AOTF-NIR 光谱技术在冻干药物的实时在线分析中的应用
摘要 本文探讨了在冻干药物的湿度测试中的应用 AOTF-NIR 光谱技术的可行性，用了氢化可 的松、含甘露醇的甲强龙和不含甘露醇的甲强龙三种类固醇，用主成分分析法对其进行了成 功的定性判别，并建立了偏最小二乘法模型，实验结果表明 AOTF-NIR 光谱技术可以应用于 过程控制目的，满足了质量控制要求。
冻干法是一个冻干产品除去水分的过程，这种方法对制药行业有特殊的意义，在血管注 射技术的发展中，冻干法对其有重要的意义。在其他医药品的发展中，药品的干燥度是很重 要的，而加热又会导致活性物质的降解，冻干法更是重要。理论上讲，冻干法应完全除去水 分，情况并非总是这样，为了满足质量控制的要求，精确湿度的测量是很有必要的。在线测 定是检测湿度的最好方法，Brimrose AOTF-NIR 光谱仪是完成这项工作的理想工具。
近红外(NIR)光谱法是近年来发展迅速的一种绿色分析技术，并以其独特的优点开始应 用于中药分析,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,最近几 年，AOTF-近红外光谱分析仪引进国内，已经开始应用于烟草及化工行业中。
1． 实验方法
1．1 仪器条件和样品
仪器：美国 BRIMROSE 公司产的 AOTF-NIR 近红外光谱仪，主要部件包括：光学部分、 控制部分、电源适配器，旋转工作台；软件包括 SNAP!光谱处理软件和 CAMO 化学计量学 软件。
样品：用三类冻干的药物类固醇做实验：氢化可的松、甲基强的松龙（不含甘露醇）、含甘露醇的甲强龙。
1．2 实验方法
使用一台 Brimrose Luminar 光谱仪采用漫反射方式进行扫描，光谱平均为 100 次，样品在被检测时是不断旋转的，以使样品中的任何细微的差异都能被检测到。
1．3 数据处理
以透过方式采集的原始光谱数据被处理成吸收光谱和一阶微分光谱，采用常规方法测量 水分的参考值。使用 The Unscramber 软件进行其光谱数据的化学计量分析。用主成分分析 法来区别这 3 种类固醇，用偏最小二乘法（PLS1）来对类固醇中的湿度含量进行定量分析。
2．结果与分析
2．1 光谱图
从 1410 到 1460 纳米的范围内有明显的光谱变化。这是一个水分吸收光谱区，也是一个期望能看到由湿度含量变化而导致光谱的变化的区域。
如图 3 所示，湿度值为 0.1 和 0.2 的不含甘露醇的甲强龙吸收光谱很显然是有差异的，但 是湿度值的分布范围不足以建立一个校准模型，在 1450 纳米附近的水分吸收区有一些光谱 变化。
主成分分析法是以聚类的方法来定性判别不同混合物的化学成分或组成。如图 5 所示，
用主成分分析法可以对这 3 种类固醇进行成功的分离。
2. 2 回归和建模
利用氢化可的松水分含量的数据与光谱数据相关联，通过偏最小二乘法（PLS1）回归 建立了氢化可的松水分含量的模型（如图 6 所示）。图 6 显示，模型相关系数是 0.9286，预 测标准偏差 RMSEP 是 0.1628。不含甘露醇的甲强龙的参考值范围和含甘露醇的甲强龙的参 考值范围太小而不能建立校准模型，如果这些类固醇的参考值在一个较大范围内应该也会产 生相似的结果。一些光谱从模型中被取出，作为一个验证集来验证模型的准确性。预测结果 表明，使用 Brimrose 光谱仪获得的光谱数据，氢化可的松模型能够预测在 0.1%到 0.2%这一 范围的水分含量。
3．结论
这次研究结果表明，使用 Brimrose 光谱仪获得的光谱数据和一个校准模型能容易地把氢 化可的松、含甘露醇的甲强龙和不含甘露醇的甲强龙分离开。含甘露醇和不含甘露醇的甲强 龙两者之间截然不同，这也是因为含糖份不同的药品之间的相互作用的结果，研究结果也显 示了在氢化可的松内的湿度含量值可以用 Brimrose 光谱仪和校准模型来检测，如果使用一 组带有较大范围参考数值的样品，用偏最小二乘法回归建模来检测含甘露醇和不含甘露醇的 甲强龙，应该也是可行的。
经验表明，一个建立在实验室数据基础上的校准模型能容易转换成实时、在线装置上， 而保持检测结果不变，Brimrose AOTF-NIR 光谱仪能够以每分 20 个样品的最低检测速度对 这三种药品的水分含量进行实时在线分析，检测结果可以应用于过程控制目的，满足了质量 控制要求。
