Định lượng sildenafil trong một số viên nén trên thị trường bằng máy quang phổ cận hồng ngoại (NIR) cầm tay

BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

HOÀNG SƠN HẢI
Mã sinh viên: 1101144

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

HÀ NỘI - 2016


BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

HOÀNG SƠN HẢI
Mã sinh viên: 1101144

ĐỊNH LƢỢNG SILDENAFIL
TRONG MỘT SỐ VIÊN NÉN TRÊN
THỊ TRƢỜNG BẰNG MÁY QUANG PHỔ
CẬN HỒNG NGOẠI (NIR) CẦM TAY
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1.Ths. Đặng Thị Ngọc Lan
2. Ds. Bùi Văn Trung
Nơi thực hiện:
Viện kiểm nghiệm thuốc TW

HÀ NỘI – 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến ThS. Đặng Thị
Ngọc Lan, ngƣời đã luôn tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ tôi trong quá trình thực
hiện khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn DS. Bùi Văn Trung đã chỉ bảo những kiến
thức thiết thực giúp tôi có thêm nhiều hiểu biết để hoàn thành tốt đề tài này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị Khoa Vật lý đo lƣờng - Viện kiểm
nghiệm thuốc TW đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi đƣợc học tập và thực tập tại
Viện.
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến toàn thể Quý thầy cô
Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu
cho tôi trong suốt 5 năm học tập và rèn luyện tại trƣờng.
Cuối cũng tôi xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, bạn bè, những ngƣời đã luôn
bên cạnh và ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận này.
Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài, song vẫn còn những hạn chế
và thiếu sót. Tôi rất mong đƣợc nhận những ý kiến đóng góp, phê bình của Quý
thầy cô và các anh chị.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 12 tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Hoàng Sơn Hải


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................
DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................
ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 2
1.1. Tổng quan về Sildenafil ............................................................................... 3
1.1.1. Công thức ............................................................................................... 3
1.1.2. Tính chất ................................................................................................ 3
1.1.3. Các dạng bào chế hay dùng và sản phẩm trên thị trƣờng ...................... 4
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. Lịch sử phát triển ................................................................................... 4
1.2.2. Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp quang phổ NIR ............................ 5
1.2.3. Các kỹ thuật đo phổ NIR ..................................................................... 11
1.2.4. Thiết bị ................................................................................................. 13
1.2.5. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp quang phổ NIR .............................. 14
1.2.6. Ứng dụng phổ NIR trong ngành Dƣợc ................................................ 15
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 19
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................ 19
2.2. Nguyên vật liệu và thiết bị ......................................................................... 19
2.2.1. Nguyên liệu .......................................................................................... 19
2.2.2. Thiết bị.................................................................................................20
2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 20


2.3.1. Xây dựng quy trình phân tích .............................................................. 20
2.3.2. Thẩm định quy trình phân tích............................................................. 21
2.3.3. Khảo sát định lƣợng một số chế phẩm trên thị trƣờng ........................ 21
2.4. Phƣơng pháp tiến hành .............................................................................. 21
2.4.1. Xây dựng quy trình phân tích .............................................................. 21
2.4.2. Thẩm định quy trình phân tích............................................................. 23
2.4.3. Ứng dụng phân tích thuốc trên thị trƣờng ........................................... 24

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................... 25
3.1. Xây dựng quy trình phân tích .................................................................... 25
3.1.1. Chế tạo các viên nén mô hình .............................................................. 25
3.1.2. Thiết lập đƣờng tuyến tính cho các viên nén mô hình mỗi mẫu phân
tích.................................................................................................................. 29
3.2. Thẩm định quy trình phân tích ................................................................... 32
3.2.1. Thẩm định độ tuyến tính ...................................................................... 32
3.2.2. Thẩm định độ đặc hiệu......................................................................... 32
3.2.3. Thẩm định độ đúng .............................................................................. 33
3.2.4. Thẩm định độ lặp lại ............................................................................ 35
3.2.5. Độ chính xác trung gian ....................................................................... 38
3.3. Ứng dụng phân tích thuốc trên thị trƣờng ................................................. 40
3.4. Bàn luận ..................................................................................................... 41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................
PHỤ LỤC .................................................................................................................


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt
AOTF

Tiếng Anh
Acousto-optic tunable filter

DĐVN IV

Tiếng Việt
Bộ phận điều tiết quang
âm

Dƣợc điển Việt Nam IV

ED

Erectile dysfunction

Rối loạn cƣơng dƣơng

FIR

Far Infrared

Hồng ngoại xa

HPLC

High-performance liquid
chromatography

Sắc ký lỏng hiệu năng
cao

IR

Infrared

Hồng ngoại

LC-MS

Liquid Chromatography
Sắc ký lỏng- khối phổ
Coupled Mass Spectroscopy

MIR

Mid Infrared

Hồng ngoại giữa

NIR

Near Infrared

Hồng ngoại gần

NIRS

Near Infrared Spectroscopy

Phổ cận hồng ngoại

NIDQC

National Institute of Drug
Quality Control

Viện kiểm nghiệm thuốc
trung ƣơng

RMSEC

Root Mean Square Error of
Calibration

Căn bậc hai sai số bình
phƣơng trung bình

RSD

Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tƣơng đối

UV-Vis

Ultraviolet-Visible

Tử ngoại- khả kiến


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Ứng dụng phổ NIR trong ngành Dược ................................................ 16
Bảng 2.1. Thông tin các mẫu thử nghiên cứu ...................................................... 19
Bảng 2.2. Các tá dược sử dụng trong quá trình nghiên cứu ............................... 20
Bảng 3.1. Thành phần viên Activ-gra không bao ................................................ 25
Bảng 3.2. Lượng dược chất và placebo cân trong quá trình xây dựng viên mô
hình Activ-gra....................................................................................................... 26
Bảng 3.3. Thành phần viên Siloflam-50 không bao ............................................. 27
Bảng 3.4. Lượng dược chất và placebo cân trong quá trình xây dựng viên mô
hình Siloflam-50 ................................................................................................... 27
Bảng 3.5. Thành phần cho viên Majegra-50 không bao ..................................... 28

Bảng 3.6. Lượng dược chất và placebo cân trong quá trình xây dựng viên mô
hình Majegra-50................................................................................................... 29
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát độ đặc hiệu của phương pháp NIRS với các mẫu
phân tích ............................................................................................................... 33
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát độ đúng của phương pháp NIRS đối với viên nén mô
hình Activ-gra....................................................................................................... 34
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát độ đúng của phương pháp NIRS đối với viên nén mô
hình Siloflam-50 ................................................................................................... 34
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát độ đúng của phương pháp NIRS đối với viên nén
mô hình Majegra-50 ............................................................................................. 35
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát độ lặp lại của phương pháp NIRS với mẫu Activgra ........................................................................................................................ 36
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát độ lặp lại của phương pháp NIRS với mẫu Siloflam50 .......................................................................................................................... 37
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát độ lặp lại của phương pháp NIRS với mẫu
Majegra-50 ........................................................................................................... 37


Bảng 3.14. Kết quả khảo sát độ chính xác trung gian của phương pháp NIRS với
mẫu Activ-gra ....................................................................................................... 38
Bảng 3.15. Kết quả khảo sát độ chính xác trung gian của phương pháp NIRS với
mẫu Siloflam-50 ................................................................................................... 39
Bảng 3.16. Kết quả khảo sát độ chính xác trung gian của phương pháp NIRS với
mẫu Majegra-50 ................................................................................................... 40
Bảng 3.17. Kết quả định lượng 3 mẫu thuốc trên thị trường .............................. 41


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Công thức cấu tạo và cấu trúc phân tử của Sildenafil .......................... 3
Hình 1.2 (a,b,c). Mô hình các kiểu dao động hóa trị của phân tử ........................ 6
Hình 1.3 (a,b,c). Mô hình các kiểu dao động uốn của phân tử ............................. 7

Hình 1.4. Giản đồ phân bố thế năng dao động trong phân tử............................... 8
Hình 1.5. Phổ MIR đo bằng ATR và phổ NIR đo bằng phản xạ khuếch tán của
Magie stearat........................................................................................................ 10
Hình 1.6. Máy quang phổ NIR đo truyền qua ...................................................... 13
Hình 1.7. Máy quang phổ NIR đo phản xạ .......................................................... 13
Hình 1.8. Phân tích phổ NIR xuyên qua bao bì ................................................... 16
Hình 1.9. Phân tích hàng loạt viên trên dây chuyền sản xuất bằng NIR............. 16
Hình 2.1. Sơ đồ dập viên ...................................................................................... 22
Hình 2.2. Thiết bị NIR .......................................................................................... 23
Hình 3.1. Tuyến tính của viên nén mô hình Activ-gra ......................................... 30
Hình 3.2. Tuyến tính của viên nén mô hình Siloflam-50...................................... 31
Hình 3.3. Tuyến tính của viên nén mô hình Majegra-50 ..................................... 32


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Xã hội càng phát triển nhu cầu chăm sóc sức khỏe càng đƣợc chú trọng.
Do vậy các thuốc mới liên tục đƣợc nghiên cứu và cho ra đời nhằm đáp ứng nhu
cầu của ngƣời bệnh. Nhƣng cùng với đó tình trạng sản xuất thuốc giả, thuốc kém
chất lƣợng cũng trở nên phổ biến và đang trở thành một vấn nạn của xã hội.
Năm 1998, hoạt chất Sildenafil với tên biệt dƣợc là Viagra đƣợc FDA
công nhận là thuốc điều trị rối loạn cƣơng dƣơng (ED) đầu tiên trên thế giới. Rối
loạn cƣơng dƣơng ảnh hƣởng khá lớn tới chất lƣợng cuộc sống của các gia đình,
thƣờng xuất hiện ở tuổi trung niên vì vậy nhu cầu sử dụng thuốc chứa Sildenafil
ngày càng cao. Bên cạnh đó, giá thành của những dƣợc phẩm này rất đắt, đặc
biệt là các sản phẩm thuốc ngoại cao hơn nhiều lần so với thuốc nội. Chính vì
vậy, chúng ta đang phải đối mặt với việc làm giả, làm nhái tạo ra các sản phẩm
chứa Sildenafil không đạt chất lƣợng, làm ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời bệnh.
Trong báo cáo thƣờng niên của hội đồng dƣợc điển Mỹ (USP) năm 2007 đã nêu

rõ rằng “trộn Sildenafil và dẫn chất” trở thành vấn đề mang tính toàn cầu [21].
Các phƣơng pháp phân tích thông thƣờng 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,
chi phí để phân tích và rất khó có thể kiểm soát hết đƣợc chất lƣợng của tất cả
các thuốc trên thị trƣờng.
Trƣớc thực trạng trên, việc tìm ra những phƣơng pháp có thể phân tích
nhanh để kiểm soát đƣợc chất lƣợng của các thuốc trên thị trƣờng, nhất là những
thuốc có nguy cơ bị làm giả cao nhƣ Sildenafil là vấn đề cấp thiết.


2

Cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, phƣơng pháp quang phổ
cận hồng ngoại ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi, đặc biệt ở một số nƣớc nhƣ
Mỹ, Pháp, Singapore.. nó đã trở thành một trong những công cụ hữu hiệu để
định lƣợng các chế phẩm thuốc trên thị trƣờng.
Phƣơng pháp quang phổ cận hồng ngoại đƣợc biết đến là kỹ thuật mới
mang những ƣu điểm nhƣ phân tích nhanh, ít phá hủy mẫu, ít phải chuẩn bị mẫu,
không tốn dung môi, hóa chất, không độc hại...có thể đáp ứng đƣợc các nhu cầu
cấp thiết trên.
Sau quá trình tìm hiểu, tôi đã chọn đề tài:―Định lượng Sildenafil trong một
số viên nén trên thị trường bằng máy quang phổ cận hồng ngoại (NIR) cầm tay‖
làm đề tài cho báo cáo khóa luận tốt nghiệp của mình. Đề tài có 3 mục tiêu nhƣ
sau:
1. Xây dựng đƣợc quy trình định lƣợng Sildenafil.
2. Thẩm định quy trình định lƣợng đã xây dựng.
3. Ứng dụng phân tích một số chế phẩm trên thị trƣờng.

..

3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về Sildenafil
1.1.1. Công thức
Tên khoa học: 5-[2-ethoxy-5-(4-methylpiperazinnylsulfonyl)phenyl]-1methyl-3-n-propyl-1,6-dihydro-7H-pyrazolo[4,3-d]pyrimidin-7-one [13].
Tên khác: 1-[[3-(4,7-Dihydro-1-methyl-7-oxo-3-propyl-1H-pyrazolo[4,3d]pyrimidin -5-yl)-4-ethoxyphenyl]sulfonyl]-4-methylpiperazine [13].
Công thức hóa học:
O
O O
S
N
H3C

N

C H3
N

N

N
N

O

H

C H3

C H3
Sildenafil

Hình 1.1. Công thức cấu tạo và cấu trúc phân tử của Sildenafil
Công thức phân tử: C22H30N6O4S
Khối lƣợng phân tử của Sidenafil: 474,6 g/mol
Khối lƣợng phân tử của Sildenafil citrate: 666,7 g/mol.
1.1.2. Tính chất
- Màu trắng hoặc trắng ngà.
- Nhiệt độ nóng chảy 187o - 189oC.
- Độ tan: Sildenafil citrate ít tan trong methanol (3,5mg/ml), độ tan của
Sildenafil citrate phụ thuộc vào pH và giảm dần theo sự tăng của pH, pH trong
phạm vi 3,7 - 3,8; pKa 8,2 - 9,6.


4

- Tồn tại ở dạng muối liên kết với acid citric (C22H30N6O4S.C6H8O7) [13].
1.1.3. Các dạng bào chế hay dùng và sản phẩm trên thị trường
- Dạng viên nén bao phim là chủ yếu
- Các sản phẩm chứa Sildenafil lƣu hành trên thị trƣờng:
+ Viagra 25mg, 50mg, 100mg.
+ Activ-gra, Siloflam-50, Majegra-50
1.1.4. Các phương pháp định tính, định lượng thông thường
- Định tính: Phƣơng pháp phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của mẫu thử phải phù hợp với phổ chuẩn của Sildenafil citrate
hoặc với phổ của Sildenafil citrate chuẩn [3], [23].
- Định lƣợng: Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [3], [23].

+ Điều kiện sắc ký:
. Cột: C18 (5µm, 150mm x 4,6mm)
. Pha động: Acetonitril : đệm CH3COONH4 0,05M, pH 4,0 (8 : 2)
. Tốc độ dòng: 0,4 ml/phút
. Thể tích tiêm: 25µl
. Detector: 280 nm
. Dung môi pha mẫu: Pha động.
1.2. Tổng quan về phƣơng pháp quang phổ cận hồng ngoại
1.2.1. Lịch sử phát triển
Phổ cận hồng ngoại đƣợc biết đến từ đầu thế kỷ XIX, 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. 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


5

phổ NIR đã dần đƣợc phát huy [5]. Đã có nhiều nghiên 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.
1.2.2. Nguyên lý cơ bản của phương 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 [3], [5], [23]. Phổ cận hồng ngoại là phổ
dao động phân tử, nó khác với phổ Raman và phổ hồng ngoại giữa (MIR) [8],
[10]. 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): 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.

(a)


6

(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): Uốn trong mặt phẳng và ngoài mặt phẳng.
Dao động uốn làm thay đổi góc liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.

(a)

(b)


7

(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 [4],
[7], [10]. 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.
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:
(

)

(

)

(

)

(

)


8

Ở phƣơng trình trên,

là tần số góc dao động tƣơng ứng với trạng thái

mà khoảng cách hai nguyên tử là re;

là số thứ tự của bậc năng lƣợng đang xét;

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 [5], [10].
Giản đồ phân bố năng lƣợng nhƣ sau:

Hình 1.4. Giản đồ phân bố thế năng dao động trong phân tử


9

Từ giản đồ trên trên ta thấy, khi tƣơng tác với các bức xạ NIR 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 [5], [9], [10].
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 chăng chỉ
làm thay đổi đƣợc các trái thái rung lắc đơn giản. Phổ FIR ít đƣợc ứng dụng
trong phân tích [10].
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


10

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 [2], [5], [9].
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 [5], [9], [23].

Hình 1.5. Phổ MIR đo bằng ATR 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 [7].
Các ứng dụng phổ NIR sẽ tiếp tục đƣợc trình bày ở các phần tiếp theo.


11

1.2.3. 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 [4], [16], [19].
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:
( )
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 [16], [19].
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:


12

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 [5], [23]. 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 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 [16], [19].
● 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 analysis - PCA) cho
phép định lƣợng đƣợc các thành phần 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


13

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 [16], [19].
1.2.4. Thiết bị
1.2.4.1. 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 [7].

Hình 1.6. Máy quang phổ NIR đo truyền qua

Hình 1.7. Máy quang phổ NIR đo phản xạ
1.2.4.2. Nguyên tắc hoạt động

14

Nguyên tắc hoạt động chung của máy quang phổ NIR cũng tƣơng tự nhƣ
máy quang phổ MIR. 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 [5], [7], [9].
1.2.5. Ưu nhược điểm của phương pháp quang phổ NIR
1.2.5.1. 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 [14], [19].
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 [14], [19].
Vừa có thể ứng dụng định tính, vừa có thể ứng dụng định lƣợng trực tiếp
các mẫu cần phân tích.
Đo đƣợc nhiều dạng mẫu, nhiều dạng bào chế khác nhau,giới hạn phát
hiện thấp.

15

So với phƣơng pháp phổ MIR, phổ NIR ít bị ảnh hƣởng bởi điều kiện môi
trƣờng hơn nên độ ổn định của phép phân tích cao hơn.
So với phƣơng pháp phổ UV-VIS, phổ NIR đặc hiệu hơn. Phổ UV chỉ đo
đƣợc dung dịch lỏng ở nồng độ thích hợp, phổ NIR có thể đo trực tiếp mẫu mà
không cần hoặc rất ít chuẩn bị mẫu, xác định đƣợc các mẫu có hàm lƣợng lớn,
đo đƣợc cả chất rắn, bột, lỏng, hỗn dịch .
So với phƣơng pháp quang phổ Raman, do điểm thu phổ có kích thƣớc lớn
hơn nên thông tin thu đƣợc từ chất phân tích có tính đồng đều cao nên phép định
tính mang đầy đủ thông tin hơn, phép định lƣợng chính xác hơn. Phép định
lƣợng mẫu rắn bằng phƣơng pháp NIRS chính xác hơn phép định lƣợng bằng
phƣơng pháp quang phổ Raman [14], [19].
1.2.5.2. Nhược điểm
Độ đặc hiệu cho phép định tính dƣợc chất là không cao. Không thể hiện
đƣợc đặc trƣng của các thành phần chính bên trong nền mẫu gồm hỗn hợp nhiều
chất phân tích [14], [19].
Kỹ thuật phân tích khá phức tạp, công tác xây dựng đƣờng chuẩn định
lƣợng cho từng loại mẫu là khác nhau, cần tỉ mĩ, cẩn thận và chính xác thì phép
phân tích sau đó mới đảm bảo đƣợc [14], [19].
Cần phải căn chỉnh lại máy trƣớc khi tiến hành định lƣợng để cho kết quả
chính xác.
1.2.6. Ứng dụng phổ NIR trong ngành Dược
Phổ NIR đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ y tế, thực
phẩm, công nghệ sinh học… và trong ngành dƣợc, phổ NIR cũng đóng góp một
vai trò quan trọng [6], [12]. Từ bản chất phổ và kỹ thuật đo phổ, phƣơng pháp
phân tích phổ NIR có một số ứng dụng điển hình sau:

16

Bảng 1.1.Ứng dụng phổ NIR trong ngành Dược
Định tính

Định lƣợng

+ Định tính nguyên liệu, tá dƣợc, bao + Xác định độ ẩm trong nguyên liệu,
bì đựng

thành phẩm

+ Nhận dạng thành phẩm thuốc ở dạng + Xác định hàm lƣợng dƣợc chất, tá dƣợc
phân liều

ở dạng bào chế

+ Định tính dƣợc chất trong các dạng + Định lƣợng các thành phần của dung
bào chế

dịch

Hình 1.8. Phân tích phổ NIR xuyên

Hình 1.9. Phân tích hàng loạt viên trên

qua bao bì

dây chuyền sản xuất bằng NIR

1.2.6.1. Định tính
Do phổ NIR có độ đặc hiệu không cao nên trong định tính, ngƣời ta khó
có thể dựa vào phổ của thành phẩm để xác định đƣợc xem nó có chứa dƣợc chất
cần tìm hay không mà thƣờng chỉ so sánh các mẫu có sự tƣơng đồng cao về tính
chất với nhau mà thôi. Ví dụ, so sánh phổ của nguyên liệu với nguyên liệu, dung
dịch với dung dịch, thành phẩm với thành phẩm để xem sản phẩm đã cho có
đúng là sản phẩm mình dự đoán hay không. Muốn định tính đƣợc chính xác