AOTF-NIR 光譜技術(shù)在凍干藥物的實(shí)時(shí)在線分析中的應(yīng)用

摘要 本文探討了在凍干藥物的濕度測(cè)試中的應(yīng)用 AOTF-NIR 光譜技術(shù)的可行性，用了氫化可 的松、含甘露醇的甲強(qiáng)龍和不含甘露醇的甲強(qiáng)龍三種類固醇，用主成分分析法對(duì)其進(jìn)行了成 功的定性判別，并建立了偏最小二乘法模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 AOTF-NIR 光譜技術(shù)可以應(yīng)用于 過(guò)程控制目的，滿足了質(zhì)量控制要求。

關(guān)鍵詞 聲光可調(diào)；近紅外光譜；凍干藥物；主成分分析法

凍干法是一個(gè)凍干產(chǎn)品除去水分的過(guò)程，這種方法對(duì)制藥行業(yè)有特殊的意義，在血管注 射技術(shù)的發(fā)展中，凍干法對(duì)其有重要的意義。在其他醫(yī)藥品的發(fā)展中，藥品的干燥度是很重 要的，而加熱又會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的降解，凍干法更是重要。理論上講，凍干法應(yīng)完全除去水 分，情況并非總是這樣，為了滿足質(zhì)量控制的要求，精確濕度的測(cè)量是很有必要的。在線測(cè) 定是檢測(cè)濕度的最好方法，Brimrose AOTF-NIR 光譜儀是完成這項(xiàng)工作的理想工具。

近紅外(NIR)光譜法是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種綠色分析技術(shù)，并以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始應(yīng) 用于中藥分析,傳統(tǒng)的紅外分光光度技術(shù)采用棱鏡或光柵做色散元件，以這些色散元件為核 心的紅外光譜測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本高，使得分析檢測(cè)僅適于實(shí)驗(yàn)室條件下 應(yīng)用。自 20 世紀(jì) 80 年代后期，一種新型的色散元件——聲光可調(diào)濾光器（Acousto-optic tunable filter，簡(jiǎn)稱 AOTF）逐漸受到人們的重視。AOTF 是基于各向異性的雙折射晶體的 聲光衍射原理，利用超聲波與特定的晶體作用而產(chǎn)生分光的光電器件。與傳統(tǒng)的基于機(jī)械調(diào) 諧分光元件的光譜儀器相比，以 AOTF 作為分光元件的光譜儀具有明顯的優(yōu)越性：它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，光學(xué)系統(tǒng)無(wú)移動(dòng)性部件，體積小，集光能力強(qiáng)，最吸引人之處在于它的波長(zhǎng)切換快、重 現(xiàn)性好，程序化的波長(zhǎng)控制使得這種儀器的應(yīng)用具有更大的靈活性，尤其是外部防塵和內(nèi)置 的溫度、濕度集成控制裝置，大大提高了儀器的環(huán)境適應(yīng)性，加之全固態(tài)集成設(shè)計(jì)產(chǎn)生優(yōu)異 的避震性能，使其近年來(lái)在工業(yè)在線和現(xiàn)場(chǎng)（室外）分析中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,最近幾 年，AOTF-近紅外光譜分析儀引進(jìn)國(guó)內(nèi)，已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于煙草及化工行業(yè)中。

1． 實(shí)驗(yàn)方法

?1．1 儀器條件和樣品

儀器：美國(guó) BRIMROSE 公司產(chǎn)的 AOTF-NIR 近紅外光譜儀，主要部件包括：光學(xué)部分、 控制部分、電源適配器，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)；軟件包括 SNAP!光譜處理軟件和 CAMO 化學(xué)計(jì)量學(xué) 軟件。

樣品：用三類凍干的藥物類固醇做實(shí)驗(yàn)：氫化可的松、甲基強(qiáng)的松龍（不含甘露醇）、含甘露醇的甲強(qiáng)龍。

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

使用一臺(tái) Brimrose Luminar 光譜儀采用漫反射方式進(jìn)行掃描，光譜平均為 100 次，樣品在被檢測(cè)時(shí)是不斷旋轉(zhuǎn)的，以使樣品中的任何細(xì)微的差異都能被檢測(cè)到。

1．3 數(shù)據(jù)處理

以透過(guò)方式采集的原始光譜數(shù)據(jù)被處理成吸收光譜和一階微分光譜，采用常規(guī)方法測(cè)量 水分的參考值。使用 The Unscramber 軟件進(jìn)行其光譜數(shù)據(jù)的化學(xué)計(jì)量分析。用主成分分析 法來(lái)區(qū)別這 3 種類固醇，用偏最小二乘法（PLS1）來(lái)對(duì)類固醇中的濕度含量進(jìn)行定量分析。

2．結(jié)果與分析

2．1 光譜圖

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圖 1、氫化可的松、不含甘露醇和 含甘露醇的甲強(qiáng)龍的吸收光譜圖 ? ? ? ? ?? 圖 2、 氫化可的松的吸收光譜

從 1410 到 1460 納米的范圍內(nèi)有明顯的光譜變化。這是一個(gè)水分吸收光譜區(qū)，也是一個(gè)期望能看到由濕度含量變化而導(dǎo)致光譜的變化的區(qū)域。

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圖 3、 不含甘露醇的甲強(qiáng)龍的吸收光譜圖 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 4、 含甘露醇的甲強(qiáng)龍的吸收光譜

如圖 3 所示，濕度值為 0.1 和 0.2 的不含甘露醇的甲強(qiáng)龍吸收光譜很顯然是有差異的，但 是濕度值的分布范圍不足以建立一個(gè)校準(zhǔn)模型，在 1450 納米附近的水分吸收區(qū)有一些光譜 變化。

主成分分析法是以聚類的方法來(lái)定性判別不同混合物的化學(xué)成分或組成。如圖 5 所示，用主成分分析法可以對(duì)這 3 種類固醇進(jìn)行成功的分離。

2. 2 回歸和建模

利用氫化可的松水分含量的數(shù)據(jù)與光譜數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)偏最小二乘法（PLS1）回歸 建立了氫化可的松水分含量的模型（如圖 6 所示）。圖 6 顯示，模型相關(guān)系數(shù)是 0.9286，預(yù) 測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差 RMSEP 是 0.1628。不含甘露醇的甲強(qiáng)龍的參考值范圍和含甘露醇的甲強(qiáng)龍的參 考值范圍太小而不能建立校準(zhǔn)模型，如果這些類固醇的參考值在一個(gè)較大范圍內(nèi)應(yīng)該也會(huì)產(chǎn) 生相似的結(jié)果。一些光譜從模型中被取出，作為一個(gè)驗(yàn)證集來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。預(yù)測(cè)結(jié)果 表明，使用 Brimrose 光譜儀獲得的光譜數(shù)據(jù)，氫化可的松模型能夠預(yù)測(cè)在 0.1%到 0.2%這一 范圍的水分含量。

3．結(jié)論

這次研究結(jié)果表明，使用 Brimrose 光譜儀獲得的光譜數(shù)據(jù)和一個(gè)校準(zhǔn)模型能容易地把氫 化可的松、含甘露醇的甲強(qiáng)龍和不含甘露醇的甲強(qiáng)龍分離開(kāi)。含甘露醇和不含甘露醇的甲強(qiáng) 龍兩者之間截然不同，這也是因?yàn)楹欠莶煌乃幤分g的相互作用的結(jié)果，研究結(jié)果也顯 示了在氫化可的松內(nèi)的濕度含量值可以用 Brimrose 光譜儀和校準(zhǔn)模型來(lái)檢測(cè)，如果使用一 組帶有較大范圍參考數(shù)值的樣品，用偏最小二乘法回歸建模來(lái)檢測(cè)含甘露醇和不含甘露醇的 甲強(qiáng)龍，應(yīng)該也是可行的。

經(jīng)驗(yàn)表明，一個(gè)建立在實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的校準(zhǔn)模型能容易轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)、在線裝置上， 而保持檢測(cè)結(jié)果不變Brimrose AOTF-NIR 光譜儀能夠以每分 20 個(gè)樣品的最低檢測(cè)速度對(duì) 這三種藥品的水分含量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，檢測(cè)結(jié)果可以應(yīng)用于過(guò)程控制目的，滿足了質(zhì)量 控制要求。