传统的化合物含量测定方法包括色谱、光谱法以及各种联用技术,这些方法可以用于已知化合物的分析,并提供准确可靠的测量结果。然而建立这些方法的过程可能比较复杂,并且通常需要对照品。相比之下,定量核磁共振(Quantitative Nuclear Magnetic Resonance,简称QNMR) 操作简便,无需对照品即可进行含量测定。QNMR具有高度的准确性,并且可以同时进行定性和定量分析,因此在药学研究领域中得到了广泛的应用。例如它可以用于赋值无法溯源的首批对照品、测定N-亚硝胺类化合物含量、测定氘代率和同分异构体含量测定、确定成盐化合物的含量和各组分的比例,以及原料药中的溶剂残留的测定等。
核磁共振是基于特定原子核(主要为I=1/2的1H、13C、15N、19F、31P等)在外磁场(1~21 Tesla,1 tesla=104guass)中吸收了与其分裂能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振的原理。核磁共振结合了定性分析及定量检测两种优势,广泛应用于化学、食品、药品等领域。
定量核磁技术主要是基于1H-NMR,待测化合物1H-NMR谱上各信号峰强度之比等于相应的质子数之比,确定氢的积分值与其摩尔浓度成正比。定量核磁方法分为相对定量法和绝对定量法。相对定量法是QNMR中最简单的,通过比较2种或2种以上成分特征峰的峰面积来确定含量。绝对定量法是以结构和含量已知的化合物为参照,与待测物制成溶液进行测定,通过比较两者的信号积分强度来确定待测物的含量。绝对定量法根据实验方法不同又分为内标法、外标法和标准加入法[1]。
以结构和含量已知的化合物作为内标,与待测物制成混合溶液同时测定,通过两者的积分信号强度的比值,确定待测物的含量,这是目前常使用的方法。
当待测物与参照物无法共存时,通常采用外标法。可以使用特殊设计的核磁管,如共轴毛细管,或者分别在两根核磁管中装入待测物和参照物,然后分步进行测定。这种方法适用于化学性质不稳定或有毒的物质。
将一系列已知浓度的化合物依次加入到待测物溶液中,并根据峰面积对浓度作图,从所得的标准曲线推算出待测物的浓度。这种方法应用较少。
在复杂化合物结构解析中,利用核磁共振技术可以获得关于化合物分子结构的丰富信息。在有机合成中,核磁共振技术不仅可以用于反应物或者产物进行结构解析和构型确定,而且在研究合成反应中的电荷分布、定位效应、探讨反应机理等方面也有广泛应用。在确定合成或分离得到的光学活性化合物的绝对构型方面,应用核磁共振方法测定有机化合物的绝对构型,主要是测定R和(或)S手性试剂与底物反应的产物的1H或13C NMR化学位移数据,得到Δδ值与模型比较来推定底物手性中心的绝对构型。
在新药研发过程中,常采用化学合成或者组合化学方法对先导化合物进行结构修饰,以得到一系列化合物,并从中筛选出活性较高的化合物作为候选药物。或者从天然产物中筛选具有药效活性的物质。由于得到的化合物众多,量少且无对照品,因此不需对照品即可确定纯度的核磁共振法进行含量测定较为方便。
核磁共振技术不仅可以解析化合物的结构,还可以分析化合物的含量。例如,β-烟酰胺单核苷酸(NMN)是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的前体,临床试验中发现具有抗衰老、治疗帕金森、阿尔茨海默病、改善听力等方面的功效。由于NMN原料和产品价格昂贵,并且在工业合成和产品开发过程中,对于原料中有效成分含量和杂质控制要求严格,一种高效快捷的NMN含量检测方法对其质量控制具有重要意义。
为了建立定量核磁共振氢谱法测定β-烟酰胺单核苷酸(NMN)含量的方法,研究者采用核磁共振氢谱法进行测定,以对苯二酚为内标,延迟时间为4s,采样次数为16次,以NMN中δ8.89的峰作为定量峰,对苯二酚中δ6.67的峰作为内标定量峰,根据积分峰面积比与质量比计算NMN的含量。该方法操作简便,检测快速准确,可用于测定复杂基质中NMN的含量[3]。
除了化合物的纯度测定之外,定量核磁技术在药学领域研究中应用广泛,如QNMR技术还可以用于反应过程监测、对照品赋值、原料药含量测定、药物制剂的含量测定、药物的杂质检查、多组分纯度确定、代谢组学研究和聚合物组成研究等作用。
[2] 张芬芬,蒋孟虹,沈文斌,丁娅.定量核磁共振(QNMR)技术及其在药典中的应用进展[J].南京师范大学学报(工程技术版),2014,14(2):8-18.
[3]孟辰笑凝,郭中原,李春等。定量核磁共振法测定β-烟酰胺单核苷酸的含量[J].中国药学杂志, 2021, 56(2):5.