采用 AOTF 近红外光谱技术对药瓶中药物粉末湿度进行测定的可行性及速度评估
摘 要 本文采用美国 Brimrose 公司 AOTF 自由空间（Free SpaceTM）近红外光谱仪直接对 两个密封在玻璃瓶中的药物进行光谱扫描，分析了近红外光谱图预处理前后对湿度不同的这 两个样品的分辨能力，并对建立湿度定量分析模型进行了可行性探讨。最后，根据具体的光 谱参数对仪器的检测速度进行了评估，波长增量为 3nm，在 1450nm-2100nm 的范围每个样品 扫描 10 次，扫描速度可达到 300 个样品/分钟。
主题词 声光可调滤光器；近红外光谱；湿度；一阶微分
声光可调滤光器（Acousto-optic tunable filter，简称 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 自由空间（Free Space TM）近红外光谱仪，光谱范 围 1400～2200nm，波长增量为 2nm ，Snap!光谱采集处理软件
样品：用常规小玻璃瓶密封的两个药物化合物样品，湿度分别为 0.65%和 1.54%
1.2 实验方法
使用 Brimrose 公司 AOTF 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斑 的中心。光斑的大小为 9×5 mm。每扫描 12 次平均为一个光谱，数据获取时间约为 0.2 秒/ 光谱。波长增量为 2nm。每个样品收集 10 个光谱，光谱数据以吸收模式收集并处理为一阶 微分。
2. 结果与讨论
2.1 吸收光谱
图 1、穿过玻璃小瓶扫描两个药物粉末的吸收光谱
从图 1 可以看出：两个样品的吸收光谱有明显的差别，在 1900nm-1950nm 的光谱范围这 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。
2.2 一阶微分处理
两个样品的吸收光谱有较小的基线漂移，采用化学计量建模能够处理好基线漂移。吸收 光谱处理为一阶微分，一阶微分能清除基线漂移带来的影响。
图 2、穿过玻璃小瓶扫描的两个药物粉末的一阶微分光谱
图 2 显示：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；在 1900nm 左右的水分吸收区域范围内的差别同样非常明显，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，足以检测粉末湿度的变化。
3.结论和探讨
本次研究的结果非常好，并且清楚地表明 Brimrose AOTF 自由空间（Free Space TM）近 红外光谱仪能够检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检 测，同时光谱的重复性和信噪比也非常好。没有更大量的样品，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 近红外光谱仪可以对湿度进行定量检测，而 且能够有效检测有机溶剂中 10ppm 的水分含量。在这种情况下，可以清晰地看到相当大的光 谱差别，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 波长点/秒，光谱数据表明在 1450nm-2100nm 的范围内的扫描将为定量湿度提供足够的 信息。波长增量设为 3nm，模型仍能够精确地预测。波长增量为 3nm，在 1450nm-2100nm 的 范围每次扫描可收集 217 个数据点。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。如果每个样品的扫描次数为 12，一秒钟可扫描 5-6 个样品，一分钟可扫描约 300 个样品。应将每个样品扫描 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，舍弃没有样品时产生的光谱。
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