胶囊中的铬的快速筛查
Niton便携式XRF快速筛查胶囊中的铬的应用
本文通过使用赛默飞Niton(Thermo Scientific
Niton)XL3t970便携式XRF对18批抽检胶囊样品进行3分钟快速测试，对测试结果进行分析，并与实验室原子吸收结果相对比，结果表明，便携式X射线元素分析仪可在现场快速测定胶囊中的铬，快捷、准确、高效，无需任何样品前处理，在无损分析的基础上进行快速分析测试，其测试结果与原子吸收分析结果具有高度相关性，具有较高的准确度，且多次分析数据稳定，有较好的精密度。该方法对现场快速筛查胶囊中的重金属铬意义重大。
“问题胶囊”是一些用生石灰处理皮革废料，熬制成工业明胶，并制成药用胶囊，最终流入药品企业，进入患者腹中。由于皮革在工业加工时，要使用含铬的鞣制剂，因此这样制成的胶囊，往往重金属铬超标，因而，关于如何快速准确测定胶囊中铬，将对现场快速筛查“问题胶囊”意义重大。目前，中国药典测试明胶空心胶囊的方法是原子吸收分光光度法，由于该方法需要对样品微波消解前处理，耗时较长，因此建立现场快速筛查药用胶囊中铬的分析方法很有必要。本文研究使用的是赛默飞Niton(Thermo Scientific Niton)XL3t970便携式X射线元素分析仪(图1)，通过对18批抽检胶囊的测试、分析和数据对比，对该方法的准确度、稳定性等参数进行讨论，探讨出一套快速筛查胶囊中铬的方法。
1 便携式X射线元素分析仪原理及方法
便携式X射线分析仪是一种能量色散型分析仪，是通过X射线管产生连续X射线，激发出被测物质的次级特征X射线(即X射线荧光)，利用探测器探测到的X射线荧光来得到被测物质的元素种类和其含量(图2)。
本次实验便携式X射线元素分析仪采用的是基本参数法。这是基于XRF的基本原理进行定量计算的方法，依据严格的理论计算对基体吸收增强效应进行准确的校正。基本参数法的核心是根据X射线产生和与物质相互作用的原理结合具体的仪器光路结构和探测器能量响应曲线对探测器接收到的荧光谱进行复杂的数值计算。基本参数法是目前XRF定量算法中最先进、最准确、需要标样最少的算法。
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图1 赛默飞Niton便携式XRF分析仪。 |
图2 便携式XRF工作原理示意图。 |
实验部分
仪器及参数
赛默飞Niton(Thermo Scientific Niton)XL3t970便携式X射线元素分析仪，是一种无损分析技术，测试元素范围Mg-U。重1.3kg，高性能微型X射线光管，银靶材;高性能GOLDD+探测器(Geometrically Optimized Large area Drift Detector)，标配两块可充电锂电池，每块可连续使用6-8小时，适合现场快速筛查使用。
样品及试验方法
实验所测样品为抽检的空心胶囊壳，未制样直接测试，将胶囊帽与胶囊体穿插扣好(不含药物)，两个胶囊壳并列放置在便携测试架上，胶囊体帽重叠部分对准测试窗口，开启CCD摄像头。选用FDA模式，显示单位为ppm，选择1σ标准偏差，测试时间设置为180秒，前60秒用于检测样品中是否含有其他重金属，如汞、铅、砷等;后120秒用于检测胶囊中的铬。测试结果会实时显示在仪器屏幕上(图3)，并支持USB下载。
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图3.仪器分析界面：屏幕显示分结果和摄像头拍摄的样品照片。 |
结果和讨论
此次实验共分析了18批空心胶囊样品，使用便携式XRF每批样品分析三次，分别获得PXRF1、PXRF2和PXRF3三组数据，AAS数据为实验室原子吸收分析结果，将三次PXRF分析结果求平均，与AAS数据进行对比，求出对数偏差和相对标准偏差。(见表1)
表1 便携式X射线分析仪分析结果及其与原子吸收分析结果对比表 单位: pm
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样品编号 |
AAS |
PXRF1 |
PXRF2 |
PXRF3 |
PXRF平均值 |
对数偏差（%） |
相对标准偏差（%） |
|
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 |
|
5 |
4 |
3 |
3 |
3 |
3 |
12.49 |
0.00 |
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6 |
6 |
4 |
<2 |
4 |
-- |
-- |
-- |
|
7 |
10 |
11 |
11 |
14 |
12 |
7.92 |
14.43 |
|
8 |
13 |
17 |
14 |
16 |
15.67 |
8.10 |
9.75 |
|
9 |
17 |
19 |
19 |
22 |
20 |
7.06 |
8.66 |
|
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 |
|
12 |
57 |
56 |
56 |
56 |
56 |
0.77 |
0.00 |
|
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 |
|
18 |
183 |
205 |
208 |
215 |
209.33 |
5.84 |
2.45 |
准确度分析
将便携式XRF测试结果三次平均值与原子吸收测试结果相对比，采用对数偏差的方法计算其偏差，计算公式为△lgC=︳lgCi-lgCs︳,其中Ci为使用便携式XRF分析三次的平均值，Cs为实验室AAS的分析数据。
18个样品中有4个样品由于测试结果为<2而未计算对数偏差，通过其它14个样品的对数偏差可以看出：除了5号样品对数偏差大于10%以外，其它13个样品的对数偏差均小于10%，铬元素含量大于10ppm的样品其对数偏差均小于10%。(见表1)
另外，通过便携式XRF测试结果三次平均值与原子吸收测试结果相对比的相关性图可以看出，Cr XRF与Cr
lab的相关系数R2为0.99，具有高度的相关性。从而可以得出，便携式XRF三分钟无需制样直接分析的分析结果可以媲美实验室样品消解后原子吸收的分析结果。
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图4.便携式XRF分析胶囊中铬的分析结果与实验室AAS的分析结果的相关性图。 |
稳定性分析
此次18批胶囊样品使用便携式XRF每个样品测试三次，并计算三次分析的相对标准偏差RSD。18个样品中有4个样品由于测试结果为<2而未计算RSD以外，通过其它14个样品的相对标准偏差可以看出：14个样品中有3个样品的RSD大于10%，其它11个样品RSD均小于10%。另外，随着样品中Cr元素的含量增加，其RSD数据变小，稳定性增加。
阳性样品筛查
对于胶囊的快速检测来说，阴性样品和阳性样品的定性非常重要，中国药典中对胶囊壳中铬的含量要求为2ppm，欧洲药典对胶囊中铬的要求为10ppm，通过表1的数据我们可以看到，仪器的测试结果能投很好的反应样品是否铬超标，对阳性样品进行现场快速筛查。
具体到现场应用，建议以10ppm快筛限值，若便携式XRF现场报出数据大于10ppm，即定性为阳性样品，若便携式XRF报出数据小于10ppm，可根据需要再进一步使用AAS的方法进行补充确认。
结果分析
通过以上测试分析对比，可以便携式XRF分析胶囊中的铬具有较高的准确度和稳定性，并能在使用中做样品样品的快速筛查。但是，赛默飞NitonXL3t970分析仪其Cr元素在FDA模式分析60秒的检出限为12ppm，也就是说，针对1到7号这类小于10ppm的样品，如果也想得到更好的分析效果，可采用以下方式：a. 将胶囊壳样品经过简单的压片制样后测试;b. 延长相应滤光片的测试时间。
另外，便携式XRF是个同时多元素分析的技术，因此，除了胶囊中的铬元素，此次测试还关注了胶囊中其他的元素的表现，这些元素的含量的异常变化在我们判断阳性样品中起到了很好的佐证作用。图5中显示了几个样品的XRF谱线图，可以看出Cr铬显示出高峰值的样品其Ca元素也显示了较高的峰值，我们可推断出，除了皮革鞣制时使用了含铬的鞣制剂之外，还加入生石灰进行浸渍，所以也有钙的残留。虽然钙不是有毒有害元素，但也是可作为判断是医用明胶还是工业明胶的一个参考指标。
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图5.便携式XRF测试胶囊样品的谱线图。 |
小结
赛默飞Niton(Thermo Scientific Niton)便携式XRF可以无损快速检测胶囊壳中的铬，无需前处理样品，3分钟就能能够快速筛查出一个样品，大大缩短了分析时间，提高了分析速度，且具有较高的准确度和稳定性，能够准确有效在现场选出阳性胶囊样品，该方法对现场快速筛查胶囊中的铬意义重大。
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焦点事件
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项目成果
