Niton便攜式XRF快速篩查膠囊中的鉻的應用
本文通過使用賽默飛Niton(Thermo Scientific
Niton)XL3t970便攜式XRF對18批抽檢膠囊樣品進行3分鐘快速測試，對測試結果進行分析，并與實驗室原子吸收結果相對比，結果表明，便攜式X射線元素分析儀可在現場快速測定膠囊中的鉻，快捷、準確、高效，無需任何樣品前處理，在無損分析的基礎上進行快速分析測試，其測試結果與原子吸收分析結果具有高度相關性，具有較高的準確度，且多次分析數據穩定，有較好的精密度。該方法對現場快速篩查膠囊中的重金屬鉻意義重大。
“問題膠囊”是一些用生石灰處理皮革廢料，熬制成工業明膠，并制成藥用膠囊，最終流入藥品企業，進入患者腹中。由于皮革在工業加工時，要使用含鉻的鞣制劑，因此這樣制成的膠囊，往往重金屬鉻超標，因而，關于如何快速準確測定膠囊中鉻，將對現場快速篩查“問題膠囊”意義重大。目前，中國藥典測試明膠空心膠囊的方法是原子吸收分光光度法，由于該方法需要對樣品微波消解前處理，耗時較長，因此建立現場快速篩查藥用膠囊中鉻的分析方法很有必要。本文研究使用的是賽默飛Niton(Thermo Scientific Niton)XL3t970便攜式X射線元素分析儀(圖1)，通過對18批抽檢膠囊的測試、分析和數據對比，對該方法的準確度、穩定性等參數進行討論，探討出一套快速篩查膠囊中鉻的方法。
1 便攜式X射線元素分析儀原理及方法
便攜式X射線分析儀是一種能量色散型分析儀，是通過X射線管產生連續X射線，激發出被測物質的次級特征X射線(即X射線熒光)，利用探測器探測到的X射線熒光來得到被測物質的元素種類和其含量(圖2)。
本次實驗便攜式X射線元素分析儀采用的是基本參數法。這是基于XRF的基本原理進行定量計算的方法，依據嚴格的理論計算對基體吸收增強效應進行準確的校正。基本參數法的核心是根據X射線產生和與物質相互作用的原理結合具體的儀器光路結構和探測器能量響應曲線對探測器接收到的熒光譜進行復雜的數值計算。基本參數法是目前XRF定量算法中最先進、最準確、需要標樣最少的算法。
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圖1 賽默飛Niton便攜式XRF分析儀。 |
圖2 便攜式XRF工作原理示意圖。 |
實驗部分
儀器及參數
賽默飛Niton(Thermo Scientific Niton)XL3t970便攜式X射線元素分析儀，是一種無損分析技術，測試元素范圍Mg-U。重1.3kg，高性能微型X射線光管，銀靶材;高性能GOLDD+探測器(Geometrically Optimized Large area Drift Detector)，標配兩塊可充電鋰電池，每塊可連續使用6-8小時，適合現場快速篩查使用。
樣品及試驗方法
實驗所測樣品為抽檢的空心膠囊殼，未制樣直接測試，將膠囊帽與膠囊體穿插扣好(不含藥物)，兩個膠囊殼并列放置在便攜測試架上，膠囊體帽重疊部分對準測試窗口，開啟CCD攝像頭。選用FDA模式，顯示單位為ppm，選擇1σ標準偏差，測試時間設置為180秒，前60秒用于檢測樣品中是否含有其他重金屬，如汞、鉛、砷等;后120秒用于檢測膠囊中的鉻。測試結果會實時顯示在儀器屏幕上(圖3)，并支持USB下載。
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圖3.儀器分析界面：屏幕顯示分結果和攝像頭拍攝的樣品照片。 |
結果和討論
此次實驗共分析了18批空心膠囊樣品，使用便攜式XRF每批樣品分析三次，分別獲得PXRF1、PXRF2和PXRF3三組數據，AAS數據為實驗室原子吸收分析結果，將三次PXRF分析結果求平均，與AAS數據進行對比，求出對數偏差和相對標準偏差。(見表1)
表1 便攜式X射線分析儀分析結果及其與原子吸收分析結果對比表 單位: pm
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樣品編號 |
AAS |
PXRF1 |
PXRF2 |
PXRF3 |
PXRF平均值 |
對數偏差（%） |
相對標準偏差（%） |
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1 |
0 |
<2 |
<2 |
<2 |
-- |
-- |
-- |
|
2 |
1 |
<2 |
<2 |
2 |
-- |
-- |
-- |
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3 |
1 |
<2 |
<2 |
<2 |
-- |
-- |
-- |
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4 |
2 |
3 |
2 |
2 |
2.33 |
6.69 |
24.74 |
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5 |
4 |
3 |
3 |
3 |
3 |
12.49 |
0.00 |
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6 |
6 |
4 |
<2 |
4 |
-- |
-- |
-- |
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7 |
10 |
11 |
11 |
14 |
12 |
7.92 |
14.43 |
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8 |
13 |
17 |
14 |
16 |
15.67 |
8.10 |
9.75 |
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9 |
17 |
19 |
19 |
22 |
20 |
7.06 |
8.66 |
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10 |
26 |
24 |
27 |
31 |
27.33 |
2.17 |
12.85 |
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11 |
48 |
45 |
45 |
44 |
44.67 |
3.13 |
1.29 |
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12 |
57 |
56 |
56 |
56 |
56 |
0.77 |
0.00 |
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13 |
77 |
83 |
87 |
84 |
84.67 |
4.12 |
2.46 |
|
14 |
81 |
83 |
83 |
80 |
82 |
0.53 |
2.11 |
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15 |
87 |
88 |
90 |
90 |
89.33 |
1.15 |
1.29 |
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16 |
105 |
103 |
106 |
107 |
105.33 |
0.14 |
1.98 |
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17 |
122 |
150 |
149 |
152 |
150.33 |
9.07 |
1.02 |
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18 |
183 |
205 |
208 |
215 |
209.33 |
5.84 |
2.45 |
準確度分析
將便攜式XRF測試結果三次平均值與原子吸收測試結果相對比，采用對數偏差的方法計算其偏差，計算公式為△lgC=︳lgCi-lgCs︳,其中Ci為使用便攜式XRF分析三次的平均值，Cs為實驗室AAS的分析數據。
18個樣品中有4個樣品由于測試結果為<2而未計算對數偏差，通過其它14個樣品的對數偏差可以看出：除了5號樣品對數偏差大于10%以外，其它13個樣品的對數偏差均小于10%，鉻元素含量大于10ppm的樣品其對數偏差均小于10%。(見表1)
另外，通過便攜式XRF測試結果三次平均值與原子吸收測試結果相對比的相關性圖可以看出，Cr XRF與Cr
lab的相關系數R2為0.99，具有高度的相關性。從而可以得出，便攜式XRF三分鐘無需制樣直接分析的分析結果可以媲美實驗室樣品消解后原子吸收的分析結果。
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圖4.便攜式XRF分析膠囊中鉻的分析結果與實驗室AAS的分析結果的相關性圖。 |
穩定性分析
此次18批膠囊樣品使用便攜式XRF每個樣品測試三次，并計算三次分析的相對標準偏差RSD。18個樣品中有4個樣品由于測試結果為<2而未計算RSD以外，通過其它14個樣品的相對標準偏差可以看出：14個樣品中有3個樣品的RSD大于10%，其它11個樣品RSD均小于10%。另外，隨著樣品中Cr元素的含量增加，其RSD數據變小，穩定性增加。
陽性樣品篩查
對于膠囊的快速檢測來說，陰性樣品和陽性樣品的定性非常重要，中國藥典中對膠囊殼中鉻的含量要求為2ppm，歐洲藥典對膠囊中鉻的要求為10ppm，通過表1的數據我們可以看到，儀器的測試結果能投很好的反應樣品是否鉻超標，對陽性樣品進行現場快速篩查。
具體到現場應用，建議以10ppm快篩限值，若便攜式XRF現場報出數據大于10ppm，即定性為陽性樣品，若便攜式XRF報出數據小于10ppm，可根據需要再進一步使用AAS的方法進行補充確認。
結果分析
通過以上測試分析對比，可以便攜式XRF分析膠囊中的鉻具有較高的準確度和穩定性，并能在使用中做樣品樣品的快速篩查。但是，賽默飛NitonXL3t970分析儀其Cr元素在FDA模式分析60秒的檢出限為12ppm，也就是說，針對1到7號這類小于10ppm的樣品，如果也想得到更好的分析效果，可采用以下方式：a. 將膠囊殼樣品經過簡單的壓片制樣后測試;b. 延長相應濾光片的測試時間。
另外，便攜式XRF是個同時多元素分析的技術，因此，除了膠囊中的鉻元素，此次測試還關注了膠囊中其他的元素的表現，這些元素的含量的異常變化在我們判斷陽性樣品中起到了很好的佐證作用。圖5中顯示了幾個樣品的XRF譜線圖，可以看出Cr鉻顯示出高峰值的樣品其Ca元素也顯示了較高的峰值，我們可推斷出，除了皮革鞣制時使用了含鉻的鞣制劑之外，還加入生石灰進行浸漬，所以也有鈣的殘留。雖然鈣不是有毒有害元素，但也是可作為判斷是醫用明膠還是工業明膠的一個參考指標。
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圖5.便攜式XRF測試膠囊樣品的譜線圖。 |
小結
賽默飛Niton(Thermo Scientific Niton)便攜式XRF可以無損快速檢測膠囊殼中的鉻，無需前處理樣品，3分鐘就能能夠快速篩查出一個樣品，大大縮短了分析時間，提高了分析速度，且具有較高的準確度和穩定性，能夠準確有效在現場選出陽性膠囊樣品，該方法對現場快速篩查膠囊中的鉻意義重大。
