衰减全反射红外光谱法鉴定药品包装材料材质
2023-12-07陈水廷刘颖玲聂蕾
陈水廷，刘颖玲，聂蕾
（云南省医疗器械检验研究院，昆明 650106）
药品包装材料是指药品生产企业生产的药品和医疗机构配制的制剂所使用的直接接触药品的包装材料和容器[1]。药品包装材料作为药品的重要组成部分，会伴随药品生产、流通及使用的全过程，药品包装材料的质量、安全性、使用性能及药品包装材料与药物之间的相容性对药品质量有着重要影响[2]。按材质分类，药品包装材料可分为玻璃类、金属类、塑料类、橡胶类和其它类(如纸、干燥剂)等。常见的塑料类药品包装材料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PⅤC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。橡胶具有良好的弹性，卤化丁橡胶塞(由异丁烯和少量异戊二烯聚合而成)是目前我国用在输液、口服液等剂型的常见橡胶塞[3-4]。
衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法是分析物质表层结构的一种重要技术。衰减全反射附件是源于光内反射原理的设计，从光源发出的红外光经过折射率大的晶体再投射到折射率小的试样表面上，当入射角大于临界角时，入射光线完全被反射，产生了全反射。事实上红外光并不是被直接全部反射回来，而是穿透到试样表面内一定深度后再返回表面，在这个过程中，样品在入射光频率区域内有选择吸收，反射光强度发生减弱，产生与透射吸收相类似的谱图，从而获得样品表层化学成份的结构信息[5-7]。随着光谱技术的发展，红外光谱技术能同时对多种物质进行定性定量分析，被广泛应用于机理研究、性能表征、成分鉴别等众多研究领域[8-11]。与常规透射式FTⅠR 相比，ATR-FTⅠR 测定样品时，无需对样品进行任何处理、制样简单、对样品破坏性小、能够保持样品原貌进行测定，具有扫描速度快、分辨率高、测量精度好重复性高、受杂散光影响小等优点[12-13]。
笔者采用衰减全反射-红外光谱法对口服液体/固体药用高密度聚乙烯(PE-HD)瓶、口服液体/固体药用PP瓶、口服液体/固体药用PET瓶、PⅤC固体药用硬片及注射液用/注射用无菌粉末用卤化丁基橡胶塞5 种材质进行了鉴别，得到了相对应的红外图谱。
1 实验部分
1.1 主要仪器
傅里叶红外变换光谱仪：Cary640 型，配有ATR附件，美国安捷伦科技有限公司。
1.2 仪器工作条件
扫描速度：5 kHz；扫描范围：4 000～650 cm-1；光谱分辨率：4 cm-1；扫描次数：16次。
1.3 样品处理
将口服液体/固体药用PE-HD瓶(液体药瓶编号为PE1～PE6，固体药瓶编号为PE7～PE12)、口服液体/固体药用PP瓶(液体药瓶编号为PP1～PP6，固体药瓶编号为PP7～PP12)、口服液体/固体药用PET瓶(液体药瓶编号为PET1～PET6，固体药瓶编号为PET7～PET12)、PⅤC固体药用硬片(编号为PⅤC1～PⅤC6)、注射液用/注射用无菌粉末用卤化丁基橡胶塞(编号为BTR1～BTR6)样品截成1 cm×1 cm 的样片。
1.4 实验方法
1.4.1 采集背景
以空气为背景在仪器工作条件下直接进行扫描。
1.4.2 样品图谱采集
将1.3 处理的样品，用ATR 附件固体压头把样品压紧，使之与硒化锌晶体紧密接触，在仪器工作条件下采集红外光谱。
2 结果与讨论
2.1 分辨率
分辨率是指仪器对于紧密相邻的峰可分辨的最小波长(或波数)间隔，是傅里叶变换红外光谱仪的一项重要性能。分辨率与仪器的光程差有关，光程差越大，即动镜扫描的距离越长，分辨率越高。分别选择分辨率为1、2、4、8、16 cm-1，用同一批次的口服固体药用PE-HD 瓶进行测试，红外光谱图见图1。从图1 可知，当分辨率分别为1、2 cm-1时，样品基线不平滑；当分辨率为8、16 cm-1时，特征峰1 472 cm-1和730 cm-1消失，扫描时间也随着分辨率的增大而增加。综合考虑，选取分辨率为4 cm-1。
图1 口服固体药用PE-HD瓶在不同分辨率下的红外光谱图
2.2 扫描次数
傅里叶变换红外光谱仪测量物质的光谱时，检测器在接受样品光谱信号的同时也接受了噪声信号，输出的光谱既包括样品的信号也包括噪声信号，信噪比与扫描次数的平方成正比，增加扫描次数可以减少噪声、增加谱图的光滑性。改变扫描次数，同一批次的口服固体药用PE-HD 瓶得到的红外图谱见图2。从图2 可看出，当扫描次数分别为4、8、16、32、64次时，样品的特征吸收峰的位置、形状、数目、相对强度基本无变化。为了提高分析效率，快速鉴别样品的材质，选择扫描次数为16次。
图2 口服固体药用PE-HD瓶不同扫描次数下的红外光谱图
2.3 样品的红外图谱解析
2.3.1 口服液体/固体药用PE-HD瓶
选择12 家企业生产的口服液体/固体药用PEHD 瓶样品进行测试，测试数据见表1，典型红外吸收光谱见图3。该类材质主要有6个特征吸收峰，分别是2 916、2 848、1 472、1 462、730、719 cm-1。其中2 916 cm-1为CH2的不对称伸缩振动峰，2 848 cm-1为CH2的对称伸缩振动峰，1 462 cm-1为CH2的对称弯曲振动峰，719 cm-1为长亚甲基链的面内摇摆振动峰。
表1 口服液体/固体药用PE-HD瓶红外图谱特征峰
图3 PE-HD红外光谱图
2.3.2 口服液体/固体药用PP瓶
选择12家企业生产的口服液体/固体药用PP瓶样品进行测试，测试数据见表2，典型红外吸收光谱如图4。该类材质主要有13 个特征吸收峰，分别是2 950、2 917、2 867、2 837、1 456、1 376、1 359、1 167、997、973、899、841、808 cm-1。其中2 950 cm-1是CH3的对称伸缩振动峰，2 917 cm-1是CH2的不对称伸缩振动峰，2 867 cm-1是CH3的不对称伸缩振动峰，2 837 cm-1是CH2的对称伸缩振动峰，1 456 cm-1是CH2的弯曲振动峰，1 376 cm-1是CH3的弯曲振动峰，1 167 cm-1是CH3面外摇摆振动峰，973 cm-1是CH3面内摇摆振动峰[14-15]。
表2 口服液体/固体药用PP瓶红外图谱特征峰
图4 PP红外光谱图
2.3.3 口服液体/固体药用PET瓶
选择12 家企业生产的口服液体/固体药用PET瓶样品进行测试，测试数据见表3，典型红外吸收光谱见图5。该类材质主要有8个特征吸收峰，分别是1 715、1 409、1 243、1 097、1 017、872、793、723 cm-1。其中1 715 cm-1是C＝O 的伸缩振动，1 409 cm-1和1 017 cm-1是由苯环CH 的面内弯曲振动峰，1 243 cm-1是C—O 的不对称伸缩振动峰；1 097 cm-1是C—O 的对称伸缩振动峰，872 cm-1和723 cm-1为苯环CH面外弯曲振动，受到羰基的共轭效应，苯环上C—H 摇摆振动吸收峰位移到723 cm-1处[16]，793 cm-1为苯环的振动吸收。
表3 口服液体/固体药用PET瓶红外图谱特征峰
图5 PET红外光谱图
2.3.4 固体药用硬片用PⅤC
选择6家企业生产的PⅤC固体药用硬片样品进行测试，测试数据见表4，典型红外吸收光谱见图6。该类材质主要有12 个特征吸收峰，分别是2 962、2 918、2 851、1 733、1 426、1 328、1 253、1 195、1 109、965、832、697 cm-1。其中2 918、2 851 cm-1是CH2的伸 缩 振 动 峰，1 426 cm-1是CH2的 弯 曲 振 动 峰[17]，1 328 cm-1和1 253 cm-1是CH 的伸缩振动。强谱带最大出现在1 253 cm-1附近，是由碳原子上氯原子使得CH2和CH 合频共振峰强度增强。1 195 cm-1是CH2的伸缩振动峰，1 100 cm-1是C—C 的伸缩振动谱峰，965 cm-1是CH2的面内摇摆峰[18]。
表4 PVC固体药用硬片红外图谱特征峰
图6， PⅤC硬片红外光谱图
2.3.5 注射液用/注射用无菌粉末用卤化丁基橡胶塞
选择6 家企业生产的注射液用/注射用无菌粉末用卤化丁基橡胶塞样品进行测试，测试数据见表5，典型红外吸收光谱见图7。该类材质主要有8 个特征吸收峰，分别是2 950、2 895、1 469、1 389、1 365、1 228、1 086、800 cm-1。其中2 950 cm-1为CH3的伸缩振动峰，2 895 cm-1为CH2的伸缩振动峰，1 469 cm-1为CH2的弯曲振动峰，1 389 cm-1和1 365 cm-1是CH3的弯曲振动峰，1 228 cm-1为C—C 的伸缩振动峰，1 086 cm-1为Si—O 的伸缩振动峰，这是因为在卤化丁基橡胶塞的加工过程加入SiO2填料引起的[19]。
表5 注射液用/注射用无菌粉末卤化定基橡胶塞红外图谱特征峰
图7 卤化丁基橡胶塞红外光谱
3 结语
利用衰减全反射-红外光谱法对药品包装材料中五种常见材质进行了测试，通过数据整理、统计、分析，并对图谱中的主要特征峰进行归属，确认了PE-HD、PP、PET、PⅤC 和注射用丁基橡胶塞五种药用包装材料的红外光谱特征吸收峰，建立了实验室内部的光谱数据库，鉴于目前国家尚未颁布药品包装材料红外光谱的对照图谱，实验所得光谱数据库可便于针对不同材质的、企业不能提供其产品红外对照图谱的药品包装材料进行鉴别，为标准判别时给予有益的补充。定性鉴别时，主要着眼于样品图谱与对照图谱全谱谱形的比较，即首先是谱带的有与无，然后是各谱带的相对强弱。若样品的光谱图与对照光谱图一致，通常可判定两化合物为同一物质(只有少数例外，如有些光学异构体或大分子同系物等)；若两光谱图不同，则可判定两化合物不同。
