CN103411910A - 中药提取过程在线紫外光谱检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中药提取过程在线紫外光谱检测方法与系统，该检测系统包括自动取样装置、光谱测量装置、控制系统、数据传输与远程监控装置四个部分，自动取样装置与中药提取循环管路相连，光谱测量装置和控制系统均与自动取样装置相连，数据传输与远程监控装置分别与光谱测量装置和控制系统相连。本发明实现了对中药提取液的自动取样、自动配比稀释、自动获取光谱、自动清洗等功能；并且可以通过分析提取过程中光谱图的变化，实时检测提取液组成的总体变化趋势，为操作人员进行工艺参数调节、终点判断提供重要的依据。

Description

中药提取过程在线紫外光谱检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种生产过程中液体样品的在线紫外光谱检测系统，尤其涉及一种针对中药材提取过程中有效成分定性鉴别的在线紫外光谱检测方法及系统。

背景技术

现代中药生产过程由一系列单元操作，如提取、浓缩、纯化、制粒、包衣等组成，其中有效成分的提取是中药生产的关键环节之一，先进的提取工艺和质量控制手段对提高中药产品质量、增强中药的疗效和稳定性非常重要。目前对中药提取罐常用的控制参数主要有压力、温度、提取时间等。

然而，仅依靠这些工艺参数的控制并不能完全保证产品的质量，当药材批次间的品质与投料时的物理属性存在差异时，会导致产品质量差异较大、稳定性差等问题。通过实时检测提取过程中有效成分的变化，可以为生产过程工艺参数的调节提供依据，尽可能减少或避免上述问题。

目前，对于中药提取过程中有效成分的检测大都通过定时取样后在实验室中进行离线分析，得到的数据仅与该批次该时刻药材有效成分有关，并且结果有较大的滞后性，无法实现对提取过程的实时控制。

常用的中药有效成分检测方法主要包括高效液相色谱法（HPLC）和光谱法，尽管HPLC分析准确，但样品预处理复杂、分析时间长（约30 min），分析人员工作量大，难以实现在线分析。光谱法（包括红外光谱、近红外光谱与紫外光谱等）具有分析速度快、可实现在线分析等优点。对于中药提取过程，红外光谱易受水与醇类溶剂的干扰，也难以取得成效；同样，由于提取液中的有效成份相对于水与醇类溶剂而言浓度很低，对应的近红外光谱变化不显著。但水与醇类在紫外谱段基本没有吸收，紫外光谱主要反映提取液中中药紫外活性成分的变化，同时适合于水提与醇提设备，能在线获得稳定可靠的谱图；此外，紫外光谱对提取液组成变化非常灵敏。可以说，紫外光谱法是最适合的在线检测方法。

为此，国内发明专利（申请号：200710063804.6）提出了一种制药过程中药物成分的在线紫外光谱检测系统。该系统主要用于紫外定量分析，需要配备参比液、清洗液、标准液、稀释液等，以蠕动泵组的方式对待测样品进行稀释与混合。为确保稀释比例的准确，在每次检测之前都需要对蠕动泵流量特性进行校准；此外，该系统采用的是在样品传输中进行的连续检测过程，结果导致样品将源源不断流入废液池中，造成产品损失与环境污染。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有方法的局限，提供一种新的中药提取过程在线紫外光谱检测方法及系统。本发明通过将提取液按既定比例稀释均匀，并可根据提取液的不同改变稀释倍数，实现对中药提取过程中有效成分的实时监控。

本发明提出的中药提取过程在线紫外光谱检测方法，包括以下关键步骤：

（1）基于定量管的提取液定量取样；

（2）基于定量杯的溶剂定量准备与参考光谱测量；

（3）提取液与溶剂的自动配比稀释与均匀混合；

（4）结合光栅分光与CCD检测器阵列的紫外光谱快速检测；

（5）混合液的排污与自动清洗；

（6）重复步骤（1）-（5），在保存光谱数据的同时，实时显示当前提取液的紫外光谱图。

同时，提出了一种中药提取过程在线紫外光谱检测系统，包括：自动取样装置、光谱测量装置、控制系统、数据传输与远程监控装置四个部分，自动取样装置与中药提取循环管路相连，光谱测量装置和控制系统均与自动取样装置相连，数据传输与远程监控装置分别与光谱测量装置和控制系统相连；

进一步地，所述自动取样装置主要由提取罐循环管路、旁通手动阀、冷却器入口温度传感器、进样手动阀、水冷却器、冷却器出口温度传感器、进样电磁阀、放样电磁阀、样品定量管、放空电磁阀、回样电磁阀、回样手动阀、水入口管路、进水电磁阀、水定量杯、排水电磁阀、混合采样池、搅拌电机、搅拌桨、视窗、紫外光纤、排污电磁阀和排污管道组成；提取罐循环管路中安装手动阀，旁路依次与冷却器入口温度传感器、进样手动阀、水冷却器、冷却器出口温度传感器、进样电磁阀、样品定量管、回样电磁阀、回样手动阀相连形成循环管路，其中，样品定量管上下端另外分别与放空电磁阀和放样电磁阀相连；水入口管路依次与进水电磁阀、水定量杯、排水电磁阀、混合采样池、排污电磁阀相连；混合采样池顶部与放样电磁阀相连，底部两侧有视窗，搅拌电机与搅拌桨相连并伸入混合采样池内部；排污管道分别与排污电磁阀和水定量杯溢流管相连。

进一步地，所述光谱测量装置包括：光源、紫外光纤、视窗和紫外光谱仪；所述光源直接受紫外光谱仪的控制；光源依次与紫外光纤、视窗、紫外光谱仪相连。

进一步地，所述控制系统采用PLC，包括：PLC主机、温度测量模块和电磁阀组及电机驱动模块；所述PLC主机分别与温度测量模块和电磁阀组及电机驱动模块相连；温度测量模块与冷却器入口温度传感器、冷却器出口温度传感器相连；电磁阀组及电机驱动模块与全部电磁阀和搅拌电机相连。 

进一步地，所述数据传输与远程监控装置主要包括：数字通讯模块、双绞线、监控计算机。监控计算机通过双绞线与数字通讯模块相连；数字通讯模块分别与紫外光谱仪、PLC主机相连。

本发明的有益效果在于：本发明通过一种简单、可靠、经济的中药提取过程在线紫外光谱检测系统，实现了对中药提取液的自动取样、自动配比稀释、自动获取光谱、自动清洗等功能；并且可以通过分析提取过程中光谱图的变化，实时检测提取液组成的总体变化趋势，为操作人员进行工艺参数调节、终点判断提供重要的依据。

附图说明

图1为本发明中药提取过程在线检测系统的总体结构示意图；

图2为PLC主机的工作流程图；

图3为远程监控计算机的工作流程图；

图中，提取罐循环管路1、旁通手动阀2、冷却器入口温度传感器3、进样手动阀4、水冷却器5、冷却器出口温度传感器6、进样电磁阀7、放样电磁阀8、样品定量管9、放空电磁阀10、回样电磁阀11、回样手动阀12、水入口管路13、进水电磁阀14、水定量杯15、放水电磁阀16、混合采样池17、搅拌电机18、搅拌桨19、视窗20、紫外光纤21、排污电磁阀22、排污管道23、光源24、光谱仪25、温度测量模块26、电磁阀组及电机驱动模块27、PLC主机28、数字通讯模块29、双绞线30、监控计算机31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明提出的中药提取过程在线紫外光谱检测方法。在具体执行连续在线检测前，先部分关闭旁通手动阀2，使其两端产生差压；打开进样手动阀4、回样手动阀12，并使冷却器5的冷却水处于流动状态；同时打开排污电磁阀22，并使其它电磁阀均处于关闭状态。连续在线检测包括以下步骤：

步骤1：提取液定量取样。打开进样电磁阀7、回样电磁阀11；在手动阀2两端差压的驱动下，使少量经水冷却器5冷却后的提取液进样经样品定量管9后，返回工艺管线。

步骤2：基于定量杯的溶剂（水或乙醇）定量准备与参考光谱测量。打开进水电磁阀14，向水定量杯15充水；待水定量杯15充满后，溢流水流入排污管23，此时关闭进水电磁阀14、排污电磁阀22，并打开放水电磁阀16，待定量水进入混合采样池17后，测量参考光谱。

步骤3：自动配比稀释与混合。关闭进样电磁阀7与回样电磁阀11，打开放样电磁阀8与放样电磁阀10，使样品定量管9中的样品全部流入混合采样池17；同时打开搅拌电机18，启动搅拌桨19使提取液与溶剂混合均匀，并完成稀释；之后再关闭放样电磁阀8与放样电磁阀10。

步骤4：结合光栅分光与CCD检测器阵列的紫外光谱快速检测。待溶液混合均匀后关闭搅拌电机18，并打开紫外光源24，同时采用带有光栅分光、CCD检测器阵列的紫外光谱仪25，测量其光谱。若检测得到的紫外光谱特征峰吸光度大于1.5，则需要增加水定量杯15的加入次数；若紫外光谱特征峰吸光度小于0.3，则需要增加样品定量管9的加入次数。

步骤5：混合液排污与清洗。打开排污电磁阀22，将混合液全部流入排污管道23后，再关闭电磁阀22。再打开进水电磁阀14、放水电磁阀16使水直接进入混合采样池17，并打开搅拌电机18帮助清洗。清洗完毕后关闭进水电磁阀14、放水电磁阀16，再打开排污电磁阀22将污水排走，完成后关闭搅拌电机18等待下一个测量周期。

步骤6：光谱数据处理与显示阶段：将采集到的光谱数据等信息通过数字通讯模块29传输至操作室内的远程监控计算机31，在保存光谱数据的同时，实时显示当前提取液的紫外光谱图，以便进行后续处理。

如图1所示，本发明所提出的中药提取过程紫外光谱在线检测系统主要包括：自动取样装置、光谱测量装置、PLC控制系统、数据传输与远程监控装置四个部分。自动取样装置与中药提取循环管路相连，光谱测量装置和PLC控制系统均与自动取样装置相连，数据传输与远程监控装置分别与光谱测量装置和PLC控制系统相连。

自动取样装置主要由提取罐循环管路1、旁通手动阀2、冷却器入口温度传感器3、进样手动阀4、水冷却器5、冷却器出口温度传感器6、进样电磁阀7、放样电磁阀8、样品定量管9、放空电磁阀10、回样电磁阀11、回样手动阀12、水入口管路13、进水电磁阀14、水定量杯15、排水电磁阀16、混合采样池17、搅拌电机18、搅拌桨19、视窗20、紫外光纤21、排污电磁阀22和排污管道23组成。提取罐循环管路1主管路中安装手动阀2，旁路依次与冷却器入口温度传感器3、进样手动阀4、水冷却器5、冷却器出口温度传感器6、进样电磁阀7、样品定量管9、回样电磁阀11、回样手动阀12相连形成循环管路，其中，样品定量管9上下端另外分别与放空电磁阀10和排样电磁阀8相连；水入口管路13依次与进水电磁阀14、水定量杯15、排水电磁阀16、混合采样池17、排污电磁阀22相连；混合采样池17顶部与放样电磁阀8相连，底部两侧有视窗20，搅拌电机18与搅拌桨19相连并伸入混合采样池17内部；排污管道23分别与排污电磁阀22和水定量杯15的溢流管相连。

光谱测量装置主要包括：光源24、紫外光纤21、视窗20、紫外光谱仪25。光源24直接受紫外光谱仪25控制；光源24依次与紫外光纤21、视窗20、紫外光纤21、紫外光谱仪25相连。

PLC控制系统主要包括：PLC主机28、温度测量模块26、电磁阀组及电机驱动模块27。PLC主机28分别与温度测量模块26和电磁阀组及电机驱动模块27相连；温度测量模块26与冷却器入口温度传感器3、冷却器出口温度传感器6相连；电磁阀组及电机驱动模块27与进样电磁阀7、放样电磁阀8、回样电磁阀11、放空电磁阀10、进水电磁阀14、放水电磁阀16、排污电磁阀22和搅拌电机18相连。

PLC主机的工作流程如图2所示：PLC主机的控制周期到后，首先与远程监控计算机31建立连接。建立连接后先接受监控计算机写入数据的命令，寻找变量存储器对应的继电器输出通道并写入数据，继电器输出状态变化以控制电磁阀与电机的运行状态；再接受监控计算机读入数据的命令，寻找变量存储器对应的模拟量输入通道并读入数据，然后将读入的温度数据传输到远程监控计算机中；然后断开与远程监控计算机的连接，等待下一个控制周期。

数据传输与远程监控装置主要包括：数字通讯模块29、双绞线30、监控计算机31。监控计算机31通过双绞线30与数字通讯模块29相连；数字通讯模块29分别与紫外光谱仪25和PLC主机28相连。PLC主机直接接受监控计算机31的远程操作命令，实现对各个电磁阀、电机的的开关以及样品温度的检测。

监控计算机的工作流程如图3所示：远程监控计算机31持续监测冷却器进出口温度，并按需求将定量的水加入混合采样池17中，测量参考光谱；然后按需求将定量提取液加入混合采样池17中，均匀混合后测量其光谱，并将获得的吸光度谱图加以保存与显示；再将混合液排污并清洗混合采样池17。若提取过程未结束，则进行下一个测量周期。

Claims (6)

1.一种中药提取过程在线紫外光谱检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）基于定量管的提取液定量取样；

（2）基于定量杯的溶剂定量准备与参考光谱测量；

（3）提取液与溶剂的自动配比稀释与均匀混合；

（4）结合光栅分光与CCD检测器阵列的紫外光谱快速检测；

（5）混合液的排污与自动清洗；

（6）重复步骤（1）-（5），在保存光谱数据的同时，实时显示当前提取液的紫外光谱图。

2.一种基于上述方法的中药提取过程在线紫外光谱检测系统，其特征在于，包括自动取样装置、光谱测量装置、控制系统、数据传输和远程监控装置四个部分，其中，所述自动取样装置与中药提取循环管路相连，光谱测量装置和控制系统均与自动取样装置相连，数据传输与远程监控装置分别与光谱测量装置和控制系统相连。

3.根据权利要求2所述中药提取过程在线紫外光谱检测系统，其特征在于，所述自动取样装置主要由提取罐循环管路（1）、旁通手动阀（2）、冷却器入口温度传感器（3）、进样手动阀（4）、水冷却器（5）、冷却器出口温度传感器（6）、进样电磁阀（7）、放样电磁阀（8）、样品定量管（9）、放空电磁阀（10）、回样电磁阀（11）、回样手动阀（12）、水入口管路（13）、进水电磁阀（14）、水定量杯（15）、排水电磁阀（16）、混合采样池（17）、搅拌电机（18）、搅拌桨（19）、视窗（20）、紫外光纤（21）、排污电磁阀（22）和排污管道（23）组成；提取罐循环管路（1）主管路中安装手动阀（2），旁路依次与冷却器入口温度传感器（3）、进样手动阀（4）、水冷却器（5）、冷却器出口温度传感器（6）、进样电磁阀（7）、样品定量管（9）、回样电磁阀（11）、回样手动阀（12）相连形成循环管路，其中，样品定量管（9）上下端另外分别与放空电磁阀（10） 和排样电磁阀（8）相连；水入口管路（13）依次与进水电磁阀（14）、水定量杯（15）、排水电磁阀（16）、混合池与采样池（17）、排污电磁阀（22）相连；混合采样池（17）顶部与放样电磁阀（8）相连，底部两侧有视窗（20），搅拌电机（18）与搅拌桨（19）相连并伸入混合采样池（17）内部；排污管道（23）分别与排污电磁阀（22）和水定量杯（15）的溢流管相连。

4.根据权利要求2所述中药提取过程在线紫外光谱检测系统，其特征在于，所述光谱测量装置包括：光源（24）、紫外光纤（21）、视窗（20）和紫外光谱仪（25）；所述光源（24）直接受紫外光谱仪（25）的控制；光源（24）依次与紫外光纤（21）、视窗（20）、紫外光纤（21）、紫外光谱仪（25）相连。

5.根据权利要求2所述中药提取过程在线紫外光谱检测系统，其特征在于，所述控制系统采用PLC（可编程逻辑控制系统），包括：PLC主机（28）、温度测量模块（26）和电磁阀组及电机驱动模块（27）；所述PLC主机（28）分别与温度测量模块（26）和电磁阀组及电机驱动模块（27）相连；温度测量模块（26）与冷却器入口温度传感器（3）、冷却器出口温度传感器（6）相连；电磁阀组及电机驱动模块（27）与进样电磁阀（7）、放样电磁阀（8）、回样电磁阀（11）、放空电磁阀（10）、进水电磁阀（14）、放水电磁阀（16）、排污电磁阀（22）和搅拌电机（18）相连。

6.根据权利要求2所述中药提取过程在线紫外光谱检测系统，其特征在于，所述数据传输与远程监控装置主要包括：数字通讯模块（29）、双绞线（30）、监控计算机（31）；监控计算机（31）通过双绞线（30）与数字通讯模块（29）相连；数字通讯模块（29）分别与紫外光谱仪（25）和PLC主机（28）相连。

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