X射线荧光光谱技术在药品检测中的应用

(北京市理化分析测试中心,有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室,北京市科学技术研究院分析测试技术重点实验室,北京 100089)

药品安全与国计民生息息相关，各种化学和仪器分析方法在解决药品研发和质量控制中发挥着重要作用。目前常用于药品质量评价的分析技术主要包括：化学法、色谱法、光谱法、电化学法、电泳法、流动注射和顺序注射分析以及联用技术等[1]。

X射线荧光光谱分析法(X-ray Fluorescence Spectrometry，XRF)是元素分析中最为有效的方法之一，此方法测试元素范围广，可测定原子序数8以上的所有元素，并可对多种元素同时测定，是一种快速且精密度高的分析方法，广泛应用于工业、地矿、农田环境、医药、考古，珠宝鉴定和司法鉴定等各个领域[2]。X射线荧光光谱具有谱线简单、干扰少、稳定性好等优点，在药品检测方面，XRFS多用于药品的元素成分分析以及鉴定评价和质量控制。

1 X射线荧光光谱仪简介

X射线是由高能量粒子轰击原子所产生的电磁辐射，具有波、粒二象性。电磁辐射的辐射能由光子传输，而光子所取的路径是由波动场引导[3]。X射线管产生的X射线光谱，被称作原级X射线谱，由连续谱和特征谱组成。在X射线管中，当所加的管电压很低时，只产生连续谱；当所加电压大于或等于X射线管的阳极材料激发电势时，特征X射线光谱即以叠加在连续谱之上的形式出现。对不同的元素X射线荧光波长具有不同的特征波长，这种特性被用于X射线荧光光谱的定性分析。同时，可通过将测得的特征X射线荧光强度转换为浓度实现定量分析[4]。

根据色散方式不同，X射线荧光分析仪分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。X射线荧光光谱仪在结构上基本由激发样品的光源、色散、探测、谱仪控制和数据处理等几部分组成。X射线管是仪器的激发光源，在金属罩内真空状态下灯丝和靶极被密封其中。在二者之间加50kV高压，灯丝发出的电子在高压电场加速作用下，撞击在靶极上形成X射线。X射线透过铍窗照射在试样上，实现对样品的检测和分析[5]。

X 射线荧光光谱仪已经从单一的波长色散X射线荧光光谱仪发展成为拥有波长色散、能量色散、全反射、同步辐射、质子X射线荧光光谱仪和X射线微荧光分析仪等仪器的家族系列，结合偏振光、掠射设计等装置可以满足不同层次和要求的检测任务。从常规分析的需求来看，现代X射线荧光光谱仪分析结果的准确度已经接近或达到化学分析水平[2]。

2 X射线荧光光谱技术在药物检测中的应用

2.1 在药品元素成分分析中的应用

郭西华等[6]利用XRF对安国市栽培的5个不同种质丹参主要成分进行检测,通过对各样品中多种元素种类及含量进行分析，发现药材产地不同必然会因其各地水质矿化度、土质、及生境差异导致同品种药材的元素种类和含量发生变化。黄海波等[7]利用XRF对藏药“左太”进行元素分析，发现“左太”中含有多种金属元素，其中Hg元素含量最高，其次为S元素，同时药品中还存在微量元素。李岑等[8]利用XRF对不同来源藏药矾石的化学成分进行分析，发现藏药矾石主要元素为Ca、O和C，同时还含有少量Mg、Al、Na、Si、K、Ag、Ba、Fe、Mn、S、Sr、Zn等元素。杨红霞等[9]利用XRFS对临床治疗肝胆疾病的常用藏药材(川西獐牙菜)及藏药制剂中的金属元素进行较为准确的定量半定量分析，以揭示藏药中金属元素含量与药效的关系。分析结果发现，藏药材川西獐牙菜中含有K、Ca、Ti 、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Pb共九种金属元素，且不同来源样品间的元素组成存在明显的差异性。同时数据结果显示藏药复方制剂中含有K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Rb、Pb、Hg、Co、Ga共15种金属元素及一种非金属元素As，该结果表明不同复方制剂的元素组成具有显著差异。丁喜峰等[10]用XRFS对第4代太空组和地面组白术中元素种类、含量进行测定并作对比分析，结果表明地面组白术含有Na和Ti两种元素，而太空组白术中未检测到该两种元素，同时太空组白术中K和Mn的含量为地面组的1.16和1.15倍，而Si和P含量分别下降了82.1 %和71.2 %。该文献的研究结果表明XRFS适宜对元素变异幅度大的航天育种药用植物的元素进行分析。

2.2 在药品鉴定评价中的应用

王文静等[11]采用XRF测定6个不同产地阿胶样品中的元素种类、含量，通过样品与阿胶对照品元素特征谱的对比分析，探讨快速鉴别阿胶真伪的方法，结果表明以元素的种类及含量的差异性可简捷、快速识别阿胶的真伪，并判断劣质阿胶产品中有害元素的引入来源，该方法为胶类及其他药材的鉴别提供了新方法[12]。张景超等[13]利用XRFS对道地性药材祁山药和市售山药的元素种类、含量进行测定和对比分析，结果发现相比市售山药祁山药多Mg、Zn、Cr元素，少Cu、Al、Mn元素，且两组山药中元素含量也有所不同，该方法适于对山药产地进行鉴别，有助于道地药材的道地性研究。孙天希等[14]利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪，分别对4种胶囊壳及其内部药物进行原位无损元素分析，通过分析X射线荧光谱特征对应不同的元素组成，可鉴别胶囊类药品的种类。该方法可对胶囊类样品进行无损原位分析，在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。孙琳等[15]应用XRF无标样分析法检测了石膏、钟乳石、花蕊石、紫石英、龙骨和石燕6种钙类矿物药材，发现同种矿物药获得的元素谱图较稳定，而不同品种间差异明显，其中Ca、F、O、P、S、Si等元素的含量变化较大，Al、Er、Fe、Ga、K、Mo等元素含量变化较小，并鉴别出性状特征不符合的3份石膏和1份紫石英，含量也不符合2015年版《中国药典》要求。该方法能快速、简便获得矿物药的元素谱信息，可用于粉末状矿物药同质性分析和鉴别。

2.3 在药品质量控制中的应用

P． Mahawatte[16]等人用XRFS法对药物阿育吠陀中的K、Ca、Cr、Mn、Ti等19种元素的浓度进行了检测，为建立药品中重金属检测提供了简单的方式。方萍等[17]采用XRF定量法测定防风样品中 Mg、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Ba、Pb和Bi等金属元素含量，实现了大量中药材中多元素的同时、快速测定。且该方法无需对样品进行复杂的前处理，操作简便且结果准确，能够满足中药质量控制中对元素含量快速测定的要求。李俊卿等[18]建立了XRFS快速测定空心胶囊中铬的方法，并将此法应用于明胶原料及阿胶中的铬测定。此方法的检出限为10 mg·kg-1,与原子吸收分光光度法测试结果比较,铬含量大于10 mg·kg-1的阳性样品的检出率为100 %，验证了该方法作为一种快速质量控制的分析手段用于胶囊、明胶及阿胶铬检查的可行性。聂黎行等[19]应用便携式XRFS建立了牛黄清心丸(局方)中汞、砷含量的快速无损测定新方法，并首次将X射线荧光光谱技术用于药品的均匀性评价。实验结果表明，该方法精密度高，Hg和As的相对标准偏差(RSD%)分别为0.09 %和0.23 %，测定值与参比值接近，Hg和As的相对平均偏差分别为8.58 %和5.95 %，符合现场快检的要求。

3 结束语

X射线荧光光谱技术在药品检测主要应用于中药、藏药类未知成分的元素成分分析，也被较多应用于药品的鉴定评价，在药品质量控制中的应用相对较少。XRF简便、快速、直观、可靠，其在药品质量控制方面的应用有待进一步开发，以提高药品质检的效率。另外，在XRF仪器开发方面，便携式XRF仪器的测量精度还有待提高，对于药品的无损检测和精确定位方面的需求还有待进一步深入研究。

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