Application of Fourier Transform Infrared Spectrophotometry in Pharmaceutical Drugs Analysis

This review provides some background to infrared spectroscopy including Fourier transform infrared spectroscopy. It is not meant to be complete or exhaustive but to provide the reader with sufficient background for selected applications in pharmaceutical analysis. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) is a fast and nondestructive analytical method. Associated with chemometrics, it can become a powerful tool for the pharmaceutical industry. Indeed, it is suitable for analysis of solid, liquid, and biotechnological pharmaceutical forms. This review focuses on pharmaceutical FTIR applications used for qualitative and quantitative analysis. Moreover, it can be implemented during pharmaceutical development, in production for process monitoring, and in quality control laboratories.     

中药重楼及其伪品开口箭的FTIR分析与鉴别

本文采用傅里叶变换红外光谱方法(FTIR)对中药材重楼及其伪品开口箭的红外光谱进行了测试及对比分析。研究表明,重楼和开口箭各自有其独特的红外光谱特征,二者各自所包含的红外吸收峰的峰位明显不同,二者的红外光谱的峰形整体上有非常明显的区别,特别是在1650cm-1处及1405～1258cm-1范围这两个地方二者的峰形有非常明显的区别。采用傅里叶变换红外光谱方法可对重楼及其伪品开口箭加以鉴别和区分。     

近红外光谱技术在中草药分析中的应用

中草药分析与鉴定对中草药质量控制意义重大,传统分析方法由于过程复杂、需要丰富的经验等不利因素,无法满足快速分析和在线分析的要求。近红外光谱技术具有预处理简单、分析速度快、适用于固体漫反射技术和光纤技术等特点,已经在中草药有效组分的快速测定、在线质量控制、药材真伪鉴别、产地及质量鉴定等方面得到广泛应用。文章介绍了近红外光谱技术的基本原理和分析方法,综述了近红外光谱技术在中草药定量及定性分析方面的具体应用。     

傅里叶变换红外光谱分析技术在预防医学领域的应用

本文从环境污染、生命科学、应用开发及最新红外分析方法四方面阐述了傅里叶变换红外光谱分析技术在预防医学领域的具体应用：在环境污染领域主要叙述了气红联用（GC/FTIR）技术在环境复杂有机污染体系分析中的优势、局限性及解决途径；在生命科学领域主要叙述了红外光谱分析技术在蛋白质二级结构、膜蛋白、脂、核酸及细胞、组织等复杂体系研究中的具体应用；另外，还介绍了的红外光谱分析技术在食品、化妆品及保健药品等领域的具体应用及几种最新红外分析方法。     

FTIR直接测定法在解决忍冬科一些分类学问题中的应用研究

应用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 法测定了忍冬科5属12种植物的红外光谱,对其红外光谱及系统关系进行了分析。结果表明：各分类群的红外光谱具有高度特异性和重现性,七子花属与忍冬族和北极花族的关系都比较接近,表明七子花属有可能在一定程度上联系着忍冬族和北极花族,而接骨木属和荚蒾属与科内其他属的距离并不远,支持目前把这两属归入忍冬科的分类方法。说明利用已知的标准红外光谱图库,可以鉴定和区分出这些属或其他属植物的种类及关系。     

FTIR指纹图谱技术在禹余粮质量控制中的应用

矿物药是中国传统药学中不可缺少的重要组成部分。禹余粮作为常用矿物药之一,在临床上有着广泛的使用和确切的疗效,长期用于治疗久泻,便血和崩漏带下。由于禹余粮原矿物成因复杂,通常由多种矿物组成,且组成比例不一,导致目前市场矿物药禹余粮品种来源较混乱,质量参差不齐,真假难以分辨。2010版《中国药典》所收载矿物药禹余粮的质量控制标准仅有简单的性状和铁盐的化学鉴别项目,不能很好的控制禹余粮的质量。通过FTIR方法建立矿物药禹余粮FTIR指纹图谱,并对禹余粮炮制前后及伪品FTIR图谱进行了比较分析。对不同产地和批次18份禹余粮样品进行分析,FTIR指纹图谱相似度评价以计算共有峰透光率的夹角余弦值获得。结果显示,禹余粮样品的FTIR指纹图谱相似度、相关系数均大于0.90;禹余粮生品、炮制品、伪品红外图谱存在较大差异。阐述了利用FTIR指纹图谱研究禹余粮的成分特征,能够快速、简便地区分真伪及炮制前后的禹余粮样品。禹余粮FTIR指纹图谱的建立为矿物药禹余粮质量评价提供了新方法,为《中国药典》禹余粮药材质量标准的完善提供了依据。     

FTIR结合主成分分析对棕榈科植物鉴别研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合主成分分析(PCA)对棕榈科植物2个亚科4个族的植物叶片进行了光谱研究。结果显示,棕榈科同族不同种和同科不同族的植物在红外光谱上表现出差异。用二阶导数光谱进行主成分分析,显示可以将样品进行正确分类。研究表明傅里叶变换红外光谱在鉴别分类植物方面具有应用潜力。     

柳树病叶的傅里叶变换红外光谱研究

利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对三种柳树正常叶和病叶,同一枝条的幼叶、成叶、黄叶、病叶进行光谱测试,旨在分析柳树病叶发生的一些生理变化,并探讨柳树病变对系统聚类的影响。谱图显示不同阶段的叶片光谱变化主要在1800~800cm-1。对此波段进行二阶导数处理,清晰可看到蛋白质和木质素的叠加区域1700~1500cm-1,草酸钙特征峰1621、1318cm-1,糖类特征峰1075cm-1附近峰强有明显变化,用吸光度比A1621/A3390、A1318/A3390、A1075/A3390来比较草酸钙和糖类相对含量变化,用1700~1500cm-1波段的拟合峰面积比S酰胺I/S木质素、S酰胺Ⅱ/S木质素和S酰胺Ⅱ/S酰胺I来比较蛋白质相对含量变化。结果显示,病叶的草酸钙相对含量增加、多糖和蛋白质相对含量在减少。将叶片1800~800cm-1范围的二阶导数进行系统聚类,发现病叶化学成分的改变没有影响聚类效果,聚类正确率达100%。     

乳腺组织中核酸的FTIR光谱分析

在物理因素和化学因素的影响下 ,乳腺组织中DNA分子结构发生改变而出现损伤 ,导致碱基结构的诱发变异。研究表明 ,FTIR光谱能够灵敏地反应这种结构变化。通过比较不同类型乳腺疾病组织的FTIR光谱、去卷积光谱和数据分析 ,可以看出正常组织、良性组织以及癌组织在蛋白质、核酸和糖含量方面的差异。通过对不同类型乳腺组织中核酸的提取 ,经FTIR光谱和去卷积光谱分析 ,进一步研究了核酸中碱基结构和含量 ,磷酸盐结构和含量之间的差异。结果表明 :癌变组织中胶原蛋白和核酸含量有明显增加 ,糖蛋白含量逐渐减少 (除粘液癌外 )。提取核酸后的光谱和光谱数据显示 :癌变组织中碱基环鸟嘌呤的氢键化程度增强 ;在自由基·OH攻击下 ,癌组织中碱基环腺嘌呤大多数是以氧化的 8 OH Ade形式而存在 ,由于CN振动增强 ,峰位移向高波数 ,磷酸盐含量增加 ,去卷积后 ,A1 0 80 A1 0 50 数据显示 ,从正常、良性到癌组织 ,PO-2 相对于C—O含量增大。从分子生物学、分子医学角度 ,为研究癌变机理提供重要依据     

偏最小二乘法在傅里叶变换红外光谱中的应用及进展

偏最小二乘法(PLS)是一种应用非常广泛的化学计量方法,它综合了多元线性回归法(MLR)和主成分回归法(PCR)的优势,具有预测能力强和模型相对简单等优点。PLS使傅里叶变换红外光谱的应用范围不断扩大,同时算法也得到了改进和完善。文章介绍了偏最小二乘法在傅里叶变换红外光谱中的应用,对改进算法,如移动窗口PLS(MWPLS)、稳健PLS(RPLS)、加权PLS(WPLS)和非线性PLS等进行了介绍。同时,对应用PLS时数据的预处理、变量的选择、噪声的处理和非线性模型的建立进行了综述。     

团状雪灵芝三种提取工艺的红外光谱跟踪分析

为了建立一种基于红外光谱跟踪分析的过程分析方法用于团状雪灵芝(AP)提取分离过程的宏观指导,从同一工艺不同提取物及不同工艺同一提取物两个方面,对三种提取工艺各四种提取物进行红外光谱跟踪测试,并对红外光谱及相应二阶导数谱进行了深入的对比分析研究。光谱分析结果显示,同一工艺的不同提取物具有明显不同的光谱吸收特征;不同工艺同一提取物的吸收特征总体相似,但彼此之间也存在明显的光谱差异。1 603和1 123cm-1的特征峰表明,提取法一中,黄酮类及其糖苷主要进入了酯提物,余者进入了醇提物。相反,方法二、三中,大部分黄酮类进入了醇提物,水提物中还存在微量黄酮苷。此外,根据2 850cm-1峰强可知,方法二酯提物中苷元及高级饱和烃基含量较高。类似的,1 066和2 927cm-1等特征吸收峰表明方法三的醇提物中糖苷及多糖含量较高。研究结果表明,AP组分在不同提取工艺中的迁移规律不尽相同,提取过程中的物质迁移信息可以通过各提取物红外光谱的跟踪分析进行记录和直观解析。红外光谱跟踪分析法是一种快速、有效、低碳、环保的过程分析方法,对于诸如AP等植物提取分离过程的质量控制或工艺优化具有宏观指导意义。     

鹅膏菌的傅里叶变换红外光谱研究

利用傅里叶变换红外光谱对云南野生鹅膏科蘑菇子实体及孢子进行了研究,二者的光谱差异显著。子实体光谱的最强峰出现在蛋白质酰胺Ⅰ的特征峰1 655 cm-1附近,在碳水化合物的C—O特征振动峰1 077, 1 042 cm-1附近也有强吸收,表明鹅膏科蘑菇子实体的主要成分是蛋白质和碳水化合物;孢子的三个强峰在2 926,2 855,1 747 cm-1,归属为脂类物质的吸收。在1 800～750 cm-1,不同属、不同种的鹅膏科蘑菇光谱有区别,以此可以区分不同种类的蘑菇。此外,隐花青鹅膏菌不同部位的光谱也有差异,表明蘑菇的化学组分在子实体的不同部位有不同分布。利用傅里叶变换红外光谱可以区分不同种类的蘑菇。     

Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy of Biological Tissues

Abstract

This article reviews some of the recent advances on FTIR spectroscopy in areas related to natural tissues and cell biology. It is the second review publication resulting from a detailed study on the applications of spectroscopic methods in biological studies and summarizes some of the most widely used peak frequencies and their assignments. The aim of these studies is to prepare a database of molecular fingerprints, which will help researchers in defining the chemical structure of the biological tissues introducing most of the important peaks present in the natural tissues. In spite of applying different methods, there seems to be a considerable similarity in defining the peaks of identical areas of the FTIR spectra. As a result, it is believed that preparing a unique collection of the frequencies encountered in FTIR spectroscopic studies can lead to significant improvements both in the quantity and quality of research and their outcomes. This article is the first review of its kind that provides a precise database on the most important FTIR characteristic peak frequencies for researchers aiming to analyze natural tissues by FTIR spectroscopy and will be of considerable assistance to those who are focusing on the analysis of cancerous tissues by FTIR spectroscopy.     

胆管癌新鲜离体组织的傅里叶变换红外光谱研究

该研究探讨了运用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对胆管癌进行术中原位、无创和快速诊断的可行性。联合应用傅里叶变换红外光谱仪和衰减全反射(ATR)探头,测定了26例胆管癌和43例良性胆管疾病新鲜离体组织的红外吸收光谱,发现每条光谱在3 800～1 000 cm-1之间循序出现了12个谱带。测量各个谱带的峰位、峰强和峰面积值,然后计算出各谱带的相对峰强和相对峰面积比值,最后进行标准统计学分析。比较胆管癌与良性胆管组织的光谱发现有以下特征：(1)2 925 cm-1谱带明显地向低波数移位(P=0.033);(2)峰强比I_{1 083}/I_{1 460}(P=0.005)和峰面积比S1 083/S_{1 460}(P=0.001),S_{1 240}/S_{1 460}(P=0.025)明显升高,说明癌组织中核酸相对脂类含量明显增加;(3)峰强比I_{1 550}/I_{1 083}(P=0.000)和峰面积比S_{1 550}/S_{1 083}(P=0.000)明显下降,提示蛋白质相对核酸的含量下降。研究结果表明,FTIR有望成为一种术中原位、在体和快速诊断胆管癌的新方法。     

红参类中药注射剂红外光谱法宏观质量控制标准的研究

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)并结合二阶导数谱和二维相关红外光谱技术(2D-IR),对三种红参类中药注射剂(参附、参麦、生脉)进行了三级鉴定(别)研究。跟踪并找出了批次间、种类间以及中药注射剂与原药材之间谱图的变化规律,根据混合物体系主体成分掩盖的特点,进行了谱图的整体解析,指出了红参类中药注射剂的共有峰和差异特征峰,初步建立了红参类中药注射剂的宏观质量控制标准。提供了宏观质量控制的重要参考数据和评价依据。     

大鼠死后脑组织FTIR光谱变化与死亡时间的关系

应用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术分析大鼠死后脑组织随死亡时间推移的化学变化过程,为死亡时间推断的研究提供新的途径与数据。大鼠断颈处死后置于室温(20±2)℃环境下,在不同时间点提取大鼠脑皮质,运用FTIR光谱仪检测不同化学基团的变化。随着死亡时间的推移,大鼠脑组织FTIR光谱的主要吸收峰峰位没有明显变化,而其峰高有明显差异:(1)与核酸有关的谱带的相对峰强呈明显下降趋势;(2)酰胺Ⅱ和Ⅰ的峰强比呈上升趋势;1 338,1 313 cm-1,1 398 cm-1的峰强比呈下降趋势。(3)1 456和1 398cm-1谱带的峰强各自呈下降和上升趋势。(4)2 852,2 871,2 923,2 958 cm-1的峰强相对于1 647 cm-1而言,呈现上升趋势。     

七种牛肝菌的红外光谱鉴别

运用傅里叶变换红外光谱、二维相关谱及主成分分析对7种同属牛肝菌进行分析鉴别。结果显示：7种牛肝菌的原始光谱总体特征相似,主要由蛋白质、多糖等的吸收峰组成,但在吸收峰强度、位置仍存在差异。对样品进行二维相关红外光谱分析,在二维相关红外光谱1 680～1 300 cm-1范围内,茶褐牛肝菌和双色牛肝菌出现了6个明显的自动峰;小美牛肝菌出现了5个明显的自动峰;灰褐牛肝菌和美柄牛肝菌出现4个明显自动峰;美味牛肝菌和铜色牛肝菌自动峰相对较少,只出现了3个明显的自动峰;而且自动峰和交叉峰的强度、位置也存在较大差异。同样在二维相关红外光谱1 150～920 cm-1范围内,不同牛肝菌的同步谱中自动峰和交叉峰的数量、强度和位置也不同。对光谱1 800～800 cm-1范围内的二阶导数进行主成分分析,所有样品均区分开,其分类正确率达100%。结果表明,傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱或者主成分分析可以有效地区分茶褐牛肝菌、小美牛肝菌、双色牛肝菌、灰褐牛肝菌、美柄牛肝菌、美味牛肝菌和铜色牛肝菌。该方法对于分类鉴别蘑菇是一种快速、准确、有效的方法。     

傅里叶变换红外光谱仪复数光谱误差分析及辐射定标方法研究

主要讨论了傅里叶变换红外光谱仪的相位偏移产生的原因,并且用严密的数学推导证明了相位偏移与复数光谱之间的关系。同时还分析了傅里叶变换光谱仪辐射量偏移产生的原因,并提出了复数光谱的辐亮度定标方法,该方法能够对辐射量偏移进行校正。实验数据与理论值的对比证明这种定标方法具有很高的精度。     

人胸膜间皮瘤与结核型胸膜炎的傅里叶红外光谱分析

研究以上皮型胸膜间皮瘤,纤维型胸膜间皮瘤,结核型胸膜炎与正常胸膜组织为材料, 通过傅里叶变换红外光谱分析组织中生物大分子的结构及含量的改变。研究发现,四种胸膜组织的傅里叶红外光谱较为相似,但存在明显区别,四种胸膜组织红外光谱数据方差差异极显著(sig.<0.001), 说明胸膜间皮瘤中生物大分子的含量及结构发生了明显变化,主要包括: (1)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带,核酸1 232 cm-1峰强,脂类物质2 922 cm-1峰强均显著高于正常人胸膜组织,与正常胸膜组织存在显著区别;纤维型胸膜间皮瘤中,蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带峰强,与核酸密切相关的1 078 cm-1峰强,以及与脂类物质相关的2 922和2 854 cm-1峰强均显著高于上皮型胸膜间皮瘤(p<0.05);结核型胸膜炎蛋白质酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ、核酸1 232和1 078 cm-1峰强略有增加,但与正常胸膜组织差异不显著(p>0.05),与脂类物质含量有关2 922 cm-1峰强、2 854 cm-1峰强,极显著地高于正常胸膜组织(p<0.01),显著高于胸膜间皮瘤(p<0.05)。(2)蛋白质、核酸、脂类物质的相对峰强I_{1 641}/I_{2 922}, I_{1 641}/I_{1 232}, I_{1 232}/I_{1 078}, I_{1 078}/I_{1 546}, I_{1 078}/I_{2 854}, I_{2 922}/I_{1 232}, I_{1 458}/I_{1 400}能有效放大四类胸膜组织间的差异,其效果优于峰强效果,可作为胸膜间皮瘤诊断的优化指标。(3)上皮型胸膜间皮瘤中指示核酸分子中磷酸二酯键的C-C/C-O的1 078 cm-1峰强以及指示脂类物质的2 854 cm-1峰强显著低于纤维型胸膜间皮瘤和正常胸膜组织(p<0.05),表明上皮型胸膜间皮瘤中磷酸二酯键断裂程度较高,DNA受损严重,膜脂过氧化降解明显。说明上皮型胸膜间皮瘤恶化程度高于纤维型胸膜间皮瘤。(4)胸膜间皮瘤蛋白质酰胺Ⅰ带、Ⅱ带谱带、核酸1 232 cm-1峰、脂类物质1 458 cm-1处CH₂振动及1 400 cm-1处CH₃振动红移,说明蛋白质分子间的氢键受到破坏,核酸分子的氢键结合力减弱,核酸分子的双链结构受到一定程度的破坏,肿瘤组织中膜脂的亚甲基链趋向无序。(5)傅里叶红外光谱能有效区分纤维型胸膜间皮瘤、上皮型胸膜间皮瘤、结核型胸膜炎、正常胸膜组织,为胸膜间皮瘤与结核型胸膜炎的早期、快速诊断提供了可靠的数据。     

彝药金沙青叶胆的傅里叶变换红外光谱研究

金沙青叶胆是常用彝药之一,具有独特而显著的药用价值。本文采用傅里叶变换红外光谱方法(FTIR)对金沙青叶胆的根、茎、花不同部位进行了分析研究。研究表明,其根、茎、花的红外光谱有较大的相似性,主要吸收峰位置基本相同,它们共同显示出该药材独特的红外指纹特征,三者所含主要物质成分基本相同,由此说明在彝医临床应用中将该药全草入药具有其合理性,但其根、茎、花的红外光谱的吸收峰位置、个数、强度、峰形又有一些差异,表明其不同部位所含的化学成分及其相对含量存在一定的差异。本文的分析研究为临床应用及开发利用该彝药提供了科学依据。