用于原輔料鑒定的

Agilent Cary 630 FTIR 光譜儀

使用用于 FTIR 的 Agilent MicroLab 軟件對不同

樣品 類型的分析執(zhí)行快速、簡單、可靠的工作

流程

原輔料鑒定是一項(xiàng)重要的質(zhì)量保證或安全控制分析措施，廣泛用于多種應(yīng)用和行業(yè) 中。確認(rèn)收到的原料身份，有助于避免將受污染、標(biāo)簽錯(cuò)誤的原輔料用于生 產(chǎn)流程。分析可確保最終產(chǎn)品符合預(yù)期用途所需的質(zhì)量和純度。確認(rèn)最終產(chǎn)品的身 份也同樣重要，以避免產(chǎn)品出現(xiàn)包裝和標(biāo)簽錯(cuò)誤。因此，許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如世界上 多數(shù)藥典）中都規(guī)定了原輔料鑒定這一要求。

傅里葉變換紅外光譜 (FTIR) 廣泛用于原輔料鑒定研究，且大多數(shù)藥典采用該 方法進(jìn)行原輔料鑒定。通過這項(xiàng)功能強(qiáng)大的技術(shù)，用戶可以快速輕松地完成可靠實(shí) 驗(yàn)，從而快速鑒定化合物身份。

采用合適的分析技術(shù)鑒定未知化合物的身份，有助于調(diào)查污染 或生產(chǎn)問題。該分析方法也可用于鑒定危險(xiǎn)或違禁物質(zhì)（如毒 素、爆炸物），并將其告知急救人員和執(zhí)法人員。

鑒于數(shù)據(jù)的有用性，許多非專業(yè)用戶也會對多種樣品常規(guī)采用 原輔料鑒定工作流程。因此，重要的是這一分析手段快速、簡 便且可靠，分析結(jié)果易于理解，沒有誤解風(fēng)險(xiǎn)。

Agilent Cary 630 FTIR 光譜儀是一款性能出色、體積小巧的多 用途臺式儀器（圖 1）。其模塊化設(shè)計(jì)支持實(shí)驗(yàn)室對分析進(jìn)行 進(jìn)行配置，可用于多種樣品類型和 FTIR 應(yīng)用。 Cary 630 FTIR 的可更換采樣接口包括透射、  DialPath、TumblIR、鉆石晶體 全反射 (ATR)、鍺晶體 ATR、硒化鋅 ATR、反射硒化鋅 ATR、 鏡面反射和漫反射接口。

Cary 630 FTIR 光譜儀采用 Agilent MicroLab 軟件控制，該軟 件通過可視化界面，指導(dǎo)用戶開展從樣品引入到報(bào)告生成的各 個(gè)分析步驟。這款軟件可自動檢測安裝的采樣附件、應(yīng)用所需 設(shè)置并加載相應(yīng)采樣附件的指示圖。最終結(jié)果采用顏色標(biāo)識，  幫助用戶解析數(shù)據(jù)并采取適當(dāng)行動。

圖 1. 配備鉆石晶體 ATR 采樣附件的 Agilent Cary 630 FTIR 用于鑒定不同粉末 的身份

本技術(shù)概述總結(jié)了采用 FTIR 進(jìn)行原輔料鑒定的不同方法。提 供的應(yīng)用示例展示了 Cary 630 FTIR 與 Microlab 軟件如何用 于對不同樣品類型實(shí)施快速、簡便、可靠的原輔料鑒定工作 流程。

2

3

按照圖片式向?qū)?軟件的指導(dǎo)

即刻獲得顏色標(biāo)記的 有指導(dǎo)意義的結(jié)果

開始分析

1

圖 2. 直觀的 Agilent Microlab 軟件工作流程使 Agilent Cary 630 FTIR 光譜儀可輕松找到答案。圖片式向?qū)?/span>軟件減少了培訓(xùn)需求，同時(shí)盡可能降低用戶引起錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)

鑒定未知物質(zhì)或確認(rèn)樣品身份的方法

譜庫搜索

每種物質(zhì)都有的紅外光譜（光學(xué)異構(gòu)體及長鏈烷烴同系 物等化合物除外），可以作為該物質(zhì)的指紋圖譜。將未知樣品 的紅外光譜與已知化合物的譜庫進(jìn)行對比，可以鑒定未知樣 品（如果未知樣品在該譜庫中），如圖 3 所示。通過“指紋圖 譜"匹配譜庫中的化合物光譜進(jìn)行未知物質(zhì)鑒定的方法，稱為 陽性鑒定。

譜庫中包含了數(shù)十、上百甚至上千張光譜。通過手動比較這些 光譜來找到最佳匹配，并不可行。因此，相關(guān)人員開發(fā)了檢索 算法來自動鑒定最佳匹配。確認(rèn)原輔料身份，并不一定需要包 括大量光譜的大型譜庫。僅包括可能原輔料光譜的小型譜庫通 常足以用于預(yù)期應(yīng)用。無論譜庫大小如何，譜庫檢索算法通過 使用“匹配"身份簡化原輔料確認(rèn)。

針對每個(gè)譜庫項(xiàng)目，都會自動計(jì)算匹配質(zhì)量指標(biāo) (HQI)。HQI 值 表示所測光譜與譜庫譜圖的匹配程度。在原輔料鑒定和確認(rèn)工 作流程中，  HQI 通常用作合格/不合格標(biāo)準(zhǔn)。

使用 Agilent MicroLab 軟件進(jìn)行譜庫檢索

Cary 630 FTIR 光譜儀以及安捷倫移動式和手持式 FTIR 系統(tǒng)隨 附的 Microlab 軟件采用基于方法的方案。如下節(jié)所述，在設(shè) 置好方法后，軟件將 FTIR 系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐徽臼浇鉀Q方案，可以 實(shí)現(xiàn)快速決策。

樣品譜圖

譜庫搜索

圖 3. 將未知樣品的 FTIR 光譜與已知化合物的光譜進(jìn)行對比， 即可鑒定未知 化合物。該工作流程稱為“譜庫檢索"，可以使用 Agilent MicroLab 軟件自動 執(zhí)行

圖 4. 在 Agilent MicroLab 軟件中，可以根據(jù)具體的鑒定應(yīng)用對譜庫檢索方法和檢索參數(shù)進(jìn)行定制。結(jié)果顯示設(shè)置也可定制，以便輕松解析并 報(bào)告結(jié)果

方法設(shè)置

在方法設(shè)置期間，譜庫檢索方法可根據(jù)鑒定應(yīng)用進(jìn)行定制：

–   可以同時(shí)檢索多個(gè)譜庫，如包括參比標(biāo)樣的譜庫，用于鑒 定樣品；另一個(gè)包括超標(biāo)樣品的譜庫，用于鑒定重復(fù)出現(xiàn) 的問題

–   可用的檢索算法有很多，包括歐氏距離、絕對值、導(dǎo)數(shù)、最小二乘、導(dǎo)數(shù)最小二乘、相關(guān)性、導(dǎo)數(shù)相關(guān)性、 相似度、導(dǎo)數(shù)相似性、擴(kuò)展相關(guān)性等

–   光譜范圍可以不納入分析

–   設(shè)定最小 HQI 以及最大匹配數(shù)量，確保僅呈現(xiàn)相關(guān)譜庫匹配

–   基于 HQI  的結(jié)果顏色標(biāo)記可用于定義置信水平，幫助用戶 解析結(jié)果，減少疏忽導(dǎo)致的錯(cuò)誤

–   可以提供其他化合物特征信息（如危險(xiǎn)信息）

執(zhí)行分析

MicroLab 通過圖片引導(dǎo)用戶完成分析的各個(gè)步驟，包括采樣 （如固體樣品如何使用 ATR 壓頭）和清潔流程（圖 5）。點(diǎn)擊 軟件主界面的開始按鈕，開始分析。

完成數(shù)據(jù)采集后，軟件將自動執(zhí)行譜庫檢索，并以易于理解的 結(jié)果呈現(xiàn)形式向用戶提供最佳譜庫匹配列表，如圖 6 所示。

圖 5. Agilent MicroLab 軟件的圖片指導(dǎo)界面簡化了使用 

Agilent Cary 630 FTIR 的分析，減少了培訓(xùn)需求。軟件復(fù)制了操作

人員在使用儀器時(shí)看到的內(nèi)容。完成數(shù)據(jù)采集后，會采用易于理解的形式直接顯示結(jié)果，如圖 6 和圖 10 所示。用戶檢查完

結(jié)果后，軟件將開始下一個(gè)分析，確保分析工作流程的連續(xù)性

圖 6. 在 Agilent MicroLab 軟件中，可以采用易于理解的方式顯示譜庫檢索結(jié)果，讓非專業(yè)用戶也能查看并解析結(jié)果。左圖：譜庫匹配數(shù)據(jù)僅以列表形式顯示或以列 表+譜圖的形式顯示。右圖：此外，可以選擇是否顯示化學(xué)元數(shù)據(jù)，如危險(xiǎn)信息和急救信息

譜庫和譜庫管理

譜庫檢索的質(zhì)量主要取決于譜庫的質(zhì)量。安捷倫提供多種可與 MicroLab 軟件配套使用的即用型特定應(yīng)用譜庫。

此外，使用 Microlab 軟件也可以輕松創(chuàng)建、維護(hù)并管理譜庫 （圖 7）。只需幾秒即可創(chuàng)建新譜庫?？梢栽趧?chuàng)建時(shí)或其他任 意時(shí)間點(diǎn)，直接從結(jié)果界面向譜庫中添加譜圖。

圖 7. 使用 Agilent MicroLab 軟件可以快速輕松地進(jìn)行譜庫管理。只需幾秒即可創(chuàng)建新譜庫。譜庫內(nèi)容可以根據(jù)需要進(jìn)行更新

應(yīng)用示例

應(yīng)用示例 1：藥物原輔料身份確認(rèn)

使用配備鉆石晶體 ATR 采樣附件的 Cary 630 FTIR 采集水楊 酸、布洛芬和煙酸三種常用活性藥物成分 (APIs) 以及標(biāo)準(zhǔn)物 質(zhì)賦形劑( α-環(huán)糊精）的紅外光譜。采用 MicroLab 軟件創(chuàng)建 了新譜庫，并將采集的參比光譜添加至該譜庫。采用了圖 8 所 用的參數(shù)，對該譜庫進(jìn)行譜庫搜索。

然后，采用身份確認(rèn)方法分析了不同批次的水楊酸、煙酸、布 洛芬和 α-環(huán)糊精。  MicroLab 軟件成功確認(rèn)了所有測試原輔料 的身份。  HQI 分別為 0.99238  （水楊酸）、0.99775  （煙酸）、 0.98641   （布洛芬）及 0.98675   ( α-環(huán)糊精），其中采用相似度 檢索算法得到的最高理論值為 1 （圖 9）。

圖 8. 用于確認(rèn)藥物 APIs 身份的譜庫檢索參數(shù)。質(zhì)量臨界閾值和質(zhì)量邊際閾值設(shè)置規(guī)定結(jié)果顯

示的顏色標(biāo)記

圖 9. Agilent MicroLab 軟件對譜庫檢索結(jié)果進(jìn)行顏色標(biāo)記。顏色標(biāo)記簡化了結(jié)果解析，可減

少疏忽導(dǎo)致的錯(cuò)誤。此截圖中，綠色的為 α-環(huán)糊精的結(jié)果，與譜庫光譜匹配度較高

應(yīng)用示例 2：聚合物樣品的鑒定

使用帶有鉆石晶體 ATR 采樣附件的 Cary 630 FTIR 分析了五種 不同的塑料原輔料，包括聚丙烯、聚碳酸酯、氯化聚乙烯、聚 對苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯。

Agilent MicroLab 軟件選擇了安捷倫 FTIR 譜庫：ATR 聚合物 和聚合物添加劑 （部件號 G8045AA，選件 106）。該譜庫包 含所選聚合物、塑料、聚合物添加劑、增塑劑和包裝材料的 7974 個(gè)光譜。

采樣相似度算法檢索該譜庫，根據(jù) HQI 結(jié)果，成功地鑒定了 五種聚合物樣品。HQI 值分別為 0.98315（聚丙烯）、0.97298 （聚碳酸酯）、0.97212   （氯化聚乙烯）、0.96238   （聚對苯二甲 酸乙二醇酯）、0.98360   （聚氯乙烯），其中采用相似度算法得 到的最高理論值為 1 （圖 10）。

圖 10. 配備鉆石晶體 ATR 采樣附件的 Agilent Cary 630 FTIR 獲得的匹配結(jié)果采 用顏色標(biāo)記，可以快速清晰地顯示。常規(guī)的定性原輔料鑒定方法可以

自動鑒定 聚合物的類型，置信水平較高

譜圖的手動對比

此外，可以通過手動對比紅外光譜，對已知原輔料進(jìn)行定性確 認(rèn)?？梢詫悠返墓庾V與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的光譜進(jìn)行直觀比較；或標(biāo) 記觀察到的峰并與文獻(xiàn)值比較。

通常，大多數(shù)光譜信息位于紅外光譜的指紋區(qū)域（約 400 – 1500 cm –1）。MicroLab 軟件可以放大該指紋區(qū)域的波數(shù)范 

圍，同時(shí)壓縮光譜的高能量區(qū)域（圖 11）。放大光譜可以對更 多相關(guān)指紋區(qū)域開展更深入和輕松的研究。

圖 11. 物質(zhì)的紅外光譜可以提供很有價(jià)值的信息，讓人們了解原輔料的構(gòu) 成，如官能團(tuán)的存在。通常，大多數(shù)相關(guān)譜帶位于紅外光譜的指紋區(qū)域（約 

400–1500 cm–1）。使用 Agilent MicroLab 軟件，可以應(yīng)用波數(shù)縮放比例因子，  對目標(biāo)光譜范圍進(jìn)行更詳細(xì)的分析

應(yīng)用示例 3：采用手動光譜對比對 API 進(jìn)行原輔料身份確認(rèn)

使用 Cary 630 FTIR，通過透射采集模塊采集了含利福平（一種 抗生素 API）溴化鉀 (Kbr) 壓片的紅外光譜。  4000–2000 cm–1  的 范圍內(nèi)幾乎沒有獲得光譜信息，多數(shù)譜帶位于 2000–600 cm–1 的范圍。在 MicroLab 軟件的圖形結(jié)果界面，對更重要的指紋 區(qū)域進(jìn)行了放大（放大了兩倍），同時(shí)壓縮了位于更高波數(shù)區(qū) 域的光譜（圖 12）。

通過放大光譜，可以輕松地將樣品光譜與中國藥典委員會發(fā)布 的藥物紅外光譜圖譜中的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行比較。對相應(yīng)譜帶進(jìn)行 

標(biāo)記，  同時(shí)該軟件可自動生成 PDF 版本的報(bào)告，報(bào)告中提供 了光譜以及所有標(biāo)記峰的匯總表（圖 13）。

圖 12. 利福平的紅外光譜。為便于查看光譜，與高波數(shù)區(qū)域相比，將指紋區(qū)域放大了兩倍，同時(shí)對相關(guān)譜帶進(jìn)行了標(biāo)記

圖 13. Agilent MicroLab 軟件的結(jié)果窗口可直接生成 PDF 版本的報(bào)告。該報(bào)告可定制，能夠涵蓋相關(guān)信息，如樣品名稱、操作人員身份以及分析詳細(xì)信息

（包括 放大譜圖、完整譜圖以及峰列表）

結(jié)論

對許多行業(yè)而言，采用 FTIR 鑒定原輔料是一項(xiàng)重要的分析方

法。本概述展示了 Agilent Cary 630 FTIR 在對不同樣品類型進(jìn)

行原輔料鑒定方面的靈活性，可以根據(jù)應(yīng)用定制采樣附件和方

法。 Agilent MicroLab 軟件在整個(gè)工作流程中提供逐步指導(dǎo)，

可簡化所有方法開發(fā)。本概述提供的應(yīng)用示例說明了該軟件可

通過譜庫檢索或譜圖的手動對比簡化原輔料鑒定。

直觀的圖片引導(dǎo)式 MicroLab 軟件可快速學(xué)習(xí)掌握，減少了培

訓(xùn)需求，降低操作人員錯(cuò)誤和報(bào)告次數(shù)，有助于提高原輔料質(zhì)

量控制檢測的效率。