*依据样品特性与分析目标，在红外和拉曼光谱成像中选择适宜的分析技术*

化学成像（chemical imaging）的概念起源于20世纪末，该技术能够同步提供样品的成分信息与空间信息，可视化样品表面的分布特征，实现不同样品之间的快速和无损比较，是传统光谱分析方法的重要补充。继欧洲药典、英国药典陆续收载后，2025版中国药典亦正式收载化学成像指导原则。

2025版中国药典9031化学成像指导原则提及，化学成像包括光谱成像、质谱成像、磁共振成像等。本指导原则主要适用于基于振动光谱（近红外、中红外、远红外和拉曼光谱）的化学成像系统，也可适用于其他成像技术。

光谱成像是利用不同波长的光照射样品表面各个空间位点，收集所产生的反馈信号，构建反映样品表面化学和物理特性的图像。基于此原理，化学成像特别适合分析固体、半固体和液体样品的物质属性，包括成分鉴别（活性成分、中间体、辅料）、含量分布评估、多态性及颗粒形态表征、尺寸及形貌测量等。

图1：化学成像技术在药物分析中的应用方向

岛津可提供药物化学成像综合解决方案，涵盖“样品前处理-数据立方体采集-图像后处理”全流程，实现药物化学成像中活性成分及辅料占比、含量均匀度、混合均匀性、多晶型分布、颗粒数量-尺寸分析等。

图2：药物化学成像的分析工作流

测试前需基于样品特性与测试目的对样品进行适当的前处理。岛津定制化修块切片机适用于多场景制样——对药片修块确保样品表面平整（且上下平行）；对多层共挤膜进行切片获取多层膜截面。

分子振动光谱蕴含丰富的键选择性（高特异性）化学信息。将分子振动光谱技术与显微镜技术耦合，构建基于红外拉曼光谱的化学成像系统，能够采集样品指定区域的分子光谱信息与空间信息，形成多维数据集（数据立方体），从而构建反映样品表面化学与物理特性的图像。

从分析技术层面来看，红外吸收光谱和拉曼散射光谱虽同属分子振动光谱范畴，但二者基于不同原理，具有一定的互补性——样品适用性（包括成分、尺寸范围等）有所不同。结合使用这两种技术可以获得更为完整的分子振动光谱数据，但传统上需要分别使用红外与拉曼两台设备，且样品转移过程导致后续样品观察与定位标记困难。因此，使用不同的分析设备对样品的同一位置（微小区域）进行分析，往往需要丰富的经验，这给分析工作带来了挑战。

AIRsight红外拉曼显微镜是一款新概念的高通用性分析装置，通过将红外光谱和拉曼光谱两种技术集成到一台设备中，能够在不移动样品的情况下，轻松实现样品同一位置（微小区域）的原位红外-拉曼多模态光谱表征与化学成像。这种显微红外（μ-FTIR）和显微拉曼（μ-Raman）分析耦合的多光谱方法，可以克服单光谱方法的粒径限制、荧光干扰、波数范围限制、选择定则决定的响应弱等问题，提升定性分析的准确度，拓宽样品适用性，更能应对实际复杂样品的测试。

图3：AIRsight新概念的高通用性分析装置的特点介绍

获取数据立方体后，图像后处理模块可依次完成图像处理与图像分析：先执行基线校正、求导、平滑等图像预处理。然后基于峰高、峰面积、多变量分析结果（PCR/MCR）或与指定目标光谱的相似度等多个维度的信息，实现成分可视化；通过二值化处理、像素计算及均匀度评价算法进行含量占比计算、分布均匀度评价、混合均匀性评价；以及进行颗粒识别提取与数量-尺寸统计等。

*相较于红外光谱技术，拉曼光谱成像空间分辨率更高*

○  由化学成像结果可见，该片剂中API与辅料具有明显的区域分布特征：API分布于片剂内部，整体呈现连片特点，分布均匀度较好；TiO₂作为包衣层均匀分布在药片靠外表面区域，其厚度约为25 ~ 30 μm；硬脂酸镁作为润滑、抗粘、助流的辅料主要呈现分畴分布的特点，分布于包衣层与API之间及药片内部。

○  拉曼光谱成像可直观有效地表征化药片剂中API及辅料的分布和均匀度，对指导化药生产过程及优化制剂工艺具有重要意义。

图4：泰诺林片剂中API与辅料的拉曼光谱化学图像

*相较于红外光谱技术，拉曼光谱成像空间分辨率更高*

○  由化学成像结果可见，API分布整体呈现非连片的分畴特点，分布均匀度一般。

○  按面积比计算与规格标称值一致，说明该方法对于药片API含量测定具有极高的准确性。

○  拉曼光谱成像可用于化药片剂中API的成分分布可视化及含量占比计算。

图5（左图）：盐酸二甲双胍片剂中API的拉曼光谱化学图像

（基于737.21 cm-1，偏蓝处为无信号背景，信号偏黄红处为API成像信号

图6（右图）：二值化处理

（白像素为API有效信号，而黑像素为背景信号）

*从红外和拉曼光谱成像中选择适宜的分析技术，以精准表征有效晶型的分布特征*

○  由化学成像结果可见，该西米替丁片剂中A晶的分布呈现连片特点，分布均匀度较好。

○  通过图像后处理程序进行二值化处理和像素计算，得到在所成像的区域内，A晶占比约为86.95%。

○  红外光谱成像可用于化药片剂中化学晶型的分布可视化及含量占比计算。

图7（左图）：西咪替丁片剂中A晶的红外光谱化学图像

（基于1203 cm-1，偏蓝处为无信号背景，信号偏黄红处为有效A晶成像信号）

图8（右图）：二值化处理

（白像素为A晶有效信号，而黑像素为背景信号）

*相对于拉曼成像，红外光谱成像空间分辨率较低，但成像速度更快*

○  颗粒测量和统计分析的结果表明：共检出颗粒39个，粒径集中于0 ~ 60 μm；其中0 ~ 20 μm区间 12个，20 ~ 40 μm 区间15个，40 ~ 60 μm区间 11个，60 ~ 80 μm区间仅1个。

○   红外光谱成像可实现乳膏制剂中有效颗粒的“成分-形貌-分布可视化”及“数量-尺寸”统计。

图9：某乳膏制剂中有效颗粒的分布、数量及尺寸统计分析

*希望红外和拉曼测定样品的同一位置，对有机和无机成分进行详细分析*

○  显微红外成像可有效识别邻苯二甲酸酯的分布特征，但受波数范围限制难以获取部分无机氧化物的有效信号；显微拉曼成像作为有效补充手段，成功揭示了二氧化钛的分布信息。

○  利用红外-拉曼联用mapping技术对多层膜截面进行化学成像，实现了有机/无机成分的分布可视化。

图10：多层膜横截面的红外光谱和拉曼光谱化学图像

供稿人：汤博崇、龙卓珊、周苗

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