聲光可調(diào)—近紅外光譜法快速判斷精芪雙參膠囊的混合終點(diǎn)及測定黃芪甲苷的含量

蘇婷 姜文月 李亞東 任緒華 馬子君 齊美欣 崔憲利 高陸

中圖分類號(hào) R927 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1001-0408（2018）12-1616-05

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2018.12.08

摘 要 目的：建立快速判斷精芪雙參膠囊的混合終點(diǎn)及測定黃芪甲苷含量的方法。方法：采用聲光可調(diào)-近紅外光譜法（AOTF-NIR）結(jié)合主成分分析法及移動(dòng)窗標(biāo)準(zhǔn)偏差法判斷混合終點(diǎn)；以一階導(dǎo)數(shù)法聯(lián)合平滑濾波系數(shù)法預(yù)處理混合終點(diǎn)樣品光譜，并采用偏最小二乘法建立混合終點(diǎn)樣品中黃芪甲苷含量的定量模型，并采用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法（HPLC-ELSD）測定混合終點(diǎn)樣品中黃芪甲苷的含量以進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果：混合終點(diǎn)樣品中黃芪甲苷含量測定方法學(xué)經(jīng)驗(yàn)證符合要求。混合物料樣品在混合30 min時(shí)可達(dá)到混合終點(diǎn)，NIR預(yù)測結(jié)果與HPLC-ELSD法實(shí)測的混合終點(diǎn)結(jié)果一致；定量模型的主成分維數(shù)為9，決定系數(shù)為0.954 9，校正均方根偏差為0.039 2，預(yù)測均方根偏差為0.042 6；黃芪甲苷含量的NIR預(yù)測平均值為11.74 mg/g，HPLC-ELSD法實(shí)測平均值為11.38 mg/g，平均偏差為3.16%。結(jié)論：AOTF-NIR法可快速判斷精芪雙參膠囊的混合終點(diǎn)，并能夠快速測定混合終點(diǎn)樣品中黃芪甲苷的含量，可提高其混合過程的質(zhì)量控制水平，縮短混合周期。

關(guān)鍵詞 聲光可調(diào)-近紅外光譜法；移動(dòng)窗標(biāo)準(zhǔn)偏差法；一階導(dǎo)數(shù)法；平滑濾波系數(shù)法；偏最小二乘法；精芪雙參膠囊；混合終點(diǎn)；黃芪甲苷

ABSTRACT OBJECTIVE： To establish the method for rapid judgement of blending endpoint of Jingqi shuangshen capsules and content determination of astragaloside Ⅳ. METHODS： AOTF-NIR combined with principal component analysis and Moving Block Standard Deviation method was used to identify the blending endpoint. First derivative combined with savitzky-golay filter method were used to spectrum pretreatment. The partial least square method was used to establish quantitative analysis model of the content of astragaloside Ⅳin mixed endpoint sample. The content of astragaloside Ⅳ in mixed endpoint sample was determined by HPLC-ELSD to validate the model. RESULTS： Methodology validation of content determination of astragaloside Ⅳ in mixed material sample and mixed endpoint sample was in line with the requirements. NIR monitoring results showed that the product reached the blending endpoint after 30 min. The results of NIR monitoring were generally consistent with the results of HPLC-ELSD. The principal component dimension of the quantitative model was 9； determination coefficients was 0.954 9； Root Mean Square of Calibration of the model was 0.039 2； Root Mean Square Error of Prediction of the model was 0.042 6. Predicted average value of astragaloside Ⅳ by NIR was 11.74 mg/g， and measured average value of astragaloside Ⅳ by HPLC-ELSD was 11.38 mg/g； average deviation was 3.16%. CONCLUSIONS： AOTF-NIR can rapidly judge the blending endpoint sample of Jingqi shuangshen capsules， rapidly determine the content of astragalosideⅣin mixed endpoint material， improve the quality control level of blending process and shorten blending cycle.

KEYWORDS AOTF-NIR； Moving Block Standard Deviation method； First derivative method； Savitzky-golay filter method； Partial least square method； Jingqi shuangshen capsules； Blending endpoint； Astragaloside Ⅳ

精芪雙參膠囊具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、活血化瘀、養(yǎng)心安神的功效，適用于心腦血管疾病相關(guān)的心悸氣短、頭暈頭痛、倦怠乏力、耳鳴眼花、肢體麻木、失眠健忘等癥。該藥由黃芪、丹參、人參、黃精等中藥材組成，生產(chǎn)過程中由藥材細(xì)粉及提取物等物料混合入藥，而混合過程是該藥填充前的重要環(huán)節(jié)，混合均勻度可直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的均一性[1]。傳統(tǒng)的混合均勻度檢測耗時(shí)長，難以實(shí)時(shí)反映混合過程動(dòng)態(tài)變化及有效終點(diǎn)[2]。近紅外光譜（NIR）檢測技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種綠色分析技術(shù)[3]，第5代聲光可調(diào)（AOTF）-NIR儀具有體積小、便于攜帶、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[4]，在中藥固體制劑混合過程中的成功應(yīng)用已有先例[5]，但目前AOTF-NIR技術(shù)在混合過程中的應(yīng)用大多為混合終點(diǎn)的判斷[6]，而同步定量建模及檢測指標(biāo)成分含量鮮有報(bào)道。混合工藝是精芪雙參膠囊填充膠囊前最后一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)質(zhì)量控制手段需要等待檢驗(yàn)結(jié)果出具后才可進(jìn)行膠囊填充，工時(shí)較長，特別是黃芪甲苷含量測定樣品前處理過程操作煩瑣[7]，需要回流提取2次后萃取4次，再以高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測法（HPLC-ELSD）檢測，周期較長。為此，本研究采用AOTF-NIR法實(shí)時(shí)考察了該藥混合過程及混合均勻度[8]，以判斷其混合終點(diǎn)[9]，并建立了快速測定混合終點(diǎn)指標(biāo)成分黃芪甲苷含量的模型[10]，實(shí)現(xiàn)了該藥混合過程的在線質(zhì)量控制，旨在為提高該藥成品質(zhì)量均一性、穩(wěn)定性提供參考。

1 材料

1.1 儀器

LUMINAR 4030型自由空間式在線AOTF-NIR儀，包括SNAP光譜分析軟件、CAMO化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件、Unscrambler光譜建模軟件（美國Brimrose公司）；HF-2000型方錐混合機(jī)（常州越強(qiáng)干燥設(shè)備有限公司）；RIGOL L-3000型HPLC儀，包括L-3530 ELSD檢測器、RIGOL色譜工作站（蘇州普源精電科技有限公司）；ME204E型電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]。

1.2 試劑

精芪雙參膠囊混合終點(diǎn)樣品（吉林長白山藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司，批號(hào)：160203、160204、160301、160321、160322、160401、160402、160403、160601、160603、160604、160607、160701、160702、160703、160704、160705、160706、160707、160708、160709、160711、160901、160903、160904、160905、160906、160907、160908、160909、160910、161003、161004、161103、161102、161107、161110、161209）；黃芪、丹參、人參、黃精藥材及提取物均由吉林長白山藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司提供；黃芪甲苷對(duì)照品（中國食品藥品檢定研究院，批號(hào)：110781-201515，純度：98%）；乙腈為色譜純，其余試劑均為分析純，水為純化水。

2 方法與結(jié)果

2.1 黃芪甲苷含量的HPLC-ELSD法測定

2.1.1 色譜條件 色譜柱：ACE-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動(dòng)相：乙腈-水（36 ∶ 64，V/V）；流速：0.8 mL/min；柱溫：40 ℃；檢測器：ELSD；氣體流量：2.7 L/min；進(jìn)樣量：10 μL。

2.1.2 對(duì)照品溶液的制備 取黃芪甲苷對(duì)照品適量，精密稱定，加甲醇制成每1 mL含0.493 mg的溶液，即得。

2.1.3 供試品溶液的制備 取混合終點(diǎn)樣品約2.5 g，精密稱定，用含2%氫氧化鉀的甲醇溶液加熱回流2次（時(shí)間分別為1、0.5 h），每次50 mL，濾過，濾液蒸干，殘?jiān)铀?0 mL微熱使溶解，以三氯甲烷-正丁醇（2 ∶ 1，V/V）的混合溶液提取4次，每次30 mL，分取下層溶液，蒸干，殘?jiān)蛹状际谷芙猓筠D(zhuǎn)移至5 mL量瓶中，加甲醇稀釋至刻度，搖勻，即得。

2.1.4 專屬性試驗(yàn) 取上述對(duì)照品溶液、供試品溶液各適量，按“2.1.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣測定，記錄色譜，詳見圖1。結(jié)果表明，供試品色譜圖中，在與黃芪甲苷對(duì)照品保留時(shí)間相應(yīng)的位置上，出現(xiàn)相同的色譜峰，該峰分離度大于1.5；理論板數(shù)按黃芪甲苷峰計(jì)應(yīng)不低于6 000，說明本色譜條件專屬性良好。

2.1.5 線性關(guān)系考察 分別精密吸取“2.1.2”項(xiàng)下對(duì)照品溶液5、10、15、20、25 μL，按“2.1.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣測定，記錄峰面積。以待測成分進(jìn)樣量的對(duì)數(shù)（x，μg）為橫坐標(biāo)、峰面積的對(duì)數(shù)（y）為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得黃芪甲苷回歸方程y=1.40x+3.05（r=0.999 3）。結(jié)果表明，黃芪甲苷進(jìn)樣量的線性范圍為2.465～12.325 μg。

2.1.6 方法學(xué)考察 按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行方法學(xué)試驗(yàn)。結(jié)果表明，精密度、穩(wěn)定性、重復(fù)性試驗(yàn)中黃芪甲苷峰面積的RSD均小于2.00%，表明儀器精密度、溶液穩(wěn)定性、方法重復(fù)性均較好。黃芪甲苷加樣回收率范圍為98.63%～103.02%，RSD為1.96%（n=6）。

2.1.7 耐用性試驗(yàn) 取混合終點(diǎn)樣品（批號(hào)：160203）適量，按“2.1.3”項(xiàng)下方法制備供試品溶液，再按“2.1.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣測定，分別考察不同色譜柱[Agilent 5 TC-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）、WondaCract ODS-2（250 mm×4.6 mm，5 μm）、ACE-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）]、柱溫（±5 ℃）、流動(dòng)相比例（±2%）、流速（±0.2 mL/min）條件下黃芪甲苷的峰面積，各條件平行測定2次。結(jié)果，不同條件下黃芪甲苷峰面積的RSD均小于1.00%，表明本色譜條件在一定波動(dòng)范圍內(nèi)的耐用性良好。

2.1.8 樣品含量測定 取30批混合終點(diǎn)樣品各適量，分別按“2.1.3”項(xiàng)下方法制備供試品溶液，再按“2.1.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣測定，記錄峰面積并計(jì)算樣品含量，結(jié)果見表1。

2.2 混合終點(diǎn)判斷模型的建立與驗(yàn)證

2.2.1 光譜采集 將物料裝入方錐混合機(jī)的混合罐中，將NIR儀通過接口安裝到混合灌進(jìn)料口，混合開始后儀器隨著混合罐一起轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)轉(zhuǎn)速為10 r/min）[9]。當(dāng)物料粉末完全覆蓋采樣窗口，即采樣窗口朝上（180°）時(shí)觸發(fā)NIR儀采集光譜。掃描范圍：1 100～2 300 nm；掃描次數(shù)：200次；分辨率：8 cm-1。

2.2.2 模型建立 利用SNAP光譜分析軟件，采用主成分分析法（PCA）結(jié)合移動(dòng)窗標(biāo)準(zhǔn)偏差法（MBSD）建立在線監(jiān)測物料粉末的混合均勻度的模型，以判斷混合終點(diǎn)。在MBSD計(jì)算過程中，選取n條連續(xù)記錄的光譜作為一個(gè)區(qū)塊，按公式計(jì)算光譜中各個(gè)波長處吸光度的標(biāo)準(zhǔn)偏差（Si）和波長范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的均值（S）。計(jì)算公式：

區(qū)塊每移動(dòng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，即剔除所選光譜中時(shí)間最早的一條光譜，并補(bǔ)充一條新的光譜重新計(jì)算Si和S，以此類推。當(dāng)Si趨于0且逐漸穩(wěn)定時(shí)，認(rèn)為混合過程完成，達(dá)到混合終點(diǎn)。按“2.2.1”項(xiàng)下光譜采集方法，跟蹤3批（批號(hào)：160203、160204、160301）樣品的生產(chǎn)過程，并在線采集這3批樣品混合過程中混合物料的光譜，采用MBSD法建立混合均勻度在線光譜比對(duì)模型進(jìn)行監(jiān)測。3批混合物料的MBSD法在線監(jiān)測結(jié)果見圖2。

由圖2可知，混合開始時(shí)物料的MBSD波動(dòng)劇烈，25 min后MBSD逐漸降低，30 min后MBSD趨于平穩(wěn)，55 min后MBSD再次出現(xiàn)波動(dòng)。提示混合30～50 min時(shí)物料混合均勻度較穩(wěn)定，在30 min時(shí)已混合均勻。

2.2.3 模型驗(yàn)證 混合過程中，混合罐每旋轉(zhuǎn)5 min停止運(yùn)行1次，以取樣探針分別于混合物料的上、下、左、右、前、中、后等7個(gè)位點(diǎn)采集混合物料樣品。當(dāng)混合物料樣品經(jīng)液相分析顯示相同時(shí)間各位點(diǎn)混合物料樣品間黃芪甲苷含量的RSD均小于3.00%時(shí)，提示混合物料樣品已混合均勻[9]。不同時(shí)間各位點(diǎn)混合物料樣品中黃芪甲苷含量的RSD見表2。

結(jié)果顯示，混合0 min時(shí)，黃芪甲苷含量的RSD較大，隨著混合時(shí)間的延長，黃芪甲苷含量的RSD逐漸減少并趨于平穩(wěn)；混合25 min時(shí)，黃芪甲苷含量的RSD接近3.00%，30 min后RSD<3.00%；繼續(xù)混合至55 min時(shí)，黃芪甲苷含量的RSD有回升趨勢。說明物料混合30～50 min時(shí)的混合均勻度較穩(wěn)定，30 min時(shí)可達(dá)到混合終點(diǎn)。NIR法預(yù)測的混合終點(diǎn)與HPLC-ELSD法實(shí)測的混合終點(diǎn)結(jié)果一致，提示所建立的混合終點(diǎn)判斷模型預(yù)測準(zhǔn)確性較高。

2.3 定量模型的建立與驗(yàn)證

2.3.1 光譜采集 按“2.2.1”項(xiàng)下光譜采集方法進(jìn)行操作，并根據(jù)物料觸發(fā)NIR儀采集光譜的時(shí)間，挑選出30批混合終點(diǎn)樣品對(duì)應(yīng)的光譜，其光譜疊加圖見圖3。

2.3.2 光譜預(yù)處理方法的選擇 在建立模型前，需要消除噪音和基線漂移等影響，采用SNAP光譜分析軟件中的光譜處理程序?qū)υ脊庾V進(jìn)行預(yù)處理。常用的預(yù)處理方法有多元散射校正法（MSC）、標(biāo)準(zhǔn)歸一化法（SNV）、一階導(dǎo)數(shù)法（FD）、二階導(dǎo)數(shù)法（SD）、平滑濾波系數(shù)法（SG）等。對(duì)各批混合終點(diǎn)樣品的近紅外原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，比較各處理方法下的黃芪甲苷含量指標(biāo)的校正集內(nèi)部交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)（R2）、校正均方根偏差（RMSEC）及預(yù)測均方根偏差（RMSEP）[10]，詳見表3。

運(yùn)用Unscrambler光譜建模軟件，以偏最小二乘法（PLS）建立NIR定量分析模型[11]。選擇R2、RMSEC、RMSEP為評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)不同模型的準(zhǔn)確性與適用性。其中，R2越接近1，說明NIR預(yù)測值與HPLC-ELSD法實(shí)測值相關(guān)性越好；RMSEC、RMSEP越小，說明所建定量分析模型適用性越強(qiáng)、預(yù)測效果越好。結(jié)果表明，采用FD+SG法預(yù)處理光譜可有效消除顏色差別等因素引起的噪音和基線漂移。預(yù)處理后的近紅外光譜見圖4。

2.3.3 定量模型建立 采用PLS法[12]將含量測定結(jié)果與預(yù)處理光譜進(jìn)行關(guān)聯(lián)，利用CAMO化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件[13]，以交叉-驗(yàn)證法建立定量模型，并采用光譜影響值和化學(xué)值誤差等統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)并剔除NIR預(yù)測值與HPLC-ELSD法實(shí)測值中的異常值。NIR定量模型顯示，黃芪甲苷定量模型的主成分維數(shù)為9，R2為0.954 9，RMSEC為0.039 2，RMSEP為0.042 6。提示，NIR預(yù)測值與HPLC-ELSD法實(shí)測值的相關(guān)性良好，表明模型性能較好。黃芪甲苷含量近紅外模型見圖5。

2.3.4 定量模型驗(yàn)證 在線監(jiān)測5批（批號(hào)：161103、161102、161107、161101、161209）混合終點(diǎn)樣品的混合過程，記錄NIR預(yù)測的混合終點(diǎn)及黃芪甲苷含量結(jié)果，并采集混合罐進(jìn)料口混合物料樣品，采用HPLC-ELSD法測定黃芪甲苷含量，計(jì)算黃芪甲苷含量NIR預(yù)測值與HPLC-ELSD法實(shí)測值的偏差，利用定量模型對(duì)5批混合終點(diǎn)樣品進(jìn)行分析，以驗(yàn)證定量模型預(yù)測的準(zhǔn)確性，結(jié)果見表4[注：偏差=│實(shí)測值-預(yù)測值│/實(shí)測值×100%]。

3 討論

本研究在定量模型驗(yàn)證中采用了HPLC-ELSD法測定精芪雙參膠囊中黃芪甲苷的含量，經(jīng)方法學(xué)驗(yàn)證，各考察項(xiàng)均符合要求。本研究首次建立了精芪雙參膠囊混合過程的NIR在線監(jiān)測模型，結(jié)果表明采用AOTF-NIR法與HPLC-ELSD法判定樣品的混合終點(diǎn)結(jié)果一致，且無需校正，可用于實(shí)時(shí)分析物料的混合均勻度，分析結(jié)果準(zhǔn)確度高，檢測速度快。通過NIR在線監(jiān)測，測得混合30 min后MBSD較低且趨于平穩(wěn)，達(dá)到混合終點(diǎn)。該結(jié)果對(duì)合理調(diào)整工作進(jìn)程、節(jié)省工時(shí)、降低成本具有重要意義。

在混合終點(diǎn)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)行了混合終點(diǎn)樣品中黃芪甲苷含量的快速測定，結(jié)果表明，混合終點(diǎn)樣品中黃芪甲苷含量的NIR在線預(yù)測模型準(zhǔn)確性較高，可用于混合終點(diǎn)樣品的含量預(yù)測，其拓展了自由空間式在線AOTF-NIR儀的使用功能。

綜上所述，AOTF-NIR法可快速判斷精芪雙參膠囊的混合終點(diǎn)，并能夠快速測定混合終點(diǎn)樣品中黃芪甲苷的含量，可提高其混合過程的質(zhì)量控制水平，縮短混合周期。

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（收稿日期：2017-11-13 修回日期：2018-05-05）

（編輯：陳 宏）