含有赋形剂的薄膜包装中有无片剂的胶囊检测方案(近红外光谱仪)

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 实施摘要 AOTF-NIR 自由空间光谱仪可以用于对薄膜包装中的2组胶囊扫描光谱数据。第一组(安慰剂)中胶囊中只含有赋形剂粉末，第二组(活性)中的胶囊包含赋形剂粉末和 Aleve 粉末。每组扫描50个样本，用来进行分类分析。-，一阶微分光谱显示这两组之间的区别清晰可辨。光谱数据被输入化学计量学软件包 TheUnscrambler 来进行化学计量学分析。使用主成分分析法来看一下是否在2组之间是相隔离的。结果表明两者之间有隔离，模型的数据也显示着光谱差异的相同的波长范围为分类提供了相关信息。偏最小二乘法回归模型是通过赋予安慰剂药片任意数值1并赋予活性药片任意数值2创建的。模型显示了精确的结果，也说明通过扫描胶囊和对药片赋值也可以进行分类分析。如果这个值小于1.5，那么胶囊就被划分为安慰剂，如果大于1.5就被划分为活性的药物。为了增加模型的可靠性，可使用 Brimrose Luminar 预测器建立一个预测剖面。每组出10个胶囊，不用于校准而用于预测。对两组胶囊都进行扫描，每次进行正确分类。这次研究的结果证明，使用 Brimrose AOTF-NIR 自由空间光谱仪搜集光谱对实验中的安慰剂和活性胶囊进行分类是可行的。 II.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。 美国 BRIMROSE 公司中国总代理及技术支持中心 Figure 1. Schematic of the AOTF Web： 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，它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。 II. 方法 这次准备对3组胶囊样品进行研究。第一组样品的胶囊中不含有药末和药片，第二组样品胶囊中有赋形剂粉末，但没有药片，第三组样品胶囊中既有粉末又有一个 Aleve 药片。第二组记为P组，第三组记为A组。波长范围从1100nm到2200nm， 济南金宏利实业有限公司 E mail：jinhongli2001@sohu.com http：//www.jhlaotf.com 分辨率为2nm。250个镜头扫描一次，，平均到一个光谱中。胶囊被分成5个条形组进行，从P组和A组中取50个胶囊样品，使用与测空胶囊相同的参数来对其进行扫描。原始光谱数据以透光度的形式搜集起来，后处理为吸收光谱和一阶微分。为了使光谱差异更加明显，A组和P组个自的5个小组中的每个条形组的光谱被平均，得到A组的5个平均光谱和P组的5个平均光谱。引入主成分分析法来检验一下使用光谱数据是否能对其进行分类。偏最小二乘法回归模型是通过赋予P组任意数值1并赋予A组任意数值2创建的。使用 Brimrose Luminar 预测器建立一个预测剖面，每组提取10个药片，不包括模型中用于分类预测的种类。 ⅣV.结果 1. 光谱图 图2 A组和P组的原始透射光谱图 原始透射光谱图是不容易解释的。为了使两组之间的差异更加清晰，光谱被后处理为吸光度和一阶微分。 http：//www.jhlaotf.com 图3 A组和P组的吸收光谱图 图4.A组和P组的一阶微分光谱图 一阶微分光谱图消除了基线漂移的影响，并经常用于检测微小光谱差异。在这两组的一阶微分光谱中有些差异，不过因为有太多的数据点，看到差异是很难的。为了是差异更清楚，10个光谱(来自2组丸剂)平均到一个光谱中去，这样每组获得5个平均光谱。下图中显示了这一平均光谱。 图5A组和P组的一阶微分平均光谱图 在安慰剂和活性药物组一阶微分平均光谱图中，他们之间的差异是清晰可见的。下图显示了在差异清晰的波长区的一阶微分的放大部分。 http：//www.jhlaotf.com 图6 从1340nm 到1450nm范围内的一阶微分光谱的放大图 这5组的光谱差异非常明显。主成分分析模型将显示两组光谱分离的波长区是分类分析的主要区域。 图7. 从1571nm到1637nm范围内的一阶微分光谱的放大图 在这个波长范围内，它们的差异很小但很清楚。化学计量分析经常使用这种很小的差异进行定性和定量分析，甚至在没有很明显的差异的情况下也能够建立精确、功能强大的模型。 图8 从1867nm 到1924nm范围内的一阶微分光谱放大图。 在 1900nm 附近光谱差异大而明显，主成分分析模型将显示，这一波长区会提供两组样品的分类分析的很多信息。 图9 从1923nm 到2046nm范围内的一阶微分光谱放大图 济南金宏利实业有限公司 图10从 2093mm 到2187nm范围内的一阶微分光谱放大图 2. 回归与建模 图11 P组和A组的一阶微分光谱的主成分分析模型的分析图 主成分分析模型的分析图显示了数据点之间的分离，也说明不管是否是同一组的都能用光谱数据分类。这种分离是很明显的，活性样品组的数据点之间的距离 济南金宏利实业有限公司 E mail：jinhongli2001@sohu.com http：//www.jhlaotf.com 比安慰剂组的数据点之间的距离更近，因它的光谱相对独立性小一些。重要的是这两组是相互独立的，情况如图。只使用了一种主成分。X-加载图将说明这种分离是基于能看到清晰的光谱差异的波长区域。 图12 主成分分析模型的第一主成分的X-加载图 在主成分分析模型的X-加载图中的波峰显示了分类分析的相关的波长区，并在同一个波长区域内可以看到光谱差异。这也说明模型正在使用相关信息进行分类。事实上只使用了一种主成分就简单明了的给出了分离的数据。对这2组样品进行分类分析的另一种方法就是建立一个偏最小二乘回归模型，然后把任意数值1赋于一组，2赋予另一组。这种分析通过给活性组数值2和安慰剂组数值1后进行。下图显示这种模型的结果。 RESULT2， [Y-var， PC)：(class，2) (class，2) 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地址：中国.济南.洪楼西路智慧大厦电话：0531-88908933/88028728/88908915传真：0531-88028728/88908915E mail：jinhongli2001@sohu.com http：//www.jhlaotf.com 图13 安慰剂和活性样品组分类的预测和检测的偏最小二乘回归模型对比图这种分类分析的方法把任意值1和2分派给两组。当扫描一个胶囊时，模型会选择一个基于光谱数据的数值。任何数值小于1.5，就划为安慰剂类，比1.5大的就划为活性类。这是平均光谱的模型，使用100个光谱进行预测。之所以能这样做是因为更多的数据点需要考虑在胶囊中的变化，如在水疱中的微小差别和活性胶囊中的药片的定位。两个模型的预测错误标准都是 0.2，可是使用较多数据点的模型能够进行更精确的预测。往模型里添加更多的数据点能使模型更精确。下面是预测结果。 3. 预测结果 Result log opened on 09-05-0211：03：43. Profile D：\PROCLIN\090402\PROFILE1.PP [measuring active and placebo].Number of the groups：1. Session Data Time Grp Dist. placebo 09-05-02 11：04：11 1 0.1014 1.0202 placebo 09-05-0211：04：28 0.0865 1.0242 placebo 09-05-02 11：04：42 0.4966 1.0235 placebo 09-05-0211：04：56 0.5895 0.6622 placebo 09-05-0211：05：16 1 0.1822 0.9436 placebo 09-05-0211：05：40 1 0.452l 1.0111 placebo 09-05-0211：05：56 1 0.8091 0.6299 placebo 09-05-0211：06：23 1 0.2047 0.8173 placebo 09-05-0211：06：40 1 0.1362 1.0845 placebo 09-05-0211：06：56 1 0.3666 1.0537 active 09-05-0211：07：50 1 0.4991 2.5245 active 09-055--0022 11：08：05 1 0.0954 1.9675 active 09-05-0211：08：19 1 0.5069 2.1552 active 09-05-02 11：08：37 1 0.3091 1.6831 active 09-05-02 11：08：59 1 0.2759 1.8237 active 09-05-02 11：10：39 0.3939 2.2505 active 09-05-0211：10：52 0.3895 1.9022 active 09-05-0211：11：07 1 0.1897 1.7707 active 09-05-0211：11：21 1 0.3352 2.0783 active 09-05-0211：11：37 1 0.6661 2.1934 通过分别分派给安慰剂组和活性样品组任意数值1和2的偏最小二乘法回归模型和校正光谱建立一个预测剖面，这个剖面可以进行结果的预测。每组中取10个没有用于建立校正模型的胶囊，对其进行结果预测。每个胶囊都被扫描过，“成分值”栏显示着预测值。10个安慰剂胶囊的值都小于1.5，最大值是1.08，，10个活性胶囊的值都大于1.5，最小值是1.68。结果很清楚地说明可以使用 Brimrose近红外光谱仪获得的光谱数据对安慰剂和活性胶囊进行分类。如果校正集中增加更多的检测样品，效果会更好。 V.讨论和结论 这次研究的结果非常理想，也证明了使用 Brimrose 自由空间近红外光谱仪获得的谱数据对安慰剂和活性胶囊进行分类是切实可行的。预测结果证明了对这两种胶囊的分类分析的可行性。过去的结果已经证明当100个或更多的样品使用在校正集中时，一个校正模型变的功能更强大、更精确。在这种情况下，当更多的样品被添加来描述在水疱、胶囊和活性胶囊里药片的定位中的任何一个小的差异，模型会更加准确。过去的结果也说明了在实验室中的一次研究的结果可以进行实 济南金宏利实业有限公司 E mail：jinhongli2001@sohu.com http：//www.jhlaotf.com 时、在线的复制。Brimrose 近红外光谱仪以其理想的扫描速度和无移动部件成为用于实时、在线测量的理想工具。AOTF 技术可以快速、精确地扫描，不需要重新校正系统。一个宏程序使得仪器允许在光束的照射下在传送带上移动。优化系统可以使扫描速度达到10秒一个，当然也得考虑传送带上的胶囊间距离。得出结论，这次研究结果证明了使用光谱数据对安慰剂和活性胶囊进行分类的可行性。建议进一步的讨论，以便找出使用一台 Brimrose AOTF-NIR 自由空间光谱仪对这次研究中的安慰剂和活性胶囊进行在线分类的最好方法。 济南金宏利实业有限公司地址：中国.济南.洪楼西路智慧大厦电话：真： mail：jinhonglisohu.com 美国 BRIMROSE 公司中国总代理及技术支持中心BRIMROSE金宏利实业地址：中国.济南.洪楼西路智慧大厦电话：真：/