AOTF 近紅外技術在制藥分析領域中的應用綜述
近紅外光是指波長范圍為 780-2526nm 的電磁波，一般有機物在該區域的近紅外光譜吸收主 要是含氫基團(OH，CH，NH，SH，PH)的倍頻和合頻吸收，幾乎所有有機物的主要結構和組成 都可以在它們的近紅外光譜中找到信號，且譜圖穩定。近紅外光譜法是 20 世紀 90 年代以來發展 最快、最引人注目的光譜分析技術，它操作簡便，分析迅速，實時反映被測對象狀態；不破壞樣 品，不需對樣品作任何預處理直接進行測定，適合現場和在線檢測；不消耗化學試劑，不會對環 境造成污染，近紅外光子能量低，不會對實驗者造成傷害，屬于綠色分析技術，被廣泛應用于各 個領域。近紅外光在光纖中近乎無損傳輸，通過光纖很容易實現遠距離、多點同時測量，非常適 合構建遠離現場的在線監測系統。近紅外光譜（NIRS）技術是一種現代高新分析測試技術，主 要包括近紅外光譜儀、化學計量學軟件和應用模型三部分。
近紅外光譜分析儀產生于 50 年代后期，經過 50 多年的發展，到目前為止經歷了濾光片、光 柵掃描、傅立葉變換、多通道、聲光可調濾光器（縮寫為 AOTF）五代技術，目前，采用了航天 技術最先進的第五代 AOTF 近紅外光譜儀采用全固化集成設計，沒有任何可移動和轉動的部件， 具有結構簡單、體積小、重現性好和儀器不受溫度、濕度、灰塵等外界環境影響的特點，將過去 必須在室內，且對溫度、濕度、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）， 使其在生產、生活中得到越來越廣泛的應用。
目前 NIRS 技術已成功應用于谷物、煙草和化工等諸多行業產品的分析測試中，并成為當前 國際上研究的熱門課題。國外應用該技術在西藥成分檢測與質量控制方面已相對比較成熟，2002 年美國 FDA 已把該項技術作為一種標準的檢測方法。國內在近紅外光譜分析領域也取得了重要 進展，《中華人民共和國藥典》2005 版已將“近紅外分光光度法指導原則”列入目錄。近年來， NIRS 技術已初步顯示出它在制藥分析領域應用中的巨大潛力。
AOTF 近紅外憑借其獨特的技術優勢，在制藥分析領域發揮了重要的作用，AOTF 近紅外儀器 不僅能夠完成其他近紅外技術所能夠完成的檢測分析，其他近紅外分析技術解決不了或技術存在 缺陷的分析項目，AOTF 近紅外技術也可以很好的解決。由于 AOTF 的信噪比較傅立葉變換技術高 10-100 倍，因此，AOTF 技術可以對藥物中痕量物質進行含量檢測，多次的實驗已經證明，在液 體狀態下可以對 ppm 含量的物質準確檢測，在粉末狀態下，可以有效檢測幾十個 ppm 的含量。另 外，在藥物的微生物（細菌、霉菌等）檢測方面已經進行了成功的驗證。不僅可以對微生物進行 定性和定量的檢測，還可以有效分辨微生物的活性。解決了制藥行業菌檢嚴重滯后的問題，對保 證生產過程的連續運行具有重要的意義。因為，AOTF 采用全固化的設計，沒有任何可移動和轉 動的部件，儀器不需要定期校準，長時間的運行數據穩定可靠，非常適合于在線連續長時間的檢 測。在中藥的提取和濃縮的在線檢測過程中，儀器不受溫度、濕度、灰塵等外界環境的影響，可 以放置在車間的任何位置，節省大量的光纖，節約投資；因不受管道中氣泡多少的影響，基本上 不需要預處理系統；可以對提取液和濃縮液中萬分之幾低含量的指標進行準確的檢測。因采用全 固化設計，AOTF 儀器具有很好的抗震性能，在藥物的混合過程中，可以將儀器安裝在混料罐上， 隨混料機一起轉動。在世界 500 強的企業中已經應用 AOTF 近紅外光譜儀的客戶有 100 多家，如 輝瑞、葛蘭素等制藥企業，目前在高端客戶應用當中是最多的。AOTF 將分析從實驗室轉移到現 場和在線，是近紅外技術發展和應用的必然趨勢。AOTF 近紅外技術的諸多優勢，必將在制藥分 析領域中的諸多應用發揮越來越重要的作用。
近紅外光譜技術在制藥工業中的應用日趨廣泛，從藥物的定性、定量分析，到生產過程各個階段（包括提取、濃縮、合成、混合、干燥、菌檢、加工、制劑、壓片及包裝等過程）的在線監控都體現出近紅外光譜的巨大潛力。
1．藥物的定性和定量分析
近紅外光譜技術對藥物的定性、定量分析有明顯的優勢。定性方面它可簡便、快速、準確識 別假藥、劣藥，鑒別正品、偽品以及不同產地的中藥材，如大黃及其混偽品的鑒別。定量方面可 以廣泛應用于中藥有效成分測量,如黃連浸膏粉中生物堿，人參粉末中的其它組分。近紅外可同 時分析多個組分,如復方制劑中撲熱息痛、維生素 C、氫溴酸右美沙芬、咖啡因、馬來酸氯苯那 敏的各組分含量；復方乙酰水楊酸片中三種有效成分的定量分析等。近紅外測量結果準確、可靠， 在歐美及日本等發達國家，近紅外光譜分析法被列為標準方法，在藥品生產過程中已成為質量檢 測的重要手段。
2.固體制劑物化參數的定量表征
固體制劑是最常用的劑型，安全、有效、穩定、均一是藥物的基本性質。藥物的純度和含量 決定藥效，其物理參數，如濕度、含量均一性、顆粒大小分布、結晶度及硬度等對藥物的穩定性 及生物利用度等也有很大影響。
2．1 顆粒大小分布：藥物顆粒大小幾乎與所有固體制劑相關，可能是最終產品也可能是中間體， 如散劑、顆粒劑、膠囊劑的顆粒是產品，而在片劑生產過程中是中間體。顆粒大小和分布不但影 響藥物的流動性、均勻性和外形美觀，而且影響藥物的崩解性、溶出性等。NIR 結合漫反射技術， 快速、非破壞性測定整批樣品中顆粒大小的真實分布，保證藥品的質量。El-Hagrasy, Arwa S 等使用 NIR 對有效組分的混合均勻性進行在線監控。
2．2 結晶：大部分藥物都可以形成幾種結晶形式或多結晶，晶型會直接影響制劑療效，有些晶 型問題影響藥物的混合、壓片等生產過程，使制劑難以工業生產 。控制最佳晶型有利于藥物的 吸收和利用。最常用的晶型測定方法是熱分析法（DSC），該方法用量少，破壞樣品，誤差較大。 近紅外是一種最佳的非破壞性質量控制手段，快速測定藥物晶型，如 Li,Weiyong 等在濕顆粒處 理過程中成功監測藥物活性成分的多晶型變化。近紅外測定鎮痛新藥“鹽酸比西發定”的晶型比 紅外和 X-射線粉末衍射法準確、方便。
2．3 濕度：濕度對固體制劑的影響較大，顆粒濕度太小，含結晶水的藥物易失去較多的結晶水， 影響藥物性質，壓片易造成裂片、松片等。顆粒濕度過大，藥物容易發生氧化、還原、水解等反 應，影響其化學穩定性，又容易造成藥物水溶性成分的“遷移”，使藥物的有效成分分布不均勻， 形成花斑。近紅外技術可以成功測定粉末、包衣片的濕度。
3．藥物生產過程的在線檢測與監控
近紅外能夠反映樣品的綜合信息，更易于在線應用，從而滿足原料藥到中間體到成品的完全 檢測和監控，保證藥品質量。如采用近紅外漫反射光譜法可快速、準確分析頭孢拉定膠囊，并用 于工業現場的實時在線分析。利用近紅外技術進行大批黃芩藥材、冰片等有效成分的含量測定及 藥物生產的在線質量監控,提高中成藥的質量控制標準，加快中藥現代化的進程。
- 中藥鑒定
中藥鑒定是保證中藥質量的重要環節，傳統常用的中藥鑒別方法有性狀鑒別、顯微鑒別和理 化鑒別等，但其對一些親緣關系較近的品種和偽品很難獲得準確鑒定結果。應用NIRS分析技術 不僅提高了鑒定準確性，避免了主觀因素對中藥質量定性判別的影響，同時也解決了理化鑒別方 法中，需要對中藥進行煩瑣樣品處理的問題。
1.1 中藥種類的鑒別
2005版《中國藥典》共收載百合科植物貝母5個品種，將貝母分為川貝母、浙貝母、伊貝母、 平貝母和湖北貝母。通過近紅外漫反射光譜法對貝母藥材進行了鑒別研究，采用了褶合變換-可 視化-指紋圖譜相似系數分析方法將5種貝母之間的微小差異進一步擴大化，得出結論為伊貝母、 平貝母與川貝母更相似，湖北貝母與浙貝母更相似，這與現代藥理研究的結果基本一致，為5種 貝母之間的鑒別提供了新的方法。
用聚類分析法對金絲桃屬20種植物進行定性鑒別，進一步說明近紅外技術可以作為形態學分 類的一種新的手段。 此外還將近紅外技術用于中藥注射劑品種的鑒別中，提出用近紅外技術建 立中藥注射劑模式識別庫的設想。
1.2 道地藥材的鑒別
Chang-Hee Cho等首先采用了近紅外漫反射光譜對鹿角的產地進行了定性分析。之后，Woo Y.A.等對50個韓國人參樣品和50個中國人參樣品的分類鑒別做了研究，發現近紅外的分類效果顯 著優于拉曼光譜。國內研究人員進一步對人參的道地性差異的近紅外光譜進行了研究，將人參近 紅外光譜的化學信息提取出來，利用基線校正、平滑、一階和二階微分等方法處理其光譜，發現 了由道地性所引起的光譜差異，提出了應用近紅外光譜的微分方法可以鑒別道地性中藥材人參。 Woo Y. H.等也采用近紅外技術對分別來自中國和韓國的當歸進行了無損快速鑒別，結果顯示鑒 別準確率為100％。此外，近紅外技術還被應用于黃芪等藥材道地性的鑒別研究中。
1.3 中藥真偽的鑒別
利用近紅外技術建立中藥假藥識別系統，能夠提高假藥識別的速度和識別能力，滿足基層現 場快速鑒別的需要。目前，采用近紅外技術已成功地鑒別了外觀相似的高麗參、紫云英根、天門 冬根等藥材的真偽。近紅外光譜法應用于中藥砂仁真偽鑒別的研究，獲得了滿意的結果。另外， 近紅外假藥識別系統定性分析和定量分析的可行性已經得到論證。
現在國家食品藥品監督管理局的支持下，中國藥品生物制品檢定所已經啟動了近紅外假藥識 別系統的科研項目，擬在全國范圍內建立近紅外假藥識別模型網絡系統，從而解決目前存在的假 藥危害，這項工作的開展對打擊假劣藥品具有重要意義。
2.? 中藥成分含量測定
近紅外技術進行定量分析具有速度快，測定成分多，無污染等特點，克服了常規定量分析方 法的缺點，極大的縮短了分析時間，提高了分析效率。
2.1 中藥材成分的含量測定
研究人員通過研究建立了近紅外技術結合偏最小二乘法測定牛膝中蛻皮甾酮含量的測定方 法，樣品的預測值和真實值之間的相關系數為0.9489，該法的建立為近紅外漫反射光譜技術用于 中藥有效成分的定量分析提供了可能。此后，還將該項技術用于酒燉熟地黃飲片粉末中還原糖的 含量快速測定中，實驗結果令人滿意，表明近紅外技術有望取代化學分析方法用于酒燉熟地黃飲 片生產過程的質量控制。
近紅外技術被應用于中藥材多種成分的同時定量分析中，利用近紅外技術，通過41個校正 集樣品建立起3個不同產地大黃的大黃素、大黃酚、大黃酸、蘆薈大黃素等多個成分預測的數學 模型，同時、準確、快速地確定未知樣品中多個成分的含量，證明此方法特別適合于大量重復樣 品的分析測試。
2.2 中成藥成分的含量測定
近紅外技術被應用于中成藥的定量分析，建立了近紅外漫反射光譜快速測定復方丹參滴丸 有效成分的新方法，采用HPLC為對照分析方法測定滴丸中3種酚酸類有效成分的含量，運用偏最 小二乘法建立NIRS與HPLC分析值之間的多元校正模型，對未知樣品進行含量預測，結果準確可 靠，說明此方法可推廣應用于中藥復方制劑有效成分的快速檢測。另外，應用該技術對六味地黃 丸混合粉末樣品中熊果酸的含量，進行了分析檢測，結果基本能滿足藥品生產過程中含量測定的 要求，為中藥的在線檢測奠定了一定的基礎。
2.3?? 中藥材偽品摻入量的測定
貴重和稀有藥材摻假情況嚴重，如西洋參中摻入人參，傳統方法很難鑒別,采用近紅外漫反 射光譜技術，運用偏最小二乘法確立數學模型，建立西洋參中摻人參的含量測定方法，實驗證明 該方法可用于西洋參制劑的質量控制。Markku Laasonen等為了確定松果菊的存在和檢驗摻假的 劣品，用近紅外光譜結合PLS進行了分析，結果提示該方法可用于解決制藥工業的摻假問題。近 來，近紅外技術已被成功應用于浙貝母中川貝母摻入量的測定，及天然牛黃粉中人工牛黃含量的 測定。
3．中藥質量評價
中藥化學組分復雜，其質量的快速檢測十分困難，形成了中藥質量分析領域的一個技術盲區。 例如影響“紅參”質量因素主要有兩點，一是偽品的摻入；二是水分含量。經過研究建立紅參藥 材的近紅外校正模型，采用光譜相似度算法將待測樣品近紅外光譜與光譜庫中標準光譜進行比 較，實現對待測樣品的定性鑒別，然后將通過鑒別的樣品光譜輸入校正模型預測其水分含量，結 果證明近紅外可正確鑒定紅參和偽品，準確測定水分含量，可用于紅參藥材的快速質量評價。
采用近紅外光譜法考察藥典中5種淫羊藿的質量，結果令人滿意，雖然在定量的精度上該方法不能替代高效液相色譜法，但仍不失為評價中藥材質量的一種簡便有效的方法。
4.? 中藥制藥過程的在線控制
中藥生產是一個典型的復雜化工制造工藝過程，生產過程中各種工藝參數的變化直接影響 最終產品的質量。目前，中藥的提取、濃縮、混合、壓片等生產環節一般采用離線分析的手段, 存在分析結果滯后的缺陷。近紅外技術可以克服以上缺點,近年來，已有學者開始探索近紅外技 術在中藥生產過程中的在線監控。
4.1 中藥提取過程監測
中藥提取過程是中藥生產過程中的一個關鍵環節，中藥提取液成分復雜，各組分間還可能存 在相互作用，以三七滲漉提取過程為具體對象，證明了近紅外分析技術應用于中藥提取過程組分 濃度快速測定的可行性；德國學者Gaub等采用近紅外技術同時對卡瓦植物中提取出的一系列酮 類成分和水分進行含量測定，結果準確可靠。可見，近紅外技術不僅具有準確、簡便、無污染的 優點，而且可以同時對多種組分進行檢測，應進一步推廣到中藥生產過程組分濃度的在線檢測中。
4.2 中藥濃縮過程的監測
以紅參提取液的濃縮過程為例，用標準正態變量法和一階導數預處理光譜，建立近紅外光譜 與濃度參考值之間的校正模型，該模型能夠實時測得紅參醇提取液濃縮過程中濃縮液的乙醇和人 參總皂苷的濃度，在線反映了濃縮過程的狀態，為中藥制藥過程的質量控制提供了新方法。
4.3 中藥純化過程的監測
針對中藥大孔吸附樹脂純化過程中缺乏在線檢測分析手段的問題，以純化中藥黃連過程為具 體研究對象，采用HPLC分析測定值作參比，用偏最小二乘法建立了近紅外透射光譜校正模型， 并成功地用于預測黃連生物堿在大孔樹脂純化過程中的洗脫曲線，該法實時、快速，可同時測定洗脫物中鹽酸小檗堿、鹽酸巴馬亭、鹽酸藥根堿和黃連總生物堿的濃度，簡便快速且預測精度能滿足工業過程分析的要求，為中藥質量控制提供了新的途徑。
4.4 粉末混合過程的監測
在片劑或膠囊等固體藥物生產過程中，藥物混合的均勻性對提高藥物質量十分重要。Ufret 等通過近紅外光譜在線獲得攪拌器中藥物混合動態情況，成功建立模型，確定了臨界攪拌量，用 于藥物中試生產和實際生產中混合過程的監控。徐曉杰等采用偏最小二乘法對六味地黃丸生產粉 末混合均勻度進行檢測，建立的方法基本可以滿足藥品生產過程中粉末混合均勻度測定的要求， 并提出通過樣本量的加大以及設計濃度范圍的擴大，近紅外技術可以用于六味地黃丸粉末混合過 程的質量控制，為中藥生產的現代化、粉末混合過程的實時在線質量控制提供了一個好方法。
4.5 包衣過程監測
面對中藥制藥過程中藥品包衣厚度缺乏快速檢測方法的問題，提出了近紅外漫反射光譜法測 定中藥藥品包衣厚度的新方法，通過對復方丹參滴丸生產過程中包衣平均厚度的測定結果表明， 該實驗所建方法預測結果與實際包衣平均厚度吻合較好，可以用于測定復方丹參滴丸工業生產過 程中的滴丸包衣平均厚度，并渴望推廣應用于其他中藥藥品的包衣過程在線檢測，由此可見近紅 外技術可作為中藥制藥過程包衣工藝質量控制的快速有效的新方法。
目前，近紅外技術在中藥分析領域中越來越引起人們的關注，呈現出有望應用于解決中藥產 品質量快速檢測難題的光明前景。由于該項分析技術需要通過建立校正模型才能實現對未知樣品 的定性定量分析，鑒于中藥是一個復雜的混合物，其吸收光譜是所含各化合物吸收光譜的疊加， 具有難以解析的復雜性，加之大多數藥材的主體成分相似，圖譜又具有一定的相似性，這使得建 模方法學成為近紅外光譜技術用于中藥分析的關鍵和研究前沿。因此，近紅外光譜技術需要結合 中藥的特點，開發適應中藥體系的近紅外光譜特征信息提取和處理技術，才能更好地用于中藥分 析領域。總之，隨著NIRS技術在中藥分析中的不斷拓展，它將對中藥研究和生產的現代化發揮 重要的推動作用。
三、近紅外光譜技術應用前景展望
90 年代以來，近紅外光譜在工業領域中的應用全面展開，有關近紅外光譜的研究及應用迅 速增加，成為發展最快、最引人注目的一門獨立的分析技術。它在藥學領域的應用愈加廣泛，發 達國家已經將近紅外方法作為質量控制、品質分析和在線分析等快速、無損分析的主要手段。美 國藥典 25 版第 2 增補本將近紅外光譜法列為新的參考性通法。2005 版《中國藥典》也將“近紅 外分光光度法指導原則”列入目錄。由于近紅外光譜不是一個“原始”方法，需要建立測量模型， 建模需要標準樣品和相關的一級數據，同時該方法也受定標樣品的選擇、制備、操作技術和計算 機及其化學計量學軟件的影響，因此在制藥工業大范圍推廣應用時，必須使用準確、精確的化學 分析值及適當的定標操作技術建立穩定模型，優化測定波長，提高模型的測量精度，維護模型的 匹配性，不斷修正與維護模型，努力提高測量結果的準確性。再者近紅外儀器價格較貴，對于偶 然做一兩次的分析或分散性樣品的分析則不太適用，對于大量樣品的質量監控是十分快速且經濟 的，NIR 對加工中產品質量的在線檢測與控制，帶來了顯著的經濟效益和社會效益。來自美國航 天技術的 AOTF 近紅外光譜技術倍受人們的注目和青睞，其獨有的光學分光系統和強大的光譜 采集軟件及化學計量學軟件，使分析技術更加準確、快速，并可進行微量、痕量分析，在液體制 劑生產、無菌監控、光學異構體的拆分等方面的應用有著光明的前景。
綜上所述，隨著近紅外光譜技術的日趨完善，近紅外對藥物理化參數的定量表征和大量樣品的質量控制、在線分析等方面發揮著重要的作用。
