計(jì)算藥物分析(藥學(xué)與生物信息學(xué))第七章

1、第第7章章 計(jì)算分光光度法計(jì)算分光光度法中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)Contents對(duì)照品比較法吸收系數(shù)法計(jì)算分光光度法計(jì)算分光光度法中華人民共和國藥典（中華人民共和國藥典（2005年版）年版）二部附錄二部附錄A 紫外紫外-可見分光光度法可見分光光度法中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)二部收載二部收載:、復(fù)方磺胺嘧啶片、復(fù)方磺胺嘧啶片 （磺胺嘧啶（磺胺嘧啶+甲氧芐啶）甲氧芐啶） 復(fù)方磺胺甲惡唑片（磺胺甲惡唑復(fù)方磺胺甲惡唑片（磺胺甲惡唑+甲氧芐啶）甲氧芐啶） 雙波長法雙波長法(等吸收點(diǎn)法，對(duì)照品等吸收點(diǎn)法，對(duì)照品)、 維生素維生素A及其制劑及其制劑 三波長校正法

2、三波長校正法 （二部附錄（二部附錄 J 維生素維生素A測定法）測定法）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 不經(jīng)分離直接測定多組分；不經(jīng)分離直接測定多組分； 簡便簡便局限性局限性: 重現(xiàn)性差重現(xiàn)性差中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)藥典二部附錄藥典二部附錄A規(guī)定（規(guī)定（2000）采用計(jì)算分光光度法應(yīng)慎重。本法有多種，使用時(shí)均應(yīng)按采用計(jì)算分光光度法應(yīng)慎重。本法有多種，使用時(shí)均應(yīng)按照各品種項(xiàng)下規(guī)定的方法進(jìn)行。照各品種項(xiàng)下規(guī)定的方法進(jìn)行。當(dāng)吸收度在吸收曲線的陡然上升或下降的部位測定時(shí)，波當(dāng)吸收度在吸收曲線的陡然上升或下降的部位測定時(shí)，波長的微小變化可能對(duì)測定結(jié)果造成顯著影響，故對(duì)對(duì)照品長的微小變化可能對(duì)測定結(jié)果造成顯著影響，故對(duì)對(duì)照品

3、和供試品測試條件應(yīng)盡可能一致。和供試品測試條件應(yīng)盡可能一致。若測定時(shí)不用對(duì)照品，則應(yīng)在測定時(shí)對(duì)儀器作仔細(xì)的校正若測定時(shí)不用對(duì)照品，則應(yīng)在測定時(shí)對(duì)儀器作仔細(xì)的校正和檢定。和檢定。中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)中華人民共和國藥典（中華人民共和國藥典（2005年版）年版） 中華人民共和國藥典（中華人民共和國藥典（20052005年版）年版） 中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)快速簡便，儀器價(jià)格低廉；快速簡便，儀器價(jià)格低廉；適合復(fù)雜體系不經(jīng)分離的測定，可用于消除各種干適合復(fù)雜體系不經(jīng)分離的測定，可用于消除各種干擾；擾；不宜用于定量分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。不宜用于定量分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)基本方法基本方法紫外

4、、可見吸收光譜中的吸收定律紫外、可見吸收光譜中的吸收定律clA212211AAlccA吸光度的加和性吸光度的加和性兩類兩類: 1. 消除共存組分消除共存組分 2. 并行計(jì)算方法并行計(jì)算方法 雙波長等吸收點(diǎn)法雙波長等吸收點(diǎn)法 雙波長系數(shù)倍率法雙波長系數(shù)倍率法三波長法三波長法導(dǎo)數(shù)分光光度法導(dǎo)數(shù)分光光度法 線性方程組、最小二乘法、線性方程組、最小二乘法、卡爾曼濾波法卡爾曼濾波法中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)一、雙波長計(jì)算分光光度法一、雙波長計(jì)算分光光度法clAAA2121cA定量分析的依據(jù)定量分析的依據(jù)根據(jù)朗伯根據(jù)朗伯-比爾定律，待測溶液在不同的兩個(gè)波長下比爾定律，待測溶液在不同的兩個(gè)波長下，存在以下關(guān)系

5、：，存在以下關(guān)系：中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)圖圖7-1 圖解法選擇波長組合圖解法選擇波長組合 常首選待測組分的最大吸常首選待測組分的最大吸收波長作為測定波長收波長作為測定波長1，因而，因而這里將苯酚的最大吸收波長這里將苯酚的最大吸收波長270nm選做選做1，在這一波長位置，在這一波長位置作一垂直于作一垂直于x軸的直線，交于共軸的直線，交于共存組分吸收曲線上的一點(diǎn)，在存組分吸收曲線上的一點(diǎn)，在從這一點(diǎn)，畫一平行于從這一點(diǎn)，畫一平行于x軸的直軸的直線，在共存組分的吸收曲線上線，在共存組分的吸收曲線上便有一個(gè)或幾個(gè)交點(diǎn)，此交點(diǎn)便有一個(gè)或幾個(gè)交點(diǎn)，此交點(diǎn)的波長作為參比波長的波長作為參比波長2。中國藥科大

6、學(xué)中國藥科大學(xué)圖圖7-2 一波長固定、一波長掃描法選擇波長組合一波長固定、一波長掃描法選擇波長組合中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)P系數(shù)倍率法系數(shù)倍率法z二組份混合體系的測定二組份混合體系的測定21KAAA1212 2121KAAKAA,21KAA0AlcKAA21AA若給定一個(gè)比例常數(shù)K，使 ，則有其中若則消除了消除了 組份對(duì)組份對(duì) 組份的測定干擾組份的測定干擾K=1時(shí)，即為等吸收點(diǎn)法時(shí)，即為等吸收點(diǎn)法12AKA中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)圖圖7-3 系數(shù)倍率法示意圖系數(shù)倍率法示意圖)K(21II)K(21III1中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)21KAAA1、 越大越好越大越好波長對(duì)的選擇原則波長對(duì)的選擇原則

7、F系數(shù)倍率法系數(shù)倍率法2、測定波長，一般選擇待測組份的最大吸收波長、測定波長，一般選擇待測組份的最大吸收波長 處，且盡量避免在吸收曲線的陡坡處。處，且盡量避免在吸收曲線的陡坡處。3、K值不宜過大，一般以小于值不宜過大，一般以小于3為宜為宜 中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)復(fù)方感冒膠囊中對(duì)乙酰氨基酚的含量測定復(fù)方感冒膠囊中對(duì)乙酰氨基酚的含量測定200300 nm范圍內(nèi)掃描 測定波長的選擇測定波長的選擇249nm262nm中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué) K值的測定值的測定精密稱取馬來酸氯苯那敏適量， 用乙醇配成15，20，25 的溶液 在249nm和262nm處測定吸收度得K為1.350mLg21AA、12AA

8、K 中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué) 精密稱取對(duì)乙酰氨基酸適量， 用乙醇制成濃度為5、6、7、8、9 的溶液在249nm和262nm處測定吸收度mLg21AA、得到濃度 與 的回歸方程1A1c001.0065.011cA0000. 1平均回收率99.5%，RSD=0.5%工作曲線的繪制工作曲線的繪制211AKAA中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué) 三波長法三波長法 （1） 計(jì)算公式：計(jì)算公式： 利用三角形相似原理利用三角形相似原理nmmAnAAA312 （2） 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)m、n， 使組分使組分A足夠大，足夠大， 干擾干擾 A趨于趨于0中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)根據(jù)相似三角形原理有根據(jù)相似三角形原理有因?yàn)橐驗(yàn)閯t有則有

9、從圖可知從圖可知所以所以1321RMRNRQRMxAxMxA313123)()(213312332AMAA11MAA232113321)()(AAAA中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)例例7-1 氨基氨基C酸偶氮氯膦酸偶氮氯膦(R)可與過渡元素可與過渡元素La、Sc分別形成絡(luò)合物，它們的吸收光譜如圖分別形成絡(luò)合物，它們的吸收光譜如圖7-5所示。試用三波長分光光度法消除所示。試用三波長分光光度法消除Sc的干的干擾。擾。解解 待測組分待測組分La的吸收曲線上選取吸光度差的吸收曲線上選取吸光度差較大的較大的B、C兩點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于波長兩點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于波長1（672.5nm）和和2(626.5nm)， 由此交于干擾組分由

10、此交于干擾組分Sc吸收吸收曲線的曲線的D和和E（本例中（本例中E和和B重合）。重合）。連結(jié)此兩點(diǎn)，并外延交于第三點(diǎn)連結(jié)此兩點(diǎn)，并外延交于第三點(diǎn)F，該點(diǎn)對(duì)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長即為應(yīng)的波長即為3,由此通過作圖得到由此通過作圖得到3的初的初選值（選值（700nm）。）。 中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)維生素維生素A及其制劑含量測定的三波長校正法及其制劑含量測定的三波長校正法本法由莫頓本法由莫頓斯塔布斯斯塔布斯(Morton Stubbs)提出提出,目前主目前主要用于維生素要用于維生素A及其制劑的測定及其制劑的測定,也有人將其用于某也有人將其用于某些激素類藥物制劑的含量測定。些激素類藥物制劑的含量測定。由于維生

11、素由于維生素A制劑中含有稀釋用油和維生素制劑中含有稀釋用油和維生素A原料原料藥中混有其他雜質(zhì)，所測得的吸光度不是維生素藥中混有其他雜質(zhì)，所測得的吸光度不是維生素A獨(dú)有的吸收。獨(dú)有的吸收。中國藥典附錄中國藥典附錄J規(guī)定了維生素規(guī)定了維生素A測定法使用三波長測定法使用三波長校正法校正非維生素校正法校正非維生素A物質(zhì)的無關(guān)吸收所引入的誤物質(zhì)的無關(guān)吸收所引入的誤差。差。中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué) 用校正公式計(jì)算；用校正公式計(jì)算； 應(yīng)用三波長校正法需注意由于要在斜坡上測定吸應(yīng)用三波長校正法需注意由于要在斜坡上測定吸光度，對(duì)儀器波長精度要求較高，應(yīng)按規(guī)定對(duì)儀光度，對(duì)儀器波長精度要求較高，應(yīng)按規(guī)定對(duì)儀器校正后

12、方可測定。器校正后方可測定。 國家藥典委員會(huì)國家藥典委員會(huì). 中華人民共和國藥典中華人民共和國藥典. 北京北京:化化工出版社工出版社.附錄附錄46頁頁. 2005. 中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué) 7.3 導(dǎo)數(shù)光譜法導(dǎo)數(shù)光譜法儀器微分法（光學(xué)法，儀器微分法（光學(xué)法， 電子學(xué)法）電子學(xué)法）數(shù)值微分法數(shù)值微分法 （微機(jī)信號(hào)處理法）（微機(jī)信號(hào)處理法）一階，一階， 二階，二階， 四階四階消去干擾消去干擾提高分辨率提高分辨率中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)零階光譜的峰在奇數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中為零；而在偶數(shù)零階光譜的峰在奇數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中為零；而在偶數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中是極值（極小和極大交替出現(xiàn)），階導(dǎo)數(shù)光譜中是極值（極小和極大交替

13、出現(xiàn)）， 可用可用于對(duì)吸收曲線峰值的測定；零階光譜的拐點(diǎn)在單數(shù)階于對(duì)吸收曲線峰值的測定；零階光譜的拐點(diǎn)在單數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中是極值；而在偶數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中為零，由導(dǎo)數(shù)光譜中是極值；而在偶數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中為零，由此可鑒別肩峰位置；此可鑒別肩峰位置；導(dǎo)數(shù)階數(shù)增加，極值的數(shù)目也增加（極值數(shù)導(dǎo)數(shù)階數(shù)增加，極值的數(shù)目也增加（極值數(shù) = 導(dǎo)數(shù)導(dǎo)數(shù)階數(shù)階數(shù)1），原高斯譜為一個(gè)峰，經(jīng)求四階導(dǎo)數(shù)后，），原高斯譜為一個(gè)峰，經(jīng)求四階導(dǎo)數(shù)后，其峰谷數(shù)總和變?yōu)槠浞骞葦?shù)總和變?yōu)?，由此可導(dǎo)出，由此可導(dǎo)出n階導(dǎo)數(shù)譜的峰谷數(shù)階導(dǎo)數(shù)譜的峰谷數(shù)N=n+1。也就是說，原來在限定的波長區(qū)間內(nèi)，僅容。也就是說，原來在限定的波長區(qū)間內(nèi)，僅容納一

14、個(gè)峰的原譜，經(jīng)納一個(gè)峰的原譜，經(jīng)n階求導(dǎo)轉(zhuǎn)換后，變化成容納階求導(dǎo)轉(zhuǎn)換后，變化成容納n+1個(gè)峰和谷的圖形，譜帶變銳，這就是應(yīng)用導(dǎo)數(shù)技術(shù)提個(gè)峰和谷的圖形，譜帶變銳，這就是應(yīng)用導(dǎo)數(shù)技術(shù)提高分辨效應(yīng)的依據(jù)。高分辨效應(yīng)的依據(jù)。 中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)對(duì)導(dǎo)數(shù)曲線的測量方法對(duì)導(dǎo)數(shù)曲線的測量方法（1）切線法切線法：對(duì)相鄰兩峰（谷）作切線，平行于縱軸測量：對(duì)相鄰兩峰（谷）作切線，平行于縱軸測量切線與谷（峰）之間的距離，如圖的切線與谷（峰）之間的距離，如圖的d，這種方法適用于，這種方法適用于具有線性背景的譜圖。具有線性背景的譜圖。（2）峰峰-谷法谷法：測量相領(lǐng)峰谷間的距離，見圖中的：測量相領(lǐng)峰谷間的距離，見圖中

15、的P1和和P2。此法多用于多組分分析中。此法多用于多組分分析中。（3）峰峰-零法零法：測量峰值到零線間的垂直距離，如圖中的：測量峰值到零線間的垂直距離，如圖中的Z，適用于對(duì)稱于橫軸的高階導(dǎo)數(shù)曲線的測定。適用于對(duì)稱于橫軸的高階導(dǎo)數(shù)曲線的測定。（4）面積法面積法：根據(jù)一階或二階導(dǎo)數(shù)曲線面積正比于有關(guān)物：根據(jù)一階或二階導(dǎo)數(shù)曲線面積正比于有關(guān)物質(zhì)的濃度的關(guān)系，可進(jìn)行定量分析。質(zhì)的濃度的關(guān)系，可進(jìn)行定量分析。中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)定量依據(jù)：定量依據(jù)：定量方法：定量方法： 切線法：切線法：d 峰峰-谷法：谷法：P1、P2 峰峰-零法：零法：z 面積法：面積法： 面積和濃度的關(guān)系面積和濃度的關(guān)系 kcdA

16、nndkcdAnnd中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)零階光譜零階光譜一階導(dǎo)數(shù)一階導(dǎo)數(shù)1、標(biāo)準(zhǔn)品、標(biāo)準(zhǔn)品2、樣品、樣品3、空白人工牛黃溶液、空白人工牛黃溶液例例1 導(dǎo)數(shù)光譜法測定人工牛黃中膽酸的含量導(dǎo)數(shù)光譜法測定人工牛黃中膽酸的含量中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)從上述圖譜中可以看出，在從上述圖譜中可以看出，在310290nm范圍內(nèi)一范圍內(nèi)一階導(dǎo)數(shù)光譜的最大全振幅值做為膽酸定量依據(jù)，階導(dǎo)數(shù)光譜的最大全振幅值做為膽酸定量依據(jù)，可消除干擾?？上蓴_。線性范圍測定線性范圍測定 ：（略）（略）回歸方程為：回歸方程為：D=3.1294c+0.15 r=0.9999中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)零階吸收光譜零階吸收光譜二階導(dǎo)數(shù)

17、光譜二階導(dǎo)數(shù)光譜a：酮基布洛芬：酮基布洛芬 b：空白基質(zhì)：空白基質(zhì)a：在：在255nm處的波長處的吸收谷；處的波長處的吸收谷； b：不干擾：不干擾例例2 二階導(dǎo)數(shù)光譜法測定酮基布洛芬栓的含量二階導(dǎo)數(shù)光譜法測定酮基布洛芬栓的含量中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)第一類方法的缺點(diǎn)第一類方法的缺點(diǎn)1、僅適用于、僅適用于23組分組分2、一次測定一個(gè)組分、一次測定一個(gè)組分3、原理基于干擾組分光譜特征，、原理基于干擾組分光譜特征， 誤差較大誤差較大 第二類方法：第二類方法： 多個(gè)組分同時(shí)計(jì)算獲得多個(gè)組分同時(shí)計(jì)算獲得 1、最小二乘法及派生方法：、最小二乘法及派生方法： LS（最小二乘法），（最小二乘法）， PCA （

18、主成分分析法），（主成分分析法），PLS（偏最小二乘法），（偏最小二乘法），Kalman （卡爾曼濾波法）（卡爾曼濾波法） 2、 尋優(yōu)方法：線性規(guī)劃法（單純形法），目標(biāo)因子分析法尋優(yōu)方法：線性規(guī)劃法（單純形法），目標(biāo)因子分析法中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)7.4 7.4 多元校正分光光度法多元校正分光光度法 7.4.1 多元線性回歸法多元線性回歸法 多元線性回歸法（多元線性回歸法（multiple linear regression, MLR）是建立在多元統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上的處理二維數(shù)據(jù)的是建立在多元統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上的處理二維數(shù)據(jù)的計(jì)算方法。計(jì)算方法。 1. 最小二乘法最小二乘法 2. 卡爾曼濾波分光光度

19、法卡爾曼濾波分光光度法中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)7.4.2 因子分析法因子分析法4 因子分析（因子分析（factor analysis）是通過對(duì)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行特征分）是通過對(duì)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行特征分析、旋轉(zhuǎn)變換等操作，以獲取有關(guān)信息的數(shù)學(xué)方法。通過析、旋轉(zhuǎn)變換等操作，以獲取有關(guān)信息的數(shù)學(xué)方法。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲得有影響的因子數(shù)目，可快速計(jì)算復(fù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲得有影響的因子數(shù)目，可快速計(jì)算復(fù)雜體系的大批量數(shù)據(jù)，進(jìn)行定量分析、模式識(shí)別，還可用雜體系的大批量數(shù)據(jù)，進(jìn)行定量分析、模式識(shí)別，還可用于數(shù)據(jù)壓縮、分類及解釋。于數(shù)據(jù)壓縮、分類及解釋。4 因子分析在化學(xué)中的應(yīng)用十分廣泛，大量用于處理復(fù)雜體因子分析在

20、化學(xué)中的應(yīng)用十分廣泛，大量用于處理復(fù)雜體系的色譜數(shù)據(jù)以及紫外、紅外、質(zhì)譜、核磁共振譜、系的色譜數(shù)據(jù)以及紫外、紅外、質(zhì)譜、核磁共振譜、X-射射線譜等各種光譜數(shù)據(jù)。線譜等各種光譜數(shù)據(jù)。 中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)1、主成分分析法、主成分分析法2、主成分回歸法、主成分回歸法3、偏最小二乘法、偏最小二乘法4、目標(biāo)轉(zhuǎn)換因子分析、目標(biāo)轉(zhuǎn)換因子分析中國藥科大學(xué)中國藥科大學(xué)7.5 7.5 線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃法線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃法優(yōu)化方法；優(yōu)化方法；應(yīng)用最小二乘法測定混合物濃度時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用最小二乘法測定混合物濃度時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)解負(fù)解, 顯然不合理。顯然不合理?？煽紤]對(duì)研究體系設(shè)立約束條件，規(guī)定各組分可考慮對(duì)研究體系設(shè)立約束條件，規(guī)定各組分的濃度為正值，即的濃度為正值