利用FT-IR、UV和THz指纹技术结合溶解度检测对中药固体制剂紫芝金花丸进行质量控制

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Quality control of traditional Chinese medicine solid preparation Zhizi Jinhua Pills via FT-IR, UV and THz fingerprints assisted with dissolution

　　王晓彤|邹凯宁|李佩瑶|朱文|崔浩瑞|肖立文|兰莉莉|孙国祥中国辽宁省沈阳市沈阳药科大学药学院，邮编110016摘要传统中药及其特色制剂的化学复杂性及成分多样性给其质量控制带来了巨大挑战。光谱检测技术因其快速、无损且环保的特点，成为评估中药质量的重要工具。然而，光谱信息的重叠长期以来阻碍了有效的定性和定量分析。本研究采用傅里叶变换红外光谱、紫外光谱和太赫兹光谱技术为滋滋金花丸建立多维光谱指纹图谱。通过量子指纹法对原始光谱进行处理，再利用系统量化指纹法进一步评估定性相似度与定量相似度。基于整合后的三光谱指纹分析，32批滋滋金花丸样品被分为三个不同的质量等级。此外，还采用全紫外指纹策略系统研究了该制剂的整体溶出行为。所建立的全紫外指纹方法能够快速准确地表征体外溶出曲线。在所有样品中，有两批的溶出速率相对较慢，而四批的释放速度较快，这一差异可通过定量相似度参数准确区分。本研究为解决中药光谱分析中的光谱信息重叠问题提供了有效策略，同时也推动了紫外指纹技术在全面溶出评价中的应用，为中药固体制剂的质量控制提供了一种可靠实用的技术方法。引言传统中药具有作用温和、副作用少的特点，中药复方制剂可通过多种成分的协同作用发挥多种治疗功效。然而，中药的复杂性导致市场上产品质量参差不齐，其成分复杂的化学结构以及生产过程的不一致性都对质量控制造成了不利影响[1]。建立科学的质量控制方法以提高产品质量的一致性，将有助于中药的进一步发展与应用。色谱学、光谱学以及生物特征指纹等中药多维指纹技术[2]，结合化学计量学[3][4]和光谱-效应关系[5]，推动了指纹技术在中药质量控制中的应用。以液相色谱、气相色谱及其质谱为基础的指纹方法是应用最广泛的[6][7]。不过，色谱分析往往需要样品的制备和提取过程，不可避免地会造成成分损失。相比之下，光谱检测因其快速、便捷、环保且信息丰富等特点也被广泛使用，如紫外光谱、红外光谱、核磁共振光谱、荧光光谱等[8]其他光谱指纹技术。紫外光谱可以监测包含π→π*、n→π*和n→δ*的电子能级跃迁[9]，而大多数中药的有效成分在紫外波段都有吸收特性，因此紫外光谱在化合物的鉴定和测定中极为常用[10]。傅里叶变换红外光谱和近红外光谱作为非侵入式、快速的光谱分析方法，且样品制备简单[11]，被广泛应用于食品、医药、生物学等领域[12][13][14][15]。结合偏最小二乘回归法的红外定量模型挖掘技术[16]进一步拓展了红外光谱的应用范围。太赫兹波介于红外辐射和微波辐射之间，频率范围为0.1至10太赫兹，兼具两者的一些特性[17]。太赫兹波能够作用于有机分子间的氢键、大分子骨架振动以及晶体低频振动等。许多中药活性成分的分子振动和转动能级都处于太赫兹波段，因此太赫兹技术在识别中药中的初级代谢物（糖类、蛋白质和核酸）及次级代谢物（生物碱、黄酮类等）方面发挥了重要作用[18][19]。通过各成分特有的太赫兹光谱，可以实现对不同中药样品的鉴别。但由于光谱分析的难度较大，该技术在药物领域的应用仍然十分有限。由于传统中药成分复杂，其光谱检测结果往往是多重信号重叠的结果，给解读带来很大困难。这种复杂性使得光谱学等技术在中药分析中的应用主要局限于定性鉴定，难以实现多维度分析。本研究采用的量子指纹技术可将连续的数据点转化为指纹峰，从而扩大相似度评价方法的应用范围并提高分析效率。通过量子指纹技术，不同数据结构的指纹可以进行统一预处理，整合多维度信息，从而从化学组成、化学键、官能团等多个角度全面表征中药的丰富内涵。传统中药丸剂作为一种经典的剂型，经过数个世纪的发展，形成了蜜丸、水蜜丸、水丸、膏丸、蜡丸、浓缩丸和滴丸等多种类型，以实现不同的释放效果[20]。丸剂具有体积小、表面致密光滑、易于吞咽吸收、不易吸潮且便于储存等优点。口服后，丸剂作为天然缓释制剂，在胃肠道中缓慢崩解，逐渐释放药物，从而产生持久的药效，同时通过延缓有毒、剧烈或刺激性药物的吸收来降低其毒性和不良反应[21]。不过，丸剂也存在剂量较大、溶出度低以及质量差异较大等问题。对于结构复杂的中药而言，仅监测一种或几种成分的溶出度远远不够，因此有必要对这种历史悠久但仍在使用的剂型进行现代化的综合溶出测试，以更好地服务于临床应用。滋滋金花丸是一种中药复方制剂，由8种中药材的粉末制成的水丸。由于中药材的质量差异，市面上的制剂质量也参差不齐。本研究针对滋滋金花丸建立了紫外、傅里叶变换红外和太赫兹光谱指纹图谱，并通过系统量化指纹法对其进行了评估。同时，结合偏最小二乘回归法构建了傅里叶变换红外光谱的定量模型，以探究红外光谱指纹的定量能力。随后，将三种光谱的结果整合起来，全面反映中药的质量状况，推动光谱技术在中药/草药及其他领域的应用。最后，通过多组分溶出试验和整体溶出试验研究了滋滋金花丸的溶出情况，为中药固体制剂的更合理质量控制方法提供了依据。实验材料32批滋滋金花丸分别来自不同的生产厂家。甲醇和乙腈（HPLC级）购自中国山东禹王化学试剂有限公司，磷酸（HPLC级）购自中国四川成都成都科龙化学试剂有限公司，溴化钾（光谱级）购自中国成都天津大茂化学试剂厂，去离子水及其他试剂均为分析级。紫外光谱测试将1袋（9克）滋滋金花丸研磨成细粉。光谱的量子指纹原理由点构成的光谱数据在峰值匹配过程中难以直接评估相似度，因此提出了光谱量化指纹技术，将该光谱的连续点转化为独立的峰，从而使光谱变为类似色谱图的形式。量子指纹技术通过选择不同的片段进行合并，得出一系列参数：i）峰数，ii）峰位，iii）半宽，iv）峰高，v）峰面积，vi）紫外指纹（UV-FP）通过PEEK管（长度5000毫米，内径0.18毫米）由二极管阵列检测器获取190纳米至400纳米范围内的紫外信号，该技术无需分离即可1分钟内检测出所有具有π→π*、n→π*以及共轭π→π*特征的化合物。如图1A和B所示，滋滋金花丸溶液在197纳米、276纳米和320纳米处分别存在三个吸收峰。为研究单一药材对该复方药物的贡献，按处方称取8种药材的粉末并进行提取。结论本研究中发现，紫外光谱法需要对样品进行预处理，且受提取溶剂和温度等因素的影响，样品溶液还存在提取程度不均和成分损失等问题。相比之下，红外光谱和太赫兹光谱分析不需要复杂的提取步骤，能够快速检测物质，但检测的物质种类和范围较为有限。将紫外光谱、红外光谱和太赫兹光谱的检测结果相结合，可全面了解样品的特性。利益冲突声明作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。致谢本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82404858）、辽宁省教育厅（项目编号LJ212410163028）、辽宁省科学技术厅（项目编号2025-BS-0733）以及沈阳药科大学创新创业训练计划项目（项目编号202510163004）的支持。