采用 AOTF-NIR 光譜技術測定流水線上皮膚貼劑量水平

摘 要 本文采用美國 Brimrose 公司 AOTF-NIR 產品 Luminar3030 自由空間光譜儀測定一 種應用在皮膚貼的藥物的劑量水平，分別對高劑量水平和低劑量水平的樣品建立了偏最小二 乘法（PLS1）回歸模型。高劑量水平樣品模型的相關系數為 0.9574，對于劑量范圍在 500 到 700 之間的預測標準偏差是 1.30，低劑量水平模型的模型相關系數0.9498。預測標準 偏差是 1.70。完全能夠滿足實時在線過程控制要求。實驗結果表明，通過使用 Brimrose 公 司 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀和一個校準模型獲取的光譜數據對生產線上移 動的皮膚貼內的藥物劑量水平測定是可行的。

關鍵詞? 聲光可調濾光器；近紅外光譜；皮膚貼；偏最小二乘法（PLS1）

傳統的紅外分光光度技術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 譜測量系統，結構復雜，設計和生產成本高，使得分析檢測僅適于實驗室條件下應用。自 20 世紀 80 年代后期，一種新型的色散元件——聲光可調濾光器（Acousto-optic tunable filter，簡稱 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生分光的光電器件。與傳統的基于機械調諧分光元 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越性：它結構簡單，光學 系統無移動性部件，體積小，集光能力強，最吸引人之處在于它的波長切換快、重現性好， 程序化的波長控制使得這種儀器的應用具有更大的靈活性，尤其是外部防塵和內置的溫度、 濕度集成控制裝置，大大提高了儀器的環境適應性，加之全固態集成設計產生優異的避震性 能，使其近年來在工業在線和現場（室外）分析中得到越來越廣泛的應用。

本實驗使用美國 Brimrose 公司 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀測定一種應用 在皮膚貼的藥物的劑量水平。貼片脫離了壓力在生產線上移動時，它們通過光譜儀的光學模 塊，檢測貼片的時間理論上是沒有限制的，因為這個過程是不間斷的。可是檢測時間被限制 在大約 4 秒鐘（100 個檢測結果），這是因為在生產中要求掃描 8 個通道，每個通道大約一 分鐘。校準結果非常好，也說明當它們在生產線上移動時，測量貼片的藥物劑量水平是可行 的。使用在線監測貼片的藥物劑量水平的主要目的是可以快速調整過程參數，不需要花上幾 個小時等待實驗室的結果。調整在幾分鐘內就可以完成，一旦產品被檢測合格，就能夠快速 進入下一個生產環節。一個額外的益處是能夠以非常小的成本不間斷地監督生產過程，校驗 使用的噴嘴是否工作正常。另一個好處是能夠通過光譜分析檢測貼片的所有成分。缺少一種 成分都會建立一個報警的異常值。在更高的一個層次上，把光學模塊從一個通道移動到另一個通道的系統可以是全自動的，可以積累結果來進行統計分析。這次研究結果非常理想，說 明了 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀可以測定在生產線上移動的皮膚貼內的藥物劑 量水平。

1.實驗部分

1.1 儀器條件和樣品

儀器：美國 BRIMROSE 公司產的 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀。檢測器為 InGaAs，波長范圍為 1200nm 到 2100nm，2nm 的波長增量，掃描次數為100。Unscrambler 定量分析軟件。

樣品：生產線上的皮膚貼。

1.2 實驗方法

Brimrose 公司的 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀可以安裝在皮膚貼的生產線 上。當貼片沿著生產線移動時儀器收集光譜，每次掃描得到 100 個結果然后平均到一個光譜 中去。每次掃描的數據獲取時間大約是 4 秒，可以檢測生產產品的 8 個通道，所有的 8 個通 道檢測一次只需要一分鐘。波長范圍是 1200nm 到 2100nm，波長增量是 2nm。原始透過光譜 數據以漫反射的形式被收集起來，再被處理成吸收光譜和一階微分光譜。被采集光譜的貼片 區切分用于實驗室分析，提供用于建模的參考值。然后使用光譜數據和參考值就可以建立一 個偏最小二乘法回歸模型了。建模的參考值數據應包含貼片中高和低的藥物劑量水平。

2. 結果與討論

2.1 光譜圖

觀察吸收光譜和一階微分光譜圖可以清楚得看到在光譜圖中由于高劑量水平形成了明顯的差異。低劑量水平的吸收光譜和一階微分光譜圖在這里并沒有顯示出來，因為他們 和高劑量水平的光譜圖太相似了。但是化學計量分析卻可以區別高低劑量水平之間的不同。

2.2 回歸與建模

貼片中高劑量水平參考值和光譜數據相關聯的偏最小二乘法回歸模型顯示了理想的結果，如圖 3 所示，相關系數為 0.9574。對于劑量范圍在 500 到 700 之間的預測標準偏差是 1.30。這種精確度是遠高于實時在線過程控制要求的。隨著產品數目的增加，這個模型的功 能和精確度都會大大增加的。

低劑量水平的偏最小二乘法回歸模型的結果也很理想，如圖 4 所示，模型相關系數為 0.9498。預測標準偏差是 1.70，完全能夠滿足實時在線過程控制要求。隨著產品數目的增 加，這個模型的功能和精確度都會大大增加的。

3．結 論

這次研究的結果非常理想，說明了通過使用 Brimrose 公司 AOTF-NIR Luminar3030 自 由空間光譜儀和一個校準模型獲取的光譜數據對生產線上移動的皮膚貼內的藥物劑量水平 測定是可行的。

自由空間光譜儀應用在實時、在線測量劑量水平的測量和應用在過程控制上都是一種理 想的工具。光譜儀的速度可以進行快速測定分析，并在初始階段和產品質量方面產生巨大的 經濟效益，把不合格的原料減少為零。實時測定劑量水平的功能是在劑量水平趨向于所允許 水平時能及時發出警報。過去的經驗說明，更多的樣品會使模型功能更加強大，檢測結果更 加精確。這次研究中的校準模型的結果非常理想，如果樣品更多的話，結果會更加理想。這 次研究充分說明了使用 Brimrose 公司 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀來測量皮膚 貼中的藥物劑量水平的可行性。