药物粉末中湿度检测方案(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 关于采用 AOTF-NIR 光谱技术 对药瓶中药物粉末湿度进行测定 美国 Brimrose 公司 ( 美国 BRIMROSE 公司中国总代理及技术支持中心 ) http：//www.jhlsoft.com Ⅰ、介绍 声光可调滤光器(AOTF)的原理基于光在各向异性介质中的声折射。装置由固定在双折射晶体上的压电导层构成。当导层被应用的射频(RF) 信号激发时，在晶体内产生声波。传导中的声波产生折射率的周期性调制，在特定条件下折射入射光束的部分。对于一个固定的声频，光频的一个窄带满足相匹配条件，被累加折射。RF 频率改变，光的带通中心相应改变以维持相匹配条件。 图1、AOTF的结构图 光谱的近红外范围从 800nm 到2500nm 延伸。在这个区域最突出的吸收谱带归因于中红外区域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性回归法(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。所有这些算法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 用密封小瓶提供药物化合物的两个样品。小瓶由工业用的常规玻璃制成。 -个样品的湿度为0.65%，另一个样品的湿度为1.54%。使用 Brimrose AOTF-NIR 自由空间(Free Space TM)近红外光谱仪扫描粉末的光谱数据。小瓶置于自由空间(Free Space TM) 光谱仪前方，这样小瓶的弧度顶点就位于扫描光柱的中心。光柱柱大小为9×5mm。每读取一次收集12个扫描结果，然后平均为一个光谱。数据获取时间约为0.2秒/光谱。波长分辨率为 2nm。每个样品 地址：中国.济南.洪楼西路智慧大厦 ( 电话：0531-88908933/88028728/88908915 ) ( 传真：0531-88028728/88908915 ) 收集10个光谱。光谱数据以吸收模式收集并处理为一阶微分。 ⅢI、光谱 图2、穿过玻璃小瓶扫描的两个药物粉末的吸收光谱 两个样品的吸收光谱有明显的差别，在1900nm-1950nm 光谱范围这种差别更明显。这是水分吸收的波长区域，在这里应能够看到水分的变化产生的差别。重复性和信/噪比都非常好。有个小的基线转换，但化学计量建模能够处理好基线转换。吸收光谱处理为一阶微分，一阶微分清除基线转换带来的影响。 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 图3、穿过玻璃小瓶扫描的两个药物粉末的一阶微分光谱 两个粉末的一阶微分光谱也有非常明显的差别，特别是在1500nm 左右的光谱范围；水分吸收区域的差别同样非常明显，特别是在 1900nm 左右的范围。很显然， 1.54%湿度值的峰值比0.65%湿度值的峰值要大的多。这些差别相当大，足以探测粉末湿度的变化。 Ⅳ、探讨和结论 本次研究，结果非常好并且清楚地表明Brimrose AOTF-NIR 自由空间(Free Space TM)近红外光谱仪能够探测药物粉末的湿度变化，即使是穿过玻璃小瓶来扫描粉末也能够进行探测，同时光谱的重复性和信/噪比也非常好。没有更大范围的样品，湿度的变化是不能定量的，但是过去许多应用的经验表明， Brimrose AOTF-NIR近红外光谱仪可对湿度进行定量。在各种各样的粉末中湿度已经被定量，有机溶剂中的应用测定湿度能够将水分定量为 10ppm。在这种情况下，光谱的差别可以清晰地看到而且相当大，可以建立定量模型。 在计算每分钟可扫描的小瓶的数量时，有许多因素需要考虑。光谱仪的扫描速度是16，000波长/秒，光谱数据表明在1450nm-2000nm 的范围扫描将为定量湿度提供足够的信息。波长分辨率可减至3nm，模型莫将精确地预测。在1450nm-2000nm 的范围每次扫描收集217个数据点，分辨率为3nm。217个数据点以每秒16，000次扫描的速度，每次扫描用时 1/72 秒，或者说每秒扫描72次。如果每个样品收集12个扫描结果，一秒钟可扫描5-6个样品，，一分钟可扫描约300个样品。为了应用而将优化的更小的扫描光柱应将每个光谱扫描10次，产生良好的光谱，这样一定能使扫描速度达到300个样品/分钟。可配置软件以使扫描连续进行，并且只保留粉末的光谱，抛弃没有样品时产生的光谱。因此建议订购 Brimrose AOTF-NIR 自由空间(Free Space TM)近红外光谱仪以利于进一步测试和校正。 ( 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：0531-88028728/88908915 E mail：jinhongli2001@sohu.com ) 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金宏利实业济南金宏利实业有限公司