1、褶合光譜法原理

 

褶合光譜法(ConvolutionSpectrometry)是以Glenn’S正交函數(shù)法為基礎(chǔ)，并包容了導(dǎo)數(shù)光譜法的一種新的數(shù)學(xué)變換方法。其基本原理是利用褶合變換技術(shù)將化合物的原始吸收光譜轉(zhuǎn)變?yōu)轳藓瞎庾V，顯示出原始吸收光譜在構(gòu)成上的局部細(xì)節(jié)特征，其本質(zhì)是與一種稱(chēng)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”的離散小波變換(wavelertransform，WT)相一致的數(shù)學(xué)變換技術(shù)，是對(duì)以時(shí)域函數(shù)形式的原始吸收光譜實(shí)施頻域函數(shù)的局域變換，因而能有效地從信號(hào)中提取信息，通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算功能對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析。褶合光譜上的每一個(gè)值，都與一段波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)物質(zhì)的吸光特性相對(duì)應(yīng)，因而褶合光譜同樣具有定性定量的特征。即紫外分光光度法中吸收度與濃度的線(xiàn)性關(guān)系轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)分量與濃度的線(xiàn)性關(guān)系，利用褶合曲線(xiàn)之間的差異形式來(lái)量化，從而為物質(zhì)的定性定量提供了理論基礎(chǔ)。

 

2、褶合光譜法在藥物分析領(lǐng)域中的應(yīng)用

 

褶合光譜法在藥學(xué)方面的應(yīng)用，主要是藥物的定性鑒別(包括雜質(zhì)的限量檢查)和定量測(cè)定及檢測(cè)藥物的穩(wěn)定性等幾方面。

 

2.1 藥物的定性鑒別及雜質(zhì)的限量檢查

 

經(jīng)典的分光光度法對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性，主要是根據(jù)吸收光譜的峰、谷或者它們比值的差異判斷是否為同一物質(zhì)，由于它不能對(duì)吸收光譜的全波長(zhǎng)范圍進(jìn)行反映，因而不能完全反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征。另外，由于紫外可見(jiàn)光譜為寬帶吸收，曲線(xiàn)形狀一般變化不大，不同化合物的吸收光譜的細(xì)微差異常被其相同部分所掩蓋，因而經(jīng)典的分光光度法很難將結(jié)構(gòu)相似的化合物區(qū)分開(kāi)來(lái)。而褶合光譜的定性技術(shù)充分利用了整條光譜所含的結(jié)構(gòu)信息對(duì)物質(zhì)定性，首先通過(guò)褶合變換對(duì)原始吸收光譜進(jìn)行以正交多項(xiàng)式為基的正交變換和正交分解，將紫外可見(jiàn)吸收光譜分解為成百上千條褶合光譜，然后將逐條褶合光譜進(jìn)行配對(duì)比較，具體而言，就是比較m維(m為測(cè)試點(diǎn)波長(zhǎng)數(shù))空間中兩個(gè)矢量是否重合。如果是同一物質(zhì)，則兩矢量的夾角為零，相關(guān)系數(shù)為1，否則為不同物質(zhì)。褶合光譜法的定性系統(tǒng)是揭示物質(zhì)對(duì)光吸收特性的細(xì)微變化，是對(duì)藥物內(nèi)在特點(diǎn)的反映。有文獻(xiàn)報(bào)道，褶合光譜法的定性系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)10種結(jié)構(gòu)相似的類(lèi)固醇激素類(lèi)藥物的鑒別，以及5種二氫卟吩金屬絡(luò)合物類(lèi)物質(zhì)的鑒別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法對(duì)于紫外可見(jiàn)光吸收光譜非常相似的化合物的鑒別極其有效，對(duì)于結(jié)構(gòu)相似且能滿(mǎn)足測(cè)定要求的有機(jī)物或無(wú)機(jī)離子，均能達(dá)到鑒別的目的。褶合光譜法的定性功能也可擴(kuò)展到雜質(zhì)的限量檢查。利用褶合光譜法可揭示純品與含限量雜質(zhì)的非純品對(duì)光吸收的細(xì)微差異，并以差譜點(diǎn)的形式加以定量表達(dá)。茅志安等應(yīng)用該方法對(duì)阿司匹林腸溶片中水楊酸的限量進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)對(duì)純品進(jìn)行自我訓(xùn)練處理，得出具有一定置信度、由上下限圈定的褶合光譜標(biāo)準(zhǔn)，與人工制備的含限量雜質(zhì)的非純品測(cè)得的褶合光譜比較，確定限量雜質(zhì)差譜點(diǎn)值域，以此為判別依據(jù)，對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，并與藥典法比較，結(jié)果一致。另有文獻(xiàn)報(bào)道，鄭紅等用此系統(tǒng)對(duì)DNA樣品中苯酚、氨基酸和內(nèi)毒素進(jìn)行了限量檢測(cè)，可用于生化樣品分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該法對(duì)限量極低或者吸收曲線(xiàn)與主藥極其相似的已知雜質(zhì)的限量檢查快速有效。

 

2.2 藥物的定量

 

2.2.1 單組分定量根據(jù)褶合光譜原理可知，當(dāng)背景干擾褶合光譜的某個(gè)數(shù)學(xué)分量沒(méi)有貢獻(xiàn)而待測(cè)組分有貢獻(xiàn)時(shí)，即可認(rèn)為背景干擾已被消除。由于渾濁背景(如片劑輔料的影響)通常只有常數(shù)項(xiàng)貢獻(xiàn)，因此，應(yīng)用褶合光譜法可以不對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)先分離，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的準(zhǔn)確定量。由于褶合光譜信息量大，且能自動(dòng)選擇最佳波長(zhǎng)和最優(yōu)回歸方程計(jì)算藥物濃度，因此較一般方法自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單。高金波等應(yīng)用褶合光譜法在干擾組分共存的情況下對(duì)血清中奧沙普秦的濃度進(jìn)行了測(cè)定；劉世軍等應(yīng)用該方法測(cè)定胃康膠囊中鹽酸小檗堿的含量；李堅(jiān)等采用褶合光譜分析法，樣品不經(jīng)分離，直接測(cè)定復(fù)方鹽酸異丙嗪糖漿中鹽酸異丙嗪的含量。

 

2.2.2 雙組分定量應(yīng)用褶合光譜法可實(shí)現(xiàn)對(duì)重疊光譜的雙組分混合物的定量分析�；�于褶合光譜具有能夠圍繞數(shù)學(xué)分量值為零的平均波長(zhǎng)軸上下起伏的特性，雙組分混合物中每一種組分的褶合曲線(xiàn)均有固定的過(guò)零點(diǎn)，因此，可以其中一組分的過(guò)零波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)另一組分進(jìn)行定量，反之亦同。與常規(guī)分析法比較，結(jié)果無(wú)顯著性差異。同時(shí)，不經(jīng)分離直接定量也避免了各種化學(xué)分離過(guò)程的繁瑣、費(fèi)時(shí)，以及由此產(chǎn)生的誤差。有文獻(xiàn)報(bào)道，應(yīng)用該方法測(cè)定了雙組分復(fù)方制劑的含量。

 

2.2.3 多組分定量由于多組分藥物中各物質(zhì)的過(guò)零點(diǎn)都可能不同，所以不能用共同的過(guò)零點(diǎn)來(lái)定量，因而對(duì)多組分混合物，根據(jù)褶合光譜法與吸收光譜同樣具有線(xiàn)性和加合性的特點(diǎn)，以褶合光譜為基礎(chǔ)，結(jié)合偏最小二乘法可解決多組分定量。研究結(jié)果表明，不同數(shù)值計(jì)算方法的舍人誤差對(duì)結(jié)果影響甚小，對(duì)結(jié)果誤差影響最大的是待測(cè)組分的分析信號(hào)與其分析信號(hào)的重疊程度。當(dāng)它們相關(guān)性越大，分析結(jié)果越不理想�？紤]到褶合光譜能放大化合物吸收光譜所存在的細(xì)微差異，減少數(shù)學(xué)相關(guān)性，加上褶合光譜信息量大，在褶合光譜基礎(chǔ)上應(yīng)用偏最小二乘法對(duì)其進(jìn)行定量分析，即可從中篩選出最佳結(jié)果。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，應(yīng)用褶合光譜法可實(shí)現(xiàn)對(duì)多組分藥物的定量。

 

2.3 藥物的穩(wěn)定性試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定配伍中各組分的含量變化，可以對(duì)配伍穩(wěn)定性進(jìn)行考察。褶合光譜法應(yīng)用于藥物穩(wěn)定性測(cè)定，從整個(gè)吸收范圍考察吸收曲線(xiàn)的變化，通過(guò)褶合光譜法“放大”差異功能，捕捉及其細(xì)微的變化，并以三維褶合光譜差譜點(diǎn)的形式加以定量表達(dá)，即可同時(shí)反映物質(zhì)在規(guī)定時(shí)間域內(nèi)，一定波長(zhǎng)處吸收度值的變化(量的指標(biāo))和在規(guī)定時(shí)間域內(nèi)由光譜形狀變化表現(xiàn)出來(lái)的物種同一性變化(質(zhì)的指標(biāo))，彌補(bǔ)了常規(guī)分光光度法和傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析在穩(wěn)定性考察時(shí)只能反映量指標(biāo)的不足，克服了單一紫外吸收峰值定量在藥物穩(wěn)定性測(cè)定中以偏蓋全的缺陷，并實(shí)現(xiàn)了定性結(jié)果的定量表達(dá)。鄭紅等應(yīng)用該方法對(duì)頭孢哌酮和舒巴坦溶液的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)定；劉荔荔等考察了5種臨床靜滴液的化學(xué)穩(wěn)定性；陸峰等考察了褶合光譜法與高效液相色譜法分析氟康唑及其常用配伍的穩(wěn)定性。結(jié)果表明兩方法間無(wú)顯著性差異，驗(yàn)證了褶合光譜法替代高效液相色譜法用于藥物配伍穩(wěn)定性考察的可行性。

 

2.4 其它褶合光譜分析法的實(shí)質(zhì)是一種信號(hào)處理技術(shù)，具有線(xiàn)性和加合性特點(diǎn)的任何信號(hào)均可用褶合變換技術(shù)處理。因此．褶合光譜分析法不僅適用于紫外-可見(jiàn)吸收光譜，也同樣適用于紅外、熒光、核磁共振及色譜分析儀等分析信號(hào)的處理，已被廣泛應(yīng)用于許多學(xué)科領(lǐng)域。陸峰等采用褶合光譜法考察紫外線(xiàn)致脫氧核糖核酸(DNA)突變，以褶合光譜差譜值的形式量化地表達(dá)DNA細(xì)微突變的程度，其靈敏度遠(yuǎn)高于二階導(dǎo)數(shù)光譜法。DNA中添加二甲亞砜后表現(xiàn)的褶合光譜差譜變化與高效毛細(xì)管電泳指紋圖譜的結(jié)果一致。褶合光譜法分析過(guò)程簡(jiǎn)單快速，可用于抗紫外線(xiàn)損傷、抗突變藥物的初步篩選。鄭紅等應(yīng)用褶合光譜法對(duì)β-半乳糖苷酶的活性進(jìn)行了測(cè)定，證實(shí)與吸光度值分析法相比，本法不僅更加簡(jiǎn)便、快速，而且靈敏度和精確性也很高。

 

3、結(jié)語(yǔ)

 

應(yīng)用褶合光譜法能夠?qū)��?fù)雜體系不經(jīng)分離即可實(shí)現(xiàn)測(cè)定。操作更為簡(jiǎn)便。而褶合光譜法也有其不足之處。如目前還不能用于含未知成分的復(fù)雜體系的測(cè)定等，但是隨著光譜采集器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，相信褶合光譜法將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。