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Application of UV similarity in quality control of Chinese medical injection

紫外光谱相似度及其在中药注射液质量控制中的应用



全 文 :Comparativestudyontransdermalosmosisinvitro
ofAconitumbrachypodiumliniment,gelandpatcher
LINYaping1,ZHAOYing2,ZHANGYongping2,LIANGGuangyi2
(1.GuizhouProvinceDrugAdministration,Guiyang550004,China;
2.GuiyangColegeofChineseTraditionalMedicine,Guiyang550002,China;
3.BioinformationColegeofChongqingTelecommunicationUniversity,Chongqing400065,China)
[Abstract] Objective:TostudythetransdermalosmosisprocessofAconitumbrachypodum'sliniment,gelandpatchertopro
videbasisforselectingdosageformandcontrolingthequality.Method:Takingthecumulaterateoftransdermalasindex,aimitated
Fick'sdifusiondevicewasusedfortheinvestigatingthetransdermalosmosiscourseofthethreepreparations.Thebesttransdermal
mathematicsmodelsareobtainedandtherelationsbetweenthetransdermalcourseandthereleasecourseareanalysed.Result:The
threepreparationshavediferentcharacteristicsoftransdermalosmosiscourse.Thelinimentmeetsdynamics0orderprocess,thegel
andthepatchermeetdynamic0orderprocessofnoncorodeddrugsystem.Andtherelationisgoodcubicequationbetweentheirtrans
dermalcourseandreleasecourse.Conclusion:Thetransdermalosmosisexperimentinvitroforthreepreparationscanprovidebasisfor
selectingdosageformandthequalitycontrolinfuturestudies.
[Keywords] Aconitumbrachypodum;liniment;gel;patcher;transdermalosmosiscourseinvitro
[责任编辑 鲍 雷]
紫外光谱相似度及其在中药注射液
质量控制中的应用
孟庆华1,2,王微波2,胡育筑1
(1.中国药科大学 分析化学教研室,江苏 南京 210009;
2.徐州师范大学 化学系,江苏 徐州221116)
[摘要] 目的:建立一种计算紫外光谱相似度的方法实现对中药注射液质量的控制。方法:用紫外吸收光谱
上所有数据点计算样品紫外光谱与多个对照品紫外光谱的相似度并求出平均值,通过该平均值与阈值的比较对样
品质量进行评价;将相似度新算法与向量夹角余弦、相关系数等算法进行了比较;同时也将作者提出的紫外相似度
质量评价方法与色谱相似度的质量评价方法进行了比较。结果:紫外光谱相似度能敏感反映谱图间的差异,应用
于14批香丹注射液的质量评价与实际一致。结论:根据紫外光谱相似度大小可实现对中药注射液的质量控制。
[关键词] 相似度;紫外吸收光谱;质量控制;指纹图谱;香丹注射液
[中图分类号]R2841 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)03020605
[收稿日期] 20060125
[通讯作者] 孟庆华,Tel:(0516)83403165,Email:mqhxz@
btamailnetcn
  采用指纹图谱技术能够在一定程度上从整体 对中药质量进行控制[1],其中色谱指纹图谱应用最
为普及,由于分析时间长,快速监测存在困难。紫
外光谱法具有灵敏可靠、简便快速的特点,但有关
紫外指纹图谱的文献较少见[2,3]。指纹图谱评价中
药质量一般采用相似度指标,由于紫外光谱是宽带
吸收光谱,专属性不强,如何计算相似度是关键,常
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见谱图间相似度的算法有相关系数法、向量夹角余
弦法[46],实际应用时发现它们有时并不能灵敏反
映样品间质量差异,作者曾提出了色谱指纹图谱相
似度的新算法[7,8],本研究在此基础建立了紫外光
谱间有关谱图间相似度算法,类似算法尚未见文献
报道。
1 基本理论与方法
中药的紫外吸收光谱是其各组分特征吸收光谱
叠加而成,在一定条件下只要所含成分基本相同,则
其紫外吸收光谱相似。紫外光谱虽是宽带吸收,但
只要分子结构有差别,物质分子产生的紫外吸收光
谱一般会有一定差别,因而中药紫外吸收光谱反映
一定化学成分的存在与否和含量的高低,具有“指
纹”特性,由此形成了紫外光谱鉴别法[9]。光谱曲
线上每一采样点吸光度大小是各组分特征吸收光谱
在该采样点的叠加,利用相同条件下获得的紫外光
谱曲线上每一采样点数据计算两样品紫外光谱曲线
的相似度,既能表达二者的相似程度,又能反映二者
差异,根据其数值可以分析样品中组分种类及含量
的异同。
根据相似学[10]原理,任何两系统间相似性是系
统间存在的许多要素数量以及每个要素特征特性值
的函数。相似度的计算既要根据系统间相似要素的
数目,也要考虑每一相似要素的相似程度的大小。
计算相似度的紫外吸收光谱可以看作两个系
统,而吸收曲线的每一采样点是系统的要素,每一对
对应采样点可看作一个相似元。由于两光谱曲线都
是由n采样点获得,因而由这 n个采样点(相似元
数)确定的两光谱曲线的相似程度Sn为1。
实际上对应采样点的吸光度并不都相等,两光
谱曲线间的相似度还应考虑对应采样点吸光度差异
的影响。假设两曲线某一对应采样点吸光度分别为
h1和h2,任一对采样点的相似元值为q(i):
q(i)=1-
h1-h2
h1+h2
(1)
式(1)第2项表示由于吸光度的差异而使它们
相似度降低的程度。中药之所以有效是其内在有效
化学成分协同作用的结果,不同的采样点权重因子
应不同,可适当增加有效成分特征波长处的采样点
权重因子,以增加结果的有效性,但不同中药有效成
分特征波长范围不同,如何确定每一采样点的权重
因子有待进一步研究。由于光谱曲线上每一采样点
吸光度大小是各有效组分特征吸收光谱在该采样点
的叠加,为使问题简化,设定所有采样点的权重因子
都相等(为1/n),则两光谱曲线的相似度S为:
S=Sn=

n∑

j=1
q(i) (2)
其中Sn表示相似元(采样点)数确定的相似度,
由于待比较的两吸收光谱图是在相同条件下获得
的,其数值为1,将式(1)代入式(2)整理得两吸收
光谱的相似度S为:
S=1-1n∑

j=1
h1-h2
h1+h2
(3)
两光谱曲线的所有采样点吸光度都相等,则
S=1;若两光谱曲线的采样点吸光度差别愈大,则 S
愈小。S能够定量反映出两个紫外吸收曲线的相似
程度。
作者初步提出判断中药注射液质量方法是:选
用质量稳定的多批(至少5个批次)合格样品为对
照样品;所有对照样品和待检测样品在完全相同预
处理条件和紫外扫描条件下,获得紫外吸收曲线数
据;求出每一对照样品与其他对照样品的吸收曲线
的相似度,并求出平均值,以其中最小值为相似度阈
值;计算出每一待检测样品与所有对照样品的吸收
曲线平均相似度;某一待鉴定样品的质量评价可通
过该样品的光谱曲线相似度的平均值与阈值比较确
定,相似度大于阈值的样品与选定标准品质量一致,
反之为质量有差异。
用相似度判断中药注射液质量的稳定有2个前
提:①有合适的对照样品;②确定相似度评价阈值。
2个问题的最终解决应结合产品及生产工艺的特
点,根据药效、药理和毒性试验,在大量数据分析的
基础上,提出适宜的阈值。
2 实验
21 仪器、试剂与材料 TU-1201紫外可见分光
光度计(北京普析通用仪器设备公司),Agilent
1100四元泵,Agilent1100可变波长紫外检测器,
Agilent1100HPLC工作站,AltimaC18(46mm×
250mm,5μm)色谱柱。
甲醇(色谱纯),冰醋酸(优级纯),亚沸蒸馏水,
香丹注射液(上海通用药业第三分公司,批号
0205011,0205110,0205179,0205062,050128,
050108,050160,050235,050310;四川宜宾五粮液制
药厂,批号0408021,0407022;三九企业集团万荣三
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九药业有限公司,批号031104,040975;上海童涵春
堂康华药业有限公司,批号04101002)。
22 紫外光谱扫描条件 波长范围200~400nm;
吸光度记录范围 -01~30;波长间隔05nm;扫
描速度中速;石英比色皿厚度1cm;以扫描3次光
谱数据平均值作为最终样品紫外光谱数据。
23 色谱条件[11] 流动相 A1%冰醋酸水溶液B
1%冰醋酸甲醇溶液,梯度洗脱:0~55min,10% ~
100%B;55~60min,100% ~10%B;60~90min,
10%~10%B;流速 10mL·min-1,进样体积 20
μL,检测波长280nm。
25 供试品的制备 紫外吸收光谱法中供试品的
制备:精密量取香丹注射液100mL于250mL量瓶
中,用取离子水定容至刻线处,摇匀。HPLC中供试
品的制备:精密量取香丹注射液050mL于10mL
量瓶中,用亚沸蒸馏水稀释至刻度,045μm滤膜过
滤,作为供试品溶液。
26 计算机软件 色谱指纹图谱相似度计算采用
国家药典委员会推荐的“中药色谱指纹图谱相似度
评价系统”2004A版,其他所有计算和绘图均以
Matlab61(MathworkInc)自行编制程序完成。
3 结果和讨论
31 紫外新算法相似度与色谱指纹图谱相似度
的比较 表1是以批号0205062为对照样品,以新
算法计算的其他批号香丹注射液紫外相似度及色
谱指纹图谱相似度。图1是这7个不同批号的香
丹注射液紫外指纹图谱,图 2是它们的色谱指纹
图谱,显然不论紫外指纹谱图还是色谱指纹图谱
都可以显示这些样品间的异同,而色谱指纹图谱
更能直观特征地显示出它们内在组成的异同,表1
中数据表明以新算法计算的紫外光谱相似度与色
谱指纹图谱相似度大小趋势基本一致,且组成成
分较为一致的注射液相似度较大,而组成成分有
较大的差异注射液相似度较低,因此由新算法计
算的紫外相似度大小可以表达注射液间组成成分
的异同。
32 紫外相似度新算法与相关系数法、夹角余弦法
的比较 表2是上述7个不同批次香丹注射液以批
号0205062香丹注射液为对照样品的紫外指纹图谱
相似度几种不同算法的计算结果,可以看出不论那
种算法,算出的相似度大小与组成成分异同都基本
是一致的,但新算法对差异的灵敏度较高,而夹角余
弦法及相关系数法对差异的区分度较低。这主要是
因为夹角余弦法及相关系数法计算相似度时侧重于
相似性,而新算法是在考察相似性基础上更注重差
异的影响。
表1 新算法紫外相似度与色谱相似度的比较
相似度 0205011 0205179 0205110 031104 04101002 040975
紫外新算法 0.9945 0.9921 0.9867 0.7710 0.6804 0.7889
色谱指纹图谱 0.995 0.976 0.976 0.907 0.664 0.912
图1 7批次香丹注射液紫外指纹图谱 图2 7批次香丹注射液色谱指纹图谱
表2 紫外相似度新算法与其他算法的比较
算法 0205011 0205179 0205110 031104 04101002 040975
新算法   0.9945 0.9921 0.9867 0.7710 0.6804 0.7889
夹角余弦法 0.9999 0.9996 0.9998 0.9871 0.9819 0.9911
相关系数法 1.0000 0.9998 0.9999 0.9887 0.9805 0.9932
33 应用实例 按作者提出的质量评价方法对4 个不同厂家生产的共14批香丹注射液进行相似度
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计算和质量评价。表3是以上海通用药业第三分公
司2005年生产7个批次的注射液为对照样品,计算
的各注射液紫外相似度。同时考察了色谱相似度,
计算结果如表4。由表3可知紫外光谱相似度阈值
为09534,根据相似度大小可得出其他厂家生产的
香丹注射液与对照样品比较质量有差别,同时作者
发现上海通用药业第三分公司2002年产品与2005
年产品质量也有差别;若用色谱相似度判断,阈值为
0927,除万荣三九药业有限公司批号为 031104,
040975外,其他注射液质量评价结果与紫外相似度
评价结果一致。
对于中药注射液,同一厂家生产批号相近的产
品,质量应基本稳定;而不同厂家生产工艺不同,质
量应有差别;已证实上海通用药业第三分公司2004
年后对香丹注射液生产工艺进行了改进,2002年产
品与2005年相比质量应有差异,因此紫外光谱相似
度评价结果与实际情况是相一致的。而采用色谱相
似度评价与实际情况个别有差异,可能与相似度算
法相关系数有关[7,8]。
35 讨论
表3 香丹注射液紫外指纹图谱光谱相似度
样品批号 050128 050108 050160 050235 050310 050132 050227 040975 031104041010020408021040702202050620205011
050128 1.00000.95900.94990.96730.94220.96770.95710.94190.92050.82290.85470.78330.84400.8442
050108 0.95901.00000.96370.96070.96410.99070.97390.96330.95600.85670.81590.74870.80970.8099
050160 0.94990.96371.00000.93380.98830.96110.97750.93270.92660.82800.81880.76050.84120.8414
050235 0.96730.96070.93381.00000.93570.96840.95460.96190.92640.84600.83700.75790.81820.8185
050310 0.94220.96410.98830.93571.00000.96220.97870.93160.93000.83250.81040.75310.83730.8375
050132 0.96770.99070.96110.96840.96221.00000.97980.96470.95020.84930.82390.75580.81710.8173
050227 0.95710.97390.97750.95460.97870.97981.00000.94760.93140.83270.82340.76290.83460.8348
平均值 0.95720.96870.96240.95340.96190.97170.97020.94910.93440.83830.82630.76030.82890.8291
表4 香丹注射液色谱指纹图谱相似度
样品批号 050128 050108 050160 050235 050310 050132 050227 040975 031104041010020408021040702202050620205011
050128 1.000 0.977 0.971 0.946 0.931 0.979 0.971 0.976 0.949 0.931 0.919 0.914 0.740 0.945
050108 0.977 1.000 0.922 0.964 0.927 0.996 0.975 0.989 0.957 0.927 0.921 0.911 0.927 0.939
050160 0.849 0.922 1.000 0.911 0.984 0.926 0.967 0.920 0.900 0.753 0.874 0.857 0.869 0.883
050235 0.946 0.964 0.911 1.000 0.936 0.973 0.966 0.967 0.910 0.697 0.887 0.873 0.891 0.937
050310 0.931 0.927 0.984 0.936 1.000 0.935 0.970 0.927 0.893 0.755 0.865 0.436 0.880 0.886
050132 0.979 0.996 0.926 0.973 0.935 1.000 0.981 0.993 0.966 0.772 0.492 0.910 0.925 0.938
050227 0.971 0.975 0.967 0.966 0.970 0.981 1.000 0.977 0.947 0.747 0.910 0.890 0.927 0.937
平均值 0.942 0.960 0.927 0.949 0.947 0.965 0.972 0.964 0.932 0.750 0.838 0.827 0.880 0.919
  采样点的选取主要考虑3个因素:①波长范围,
应选取有效成分群有特征吸收的波长范围;②扫描
波长间隔,波长间隔不宜太大,否则可能丢失部分谱
形变化信息,但扫描间隔太小,所需扫描时间太长;
③扫描速度,不宜采用快速扫描,综合考虑分析时间
及数据的精确度,采用波长间隔05nm,以中速扫
描。相似度计算时直接采用存贮在计算机中的扫描
间隔各波长点处的(吸光度)测试信号。本方法对
光谱仪的波长准确度和光度测量重现性要求较高,
宜选用计算机控制光谱扫描的现代紫外光谱仪。
由于紫外光谱是宽带吸收光谱,就谱图外观而
言它不如色谱指纹图谱特征性强,有时不能明显地
从谱图形状上看出两样品间组成成分的差异,而实
验结果表明紫外光谱相似度大小能够灵敏地反映中
药质量的异同,可以用于快速监测中药组成成分的
差异,一旦发现质量异常,再利用色谱指纹图谱的直
观性、特征性来分析质量异常的原因,二者结合互为
补充。
本研究所建立的方法适用于组成成分对紫外有
吸收的中药质量检测,具有快速、简便的特点,能在
一定程度上整体反映中成药所含有效成分异同,可
作为监测中药注射液质量稳定性的简便方法;其算
法有可能扩展到红外或近红外光谱的相似度研究。
[致谢] 本研究得到徐州师范大学自然科学基金的支
持。
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ApplicationofUVsimilarityinqualitycontrolofChinesemedicalinjection
MENGQinghua1,2,WANGWeibo2,HUYuzhu1
(1DepartmentofAnalyticalChemistry,ChinaPharmaceuticalUniversity,Nanjing210009,China;
2DepartmentofChemistry,XuzhouNormalUniversity,Xuzhou221116,China)
[Abstract] Objective:ToproposeanalgorithmofthesimilaritybetweenUVspectraforcontrolingthequalityofChinesemed
icalinjectionMethod:ThesimilarityiscalculatedbaseonthedataoftwoUVspectrumcurves,thusthesamplequalityisevaluated
accordingtotheaveragevalueofthesimilarityoftheUVspectrabetweensamplewitheachofstandardsamples;theproposedalgorithm
ofthesimilarityiscomparedwithcosineofvectorialangleandrelativecoeficient;theproposedmethodforqualityevaluationoftradi
tionalChineseinjectionisdiscussedwiththemethodaccordingtothechromatographicfingerprintsimilarityResult:Thecalculated
similaritywiththeproposedmethodcanbesensitivetoshowthediferencebetweenUVspectraThisproposedmethodforqualityeval
uationwasappliedforassessingqualityof14batchesofXiangdaninjectionandtheresultswelcoincidentwithsample
qualityConclusion:TheproposedmethodcanbeusedtoevaluatethequalityoftheChinesemedicalinjectionaccordingtothesimilar
ityoftwoUVspectrumcurves
[Keywords] similarity;UVspectrum;qualitycontrol;fingerprint;xiangdaninjection [责任编辑 鲍 雷]
[收稿日期] 20060227
[基金项目] 国家自然科学基金资助项目(30500665)
[通讯作者] 肖小河,Tel:(010)66933322,Email:pharmacy302@126.com
不同黄连炮制品 HPLC指纹图谱研究
廖庆文1,2,樊冬丽1,3,肖小河1,罗杰英2,刘绍贵2,鄢 丹1,4,马永刚1,4
(1.解放军302医院 全军中药研究所,北京 100039;2.湖南中医药大学,湖南 长沙 410007;
3.中国医学科学院 中国协和医科大学 药用植物研究所,北京 100094;
4.成都中医药大学,四川 成都 610015)
[摘要] 目的:建立黄连不同炮制品的HPLC指纹图谱,为黄连不同炮制品的鉴别及炮制作用机制的初探提
供依据。方法:采用HPLC测定了酒制黄连等6种不同黄连炮制品样品,运用样品聚类与指纹图谱相似度评价方法
分析其结果。结果:黄连不同炮制品的 HPLC指纹图谱共有峰特征明显,不同炮制品指纹图谱有差异。样品聚类
将黄连不同炮制品分为2类,聚类结果与药性相关联。结论:本法简便、快捷、重复性好,可用于黄连不同炮制品的
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