1、褶合光谱法原理

 

褶合光谱法(ConvolutionSpectrometry)是以Glenn’S正交函数法为基础，并包容了导数光谱法的一种新的数学变换方法。其基本原理是利用褶合变换技术将化合物的原始吸收光谱转变为褶合光谱，显示出原始吸收光谱在构成上的局部细节特征，其本质是与一种称为“数学显微镜”的离散小波变换(wavelertransform，WT)相一致的数学变换技术，是对以时域函数形式的原始吸收光谱实施频域函数的局域变换，因而能有效地从信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对信号进行多尺度细化分析。褶合光谱上的每一个值，都与一段波长区间内物质的吸光特性相对应，因而褶合光谱同样具有定性定量的特征。即紫外分光光度法中吸收度与浓度的线性关系转变成数学分量与浓度的线性关系，利用褶合曲线之间的差异形式来量化，从而为物质的定性定量提供了理论基础。

 

2、褶合光谱法在药物分析领域中的应用

 

褶合光谱法在药学方面的应用，主要是药物的定性鉴别(包括杂质的限量检查)和定量测定及检测药物的稳定性等几方面。

 

2.1 药物的定性鉴别及杂质的限量检查

 

经典的分光光度法对物质进行定性，主要是根据吸收光谱的峰、谷或者它们比值的差异判断是否为同一物质，由于它不能对吸收光谱的全波长范围进行反映，因而不能完全反映物质结构的本质特征。另外，由于紫外可见光谱为宽带吸收，曲线形状一般变化不大，不同化合物的吸收光谱的细微差异常被其相同部分所掩盖，因而经典的分光光度法很难将结构相似的化合物区分开来。而褶合光谱的定性技术充分利用了整条光谱所含的结构信息对物质定性，首先通过褶合变换对原始吸收光谱进行以正交多项式为基的正交变换和正交分解，将紫外可见吸收光谱分解为成百上千条褶合光谱，然后将逐条褶合光谱进行配对比较，具体而言，就是比较m维(m为测试点波长数)空间中两个矢量是否重合。如果是同一物质，则两矢量的夹角为零，相关系数为1，否则为不同物质。褶合光谱法的定性系统是揭示物质对光吸收特性的细微变化，是对药物内在特点的反映。有文献报道，褶合光谱法的定性系统实现了对10种结构相似的类固醇激素类药物的鉴别，以及5种二氢卟吩金属络合物类物质的鉴别。实验结果表明，此方法对于紫外可见光吸收光谱非常相似的化合物的鉴别极其有效，对于结构相似且能满足测定要求的有机物或无机离子，均能达到鉴别的目的。褶合光谱法的定性功能也可扩展到杂质的限量检查。利用褶合光谱法可揭示纯品与含限量杂质的非纯品对光吸收的细微差异，并以差谱点的形式加以定量表达。茅志安等应用该方法对阿司匹林肠溶片中水杨酸的限量进行了检测，通过对纯品进行自我训练处理，得出具有一定置信度、由上下限圈定的褶合光谱标准，与人工制备的含限量杂质的非纯品测得的褶合光谱比较，确定限量杂质差谱点值域，以此为判别依据，对样品进行测定，并与药典法比较，结果一致。另有文献报道，郑红等用此系统对DNA样品中苯酚、氨基酸和内毒素进行了限量检测，可用于生化样品分析。实验结果证明，该法对限量极低或者吸收曲线与主药极其相似的已知杂质的限量检查快速有效。

 

2.2 药物的定量

 

2.2.1 单组分定量根据褶合光谱原理可知，当背景干扰褶合光谱的某个数学分量没有贡献而待测组分有贡献时，即可认为背景干扰已被消除。由于浑浊背景(如片剂辅料的影响)通常只有常数项贡献，因此，应用褶合光谱法可以不对样品进行预先分离，即可实现对药物的准确定量。由于褶合光谱信息量大，且能自动选择最佳波长和最优回归方程计算药物浓度，因此较一般方法自动化程度高，操作简单。高金波等应用褶合光谱法在干扰组分共存的情况下对血清中奥沙普秦的浓度进行了测定；刘世军等应用该方法测定胃康胶囊中盐酸小檗碱的含量；李坚等采用褶合光谱分析法，样品不经分离，直接测定复方盐酸异丙嗪糖浆中盐酸异丙嗪的含量。

 

2.2.2 双组分定量应用褶合光谱法可实现对重叠光谱的双组分混合物的定量分析。基于褶合光谱具有能够围绕数学分量值为零的平均波长轴上下起伏的特性，双组分混合物中每一种组分的褶合曲线均有固定的过零点，因此，可以其中一组分的过零波长点对另一组分进行定量，反之亦同。与常规分析法比较，结果无显著性差异。同时，不经分离直接定量也避免了各种化学分离过程的繁琐、费时，以及由此产生的误差。有文献报道，应用该方法测定了双组分复方制剂的含量。

 

2.2.3 多组分定量由于多组分药物中各物质的过零点都可能不同，所以不能用共同的过零点来定量，因而对多组分混合物，根据褶合光谱法与吸收光谱同样具有线性和加合性的特点，以褶合光谱为基础，结合偏最小二乘法可解决多组分定量。研究结果表明，不同数值计算方法的舍人误差对结果影响甚小，对结果误差影响最大的是待测组分的分析信号与其分析信号的重叠程度。当它们相关性越大，分析结果越不理想。考虑到褶合光谱能放大化合物吸收光谱所存在的细微差异，减少数学相关性，加上褶合光谱信息量大，在褶合光谱基础上应用偏最小二乘法对其进行定量分析，即可从中筛选出最佳结果。据文献报道，应用褶合光谱法可实现对多组分药物的定量。

 

2.3 药物的稳定性试验通过测定配伍中各组分的含量变化，可以对配伍稳定性进行考察。褶合光谱法应用于药物稳定性测定，从整个吸收范围考察吸收曲线的变化，通过褶合光谱法“放大”差异功能，捕捉及其细微的变化，并以三维褶合光谱差谱点的形式加以定量表达，即可同时反映物质在规定时间域内，一定波长处吸收度值的变化(量的指标)和在规定时间域内由光谱形状变化表现出来的物种同一性变化(质的指标)，弥补了常规分光光度法和传统动力学分析在稳定性考察时只能反映量指标的不足，克服了单一紫外吸收峰值定量在药物稳定性测定中以偏盖全的缺陷，并实现了定性结果的定量表达。郑红等应用该方法对头孢哌酮和舒巴坦溶液的稳定性进行测定；刘荔荔等考察了5种临床静滴液的化学稳定性；陆峰等考察了褶合光谱法与高效液相色谱法分析氟康唑及其常用配伍的稳定性。结果表明两方法间无显著性差异，验证了褶合光谱法替代高效液相色谱法用于药物配伍稳定性考察的可行性。

 

2.4 其它褶合光谱分析法的实质是一种信号处理技术，具有线性和加合性特点的任何信号均可用褶合变换技术处理。因此．褶合光谱分析法不仅适用于紫外-可见吸收光谱，也同样适用于红外、荧光、核磁共振及色谱分析仪等分析信号的处理，已被广泛应用于许多学科领域。陆峰等采用褶合光谱法考察紫外线致脱氧核糖核酸(DNA)突变，以褶合光谱差谱值的形式量化地表达DNA细微突变的程度，其灵敏度远高于二阶导数光谱法。DNA中添加二甲亚砜后表现的褶合光谱差谱变化与高效毛细管电泳指纹图谱的结果一致。褶合光谱法分析过程简单快速，可用于抗紫外线损伤、抗突变药物的初步筛选。郑红等应用褶合光谱法对β-半乳糖苷酶的活性进行了测定，证实与吸光度值分析法相比，本法不仅更加简便、快速，而且灵敏度和精确性也很高。

 

3、结语

 

应用褶合光谱法能够对复杂体系不经分离即可实现测定。操作更为简便。而褶合光谱法也有其不足之处。如目前还不能用于含未知成分的复杂体系的测定等，但是随着光谱采集器和计算机技术的迅猛发展，相信褶合光谱法将会有更广泛的应用。