AOTF-NIR 光谱技术对药物片剂涂层数目进行测定
摘 要 本文采用美国 BRIMROSE 公司的 AOTF-NIR Luminar3030 自由空间光谱仪对不同涂层 数目的 PAA 型药片和未知涂层数目的 8NPC 药片进行光谱扫描，对近红外光谱吸收谱图和一 阶微分光谱进行了分析讨论，最终建立起了 5、7、11 个涂层的 PAA 药片的 PLS1 的回归模型， 并显示了良好的预测性能。对 8 个涂层的 8PAA 和未知涂层数的 8NPC 进行识别，结果显示分 类效果明显。实验结果表明，使用 Brimrose 公司 AOTF-NIR 光谱仪测定涂层数目或涂层厚 度是可行的。
主题词 声光可调滤光器；近红外光谱；涂层；偏最小二乘法（PLS）
传统的红外分光光度技术采用棱镜或光栅做色散元件，以这些色散元件为核心的红外光 谱测量系统，结构复杂，设计和生产成本高，使得分析检测仅适于实验室条件下应用。自 20 世纪 80 年代后期，一种新型的色散元件——声光可调滤光器（Acousto-optic tunable filter，简称 AOTF）逐渐受到人们的重视。AOTF 是基于各向异性的双折射晶体的声光衍射 原理，利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件。与传统的基于机械调谐分光元 件的光谱仪器相比，以 AOTF 作为分光元件的光谱仪具有明显的优越性：它结构简单，光学 系统无移动性部件，体积小，集光能力强，最吸引人之处在于它的波长切换快、重现性好， 程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性，尤其是外部防尘和内置的温度、 湿度集成控制装置，大大提高了仪器的环境适应性，加之全固态集成设计产生优异的避震性 能，使其近年来在工业在线和现场（室外）分析中得到越来越广泛的应用。
1.实验部分
1.1 仪器条件和样品处理
仪器：美国 BRIMROSE 公司的 AOTF-NIR Luminar3030 自由空间光谱仪光谱范围 1100～2200nm Snap!光谱采集处理软件The Unscrambler 化学计量学软件
样品：5、7 和 11 个涂层的 PAA 型的药片，每组 8 片； 8 个涂层的 8PAA 药片和未知的 8NPC 药片。
1.2 实验方法
使用一台 AOTF-NIR Luminar3030 自由空间光谱仪，在光线路径上通过放置一个铝片来 挡住部分光线，光谱仪的光束区就从原来的 20x12mm 减少到 8x8mm。在实际应用中，系统将 被设计成小型光束的系统，同时提供给每个药片区更多的能量。
1.3 光谱采集
把药片放置在光学模块下的高度可调节的实验室底架上，调整好高度以使药片在光线通 过的路径上，实验室底架上有精确的定位。从带有 5、7、11 个涂层的每组中取 8 片 PAA 型 的药片，进行每个面的扫描，每个药片得到两个光谱。此外，对 8 个涂层且最后一个涂层 为橘黄色的 8PAA 药片和不知涂层数目但最后一个涂层是绿色涂层的 8NPC 药片也进行扫描。
3 结果与讨论
2.1 光谱分析
带有 5、7、11 个涂层和 7+最后的涂层(即 8PAA 药片)的 PAA 药片的吸收光谱图如图 1 所示。
一阶微分光谱图使得光谱差异更加明显。从 1570nm 到 1660nm 范围的一阶微分的扩展视图使得光谱差异更加明显。
图 3 在 1570nm 到 1660nm 范围内的一阶微分光谱的扩展图清楚地显示着由于涂层数目不 同造成的光谱差异。要记住，光谱对涂层实际厚度很敏感，而不是名义上的涂层数目，这是 很重要的。因而，如果 7 个涂层的实际厚度与一个因变动带有 5 个涂层的药片在扫描过程中 没有很大的差别，光谱图就不会有很大的差异。从实际角度考虑，有可能利于校准光谱仪扫 描的涂层厚度，而不是涂层的数目。
这个曲线图显示了带有涂层的 NPC 的药片和带有有色最后涂层的 PAA 药片的一阶微分光 谱。他们之间的差异很小，一个可能的原因是由于阻止光束部分光线使投射到药片上的能量 减少了。药片间如果有可辨别的差异，用化学计量分析来检查是很有必要的。
2.2 回归和建模
为了估量一下对药片涂层测定的能力，使用众所周知的 PLS1 化学计量过程进行定量分 析。尽管数据有限，但结果还是很理想的，而且在涂层数目方面没有重叠。这个模型仅用了3 种主成分，但是事实证明此模型是可靠的。预测的标准偏差是 0.46，模型通过光谱测定涂层的数目的性能是良好的。
化学计量学的一个重要的特征是对回归系数和光谱之间的关系进行分析。回归系数显示 模型获得相关信息的波长区域，回归系数将依赖于有意义的波长才有利用价值。此模型的回 归系数显示着模型正在使用着相关区域的波长，而且模型可以在 PAA 药片的涂层数目方面作 出准确的预测。
为估量一下对 PAA 药片和 NPC 药片的区分能力，给 PAA 药片主观评价 1，给 NPC 药片主 观评价 2，偏最小二乘法回归模型显示了药片的分离。结果很理想，甚至在不是很有利的条 件下药片的分离仍是可行的。事实上，只用了 3 个主成分，回归系数的曲线形状证明回归是 真实的。
2.3 模型验证
在未知样品组中，再取 5 个带有 5 个涂层的药片和 5 个带有 11 个涂层的药片，组成一 个验证集。在同样的条件下，扫描这些药片的光谱。然后光谱被处理成化学计量学的格式， 对涂层数目进行预测。特别是考虑到这么多可变因素存在于真实的涂层参考值中，而用单一 的方式把药片放置在光束下扫描，结果仍是很理想的。
3．结论
这次研究结果表明，使用 Brimrose 公司 AOTF-NIR 光谱仪测定涂层数目或涂层厚度是 可行的。
