Định lượng cefuroxim trong một số viên nén trên thị trường bằng máy quang phổ cận hồng ngoại cầm tay

BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

-----  -----

HÀN THỊ DĨNH
Mã sinh viên: 1101078

ĐỊNH LƢỢNG CEFUROXIM
TRONG MỘT SỐ VIÊN NÉN
TRÊN THỊ TRƢỜNG
BẰNG MÁY QUANG PHỔ
CẬN HỒNG NGOẠI CẦM TAY
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

HÀ NỘI – 2016


BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

HÀN THỊ DĨNH
Mã sinh viên: 1101078

ĐỊNH LƢỢNG CEFUROXIM
TRONG MỘT SỐ VIÊN NÉN
TRÊN THỊ TRƢỜNG
BẰNG MÁY QUANG PHỔ
CẬN HỒNG NGOẠI CẦM TAY
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ
Ngƣời hƣớng dẫn:

1. ThS. Nguyễn Lâm Hồng
2. DS. Bùi Văn Trung
Nơi thực hiện:
Viện kiểm nghiệm thuốc TW

HÀ NỘI – 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến
ThS. Nguyễn Lâm Hồng và DS. Bùi Văn Trung đã luôn tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận
tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các phòng ban cùng
Bộ môn Hóa Phân tích- Độc chất…và toàn thể cán bộ, nhân viên trường Đại
học Dược Hà nội đã dạy bảo, tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong thời gian học
tập và nghiên cứu tại trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các anh chị Khoa Vật lý đo lườngViện kiểm nghiệm thuốc TW đã tạo điều kiện thuận lợi và hướng dẫn tận tình
những kiến thức thiết thực trong suốt thời gian tôi thực hiện ngiên cứu và
giúp tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận.
Cuối cùng, một lần nữa tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình,
anh chị, bạn bè… đã luôn động, viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu.

Hà Nội, 12 tháng 5 năm 2016
Sinh viên

Hàn Thị Dĩnh

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
ĐẶT VẤN ĐỀ.............................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3
1.1.

Tổng quan về cefuroxim axetil ......................................................................3

1.1.1.

Công thức cấu tạo, danh pháp .......................................................................3

1.1.2.

Tính chất vật lý ..............................................................................................3

1.1.3.

Các dạng bào chế ...........................................................................................3

1.1.4.

Các phƣơng pháp định tính, định lƣợng thông thƣờng .................................4

1.2.

Tổng quan về phƣơng pháp quang phổ cận hồng ngoại ................................4

1.2.1.

Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp quang phổ NIR ....................................5

1.2.2.

Các kỹ thuật đo phổ NIR .............................................................................11

1.2.3.

Thiết bị .........................................................................................................13

1.2.3.1. Nguyên tắc cấu tạo ......................................................................................13
1.2.3.2. Nguyên tắc hoạt động ..................................................................................16
1.2.4.

Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp quang phổ NIR.....................................16

1.2.4.1. Ƣu điểm .......................................................................................................16
1.2.4.2. Nhƣợc điểm .................................................................................................17
1.2.5.

Ứng dụng phổ NIR ......................................................................................17

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................20
2.1.

Đối tƣợng .....................................................................................................20

2.2.

Nguyên liệu, thiết bị ....................................................................................20

2.2.1.

Nguyên liệu..................................................................................................20

2.2.2.

Thiết bị .........................................................................................................21

2.3.

Nội dung nghiên cứu ...................................................................................22

2.4.

Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................22


2.4.1.

Xây dựng quy trình phân tích ......................................................................22

2.4.2.

Thẩm định quy trình phân tích. ...................................................................23

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................24
3.1.

Quy trình phân tích ......................................................................................24

3.1.1.

Điều kiện tiến hành ......................................................................................24

3.1.2.

Định lƣợng cefuroxim axetil bằng phƣơng pháp cận hồng ngoại. ..............24

3.2.

Công thức bào chế các viên nén chứa cefuroxim axetil ..............................25

3.2.1.

Công thức bào chế viên nén Haginat 500 ....................................................25

3.2.2.

Công thức bào chế viên nén Pmz-Zanimex 250 ..........................................26

3.2.3.

Công thức bào chế viên nén Cerzinate 250 .................................................26

3.3.

Thiết lập đƣờng tuyến tính của các viên mô hình .......................................27

3.3.1.

Thiết lập đƣờng tuyến tính của Haginat 500 ...............................................29

3.3.2.

Thiết lập đƣờng tuyến tính của Pmz- Zanimex 250 ....................................30

3.3.3.

Thiết lập đƣờng tuyến tính của Cerzinate 250 ............................................31

3.4.

Thẩm định quy trình phân tích ....................................................................32

3.3.1.

Độ tuyến tính ...............................................................................................32

3.3.2.

Độ đặc hiệu ..................................................................................................33

3.3.3.

Độ đúng .......................................................................................................34

3.3.4.

Độ lặp lại .....................................................................................................36

3.3.5

Độ chính xác trung gian...............................................................................38

3.4.

Ứng dụng phân tích thuốc trên thị trƣờng ...................................................41

3.5.

Bàn luận .......................................................................................................41

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết tắt
1

AOTF

2
3

FIR

4

HPMC

5
6

IR
kl/kl

FT

7

LC-MS

8
9

MIR
NIR

10

NIRS

11

R

12

RMSEC

13

RSD

14

SKS

15

TLC

16

UV-VIS

Tiếng Anh
Acousto-Optic Tunable
Filter
Far Infrared
Fourier Transform
High Performance Liqid
Chromatography
Infrared

Liquid Chromatography
Tandem mass
Spectrometry
Mid Infrared
Near Infrared
Near Infrared
Spectrometry

Tiếng Việt
Bộ phận điều tiết quang âm
Hồng ngoại xa
Biến đổi Fourier
Sắc ký lỏng hiệu năng cao
Hồng ngoại
Khối lƣợng/ khối lƣợng
Sắc ký lỏng khối phổ
Hồng ngoại giữa
Cận hồng ngoại
Phổ cận hồng ngoại

Hệ số tƣơng quan
Root Mean Squared Error Căn bậc hai sai số bình
of Calibration
phƣơng trung bình
Relative Standard
Độ lệch chuẩn tƣơng đối
Deviation
Số kiểm soát
Thin Layer
Sắc ký lớp mỏng

Chromatography
Ultraviolet-Visible
Tử ngoại-khả kiến


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Bảng

Nội dung

Trang

1

Bảng 2.1

Các mẫu thuốc thử trên thị trƣờng

20

2

Bảng 2.2

Các tá dƣợc trong công thức bào chế

21

3

Bảng 2.3

Các thiết bị sử dụng

21

4

Bảng 2.4

Các chỉ tiêu thẩm định

23

5

Bảng 3.1

Công thức bào chế viên nén Haginat 500

25

6

Bảng 3.2

Công thức bào chế viên nén Pmz-Zanimex 250

26

7

Bảng 3.3

Công thức bào chế viên nén Cerzinate 250

26

8

Bảng 3.4

Hàm lƣợng cefuroxim axetil trong các viên mô
hình công thức Haginat 500

29

9

Bảng 3.5

Hàm lƣợng cefuroxim axetil trong các viên mô
hình công thức Pmz-Zanimex 250

30

10

Bảng 3.6

Hàm lƣợng cefuroxim axetil trong các viên mô
hình công thức Cerzinate 250

31

11

Bảng 3.7

Kết quả thẩm định độ đặc hiệu của phƣơng pháp

33

12

Bảng 3.8

Kết quả thẩm định độ đúng của Haginat 500

34

13

Bảng 3.9

Kết quả thẩm định độ đúng của Pmz-Zanimex
250

35

14

Bảng 3.10 Kết quả thẩm định độ đúng của Cerzinate 250

35

15

Bảng 3.11 Kết quả thẩm định độ lặp lại của Haginat 500

37

16

Bảng 3.12

Kết quả thẩm định độ lặp lại của Pmz-Zanimex
250

37

17

Bảng 3.13 Kết quả thẩm định độ lặp lại của Cerzinate 250

38

18

Bảng 3.14 Kết quả thẩm định độ chính xác trung gian của

39


Haginat 500
19

Bảng 3.15

Kết quả thẩm định độ chính xác trung gian của
Pmz-Zanimex 250

39

20

Bảng 3.16

Kết quả thẩm định độ chính xác trung gian của
Cerzinate 250

40

21

Bảng 3.17 Kết quả phân tích thuốc trên thị trƣờng

41

DANH MỤC CÁC HÌNH
STT

Hình

Nội dung

Trang

1

Hình 1.1

Công thức hóa học của cefuroxim axetil

3

2

Hình 1.2

Mô hình các kiểu dao động hóa trị của phân tử

6

3

Hình 1.3

Mô hình các kiểu dao động uốn của phân tử

7

4

Hình 1.4

Giản đồ phân bố thế năng dao động trong phân tử

9

5

Hình 1.5

Phổ MIR đo bằng phản xạ toàn phần và phổ NIR
đo bằng phản xạ khuếch tán của Magie stearat

11

6

Hình 1.6

Máy quang phổ NIR đo truyền qua

14

7

Hình 1.7

Máy quang phổ NIR đo phản xạ

14

8

Hình 1.8

Máy quang phổ NIR

15

9

Hình 1.9

Phân tích phổ NIR xuyên qua bao bì

19

10

Hình 1.10

Phân tích hàng loạt viên trên dây chuyền sản xuất
bằng NIR

19

11

Hình 3.1

Thiết bị NIR cầm tay

24

12

Hình 3.2

Sơ đồ dập viên

27

13

Hình 3.3

Đƣờng tuyến tính của Haginat 500

29

14

Hình 3.4

Đƣờng tuyến tính của Pmz-Zanimex 250

30

15

Hình 3.5

Đƣờng tuyến tính của Cerzinate 250

31


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Thuốc trên thị trƣờng Việt Nam ngày càng đa dạng về chủng loại và
đƣợc sản xuất với số lƣợng lớn gây rất nhiều khó khăn cho công tác kiểm tra,
giám sát và đảm bảo chất lƣợng thuốc. Đặc biệt, với công nghệ ngày càng
phát triển, thuốc giả ngày càng đƣợc sản xuất một cách tinh vi, trà trộn vào thị
trƣờng thuốc dƣới nhiều hình thức khác nhau. Do đó, thuốc giả, thuốc kém
chất lƣợng đang là một mối nguy hiểm thƣờng trực cho sức khỏe cộng đồng
và đe dọa đến lợi ích, uy tín của các công ty sản xuất dƣợc phẩm.
Cefuroxim - kháng sinh Cephalosporin thế hệ 2, nhóm β-lactam [1],
hiện đang là một trong những loại kháng sinh đƣợc các nhà thuốc, trung tâm y
tế, bệnh viện…sử dụng phổ biến và rộng rãi. Chính vì đƣợc sử dụng phổ biến
mà tình trạng thuốc giả, thuốc kém chất lƣợng của các chế phẩm chứa
cefuroxim ngày càng gia tăng.
Các phƣơng pháp thông thƣờng đƣợc sử dụng để phân tích, kiểm tra và

giám soát thuốc nhƣ sắc ký lớp mỏng (TLC), sắc ký lỏng hiệu năng cao
(HPLC), sắc ký lỏng khối phổ (LC_MS), quang phổ UV_VIS, IR …cho kết
quả với độ chính xác cao, nhƣng tốn rất nhiều thời gian, nhân lực… và rất khó
có thể kiểm soát hết đƣợc chất lƣợng của tất cả các thuốc trên thị trƣờng.
Trƣớc những thực trạng trên, vấn đề cấp thiết đặt ra là phải tìm đƣợc
những phƣơng pháp có thể phân tích nhanh để kiểm soát đƣợc hết chất lƣợng
của các thuốc trên thị trƣờng, nhất là những thuốc có nguy cơ cao bị làm giả.
Phƣơng pháp quang phổ cận hồng ngoại đƣợc biết đến là kỹ thuật mới mang
những ƣu điểm nhƣ phân tích nhanh, không phá hủy mẫu, ít phải chuẩn bị
mẫu, không tốn dung môi, hóa chất, không độc hại... và có thể đáp ứng đƣợc
các nhu cầu cấp thiết hiện nay.


2

Vì vậy, tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu và chọn đề tài: “Định lƣợng
cefuroxim trong một số viên nén trên thị trƣờng bằng máy quang phổ
cận hồng ngoại cầm tay” làm đề tài cho báo cáo khóa luận tốt nghiệp của
mình với 3 mục tiêu sau:
 Xây dựng đƣợc quy trình phân tích cefuroxim bằng phƣơng pháp
quang phổ cận hồng ngoại trên một số nền chế phẩm viên nén.
 Thẩm định quy trình phân tích đã xây dựng.
 Ứng dụng phân tích thuốc trên thị trƣờng.


3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về cefuroxim axetil

1.1.1. Công thức cấu tạo, danh pháp
Công thức hóa học [7], [26]:

Hình 1.1. Công thức hóa học của cefuroxim axetil
Công thức phân tử: C20H22N4O10S [26].
Khối lƣợng phân tử: 510,47 g/mol [26].
Tên

khoa

học

(IUPAC):

(RS)1R1-Acetoxyethyl

(6R,7R)-3

[(carbamoyloxy)methyl]-7-8-oxo-5-thia-1-azabicyclo[4.2.0]oct-2-ene-2carboxylate [2], [7].
1.1.2. Tính chất vật lý
Cefuroxim axetil ở dạng bột kết tinh trắng hoặc trắng ngà, ít tan trong
nƣớc, tan trong aceton, ethyl acetat và methanol, ít tan trong ethanol [2].
1.1.3. Các dạng bào chế
Cefuroxim axetil: Dạng thuốc uống, liều biểu thị theo số lƣợng tƣơng
đƣơng của cefuroxim.
Dạng hỗn dịch uống: 125 mg/5 ml; 250 mg/5 ml.

4

Dạng viên nén, viên nén bao phim, viên nang: 125 mg, 250 mg, 500 mg
[3], [10], [11].
1.1.4. Các phƣơng pháp định tính , định lƣợng thông thƣờng
a) Định tính
- Phƣơng pháp phổ hồng ngoại: phổ hồng ngoại của mẫu thử phải phù
hợp với phổ đối chiếu của cefuroxim axetil hay với phổ của cefuroxim
axetil chuẩn [7] .
- Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao: sắc ký đồ của dung dịch thử
hai pic chính (cefuroxim axetil diastereoisomer A và cefuroxim axetil
diastereoisomer B) phải có thời gian lƣu tƣơng ứng với thời gian lƣu
của hai pic chính trên sắc ký đồ của dung dịch chuẩn [2], [26].
b) Định lượng:
Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [6], [27].
Điều kiện sắc ký:
- Cột thép không gỉ (25 cm x 4,6 mm) đƣợc nhồi pha tĩnh trimethylsilyl
silica gel dùng cho sắc ký (5 m) (cột Hypersil SAS là phù hợp).
- Detector quang phổ tử ngoại đặt ở bƣớc sóng 278 nm.
- Tốc độ dòng: 1,2 ml/phút.
- Thể tích tiêm: 20 l.
1.2.

Tổng quan về phƣơng pháp quang phổ cận hồng ngoại
Phổ cận hồng ngoại đƣợc biết đến từ đầu thế kỷ XIX [18], nhƣng do sự

phát triển mạnh mẽ suốt một thời gian dài của phổ UV-VIS và phổ hồng
ngoại giữa (MIR), gần đây là sự bùng nổ của công nghệ quang phổ Raman mà
phổ NIR hầu nhƣ bị lãng quên [5]. Khoảng 30 năm trở lại đây, nhờ sự cải tiến
về công nghệ của thiết bị NIR và hỗ trợ đắc lực của phần mềm phân tích, vai

trò quan trọng của phổ NIR đã dần đƣợc phát huy [5], [9]. Đã có nhiều nghiên


5

cứu đƣợc công bố cho thấy phổ NIR không chỉ là công cụ phân tích thƣờng
quy mà còn là công cụ nghiên cứu quan trọng, nó cung cấp những thông tin
quan trọng và có những ứng dụng mà không thể có đƣợc từ bất kỳ phƣơng
pháp phân tích nào khác [15].
1.2.1. Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp quang phổ NIR
Bức xạ cận hồng ngoại (NIR) là các bức xạ có bƣớc sóng từ 780 nm
đến 2500 nm nằm trong vùng hồng ngoại [6], [9], [27]. Phổ cận hồng ngoại là
phổ dao động phân tử, nó khác với phổ Raman và phổ hồng ngoại giữa (MIR)
[14], [19], [20]. Để tìm hiểu chi tiết về phổ NIR, chúng ta cùng tìm hiểu về
mô hình dao động của các nguyên tử trong phân tử.
Các liên kết trong phân tử có các kiểu dao động nhƣ sau:
 Dao động duỗi (Hình 1.2.(a,b,c)): Gồm dao động duỗi đối xứng và
không đối xứng. Dao động duỗi làm thay đổi khoảng cách giữa các
nguyên tử trong phân tử.


6

(a)

(b)

(c)
Hình 1.2.(a,b,c). Mô hình các kiểu dao động hóa trị của phân tử
 Dao động uốn (Hình 1.3.(a,b,c)): Uốn trong mặt phẳng và ngoài mặt

phẳng.
Dao động uốn làm thay đổi góc liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.


7

(a)

(b)

(c)
Hình 1.3.(a,b,c). Mô hình các kiểu dao động uốn của phân tử
Trong phân tử, dao động của các nguyên tử cũng tồn tại ở các trạng thái
khác nhau, đƣợc xếp theo bậc dựa vào các mức năng lƣợng mà chúng tồn tại
[9], [14], [20]. Ở điều kiện thƣờng, chúng dao động ở trạng thái cơ bản (bậc
0) và càng lên bậc cao, năng lƣợng dao động của phân tử càng lớn.


8

Khi khoảng cách giữa hai nguyên tử (khối lƣợng lần lƣợt m1 và m2)
trong liên kết là re, tần số dao động của liên kết đƣợc cho bởi công thức:

√
Trong đó

và k là hệ số đàn hồi của liên kết.

Năng lƣợng dao động thực tế của phân tử đƣợc ngoại suy từ phép tính
gần đúng của phƣơng trình Schrodinger, đƣợc gọi là phƣơng trình thế năng

Morse. Biểu diễn phƣơng trình thế năng ấy dƣới dạng số sóng nhƣ sau:
(

)

(

)

Ở phƣơng trình trên,

(

)

)

là tần số góc dao động tƣơng ứng với trạng

thái mà khoảng cách hai nguyên tử là re;
đang xét;

(

là số thứ tự của bậc năng lƣợng

là các hằng số, trong đó

.

Khi làm gần đúng thêm bƣớc nữa, bỏ bớt số hạng thứ ba, phƣơng trình
có dạng là:
(

)

(

)

(

)

Đây là phƣơng trình gần đúng của biểu thức thế năng dao động của
phân tử hay đƣợc sử dụng nhất trong các tài liệu [9] [20].
Giản đồ phân bố năng lƣợng nhƣ sau:


9

Hình 1.4. Giản đồ phân bố thế năng dao động trong phân tử
Từ giản đồ trên ta thấy, khi tƣơng tác với các bức xạ IR thích hợp, phân
tử sẽ hấp thụ một phần năng lƣợng để chuyển lên trạng thái dao động cao hơn,
kết quả là tạo nên các dải dịch chuyển trên phổ đồ của chất phân tích. Các
chuyển dịch xảy ra từ mức năng lƣợng cơ bản (bậc 0) lên trạng thái dao động
bậc 1 thì gọi là các dải chuyển dịch cơ bản. Các dịch chuyển xảy ra giữa trạng
thái dao động cơ bản và các mức năng lƣợng có bậc cao hơn (từ bậc 2 trở lên)
thì đƣợc gọi là các overtone [9], [17], [20].
Các dao động rung lắc, uốn và xoay dễ xảy ra hơn các dao động dọc

theo trục và chúng cần năng lƣợng nhỏ hơn năng lƣợng tạo các overtone. Các
bức xạ trong vùng MIR và FIR tạo nên các dịch chuyển cơ bản. Bức xạ vùng
FIR có bƣớc sóng dài, năng lƣợng yếu, ít làm thay đổi trạng thái dao động, có


10

chăng chỉ làm thay đổi đƣợc các trái thái rung lắc đơn giản. Phổ FIR ít đƣợc
ứng dụng trong phân tích [20].
Các bức xạ vùng MIR có năng lƣợng phù hợp với nhiều loại liên kết
nên rất dễ bị hấp thụ, cƣờng độ các dải hấp thụ lớn. Mỗi liên kết hấp thụ một
dải sóng đặc trƣng khác nhau và tách biệt nhau rõ ràng. Vì thế, mỗi dải trong
phổ MIR đặc trƣng cho từng kiểu dao động khác nhau của mỗi liên kết khác
nhau. Tập hợp các dải ấy (phổ MIR) đặc hiệu cho một chất khác nhau. Trong
phân tích, phổ MIR đƣợc xem là phổ vân tay để xác định các chất. Phân tích
phổ MIR còn có thể xác định đƣợc cấu trúc phân tử các chất phân tích.
Đối với các bức xạ trong vùng NIR, do có năng lƣợng lớn nên khi
tƣơng tác với phân tử chất phân tích sẽ có hai khả năng xảy ra. Thứ nhất, làm
thay đổi trạng thái dao động phân tử từ cơ bản lên các bậc cao 2,3,4… tạo nên
overtone; thứ hai, làm các dao động cơ bản khác nhau trong phân tử xảy ra
đồng thời. Bởi vậy, phổ NIR chính là sự kết hợp của các dải dịch chuyển bội
tần và các dải dịch chuyển cơ bản. Các dải phổ trong vùng NIR có sự chồng
chập lên nhau nên hình dáng phổ tù, không tách biệt đƣợc các dải hấp thụ cho
từng kiểu liên kết. Thêm vào đó, cƣờng độ phổ NIR là thấp hơn rất nhiều so
với phổ MIR nên so với phổ MIR và phổ Raman, phổ NIR có độ đặc hiệu
không cao [9], [17].
Overtone thƣờng xảy ra ở các bƣớc sóng ngắn trong vùng NIR và đặc
trƣng cho các liên kêt X-H (cụ thể là C-H, S-H, N-H và O-H). Overtone bậc
càng cao thì càng khó xảy ra hơn, cƣờng độ phổ hấp thụ càng yếu hơn. Trên
phổ NIR, overtone có cƣờng độ thấp hơn từ 10 đến 1000 lần so với cƣờng độ

của các dải dịch chuyển cơ bản [9], [17], [27].


11

Hình 1.5. Phổ MIR đo bằng phản xạ toàn phần và phổ NIR đo bằng phản xạ
khuếch tán của Magie stearat
Tuy không đặc hiệu nhƣ vậy, nhƣng cũng vì năng lƣợng lớn, tỉ lệ hấp
thụ xảy ra ít nên bức xạ NIR có thể xuyên sâu hơn vào mẫu phân tích, mang
nhiều thông tin về mẫu phân tích hơn, giúp chúng ta có thể đo đƣợc phổ thông
qua bao bì trong suốt nhƣ thủy tinh, polymer… tạo nên các ƣu việt của phổ
NIR [27]. Các ứng dụng phổ NIR sẽ tiếp tục đƣợc trình bày ở các mục sau.
1.2.2. Các kỹ thuật đo phổ NIR
Có ba kỹ thuật đo phổ NIR đó là: truyền qua, phản xạ truyền qua và
phản xạ khuếch tán.
Kỹ thuật đo truyền qua và phản xạ truyền qua có cùng bản chất, đều
dựa trên việc xác định tỉ lệ cƣờng độ của chùm bức xạ trƣớc và sau khi truyền
qua mẫu phân tích. Tỉ lệ ấy phụ thuộc vào độ hấp thụ riêng của phân tử ε,
nồng độ chất phân tích C và quang trình l khi bức xạ đi qua mẫu. Chúng tuân
theo định luật Lambert – Beer:
( )


12

Trong đó, I và I0 là cƣờng độ bức xạ trƣớc và sau tƣơng tác với chất
phân tích.
Các kỹ thuật này khi đo phải chuẩn bị mẫu, tốn nhiều thời gian. Nếu
muốn định lƣợng thì phải ổn định đƣợc quang trình (độ dày mẫu và góc
chiếu), phụ thuộc vào bản chất từng mẫu đo (mỗi mẫu có khoảng tuyến tính

khác nhau)…So với phổ hồng ngoại và Raman trên phƣơng diện định tính, nó
không đặc hiệu bằng. Về mặt định lƣợng, nó đƣợc áp dụng cho các chất lỏng,
tuy nhiên so với phổ UV-VIS thì độ chính xác không cao. Chính vì thế các kỹ
thuật này ít đƣợc sử dụng.
Trong kỹ thuật đo phản xạ khuếch tán, ngƣời ta xây dựng phổ dựa trên
tỷ lệ R của cƣờng độ ánh sáng sau khi phản xạ qua mẫu đo I với cƣờng độ ánh
sáng phản xạ qua bề mặt nền chuẩn hoặc nền mẫu IR.

Khi thâm nhập vào chất phân tích, bức xạ NIR truyền một phần năng
lƣợng làm thay đổi trạng thái dao động của phân tử. Phần năng lƣợng còn lại
đƣợc truyền đến detector. Sự chênh lệch cƣờng độ giữa ánh sáng phản xạ bởi
nền mẫu và ánh sáng phản xạ thu đƣợc từ mẫu phân tích tạo nên “độ hấp thụ
giả” log10(1/R) ở từng bƣớc sóng tƣơng ứng [9], [27] . Phổ đồ đƣợc xây dựng
từ sự thay đổi “độ hấp thụ giả” theo bƣớc sóng của mẫu phân tích đƣợc gọi là
phổ NIR của chất ấy.
So với các kỹ thuật trên, kỹ thuật đo phản xạ khuếch tán đang cho thấy
nhiều ƣu thế:
Thứ nhất, phép đo phản xạ khuếch tán không phụ thuộc vào độ dày,
quang trình của chất phân tích mà chỉ phụ thuộc vào bản chất và tỉ lệ của chất
phân tích trong mẫu phân tích. Đối với các mẫu đo rắn, ngƣời ta chiếu trực


13

tiếp bức xạ NIR vào mẫu để đo. Đối với các mẫu lỏng, ngƣời ta thiết kế thêm
các hạt nhỏ phản xạ ánh sáng để cho vào dung dịch (quicksand), bức xạ NIR
khi chiếu vào dung dịch, sau khi tƣơng tác với chất phân tích ở dạng dung
dịch, tín hiệu đầu ra đƣợc phản xạ lại và vẫn mang thông tin về chất phân tích.
Điều này giúp chúng ta có thể phân tích nhanh mà không cần hoặc rất ít phải
chuẩn bị mẫu trong quá trình phân tích, tiết kiệm thời gian, chi phí, không cần

nhiều phụ kiện trợ giúp (cu vét, cốc đo…), giảm sai số do các yếu tố ngoại lai
và tăng độ chính xác của phép đo.
Thứ hai, các phần mềm phân tích phổ hiện nay sử dụng phƣơng pháp
bình phƣơng tối thiểu từng phần tại nhiều bƣớc sóng (Partial least square PLS), phƣơng pháp phân tích cấu tử chính (Principal component analysisPCA) cho phép định lƣợng đƣợc các thành phân chất phân tích dựa vào sự
thay đổi tỉ lệ đáp ứng của nó trong nền mẫu. Khi thay đổi nồng độ chất phân
tích, tỉ lệ “độ hấp thụ” của nền mẫu và của chất phân tích tại các điểm khác
nhau cũng thay đổi theo. Dựa vào sự thay đổi ấy, chúng ta có thể thiết lập
đƣợc đƣờng chuẩn từ phổ chất phân tích và nồng độ tƣơng ứng. Khi có sự
thay đổi về điều kiện đo, tỉ lệ cƣờng độ giữa các đỉnh vẫn không thay đổi
nhiều nên đƣờng chuẩn đƣợc xây dựng khá chính xác, ít bị ảnh hƣởng bởi các
thay đổi nhỏ trong quá trình đo. Sử dụng đƣờng chuẩn ấy, chúng ta đo phổ
của chất phân tích và có thể xác định đƣợc ngay hàm lƣợng của chất phân tích
trong mẫu.
1.2.3. Thiết bị
1.2.3.1.

Nguyên tắc cấu tạo

Về cơ bản, máy quang phổ NIR cấu tạo bởi các bộ phận sau: nguồn
sáng, hệ quang, bộ phận đựng mẫu và detector. Tùy theo kiểu đo mà vị trí của
detector đƣợc bố trí khác nhau nhƣ hình dƣới.


14

Hình 1.6. Máy quang phổ NIR đo truyền qua

Hình 1.7. Máy quang phổ NIR đo phản xạ
 Nguồn NIR
Đèn NIR đặc trƣng đƣợc sử dụng trong các thiết bị NIR là đèn halogen

với công suốt nguồn từ 5 w đến 50 w. Đối với các đèn NIR, đèn càng sử dụng
ở nhiệt độ thấp thì tuổi thọ càng đƣợc kéo dài và ƣu điểm của các loại đèn này
là có thể sử dụng ở công suất thấp nên tuổi thọ đèn đƣợc tăng lên [9], [17],
[22].
 Hệ quang
Loại phổ biến nhất đang đƣợc lƣu hành có cấu tạo gồm:
 Bộ phận đơn sắc: Hệ thống thấu kính kết hợp với lăng kính hoặc cách
tử.
 Bộ phận điều tiết quang âm (acousto-optic tunable filter (AOTF)).


15

Hình 1.8. Máy quang phổ NIR
 Detector
Các thiết bị phân tích NIR có thể quét với tốc độ cao, nên những
detector đáp ứng nhanh đƣợc ƣu tiên sử dụng. Các detector này phải đƣợc làm
lạnh khi làm việc bằng pin nhiệt điện hoặc nitrogen lỏng. Một số loại detector
phổ biến cho thiết bị này là InSb, MCT và InGaAs. Trong đó detector InGaAs
kết hợp làm lạnh bằng pin peltier với độ tuyến tính cao, độ nhạy cao và khả
năng đáp ứng nhanh là loại đƣợc dùng phổ biến nhất hiện nay [9], [23].
 Bộ phận đựng mẫu
 Thiết bị đo phản xạ khuếch tán sử dụng cửa sổ thạch anh [9].
 Thiết bị đo truyền qua sử dụng cu-vét đo bằng thủy tinh hoặc thạch anh
[9].
 Một số thiết bị đo sử dụng chế độ phản xạ truyền qua đƣợc thiết kế bộ
phận đựng mẫu kiểu sợi quang nhằm tăng quang trình, tăng khả năng


16

tƣơng tác của mẫu và bức xạ NIR, giảm bớt sai số về quang trình [9],
[17].
1.2.3.2.

Nguyên tắc hoạt động

Chùm tia sáng từ nguồn đi vào hệ quang đƣợc tách thành các dải phổ
đơn sắc hoặc đƣợc biến điệu thành các đặc trƣng riêng cho mỗi loại tia đơn
sắc. Sau khi qua hệ quang, bức xạ này đƣợc chia làm hai phần bằng gƣơng
bán mạ hoặc gƣơng quay. Một phần các bức xạ này tiếp tục tới và tƣơng tác
với mẫu phân tích, phần còn lại tới thẳng detector. Bằng cách ghi nhận, số hóa
và so sánh tín hiệu tới trực tiếp và tín hiệu sau tƣơng tác, ngƣời ta thiết lập
nên phổ NIR của các chất phân tích. Các phần mềm hiện nay cho phép xử lý
phổ sau phân tích, xây dựng thƣ viện phổ chuẩn, so sánh phổ để định tính và
có các thuật toán riêng để thiết lập phƣơng pháp định lƣợng các thành phần
mẫu phân tích [9], [17].
1.2.4. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp quang phổ NIR
1.2.4.1. Ưu điểm
 Phổ NIR có năng lƣợng lớn, có thể đi sâu vào trong mẫu phân tích,
mang đủ thông tin của chất phân tích, đảm bảo đƣợc sự đồng đều bên
trong mẫu phân tích.
 Bằng kỹ thuật đo phản xạ khuếch tán, có thể đo mẫu trực tiếp, không
cần phá hủy mẫu, tiết kiệm thêm thời gian phân tích, đặc biệt có thể
kiểm soát chất lƣợng thuốc ngay trong quy trình sản xuất kín.
 Thời gian phân tích nhanh (không quá 30 giây), giúp phân tích đƣợc
nhiều mẫu, rất hiệu quả trong công tác sàng lọc nhanh thuốc giả.
 Vừa có thể ứng dụng định tính, vừa có thể ứng dụng định lƣợng mẫu
trực tiếp, độ chính xác cao.
 Đo đƣợc nhiều dạng mẫu, nhiều dạng bào chế khác nhau.