药物x射线衰减系数:非破坏性技术定性分析

摘要

在8 ~ 44 keV的低光子能量范围内，采用高纯锗(High pure锗，HPGe)检测仪对不同公司的原料药(API)样品进行质量衰减系数测定。双氯芬酸钠片是一种口服悬液，属于非甾体抗炎药类。通过质量衰减系数(MAC)的测定，采用非破坏性方法对不同制药公司生产的优选药物Diclomol, Dynapar, Voveran Plus和Diclogesic进行定性分析。所得结果与WinXCom理论值进行了比较，为药物质量分析提供了依据。该方法证实了质量衰减系数可以用于任何药物的定性分析，与其他样品被完全破坏的技术/方法相比，它是一种无损技术。因此，本文从药品质量评价的角度讨论了不同公司药品的质量评价。

关键字

药品，原料药，HPGe, WinXCom，质量衰减系数

简介

质量衰减系数(MAC)，(符号写为μ/ρ，是一种测量入射光子与物质之间相互作用的平均数量，这种相互作用发生在每单位面积厚度的物质的给定质量上。因此，质量衰减系数在辐射屏蔽、农业、医疗、航空工程、光子传输、空间研究、军事、安全检查目的(目前最重要的)和研发等不同领域都具有重要意义。因此，鉴于上述应用的真实性，我们对元素[1]、化合物[2]、组织等效化合物[3]、混合(不同比例元素)[4]、合金[5]等不同类型材料在不同光子能量下的质量衰减系数进行了实验研究，以研究所考虑材料的质量。因此，我们介绍了一种非破坏性的方法或技术，通过确定称为质量衰减系数的参数来分析药物样品的质量。

无损检测技术(NDT)在应用物理/医学/工业中有着重要的作用。它在工业产品的定性分析或质量控制、放射性物质控制、组织和器官诊断等领域具有多种应用。这种方法的主要任务是确定被测对象的技术特征和性能。不仅必须为科学和技术调查提供更有力的工具，而且必须满足目前改善平民保护、安全和健康的需要。现在，人们对在不破坏的情况下确定产品整体成分的质量控制产生了浓厚的兴趣。单一产品由不同的公司生产，这些公司可能会也可能不会保持质量和数量(特别是在药物方面)。市场上针对特定疾病有不同品牌的不同药物。在这方面，选择非甾体抗炎药(NSAIDs)进行定性分析。非甾体抗炎药通常用于治疗急性或慢性疼痛和炎症。一般用于类风湿性关节炎、骨关节炎、肾绞痛、炎症组织损伤引起的轻度至中度疼痛等症状缓解。 Diclofenac sodium is one of the NSAIDs pharma drugs which we opted for the present study.

双氯芬酸钠片剂含有50 mg双氯芬酸钠(C14H11Cl2NO2化学名称为2-(2-(2,6 -二氯苯氨基)苯基)乙酸)与500 mg对乙酰氨基酚(C8H9NO2化学名称为n -乙酰-对氨基苯酚)的组合。服用此药可减轻头痛、身体疼痛、牙痛、运动和意外伤害、风湿、关节炎、腰痛、滑囊炎和坐骨神经痛。选择了印度不同实验室生产的四种双氯芬酸钠品牌药物，即Uttarakhand的Diclomol和Dynapar, Solan (HP)和Karnataka的Diclogesic和Voveran Plus。一旦药剂师进行了定性和定量分析，这些药物就会投放市场。但这些分析是非常关键和必要的，或制药业务的组成部分。因此，分析方法以及相关的分析工具在制药业务中具有首要的重要性。一些著名的分析工具，即HPLC [6,7]， GC[8]，定量薄层色谱(TLC)[9]等，可用于药物分析师。

本研究的目的是开发和验证用无损分析方法进行具体、准确、精确和可重复性的质量控制。本文还介绍了质量吸收光谱仪在药品质量保证评估中的优点。但是，在文献中没有发表过这样的报道，即在光子能量8.036 keV至44.216 keV范围内，利用质量衰减系数测量药物样品，从而确定药物的质量控制。

质量衰减系数(Mac)

低z材料通常被用作或考虑用作x射线的散射。这些用途可能源于降低x射线束强度的愿望，例如，用于诊断目的，或者可能是实验几何限制的结果。当允许辐射通过任何材料时，由于衰减介质中光子和/与物质/原子之间的相互作用，辐射强度逐渐降低。它是由主光子的吸收和散射引起的。一束入射强度为I0的单能量光子，穿过质量厚度为x、密度为<<的吸波材料，其入射强度为I，由指数定律给出。

其中I/I0为透射分数。由此，μ/ρ可以从I、I0和x的测量值中得到。注意，质量厚度定义为单位面积的质量，由厚度t乘以密度ρ得到，即x = ρ tt。然后，上面的方程可以重写为:

如果吸收体由化合物或均质混合物组成，则质量衰减系数可由化合物中各组成元素的质量衰减系数的加权平均(按质量)近似计算出来，通常采用布拉格可加性定律(通常称为混合规则)来估计。

(µ/ρ)_l第i个元素的质量衰减系数和ω_我，为第i个元素的权重分数。

实验的程序

实验布置如图所示图1．该实验由一个低碳钢(MS)支架组成，其中可以插入两个铅座。上面的支架同时拥有光源和准直器，以准直入射光束，而下面的支架同时拥有吸收器和准直器，以准直透射光束。它们的位置是如此的固定，以至于吸收器位于源和探测器之间的中间，并与光束垂直放置。为了确定质量衰减系数，许多研究者采用了不同的光子强度测量方法。光子强度测量采用了良好的几何结构。在良好的几何布局中，探测器上方有一个刚性支架，将光源、样品和准直器固定在各自的位置，以确保垂直对准。来自放射源S的光子由引线准直器C1进行准直，并入射到位于源和探测器之间的吸收器AB上。通过第二导联准直器C2发射的光子被HPGe探测器系统检测到。采用一对直径6mm、厚度3.5 cm的铅准直器对光子束进行准直。 These two collimators were kept at the middle position of the collimator stand between source and detector of 10 cm distance. The sample/s is kept exactly at the mid position of the two collimators as shown in图1．在由一对直径为6mm的准直器组成的良好几何排列的源光谱中，吸收器和准直器对小而多的散射光子的影响不明显。由于准直器、支架和其他成分的荧光强度被发现要么远离感兴趣的区域，要么从观察光谱中发现可以忽略不计。在目前的工作中，使用了强度约为740 kBq (20 mCi)的55Fe和57Co放射性同位素。这两种放射性同位素都是从印度孟买的BRIT采购的，在本实验中使用的标准x射线源的形式。使用370MBq (10 mCi) 241Am的可变能量x射线(VEX)源作为主要激发辐射源。来自241Am的59.65 keV伽马光子入射到铜和铷靶上，产生具有靶特征能量的荧光x射线。如图所示，使用高压锗探测器分析这些源的光子谱时，没有发现明显的杂质图2．与感兴趣区域的x射线强度相比，来自源的内轫致辐射强度可以忽略不计。

在我们的实验中，观察到不同的背景水平取决于实验中使用的源的类型。本调查中使用的来源的相对背景从10-3到10-1不等;对于这些，从Rose和Shapiro图表中可以发现Topt分别为0.12和0.20。与透射强度相关的统计误差小于1%;背景和入射强度采用相同的计数时间方法，使所有数据测量具有较好的统计精度。显然，这取决于源的强度。

在目前的测量中，原子序数范围为12

x射线光谱仪由一个面积500mm2_10mm厚的高纯锗n型x射线探测器组成，与DSA-1000 16k MCA连接。分光计由Genie 2000软件操作。探测器通过冷却FET设备直接耦合到前置放大器，并机械地安装在刚性低温恒温器上，附带30点杜瓦液氮。DSA-1000允许独立选择上升时间和平顶。高斯整形(处理时间)由上升时间和平顶选择来设定，优化了探测器的性能、光谱能量、计数率和分辨率。与DSA-1000一起使用的高压锗探测器在5.895 keV下的分辨率为191 eV，而制造商的分辨率为200 eV。在整个实验期间，房间的环境温度保持恒定(220℃)。电子设备的线性度和稳定性首先用精密脉冲发生器进行检测。然后使用来自241Am可变能量x射线源的55Fe和57Co、x射线和<-射线对HPGe探测器光谱仪进行校准。通过在不同的时间间隔记录光谱，测试光谱仪的稳定性。 The duration of the intensity measurement at various thicknesses of specimen was fixed by following Rose and Shapiro (1948) conditions. Dead time correction were also made as the count rate show dead time loss of 2–3% in case of 241Am variable energy X-ray source. Photon spectra were recorded in the following order: Spectrum B-background spectrum recorded without source and sample. Spectrum BS-background plus source spectrum recorded with source but without sample. Spectrum BT-background plus transmitted spectrum recorded with source and sample. Spectrum BT was recorded for each member of set of samples having different thicknesses of a material. Spectrum B and Spectrum BS were recorded again. The incident spectrum was obtained by subtracting Spectrum B from Spectrum BS and the transmitted spectrum was obtained by subtracting Spectrum B from Spectrum BT. In both the spectra the photo peak had Gaussian distribution. By integrating the incident spectrum and the transmitted spectrum over selected width of the photo peak, incident intensity I0 and transmitted intensity I were obtained. Finally the µm was obtained from the slope of the straight line fitted by plotting a graph of ln I as a function of thickness; method of least squares.

质量衰减系数的测量采用Creagh和Hubbell的建议，但此处采用的传输范围为0.02

利用WinXCom程序[10](XCOM[11]的后续程序)估算了质量衰减系数的理论值。理论和实验值之间的相对差或百分比偏差(PD)在表2．它们是用公式计算出来的，

结果与讨论

为了分析我们采用上述步骤得到的质量衰减系数值的实验数据，六种元素和三种生物等价物的质量衰减系数值列于表1 - 2．每个表中有两组数据。每组包含6个元素和3个化合物，实验和理论估计的WinXCom值和百分比偏差也显示在表格中的每个能量。实验结果与理论估计(WinXCom)值的偏差几乎不超过1%的情况下，所有的元素和化合物提出的能量。所有情况下的百分比偏差均小于1%，表明理论结果与实验结果吻合较好。因此，从目前的元素数据可以得出结论，当使用低能光子探测器时，采用Hubbell和Creagh准则长，透射距离为0.02

采用上述实验程序，通过对MAC的测量，对不同公司生产的药品样品进行质量分析。本文将生产双氯芬酸钠片的四家制药公司的实验结果和理论上估计的质量衰减系数及其所涉及的误差，展示在表3 - 5．每个表中引用了两组数据，分别对应两种能量。在每组数据中，第一列给出制造公司/品牌名称，第二和第三列给出质量衰减系数的测量和估计结果，最后一列给出实验值与理论值的相对偏差或百分比偏差。WinXCom MAC值仅对应于活性药物成分，但实验数据的结果MAC值对应于化合物中存在的活性和非活性药物成分。理论值所涉及的不确定性约为1-2%。由于我们实验值的重现性在1%以内，且计数统计量的误差贡献为1%左右。在表3-5所示的选定样本中，可以确认在低能量区域观察到约76%的衰减，随着能量从32.060 keV和44.216 keV变化，衰减下降到23- 27%，衰减继续下降到40-50%，如图所示图3．在低能区由于光电过程的贡献，在低能区光电过程比相干过程和非相干过程占主导地位，因此MAC值相对于高能区更高。

通过上述讨论，以相对/百分比偏差(PD)为基础，对所选药品和厂家进行定性分析。表3-5列出了所有选定样本的PD。PD约为2%，认为实验值与理论值吻合较好，PD大于2%，认为实验值与理论值不吻合。从表1-2 6个元素和3个化合物的测试数据来看，总体PD小于4%，符合较好。但在药物的情况下，它在高能量和低能量分别为34-40%和70-73%。由于理论值只对应活性药物成分(API)，但实验结果反映了光子(x射线)与活性药物成分相互作用的信息。因此，通常被称为辅料的非活性药物成分的贡献大于原料药。关于图4在整个能量区域的百分比偏差中，双氯醇比另一种具有最少的辅料。换句话说，Diclogesic具有最高/更多的经验，其次是Voveran Plus和Dynapar。

结论

每个未包装片剂的平均重量为600- 800毫克，但实际的活性药物成分为550毫克(双氯芬酸钠50毫克和扑热息痛500毫克)，其余高达30%的含有非活性药物成分，称为辅料，即赏心悦目的着色剂，味道和缓冲等，但这种材料有助于MAC值，即。，光子与这些基材的相互作用导致WinXCom与实验质量衰减系数值存在较大偏差。因此，根据实验结果和讨论，我们可以得出结论，所采用的技术是无损的，快速的分析和成本不高的药物测试。

确认

作者之一BRK感谢新德里大学教育资助委员会为开展这项工作提供财政支持。

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