AOTF-NIR 光譜技術(shù)對(duì)藥物片劑涂層數(shù)目進(jìn)行測(cè)定

摘?? 要?? 本文采用美國(guó) BRIMROSE 公司的 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀對(duì)不同涂層 數(shù)目的 PAA 型藥片和未知涂層數(shù)目的 8NPC 藥片進(jìn)行光譜掃描，對(duì)近紅外光譜吸收譜圖和一 階微分光譜進(jìn)行了分析討論，最終建立起了 5、7、11 個(gè)涂層的 PAA 藥片的 PLS1 的回歸模型， 并顯示了良好的預(yù)測(cè)性能。對(duì) 8 個(gè)涂層的 8PAA 和未知涂層數(shù)的 8NPC 進(jìn)行識(shí)別，結(jié)果顯示分 類效果明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用 Brimrose 公司 AOTF-NIR 光譜儀測(cè)定涂層數(shù)目或涂層厚 度是可行的。

主題詞? 聲光可調(diào)濾光器；近紅外光譜；涂層；偏最小二乘法（PLS）

傳統(tǒng)的紅外分光光度技術(shù)采用棱鏡或光柵做色散元件，以這些色散元件為核心的紅外光 譜測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本高，使得分析檢測(cè)僅適于實(shí)驗(yàn)室條件下應(yīng)用。自 20 世紀(jì) 80 年代后期，一種新型的色散元件——聲光可調(diào)濾光器（Acousto-optic tunable filter，簡(jiǎn)稱 AOTF）逐漸受到人們的重視。AOTF 是基于各向異性的雙折射晶體的聲光衍射 原理，利用超聲波與特定的晶體作用而產(chǎn)生分光的光電器件。與傳統(tǒng)的基于機(jī)械調(diào)諧分光元 件的光譜儀器相比，以 AOTF 作為分光元件的光譜儀具有明顯的優(yōu)越性：它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光學(xué) 系統(tǒng)無(wú)移動(dòng)性部件，體積小，集光能力強(qiáng)，最吸引人之處在于它的波長(zhǎng)切換快、重現(xiàn)性好， 程序化的波長(zhǎng)控制使得這種儀器的應(yīng)用具有更大的靈活性，尤其是外部防塵和內(nèi)置的溫度、 濕度集成控制裝置，大大提高了儀器的環(huán)境適應(yīng)性，加之全固態(tài)集成設(shè)計(jì)產(chǎn)生優(yōu)異的避震性 能，使其近年來(lái)在工業(yè)在線和現(xiàn)場(chǎng)（室外）分析中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器條件和樣品處理

儀器：美國(guó) BRIMROSE 公司的 AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀光譜范圍 1100～2200nm Snap!光譜采集處理軟件The Unscrambler 化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件

樣品：5、7 和 11 個(gè)涂層的 PAA 型的藥片，每組 8 片； 8 個(gè)涂層的 8PAA 藥片和未知的 8NPC 藥片。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

使用一臺(tái) AOTF-NIR Luminar3030 自由空間光譜儀，在光線路徑上通過(guò)放置一個(gè)鋁片來(lái) 擋住部分光線，光譜儀的光束區(qū)就從原來(lái)的 20x12mm 減少到 8x8mm。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)將 被設(shè)計(jì)成小型光束的系統(tǒng)，同時(shí)提供給每個(gè)藥片區(qū)更多的能量。

1.3? 光譜采集

把藥片放置在光學(xué)模塊下的高度可調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)室底架上，調(diào)整好高度以使藥片在光線通 過(guò)的路徑上，實(shí)驗(yàn)室底架上有精確的定位。從帶有 5、7、11 個(gè)涂層的每組中取 8 片 PAA 型 的藥片，進(jìn)行每個(gè)面的掃描，每個(gè)藥片得到兩個(gè)光譜。此外，對(duì) 8 個(gè)涂層且最后一個(gè)涂層 為橘黃色的 8PAA 藥片和不知涂層數(shù)目但最后一個(gè)涂層是綠色涂層的 8NPC 藥片也進(jìn)行掃描。

3??? 結(jié)果與討論

2.1 光譜分析

帶有 5、7、11 個(gè)涂層和 7+最后的涂層(即 8PAA 藥片)的 PAA 藥片的吸收光譜圖如圖 1 所示。

一階微分光譜圖使得光譜差異更加明顯。從 1570nm 到 1660nm 范圍的一階微分的擴(kuò)展視圖使得光譜差異更加明顯。

圖 3 在 1570nm 到 1660nm 范圍內(nèi)的一階微分光譜的擴(kuò)展圖清楚地顯示著由于涂層數(shù)目不 同造成的光譜差異。要記住，光譜對(duì)涂層實(shí)際厚度很敏感，而不是名義上的涂層數(shù)目，這是 很重要的。因而，如果 7 個(gè)涂層的實(shí)際厚度與一個(gè)因變動(dòng)帶有 5 個(gè)涂層的藥片在掃描過(guò)程中 沒(méi)有很大的差別，光譜圖就不會(huì)有很大的差異。從實(shí)際角度考慮，有可能利于校準(zhǔn)光譜儀掃 描的涂層厚度，而不是涂層的數(shù)目。

這個(gè)曲線圖顯示了帶有涂層的 NPC 的藥片和帶有有色最后涂層的 PAA 藥片的一階微分光 譜。他們之間的差異很小，一個(gè)可能的原因是由于阻止光束部分光線使投射到藥片上的能量 減少了。藥片間如果有可辨別的差異，用化學(xué)計(jì)量分析來(lái)檢查是很有必要的。

2.2 回歸和建模

為了估量一下對(duì)藥片涂層測(cè)定的能力，使用眾所周知的 PLS1 化學(xué)計(jì)量過(guò)程進(jìn)行定量分 析。盡管數(shù)據(jù)有限，但結(jié)果還是很理想的，而且在涂層數(shù)目方面沒(méi)有重疊。這個(gè)模型僅用了3 種主成分，但是事實(shí)證明此模型是可靠的。預(yù)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)偏差是 0.46，模型通過(guò)光譜測(cè)定涂層的數(shù)目的性能是良好的。

化學(xué)計(jì)量學(xué)的一個(gè)重要的特征是對(duì)回歸系數(shù)和光譜之間的關(guān)系進(jìn)行分析?；貧w系數(shù)顯示 模型獲得相關(guān)信息的波長(zhǎng)區(qū)域，回歸系數(shù)將依賴于有意義的波長(zhǎng)才有利用價(jià)值。此模型的回 歸系數(shù)顯示著模型正在使用著相關(guān)區(qū)域的波長(zhǎng)，而且模型可以在 PAA 藥片的涂層數(shù)目方面作 出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

為估量一下對(duì) PAA 藥片和 NPC 藥片的區(qū)分能力，給 PAA 藥片主觀評(píng)價(jià) 1，給 NPC 藥片主 觀評(píng)價(jià) 2，偏最小二乘法回歸模型顯示了藥片的分離。結(jié)果很理想，甚至在不是很有利的條 件下藥片的分離仍是可行的。事實(shí)上，只用了 3 個(gè)主成分，回歸系數(shù)的曲線形狀證明回歸是 真實(shí)的。

2.3 模型驗(yàn)證

在未知樣品組中，再取 5 個(gè)帶有 5 個(gè)涂層的藥片和 5 個(gè)帶有 11 個(gè)涂層的藥片，組成一 個(gè)驗(yàn)證集。在同樣的條件下，掃描這些藥片的光譜。然后光譜被處理成化學(xué)計(jì)量學(xué)的格式， 對(duì)涂層數(shù)目進(jìn)行預(yù)測(cè)。特別是考慮到這么多可變因素存在于真實(shí)的涂層參考值中，而用單一 的方式把藥片放置在光束下掃描，結(jié)果仍是很理想的。

3．結(jié)論

這次研究結(jié)果表明，使用 Brimrose 公司 AOTF-NIR 光譜儀測(cè)定涂層數(shù)目或涂層厚度是 可行的。