CN103969211A - 一种采用近红外光谱检测复方丹参片水分含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用近红外光谱检测复方丹参片水分含量的方法，该方法包括：（1）分别测定复方丹参片样品集中多个样品的近红外光谱，并采用多元散射校正法对所述近红外光谱进行预处理，选择波数在6102.1~4597.8cm^-1范围内的近红外光谱数据作为复方丹参片样品水分含量的近红外光谱特征数据；（2）采用烘干法分别测定所述复方丹参片样品的水分含量值；（3）采用偏最小二乘法建立所述复方丹参片样品近红外光谱特征数据与其水分含量值之间的校正模型；（4）测定待测复方丹参片样品的近红外光谱，选择波数在6102.1~4597.8cm^-1的近红外光谱数据输入所述校正模型，获得所述待测复方丹参片样品的水分含量值。

Description

一种采用近红外光谱检测复方丹参片水分含量的方法

技术领域

本发明属于药物分析领域，涉及一种检测药物水分含量的方法，具体涉及一种采用近红外光谱检测复方丹参片水分含量的方法。

背景技术

复方丹参片是《中国药典》收录的中成药，其由丹参、三七、冰片三味药制成，具有活血化瘀、理气止痛的功能，用于气滞血瘀所致的胸痹，症见胸闷、心前区刺痛，冠心病、心绞痛见上述证候者。多年来对复方丹参片的水分含量测定都是按照中国药典2010版附录IX H水分测定法进行检测。中国药典2010版收载的水分测定方法包括烘干法、甲苯法、减压干燥法和气相色谱法四种法定方法。但就复方丹参片的水分测定而言，这四种方法均存在耗能、耗时，操作较复杂等缺陷，且无法快速反映复方丹参片的水分含量值。这些缺陷均不利于在复方丹参片的生产过程中进行在线快速质量分析，提高生产效率，不适合中药现代化生产发展的需要。因此，当前迫切需要研究一种快速、高效、准确的新的复方丹参片水分含量的分析检测方法。

近红外光谱（Near Infrared，简称NIR）分析技术是20世纪80年代后期迅速发展起来的一项测试技术，系通过测定被测物质的近红外光谱区（波长范围约在780～2526nm，按波数计约为12000～4000cm^-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。近红外光谱常用的测量技术有透射法、漫反射法和反射透射法。透射法适用于透明液体样品的分析；漫反射法主要用于分析固体和半固体样品。采用近红外光照射被测样品，利用有机物含有的OH、NH等化学键的泛频振动或转动，以漫发射方式获得近红外区的吸收光谱，通过多元线性进行回归等计量学手段，建立物质光谱与待测成分含量间的线形或非线形模型，从而实现用物质近红外光谱信息对待测成分含量的快速计算。

发明内容

本发明的目的就是提供一种采用近红外光谱检测复方丹参片的水分含量的方法，该方法可有效地实现复方丹参片水分含量的快速测定，提高产品的生产效率。

本发明的上述目的是由以下技术方案实现的：

一种采用近红外光谱检测复方丹参片水分含量的方法，该方法包括以下步骤：

1、分别测定复方丹参片样品集中多个样品的近红外光谱，并采用多元散射校正法对所述近红外光谱进行预处理，选择波数在6102.1~4597.8cm^-1范围内的近红外光谱数据作为复方丹参片样品水分含量的近红外光谱特征数据；

2、采用烘干法分别测定所述复方丹参片样品的水分含量值；

3、采用偏最小二乘法建立所述复方丹参片样品近红外光谱特征数据与其水分含量值之间的校正模型；

4、测定待测复方丹参片样品的近红外光谱，选择波数在6102.1~4597.8cm^-1的近红外光谱数据输入所述校正模型，获得所述待测复方丹参片样品的水分含量值。

在上述方法的步骤（1）中，优选地，所述样品的数量≥130。

在上述方法的步骤（2）中，优选地，所述烘干法包括以下步骤：将复方丹参片样品研细，取2g平铺于干燥至恒重的扁形称量瓶中，精密称定，打开瓶盖在105℃下干燥5小时，将瓶盖盖好，移置干燥器中，冷却30分钟，精密称定，再在上述温度下干燥1小时，冷却，称重，至连续两次称重的差异不超过5mg为止，根据减失的重量，计算样品水分含量值。

在上述方法的步骤（1）或（4）中，优选地，所述近红外光谱采用傅立叶变换近红外光谱仪测定；更优选地，所述近红外光谱采用傅立叶变换近红外光谱仪测定，测样方式为积分球漫反射，分辨率为8cm^-1，扫描次数为64次，扫描范围为12000～4000cm^-1，18-25℃下重复扫描3次，取平均光谱。进一步优选地，所述复方丹参片样品研细后测定近红外光谱。

具体而言，本发明所述的采用近红外光谱检测复方丹参片水分含量的方法包括以下步骤：

1、校正集样本收集

采集复方丹参片校正样品集，对校正集中的每一个样品，利用近红外光谱仪进行数据采集，得到复方丹参片的原始NIR光谱数据；

2、建立校正模型

将步骤2采集的复方丹参片样品集的原始光谱数据，采用偏最小二乘法（PLS）法，将烘干法测定的水分值与采集的复方丹参片的近红外特征光谱相对应建立校正模型。利用Bruker OPUS6.5/QUANT-2定量分析软件中的预处理方法并应用其提供的自动优化模型功能（Optimize），比较内部交叉验证均方差（RMSECV）和相关系数的大小，自动进行光谱范围及预处理方法的选择，并建立了4个较好的校正模型，由于模型Ⅰ的主要成分维数为7时，其内部交叉验证均方差（RMSECV）为0.217%，外部验证均方差（RMSEP）为0.14%，均达到最小，因此，认为光谱的预处理方法为多元散射校正（MSC），建模谱段为6102.1～4597.8的校正模型Ⅰ为最理想校正模型；

3、选取验证样品集

利用近红外光谱仪扫描，测出验证集中复方丹参片的NIR光谱，输入校正模型中，从而得出验证样品集中水分的含量，快速而准确；若与验证样品集的烘干法的测定值对照，判定验证集样品是否为界外点，正确认定后，加入外界点重新按校正模型建立步骤重新建立校正模型，备用，对校正模型要不断完善；

4、用检验过的校正模型来预测待测复方丹参片样品的水分含量

对于待测的复方丹参片样品，只需将样品研细，扫描其近红外光谱图，而后通过计算机提取的NIR特征光谱图输入到校正模型，经过校正模型的测定即得到该复方丹参片的水分含量。

本发明提供的检测复方丹参片的水分含量的方法需建立有效的校正模型，即收集复方丹参片样本作为校正样本集，并扫描得到校正样本集的近红外光谱图（12000～4000cm^-1），对得到的光谱数据进行光谱的预处理，并采用常规分析——按照中国药典2010版附录IX H水分测定中的烘干法测得的结果为参考值，应用化学计量学中的偏最小二乘法（PLS）建立复方丹参片光谱与其水分含量值之间的校正模型，对于待测的复方丹参片样品，只需将样品研细，扫描其近红外光谱图，把经过相应光谱预处理的光谱数据输入到校正模型，经过校正模型的测定即得到该复方丹参片的水分含量，光谱数据输入可由计算机及其软件实现，整个过程时间短、速度快、准确，可在线测定，提高生产效率，节省大量的人力和物力，可创造巨大的经济和社会效益。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1：复方丹参片校正集RMSECV与主因子数的相关。

图2：复方丹参片校正集中水分含量预测值与真实值的相关。

图3：复方丹参片校正集中水分含量偏差与真实值的相关。

图4：校正集复方丹参片的NIR光谱图。

具体实施方式

下面通过实施例详细说明本发明，应当理解，下述实施例仅用于说明本发明，而不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

1、校正集样品收集：收集不同批号的复方丹参片样品，一般采集130批，实际中还可根据校正模型的适用范围增加数量，研细，备用。

（1）对校正集样品进行数据采集

利用近红外光谱检测仪器（德国BRUKER公司的MPA型傅立叶变换近红外光谱仪，光源：卤钨灯，检测器：PbS，附漫反射积分球，样品旋转器和石英样品杯）测定校正集样品的近红外光谱。测样方式：积分球漫反射，分辨率：8cm^-1，扫描次数：64次，扫描范围：12000～4000cm^-1，室温：18-25℃。利用近红外光谱仪采集复方丹参片的原始NIR光谱，每个样品重复扫描3次，取平均光谱。采用OPUS6.5分析软件，对光谱预处理和谱区选择，得到复方丹参片中水分含量的特征光谱信息。

（2）校正集样品的水分含量值测定

将测定用的复方丹参片供试品研细，取供试品2g，平铺于干燥至恒重的扁形称量瓶中，精密称定，打开瓶盖在105℃下干燥5小时，将瓶盖盖好，移置干燥器中，冷却30分钟，精密称定，再在上述温度下干燥1小时，冷却，称重，至连续两次称重的差异不超过5mg为止。根据减失的重量，计算供试品的含水量（%）。

（3）校正模型的建立

利用PLS法，将烘干法测得的水分含量值与特征光谱数据相对应建立样品校正模型，备用。

130份样品的原始光谱经过利用Bruker OPUS6.5分析软件中的自动优化模型功能（Optimize）进行选择时，应注意以下问题：

a.不同预处理方法和谱区范围对水分值模型的影响

在NIR漫反射光谱的采集过程中，有时会由于仪器状态、样品状态与测量条件的差异造成NIR光谱发生细微的变化，通过对光谱信号进行预处理以消除这些影响，改善模型的性能。在近红外光谱全区域中，不同波长处的光谱吸收信息对于最后建立模型的贡献价值是不同的，在模型波长处，杂质吸收和干扰大大强于目标组分产生的吸收，因此删除这些波长的光谱吸收有助于提高模型的准确度。由表1可知，表内的4个预处理方法和谱段范围的维数和RMSECV值都较为接近，故先建立4个校正模型，通过外部验证结果选择最优模型。

表1不同预处理方法和谱区范围对水分值模型的影响

b.建立校正模型：应用化学计量学中的偏最小二乘法（PLS）建立复方丹参片特征光谱信息与其水分含量值之间的4个校正模型。

2、检验样本集的水分含量和最优模型的选择

（1）检验样品集的选取：根据校正样品集有代表性样品的选择，除建立校正样品集之外的10份样品。通过检验样品集检验校正模型是否可靠，检验模型的实用性能并确定最优模型。

将检验样品集中的样品研细后，按上述条件进行近红外光谱扫描。获取检验样品集光谱时采用的测量方法和条件同获取校正样本集光谱时所采用的测量方法和条件保持一致。把检验样品集中样本的光谱进行光谱预处理和谱区选择，这些都要与校正样本集采用的方法保持一致，就是要一一对应。把光谱特征输入校正模型可以计算出检验集的水分含量。得到NIR预测值与药典烘干法实测值的相关系数外部验证均方差（RMSEP）和偏差（Bias）。

表2是4个校正模型对检验样本集的预测结果的相关系数，由表2可知，校正模型Ⅰ的外部验证均方差（RMSEP）和偏差（Bias）最小，预测结果越接近检验样本集的水分真实值，因此确定校正模型1是最优模型，表3和表4是校正模型Ⅰ对检验样本集的预测结果，由表4可知，用校正模型Ⅰ对检验样本集中的10个样品的水分进行预测，外部验证均方差（RMSEP）为0.14%，其药典烘干法的测定结果与NIR光谱法的测定结果相对偏差在正负5%以内，预测结果较为准确。

表24个校正模型对检验样本集的预测结果的相关系数

表3校正模型Ⅰ对检验样本集的预测结果

表4校正模型Ⅰ对检验样本集的预测结果

（2）校正模型的评价：

校正集的光谱数据经预处理后，应用Bruker OPUS6.5分析软件，采用PLS法将校正集样品的NIR光谱与其水分含量值进行关联，建立了定量校正模型。图1为校正集RMSECV与主因子数之间的相关图，由图可知，当复方丹参片定量校正模型主因子数为7时，可使校正集RMSECV最小，确定最佳主成分数为7。

PLS定量校正模型对复方丹参片水分含量的相关系数为98.25，内部交叉验证均方差（RMSECV）为0.217，主因子数为7，复方丹参片NIR光谱与其水分含量之间存在较好的相关性。图2和图3分别为复方丹参片校正集样品交互验证后得到的NIR预测值与水分真实值的相关图和NIR偏差与水分真实值的相关图，由图可知，复方丹参片NIR光谱与其水分含量之间存在较好的相关性。

（3）校正模型精密度考察：取同一样品，用近红外光谱仪重复扫描6次，将所得NIR光谱输入复方丹参片的水分含量校正模型中重复计算6次，考察模型的精密度，RSD值为0.18%（n=6）。结果见表5，由表5可知仪器和校正模型精密度良好。

表5精密度试验

（4）校正模型重现性考察：取同一批样品6份，分别进行近红外光谱仪扫描，将所得的NIR光谱输入复方丹参片的水分含量校正模型中计算水分含量，RSD值为1.56%（n=6）。结果见表6，由表6可知校正模型的重现性良好。

表6重现性试验

（5）校正模型需要不断修正与维护。当样品的测定时间或空间条件改变时，必须用检验样品集检验校正模型，如果校正模型的预测效果降低，就需要在校正样品集增加这一检验样品，并重新按上述步骤修改校正样品集，稳定的校正模型需要不断的完善，这个过程是没有止境的。

Claims (5)

1.一种采用近红外光谱检测复方丹参片水分含量的方法，该方法包括以下步骤：

（1）分别测定复方丹参片样品集中多个样品的近红外光谱，并采用多元散射校正法对所述近红外光谱进行预处理，选择波数在6102.1~4597.8cm^-1范围内的近红外光谱数据作为复方丹参片样品水分含量的近红外光谱特征数据；

（2）采用烘干法分别测定所述复方丹参片样品的水分含量值；

（3）采用偏最小二乘法建立所述复方丹参片样品近红外光谱特征数据与其水分含量值之间的校正模型；

（4）测定待测复方丹参片样品的近红外光谱，选择波数在6102.1~4597.8cm^-1的近红外光谱数据输入所述校正模型，获得所述待测复方丹参片样品的水分含量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述样品的数量≥130。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述近红外光谱采用傅立叶变换近红外光谱仪测定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述烘干法包括以下步骤：将复方丹参片样品研细，取2g平铺于干燥至恒重的扁形称量瓶中，精密称定，打开瓶盖在105℃下干燥5小时，将瓶盖盖好，移置干燥器中，冷却30分钟，精密称定，再在上述温度下干燥1小时，冷却，称重，至连续两次称重的差异不超过5mg为止，根据减失的重量，计算样品水分含量值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤（1）或（4）中，所述近红外光谱采用傅立叶变换近红外光谱仪测定，测样方式为积分球漫反射，分辨率为8cm^-1，扫描次数为64次，扫描范围为12000～4000cm^-1，18-25℃下重复扫描3次，取平均光谱；优选地，所述复方丹参片样品研细后测定近红外光谱。