注射用阿奇霉素近紅外定量模型的建立

邵志凌 朱 江

(1.中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司 武漢 430000；2.隨州市公共檢驗(yàn)檢測中心 隨州 441300)

近紅外光譜分析具有不破壞樣品[1]、樣品可多次利用，并可對樣品實(shí)現(xiàn)在線質(zhì)量檢測和成分分析等優(yōu)點(diǎn)，是快速分析技術(shù)之一，目前廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。近紅外漫反射光譜譜區(qū)范圍為700～1100nm，它是利用有機(jī)化合物的-OH、-CH、-NH 的倍頻振動在此區(qū)域產(chǎn)生吸收光譜。由于近紅外漫反射區(qū)的吸收峰強(qiáng)度通常較弱，因此適合于主要成分的常量分析[2～3]。化學(xué)計(jì)量學(xué)方法可提取復(fù)雜而譜峰重疊的光譜信息，其中偏最小二乘法(PLS)是最普遍使用的定量分析方法，該方法可有效地除去噪聲，解決光譜共線問題，有效地提取光譜信息[4～5]。本文研究了近紅外漫反射光譜同偏最小二乘法(PLS)相結(jié)合定量分析注射用阿奇霉素。

1 儀器和試劑

MATRIX-F型近紅外分光光度計(jì)，配備OPUS軟件(德國Bruker公司)；注射用阿奇霉素是規(guī)格為0.25g和0.125g兩個(gè)，均符合藥品標(biāo)準(zhǔn)的上市銷售商品；其他試劑均分析純。

2 方法和結(jié)果

2.1 樣品測定

由實(shí)驗(yàn)室提供2018年基本藥物專項(xiàng)檢查品種注射用阿奇霉素的留樣，并附帶每批質(zhì)量報(bào)告[6]。每批樣品含量測定結(jié)果見表1。

表1 14批樣品含量測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.2 NIR光譜采集

取注射用阿奇霉素，用近紅外光譜儀的光纖探頭對準(zhǔn)光滑平整的片面測定。光譜測定條件為：在4000～12000cm-1間掃描，分辨率為8cm-1。每個(gè)樣品重復(fù)測定6次，取平均光譜用于建模。

2.3 光譜預(yù)處理

由于儀器、樣品背景和其他因素的影響，近紅外光譜分析中經(jīng)常出現(xiàn)譜圖的偏移或漂移現(xiàn)象，如果不加處理，會直接影響建立模型的質(zhì)量和未知樣品預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，對光譜的預(yù)處理是十分必要的，常用的光譜預(yù)處理方法為導(dǎo)數(shù)處理。偏最小二乘法利用主成分分析將吸光度矩陣和濃度矩陣先分別分解為特征向量和載荷向量，然后用偏最小二乘法在這些穩(wěn)變量之間建立相互關(guān)系，從而得到吸光度矩陣與濃度矩陣之間的數(shù)學(xué)校正模型。用交互校驗(yàn)法確定最佳主成分?jǐn)?shù)，詳細(xì)原理與算法見文獻(xiàn)[2,5]。采用OPUS5.0軟件包(德國BUREKE公司)，評價(jià)定量分析結(jié)果的誤差采用校正集樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差SEC和預(yù)測集樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差 SEP[2]:

其中c預(yù)是PLS預(yù)報(bào)的濃度值；c參是依據(jù)國家藥典測得的濃度值(mg/mg)；n為樣本數(shù)；m為獨(dú)立變量數(shù)(在此為1)。

2.4 光譜區(qū)間的選擇

為了優(yōu)化光譜范圍，確定最佳的光譜區(qū)間，選定了不同的光譜區(qū)間。通過比較不同PLS數(shù)學(xué)校正模型對注射用阿奇霉素含量的預(yù)測值和參考值的線性回歸方程和相對偏差(SEC和SEP)，可以確定出最佳區(qū)間為9599.7～8793.6 cm-1、7999.1～6394.6cm-1、4801.8～3999.5cm-1。

2.5 基于PLS法建立定量分析模型

在14個(gè)樣本中按照樣本組分含量均勻分布為原則，把14個(gè)樣本中構(gòu)成校正集。基于2.3和2.4項(xiàng)的研究，對14批樣品的平均光譜以多元散射校正法(MSC法)消除漂移，或經(jīng)一階導(dǎo)+矢量歸一處理，9點(diǎn)平滑等預(yù)處理方法，排除光譜中的雜散信號的干擾來優(yōu)化模型。優(yōu)化模型所采用的預(yù)處理方法分析情況統(tǒng)計(jì)，見表2。

表2 優(yōu)化模型所采用的預(yù)處理方法分析情況統(tǒng)計(jì)

由表2可知，采用預(yù)處理方法：最大-最小矢量歸一化，能有效的降低雜散信號干擾，同時(shí)保留了更多的有效信息。將9批建模樣品采用內(nèi)部交叉驗(yàn)證和將9批建模樣品(隨機(jī)選擇10%作為校正組)進(jìn)行外部交叉驗(yàn)證的結(jié)果較好，因此采用最大-最小矢量歸一化的預(yù)處理方法來建立注射用阿奇霉素定量模型。采用最大-最小矢量歸一化后建立的模型，進(jìn)行內(nèi)、外部交叉驗(yàn)證的結(jié)果見圖1～2。

圖1 內(nèi)部交叉驗(yàn)證結(jié)果

圖2 外部交叉驗(yàn)證結(jié)果

2.6 模型的評價(jià)

在OPUS 5.0軟件中，取2.5建立的模型，對實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)的驗(yàn)證集樣本預(yù)測含量。結(jié)果比對通過近紅外建立的定量模型對注射用阿奇霉素含量的預(yù)測和真實(shí)值的平均誤差小于3%，說明模型能有效地預(yù)測注射用阿奇霉素的含量。

3 結(jié)論

PLS法同近紅外漫反射漫反射光譜法結(jié)合，無損非破壞定量分析注射用阿奇霉素藥品是可行的，同常規(guī)測定方法相比，速度快而簡便。一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)處理方法都能在一定程度上降低誤差，但用最大-最小矢量歸一化處理光譜后的PLS數(shù)學(xué)校正模型最好。同時(shí)，通過采用選取有利波段，提高了定量分析的精度，具有可行性，在應(yīng)用中有參考價(jià)值。