AOTF 近红外技术在制药分析领域中的应用综述
近红外光是指波长范围为 780-2526nm 的电磁波，一般有机物在该区域的近红外光谱吸收主 要是含氢基团(OH，CH，NH，SH，PH)的倍频和合频吸收，几乎所有有机物的主要结构和组成 都可以在它们的近红外光谱中找到信号，且谱图稳定。近红外光谱法是 20 世纪 90 年代以来发展 最快、最引人注目的光谱分析技术，它操作简便，分析迅速，实时反映被测对象状态；不破坏样 品，不需对样品作任何预处理直接进行测定，适合现场和在线检测；不消耗化学试剂，不会对环 境造成污染，近红外光子能量低，不会对实验者造成伤害，属于绿色分析技术，被广泛应用于各 个领域。近红外光在光纤中近乎无损传输，通过光纤很容易实现远距离、多点同时测量，非常适 合构建远离现场的在线监测系统。近红外光谱（NIRS）技术是一种现代高新分析测试技术，主 要包括近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。
近红外光谱分析仪产生于 50 年代后期，经过 50 多年的发展，到目前为止经历了滤光片、光 栅扫描、傅立叶变换、多通道、声光可调滤光器（缩写为 AOTF）五代技术，目前，采用了航天 技术最先进的第五代 AOTF 近红外光谱仪采用全固化集成设计，没有任何可移动和转动的部件， 具有结构简单、体积小、重现性好和仪器不受温度、湿度、灰尘等外界环境影响的特点，将过去 必须在室内，且对温度、湿度、防震均有严格要求的各项检测转移到了生产在线和现场（室外）， 使其在生产、生活中得到越来越广泛的应用。
目前 NIRS 技术已成功应用于谷物、烟草和化工等诸多行业产品的分析测试中，并成为当前 国际上研究的热门课题。国外应用该技术在西药成分检测与质量控制方面已相对比较成熟，2002 年美国 FDA 已把该项技术作为一种标准的检测方法。国内在近红外光谱分析领域也取得了重要 进展，《中华人民共和国药典》2005 版已将“近红外分光光度法指导原则”列入目录。近年来， NIRS 技术已初步显示出它在制药分析领域应用中的巨大潜力。
AOTF 近红外凭借其独特的技术优势，在制药分析领域发挥了重要的作用，AOTF 近红外仪器 不仅能够完成其他近红外技术所能够完成的检测分析，其他近红外分析技术解决不了或技术存在 缺陷的分析项目，AOTF 近红外技术也可以很好的解决。由于 AOTF 的信噪比较傅立叶变换技术高 10-100 倍，因此，AOTF 技术可以对药物中痕量物质进行含量检测，多次的实验已经证明，在液 体状态下可以对 ppm 含量的物质准确检测，在粉末状态下，可以有效检测几十个 ppm 的含量。另 外，在药物的微生物（细菌、霉菌等）检测方面已经进行了成功的验证。不仅可以对微生物进行 定性和定量的检测，还可以有效分辨微生物的活性。解决了制药行业菌检严重滞后的问题，对保 证生产过程的连续运行具有重要的意义。因为，AOTF 采用全固化的设计，没有任何可移动和转 动的部件，仪器不需要定期校准，长时间的运行数据稳定可靠，非常适合于在线连续长时间的检 测。在中药的提取和浓缩的在线检测过程中，仪器不受温度、湿度、灰尘等外界环境的影响，可 以放置在车间的任何位置，节省大量的光纤，节约投资；因不受管道中气泡多少的影响，基本上 不需要预处理系统；可以对提取液和浓缩液中万分之几低含量的指标进行准确的检测。因采用全 固化设计，AOTF 仪器具有很好的抗震性能，在药物的混合过程中，可以将仪器安装在混料罐上， 随混料机一起转动。在世界 500 强的企业中已经应用 AOTF 近红外光谱仪的客户有 100 多家，如 辉瑞、葛兰素等制药企业，目前在高端客户应用当中是最多的。AOTF 将分析从实验室转移到现 场和在线，是近红外技术发展和应用的必然趋势。AOTF 近红外技术的诸多优势，必将在制药分 析领域中的诸多应用发挥越来越重要的作用。
近红外光谱技术在制药工业中的应用日趋广泛，从药物的定性、定量分析，到生产过程各个阶段（包括提取、浓缩、合成、混合、干燥、菌检、加工、制剂、压片及包装等过程）的在线监控都体现出近红外光谱的巨大潜力。
1．药物的定性和定量分析
近红外光谱技术对药物的定性、定量分析有明显的优势。定性方面它可简便、快速、准确识 别假药、劣药，鉴别正品、伪品以及不同产地的中药材，如大黄及其混伪品的鉴别。定量方面可 以广泛应用于中药有效成分测量,如黄连浸膏粉中生物碱，人参粉末中的其它组分。近红外可同 时分析多个组分,如复方制剂中扑热息痛、维生素 C、氢溴酸右美沙芬、咖啡因、马来酸氯苯那 敏的各组分含量；复方乙酰水杨酸片中三种有效成分的定量分析等。近红外测量结果准确、可靠， 在欧美及日本等发达国家，近红外光谱分析法被列为标准方法，在药品生产过程中已成为质量检 测的重要手段。
2.固体制剂物化参数的定量表征
固体制剂是最常用的剂型，安全、有效、稳定、均一是药物的基本性质。药物的纯度和含量 决定药效，其物理参数，如湿度、含量均一性、颗粒大小分布、结晶度及硬度等对药物的稳定性 及生物利用度等也有很大影响。
2．1 颗粒大小分布：药物颗粒大小几乎与所有固体制剂相关，可能是最终产品也可能是中间体， 如散剂、颗粒剂、胶囊剂的颗粒是产品，而在片剂生产过程中是中间体。颗粒大小和分布不但影 响药物的流动性、均匀性和外形美观，而且影响药物的崩解性、溶出性等。NIR 结合漫反射技术， 快速、非破坏性测定整批样品中颗粒大小的真实分布，保证药品的质量。El-Hagrasy, Arwa S 等使用 NIR 对有效组分的混合均匀性进行在线监控。
2．2 结晶：大部分药物都可以形成几种结晶形式或多结晶，晶型会直接影响制剂疗效，有些晶 型问题影响药物的混合、压片等生产过程，使制剂难以工业生产 。控制最佳晶型有利于药物的 吸收和利用。最常用的晶型测定方法是热分析法（DSC），该方法用量少，破坏样品，误差较大。 近红外是一种最佳的非破坏性质量控制手段，快速测定药物晶型，如 Li,Weiyong 等在湿颗粒处 理过程中成功监测药物活性成分的多晶型变化。近红外测定镇痛新药“盐酸比西发定”的晶型比 红外和 X-射线粉末衍射法准确、方便。
2．3 湿度：湿度对固体制剂的影响较大，颗粒湿度太小，含结晶水的药物易失去较多的结晶水， 影响药物性质，压片易造成裂片、松片等。颗粒湿度过大，药物容易发生氧化、还原、水解等反 应，影响其化学稳定性，又容易造成药物水溶性成分的“迁移”，使药物的有效成分分布不均匀， 形成花斑。近红外技术可以成功测定粉末、包衣片的湿度。
3．药物生产过程的在线检测与监控
近红外能够反映样品的综合信息，更易于在线应用，从而满足原料药到中间体到成品的完全 检测和监控，保证药品质量。如采用近红外漫反射光谱法可快速、准确分析头孢拉定胶囊，并用 于工业现场的实时在线分析。利用近红外技术进行大批黄芩药材、冰片等有效成分的含量测定及 药物生产的在线质量监控,提高中成药的质量控制标准，加快中药现代化的进程。
- 中药鉴定
中药鉴定是保证中药质量的重要环节，传统常用的中药鉴别方法有性状鉴别、显微鉴别和理 化鉴别等，但其对一些亲缘关系较近的品种和伪品很难获得准确鉴定结果。应用NIRS分析技术 不仅提高了鉴定准确性，避免了主观因素对中药质量定性判别的影响，同时也解决了理化鉴别方 法中，需要对中药进行烦琐样品处理的问题。
1.1 中药种类的鉴别
2005版《中国药典》共收载百合科植物贝母5个品种，将贝母分为川贝母、浙贝母、伊贝母、 平贝母和湖北贝母。通过近红外漫反射光谱法对贝母药材进行了鉴别研究，采用了褶合变换-可 视化-指纹图谱相似系数分析方法将5种贝母之间的微小差异进一步扩大化，得出结论为伊贝母、 平贝母与川贝母更相似，湖北贝母与浙贝母更相似，这与现代药理研究的结果基本一致，为5种 贝母之间的鉴别提供了新的方法。
用聚类分析法对金丝桃属20种植物进行定性鉴别，进一步说明近红外技术可以作为形态学分 类的一种新的手段。 此外还将近红外技术用于中药注射剂品种的鉴别中，提出用近红外技术建 立中药注射剂模式识别库的设想。
1.2 道地药材的鉴别
Chang-Hee Cho等首先采用了近红外漫反射光谱对鹿角的产地进行了定性分析。之后，Woo Y.A.等对50个韩国人参样品和50个中国人参样品的分类鉴别做了研究，发现近红外的分类效果显 著优于拉曼光谱。国内研究人员进一步对人参的道地性差异的近红外光谱进行了研究，将人参近 红外光谱的化学信息提取出来，利用基线校正、平滑、一阶和二阶微分等方法处理其光谱，发现 了由道地性所引起的光谱差异，提出了应用近红外光谱的微分方法可以鉴别道地性中药材人参。 Woo Y. H.等也采用近红外技术对分别来自中国和韩国的当归进行了无损快速鉴别，结果显示鉴 别准确率为100％。此外，近红外技术还被应用于黄芪等药材道地性的鉴别研究中。
1.3 中药真伪的鉴别
利用近红外技术建立中药假药识别系统，能够提高假药识别的速度和识别能力，满足基层现 场快速鉴别的需要。目前，采用近红外技术已成功地鉴别了外观相似的高丽参、紫云英根、天门 冬根等药材的真伪。近红外光谱法应用于中药砂仁真伪鉴别的研究，获得了满意的结果。另外， 近红外假药识别系统定性分析和定量分析的可行性已经得到论证。
现在国家食品药品监督管理局的支持下，中国药品生物制品检定所已经启动了近红外假药识 别系统的科研项目，拟在全国范围内建立近红外假药识别模型网络系统，从而解决目前存在的假 药危害，这项工作的开展对打击假劣药品具有重要意义。
2. 中药成分含量测定
近红外技术进行定量分析具有速度快，测定成分多，无污染等特点，克服了常规定量分析方 法的缺点，极大的缩短了分析时间，提高了分析效率。
2.1 中药材成分的含量测定
研究人员通过研究建立了近红外技术结合偏最小二乘法测定牛膝中蜕皮甾酮含量的测定方 法，样品的预测值和真实值之间的相关系数为0.9489，该法的建立为近红外漫反射光谱技术用于 中药有效成分的定量分析提供了可能。此后，还将该项技术用于酒炖熟地黄饮片粉末中还原糖的 含量快速测定中，实验结果令人满意，表明近红外技术有望取代化学分析方法用于酒炖熟地黄饮 片生产过程的质量控制。
近红外技术被应用于中药材多种成分的同时定量分析中，利用近红外技术，通过41个校正 集样品建立起3个不同产地大黄的大黄素、大黄酚、大黄酸、芦荟大黄素等多个成分预测的数学 模型，同时、准确、快速地确定未知样品中多个成分的含量，证明此方法特别适合于大量重复样 品的分析测试。
2.2 中成药成分的含量测定
近红外技术被应用于中成药的定量分析，建立了近红外漫反射光谱快速测定复方丹参滴丸 有效成分的新方法，采用HPLC为对照分析方法测定滴丸中3种酚酸类有效成分的含量，运用偏最 小二乘法建立NIRS与HPLC分析值之间的多元校正模型，对未知样品进行含量预测，结果准确可 靠，说明此方法可推广应用于中药复方制剂有效成分的快速检测。另外，应用该技术对六味地黄 丸混合粉末样品中熊果酸的含量，进行了分析检测，结果基本能满足药品生产过程中含量测定的 要求，为中药的在线检测奠定了一定的基础。
2.3 中药材伪品掺入量的测定
贵重和稀有药材掺假情况严重，如西洋参中掺入人参，传统方法很难鉴别,采用近红外漫反 射光谱技术，运用偏最小二乘法确立数学模型，建立西洋参中掺人参的含量测定方法，实验证明 该方法可用于西洋参制剂的质量控制。Markku Laasonen等为了确定松果菊的存在和检验掺假的 劣品，用近红外光谱结合PLS进行了分析，结果提示该方法可用于解决制药工业的掺假问题。近 来，近红外技术已被成功应用于浙贝母中川贝母掺入量的测定，及天然牛黄粉中人工牛黄含量的 测定。
3．中药质量评价
中药化学组分复杂，其质量的快速检测十分困难，形成了中药质量分析领域的一个技术盲区。 例如影响“红参”质量因素主要有两点，一是伪品的掺入；二是水分含量。经过研究建立红参药 材的近红外校正模型，采用光谱相似度算法将待测样品近红外光谱与光谱库中标准光谱进行比 较，实现对待测样品的定性鉴别，然后将通过鉴别的样品光谱输入校正模型预测其水分含量，结 果证明近红外可正确鉴定红参和伪品，准确测定水分含量，可用于红参药材的快速质量评价。
采用近红外光谱法考察药典中5种淫羊藿的质量，结果令人满意，虽然在定量的精度上该方法不能替代高效液相色谱法，但仍不失为评价中药材质量的一种简便有效的方法。
4. 中药制药过程的在线控制
中药生产是一个典型的复杂化工制造工艺过程，生产过程中各种工艺参数的变化直接影响 最终产品的质量。目前，中药的提取、浓缩、混合、压片等生产环节一般采用离线分析的手段, 存在分析结果滞后的缺陷。近红外技术可以克服以上缺点,近年来，已有学者开始探索近红外技 术在中药生产过程中的在线监控。
4.1 中药提取过程监测
中药提取过程是中药生产过程中的一个关键环节，中药提取液成分复杂，各组分间还可能存 在相互作用，以三七渗漉提取过程为具体对象，证明了近红外分析技术应用于中药提取过程组分 浓度快速测定的可行性；德国学者Gaub等采用近红外技术同时对卡瓦植物中提取出的一系列酮 类成分和水分进行含量测定，结果准确可靠。可见，近红外技术不仅具有准确、简便、无污染的 优点，而且可以同时对多种组分进行检测，应进一步推广到中药生产过程组分浓度的在线检测中。
4.2 中药浓缩过程的监测
以红参提取液的浓缩过程为例，用标准正态变量法和一阶导数预处理光谱，建立近红外光谱 与浓度参考值之间的校正模型，该模型能够实时测得红参醇提取液浓缩过程中浓缩液的乙醇和人 参总皂苷的浓度，在线反映了浓缩过程的状态，为中药制药过程的质量控制提供了新方法。
4.3 中药纯化过程的监测
针对中药大孔吸附树脂纯化过程中缺乏在线检测分析手段的问题，以纯化中药黄连过程为具 体研究对象，采用HPLC分析测定值作参比，用偏最小二乘法建立了近红外透射光谱校正模型， 并成功地用于预测黄连生物碱在大孔树脂纯化过程中的洗脱曲线，该法实时、快速，可同时测定洗脱物中盐酸小檗碱、盐酸巴马亭、盐酸药根碱和黄连总生物碱的浓度，简便快速且预测精度能满足工业过程分析的要求，为中药质量控制提供了新的途径。
4.4 粉末混合过程的监测
在片剂或胶囊等固体药物生产过程中，药物混合的均匀性对提高药物质量十分重要。Ufret 等通过近红外光谱在线获得搅拌器中药物混合动态情况，成功建立模型，确定了临界搅拌量，用 于药物中试生产和实际生产中混合过程的监控。徐晓杰等采用偏最小二乘法对六味地黄丸生产粉 末混合均匀度进行检测，建立的方法基本可以满足药品生产过程中粉末混合均匀度测定的要求， 并提出通过样本量的加大以及设计浓度范围的扩大，近红外技术可以用于六味地黄丸粉末混合过 程的质量控制，为中药生产的现代化、粉末混合过程的实时在线质量控制提供了一个好方法。
4.5 包衣过程监测
面对中药制药过程中药品包衣厚度缺乏快速检测方法的问题，提出了近红外漫反射光谱法测 定中药药品包衣厚度的新方法，通过对复方丹参滴丸生产过程中包衣平均厚度的测定结果表明， 该实验所建方法预测结果与实际包衣平均厚度吻合较好，可以用于测定复方丹参滴丸工业生产过 程中的滴丸包衣平均厚度，并渴望推广应用于其他中药药品的包衣过程在线检测，由此可见近红 外技术可作为中药制药过程包衣工艺质量控制的快速有效的新方法。
目前，近红外技术在中药分析领域中越来越引起人们的关注，呈现出有望应用于解决中药产 品质量快速检测难题的光明前景。由于该项分析技术需要通过建立校正模型才能实现对未知样品 的定性定量分析，鉴于中药是一个复杂的混合物，其吸收光谱是所含各化合物吸收光谱的叠加， 具有难以解析的复杂性，加之大多数药材的主体成分相似，图谱又具有一定的相似性，这使得建 模方法学成为近红外光谱技术用于中药分析的关键和研究前沿。因此，近红外光谱技术需要结合 中药的特点，开发适应中药体系的近红外光谱特征信息提取和处理技术，才能更好地用于中药分 析领域。总之，随着NIRS技术在中药分析中的不断拓展，它将对中药研究和生产的现代化发挥 重要的推动作用。
三、近红外光谱技术应用前景展望
90 年代以来，近红外光谱在工业领域中的应用全面展开，有关近红外光谱的研究及应用迅 速增加，成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。它在药学领域的应用愈加广泛，发 达国家已经将近红外方法作为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。美 国药典 25 版第 2 增补本将近红外光谱法列为新的参考性通法。2005 版《中国药典》也将“近红 外分光光度法指导原则”列入目录。由于近红外光谱不是一个“原始”方法，需要建立测量模型， 建模需要标准样品和相关的一级数据，同时该方法也受定标样品的选择、制备、操作技术和计算 机及其化学计量学软件的影响，因此在制药工业大范围推广应用时，必须使用准确、精确的化学 分析值及适当的定标操作技术建立稳定模型，优化测定波长，提高模型的测量精度，维护模型的 匹配性，不断修正与维护模型，努力提高测量结果的准确性。再者近红外仪器价格较贵，对于偶 然做一两次的分析或分散性样品的分析则不太适用，对于大量样品的质量监控是十分快速且经济 的，NIR 对加工中产品质量的在线检测与控制，带来了显著的经济效益和社会效益。来自美国航 天技术的 AOTF 近红外光谱技术倍受人们的注目和青睐，其独有的光学分光系统和强大的光谱 采集软件及化学计量学软件，使分析技术更加准确、快速，并可进行微量、痕量分析，在液体制 剂生产、无菌监控、光学异构体的拆分等方面的应用有着光明的前景。
综上所述，随着近红外光谱技术的日趋完善，近红外对药物理化参数的定量表征和大量样品的质量控制、在线分析等方面发挥着重要的作用。
