采用 AOTF-NIR 光譜技術(shù)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(chǎn)品 Luminar3030 自由空間光譜儀測定一 種應(yīng)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(guān)系數(shù)為 0.9574，對于劑量范圍在 500 到 700 之間的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差是 1.30，低劑量水平模型的模型相關(guān)系數(shù)0.9498。預(yù)測標(biāo)準(zhǔn) 偏差是 1.70。完全能夠滿足實(shí)時(shí)在線過程控制要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過使用 Brimrose 公 司 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀和一個(gè)校準(zhǔn)模型獲取的光譜數(shù)據(jù)對生產(chǎn)線上移 動(dòng)的皮膚貼內(nèi)的藥物劑量水平測定是可行的。
關(guān)鍵詞? 聲光可調(diào)濾光器；近紅外光譜；皮膚貼；偏最小二乘法（PLS1）
傳統(tǒng)的紅外分光光度技術(shù)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本高，使得分析檢測僅適于實(shí)驗(yàn)室條件下應(yīng)用。自 20 世紀(jì) 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(jī)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(jié)構(gòu)簡單，光學(xué) 系統(tǒng)無移動(dòng)性部件，體積小，集光能力強(qiáng)，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(yīng)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(yīng)性，加之全固態(tài)集成設(shè)計(jì)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(yīng)用。
本實(shí)驗(yàn)使用美國 Brimrose 公司 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀測定一種應(yīng)用 在皮膚貼的藥物的劑量水平。貼片脫離了壓力在生產(chǎn)線上移動(dòng)時(shí)，它們通過光譜儀的光學(xué)模 塊，檢測貼片的時(shí)間理論上是沒有限制的，因?yàn)檫@個(gè)過程是不間斷的。可是檢測時(shí)間被限制 在大約 4 秒鐘（100 個(gè)檢測結(jié)果），這是因?yàn)樵谏a(chǎn)中要求掃描 8 個(gè)通道，每個(gè)通道大約一 分鐘。校準(zhǔn)結(jié)果非常好，也說明當(dāng)它們在生產(chǎn)線上移動(dòng)時(shí)，測量貼片的藥物劑量水平是可行 的。使用在線監(jiān)測貼片的藥物劑量水平的主要目的是可以快速調(diào)整過程參數(shù)，不需要花上幾 個(gè)小時(shí)等待實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果。調(diào)整在幾分鐘內(nèi)就可以完成，一旦產(chǎn)品被檢測合格，就能夠快速 進(jìn)入下一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。一個(gè)額外的益處是能夠以非常小的成本不間斷地監(jiān)督生產(chǎn)過程，校驗(yàn) 使用的噴嘴是否工作正常。另一個(gè)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(huì)建立一個(gè)報(bào)警的異常值。在更高的一個(gè)層次上，把光學(xué)模塊從一個(gè)通道移動(dòng)到另一個(gè)通道的系統(tǒng)可以是全自動(dòng)的，可以積累結(jié)果來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。這次研究結(jié)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(chǎn)線上移動(dòng)的皮膚貼內(nèi)的藥物劑 量水平。
1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器條件和樣品
儀器：美國 BRIMROSE 公司產(chǎn)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(shù)為100。Unscrambler 定量分析軟件。
樣品：生產(chǎn)線上的皮膚貼。
1.2 實(shí)驗(yàn)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(chǎn)線 上。當(dāng)貼片沿著生產(chǎn)線移動(dòng)時(shí)儀器收集光譜，每次掃描得到 100 個(gè)結(jié)果然后平均到一個(gè)光譜 中去。每次掃描的數(shù)據(jù)獲取時(shí)間大約是 4 秒，可以檢測生產(chǎn)產(chǎn)品的 8 個(gè)通道，所有的 8 個(gè)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(shù)據(jù)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(qū)切分用于實(shí)驗(yàn)室分析，提供用于建模的參考值。然后使用光譜數(shù)據(jù)和參考值就可以建立一 個(gè)偏最小二乘法回歸模型了。建模的參考值數(shù)據(jù)應(yīng)包含貼片中高和低的藥物劑量水平。
2. 結(jié)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?yàn)樗麄?和高劑量水平的光譜圖太相似了。但是化學(xué)計(jì)量分析卻可以區(qū)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(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的偏最小二乘法回歸模型顯示了理想的結(jié)果，如圖 3 所示，相關(guān)系數(shù)為 0.9574。對于劑量范圍在 500 到 700 之間的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差是 1.30。這種精確度是遠(yuǎn)高于實(shí)時(shí)在線過程控制要求的。隨著產(chǎn)品數(shù)目的增加，這個(gè)模型的功 能和精確度都會(huì)大大增加的。
低劑量水平的偏最小二乘法回歸模型的結(jié)果也很理想，如圖 4 所示，模型相關(guān)系數(shù)為 0.9498。預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差是 1.70，完全能夠滿足實(shí)時(shí)在線過程控制要求。隨著產(chǎn)品數(shù)目的增 加，這個(gè)模型的功能和精確度都會(huì)大大增加的。
3．結(jié) 論
這次研究的結(jié)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(gè)校準(zhǔn)模型獲取的光譜數(shù)據(jù)對生產(chǎn)線上移動(dòng)的皮膚貼內(nèi)的藥物劑量水平 測定是可行的。
自由空間光譜儀應(yīng)用在實(shí)時(shí)、在線測量劑量水平的測量和應(yīng)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(jìn)行快速測定分析，并在初始階段和產(chǎn)品質(zhì)量方面產(chǎn)生巨大的 經(jīng)濟(jì)效益，把不合格的原料減少為零。實(shí)時(shí)測定劑量水平的功能是在劑量水平趨向于所允許 水平時(shí)能及時(shí)發(fā)出警報(bào)。過去的經(jīng)驗(yàn)說明，更多的樣品會(huì)使模型功能更加強(qiáng)大，檢測結(jié)果更 加精確。這次研究中的校準(zhǔn)模型的結(jié)果非常理想，如果樣品更多的話，結(jié)果會(huì)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。
