摘? 要 ?本文分別掃描不同濃度梯度的磺胺甲嘧啶，嘗試對磺胺甲嘧啶進行近紅外定量分析的可行性，通過建立回歸模型，證明了利用光譜數據測定磺胺甲嘧啶活性%是可行性的,而在磺 胺甲嘧啶和玉米淀粉混合均勻度的觀察中，可以看到，在對兩種混合物進行不同程度的混合 時，結果發現不同混合程度樣品的光譜差別是顯而易見的。

關鍵詞 ?聲光可調；近紅外光譜；磺胺甲嘧啶；均勻度；偏最小二乘法

近紅外(NIR)光譜法是近年來發展迅速的一種綠色分析技術，并以其獨特的優點開始應用 于中藥分析, 以往多采用傅立葉變換近紅外光譜儀。20 世紀 90 年代末出現了第 5 代聲光可 調（AOTF）近紅外光譜儀，被稱為“90 年代近紅外光譜儀最突出的進展”。這種新型的近紅 外光譜儀具有結構簡單、體積小、重現性好和儀器環境適應性強的特點，將過去必須在室內， 且對溫度、濕度、灰塵、防震均有嚴格要求的各項檢測轉移到了生產在線和現場（室外）。 最近幾年，AOTF-近紅外光譜分析儀引進國內，已經開始應用于煙草及化工行業中 。

在制藥企業生產過程中，混料均勻度的檢測一般依靠傳統的方法，依靠積累的經驗對混 料的均勻度進行人為地控制，而實際操作過程中由于各種影響因素的變化，往往導致混合均 一度操作的時間有所不同，而近紅外光譜分析方法在這里就有了用武之地。本文擬用 AOTF 近紅外光譜技術來對磺胺甲嘧啶和玉米淀粉中混合過程中均勻度的變化情況進行光譜檢測， 以期達到對磺胺甲嘧啶和玉米淀粉中混合物均勻度進行定量檢測的目的。

1．實驗部分

1.1 儀器條件和樣品

儀器：美國 BRIMROSE 公司產 AOTF-NIR 自由空間（Free Space TM）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。軟件包括 SNAP!光譜處理軟件和 CAMO 化學計量學軟件。

掃描參數設置：光譜范圍 1100～2300nm，波長增量 2.0nm，平均次數 100，測樣方式為漫反射。

樣品：磺胺甲嘧啶和玉米淀粉樣品的不同比例的混合物。

1．2 實驗方法

采用 Brimrose 公司 AOTF-NIR ?自由空間（Free Space TM）近紅外光譜儀掃描磺胺甲嘧啶和玉米淀粉樣品的光譜數據。本次研究由兩部分構成： 第一部分為定量模型的建立。掃描不同磺胺甲嘧啶活性%的樣品，樣品包括以下活性%：0，20，40，60，80，100，活性%增加時，從光譜圖中分析差別，然后利用光譜數據和活性%的值來建立 PLS1 回歸模型。 第二部分為磺胺甲嘧啶和玉米淀粉混合均勻度的觀察。將等量的兩種成分置入小瓶中，不混合掃描光譜。然后輕度混合，混合多次后再劇烈混合，在每次混合后掃描光譜，是為了 觀察混合增加時光譜的差別是否可以監測。結果顯示混合加強時有非常明顯的差別，特別是 在劇烈混合的樣品的光譜中。在測定 75%活性和 25%玉米淀粉時重復這一過程，結果相似。

提供了兩種純成分，玉米淀粉和磺胺甲嘧啶，另外樣品的磺胺甲嘧啶活性%分別為：20， 40，60，80。采用近紅外光譜儀掃描樣品的光譜數據。在玻璃小瓶中盛裝樣品并且透過小瓶 對樣品進行掃描，光譜儀上的特殊附件允許透過小瓶的底部對樣品進行掃描。

1．3 數據處理

本研究的第一部分為掃描純成分和預混合的樣品，每個樣品掃描 5 次，總共獲取 30 個 光譜。波長范圍為 1100nm-2300nm，波長增量為 2nm，每次掃描 100 次平均為一個光譜，原 始透過光譜處理為吸收光譜和一階階分光譜，處理完成的光譜數據導入 The Unscrambler 化 學計量學軟件包，建立 PLS1 回歸模型。

本次研究的第二部分為觀察磺胺甲嘧啶和玉米淀粉的混合過程。這兩部分不經過混合倒 入小瓶中并掃描光譜，然后輕度混合，混合多次后再劇烈混合，在每次混合后掃描光譜。參 數設置與本次研究第一部分相同，原始透過光譜處理為吸收光譜和一階微分光譜，以便觀察 隨著混合水平的增加，光譜的差別是否明顯。

2. 結果與分析

2． 1 預混合樣品的光譜和建模結果分析

原始透過光譜處理為吸收光譜和一階微分光譜。圖 2~圖 5 顯示吸收光譜和一階微分的 光譜。

吸收光譜顯示有不同磺胺甲嘧啶活性%樣品的光譜的差別，圖 3 顯示因為磺胺甲嘧啶活 性%不同而導致光譜差異變化明顯的波長區域。

圖 3 中標注的數字是磺胺甲嘧啶活性%的數據。可以清楚地看出，活性%增加時，這一 區域吸光度的值也增加。這說明，活性%的定量建模應該是可行的。

圖 4 顯示預混合樣品的一階微分光譜。含活性 0%的樣品的光譜與不含活性分子的樣品是決然不同的。圖 5 顯示的是與磺胺甲嘧啶活性%有關的光譜差異明顯的波長范圍。

在這一波長區域的光譜差別清晰可辨。吸收光譜和一階微分光譜都導入 The Unscrambler 化學計量學軟件程序用于建模。建立 PLS1 回歸模型。采用吸收光譜的模型結果較好，圖 6 顯示的就是這個模型。

磺胺甲嘧啶活性%的回歸模型顯示吸收光譜和參照值之間的相關性非常好。校正和驗證 的相關系數高達 0.9923 和 0.9910，主成分數為 2，使用更多的樣品建模的效果會更好。模型 證明了利用光譜數據測定磺胺甲嘧啶活性%是可行性的。圖 7 的載入分量圖表明，活性%變 化時，模型將波長區域（在此區域可以看到圖案）的信息載入光譜。下圖顯示了載入分量圖。

PLS1 回歸模型載入分量圖的峰值預示著模型獲取相關信息的波長區域。模型從大量波 長范圍內獲取相關信息，但最多的信息來自于 1930nm-2210nm 的波長范圍。載入分量圖表 明，模型是使用相關信息來互動的。模型顯示，用光譜數據測定磺胺甲嘧啶活性%是可行的， 預示著利用光譜數據對其他參數（如濕度）的定量測定也應該是可行的。本次研究的第二部 分為加強混合的同時掃描混合物。下面顯示了研究中這一部分的光譜。

2．2 混合量不同的樣品光譜及光譜分析

圖 8 是具有四種不同混合水平的 50%活性和 50%玉米淀粉的混合物的吸收光譜。第一組 光譜是在將這兩種粉末放入小瓶（并未混合）之后收集的，第二組光譜是在有少量的混合之 后收集的，第三組光譜是在有更多的混合之后收集的，第四組光譜是在加強了混合之后收集 的，混合均勻的樣品的光譜有很大的差別。因小瓶的定位不同，有一個小的基線漂移，化學 計量學建模能很好地處理基線漂移，在實際應用中優化的系統將不會產生這種現象。需要注 意的事情是光譜外形的差別，圖 9、圖 10 顯示了混合均勻樣品清晰差別的波長區域。

混合均勻的樣品的光譜差別非常明顯。如果樣品更大或者用其他方式混合，其他樣品的 差別會更明顯。圖 11 的一階微分光譜消除了所有基線漂移的影響，使四種類型的樣品之間 的差別更為明顯。

混合均勻的樣品的一階微分光譜的差別同樣非常明顯。基線漂移影響的消除使得其他樣 品之間的差別更為明顯。圖 12、圖 13 顯示了隨著混合水平的提高而光譜的波長區域。

吸收光譜和一階微分光譜都顯示，混合物均勻水平可從光譜數據中分析出來。實際應 用將均勻混合物的目標光譜作為背景文件，光譜儀不間斷地掃描并將獲取的光譜和背景光譜 進行比較，一旦獲取的光譜與背景光譜相符，光譜儀就顯示混合完成。這一過程在測定 75% 活性的磺胺甲嘧啶的混合物時重復進行。圖 14、圖 15 顯示了 75%活性不同混合水平的吸收 光譜和一階微分光譜。

雖然 75%活性不同混合水平的差別沒有 50%活性樣品的明顯，但仍然很清晰。差別不明 顯的原因可能有兩個：一是樣品中更多的磺胺甲嘧啶使得光譜的差別變小；二是在混合樣品 時的人為誤差。在第二次樣品混合時將粉末混合到近于第三次混合的水平是可能的。差別仍 然足夠明顯，可分辨出混合的水平；混合結束時，仍然可以將獲取的光譜和背景目標光譜匹 配起來。

3．結論

本次研究結果表明，采用 Brimrose AOTF-NIR 自由空間（Free Space TM）光譜儀測定活 性成分和玉米淀粉混合物中的磺胺甲嘧啶活性%以及從光譜數據中測定混合物均勻度都是 可行的。

回歸模型顯示了吸收光譜和磺胺甲嘧啶活性%之間良好的相互關系。吸收光譜和一階微 分光譜都顯示了混合物水平增加時的圖形，混合均勻的樣品的差別也非常明顯。本次研究的 結果是可以改進的，過去的經驗已經表明，在校正集模型中使用 100 個或更多的樣品將使模 型更完善，預測更為準確。關于混合水平，使用有恒定方式的更大的樣品組來混合粉末結果 會更好。同時也已證明，實驗室研究的結果也可應用于實際在線環境。

Brimrose AOTF-NIR 自由空間（Free Space TM）光譜儀是實時在線過程檢測的理想工具。 AOTF 技術無移動部件，不需重新校正系統便可快速掃描。在混合應用中，無移動部件是非 常重要的，因為光譜儀與電池組將一起裝載于混料機上。已混合的粉末的光譜將被用作背景， 獲取的光譜將與背景光譜做比較，當獲取的光譜與背景光譜相匹配時，光譜儀便知道混合完 成。光譜的差別表明混合均勻度測量方法是可行的。本次研究第一部分的結果表明對磺胺甲 嘧啶活性%的定量測量是可行的，對其他參數定量測定也是可能的。第二部分表明使用光譜 數據測定混合物均勻度是可行的。