CN103203123B - 一种娑罗子提取液在接收洗脱液过程中的自动判断和控制 - Google Patents
一种娑罗子提取液在接收洗脱液过程中的自动判断和控制 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种娑罗子提取液大孔树脂纯化过程洗脱起点和终点的自动检测与控制方法。本发明以七叶皂苷总含量为评价指标建立七叶皂苷大孔树脂洗脱过程近红外定量校正模型,并将该模型用于娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程在线检测中,实现了娑罗子提取液大孔树脂纯化过程洗脱起点和终点的自动判断,从而实现洗脱液接收和停止接收的自动化控制。具有快速、准确、自动化程度高等特点,减少了人为误差,克服了不同批次产品质量均一性差的问题,并且可以有效避免有效成分的损失与浪费,为娑罗子提取液大孔树脂纯化过程自动化控制与过程质量控制提供了新技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种中约生产过程中的自动控制,具体涉及一种娑罗子提取液在大孔树脂洗脱过程中接收洗脱液起点和终点的自动判断及控制。
背景技术
七叶皂苷是从中药材娑罗子中提取分离的含有30多种皂苷的混合物,属于三萜皂苷类,其中七叶皂苷A、B、C、D是其主要有效成分。娑罗子来源于七叶树科植物七叶树或天师栗的干燥成熟种子,性味甘、温,归肝、胃经,其功能主治为舒肝理气、和胃止痛,用于肝胃气滞,胸腹胀闷,胃脘疼痛。七叶皂苷是中药材娑罗子最重要的活性成分,现代医药学研究证实其具有显著的抗炎、抗渗出、提高静脉张力和改善微循环,并兼有扩张动脉,增加耐缺氧能力,促进脑功能恢复等作用,适用于治疗各种原因所致的软组织肿胀、下肢静脉病等疾病,临床应用广泛。
目前已公开的七叶皂苷的提取纯化方法为:将娑罗子粉碎加入乙醚回流脱脂、乙醇提取、膜过滤、大孔树脂低醇上柱,水和醇洗脱,收集洗脱液后重结晶。该方法虽然适合工业化大生产,但在提取纯化过程中完全采用人工控制和离线检测,尤其是在大孔树脂洗脱阶段采用人工控制和离线检测手段来判断接收洗脱液的起点和终点。这种人工控制及离线检测方法因操作人员经验不同,会导致接收洗脱液的起点和终点判断不一致,若判断接收洗脱液过早或停止接收过晚均会影响后续工序的处理,甚至会影响最终产品的纯度和质量,判断停止接收洗脱液过早或开始接收洗脱液过晚又会导致有效成分损失,降低产品收率,造成浪费并增加生产成本。因此,在目前七叶皂苷的洗脱过程中缺乏过程质量控制以及关键质控参数的在线检测和自动控制,导致生产自动化程度低,不同批次产品质量均一性差,从而影响药物疗效,并增加人工成本。
CN101984343A公开了一种中药大孔树脂分离纯化过程关键点的判别方法,即通过建立近红外定量模型进行待测样品的含量预测,从而实现大孔树脂吸附和洗脱过程关键点的快速判断,在该专利申请说明书中公开了枳壳提取液和地黄叶提取液的大孔树脂分离纯化过程中收集洗脱液起点和终点的快速判断,其判断依据均以单个有效成分作为监测指标,并且该系统不能实现接收洗脱液起点和终点的自动控制。众所周知,中药是由多种有效成分构成,且不同中药性状差别很大,中药提取液在分离纯化过程中收集洗脱液起点和终点的判断方法会“因药而异”,本领域技术人员无法从该专利申请中得到其它具体中药提取液在分离纯化过程中接收洗脱液起点和终点的快速判断方法,尤其无法得到以多种有效成分作为监测指标的中药提 取液在分离纯化过程中接收洗脱液起点和终点的快速判断,并实现自动控制。
发明内容
本发明提供一种娑罗子提取液在大孔树脂洗脱过程的近红外在线检测方法与自动控制系统,实现了洗脱过程中以多种有效成分含量变化作为监测指标作为接收洗脱液起点和终点的快速判断与自动控制,从而克服了不同批次产品质量均一性差的问题,同时避免了有效成分损失及浪费,并节约了人工成本,适合工业化大生产。
本发明采用的技术方案为:
一种娑罗子提取液在大孔树脂洗脱过程中接收洗脱液起点和终点的自动判断及控制方法,包括:
(1)近红外在线检测和自动控制系统的搭建
大孔树脂近红外在线检测及自动控制系统主要包括:(1)树脂柱、(2)流量调节阀、(3)流通池、(4)取样阀、(5)光纤、(6)近红外光谱仪、(7)计算机、(8)DCS控制系统。大孔树脂柱旁路设置流量调节阀,用于调节大孔树脂流出液旁路流量大小;经流量调节阀后连接近红外流通池;流通池出来后通过一个三通,其中一条支路药液回收,另一支路设置取样阀用于收集样品;流通池通过光纤连接近红外光谱仪,近红外光谱仪与安装有近红外光谱软件的计算机相连,即可采用近红外光谱软件采集通过流通池约液的近红外光谱;计算机通过OPC与DCS控制系统进行通讯,通过近红外在线实时检测,实现接收洗脱液起点和终点的快速判断,并通过DCS控制系统实现洗脱液接收起点和终点的自动控制。
(2)近红外校正模型的建立与评价
A、样品收集及近红外光谱扫描
按照一定的时间间隔从取样口收集药液样品,收集不同批次大孔树脂洗脱过程中样本至少80个,使用流量调节阀调节经过流通池的流量至合适位置,按照取样的相应时间间隔扫描近红外光谱,得到校正集样本近红外光谱数据;近红外光谱参数设置如下:光谱扫描范围:4000~12000cm-1;扫描次数:32次;分辨率:8cm-1。
样品收集及光谱采集时间间隔具体为:
自有流出液开始,每隔10min取样1次;流出液略变色时,每隔1min取样1次,连续取样至人工取样判断接收洗脱液起点,正式接收洗脱液开始每隔1min连续取样10次,然后每隔5min取样一次,正式接收洗脱液30min后每隔2min取样一次直至人工取样判断接收洗脱液终点,并从接收洗脱液终点开始,每隔2min取样1次,连续取样3个。
B、评价指标:
娑罗子提取液中主要药效成分为七叶皂苷,属于三萜皂苷类,是一种含有30多种皂苷的混合物,其中七叶皂苷A、B、C、D是其主要有效成分,因此,以七叶皂苷ABCD总含量作为娑罗子大孔树脂洗脱过程在线检测的评价指标。
C、HPLC法测定样品中七叶皂苷ABCD含量
色谱条件:色谱柱:Phanomenex,C18(100mm×4.6mm,2.6μm);流动相:A为0.5%磷酸溶液,B为乙腈,按表1进行梯度洗脱;检测波长:220nm;柱温:30℃;流速:1ml/min。
表1梯度洗脱表
D、波段选择与光谱预处理
采用OPUS对建模波段与预处理方法进行优化选择,选择5445~6100cm-1和7500~12000cm-1作为建模波段,并采用一阶导数和矢量归一化(SNV)对采集的近红外光谱进行预处理。
E、近红外校正模型的建立与评价
在D的基础上使用化学计量学软件并采用偏最小二乘(PLS)法建立七叶皂苷ABCD含量的近红外定量模型,同时,采用马氏距离与学生残差对校正集光谱进行异常点判别,去除异常点。对最终所得模型进行交叉验证,以相关系数R、交叉验证均方差(RMSECV)、相对分析误差(RPD)指标对模型性能进行评价。
(3)娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程近红外在线检测
使用上述模型对娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程中七叶皂苷ABCD含量进行在线检测。
(4)接收洗脱液起点和终点的快速判断和自动控制
根据对娑罗子提取液的长期研究表明,确定接收洗脱液起点和终点的七叶皂苷ABCD总含量约为10mg/mL,即当流出液中七叶皂苷ABCD总含量大于等于10mg/mL时开始接收,总含量小于10mg/mL时停止接收;
近红外光谱仪在线扫描娑罗子提取液洗脱过程流出液的近红外光谱,通过OPUS process进行过程控制,首先对扫描得到的光谱通过马氏距离进行异常光谱判断,剔除异常光谱,若光谱正常,则对七叶皂苷ABCD含量进行在线检测,通过与已建立的近红外校正模型进行对 比;OPUS Process分析得到的检测结果通过OPC与DCS系统通讯,当连续2次预测得到的含量在大于等于10mg/mL时则认为到达洗脱起点,DCS控制阀门自动打开开始接收,当连续2次检测得到的含量小于10mg/mL时则认为到达洗脱终点,DCS控制阀门自动关闭停止接收。
本发明通过建立娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程七叶皂苷ABCD含量与近红外光谱之间的定量模型,并将模型用于娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程在线检测中,实现了大孔树脂洗脱过程接收洗脱液起点和终点的快速判断和自动控制。本发明具有快速、准确、自动化程度高等特点,减少了批次不同带来的质量差异以及人为误差,保证了不同批次产品质量均一性和稳定性,并且可以避免有效成分的损失与浪费,减少人工成本,为娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程关键点自动化判断与过程质量控制提供了新技术,非常适合工业化大生产。
附图说明
图1娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程近红外在线检测和自动控制装置示意图;
图2娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程样品近红外原始光谱图;
图3HPLC测得的娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程七叶皂苷ABCD含量色谱图;
图4HPLC测得的娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程七叶皂苷ABCD含量变化趋势图:
图5娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程近红外定量校正模型相关关系图;
图6娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程近红外在线检测值与HPLC测定值对照图:
为HPLC测定值
为近红外在线检测值;
具体实施方式
下述实施例对本发明做进一步说明,但并不意味着本发明仅限于此。
实施例1娑罗子提取液大孔树脂纯化过程中收集洗脱液起点和终点的快速判断和自动控制
娑罗子:产地:陕西汉中,入库编号:YC1100301;
近红外光谱仪:Matrix-F,德国布鲁克光谱仪器公司;
HPLC色谱仪:1200Series,安捷伦科技有限公司;
七叶皂苷钠对照品:批号200402,来源:中国药品生物制品检定所。
(1)近红外在线检测系统的搭建
大孔树脂近红外在线检测系统主要包括:(1)树脂柱、(2)流量调节阀、(3)流通池、(4)取样阀、(5)光纤、(6)近红外光谱仪、(7)计算机、(8)DCS控制系统。其中大孔树脂柱旁路设置流量调节阀,用于调节大孔树脂流出液旁路流量大小,这是由于流速对扫描得到的近红外光谱质量具有较大的影响,流速太大会导致光谱基线与噪声异常。经流量调节阀后连接近红外流通池,流通池出来后通过一个三通,其中一条支路药液回收,另一支路设置取样阀用于收集样品,取样阀,用于收集样品。流通池通过光纤连接在线近红外光谱仪,近红外光谱仪与安装有近红外光谱软件的计算机相连,即可采用近红外光谱软件采集通过流通池药液的近红外光谱。计算机通过OPC与DCS控制系统进行通讯,通过近红外在线实时检测对纯化过程洗脱液接收起点和终点进行快速判断,从而实现洗脱液接收起点和终点的自动控制,具体见附图1。
(2)近红外校正模型的建立与评价
A、样品收集及近红外光谱扫描
按照一定的时间间隔从取样口收集药液样品,收集10批次大孔树脂洗脱过程中的样本200个(见表2),使用流量调节阀调节经过流通池的流量至流量约为100mL/min,按照取样的相应时间间隔扫描近红外光谱,得到校正集样本近红外光谱数据;近红外光谱参数设置如下:光谱扫描范围:4000~12000cm-1,扫描次数:32次,分辨率:8cm-1。
光谱采集及样品收集时间间隔具体为:
自有流出液开始,每隔10min取样1次;流出液略变色时,每隔1min取样1次,连续取样至人工取样判断接收洗脱液起点,正式接收洗脱液开始每隔1min连续取样10次,然后每隔5min取样一次,正式接收洗脱液30min后2min取样一次直至人工取样判断接收洗脱液终点,并从接收洗脱液终点开始每隔2min取样1次,连续取样3个。按照上述参数及采样方式采集得到一批七叶皂苷大孔树脂洗脱过程的近红外光谱图见附图2。
表2:大孔树脂洗脱过程中收集的娑罗子提取液样本
批次 | 样本编号 |
1 | 20120316 |
2 | 20120318 |
3 | 20120321 |
4 | 20120326 |
5 | 20120329 |
6 | 20120331 |
7 | 20120401 |
8 | 20120403 |
9 | 20120406 |
10 | 20120408 |
B、评价指标
娑罗子提取液中主要药效成分为七叶皂苷,属于三萜皂苷类,是一种含有30多种皂苷的混合物,其中七叶皂苷A、B、C、D是其主要有效成分,因此,以七叶皂苷ABCD总含量作为娑罗子大孔树脂洗脱过程在线检测的评价指标。
C、HPLC法测定样品中七叶皂苷ABCD含量
色谱条件:色谱柱为Phanomenex,C18(100nm×4.6nm,2.6μm);流动相:A为0.5%磷酸溶液,B为乙腈,按表2进行梯度洗脱;检测波长:220nm;柱温:30℃;流速:1ml/min;进样量:5uL。
对照品溶液配制:精密称取七叶皂苷钠对照品21.6mg置于5mL容量瓶中,以甲醇溶解并定容,得到4.32mg/mL对照品溶液。
供试品溶液配制:将采集的样品稀释至相应浓度作为供试品溶液。
样品中七叶皂苷钠含量测定方法:按照上述色谱条件分别注入对照品溶液及供试品溶液,以外标法计算样品中七叶皂苷ABCD的含量。
将采集的样品稀释至相应浓度作为供试品溶液,按照上述色谱条件分别注入对照品溶液及供试品溶液,以外标法计算样品中七叶皂苷ABCD的含量。
其中,cABCD为样品中七叶皂苷ABCD的含量,SABCD供为供试品ABCD组分峰面积和,SABCD对为对照品ABCD组分峰面积和,c对为对照品浓度,ABCD对%为对照品中ABCD组分含量,Dr为样品稀释倍数。按照上述色谱条件得到的七叶皂苷钠高效液相色谱图见附图3,HPLC法测得的各批次的七叶皂苷ABCD含量趋势图见附图4(其中,Batch1-10分别对应于表2中样本批次1-10)。
D、波段选择与光谱预处理
采用OPUS对建模波段与预处理方法进行优化选择,结果表明选择5445~6100cm-1和7500~12000cm-1作为建模波段,并采用一阶导数和矢量归一化(SNV)对采集的近红外光谱进行预处理能得到较优的近红外模型。
E、近红外校正模型的建立与评价
在D的基础上使用化学计量学软件并采用偏最小二乘法(即PLS法)建立七叶皂苷ABCD含量的近红外定量模型,同时,采用马氏距离及学生残差对校正集光谱进行异常点判别,去除异常点。对最终所得模型进行交叉验证,以相关系数R、交叉验证均方差(RMSECV)、相对分析误差(RPD)指标对模型性能进行评价。所建模型相关系数R为0.9886,RMSECV为2.88,RPD为6.66,模型参数良好。具体见附图5所示的近红外定量校正模型相关关系图。
(3)娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程近红外在线检测
使用上述模型对三批娑罗子提取液20120306、20120308和20120324的大孔树脂洗脱过程中七叶皂苷ABCD含量进行在线检测。具体见附图6所示的近红外在线检测值与HPLC测定值对照图。
同时将娑罗子提取液大孔树脂接收洗脱液起点和终点近红外检测与人工取样确定的接收洗脱液起点和终点进行比较,证明利用近红外检测判断接收洗脱液起点和终点是可行的。
(4)接收洗脱液起点和终点的快速判断和自动控制
根据对娑罗子提取液的长期研究表明,确定接收洗脱液起点和终点的七叶皂苷钠ABCD总含量约为10mg/mL,即当流出液中七叶皂苷钠ABCD含量大于等于10mg/mL时开始接收,总含量小于10mg/mL时停止接收;
近红外光谱仪在线扫描娑罗子提取液洗脱过程流出液的近红外光谱,通过OPUS process 进行过程控制,首先对扫描得到的光谱采用马氏距离法进行异常光谱判断,剔除异常光谱,若光谱正常,则通过已经建立的近红外定量校正模型预测七叶皂苷ABCD的含量,从而实现七叶皂苷ABCD含量的在线检测;OPUS Process分析得到的检测结果通过OPC与DC8系统通讯,当连续2次预测得到的含量大于等于10mg/mL时则认为到达洗脱起点,DCS控制阀门自动打开开始接收,当连续2次检测得到的含量小于10mg/mL时则认为到达洗脱终点,DCS控制阀门自动关闭停止接收。
Claims (5)
1.一种娑罗子提取液在大孔树脂洗脱过程中接收洗脱液起点和终点的自动判断和控制方法,包括:
(1)近红外在线检测和自动控制系统的搭建
大孔树脂近红外在线检测及自动控制系统主要包括:(1)树脂柱、(2)流量调节阀、(3)流通池、(4)取样阀、(5)光纤、(6)近红外光谱仪、(7)计算机、(8)DCS控制系统;
(2)近红外校正模型的建立与评价
A、样品收集及近红外光谱扫描
按照一定的时间间隔从取样口收集药液样品,收集不同批次大孔树脂洗脱过程中样本至少200个,使用流量调节阀调节经过流通池的流量至合适位置,按照取样的相应时间间隔扫描近红外光谱,得到校正集样本近红外光谱数据;近红外光谱参数设置如下:光谱扫描范围:4000~12000cm-1;扫描次数:32次;分辨率:8cm-1;
B、评价指标
以七叶皂苷ABCD总含量作为娑罗子大孔树脂洗脱过程在线检测的评价指标;
C、HPLC测定样品中七叶皂苷ABCD含量
D、波段选择与光谱预处理
采用OPUS Process对建模波段与预处理方法进行优化选择,选择合适的建模波段,并采用一阶导数和矢量归一化(SNV)对采集的近红外光谱进行预处理;
E、近红外校正模型的建立与评价
在D的基础上使用化学计量学软件并采用偏最小二乘(PLS)法建立七叶皂苷ABCD含量的近红外定量模型,同时,采用马氏距离与学生残差对校正集光谱进行异常点判别,去除异常点;对最终所得模型进行交叉验证,以相关系数R、交叉验证均方差(RMSECV)、相对分析误差(RPD)指标对模型性能进行评价;
(3)娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程近红外在线检测
使用上述模型对娑罗子提取液大孔树脂洗脱过程中七叶皂苷ABCD含量进行在线检测;
(4)接收洗脱液起点和终点的自动判断和控制
近红外光谱仪在线扫描娑罗子提取液洗脱过程流出液的近红外光谱,通过OPUS process进行过程控制,首先对扫描得到的光谱通过马氏距离进行异常光谱判断,剔除异常光谱,对七叶皂苷ABCD含量进行在线检测,通过与已建立的近红外校正模型进行对比;OPUS Process分析得到的检测结果通过OPC与DCS系统通讯,当连续2次预测得到的含量在大于等于10mg/mL时则认为到达洗脱起点,DCS控制阀门自动打开开始接收,当连续2次检测得到的含量小于10mg/mL时则认为到达洗脱终点,DCS控制阀门自动关闭停止接收。
2.根据权利要求1所述的自动判断和控制方法,其特征为:所述(2)A中样品收集及光谱采集时间间隔为:自有流出液开始,每隔10min取样1次;流出液略变色时,每隔1min取样1次,连续取样至人工取样判断接收洗脱液起点,正式接收洗脱液开始每隔1min连续取样10次,然后每隔5min取样一次,正式接收洗脱液30min后每隔2min取样一次直至人工取样判断接收洗脱液终点,并从接收洗脱液终点开始,每隔2min取样1次,连续取样3个。
3.根据权利要求1所述的自动判断和控制方法,其特征为:所述(2)C中HPLC色谱条件为:色谱柱Phanomenex,C18(100mm×4.6mm,2.6μm),流动相:A为0.5%磷酸溶液,B为乙腈,检测波长220nm,柱温30℃,流速1ml/min进行梯度洗脱。
4.根据权利要求3所述的自动判断和控制方法,其特征为:其中梯度洗脱是按照如下表1所示进行:
表1 梯度洗脱表
5.根据权利要求1所述的自动判断和控制方法,其特征为:所述(2)D中建模波段选择为5445~6100cm-1和7500~12000cm-1作为建模波段。
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