使用 AOTF-NIR 光譜技術(shù)對(duì)藥物片劑和膠囊進(jìn)行動(dòng)態(tài)分類

摘?? 要 應(yīng)用 Brimrose Luminar3030 近紅外光譜儀對(duì)傳送帶上的安慰劑、Xenical 膠囊、 Xubix 藥片、NMI 膠囊、Ribavarin 藥片、和 Fortovase 膠囊進(jìn)行了光譜掃描，分別以主成 分分析和偏最小二乘法（PLS1）對(duì)這些樣品的一階微分光譜進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使 用 Brimrose? Luminar3030 自由空間光譜儀來(lái)區(qū)別安慰劑和活性藥片是完全可行的。 主題詞???? 聲光可調(diào)濾光器；近紅外；安慰劑；偏最小二乘法（PLS1）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。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器條件和樣品處理

儀器：采用美國(guó) Brimrose 公司的 Luminar3030 近紅外光譜儀光譜范圍 1300～2200nmSnap!光譜采集處理軟件 ,The Unscrambler 化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件。

樣品：安慰劑、Xenical 膠囊、 Xubix 藥片、NMI 膠囊、Ribavarin 藥片、Fortovase膠囊

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

Brimrose Luminar3030 光譜儀在反射模式下操作。藥片在傳送帶上被傳送，光學(xué)模塊 被裝配在傳送帶上方 68mm 處。藥片和光學(xué)模塊之間的距離稍微變化是可以忽略不計(jì)的。通 過(guò)在光譜儀里安裝擋光器件使光束大小由 8x5mm 減到 3x3mm。減小光束大小來(lái)防止藥片周 圍的光線反射是很重要的。這種做法雖然不是很理想，但是對(duì)研究結(jié)果的影響是很小的，在 一個(gè)生產(chǎn)單元中，光束型號(hào)被調(diào)整為最優(yōu)化狀態(tài)。

1.3? 數(shù)據(jù)收集

在光束下放置一個(gè)藥片，增益設(shè)置調(diào)整到 50000，藥片在傳送帶上移動(dòng)，收集一些光譜 進(jìn)行分析，用來(lái)測(cè)定從藥片上獲得的可用光譜的透過(guò)率的值。這些“優(yōu)等”光譜是用來(lái)定義 保存藥片的光譜的同時(shí)是否繼續(xù)掃描的標(biāo)準(zhǔn)，這是很有必要的。因?yàn)槿绻麅x器持續(xù)掃描，就 會(huì)有一些沒(méi)有藥片時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這些掃描數(shù)據(jù)就不會(huì)被列入考慮范圍。優(yōu)等數(shù)據(jù)被輸 入到?jīng)Q定光譜儀功能的宏程序里，光譜儀被設(shè)置成只收集一個(gè)掃描結(jié)果，測(cè)定它的好壞，然 后把它儲(chǔ)存到一個(gè)緩沖器里。一旦一個(gè)好的掃描結(jié)果被測(cè)定（將會(huì)是一個(gè)新藥片的第一個(gè)掃 描結(jié)果），就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)文檔，隨后的一系列理想的掃描結(jié)果將存至此文檔。

當(dāng)光譜儀掃描到一個(gè)不好的結(jié)果，文檔會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。文檔中所有優(yōu)等光譜都被平均并處 理成吸收光譜和一階微分，重新儲(chǔ)存到文檔中。這個(gè)過(guò)程對(duì)于避免在沒(méi)有藥片的情況下的所 獲數(shù)據(jù)也被平均到總體中去是很有必要的。數(shù)據(jù)都是來(lái)自于安慰劑、Xenical 膠囊、 Xubix 藥片、NMI 膠囊、Ribavarin 藥片、和 Fortovase 膠囊。

在這次研究的過(guò)程中，光譜儀的速度是 4000 波長(zhǎng)點(diǎn)每秒。每個(gè)藥片上的大量的有用數(shù) 據(jù)的掃描結(jié)果在 0.3 到 0.8 秒的瞬間被搜集起來(lái)。一臺(tái)自由空間生產(chǎn)單元能夠以 16000 波長(zhǎng) 點(diǎn)每秒的速度進(jìn)行檢測(cè)，這樣可使用速度更快的傳送帶。以這個(gè)速度進(jìn)行分析，取決于藥片 之間的空間大小，過(guò)去對(duì)種子檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)表明，可以以每分鐘 50 個(gè)的速度對(duì)藥片進(jìn)行檢測(cè)。

2??? 結(jié)果與討論

2．1??? Xenical 膠囊

圖 1、15 種安慰劑和 15 種活性 Xenical 膠囊的一階微分光譜圖

圖 1 中顯示的光譜是在 1600 nm 到 1850nm 范圍內(nèi)獲取的。過(guò)去的測(cè)驗(yàn)早已說(shuō)明在這個(gè) 波長(zhǎng)范圍是真正影響到Xenical 膠囊的區(qū)域。這兩種藥品的分離的光譜差異是很明顯的，這 種光譜差異也可能被用到膠囊方面的劑量標(biāo)準(zhǔn)的定量分析上。膠囊有直徑較小的一面，但是 只要被掃描，無(wú)論是小面還是大面都能獲取到光譜，與傳送帶的位置沒(méi)有關(guān)系。

這個(gè)主成分分析回歸圖顯示了安慰劑和活性 Xenical 藥片的完全分離。結(jié)果顯示，如果能從劑量標(biāo)準(zhǔn)變化的藥片上收集光譜，可以建立劑量標(biāo)準(zhǔn)的定量回歸模型。

2．2? Xubix 藥片

圖 3 的一階微分光譜圖結(jié)果說(shuō)明有大的波動(dòng)的區(qū)域出現(xiàn)在 1350nm 到 1500nm 和 2000nm到 2150nm 的范圍內(nèi)。

Xubix 藥片的主成分分析法和偏最小二乘法回歸分析都是在一階微分光譜中進(jìn)行的。偏 最小二乘法的結(jié)果較好一些，顯示了藥片中不同的劑量標(biāo)準(zhǔn)的完全分離。SEP 值是 0.61， 對(duì)于這么小的一個(gè)數(shù)據(jù)組來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)理想的檢測(cè)結(jié)果。一個(gè)具有更精確的劑量標(biāo)準(zhǔn)的具 體數(shù)據(jù)而不是名義值的較大數(shù)據(jù)組應(yīng)該能建立一個(gè)更強(qiáng)大的模型，其 SEP 值約為 0.2。帶有 快速檢測(cè)光譜儀的改進(jìn)了的設(shè)備可以以每秒 50 個(gè)的速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的對(duì)定量劑量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的 檢測(cè)。

2．3? NMI 膠囊

這些光譜中最主要的區(qū)域是 1350nm 到 1780nm 這一范圍。在這些光譜收集的過(guò)程中有 很多影響到結(jié)果的因素。膠囊的長(zhǎng)度小，光譜儀的掃描速度慢，大大減少了掃描數(shù)目。盡管 存在這些因素，這些光譜的主成分分析回歸模型還是可以保證安慰劑和 NMI 膠囊的分離。

主成分分析回歸模型顯示能很好得保證安慰劑和 NMI 膠囊的分離。根據(jù)安慰劑和活性藥 物之間的區(qū)別足以進(jìn)行定量分析，活性藥物之間的區(qū)別說(shuō)明 Brimrose 設(shè)備可以對(duì)活性的劑 量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正確的分析。

2．4? Ribavirin 藥片

安慰劑和活性 Ribavirin 藥片之間的差異非常大，以至于沒(méi)必要建立一個(gè)回歸模型。 Brimrose 預(yù)測(cè)軟件能輕易地區(qū)分安慰劑和活性的藥物，當(dāng)光譜差異如上面所示如此多時(shí)， 也可以對(duì)劑量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量分析。

2．5? Fortovase 膠囊

從 Fortovase 膠囊獲得的光譜數(shù)據(jù)不是太好，一個(gè)主要的原因是膠囊里有透明的流體， 這樣使光的漫反射效果不是很好。從 Fortovase 膠囊獲取的光譜信號(hào)很弱。絕大部分來(lái)自膠 囊的外殼，也包括一點(diǎn)相關(guān)的光譜信息。安慰劑和活性 Fortovase 膠囊之間的區(qū)別不是很重 要，用透射方式代替反射方式來(lái)收集和分析安慰劑和活性 Fortovase 膠囊的光譜數(shù)據(jù)是很有 必要的。

3 . 結(jié) 論

這次研究結(jié)果表明，使用 Brimrose Luminar3030 自由空間光譜儀來(lái)區(qū)別安慰劑和活性 藥片是完全可行的。多數(shù)情況下，進(jìn)行劑量標(biāo)準(zhǔn)的定量分析也是可行的。光譜儀可以對(duì)幾乎 所有的藥片進(jìn)行分析，當(dāng)藥片在傳送帶上移動(dòng)時(shí)可以進(jìn)行光譜的收集。每分鐘能被檢測(cè)的藥 片數(shù)量取決于掃描的波長(zhǎng)范圍。據(jù)估計(jì)，每分鐘至少分析 50 個(gè)藥片，在某些情況下，每分鐘可以達(dá)到 90 個(gè)。通過(guò)對(duì)很多藥片和大量劑量標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)，一份在線、實(shí)時(shí)的藥片分析方 案可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行校正和改進(jìn)。執(zhí)行這種方案將需購(gòu)買一臺(tái)帶有在光譜儀下方傳送藥 片的傳送帶的儀器和一臺(tái)能把藥片歸類到不同盒子里的藥片分類器。安裝和培訓(xùn)以后，可以 進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線操作而不需要 Brimrose 公司的人員支持。