使用 AOTF-NIR 光譜技術對藥物片劑和膠囊進行動態分類
摘?? 要 應用 Brimrose Luminar3030 近紅外光譜儀對傳送帶上的安慰劑、Xenical 膠囊、 Xubix 藥片、NMI 膠囊、Ribavarin 藥片、和 Fortovase 膠囊進行了光譜掃描，分別以主成 分分析和偏最小二乘法（PLS1）對這些樣品的一階微分光譜進行了分析。實驗結果表明，使 用 Brimrose? Luminar3030 自由空間光譜儀來區別安慰劑和活性藥片是完全可行的。 主題詞???? 聲光可調濾光器；近紅外；安慰劑；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。
1.實驗部分
1.1 儀器條件和樣品處理
儀器：采用美國 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 化學計量學軟件。
樣品：安慰劑、Xenical 膠囊、 Xubix 藥片、NMI 膠囊、Ribavarin 藥片、Fortovase膠囊
1.2 實驗方法
Brimrose Luminar3030 光譜儀在反射模式下操作。藥片在傳送帶上被傳送，光學模塊 被裝配在傳送帶上方 68mm 處。藥片和光學模塊之間的距離稍微變化是可以忽略不計的。通 過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，但是對研究結果的影響是很小的，在 一個生產單元中，光束型號被調整為最優化狀態。
1.3? 數據收集
在光束下放置一個藥片，增益設置調整到 50000，藥片在傳送帶上移動，收集一些光譜 進行分析，用來測定從藥片上獲得的可用光譜的透過率的值。這些“優等”光譜是用來定義 保存藥片的光譜的同時是否繼續掃描的標準，這是很有必要的。因為如果儀器持續掃描，就 會有一些沒有藥片時的檢測數據產生，這些掃描數據就不會被列入考慮范圍。優等數據被輸 入到決定光譜儀功能的宏程序里，光譜儀被設置成只收集一個掃描結果，測定它的好壞，然 后把它儲存到一個緩沖器里。一旦一個好的掃描結果被測定（將會是一個新藥片的第一個掃 描結果），就會創建一個文檔，隨后的一系列理想的掃描結果將存至此文檔。
當光譜儀掃描到一個不好的結果，文檔會自動關閉。文檔中所有優等光譜都被平均并處 理成吸收光譜和一階微分，重新儲存到文檔中。這個過程對于避免在沒有藥片的情況下的所 獲數據也被平均到總體中去是很有必要的。數據都是來自于安慰劑、Xenical 膠囊、 Xubix 藥片、NMI 膠囊、Ribavarin 藥片、和 Fortovase 膠囊。
在這次研究的過程中，光譜儀的速度是 4000 波長點每秒。每個藥片上的大量的有用數 據的掃描結果在 0.3 到 0.8 秒的瞬間被搜集起來。一臺自由空間生產單元能夠以 16000 波長 點每秒的速度進行檢測，這樣可使用速度更快的傳送帶。以這個速度進行分析，取決于藥片 之間的空間大小，過去對種子檢測的經驗表明，可以以每分鐘 50 個的速度對藥片進行檢測。
2??? 結果與討論
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 范圍內獲取的。過去的測驗早已說明在這個 波長范圍是真正影響到Xenical 膠囊的區域。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準的定量分析上。膠囊有直徑較小的一面，但是 只要被掃描，無論是小面還是大面都能獲取到光譜，與傳送帶的位置沒有關系。
這個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。結果顯示，如果能從劑量標準變化的藥片上收集光譜，可以建立劑量標準的定量回歸模型。
2．2? Xubix 藥片
圖 3 的一階微分光譜圖結果說明有大的波動的區域出現在 1350nm 到 1500nm 和 2000nm到 2150nm 的范圍內。
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行的。偏 最小二乘法的結果較好一些，顯示了藥片中不同的劑量標準的完全分離。SEP 值是 0.61， 對于這么小的一個數據組來說，這是一個理想的檢測結果。一個具有更精確的劑量標準的具 體數據而不是名義值的較大數據組應該能建立一個更強大的模型，其 SEP 值約為 0.2。帶有 快速檢測光譜儀的改進了的設備可以以每秒 50 個的速度進行動態的對定量劑量標準進行的 檢測。
2．3? NMI 膠囊
這些光譜中最主要的區域是 1350nm 到 1780nm 這一范圍。在這些光譜收集的過程中有 很多影響到結果的因素。膠囊的長度小，光譜儀的掃描速度慢，大大減少了掃描數目。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。根據安慰劑和活性藥 物之間的區別足以進行定量分析，活性藥物之間的區別說明 Brimrose 設備可以對活性的劑 量標準進行正確的分析。
2．4? Ribavirin 藥片
安慰劑和活性 Ribavirin 藥片之間的差異非常大，以至于沒必要建立一個回歸模型。 Brimrose 預測軟件能輕易地區分安慰劑和活性的藥物，當光譜差異如上面所示如此多時， 也可以對劑量標準進行定量分析。
2．5? Fortovase 膠囊
從 Fortovase 膠囊獲得的光譜數據不是太好，一個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很弱。絕大部分來自膠 囊的外殼，也包括一點相關的光譜信息。安慰劑和活性 Fortovase 膠囊之間的區別不是很重 要，用透射方式代替反射方式來收集和分析安慰劑和活性 Fortovase 膠囊的光譜數據是很有 必要的。
3 . 結 論
這次研究結果表明，使用 Brimrose Luminar3030 自由空間光譜儀來區別安慰劑和活性 藥片是完全可行的。多數情況下，進行劑量標準的定量分析也是可行的。光譜儀可以對幾乎 所有的藥片進行分析，當藥片在傳送帶上移動時可以進行光譜的收集。每分鐘能被檢測的藥 片數量取決于掃描的波長范圍。據估計，每分鐘至少分析 50 個藥片，在某些情況下，每分鐘可以達到 90 個。通過對很多藥片和大量劑量標準的檢測，一份在線、實時的藥片分析方 案可以根據檢測結果進行校正和改進。執行這種方案將需購買一臺帶有在光譜儀下方傳送藥 片的傳送帶的儀器和一臺能把藥片歸類到不同盒子里的藥片分類器。安裝和培訓以后，可以 進行實時、在線操作而不需要 Brimrose 公司的人員支持。
