化学药中使用AOTF-NIR光谱进行动态分类检测方案

美国 BRIMROSE 公司中国总代理/济南金宏利实业有限公司技术文件 使用 AOTF-NIR光谱对药物片剂和胶囊进行动态分类 美国 Brimrose公司 I. 简介 声光可调谐滤光器的工作原理是建立在声波在各向异性介质中传播使光发生衍射这一原理上的。该装置是由压电换能器固定到双折射晶体上形成的。当换能器被应用的射频信号激发时，晶体中就会产生声波。传播中的声波会产生折射率的周期性调制，从而产生了一个移动相位光栅在适当条件下衍射入射光束部分。对于一个固定的声频来说，光频的一个窄带满足了相匹配条件并且被累加衍射。射频信号的频率改变，光的带通中心相应改变，以维持相匹配条件。 Acoustic Figure 1. Schematic of the AOTF Brimrose Corporalion of America5024 Campbell BoulevardBattimore， MD 21236-4968 USAPhone：+[ 410 931-7200Fax：+「410931-7206E-Mail： process@brimrose.comWeb：http：//wwwbrimrose.com 光谱的近红外范围从800纳米到2500纳米延伸。这个区域最突出的吸收谱带归 地址：中国.济南.洪楼西路智慧大厦 因于中红外区域的的基频振动的泛频和合频。是基态到第二激发态或第三激发态的能级跃迁。因为较高能级跃迁连续产生的概率较小，每个泛频的强度连续连续减弱。由于跃迁的第二或第三激发态所需的能量近似于第一能级跃迁所需能量的二倍或三倍，吸收谱带产生在基频波长的一半和三分之一处。除简单的泛频外，也产生合频。这些通常包括延伸加上一个或多个振动方式的伸缩。大量不同合频是可能的，因而近红外区域复杂，有许多谱带彼此部分叠加。 现在， NIRS被用作定量工具，依依赖化学计量学来发展校正组成的参照分析和近红外光谱的分析的关联。近红外数据的数学处理包括多元线形回归法(MLR)、主成分分析法(PCA)、主成分回归法(PCR)、偏最小二乘法(PLS)和识别分析。所有这些运算法则可以单独或联合使用来得到有价值组成的定性描述和定量预测。 ⅡI. 方法 1.设备 把 Brimrose Luminar3030 光谱仪用来搜集玉米和大豆种子光谱的透射模式改进为在反射模式下操作。药片在检测种子的传送带上被传送，光学模块被装配在传送带上方 68mm 处。这个距离能使镜头在 61-66mm处搜集光谱，实际距离取决于药片的厚度。药片和光学模块之间的距离稍稍变化是可以忽略不计的。通过在光谱仪里安装挡光器件使光束大小由8x5mm 减到 3x3mm。减小光束大小来防止药片周围的光线反射是很重要的。这种做法虽然不是很理想，但是对研究结果的影响是很小的，在一个生产单元中，光束型号将被很小心的调整为最优化状态。 2. 数据收集 在光束下放置一个药片，增益设置调整到50000，药片在传送带上以能被十个镜头扫描到的速度移动，，一些光谱被搜集起来然后被分析，用来测定从药片上获得的可用光谱的透射率的值。这些“优等”光谱是用来定义保存药片的光谱的同时是否继续扫描的标准的，这是很有必要的，因为如果仪器继续扫描，就会有一些没有药非时的检测数据产生，这些扫描数据就不会被列入考虑范围。优等数据被输入决定光谱仪功能的宏程序，光谱仪被设置成只搜集一个扫描结果，测定它的好坏，然后把它储存到一个缓冲器里。一旦一个好的扫描结果被测定(将会是一个新药片的第一个扫描结果)，就会创建一个文档，随后的一系列理想的扫描结果将存至此文档。 当光谱仪扫描到一个不好的结果，文档会自动关闭。文档中所有优等光谱都被平均并处理成吸光率和一阶微分，重新储存到文档中。这个过程对于避免在没有药片的情况下的所获数据也被平均到总体中去是很有必要的。数据都是来自于安慰剂、Xenical 胶囊、Xubix 药片、NMI 胶囊、Ribavarin 药片、和 Fortovase 胶囊。 在这次研究的过程中，光谱仪的速度是4000波长每秒。每个药片上的大量的有用数据的扫描结果在0.3到0.8秒的瞬间被搜集起来。一台自由空间生产单元能够以16000波长每秒的速度进行检测，这样可使用速度更快的传送带。以这个速度进行分析，取决于药片之间的空间大小，过去对种子检测的经验表明，可以以每秒50个的速度对药片进行检测。 http：//www.jhlaotf.com III.结果 1.X.enical胶囊 图2 15种安慰剂和15种活性 Xenical 胶囊的一阶微分光谱图 图2中显示的光谱是在1600 nm 到1850nm 范围内获取的。过去的测验早已说明在这个波长范围是真正影响到 Xenical 胶囊的区域。这两种药品的分离的光谱差异是很明显的，这种光谱差异也可能被用到胶囊方面的剂量水平的定量分析上。胶囊有直径较小的一面，但是只要被扫描，无论是小面还是大面都能获取到光谱，与传送带的位置没有关系。 图3安慰剂和活性 Xenical 药片的主成分分析光谱图 这个主成分分析回归图显示了安慰剂和活性 Xenical药片的完全分离。结果显示，如果能从剂量水平变化的药片上搜集光谱，剂量水平的定量回归图是可以制作的。 2. Xubix 药片 美国 BRIMROSE 公司中国总代理及技术支持中心 http：//www.jhlaotf.com 图4带有活性用量0.0、3、4.5mg 的 Xubix 药片的一阶微分光谱图 光谱的可视检测结果说明有大的波动的区域出现在1350nm 到1500nm 和2000nm到2150nm的范围内。光谱被放大，可以进行更近的测量。 图5.11350nm—1500nm 范围内的 Xubix 药片的一阶微分光谱放大图 图6.).2000nm—2150nm范围内的 Xubix 药片的一阶微分光谱放大图 http：//www.jhlaotf.com 图7 安慰剂和剂量水平变化的 Xubix 药片的偏最小二乘法的回归模型Xubix 药片的主成分分析法和偏最小二乘法回归分析都是在一阶微分光谱中进行的。偏最小二乘法的结果较好一些，显示了药片中不同的剂量水平的完全分离。SEP值是0.61，对于这么小的一个数据组来说，这是一个理想的检测结果。一个具有更精确的剂量水平的具体数据而不是名义值的较大数据组应该能建立一个更强大的模型，其 SEP 值约为0.2。带有快速检测光谱仪的改进了的设备可以以每秒50个的速度进行动态的对定量剂量水平进行的检测。 美国 BRIMROSE 公司中国总代理及技术支持中心 图8安慰剂和NMI胶囊的一阶微分光谱图 这些光谱中最主要的区域是 1350nm 到1780nm 这一范围。在这些光谱搜集的过程中有很多影响到结果的因素。胶囊的长度小，光谱仪的扫描速度慢，大大减少了扫描数目。尽管存在这些因素，这些光谱的主成分分析回归模型还是可以保持安慰剂和 NMI胶囊的分离。 Nmipca，X-expl： 77%，16% 图9 安慰剂和 NMI 胶囊的主成分分析回归模型 主成分分析回归模型显示能很好得保持安慰剂和 NMI 胶囊的分离。根据安慰剂和活性药物之间的区别足以进行定量分析，活性药物之间的区别说明 http：//www.jhlaotf.com Brimrose 设备可以对活性的剂量水平进行正确的分析。 4 Ribavirin 药片 图10 安慰剂和活性Ribavirin 药片的一阶微分光谱图 安慰剂和活性 Ribavirin 药片之间的差异如此大，，以至于都没必要做一个回归模型。Brimrose 预测软件能轻易地区分安慰剂和活性的药物，当光谱差异如上面所见的那么多时，也可以对剂量水平进行定量分析。 Fortovase胶囊 从 Fortovase 胶囊获得的光谱数据不是太好，一个主要的原因是胶囊里有透明的流体，这样使光的漫反射效果不是很好。从 Fortovase 胶囊获取的光谱信号很弱。绝大部分来自胶囊的外壳，也包括一点相关的光谱信息。安慰剂和活性 Fortovase胶囊之间的区别不是很重要，用透射方式代替反射方式来搜集和分析安慰剂和活性 Fortovase 胶囊的光谱数据是很有必要的。使用透射方式来替换需要添加一种分散非成分物质，如二氧化硅，，这种物质将提供包括活性成分的吸收信息的漫反射信号。 IV.结果和建议 这次研究结果表明，使用 BrimroseLuminar3030 自由空间光谱仪来区别安慰剂和活性药片是完全可行的。多数情况下，进行剂量水平的定量分析也是可行的。据估计，一台生产单元光谱仪使用10到20个镜头，可以对几乎所有的药片进行分析，当药片在传送带上移动时可以进行光谱的搜集。每分钟能被检测的药片数量取决于被扫描的波长范围。据估计，每分钟至少分析50个药片，在某些情况 济南金宏利实业有限公司 下，可以每分钟可达90个。通过对很多药片和大量计量水平的检测，一一份在线、实时的药片分析方案可以根据检测结果进行校正和改进。执行这种方案将需购买一台带有在光谱仪下方传送药片的传送带的仪器和一台能把药片归类到不同盒子里的药片分类器。安装和培训以后，可以进行实时、在线操作而不需要 Brimrose公司的人员支持。建议订购 Brimrose 自由空间光谱仪去开始执行一份方案，以利于进一步的校正和测试。 美国BRIMROSE公司中国总代理及技术支持中心济南金宏利实业有限公司电话：真：/ mail：jinhonglisohu.comhttp：//www.jhlaotf.com