近红外光谱法

1、近红外分光光度法（近红外分光光度法（NIR）技术简介）技术简介一、一、概述概述v近红外光区（近红外光区（near infrared，NIR）是指波长在）是指波长在7802526nm的电磁波，是人们最早发现的非可的电磁波，是人们最早发现的非可见光区域，距今已有近见光区域，距今已有近200多年的历史。多年的历史。v进入进入80年代后期，近红外光谱分析技术迅速得到推年代后期，近红外光谱分析技术迅速得到推广，成为一门独立的分析技术，有关近红外光谱的广，成为一门独立的分析技术，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长，在药学领域也已研究及应用文献几乎呈指数增长，在药学领域也已有大量文献介绍近红外光谱

2、分析技术的应用。有大量文献介绍近红外光谱分析技术的应用。 n通过测定被测物质在近红外谱区的特征光谱并利用适通过测定被测物质在近红外谱区的特征光谱并利用适宜的化学计量学方法提取相关信息后，对被测物质进宜的化学计量学方法提取相关信息后，对被测物质进行定性、定量分析的一种分析技术。行定性、定量分析的一种分析技术。n近红外分光光度法具有快速、准确、对样品无破坏的近红外分光光度法具有快速、准确、对样品无破坏的检测特性，可广泛应用于药品的理化分析、包括检测特性，可广泛应用于药品的理化分析、包括“离离线线”供试品的检测和直接对供试品的检测和直接对“在线在线”样品进行检测样品进行检测n国外药典收载情况：国外药

3、典收载情况：USP、BP、EPv 中国药典中国药典2005版首次收载版首次收载 附录附录XIXK 近红外分光光度法指导原则近红外分光光度法指导原则NIR的特点的特点v分析速度快，分析效率高分析速度快，分析效率高v适用的样品范围广（液体、固体、半固体和适用的样品范围广（液体、固体、半固体和胶状体）胶状体）v样品一般不需要预处理，分析成本较低样品一般不需要预处理，分析成本较低v测试重现性好测试重现性好v不破坏样品，应用在活体分析和医药临床领不破坏样品，应用在活体分析和医药临床领域域v不适合痕量分析以及分散性样品的分析不适合痕量分析以及分散性样品的分析二、基本原理二、基本原理 1 1、波长范围波长范

4、围 约在约在780 2500nm （波数约为（波数约为128004000cm-1）v 2 2、分子的不同振动形式、分子的不同振动形式 对称伸缩振动-非对称伸缩振动-摇摆振动-摇摆振动-弯曲振动-剪切振动 3 3、近红外光与物质的作用形式、近红外光与物质的作用形式v 真溶液、乳浊液真溶液、乳浊液v 近红外光照射到透明真溶液上，光在试样中透射时发生吸收，近红外光照射到透明真溶液上，光在试样中透射时发生吸收，分析光在样品中经过的路程（光程）一定，透射光的强度与分析光在样品中经过的路程（光程）一定，透射光的强度与样品中组分浓度的关系符合样品中组分浓度的关系符合Beer定律，用于测定时称为定律，用于测定

5、时称为透透射分析测定法射分析测定法；v 近红外光照射到乳浊液上，因为样品是浑浊的，样品中含有近红外光照射到乳浊液上，因为样品是浑浊的，样品中含有对光产生散射的颗粒，光在试样中透射时，除发生吸收外还对光产生散射的颗粒，光在试样中透射时，除发生吸收外还会发生多次散射，光在样品中经过的路程不确定，透射光的会发生多次散射，光在样品中经过的路程不确定，透射光的强度与样品浓度间的关系不符合强度与样品浓度间的关系不符合Beer定律，用于测定时称定律，用于测定时称为为漫透射分析测定法漫透射分析测定法（也可用于固体、半固体分析）。（也可用于固体、半固体分析）。v固体、半固体固体、半固体 v发生镜面反射、漫反射、

6、吸收、透射、折射、发生镜面反射、漫反射、吸收、透射、折射、散射等作用方式散射等作用方式近红外光与固体样品作用示意图近红外光与固体样品作用示意图1镜面反射；镜面反射；2漫反射；漫反射；3吸收；吸收；4透射；透射；5折射；折射；6散射散射样品对光漫反射示意图样品对光漫反射示意图S镜面反射；镜面反射；D漫反射漫反射4 4、近红外、近红外光谱常规分析方法光谱常规分析方法a：透射式：透射式 b：漫反射式：漫反射式 c：漫透射式：漫透射式1：光源：光源 2：单色器：单色器 3：样品：样品 4：检测器：检测器v透射分析和漫透射分析测定光源与检测器处在样品的两侧；透射分析和漫透射分析测定光源与检测器处在样品的

7、两侧；v漫反射漫反射分析测定光源与检测器处在样品的两侧分析测定光源与检测器处在样品的两侧v含氢基团，包括：含氢基团，包括：C-H（甲基、亚甲基、甲氧基、（甲基、亚甲基、甲氧基、芳基等），羟基芳基等），羟基O-H(羧基等羧基等)，巯基，巯基S-H，氨基，氨基N-H（伯胺、仲胺、叔胺和铵盐等）等。（伯胺、仲胺、叔胺和铵盐等）等。v合频近红外谱带位于合频近红外谱带位于20002500nm处，一级处，一级倍频位于倍频位于14001800nm处，二级倍频位于处，二级倍频位于9001200nm处，三级和四级或更高级倍频处，三级和四级或更高级倍频则位于则位于780900nm处。处。5 5、有机化合物的近红外

8、光谱谱带归属、有机化合物的近红外光谱谱带归属不同化合物基团在近红外区的吸收谱带不同化合物基团在近红外区的吸收谱带不同化合物基团在近红外区的吸收谱带不同化合物基团在近红外区的吸收谱带 v分子振动从基态向高能级跃迁时产生的；记录分子振动从基态向高能级跃迁时产生的；记录的主要是含氢基团的主要是含氢基团 CH、OH、NH、SH的的倍频和合频吸收倍频和合频吸收。v不同基团或同一基团在不同化学环境中的近红不同基团或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别。外吸收波长与强度都有明显差别。v具有丰富的具有丰富的结构和组成信息结构和组成信息，非常适合用于，非常适合用于碳碳氢有机物质氢有机物质的

9、组成性质测量。的组成性质测量。 6 6、近红外光谱定量分析依据、近红外光谱定量分析依据v 对于透明真溶液，近红外透射光谱符合朗伯对于透明真溶液，近红外透射光谱符合朗伯-比尔定律。比尔定律。v 漫反射分析定量公式漫反射分析定量公式 漫反射吸光度漫反射吸光度A和和K/S的关系的关系SKbaA使用反射吸光度时的光谱加和性使用反射吸光度时的光谱加和性v对于含对于含n种组分的混合样品，由于各组分分子对种组分的混合样品，由于各组分分子对光的吸收和散射是相互独立的，因此可得吸光系光的吸收和散射是相互独立的，因此可得吸光系数的加和性，即任一波长数的加和性，即任一波长处混合物样品总的吸处混合物样品总的吸光系数光

10、系数Kmix等于各组分吸光系数之和。等于各组分吸光系数之和。nnnmixCCCKKKK221121v近红外漫反射光谱不具备光谱吸光度的加和性。近红外漫反射光谱不具备光谱吸光度的加和性。v近红外漫反射光谱不能像经典多组分分析那样通近红外漫反射光谱不能像经典多组分分析那样通过光谱吸光度的加和性建立并解联立方程组，解过光谱吸光度的加和性建立并解联立方程组，解得各组分的浓度）来实现多组分分析。得各组分的浓度）来实现多组分分析。三、三、 近红外漫光谱分析中常用的计算方法近红外漫光谱分析中常用的计算方法v对特定的样品体系，近红外光谱特征峰的分析需要对特定的样品体系，近红外光谱特征峰的分析需要通过对光谱的处

11、理减少以至消除各方面因素对光谱通过对光谱的处理减少以至消除各方面因素对光谱信息的干扰，再从差别甚微的光谱信息中提取样品信息的干扰，再从差别甚微的光谱信息中提取样品的定性或定量信息。的定性或定量信息。NIR技术的技术的基本构成基本构成近红外光谱仪近红外光谱仪化学计量学软件化学计量学软件模型模型v近红外光谱分析常用的计算方法为多元校正方法近红外光谱分析常用的计算方法为多元校正方法主要包括：主要包括： 多元线性回归（多元线性回归（Multivarate Linear Regression，MLR） 主成分分析（主成分分析（Principle Component Analysis，PCA） 主成分回归

12、（主成分回归（Principle Component Regression，PCR） 偏最小二乘法（偏最小二乘法（Partial Least Squire，PLS） 人工神经网络（人工神经网络（Artificial Neutral Networks，ANN）方法等。）方法等。 MIR、PCR和和PLS属线性回归方法，主要用于样品的质量属线性回归方法，主要用于样品的质量参数为线性关系的关联。参数为线性关系的关联。 MLR方法计算简单，物理意义明确，易于理解，但对参加方法计算简单，物理意义明确，易于理解，但对参加关联的变量（如波长通道）数目有限制。由于仅使用几个关联的变量（如波长通道）数目有限制。

13、由于仅使用几个波长下的光谱数据，这样常常会丢失许多光谱信息。建立波长下的光谱数据，这样常常会丢失许多光谱信息。建立MLR模型要求训练集样品的个数多于变量数目，即使这模型要求训练集样品的个数多于变量数目，即使这样，它仍对许多质量参数均获得较好的结果。样，它仍对许多质量参数均获得较好的结果。 MLR方法计算简单，物理意义明确，易于理解，但对参加方法计算简单，物理意义明确，易于理解，但对参加关联的变量（如波长通道）数目有限制。由于仅使用几个关联的变量（如波长通道）数目有限制。由于仅使用几个波长下的光谱数据，这样常常会丢失许多光谱信息。建立波长下的光谱数据，这样常常会丢失许多光谱信息。建立MLR模型要

14、求训练集样品的个数多于变量数目，即使这模型要求训练集样品的个数多于变量数目，即使这样，它仍对许多质量参数均获得较好的结果。样，它仍对许多质量参数均获得较好的结果。四、近红外分光光度分析方法四、近红外分光光度分析方法样品集选择样品集选择用标准方法测定样品用标准方法测定样品测量光谱数据测量光谱数据光谱预处理光谱预处理波长选择波长选择建模建模模型验证模型验证1.样品集选择样品集选择v首先搜集一批样品，再精选代表性样品，并首先搜集一批样品，再精选代表性样品，并将样品集分为校正集和验证集。将样品集分为校正集和验证集。v用来建立模型的校正集样品应涵盖以后要分用来建立模型的校正集样品应涵盖以后要分析样品的范

15、围。析样品的范围。v校正集中应包含除待测成分以外所有的背景校正集中应包含除待测成分以外所有的背景信息；使校正产生的数学模型能将这些背景信息；使校正产生的数学模型能将这些背景加以扣除。加以扣除。2.用标准方法测定样品用标准方法测定样品v对一个模型，有必要选用一个为大家所接对一个模型，有必要选用一个为大家所接受的、权威的参考方法，对样品的组成或受的、权威的参考方法，对样品的组成或性质进行分析，并用测量结果和对应的光性质进行分析，并用测量结果和对应的光谱建立模型。谱建立模型。v在验证模型时，使用模型预测验证集样品，在验证模型时，使用模型预测验证集样品，将预测值和已知值比较，来验证模型预测将预测值和已

16、知值比较，来验证模型预测的准确性。的准确性。3.测量光谱数据测量光谱数据v透射光谱法：适透射光谱法：适用于透明样品的分析用于透明样品的分析，定，定量量关系符合比尔定律关系符合比尔定律。v漫透射光谱法：适用于能对光产生散射效漫透射光谱法：适用于能对光产生散射效应的样品的分析，比尔定律不适用。（如应的样品的分析，比尔定律不适用。（如乳液体系）乳液体系）v漫反射光谱法：几乎适用于各类样品的分漫反射光谱法：几乎适用于各类样品的分析，如不透明、固体、半固体样品的分析。析，如不透明、固体、半固体样品的分析。 NIR光谱仪光谱仪v光源：溴钨灯、发光二极管光源：溴钨灯、发光二极管v分光系统：滤光片、光栅、干涉

17、仪、声光可调滤分光系统：滤光片、光栅、干涉仪、声光可调滤光器光器v载样器件：载样器件： 液体样品：石英或玻璃样品池液体样品：石英或玻璃样品池 固体样品：积分球或特定的漫反射载样器件固体样品：积分球或特定的漫反射载样器件 光纤：定位或在线分析中光纤：定位或在线分析中v检测器检测器v数据处理分析系统数据处理分析系统4.光谱预处理光谱预处理v吸收强度较弱吸收强度较弱v信噪比低信噪比低v样品状态、测量条件等造成的样品状态、测量条件等造成的光谱不确定性光谱不确定性v背景复杂、谱峰重叠背景复杂、谱峰重叠现代近红外光谱分析的信息处理技现代近红外光谱分析的信息处理技术术导数光谱导数光谱v导数光谱可有效地消除基

18、线和其它背景的导数光谱可有效地消除基线和其它背景的干扰，分辨重叠峰，提高分辨率和灵敏度。干扰，分辨重叠峰，提高分辨率和灵敏度。v但它同时会引入噪声，降低信噪比。但它同时会引入噪声，降低信噪比。平滑算法平滑算法v常用的信号平滑方法有移动平均平滑法和常用的信号平滑方法有移动平均平滑法和Savitzky-Golay 卷积平滑法。卷积平滑法。v平滑处理涉及处理窗口的大小，较大的平平滑处理涉及处理窗口的大小，较大的平滑点数可以使信噪比提高，但同时也会导滑点数可以使信噪比提高，但同时也会导致信号的失真。致信号的失真。多元散射校正多元散射校正MSCv主要是消除颗粒分布不均匀及颗粒大小产生的散主要是消除颗粒分

19、布不均匀及颗粒大小产生的散射影响射影响v经过散射校正后的光谱有效地消除了原始光谱由经过散射校正后的光谱有效地消除了原始光谱由于颗粒度及装样误差所导致的基线平移和非线性于颗粒度及装样误差所导致的基线平移和非线性影响影响人参总皂甙近红外光谱及定标建模分析人参总皂甙近红外光谱及定标建模分析5.波长选择波长选择v建模波段过宽，必然包含大量冗余信息，波段建模波段过宽，必然包含大量冗余信息，波段选择有利于简化模型，提高模型预测精度。选择有利于简化模型，提高模型预测精度。v由于各成分分子结构存在差异，使得各自对应由于各成分分子结构存在差异，使得各自对应的最优建模波段并不相同。的最优建模波段并不相同。v分段波

20、长的组合，也可以是连续全光谱，或区分段波长的组合，也可以是连续全光谱，或区域光谱波长。域光谱波长。 近红外光谱法测定复方丹参滴丸中的近红外光谱法测定复方丹参滴丸中的3 种有效成分种有效成分建模主成分数的选择建模主成分数的选择v在建模过程中，采用不同的主成分数，模型的预在建模过程中，采用不同的主成分数，模型的预测能力也会有较大的差异。测能力也会有较大的差异。v因此合理确定参加建模的主成分数是充分利用光因此合理确定参加建模的主成分数是充分利用光谱信息和滤除噪音的有效方法之一。谱信息和滤除噪音的有效方法之一。v预测残差平方和法（预测残差平方和法（PRESS）：使用一定数目）：使用一定数目的主成分建立

21、模型，然后用这个模型对参加建模的主成分建立模型，然后用这个模型对参加建模的每个样品进行预测，计算的每个样品进行预测，计算PRESS值。值。PRESS越小，说明模型的预测能力越好。使用越小，说明模型的预测能力越好。使用PRESS对主成分数作图，确定最佳主成分数。对主成分数作图，确定最佳主成分数。6.建模建模v建立建立样品光谱样品光谱与与质量参数质量参数之间的对应之间的对应关系（称为校正模型）。关系（称为校正模型）。v定性（分类）定性（分类）v定量（回归）定量（回归）建立定性模型的方法建立定性模型的方法 v有监督的模式识别：有监督的模式识别：PCAv无监督的模式识别：无监督的模式识别：LDA、SI

22、MCA、ANN、SVM定性模型的应用：定性模型的应用：v鉴别和定性鉴别和定性 原料药的鉴别、原料药的鉴别、 赋形剂和活性成分的控赋形剂和活性成分的控制制 、中间体的质量控制、图谱库的优化和、中间体的质量控制、图谱库的优化和建立建立v多晶形（多晶形（PolymorphismPolymorphism）v其他其他 : :产地、假药鉴别、指纹图谱、药物产地、假药鉴别、指纹图谱、药物混合均匀度的监控、生物技术产品混合均匀度的监控、生物技术产品v度度7.模型验证模型验证v对建立的校正模型必须通过对建立的校正模型必须通过样本的测量，样本的测量， 来来评价模型的好坏。评价模型的好坏。v校正集预测误差均方根校正

23、集预测误差均方根RMSEC：用于衡量：用于衡量样样品预测结果的准确性。品预测结果的准确性。v验证集预测误差均方根验证集预测误差均方根RMSEP：用于衡量：用于衡量样样品预测结果的准确性。品预测结果的准确性。v相关系数相关系数R2：表示样品预测值与理论值的相关程度。：表示样品预测值与理论值的相关程度。近红外光谱定量分析的流程与步骤近红外光谱定量分析的流程与步骤 v 拓扑学方法和拓扑学方法和ANN方法等常用于非线性关系的方法等常用于非线性关系的关联。关联。v ANN和和PLS方法结合使用，可改善数据关联的方法结合使用，可改善数据关联的能力。能力。建立定量模型的方法建立定量模型的方法vMLR只要知道

24、混合物中某些组分的浓度或性质，就只要知道混合物中某些组分的浓度或性质，就可以建立复杂体系的校正模型。但是仅适用几个波可以建立复杂体系的校正模型。但是仅适用几个波长下的光谱数据，常常会丢失许多光谱信息。长下的光谱数据，常常会丢失许多光谱信息。vPLSR该法是一种全光谱分析方法，并能滤去原始数该法是一种全光谱分析方法，并能滤去原始数据噪音，提高信噪比，据噪音，提高信噪比， 解决交互影响的非线性问题。解决交互影响的非线性问题。vPCR不需要知道校正样品中的所有组分浓度，就可不需要知道校正样品中的所有组分浓度，就可以建立被测组分的校正模型，某些主成分与组分浓以建立被测组分的校正模型，某些主成分与组分浓

25、度无任何关系度无任何关系vANN其抗干扰、抗噪音及强大的非线性转换能力，其抗干扰、抗噪音及强大的非线性转换能力， 对于某些特殊情况，对于某些特殊情况，ANN会得到更小的校正误差和会得到更小的校正误差和预测误差。预测误差。定量模型的应用定量模型的应用v物理参数：硬度、粒度、溶解度物理参数：硬度、粒度、溶解度v多晶形测定多晶形测定v水分测定水分测定v含量测定含量测定v冻干粉冻干粉v生物技术生物技术v其他：药物包装的厚度其他：药物包装的厚度优点：优点：v（1）快速，通常）快速，通常30秒内就可给出分析结果，可秒内就可给出分析结果，可进行在线分析；进行在线分析；v（2）制样简单；）制样简单；v（3）信

26、息量大，可同时测定多组分；）信息量大，可同时测定多组分；v（4）经定标建模后，无须用其他常规化学分析）经定标建模后，无须用其他常规化学分析手段，不使用有毒有机手段，不使用有毒有机 试剂，无污染；试剂，无污染；v（5）非破坏性分析，可实现产品的无损质量检）非破坏性分析，可实现产品的无损质量检测；测；v（6）可使用光纤，从而可实现远程分析检测。）可使用光纤，从而可实现远程分析检测。v（1）建立模型需要大量有代表性且化学值已知）建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品；的样品； v（2）模型需要不断的维护改进）模型需要不断的维护改进 ；v（3）近红外测定精度与参比分析精度直接相关，）近红外测定精度

27、与参比分析精度直接相关，在参比方法精度不够的情况下，无法得到满意结在参比方法精度不够的情况下，无法得到满意结果。果。 缺点：测定方法：测定方法： 透射光谱法和反射光谱法透射光谱法和反射光谱法v透射光谱法透射光谱法 把待测样品置于作用光与检测器之间，检测器所把待测样品置于作用光与检测器之间，检测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子相互作用的光。相互作用的光。 若样品是透明的真溶液，则分析光在样品中经过若样品是透明的真溶液，则分析光在样品中经过的路程一定，透射光的强度与样品组分浓度由比的路程一定，透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决定。耳定律决

28、定。 反射光谱法反射光谱法 检测器与光源置于待测样品的同一侧，检测器检检测器与光源置于待测样品的同一侧，检测器检测到的分析光是光源发出的作用光投射到物体后，测到的分析光是光源发出的作用光投射到物体后，以各种方式反射回来的光。以各种方式反射回来的光。 物体对光的反射分为物体对光的反射分为规则反射光规则反射光（镜面反射）与（镜面反射）与漫反射漫反射。 规则反射光规则反射光指在物体表面按入射角等于反射角的指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生的反射。反射定律发生的反射。 漫反射漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后，在是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后，在物体表面或内部发生的方向不定的反射。物体

29、表面或内部发生的方向不定的反射。功能：功能： 定性分析和定量分析定性分析和定量分析v定性分析定性分析 利用模式识别与聚类的一些算法，主要用于鉴定。利用模式识别与聚类的一些算法，主要用于鉴定。 在模式识别运算时需要有一组用于计算机在模式识别运算时需要有一组用于计算机“学习学习”的样品的样品集，通过计算机运算，得出学习样品在数学空间的范围，集，通过计算机运算，得出学习样品在数学空间的范围，对未知样品运算后，若也在此范围内，则该样品属于学习对未知样品运算后，若也在此范围内，则该样品属于学习样品集类型，反之则否定。样品集类型，反之则否定。 聚类运算时不需学习样品集，它通过待分析样品的光谱特聚类运算时不

30、需学习样品集，它通过待分析样品的光谱特征，根据光谱近似程度进行分类。征，根据光谱近似程度进行分类。 定量分析定量分析v近红外光谱分析与其它吸收光谱按照比耳定律作近红外光谱分析与其它吸收光谱按照比耳定律作定量分析类似。定量分析类似。v作常规光谱定量分析时，需要建立光谱参数与样作常规光谱定量分析时，需要建立光谱参数与样品含量间的关系（标准曲线）。品含量间的关系（标准曲线）。v对复杂样品作近红外光谱定量分析时，为了解决对复杂样品作近红外光谱定量分析时，为了解决近红外谱区重叠与谱图测定不稳定的问题，必须近红外谱区重叠与谱图测定不稳定的问题，必须充分应用全光谱的信息。充分应用全光谱的信息。 应用范围应用

31、范围v食品食品 酒制品、饮料、调味品、乳制品、食用油、酒制品、饮料、调味品、乳制品、食用油、烘焙食品、肉类等烘焙食品、肉类等v 成分鉴别、产地鉴别、真伪鉴别成分鉴别、产地鉴别、真伪鉴别v农牧农牧 谷类作物、烟草、咖啡、水果、蔬菜、茶谷类作物、烟草、咖啡、水果、蔬菜、茶叶等叶等 v 成分鉴别、成熟度、品质分级、品种鉴定、成分鉴别、成熟度、品质分级、品种鉴定、产地鉴别、真伪鉴别产地鉴别、真伪鉴别v石油炼制石油炼制 原油、天然气、汽油等原油、天然气、汽油等v 成分鉴别、重整成分鉴别、重整主成分分析主成分分析 PCAPCAv将多波长下的光谱数据压缩到有限的几个将多波长下的光谱数据压缩到有限的几个因子空

32、间内，再通过样品在各因子空间的因子空间内，再通过样品在各因子空间的得分确定其归属类别。得分确定其归属类别。v 基本的降维及显示技术基本的降维及显示技术五、五、 附录附录XIXK 近红外分光光度法指导原则近红外分光光度法指导原则v 定义及收载背景定义及收载背景n通过测定被测物质在近红外谱区（波长约在780 2500nm，波数约为128004000cm-1）的特征光谱并利用适宜的化学计量学方法提取相关信息后，对被测物质进行定性、定量分析的一种分析技术n近红外分光光度法具有快速、准确、对样品无破坏的检测特性，可广泛应用于药品的理化分析、包括“离线”供试品的检测和直接对“在线”样品进行检测n国外药典收

33、载情况：USP、BP、EPv 应用范围应用范围n化学分析n定性分析n定量分析n过程控制 附录附录XIXK 近红外分光光度法指导原则（续）近红外分光光度法指导原则（续）v 应用范围应用范围n化学分析化学分析n定性分析：可对药品的活性成分、辅料、制剂、中间产物、定性分析：可对药品的活性成分、辅料、制剂、中间产物、 化学原料以及包装材料进行鉴别化学原料以及包装材料进行鉴别n定量分析：可定量测定活性成分和辅料；测定某些脂肪类化定量分析：可定量测定活性成分和辅料；测定某些脂肪类化 合物的化学值，如羟值、碘值和酸值等，水分测合物的化学值，如羟值、碘值和酸值等，水分测 定，羟基化程度测定以及溶剂量的控制定，

34、羟基化程度测定以及溶剂量的控制n过程控制过程控制n物理分析物理分析n晶型和结晶性、多晶性、假多晶性和粒度测定晶型和结晶性、多晶性、假多晶性和粒度测定n溶出行为、崩解模式、硬度测定溶出行为、崩解模式、硬度测定n薄膜包衣性质检测薄膜包衣性质检测n制剂过程控制，如对混合制粒过程的监测制剂过程控制，如对混合制粒过程的监测 附录附录XIXK 近红外分光光度法指导原则（续）近红外分光光度法指导原则（续）v 仪器及其性能指标的控制仪器及其性能指标的控制n仪器：由光源、单色器（或干涉仪）、检测器、数据 处理和评价系统等组成n指标控制：波长、光度线性、噪声v 测量模式：测量模式： 透射式测量透光率（T） 漫反射

35、模式测量反射率（R）v 影响近红外光谱的主要因素：影响近红外光谱的主要因素：样品的温度、样品的含水量和残留溶剂、样品的厚度、样品的化学性质、多晶型和样品的实际贮存时间等附录附录XIXK 近红外分光光度法指导原则（续）近红外分光光度法指导原则（续）v 应用近红外分光光度法进行分析的基本要求应用近红外分光光度法进行分析的基本要求n定性分析：首先建立参数谱库，然后进行数据预处定性分析：首先建立参数谱库，然后进行数据预处 理和数据评估，最后对数据库的专属性和理和数据评估，最后对数据库的专属性和 耐用性进行验证耐用性进行验证n定量分析：首先建立一个校正模型的参考谱库，然后定量分析：首先建立一个校正模型的

36、参考谱库，然后 进行数据的预处理，最后进行方法学验证进行数据的预处理，最后进行方法学验证五、近红外分光光度法在药品生产中的应用五、近红外分光光度法在药品生产中的应用1、对生产原料的质量评价、对生产原料的质量评价v 药物加工过程中第一步就是原料的鉴定，近红外光谱分析药物加工过程中第一步就是原料的鉴定，近红外光谱分析通过光导纤维将传感探头与近红外分析仪相连接，可以在通过光导纤维将传感探头与近红外分析仪相连接，可以在原料进入生产车间时，立刻检测每种每批生产原料的质量，原料进入生产车间时，立刻检测每种每批生产原料的质量，整个定性定量分析可以在很短时间内完成，真正保证了产整个定性定量分析可以在很短时间内

37、完成，真正保证了产品质量。品质量。v 同一类型的原料中多变因素主要是湿度和颗粒大小，近同一类型的原料中多变因素主要是湿度和颗粒大小，近红外光谱在湿度测定中的灵敏度及其适于固体表面的表征红外光谱在湿度测定中的灵敏度及其适于固体表面的表征的特性，使它能够很快地得到样品的湿度和颗粒大小的信的特性，使它能够很快地得到样品的湿度和颗粒大小的信息，然后将原料进行分类。息，然后将原料进行分类。v 该方法与传统的中红外光谱和湿化学方法相比，在该方法与传统的中红外光谱和湿化学方法相比，在1年内年内可节省几百个工时。可节省几百个工时。 2、 对药物制剂的分析对药物制剂的分析对固体制剂的分析对固体制剂的分析v 固体

38、药剂是很重要的一类药剂，大部分药剂都是固体剂，固体药剂是很重要的一类药剂，大部分药剂都是固体剂，如片剂、丸剂、散剂、胶囊剂及颗粒剂等。固体的物理性如片剂、丸剂、散剂、胶囊剂及颗粒剂等。固体的物理性质如颗粒大小、湿度及结晶度等对药物的稳定性、溶解性质如颗粒大小、湿度及结晶度等对药物的稳定性、溶解性及在人体内的吸收及生理获得性（及在人体内的吸收及生理获得性（Bioavailability）等）等都有很大的影响，因此在药物的配方和加工过程中，固体都有很大的影响，因此在药物的配方和加工过程中，固体药剂的物理表征就至关重要。药剂的物理表征就至关重要。v 近红外光谱在固体药剂物理表征方面的应用是该技术在制

39、近红外光谱在固体药剂物理表征方面的应用是该技术在制药工业中最成功的应用。由于近红外光在固体中的穿透程药工业中最成功的应用。由于近红外光在固体中的穿透程度相对较深以及其容易采用反射技术的特点，使它成功地度相对较深以及其容易采用反射技术的特点，使它成功地用于固体药剂的各种物理化学性质如湿度、含量均一性、用于固体药剂的各种物理化学性质如湿度、含量均一性、颗粒大小分布、结晶度及硬度的定量表征。颗粒大小分布、结晶度及硬度的定量表征。v 固体药剂一般是通过磨碎、混合、制粒、压片或装入胶囊固体药剂一般是通过磨碎、混合、制粒、压片或装入胶囊及包装等过程制备的，各种固体原料的颗粒大小及分布会及包装等过程制备的，

40、各种固体原料的颗粒大小及分布会影响每一步加工过程及最终的产率，因此实时测定和控制影响每一步加工过程及最终的产率，因此实时测定和控制每一步加工过程中固体原料的颗粒大小及分布对配方和加每一步加工过程中固体原料的颗粒大小及分布对配方和加工过程都非常重要。工过程都非常重要。v 由于近红外光很容易被颗粒散射，使得近红外光谱结合漫由于近红外光很容易被颗粒散射，使得近红外光谱结合漫反射技术可以快速、非破坏性测定固体药剂中各种成分包反射技术可以快速、非破坏性测定固体药剂中各种成分包含活性组分、配剂及赋形剂的颗粒大小及分布。孙美玲等含活性组分、配剂及赋形剂的颗粒大小及分布。孙美玲等应用近红外漫反射技术成功地测定

41、了铝塑包装盐酸氨溴索应用近红外漫反射技术成功地测定了铝塑包装盐酸氨溴索片及中间体与克拉霉素胶囊中的主成分含量。片及中间体与克拉霉素胶囊中的主成分含量。v 大部分药物都可以形成几种结晶形式或多晶形，当化学性质相同时，大部分药物都可以形成几种结晶形式或多晶形，当化学性质相同时，不同的结晶形式所处的能级不同，这种能级差将影响药物的溶剂化作不同的结晶形式所处的能级不同，这种能级差将影响药物的溶剂化作用，亦即影响药物的溶解速度，从而使病人对药物的吸收速度也不相用，亦即影响药物的溶解速度，从而使病人对药物的吸收速度也不相同。最常用的晶形测定方法是热分析法，该方法的缺点是样品用量少，同。最常用的晶形测定方法

42、是热分析法，该方法的缺点是样品用量少，这就需要从极少量样品的分析结果得出整个样品的结构信息，误差较这就需要从极少量样品的分析结果得出整个样品的结构信息，误差较大；另外，该方法需要毁坏样品，因而不能重复测定同一样品。大；另外，该方法需要毁坏样品，因而不能重复测定同一样品。v 中红外光谱在测定样品的结构信息方面非常有用，但由氢键效应引起中红外光谱在测定样品的结构信息方面非常有用，但由氢键效应引起的二级和三级结构信息只有在近红外区才能观察到。另外，中红外技的二级和三级结构信息只有在近红外区才能观察到。另外，中红外技术所采用的各种样品处理方法术所采用的各种样品处理方法 如磨碎或溴化钾压片都会破坏样品的

43、如磨碎或溴化钾压片都会破坏样品的晶体结构，而且磨碎过程中加入的热能也会改变样品的结晶形式。晶体结构，而且磨碎过程中加入的热能也会改变样品的结晶形式。v 近红外光谱可以无需特殊的样品近红外光谱可以无需特殊的样品 制备过程制备过程 ，很容易区别固体药剂中，很容易区别固体药剂中各种结晶形式，同时测定其光学异构体的含量。与多元线性回归方法各种结晶形式，同时测定其光学异构体的含量。与多元线性回归方法相结合，近红外光谱是一种最佳的非破坏性质量控制手段，用于测定相结合，近红外光谱是一种最佳的非破坏性质量控制手段，用于测定光活性物质的异构体纯度。光活性物质的异构体纯度。v 近红外光谱在固体药剂的物理表征方面的

44、应用还有湿度、近红外光谱在固体药剂的物理表征方面的应用还有湿度、混合均匀性、密度、粘度、硬度及片剂镀膜的分析测定等。混合均匀性、密度、粘度、硬度及片剂镀膜的分析测定等。由于其非破坏性的特点，用该方法分析完的样品可以继续由于其非破坏性的特点，用该方法分析完的样品可以继续进行进行 其它分析测定，或包装后再销售。其它分析测定，或包装后再销售。v 早期的近红外在固体制剂分析都是利用溶剂将药物从制剂早期的近红外在固体制剂分析都是利用溶剂将药物从制剂中提取出来以后，再进行近红外光谱的测定和处理，再得中提取出来以后，再进行近红外光谱的测定和处理，再得到分析结果。近红外光谱分析在药学中应用的又一次飞跃到分析结

45、果。近红外光谱分析在药学中应用的又一次飞跃是将其直接用于固体样品的分析，而不需要将固体样品转是将其直接用于固体样品的分析，而不需要将固体样品转化为液体状态进行分析，这是药物分析中的一个里程碑，化为液体状态进行分析，这是药物分析中的一个里程碑，因为它将近红外分析方法的应用扩展到许多药物过程中，因为它将近红外分析方法的应用扩展到许多药物过程中，近红外技术不再限制在分析实验室里，而是可以直接用于近红外技术不再限制在分析实验室里，而是可以直接用于生产现场（因为分析前无须使用使用溶剂如氯仿、四氯化生产现场（因为分析前无须使用使用溶剂如氯仿、四氯化碳等进行提取）。碳等进行提取）。对液体制剂的分析对液体制剂

46、的分析v 1966年，年，Sinsheimer和和Keuhnelian使用近红外光谱使用近红外光谱对一系列有药理活性的铵盐在溶液状态下进行了考察，在对一系列有药理活性的铵盐在溶液状态下进行了考察，在21502320nm范围内对溶液样品进行了定量分析。范围内对溶液样品进行了定量分析。v Zappala和和Post研究了一种用于注射剂和混悬剂中甲丙氨研究了一种用于注射剂和混悬剂中甲丙氨酯含量分析的近红外分析方法，样品用氯仿和水进行萃取。酯含量分析的近红外分析方法，样品用氯仿和水进行萃取。v Dubois等报道了测定滴耳液中五种成分的方法。该滴耳液等报道了测定滴耳液中五种成分的方法。该滴耳液中含两种

47、活性成分（安替比林和利多卡因）、两种溶剂中含两种活性成分（安替比林和利多卡因）、两种溶剂（乙醇和甘油）和一种抗氧剂（硫代硫酸钠）。结果表明，（乙醇和甘油）和一种抗氧剂（硫代硫酸钠）。结果表明，近红外光谱法能够很好地对两种溶剂和一种活性成分安替近红外光谱法能够很好地对两种溶剂和一种活性成分安替比林进行定量，另一种活性成分利多卡因在制剂中的浓度比林进行定量，另一种活性成分利多卡因在制剂中的浓度仅为仅为1%，正好处于仪器的检测限上，因此方法的准确性，正好处于仪器的检测限上，因此方法的准确性不够。不够。vKumar和和Raghunathan使用近红外光谱考察使用近红外光谱考察了反相胶束体系卵磷脂了反相

48、胶束体系卵磷脂/非极性溶剂非极性溶剂/水中形成的水中形成的水的性质。三种非极性溶剂分别是苯、四氯化碳水的性质。三种非极性溶剂分别是苯、四氯化碳和环己烷。在卵磷脂胶束溶液中存在两种类型的和环己烷。在卵磷脂胶束溶液中存在两种类型的水，一种是在有机相中的分散水，另一种是溶解水，一种是在有机相中的分散水，另一种是溶解在反相胶束内部的水。在反相胶束内部的水。v结果表明，对所有三种有机溶剂，存在于有机相结果表明，对所有三种有机溶剂，存在于有机相中的水量是可以忽略的。中的水量是可以忽略的。v Ciurczak和和Torlini对多组分液体制剂的定量分析进行对多组分液体制剂的定量分析进行了研究。在了研究。在2

49、0%乙醇水溶液和乙醇水溶液和2.5%山梨醇基质中有三山梨醇基质中有三种药物种药物乙酰氨基酚、磷酸可待因和马来酸氯曲米通，乙酰氨基酚、磷酸可待因和马来酸氯曲米通，其含量分别为其含量分别为0.6，0.3，和，和0.12mg/ml。校正集浓度。校正集浓度在在80120%，用多元线性回归处理数据，得到相关系，用多元线性回归处理数据，得到相关系数分别为数分别为0.984、0.993和和0.999，平均偏差分别为，平均偏差分别为1.1、0.3和和0.1%。v Molt, K.等利用等利用NIRS测定了甲糖宁片剂中甲苯磺丁脲的测定了甲糖宁片剂中甲苯磺丁脲的含量。含量。v Buchanan, B. R.等应用

50、等应用NIRS非侵入性地定量测定了非侵入性地定量测定了薄膜包衣片片心中活性成分。薄膜包衣片片心中活性成分。v Kamat. M. S.等快速无损测定了小玻璃中中冻干蔗糖中等快速无损测定了小玻璃中中冻干蔗糖中的残留水分的残留水分v 孙美玲等应用近红外透射光谱快速非侵入式定量分析了甲孙美玲等应用近红外透射光谱快速非侵入式定量分析了甲磺酸甲替沙星注射液中的主成分。磺酸甲替沙星注射液中的主成分。 3、药物加工过程的在线监控、药物加工过程的在线监控v 粉末混合过程控制粉末混合过程控制v 主药与赋形剂进行混合工序主药与赋形剂进行混合工序v Sekulic等在混合器的旋转轴上加了一个漫反射光纤探等在混合器的

51、旋转轴上加了一个漫反射光纤探头。当探头与混合粉末接触时，与之相连的近红外光谱仪头。当探头与混合粉末接触时，与之相连的近红外光谱仪就能够实时地采集粉末的光谱信息，然后运用多变量统计就能够实时地采集粉末的光谱信息，然后运用多变量统计分析技术等化学计量学方法来判断何时混合均匀程度达到分析技术等化学计量学方法来判断何时混合均匀程度达到要求要求v Sekulic等应用等应用NIRS对对10%苯甲酸钠和赋形剂苯甲酸钠和赋形剂39%微晶纤维素、微晶纤维素、50%乳糖和乳糖和1%滑石粉的混合过程进行了滑石粉的混合过程进行了非破坏性在线监测。非破坏性在线监测。 制剂生产的过程控制制剂生产的过程控制vRantan

52、en，J.等在线检测了流动床上颗粒尺寸等在线检测了流动床上颗粒尺寸vBerntsson，O.等在线检测了大批量明胶硬胶等在线检测了大批量明胶硬胶囊中的水分含量囊中的水分含量vKirsch，J.D.等在线探测了薄膜包衣过程等在线探测了薄膜包衣过程 v 近红外光谱分析开始应用于药物制剂分析时，与常规分析方法区别不近红外光谱分析开始应用于药物制剂分析时，与常规分析方法区别不大，样品要先经过提取、分离等步骤，然后再进行近红外光谱分析。大，样品要先经过提取、分离等步骤，然后再进行近红外光谱分析。近红外光谱技术已得到药品质量管理部门的重视。近红外光谱技术已得到药品质量管理部门的重视。v 美国美国FDA已开始认识到近红外光谱的价值，并且已经批准将近红外已开始认