通过红外光谱技术结合化学计量学对药用复合膜的组合材料经行定性鉴别，分析判断各自的特征吸收峰。方法 利用傅里叶变换红外光谱仪采集不同厂家多个批次复合膜样品的红外光谱图，原始光谱进过预处理后，采用系统聚类分析(HCA)、相似度分析以及正交偏最小二乘判别分析法(OPLS-DA)对红外光谱数据进行分析。结果 根据得到的红外光谱数据，将样品分为聚乙烯(PE)、聚酯(PET)和聚丙烯(PP)3种组合材料，各自的特征频率分布基本一致，只是峰强度存在差别。通过上述3种化学计量学方法的辅助分析，结果一致的情况下进一步确定了分类标准，符合研究要求。结论 该方法分辨度好，可以快速、有效地识别药用复合膜的不同组合材料，为有关材料的红外光谱鉴别提供依据。
药用复合膜系指各种塑料薄膜与纸、金属或其他塑料薄膜通过黏合剂复合而成的双层、三层或多层复合材料，根据各层功能不同又分为基层、功能层和热封层。常见类型主要有塑(纸)/塑、镀铝膜、铝箔膜等，厚度一般≤0.25 mm。作为一种直接与药物制剂接触的软包装材料，药用复合膜不仅具有阻隔气体、防污防尘的药品保护作用，还具有良好的机械加工性能,在药品包装领域发挥着至关重要的作用[。生产过程中，可通过改变组合材料或复合层数来调节其性能。

红外光谱(infrared spectroscopy, IR)可利用物质对不同波长红外辐射的吸收特征，对分子结构和化学组成进行分析，普遍用于定性分析(品种鉴定)、药材产地分析和定量分析等，具有适用范围广、样品用量少、操作方便的特点；结合化学计量学可进一步挖掘潜在信息，是现代分析化学和结构化学最常用的工具之一。方芳等利用傅里叶变换近红外光谱(Fourier transform-near infrared spectroscopy, FT-NIR)与化学计量学结合，对不同掺假类型茶籽油及其掺假度(0～100%)进行了定性定量检测。张晓冬等利用主成分判别分析和聚类分析建立了炉甘石生品、伪品和炮制品的近红外光谱鉴别模型，可用于三者的快速鉴别。乔璐等利用中红外光谱技术结合主成分分析法以及聚类分析法，实现不同产地半夏的快速鉴别，根据平均光谱的相似度，可分析其差异性。

笔者主要通过红外光谱技术对不同类型药用复合膜的组合材料进行鉴别。以6种类型的药用复合膜为研究对象，采集了500批样品的红外光谱信息，经预处理后通过系统聚类分析(hierarchical cluster analysis, HCA)、相似度分析和偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares-discrimination analysis, OPLS-DA)继续考察，为不同药用复合膜组合材料的分类标准及鉴别提供参考依据。

1 仪器与试药

1.1仪器

傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform- infrared spectroscopy, FT-IR,is-50),采样附件为衰减全反射附件(金刚石晶体)。

1.2试药

样品来自江西省药品检验检测研究院2016—2019年的产品质量国家药品监督抽查(简称国抽)样品，共500余批，分别为聚酯/铝/聚乙烯(polyester/aluminium/polyethylene, PET/AL/PE)、聚酯/聚乙烯(PET/PE)、聚酯/镀铝聚酯/聚乙烯(polyester/aluminum plated polyester/polyethylene, PET/VMPET/PE)、作者简介辜倩(1998-),女，四川成都人，硕士，研究方向：药包材分析及相容性研究。ORCID:0000-0002-6267-5017。双向拉伸聚酯/铝/流延聚丙烯(biaxial orientation polyethylene terephthalate / aluminium/ cast polypropylene, BOPET/AL/CPP)、双向拉伸聚丙烯/铝/聚乙烯(BOPP/AL/PE)、纸/铝/聚乙烯(PAPER/AL/PE)6种类型。本研究从其中3个大类的组合材料中分别抽选10个作为代表进行分析，不同组合材料的具体信息见表1。

2 方法与结果

2.1方法

2.1.1样品制备

从药用复合膜上剪取少许样品，置于晶体上直接检测，采集正反两面的红外光谱数据(由于正反两面的材料不同，测得的数据分别归属于不同材质)。

2.1.2红外光谱采集

根据《中华人民共和国药典》2020年版(四部)所载“包装材料红外光谱测定法”中的衰减全反射法对样品进行检测。以空气为背景累积扫描32次，每个样品重复测定3次。扫描分辨率为4 cm-1,扫描次数32次，测定范围为4 000～650 cm-1,扣除背景。

2.1.3数据处理

原始光谱数据经Unscrambler软件自带的校正功能预处理后，去除基线影响。以HP Nicolet Sampler Library谱库中各自对应的红外光谱图作为标准谱图，将样品谱图与标准谱图进行比较，得到相似度，进而分析特征峰。基于被测PE、PP和PET 3种材料的红外数据，采用SPSS 22.0版软件进行HCA分析，采用SCMIA 14.1版软件进OPLS-DA分析。

2.1.4聚类分析与相似度分析

聚类分析作为一种研究“物以类聚”的化学计量学方法，整个聚类过程能通过树状图直观表示，其中纵坐标代表样品号，横坐标代表类间距离。相似度是衡量图谱间相互接近程度的参数，通过在特定谱段内比较样品光谱与标准光谱，得到相似度数据，进而比较二者间的相似程度。当然，也可以通过夹角余弦和相关系数计算各谱图与标准谱之间的整体相似性。

2.1.5OPLS-DA分析

OPLS-DA分析作为一种有监督的模式识别法，具有样本需求少的优点。对数据“降维”的同时建立回归模型，并对结果进行判别分析，主要目的是区分样品间的差异性，判别效果优于主成分分析，目前多用于代谢组学。本研究为了分析3种组合材料间的整体性与差异性，利用SIMCA 14.1版软件对抽选的30批样品的特征峰数据进行OPLS-DA分析。设置分类Y矩阵变量随机排列200次，得到R2拟合直线和Q2拟合直线，判别分析30批样品的组间差异。

2.2结果

2.2.1复合膜的材质鉴别结果

(1)PP材料红外光谱分析

CPP和BOPP只是加工方式有所不同，两者的红外光谱并无较大差异。PP材料的标准红外图谱见图1。不同厂家的样品图谱与PP材料标准谱的曲线基本一致，分别在3 000～2 500、1 500～1 300、1 200～800 cm-13个主要波数区存在吸收峰。其中，2 949和2 918 cm-1附近吸收峰为-CH3/-CH2-的不对称伸缩振动吸收峰，2 867和2 838 cm-1附近的吸收峰为-CH3/-CH2-的对称伸缩振动吸收峰；1 454 cm-1附近吸收峰为-CH2-的面内弯曲振动吸收峰，1 375 cm-1附近吸收峰为-CH3的对称弯曲振动吸收峰。1 200～800 cm-1内主要是一些弱吸收峰：1 167 cm-1附近吸收峰是由于C-C骨架振动，997 cm-1附近吸收峰是C-H的面外弯曲振动，972 cm-1附近推测为-CH3面外弯曲振动吸收峰，840 cm-1附近为C-H面外弯曲振动吸收峰。因此，不同厂家PP材料的红外图谱总趋势相同，即所含主要成分相同，共有特征峰2 949、2 918、2 867、2 838、1 454、1 375、1 167、997和972 cm-1可作为PP材料的鉴定依据。

(2)PET材料红外光谱分析

PET材料的标准图谱见图2。不同厂家的样品图谱曲线与其基本一致，在1 800～700 cm-1范围内具有明显的吸收峰。其中1 713 cm-1为C=O的伸缩振动吸收峰，1 408 cm-1为C-H的面内弯曲振动吸收峰，1 238 cm-1与1 096 cm-1为C-O对称伸缩振动吸收峰，1 017 cm-1为C-O弯曲振动吸收峰，969 cm-1为-COO-面内变形吸收峰，871 cm-1为-CH3的对称弯曲振动吸收峰，723 cm-1为-CH-的面外弯曲振动吸收峰。故可将其共有峰1 713、1 408、1 238、1 090、1 016、872和723 cm-1作为PET材料的判定依据。

(3)PE材料红外光谱分析

PE材料的标准图谱见图3。主要有3个主要波数区：3 000～2 700 cm-1;1 500～1 460 cm-1;750～600 cm-1。第1个区域内出现的吸收峰2 915cm-1和2 847cm-1,是由碳分子链中C-H的伸缩振动引起的；第2个区域内的吸收峰1 472 cm-1和1 462 cm-1是因为C-H的弯曲振动；第3个区域内的吸收峰730和718 cm-1,是-(CH)n-(n≥4)面外摇摆振动引起的。所有样品的吸收峰位置也基本一致，只是峰强度有所差异，其共有峰2 915、2 847、1 472、1 462、730和718 cm-1可作为判定依据。

2.2.2药用复合膜材料红外光谱聚类分析

以序号作为代号，将表1中抽选样品的红外数据导入SPSS 22.0版软件，利用欧氏距离的平方和组间连接法进行系统聚类分析，聚类树状图结果见图4。当欧式距离为5时分为3类，分别对应PP(序号：1～10)、PET(序号：11～20)和PE(序号：21～30)材料。同一类材料分布集中，品质差异不大；不同种组合材料相互之间聚类效果差，存在较大差异。

2.2.3相似度分析

对3种药用复合膜组合材料样品红外图谱的相似度进行分析。从结果可知，同一类材料不同批次之间的相关系数均>0.9,说明不同批次(不同厂家)之间具有较高的相似度，差异较小，即主要成分相似。不同材料间的相似度则小于0.2,相似度差，表明其不是同一品种，与聚类结果一致。

2.2.4OPLS-DA分析结果

基于30批样品的红外光谱数据，采用SIMCA 14.1版软件进行OPLS-DA分析，见图5。由图5可知，数据矩阵的解释率参数(R2X)=0.538,模型区分参数(R2Y)=0.295;3种材料各自聚为一类(与聚类分析结果一致),不同材料间距离远，无混杂情况，界限明显且容易区分，比二维聚类效果好。其中22、21号靠近23～30号，表明两者所含成分与其相似，能确定是同一类材料，可以得出结论：不同厂家的同一类型材料间仍存在一定的差异，可能与特征波数偏移有关。

2.2.5外部验证实验结果

另取5批样品(序号：A1～A5,具体信息见表2),按“2.2.4节”方法进行验证，结果见图6,可见，A1、A2明显与PET材料聚为一类，A3、A4明显与PE材料聚为一类，A5明显与PP材料聚为一类，表明OPLS-DA具有良好的鉴别能力。

3 讨论

本文利用FT-IR对不同厂家的药用复合膜样品进行红外分析，为PET、PP和PE 3大类材料的判别提供了鉴别依据，即使在标准图谱不明确(或缺失)的情况下，也能根据分析结果快速判断材质；解决了特征波数偏移如何判断的难题。同时，通过HCA、相似度分析和OPLS-DA分析，得到的分类结果一致，进一步说明了本方法的准确性和可靠性。但是，衰减全反射法对于复合膜的中间材料无法测定，是红外光谱鉴别的一个缺点。