分析方法开发的四大要项

省部重点实验室

2013/10/07

私聊

化学药检测

大概在20年以前，美国化学学会出版的分析化学杂志刊登了一篇讨论分析方法开发的文章。这个杂志一般都是学术界发表文章。偶尔会刊登一些实用性的文章。这篇文章我记得非常清楚。讨论的就是分析方法开发的4S。这4S就是Specificity（专属性），Sensitivity（灵敏度），Speed（速度）还有就是$（费用）。其实任何分析方法开发，都需要考虑这4S。当初那篇文章也不知跑到那里去了，我就把我这几年工作上的经验，一起与大家分享。我相信很多大家一定都知道了。看看我说的是不是有道理。当然，还是希望大家加入讨论，分享大家的经验。
分析方法首先要注意的就是专属性。所谓专属性就是我们分析某一个化合物，所得到的分析信号必须是完全来自於这一个化合物本身所产生的信号。早年色谱不那么的盛行，我们就试图使用各种方法，取得这个化合物专属性的信号。譬如光谱中的某一个波长只对这个化合物发生吸收。我们也可以利用这个化合物氧化还原的特性而能够从电极上产生信号。还有就是利用化合物本身在热化学产生吸热放热的信号。慢慢的我们的色谱开展了。因为色谱的开发，可以把要分析的化合物从一个混合物中分开，而取得这个化合物的专属性而进行定性定量。目前在美国，色谱的应用已经排在天平，pH 计成为第三位最常用的分析仪器了。我相信主要的原因就是色谱很容易的就能够提供各个化合物的专属性。简单的说，所谓取得专属性其实就是处理样品的基质(Sample Matrix)产生的效应。如果把基质所造成的干扰除去，我们的分析物(Analyte)的专属性就自然出现了。也就是说我们可以化合物的对照品来定量定性。
灵敏度就是借着调动仪器的组成(Components)使我们能够得到最大的信号。或者借着化学反应使分析物能够产生柱前或柱后的衍生物，来增加灵敏度。当然我们谈到信号就要考虑到基线，也就是Signal/Noise 比例。就拿色谱来说，如果灵敏度高，我们所进样的样品量就小。想想一个最有效除去样品基质效应的最简单的办法就是稀释样品。所以，如果能够取得最高的灵敏度，实在是取得样品专属性一个最简单，又最快捷的方法。这也是我一再强调，当我们在做含量分析的时候，使用一个简单的等度，短时间的分离方法。然后尽量减低样品的进样量（但是需要考虑积分面积的重复性）。因为进样量小，即使有百分之一的杂质，恐怕也无法测出。当然，我们需要另外一个进样量大，时间長的梯度分离法来检测0.1%的杂质。在色谱方面，我们可以选择波长，也可以选择不同的检测器。看看我们用质谱来做微量的分析，以前繁杂的样品前处理程序都可以简化甚至省略，就是因为质谱的专属性及高灵敏度。
再来就是分析的速度。分析的时间长短是质检工作的重要一环。一系列的样品及对照品能够在短时间内完成，自然避免许多不必要的困扰。在色谱方面，缩短样品分析的时间方法就是从保留时间着手。可以用C8的柱子就不需要用C18。因为这两种柱子的基本选择性是相同的。样品只要有足够的保留时间就可以了。使用C8同时也可以减少乙腈的消耗量。做等度分离，柱子的长度一般用15厘米，4.6毫米口径。重点是样品是否可以完全溶解到流动相。在液相色谱，样品的溶液是很重要的。如果非极性超过了流动相，样品的溶液就具有流动相的功能。使用15 × 4.6 的柱子做等度分离，进样量一般是不超过20微升。一般一个样品的分析时间最好在5到8 分钟之内。至於应用到工艺方面的控制，分析的时间就需要更短。甚至样品必须连续注射，不断的有结果出来。这就是我们一般说的Process Analytical Technique (PAT，工艺分析技术)。这几年美国FDA一直在要求PAT。主要的原因就是从就基本工艺，也就是制药的过程来品控。想想也是有道理的。我们一个批次做出的片粒有好几万，甚至几十万。结果到最后我们的取样量只是微不足道的一小部分。如何来证明这些少量的取样可以代表整个的工艺产品。所以，慢慢的各种光谱分析的技术将应用到每一片制剂的检验。可见分析速度的重要性了。
最后就是花费了。分析样品的花费当然包刮了仪器本身，使用的各种化学试剂，人员的消耗，还有各种实验室运行的开销。就拿色谱来说，先期的投资购买最可靠，最耐用的仪器，自然是首要的条件。所谓工欲善其事，必先利其器。柱子也是一样。有了好的仪器，好的柱子，至少碰到问题的时候，可以帮助我们很快的摒除仪器与柱子这方面衍生的问题。基本上在做色谱发了问题，一个就是仪器部分，另外就是化学。仪器部分自然包刮了进样器，检测器，泵，数据系统，还有柱子。这一部分出了毛病，在美国一般的分析人员都是找仪器公司负责处理。一年的花费大概在一万美元左右，负责仪器的修护，保养，校正还有回答各种问题。一个电话，可以解决问题当时就解决了，不能解决的，修护人员24小时之内到达现场负责解决。柱子也有保险期。总之，时间就是金钱。一个分析的问题出现，分析员要立刻能够判断问题的症结所在而采取适当的步驺来解决问题。属于仪器部分的问题有仪器公司负责，其他的问题就得自己解决了。一个公司研究，开发部门的进展，和分析部门的运作是紧紧相扣的。如何彼此互相沟通，提高工作效率，自然是很重要的课题。以后再慢慢讨论。

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