紫外分光光度法根据物质分子对波长为200~760 nm范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量,相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁后的结果。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构,其吸收光能量的情况也就不会相同。因此,每种物质都有其特有的、固定的吸收光谱曲线,可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量[1-5]。紫外分光光度分析法具有设备简单、适用性广、准确度和精密度较好等特点,已在地质[6]、环境[7]、能源[8]、材料[9]、食品[10]等科学中发挥重要作用。
一、定性方法及应用
根据药物中已知的主要成分的吸收紫外吸收光谱的吸收度、吸收系数的吸收度的比值的不同从而确定未知药物中的成分是何种物质。
(一)比较光谱的一致性
周友华等[11]研究了羚羊粉及其骨角塞粉在乙醇浸出物的紫外吸收光谱。赛加羚羊角分别在203 nm和207 nm波长处有最大吸收峰。在208~217 nm处有4个小峰,在207 nm处有一较宽较高的平坦峰。而骨角塞仅在210 nm和215 nm处有一最大吸收峰,在217 nm处有一小峰。两种物质的吸收曲线区别显著,可以达到区别赛加羚羊角和骨角塞的目的[12-13]。
(二)比较最大吸收波长及吸收系数的一致性
紫外吸收光谱相同,两种物质有时不一定相同[14]。例如:结构相似的醋酸可的松及醋酸泼尼松,它们在无水乙醇中的最大吸收波长均为238nm,但如果在这个波长下测定,前者的吸收系数为390,后者为380。
(三)比较吸收度比值的一致性
有时物质的吸收峰较多,往往规定在几个吸收峰处吸收度或吸收系数的比值做鉴别标准[14]。如果被鉴定的物质吸收波长相同,峰处吸收度或吸收系数的比值在规定范围内,则可考虑与标准品分子结构基本相同。
二、定量方法及应用
根据被测物对特定波长处光吸收的多少来计算其浓度(含量)。
(一)直接的紫外分光光度法
许多药物本身带有吸收紫外或可见光的基团,可直接进行测定该药物[15]。例如:刘玫等[16]以水为空白对照,在200~500 nm波长范围内扫描。得到检测波长为320 nm,再测定甲硝唑的含量。结果:甲硝唑浓度在4.096~12.288 mg/ml范围内线性关系良好(r=0.999 9,n=5),平均加样回收率为99.16%,RSD为0.88%。
(二)显色法
紫外光区,多数生物碱在一定条件下可以与某些染料形成离子缔合物而显色[17-18],有机芳胺类药物,可以通过重氮偶合反应而显色[19-20],某些生物碱可以和某些金属离子形成配合物[21-23],产生灵敏的高选择性显色反应,然后进行光度测定。
(三)示差法
周菊峰等[24]在pH=8的缓冲溶液中,用茚三酮和氨基酸能生成蓝紫色配合物的特点,在8种必需氨基酸最大吸收波长处分别测定吸光度,再分别于最大波长处以1 cm比色皿测定这一系列氨基酸的差示吸光度然后求出氨基酸含量。得到决明子中8种必需氨基酸的含量为0.127%~1.423%,总含量为3.36%。
(四)多波长法
对于多组分样品,由于总吸收为各组分吸收的总和,如于多组波长分别测定后,建立方程组,可同时测得多个组分的含量,此为多波长法[25]。
1. 双波长分光光度法
双波长分光光度法分为联立方程和等吸收点法两种方法。
(1)联立方程法。林萍等[26]应用紫外分光光度法测定苯甲酸、水杨酸混合物的含量。不经分离在297、272 nm处波长处测定吸光度,用联立方程推出苯甲酸的含量。
(2)等吸收点法。邱新华等[27]用双波长等吸收点法测定了复方三酸粉中水杨酸的含量消除了硼酸、呋喃西林对样品测定的干扰。
2. 三波长分光光度法
黄红霞[28]用此方法同时测定柠檬黄、日落黄、维生素B2三组分混合体系。在波长460~500 mm间,选择11个波长测量一阶导数吸光值,经过简单数学计算,得到3个干扰组分的含量。
(五)导数分光光度法
根据吸收定律:
若通过自动控制夹缝和自动电路调节,使I0在整个波长范围内保持恒定,dI0/dλ=0,则
由上式可以知道导数信号与浓度成正比,所以可以用于定量测定。
因此导数光谱法也称“微分光谱法”,具有以下特点:一是灵敏度高、选择性好、能有效地消除基体的干扰;二是能检出两个或两个以上的吸收带;三是能分辨在强吸收曲线“肩部”的弱吸收带;四是能精确地确定单一吸收峰的位置;五是能消除基线的影响;六是能进行定量测定。具体应用如下:
1. 一阶导数光谱法
一阶导数光谱法就是对一阶导数光谱法扫描图谱直接进行一阶导数求导得一阶图谱的方法。
安原初等[29]在279 nm处用一阶导数峰—零谷值可有效消除辅料磷脂对阿达帕林测定的干扰,阿达帕林在6.12~36.72 mg/mL范围内,浓度与零谷值之间存在良好的线性关系,在279 nm处就可以测定阿达帕林脂质体中的药物含量。尚校军等[30]发现344 nm处一阶导数可以消除达克罗宁和甘油明胶基质对替硝唑的测定的干扰,因此,选择344nm为测定波长,用此方法测得替硝唑的含量为98.87%,平均回收率100.62%,RSD为0.77%(n=6)。
2. 二阶导数分光光度法
有些物质通过一阶导数不能消除杂质对要测物质的影响,而二阶导数则可以消除影响。这时用二阶导数进行分析计算。
张功武[31]发现在282.5 nm的波长处,用二阶导数法可以消除乳酸环丙沙星乳膏中乳膏辅料对乳酸环丙沙星的影响,从而得到乳酸环丙沙星在5~40 mg/L的范围内吸收度与浓度呈良好的线性关系(r=0·999 8)能有效地测量出乳酸环丙沙星的含量。张洪等[32]用同样的方测定维生素E霜的含量的结果如下:在289 nm处测曲线的峰值进行维生素E的定量,然后作出二阶光谱图可以看出:干扰物在此处吸收为零,得到吸收与浓度呈线性关系,从而计算出维生素E的含量。
3. 三阶导数光谱法
徐嘉凉等[33]用此方法分别移取2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL氨基比林、非那西丁、咖啡因标准储备液于50 mL容量瓶中,用蒸馏水定容;分别绘制它们的吸收光谱和三阶导数光谱,并绘制标准曲线,确定其回归方程;从而计算氨基比林、非那西丁和咖啡因氨基比林的含量。
4. 四阶导数光谱法测定
冯志祥等[34]精密称取经105℃干燥至恒重的盐酸麻黄碱0.103 49 mg,置100 ml量瓶中,加水溶解后稀释至刻度摇匀。分别在240~280 nm波长范围内作四阶导数光谱,并测定269 nm处的振幅值D,然后对浓度C(mg/ml)进行回归,得回归方程:D=54.116C+0.126,盐酸麻黄碱在0.051 7~0.258 5 mg/ml范围内浓度与振幅值呈良好的线性关系。平均回收率为99.40%,RSD为0.46%。
(六)新方法
随着科技的进步,越来越多的新技术被应用于紫外分光光度法。使紫外分光光度法在药物测定中的地位变得越来越重要了。下面就简单介绍几种常见的新方法。
1. 人工神经网络—紫外分光光度法
采用人工神经网络—紫外分光光度法可不经分离、无须改变样品环境而直接同时测定吸收光谱部分重叠的有机同系物或者衍生物。该方法测定结果准确可靠,具有一定的应用价值。
傅应强等[35]采用人工神经网络方法和紫外分光光度法相结合研究多组分的同时测定,对苯酚、苯甲酸和苯胺混合样品同时测定的可行性。在大量实验数据的基础上采用matlab语言编写两层BP神经网络。结果表明,BP神经网络能在不改变样品性质的前提下实现多组分的同时测定,最大限度地保护了样品不被破坏。方法的回收率为96.9%~109.3%,RSD为0.90%~1.28%(n=5)。
2. 正交函数分光光度
正交函数法是指数理统计学中多项式回归原理在分光光度分析中的应用,它使用数学的方法处理分光光度分析中的干扰成分。
王春英等[36]在测定安痛定注射液中氨基比林的含量时6个测试点波长分别257、261、265、269、273、277 nm。发现波长为267 nm时,氨基比林和安替比林的正交多项式系数P2之比值近似为零,故选267 nm为最佳中间波长。得到回归方程为P2=0.018-0.032 9c(r=0.999 9)。从而计算出要求的数值。又如,李湘玲等[37]用正交函数分光光度法测定维生素E胶丸中的维生素E含量时,选择285 nm为中间波长进行测量、分析、计算也得到了满意的结果。
3. 小波变换方法
项迎春等[38]采用紫外分光光度法测定苯甲酸的对照液和混合液的吸收光谱,并对紫外吸收光谱进行连续小波变换,提取只与苯甲酸有关的特征小波系数的方法测定苯甲酸的含量。得水杨酸的线性范围为5~30 mg/mL(r=0.999 8),苯甲酸的线性范围10~60 mg/mL(r=0.999 9)。得到了想要的结果。
4. 偏最小二乘法
当这两种组分的紫外吸收光谱严重重叠,无法直接用紫外分光光度法进行测定。这时可借助偏最小二乘法解析重叠紫外光谱,用交互验证法提取主因子数[39-40]。
(七)与其他方法连用
1. 微柱电泳与紫外-可见分光光度法的在线联用
李连等[41]自制了紫外-可见分光光度计的微柱电泳高效分离附件,介绍了X射线衍射法在电泳微柱制备中的应用以及微柱电泳与紫外-可见分光光度法的在线联用。实验结果表明:微柱电泳与常规紫外分光光度法联用可简便地对混合物进行在线分离和测定,进一步拓宽了紫外分光光度计在光谱重叠组分痕量分析中的应用。
2. 固相萃取分光光度法
固相萃取采用高效、高选择性的固定相,具有能显著减少溶剂用量,简化样品预处理过程,加快样品处理的速度,预消除某些干扰杂质等优点固相萃取可应用于气相色谱、液相色谱、红外光谱、质谱、核磁、紫外-可见光谱、原子吸收等各种分析方法的样品预处理。
赵妍等[42]先采用固相萃取进行测试前预处理,达到去除干扰的目的。然后再用紫外分光光度法分析,得到双黄连口服液中主要有效成分黄芩苷的含量。