.0)的混合液;流 量1 mL·min－1;检测波长220 nm;进样量20μL。

1.2.2 拉曼光谱法

扫描范围149～3 400 cm－1;激发波长532 nm;积分时间2 000 ms;功率等级9;平均次数1;平滑点数0。

1.3 试验方法

1.3.1 HPLC

称取研磨后的样品粉末20 mg,置于50 mL 容量瓶中,加入适量60%甲醇溶液,超声10 min,再用60%甲醇溶液稀释至刻度,按照1.2.1节条件进样分析,得到布洛芬的参考值。

1.3.2 拉曼光谱法

将研磨后的样品粉末置于测试台上,按照1.2.2节条件进行测定。

1.3.3 模型的建立

将样品的原始拉曼光谱图导入MATLAB计算平台,选择波段250～1 800 cm－1,采用荧光褪色差分法(FBDA)校正基线[16],二阶滤波求导进行降噪处理。

以布洛芬对照品为参比向量,在经过基线校正和滤波求导降噪的信号区间范围内,选择窗口移动宽度为2/15,将窗口从250 cm－1依次计算到1 800 cm－1,得到校正集样本与布洛芬对照品拉曼光谱之间夹角余弦的方差值(EE 值)。以布洛芬的质量分数对EE 值进行拟合,得到模型的关联方程,利用该模型预测布洛芬胶囊中布洛芬的含量。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线

移取适量的布洛芬标准储备溶液,用60%甲醇溶液逐级稀释,配制成质量浓度为100,150,200,250,300,350,400,450,500 mg·L－1的布洛芬标准溶液系列。按照1.2.1节条件对上述标准溶液系列进行测定,以布洛芬的质量浓度为横坐标,其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果显示,布洛芬的质量浓度在100～500 mg·L－1内与其对应的峰面积呈线性关系,线性回归方程为y＝42.07x＋605.2,相关系数为0.998 3。

2.2 拉曼光谱图

按照仪器工作条件,对布洛芬对照品、J1、J21进行测定,所得拉曼光谱图见图1。

图1 拉曼光谱图Fig.1 Raman spectra

由图1可以看出,布洛芬的拉曼特征峰集中在250～1 800 cm－1和2 500～3 200 cm－1内,但存在基线漂移严重、荧光干扰大、特征峰重叠和覆盖现象,不能直接通过拉曼峰的强度和含量高低之间的关系进行定量分析。试验采用FBDA 校正基线[16],二阶滤波求导降噪处理,基线校正和降噪处理前后J1的拉曼光谱图见图2。

图2 基线校正和降噪处理前后J1的拉曼光谱图Fig.2 Raman spectra of J1 before and after baseline correction and noise supression

结果显示,经过基线校正和降噪处理后,基线平滑,荧光干扰减小,且能保留原始光谱的形状,降低了分析的误差。

2.3 模型的建立

采用HPLC测定布洛芬对照品中布洛芬的含量,然后取一定量布洛芬对照品,添加适量不含布洛芬的空白辅料,配制成布洛芬质量分数为55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%,90%的8个建模样本,编号为A1～A8。其中,A1、A3、A5、A7、A8为校正集样本,A2、A4、A6为验证集样本。

以布洛芬对照品为参比,分别对5个校正集样本进行一阶滤波求导和二阶滤波求导,改变移动窗口宽度和分割步长,选择全波段149～3 400 cm－1和特征波段250～1 800 cm－1,分别计算A1、A3、A5、A7、A8与布洛芬对照品拉曼光谱之间的EE 值,以布洛芬的质量分数对EE 值进行拟合,结果见图3。各模型的关联方程和相关系数见表1。

图3 布洛芬质量分数与EE值的相关图Fig.3 Correlation diagrams between mass fractions of ibuprofen and EE values

表1 关联方程及相关系数Tab.1 Correlation equations and correlation coefficients

由图3可知,未经滤波求导降噪所得模型a、b较其他经过滤波求导降噪所得模型c、d、e、f离散程度大,说明滤波求导可以提高布洛芬含量与EE 值的线性关系。进一步比较模型c、d、e、f的关联方程和相关系数,发现在波段250～1 800 cm－1内,经二阶滤波求导降噪得到关联方程的相关系数更高。因此,试验选择模型f为布洛芬的快速分析模型,布洛芬的质量分数在55%～90%内与其对应的EE值呈线性关系,关联方程为y＝－2.965×10－2x＋2.963,相关系数为0.997 9。

2.4 模型的验证

利用模型f对3个验证集样本中的布洛芬含量进行预测,计算预测值与参考值的相对偏差,结果见表2。由表2可知,相对偏差为3.0%～3.8%,表明该模型的准确度较高。

表2 模型验证结果Tab.2 Results of model verification

2.5 样品分析

按照1.3.1节对布洛芬缓释胶囊J1、J2、J3、J21、J22、J23进行测定,得到布洛芬含量的参考值;利用模型f对布洛芬对照品、J1、J2、J3、J21、J22、J23 进行分析,每个样品平行测定5次,以布洛芬对照品为参比,计算J1、J2、J3、J21、J22、J23与布洛芬对照品拉曼光谱之间的EE值,将EE值代入模型f的关联方程中,得到布洛芬含量的预测值,计算预测值与参考值的相对偏差和预测值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

表3 样品分析结果(n＝5)Tab.3 Analytical results of the samples(n＝5)

结果显示:布洛芬预测值和参考值的相对偏差为1.2%～6.8%,预测值的RSD 为0.99%～3.1%,表明模型的精密度好,准确度高,适用于布洛芬的快速定量分析。

本工作采用拉曼光谱法结合向量夹角转换算法建立了布洛芬缓释胶囊中布洛芬的定量分析模型。该方法无需进行复杂的前处理,只需要少量样品就可以得到较好的分析模型,具有操作简单、分析快速、环保等优点,所得模型准确度较高,预测效果好。另外,该方法可推广到其他布洛芬制剂的快速分析,用于药厂中多批次药品含量的快速测定,具有一定的应用价值。