使用核四极共振谱仪能够对假药和不合规药物进行无损检测

悦智网 · 公众号 · · 2019-11-09 15:00

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改善这一状况所做的努力包括欧盟2019年通过的《伪造药品指令》的最新规定。自2019年2月起，所有进入和过境欧盟的药品包装都必须有一个“唯一药品标识符”——每个药品包装都要有一个单独的参考号，而不仅是品牌或批次——还必须有一个防开包密封条。在美国，2013年签署生效的《药品供应链安全法》要求到2023年所有药品包装都必须可电子追踪。

遗憾的是，这些“跟踪和追溯”方法存在一个根本缺陷：他们鉴定的是包装，而不是包装里面的内容物。一包药可能仅仅因为有一个有效的安全标志就被认为是正品。不择手段的制造商可以轻易地规避这些措施，把假药放在真包装中。而且这些追踪方法在检测药物降解方面没有帮助。

我们在凯斯西储大学（位于美国克利夫兰）和佛罗里达大学（位于美国盖恩斯维尔）的研究小组，以及伦敦大学国王学院的一些同事，一直在研究一种更有效的技术——这种技术有望提供一种更有效的方法来验证一包药品的实际含量。你可能认为，任何用来检测一剂药物化学成分的系统都必然会破坏该药品。其实，通过一种叫做核四极共振（NQR）的物理现象也可以对药片进行检测，而且确认没问题后可以服用。

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NQR提供了一种相对简单的非侵入方法来对多种包装的药物和膳食补充剂进行化学分析。 我们开发的电子测试仪可以测量样品在不同频率下的NQR响应。生成由化学物质原子核内的能量跃迁产生的NQR共振光谱，为该化合物提供了一个独特的指纹。虽然这一现象的量子机制很复杂，但这基本上是在原子层面上发生的。

原子核中含有带正电荷的粒子（质子）通常与电中性粒子（中子）一起存在。如果正电荷的分布不完全对称，原子核就会产生所谓的电荷矩，它塑造了电荷分布的特征。在某些原子的原子核中，正电荷并非呈球形分布，而是向原子核的两极延伸，产生电四极矩（原子核不可能有电偶极矩）。正电荷也有可能在原子核的“赤道”周围积聚，这也会产生四极矩（但符号相反）。

具有四极矩的原子核只能占据特定的能级。这些能级由原子核的四极矩和围绕在原子核周围的电子电荷分布之间的相互作用决定。反过来，电荷分布又取决于原子核所处的化学环境。因此，通过测量原子核中的能级——或者更准确地说，通过测量原子核从一个能级转移到另一个能级时能级之间的差异——你可以推断出它的化学环境。

元素周期表中大约一半的元素有一些具有核四极矩的同位素。其中许多同位素非常罕见。幸运的是，最常见的氮（氮14）和氯（氯35、氯37）的同位素具有核四极矩，并且许多药品中都含有一种或者两种该类原子。

当遇到到0.1至5兆赫之间的射频时，氮原子核将改变能级，以不同的频率吸收并随后重新发射能量。频率取决于原子核所处的化学环境，在某种程度上，取决于原子核所处的物理环境。氯原子也是如此，但其频率在20至40兆赫之间。

因此，这些频段的NQR频谱可以作为含氮和含氯化合物独特的化学指纹。