近紅外技術(shù)

1、近紅外技術(shù)（Near infrared）及其在藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,,X射線 遠紫外光 近紫外光 可見光 近紅外中紅外 遠紅外 微波 射頻,,,,,,,,,100 nm 200 nm 400 nm 800nm(0.8?m) 50 ?m 400 ?m 1m 5m,電子能級躍遷,分子振動與轉(zhuǎn)動能級躍遷,轉(zhuǎn)動能級躍遷,電子和核自旋能級躍遷,電磁

2、波譜,什么是紅外光譜（IR）？,紅外光譜是由于分子的振動能級的躍遷而產(chǎn)生的，當(dāng)物質(zhì)吸收一定波長的紅外光的能量時，就發(fā)生振動能級的躍遷。 分子的振動分為：伸縮振動（?）、彎曲振動（?）。,,分子的振動類型 （1）Streching Vibration——成鍵原子沿著鍵軸的伸長或縮短（鍵長發(fā)生改變，鍵角不變）。 ? Diatomic molecular ------ a streching vibratio

3、n,,（2）彎曲振動 (Bending Vibrations)—引起鍵角改變的振動,,紅外光能量（△E=0.05-1.0ev）紫外光能量（△E=1-20ev）IR能量較低，能引起分子振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，又稱為分子振動光譜或振轉(zhuǎn)光譜。,紅外光譜的特點,1、特征性強構(gòu)成化合物的原子質(zhì)量、化學(xué)鍵、原子的連接次序和空間位置不同都會造成紅外光譜的差別。 2、適用范圍廣： 固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)都可進行測定。,重要區(qū)域,

4、（1）近紅外：波長在0.76-2.5μ m之間（波數(shù)12820-4000cm-1）（2） 中紅外：波長在2.5-25μ m（在4000-400 cm-1，通常所用的紅外光譜是在這一段的（2.5-15μ m，即 4000-660 cm-1）光譜范圍（3） 遠紅外：波長在25~1000μ m（在400-10 cm-1）,中紅外區(qū)域,? 特征吸收峰和指紋區(qū)在紅外光譜上波數(shù)在 3800~1400cm-1 高頻區(qū)域的

5、吸收峰主要是由化學(xué)鍵和官能團的伸縮振動產(chǎn)生的,故稱為特征吸收峰(或官能團區(qū))。在紅外光譜上波數(shù)在1400~650cm-1 低區(qū)域吸收峰密集而復(fù)雜，像人的指紋一樣，所以叫指紋區(qū)。,中紅外區(qū)域,官能團區(qū)分為：X-H區(qū)、三鍵區(qū)和雙鍵區(qū)。,主要官能團的吸收區(qū)域,紅外光譜表示方法,橫坐標(biāo)：吸收波長(?)或波數(shù)(?)。吸收峰位置?？v坐標(biāo)：透過率(T%)或吸光度(A)。吸收峰強度。,什么是近紅外光譜（NIR）？,屬于分子振動光譜ASTM（美

6、國試驗和材料協(xié)會）將近紅外光譜區(qū)的范圍定義為780--2526nm (12820~3959cm-1)，分為短波(780一1000nm)和長波(1100一2526nm)兩個區(qū)域主要反映分子中C一H、N一H與0一H基團的倍頻和合頻振動吸收,與其他光譜的比較,信息特點,信號頻率類似可見光，易于采集和處理光譜信息類似于中紅外，信息豐富信息強度比中紅外區(qū)低，譜帶寬，吸收弱，光譜容易變動，背景復(fù)雜，吸收峰重疊-----需要經(jīng)計算機特

7、殊處理。,近紅外光譜的技術(shù)分類,常規(guī)分析技術(shù)：透射和反射光譜兩類。透射光譜——透明的真溶液或固體樣品，儀器測量得到的吸光度與樣品的濃度之間遵守比爾一朗伯定律;（比爾郎伯（Lambert-Beer）定律是吸收光度法的基本定律，表示物質(zhì)對某一單色光吸收的強弱與吸光物質(zhì)濃度和厚度間的關(guān)系。 ）漫反射光譜——固體和半固體樣品——樣品的結(jié)構(gòu)和組成信息常規(guī)反射光譜——不帶有分析樣品的組成信息,產(chǎn)生與發(fā)展歷史,1800年，人類發(fā)現(xiàn)的第一個

8、非可見光譜區(qū)域，1950年代，初步在農(nóng)副產(chǎn)品上應(yīng)用1960年代，因靈敏度低、抗干擾性差，淡出分析領(lǐng)域“光譜技術(shù)中的沉睡者”。1980年代后，重新被認識，成為一門獨立分析技術(shù)，分析化學(xué)領(lǐng)域被譽為分析“巨人”,技術(shù)優(yōu)勢,1、分析對象廣泛：幾乎可用于所有與含氫基團有關(guān)的樣品物化性質(zhì)分析2、吸收強度低，穿透深度大3、分析快速簡便，無須復(fù)雜處理，通過數(shù)?？梢酝瑫r得到多個樣品的多個參數(shù)4、可使用光纖傳輸，近紅外區(qū)的波長短，

9、不被玻璃或石英介質(zhì)吸收，適用于遠程控制5、可用于定性定量分析，通過數(shù)學(xué)矯正模式來實現(xiàn)6、無損樣品，無污染,技術(shù)不足,1、檢測極限一般為0.1%，只適合常量分析，尚難以進行痕量分析(物質(zhì)中被測組分含量在百萬分之一以下的分析方法稱為痕量分析 )。2、一種間接分析技術(shù)，對于經(jīng)常性的質(zhì)量控制十分經(jīng)濟且快速，但對于偶爾的分析或分散性樣品不太適用。,近紅外光譜分析技術(shù)的基本方法,1、代表性樣品選擇——測量其近紅外光譜。2、數(shù)據(jù)采集—

10、—采用標(biāo)準或認可的參考方法測定所關(guān)心的組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。3、建?！ㄟ^合理的化學(xué)計量學(xué)方法建立校正模型，為消除各種因素對光譜的干擾, 需要對光譜進行預(yù)處理。4、未知樣本組成性質(zhì)的測定。,近紅外光譜分析技術(shù)的基本方法,定性分析,依靠已知和未知樣品譜圖的比較來完成的。一般須借助計算機模式識別方法方可完成。方法：相似系數(shù)法、馬氏距離法、主成分分析、主成分分析結(jié)合馬氏距離法、BEAST法、Sn近CA法和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法,定量分析

11、,屬于多元校正范疇，最常使用的多元校正算法有多元線性回歸、主成分回歸、偏最小二乘回歸等。,在藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,1、原料藥分析快速測試原料，保證反應(yīng)的順利進行。例：NIR測量酸的純度，可替代復(fù)雜的微分量熱法、x射線衍射和熱重分析法。采用NIR直接識別了裝在密閉容器中的材料,2、輔料識別,快速識別——色澤、外觀都非常相似，極易混淆的輔料。用線性判別方法——識別了在基本物理參數(shù)如密度和結(jié)晶度等方面具有差異的不同藥用輔料;,

12、,采用近紅外光譜對10種藥物輔料(無水磷酸氫二鈣、無水乳糖、乳糖、硬脂酸鎂、淀粉、硫酸月桂酸鈉、聚乙烯毗咯烷酮、微晶纖維素等)進行分類鑒別。,3、成藥鑒別,快速、直接、原位與非破壞性分析——市場上的假藥、劣藥NIR符合這一需要,4、天然藥物鑒別,快速識別——產(chǎn)地不同的同一類藥材保證其制劑的藥效穩(wěn)定。區(qū)分——各種假冒偽劣品，有效、快速地判別天然藥物的優(yōu)劣真?zhèn)?5、藥物生產(chǎn)過程監(jiān)控,實現(xiàn)動態(tài)分析——NRIS分析的特點使得近紅外分析技

13、術(shù)特別適宜于在線的過程控制分析。,NIR在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用,1、中藥材白芷的真?zhèn)闻袆e,中藥材白芷的真?zhèn)闻袆e,中藥材白芷真?zhèn)闻袆e,2、中藥材的產(chǎn)地分析,NIR 光譜分析技術(shù)能夠以非破壞方式從樣本直接獲取分析信息, 有效地避免樣品因預(yù)處理所造成的微量(或次要) 組分的損失以及組分存在形態(tài)變化, 最大限度地保留不同產(chǎn)地的相同種類中藥材樣本之間的微小差異, 已經(jīng)廣泛用于判定人參、丹參、黃芪等藥材產(chǎn)地,中藥材的產(chǎn)地分析,黃芪樣本的近紅外光譜的標(biāo)

14、準偏差圖,黃芪樣本的近紅外光譜的標(biāo)準偏差圖,3、中藥材成分定量分析,傳統(tǒng)的分析方法是不連續(xù)的, 并且通常情況下1 次分析只能測定1 種成分或1 個參數(shù)。而近紅外光譜在線分析技術(shù)可以連續(xù)測定多個成分和多個參數(shù), 極大的縮短了分析時間, 提高了分析效率,中成藥的近紅外光譜分析,杜德國等， 應(yīng)用近紅外光譜方法定量分析復(fù)方蘆丁片中蘆丁和維生素C的含量，所建立的預(yù)測方程對樣品的預(yù)測值和真實值之間的相關(guān)系數(shù)為99.75%， 具有快速、準確和無損等特

15、點.,在中藥應(yīng)用中存在的主要問題,1、中藥化學(xué)基礎(chǔ)研究的不足2、近紅外光譜技術(shù)存在分析濃度下限明確或潛在可能的有效化學(xué)成分的含量往往達不到分析的濃度下限對大類組分， 如總黃酮、總皂甙、總生物堿等的分析， 以及提取物中有效組分的分析上是可行、且有優(yōu)勢3、需要特征信息提取和處理技術(shù)信息弱，存在噪音,中藥領(lǐng)域中的應(yīng)用前景展望,1、近紅外光譜技術(shù)在GAP中的應(yīng)用在對藥用植物實行品種、產(chǎn)地、栽培條件等方面的監(jiān)督和管理之后， 能