AOTF-NIR 光譜技術在凍干藥物的實時在線分析中的應用

摘要 本文探討了在凍干藥物的濕度測試中的應用 AOTF-NIR 光譜技術的可行性，用了氫化可 的松、含甘露醇的甲強龍和不含甘露醇的甲強龍三種類固醇，用主成分分析法對其進行了成 功的定性判別，并建立了偏最小二乘法模型，實驗結果表明 AOTF-NIR 光譜技術可以應用于 過程控制目的，滿足了質(zhì)量控制要求。

關鍵詞 聲光可調(diào)；近紅外光譜；凍干藥物；主成分分析法

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

近紅外(NIR)光譜法是近年來發(fā)展迅速的一種綠色分析技術，并以其獨特的優(yōu)點開始應 用于中藥分析,傳統(tǒng)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(tǒng)，結構復雜，設計和生產(chǎn)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(diào)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(chǎn)生分光的光電器件。與傳統(tǒng)的基于機械調(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：它結構簡 單，光學系統(tǒng)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(xiàn)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(nèi)置 的溫度、濕度集成控制裝置，大大提高了儀器的環(huán)境適應性，加之全固態(tài)集成設計產(chǎn)生優(yōu)異 的避震性能，使其近年來在工業(yè)在線和現(xiàn)場（室外）分析中得到越來越廣泛的應用,最近幾 年，AOTF-近紅外光譜分析儀引進國內(nèi)，已經(jīng)開始應用于煙草及化工行業(yè)中。

1． 實驗方法

?1．1 儀器條件和樣品

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

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

1．2 實驗方法

使用一臺 Brimrose Luminar 光譜儀采用漫反射方式進行掃描，光譜平均為 100 次，樣品在被檢測時是不斷旋轉的，以使樣品中的任何細微的差異都能被檢測到。

1．3 數(shù)據(jù)處理

以透過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)方法測量 水分的參考值。使用 The Unscramber 軟件進行其光譜數(shù)據(jù)的化學計量分析。用主成分分析 法來區(qū)別這 3 種類固醇，用偏最小二乘法（PLS1）來對類固醇中的濕度含量進行定量分析。

2．結果與分析

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。這是一個水分吸收光譜區(qū)，也是一個期望能看到由濕度含量變化而導致光譜的變化的區(qū)域。

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

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校準模型，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定性判別不同混合物的化學成分或組成。如圖 5 所示，用主成分分析法可以對這 3 種類固醇進行成功的分離。

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)相關聯(lián)，通過偏最小二乘法（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，模型相關系數(shù)是 0.9286，預 測標準偏差 RMSEP 是 0.1628。不含甘露醇的甲強龍的參考值范圍和含甘露醇的甲強龍的參 考值范圍太小而不能建立校準模型，如果這些類固醇的參考值在一個較大范圍內(nèi)應該也會產(chǎn) 生相似的結果。一些光譜從模型中被取出，作為一個驗證集來驗證模型的準確性。預測結果 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測在 0.1%到 0.2%這一 范圍的水分含量。

3．結論

這次研究結果表明，使用 Brimrose 光譜儀獲得的光譜數(shù)據(jù)和一個校準模型能容易地把氫 化可的松、含甘露醇的甲強龍和不含甘露醇的甲強龍分離開。含甘露醇和不含甘露醇的甲強 龍兩者之間截然不同，這也是因為含糖份不同的藥品之間的相互作用的結果，研究結果也顯 示了在氫化可的松內(nèi)的濕度含量值可以用 Brimrose 光譜儀和校準模型來檢測，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檢測含甘露醇和不含甘露醇的 甲強龍，應該也是可行的。

經(jīng)驗表明，一個建立在實驗室數(shù)據(jù)基礎上的校準模型能容易轉換成實時、在線裝置上， 而保持檢測結果不變Brimrose AOTF-NIR 光譜儀能夠以每分 20 個樣品的最低檢測速度對 這三種藥品的水分含量進行實時在線分析，檢測結果可以應用于過程控制目的，滿足了質(zhì)量 控制要求。