近紅外光譜分析技術在化學藥品生產過程中的控制應用

張楠　王立娜　何冰　朱禹霏　楊嬌

摘 要：隨著社會的發展，我國的化學藥品生產行業的發展也越來越迅速。藥品對于國內廣大人民群眾來說是非常重要的，并且根據國內相關的民生新聞來看，近幾年國內的藥品質量相關的事件發生概率仍然是比較高的，這一類事件的發生輕則使得人民群眾產生了一定程度上經濟的損失，重則使得人民群眾的人身安全受到嚴重威脅，因此，現階段提升化學藥品生產質量已經迫在眉睫。所以，在接下來的文章中就將對近紅外光譜分析技術在化學藥品生產過程控制應用進行詳盡闡述，并且試圖提出一定具有建設性的意見或者對策，使化學藥品的質量、生產效率都有一定程度的提升。

關鍵詞：近紅外光譜分析技術;化學藥品生產過程;控制應用

近紅外光譜技術可以從樣本中無損提取出分析信息，可應用于多種化學藥品的真偽鑒別、次品的摻入量預測、化學藥品品種的聚類分析，并能夠快速有效地對化學藥品整體質量進行評價與鑒定，但用于含量較小的組分分析時偏差較大。采用近紅外光譜技術還可以優化化學藥品提取、分離純化過程的提取時間、次數，降低提取物中雜質含量，使化學藥品主要有效成分的提取工藝和分離、除雜過程實現高效與質量可控，從而降低生產成本。

1 近紅外光譜分析技術的涵義以及其特點

1.1 近紅外光譜分析技術定義

近紅外光波長為780-2500nm，其波數約為13000-4000cm-1。近紅外光譜緊靠紅色可見光，穿透能力比波長較長的中、遠紅外要強，因此對固體樣品的檢測要好，近紅外分析用于主要成分分析。近紅外光的能量范圍為大于使分子達到其最低激發振動態（通過基本振動躍遷）所需的能量范圍，小于分子中電子激發躍遷所需的能量，電子躍遷需要吸收200-700納米波長的光，即紫外和可見光。對于有機化合物分子的官能團如-CH、-NH、-SH、-OH振動吸收紅外光譜后，形成倍頻（一倍頻到多倍頻）及組合頻譜帶。NIR吸收帶包含樣品所有成分的化學和物理信息，包括樣品的定性和定量信息。使用NIR光譜的分析方法具有以下顯著的特征：快速（每個樣品1min或更短），無損、無創、探測射線束穿透力強，適用于在線使用，并且樣品制備需求最少。

1.2 近紅外光譜分析技術的特點

一般來說，常規的化學藥品分析技術只能特定地分析某一種化學藥品成分的含量數據，但是近紅外光譜分析技術能夠實現對化學藥品生產過程中的多種成分的檢測，這使得工作時間得到了節省，同時工作效率得到巨大提升，省出人力物力財力能夠購置相關的設備，這于國內制藥廠工作效率是巨大提升，技術的應用使制藥廠工作得到極大的改善。其次，技術應用成本相對較低，近紅外光譜分析技術能夠在光纖上進行使用，使技術應用成本降低。并在應用后，節省人力資源，因為這一技術可實現多條生產線路的樣品在線質量檢測工作。另外，近紅外光譜分析技術的污染也較低，技術應用符合我國可持續發展的標準。傳統化學藥品生產過程的檢驗工作往往會使用到非常多的化學試劑，會產生很多化學廢水，對于環境污染情況非常嚴重的。而這一技術主要利用的是近紅外檢測技術，不需要使用繁多化學試劑，對環境形成保護的效果。

2 近紅外光譜的解析方法

常見的分析方法有透射光譜法、透反射光譜法和反射光譜法。近紅外光譜中720-1100nm，最適合通過厚樣品（例如種子，漿液，液體和糊劑）進行透反射;1200-1850nm，該部分可用于透過液體和薄膜的透射，以及高含水量樣品的漫反射率測量;1850-2500nm，主要用于對地面或固體材料進行漫反射率測量。透反射區域在食品分析中特別受關注，因為它適合測量高水分和高脂肪含量的產品，包括肉、乳制品、果醬和果醬、面團和面糊。

在該區域工作的主要優點是可以使用更長的光程樣本池來收集光譜。通常可以使用10-20mm的光程。這使采樣更加容易，并且無需進行進一步樣品處理即可掃描粘性和非均質樣品。與反射法相比，透射法測量的主要優勢在于，光譜代表整個樣品中組分的變化，不僅是表面。在反射法方面，前1mm占光譜的99%。由于樣品中成分的這種不均勻分布，導致反射光譜無法代表整個樣品特性。近紅外光譜解析原理是將被測樣品的光譜與已知標準樣品的模型庫的光譜數據建立一個關聯。如果被測樣品和模型相同，則知道該樣品的成分，否則通過樣品和模型庫之間的關聯關系，通過數學分析的方法，如回歸分析、最小二乘法、遺傳算法、神經網絡或拓撲分析等，計算出被測樣品某個或多個成分的含量。近紅外光譜定性分析分為判別分析和聚類分析兩類，具體方法有判別分析法（DA）、主成分分析方法（PCA）、馬氏距離方法（MD）及類模型方法（SIMCA）等。其中判別分析方法將樣品不同波長的吸收光譜與模型中的光譜比較，可以確定與測試樣品最相似的已知材料類別，因此該技術被認為適合解決識別的問題。主成分分析的方法（PCA）是降維技術。減少我們對某一個波長吸光度的關注，它僅考慮光譜數據方差，通過將多維數據投影到低得多的維數空間，減少噪聲的影響。馬氏距離的方法（MD）與標準偏差相似，它可以定量測量給定頻譜與中心典型頻譜的偏離量。它主要用于檢測的光譜匹配異常點匹配，以此減少相關性的干擾，判斷樣品屬于哪個類或不屬于哪個類。當然定性分析方法還有很多如模式識別和人工神經網絡等。

3 在線質量控制

化學藥品生產屬于典型化工制造過程，制造工藝較為復雜，最終產品的品質穩定性與生產過程多項工藝參數息息相關。因此，化學藥品生產中提取、濃縮、制劑等環節過程監控非常重要。當前我國多數中藥制藥企業仍然采用傳統的實驗室離線檢測方法，分析結果滯后于生產，缺陷不言而喻。NIR技術可幫助藥企克服傳統檢測手段的缺點。

3.1 提取與純化過程

化學藥品成品中不同有效成分的配比在提取、精制等生產環節中完成，配比比例與藥品的質量直接相關。提取方式依據提取溶劑分類可以分為水提、醇提等，依據提取方法分類可以分為靜態、動態、滲漉、超聲提取、微波萃取、加壓萃取等。目前大部分國內企業僅針對最終產品進行品質檢測，而化學藥品提取過程質量控制手段缺乏，分析結果滯后，缺陷明顯，一旦出現質量問題，整條生產線的產品都將返工甚至銷毀，造成大量人力、物力資源損失。將NIR在線檢測技術應用于化學藥品提取與純化過程，既可保證產品質量，又可以避免能源浪費，降低生產成本。

3.2 濃縮過程

化學藥品提取液中的有效成分含量較低，必須對提取液進行濃縮。濃縮過程的質量控制通常采用檢測水分、主要成分濃度、密度等方式實現，進而實現濃縮過程結束時間的實時響應。精準判斷提取液濃縮終止點對于保障成品品質至關重要。

3.3 光譜技術測定藥物活性成分的含量

藥物所含活性成分多少是藥物的功效的重要因素，因此藥物的療效好與不好取決于藥物所含活性成分的含量。比如說某藥集團藥業有限公司在制造生產羅紅霉素片過程中，通過近紅外光譜分析技術可以時時監測其藥物中活性成分的含量。該藥物活性成分的含量可根據藥廠需求進行調配，目的就是為了保證藥品符合國家標準。

綜上所述，對于近紅外光譜分析技術在化學藥品生產過程控制應用的相關研究和分析了，從文中敘述內容不難看出，近紅外光譜分析技術在制造過程中進行應用之后，這項技術的特性在生產過程中體現出來，例如生產效率提升等，而且這些特點正是現如今化學藥品生產過程中所需要的。因此，這項技術在應用的過程中，相關的工作人員應該做好完善和優化的工作，這對于現階段的化學藥品的生產是非常重要的。

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