磺胺甲嘧啶与玉米淀粉混合物中活性百分率检测方案(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 美国 Brimrose 公司 I. 实施概要 使用 Brimrose AOTF-NIR 自由空间光谱仪对硅氧烷聚合物药片进行扫描。三组样品供实验用，其硅氧烷聚合物别为0毫克、50毫克、60毫克。这种含量值只是名义上的而不是绝对准确的。每组取25个样品，其中的20个用于建立校正模型，剩余5个用于结果预测。从三组获取的60个光谱后处理为吸光度和一阶微分。这三组的光谱差异清晰可辨，不含硅氧烷聚合物的样品的光谱差异非常清晰。把一阶微分光谱数据输入化学计量学软件包 The Unscrambler.硅氧烷的一阶微分光谱和参考值用来建立偏最小二乘法回归模型。模型显示了光谱数据和参考值之间的良好的相互关联。为了进一步提高模型的可靠性，使用 Brimrose 软件预测程序建立一个预测剖面。这个剖面是基于含有0毫克、50毫克、60毫克的硅氧烷聚合物的三组药片建立的。如果药片是一个含50毫克或60毫克的药片，硅氧烷含量的定量测量就可以进行。来自每组的5个药片用来进行结果预测的扫描。结果显示使用 Brimrose 近红外光谱仪获得的光谱数据进行硅氧烷的量的定量测量是可行的。 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。 Figure 1. Schematic of the AOTF http：//www.jhlaotf.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，它依赖化学量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 使用 Brimrose AOTF-NIR自由空间光谱仪对硅氧烷聚合物药片进行扫描。三组样品供实验用，其硅氧粉末含量分别为0毫克、50毫克、60毫克。每组取25个样品，其中的20个用于建立校正模型，剩余5个用于结果预测。每个药片被放置在光束下被扫描。自由空间光谱仪在反射状态下，对样品进行非接触检测。光线从光头发出，从药片上反射回来，由一个检测器器集起来。每次250个扫描结果被搜集起来再平均到一个光谱中去。波长范围是1100nm 到 2200nm之间，分辨率是2nm。原始光谱被后处理为吸光率和一阶微分光谱。再把一阶 微分光谱数据输入化学计量学软件包 The Unscrambler.使用一阶微分光谱和硅氧烷的含量参考值创建偏最小二乘法回归模型。使用一阶微分光谱数据和回归模型在 Brimrose软件预测程序里创建一个预测剖面。每组剩余的5个药片再被扫描，进行实时预测。 图2药片的原始光谱数据 原始光谱被后处理为吸光率和一阶微分光谱。下下图显示了吸光率和一阶微分光谱。 图3药片的吸收光谱 光谱图中由于药片的放置位置不同有个基线漂移。药片中央的一个小的凸起导致了这种影响。化学计量学模型能很好的控制基线漂移，应用于此的优化系统会保证每一个镜头扫描对象的定位。下图中的一阶微分光谱删除了任何基线漂移的影响。 图4药片的一阶微分光谱图 在这三组样品的一阶微分光谱中，各自光谱的差异清晰可辨。不含硅氧烷的样品组的光谱和分别含50毫克、60毫克的样品组的光谱是截然不同的。这个大的差异说明了使用光谱数据进行定量检测是可行的。下图是差异产生的波长区域的放大图。 http：//www.jhlaotf.com 图5从1658mm到1814nm范围内的一阶微分光谱放大图. 图6从1578nm 到1665nm范围内的一阶微分光谱放大图 为了能更加清楚地观察到硅氧烷含量分别为50毫克和60毫克的样品光谱差异，每一组的光谱都被平均，如下图所示 图73三组药片的光谱平均图 下图显示了在波长扩展区内这三组药片的明显不同 图8从 1396nm 到1415nm范围内的一阶微分平均光谱放大图 http：//www.jhlaotf.com 图9从1822nm到2100nm范围内的一阶微分平均光谱放大图 一阶微分光谱数据输入化学计量学软件包 The Unscrambler. 再建立一个有关含硅氧烷聚合物的药片的光谱数据的偏最小二乘法回归模型。.o下面是建模结果： 2. 建模与回归 图10药片中的硅氧烷聚合物的偏最小二乘法回归模型 有关硅氧烷聚合物含量的一阶微分光谱的回归模型显示了良好的相关性。应用了4中主要成分，校正和确认相关系数分别高达 0.996 和0.995，预测示差标准是2.6。鉴于这次研究中的样品，这样的偏差是和微小的。如果用全范围内的不同的样品值建模，结果会更好。这三组的给定值是名义上的而非绝对值。使用高性能液体色谱或其他的参照方法来获取硅氧烷聚合物含量的绝对值能够建立一个功能更强的校正模型。高数值的相关系数说明了，光谱差异很重要的，它不仅提供了建模的基础，而且使用全范围内的带有硅氧烷聚合物含量绝对值的更多样品建模，检测结果将更加精确。 http：//www.jhlaotf.com 图11年第一种主成分的回归模型的加载负荷图 偏最小二乘法回归模型的加载负荷图中的波峰说明模型在此波长区域到了相关信息，这里的波峰说明了模型使用的是整个波长范围内的相关光谱信息。在1400nm到1700nm这一波长范围内的波峰清晰可见，可以观察到光谱差异。第一主成分可以解释70%的Y-信息(硅氧烷聚合物的含量)，四种主成分可以解释99%的Y-信息。加载负荷图说明相关信息是适合模型的。为了验证模型的可靠性，使用 Brimrose 预测程序建立一个预测剖面。每组的5个样品不用来建立校正模型，而是被扫描，用于实时预测。预测结果如下所示。 3.预测结果 Result log opened on 11-18-0215：45：00. Profile D：\111802\PROFILE1.PP[measuring siloxane polymer in antacid Number of the groups ： 3. 表1抗酸性药片中的硅氧烷聚合物的预测结果 预测结果肯定了模型的可靠性，在预测剖面里，一阶微分光谱数据被作为背景数据。一个药片被扫描，程序就会确定它到底属于0毫克、50毫克、60毫克的中的哪一类。如果一个药片被确定为50毫克或 60毫克类的，就会对硅氧烷聚合物含量进行定量测量。每组中的5个药片被扫描，并进行正确的分类。定量测量是准确的，特别是考虑到校正集的样品数量少，实际上只有样品的3个值被用到，给出了是硅氧烷聚合物含量的名义上的而非绝对值。如果使用一个更大的、绝对值覆盖整个含量范围的样品集，用来建立一个校准模型，那么预测结果将更加精确。 V. 讨论与结论 这次研究结果证明，使用由 Brimrose 自由空间光谱仪和校准模型获得的光谱数据对抗酸性药片中的硅氧烷聚合物的含量进行测量是切实可行的。模型显示，光谱数据可以和硅氧烷聚合物的含量相联系，覆盖整个波长范围的相关光谱信息用来进行回归分析。预测结果肯定了模型的可靠性。这里所获的结果和校正模型都可以进一步改善。过去的经验表明，使用包含100个或更多样品和整个含量范围的参考值的样品集，会使校正模型功能更加强大。同时表明，实验室里的可行性研究结果可以进行实时、在线复制。 Brimrose AOTF-NIR 自由空间光谱仪是进行实时、在线过程处理的理想工具。声光可调过滤技术可以快速检测，无移动部件，不需要重新校正系统。Brimrose 自由空间光谱仪的扫描速度可以保证在不存在由于获取信息速度而导致问题出现的情况下，对整个波长范围进行扫描。光谱仪的光头可以安装在要扫描药片的位置，然后对抗酸性药片中的硅氧烷聚合物含量进行非破坏、非接触式的检测。这说明碳酸钙和氢氧化镁是在抗酸性药片中要检测的理想参量。这次研究用的样品在这些参量中没有值域。为了确定碳酸钙可氢氧化镁的含量，样品必必提供这个值域，结果也应该与硅氧烷聚合物含量的结果相似。得出结论，使用 Brimrose自由空间光谱仪对抗酸性药片中的硅氧烷聚合物含量进行检测是切实可行的。 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：真：/ mail：jinhonglisohu.com