近红外光谱法在药物分析中的应用

摘要：文章主要聚焦近红外光谱法在药物分析方面的应用，先是详细阐述近红外光谱技术基础内容，包含基于分子振动和近红外吸收的原理情况，同时介绍仪器设备类型以及透射反射等测量方式，并且说明了光谱预处理和化学计量学等数据处理方法，随后深入探讨该技术在药物分析里的应用领域，其中涵盖原料药质量控制时的含量测定与杂质筛查、制剂分析与评价中的均匀性检测和溶出度监测、中药与天然药物分析中的真伪鉴别和多成分定量、药物生产过程监控中的工艺参数优化和在线监测，还有药物稳定性与保质期预测中的降解产物识别和货架期预测，给药物分析提供了高效可行的手段。

关键词：近红外；光谱法；药物分析

近红外光谱技术也就是NIRS自诞生以后一直在不断发展，它是基于分子振动能级跃迁产生吸收光谱的原理，给分析检测提供了独特视角，在药物分析这个领域当中，快速且无损又高效的检测技术需求十分迫切，NIRS凭借分析速度快、无需复杂样品前处理、可实现无损检测等优势，在药物质量控制、生产过程实时监控以及药物研发等方面展现出巨大潜在价值，和HPLC、GC等传统分析方法相比较而言，NIRS操作更加简便且成本更低，还能够对生产过程进行在线监测，给药物分析带来新的发展契机

1近红外光谱技术基础

1.1近红外光谱原理

近红外光谱的原理是基于分子振动和近红外吸收的机制，当分子被近红外光照射的时候，分子里面的化学键就会出现振动能级的跃迁，化学键的振动并非是单一的模式，而是包含伸缩振动也就是键长改变和弯曲振动即键角改变等多种形式，在近红外区域主要是含氢基团像C-H、O-H、N-H等振动的倍频与合频吸收产生光谱特征，这些近红外光谱特征和化学键振动模式是紧密相关的，不同的化学键振动频率并不相同，其倍频与合频吸收峰的位置也是各异的，比如O-H键的振动频率相对较高，其近红外吸收峰通常出现在特定波长范围，通过分析近红外光谱特征能够获取分子中化学键的相关信息，进而可用于物质的定性与定量分析[1]。

1.2仪器设备与测量方式

在近红外光谱分析这个领域里，仪器设备和测量方式起着至关重要的作用。常见的近红外光谱仪类型主要包含傅里叶变换型和光栅扫描型等种类。傅里叶变换型光谱仪借助干涉仪对光强进行调制，通过傅里叶变换来获得光谱，具备多通道测量、高光通量等诸多优点，能够快速获取光谱方面的信息。光栅扫描型光谱仪依靠光栅来实现分光，通过单色器逐一扫描不同波长的光，其结构相对而言比较简单，成本也处于较低的水平[2]。

样品测量模式涵盖了透射、反射和漫反射等多种类型。透射测量适合于透明或者半透明的样品，光穿过样品之后被检测器接收，能够获取样品内部的相关信息。反射测量过程中，光照射到样品表面然后反射回来，适用于对样品表面性质进行分析。漫反射测量是针对不透明、颗粒状或者粉末状的样品，光在样品内部经过多次散射后反射，能够反映样品整体的化学组成和结构信息，在药物分析等相关领域有着广泛的应用。

1.3数据处理方法

光谱预处理技术属于提高模型性能的关键步骤，它主要涵盖平滑（像Savitzky-Golay）、导数变换（一阶、二阶）和多元散射校正（MSC）等内容，平滑操作能够有效消除光谱中的高频噪声，导数处理可增强光谱特征的分辨率，而多元散射校正（MSC）可以校正基线漂移和散射效应，化学计量学方法用于构建稳健的预测模型，例如偏最小二乘回归（PLS）借助降维来解决共线性问题，主成分分析（PCA）能够实现数据降维与异常值检测，支持向量机（SVM）适用于非线性分类与回归任务，这些方法与预处理技术相结合，显著提升了模型的准确性与泛化能力（见表1）。

表1常用光谱预处理方法与化学计量学模型对比

2近红外光谱法在药物分析中的应用领域

2.1原料药质量控制

在原料药质量控制这个领域里近红外光谱法发挥重要作用，对于活性成分也就是API的含量测定近红外光谱可快速建立含量与光谱特征定量模型，不用进行复杂前处理短时间内就能得到准确结果以满足生产实时检测需求，在杂质与相关物质的快速筛查方面不同杂质和物质在近红外光谱有独特吸收特征，通过构建定性模型能够迅速识别样品中是否存在杂质或相关物质来提高检测效率，原料药晶型与多晶型分析也是近红外光谱法具备优势的领域，不同晶型有不同分子排列和相互作用会使近红外光谱产生差异，利用化学计量学方法对光谱进行分析可准确区分原料药不同晶型，为保证原料药质量稳定性和疗效一致性提供关键依据确保药品质量符合标准[3]。

2.2制剂分析与评价

在制剂分析与评价工作当中近红外光谱法呈现显著优势，针对片剂和胶囊剂里药物含量均匀性检测情况，近红外光谱能够快速扫描多个不同的样品，并且基于化学计量学方法来构建定量模型，从而精准分析每个样品之中药物的具体含量，有效评估制剂均匀性以此保障药品质量一致性，在药物溶出度与释放行为的在线监测方面，这项技术可以实时采集溶出过程里样品的光谱，结合模型动态分析药物释放的实际情况，及时反馈工艺参数对药物释放所产生的影响，进而助力制剂工艺进行有效的优化与改进，此外辅料会对药物光谱特征造成一定的干扰，从而影响到分析结果的准确性与可靠性，通过研究辅料的光谱特性采用多元校正算法，例如偏最小二乘法建立校正模型的方式，能够消除辅料干扰准确获取药物真实光谱信息，确保药物含量和溶出度等分析结果的可靠性，为制剂质量评价提供强有力的支持与保障[4]。

2.3中药与天然药物分析

在中药与天然药物分析这个领域当中近红外光谱法应用前景十分广阔，在中药材产地、品种与真伪鉴别这些方面不同产地和品种的中药材由于生长环境、遗传特性存在差异所以其化学成分组成不一样且近红外光谱特征也各不相同，通过收集大量样本光谱来建立分类模型能够快速且准确地鉴别中药材产地和品种还可以有效识别其真伪进而保障中药材质量，对于中药复方制剂中多成分同步定量分析而言中药复方成分复杂近红外光谱可同时捕捉多种成分的光谱信息并结合化学计量学方法构建定量模型从而实现多成分快速同步测定以提高分析效率，在中药炮制工艺评价方面炮制过程会让中药材化学成分发生改变近红外光谱能实时监测炮制过程中光谱变化并反映成分动态变化情况可为优化炮制工艺参数、保证炮制后中药材质量稳定提供科学依据[5]。

2.4药物生产过程监控

在药物生产过程的监控工作里，近红外光谱过程分析技术也就是PAT发挥着关键作用，对于制药工艺参数像温度压力混合时间等的实时优化，近红外光谱能够快速检测生产过程中物料成分的变化，并且结合数据分析来建立工艺参数与成分变化的关联模型，依据这个关联模型就可以实时调整工艺参数，从而确保生产能够在最佳条件之下进行，最终提高产品质量以及生产效率，在连续生产中关键质量属性也就是CQA的在线监测方面，近红外光谱可实时采集生产线上样品的光谱，通过预先建立的定量或者定性模型，能够快速分析关键质量属性如活性成分含量杂质水平等，能够及时发现潜在的质量问题，避免不合格产品流入到下一生产环节，比如在某口服固体制剂的连续生产过程中，利用近红外光谱PAT技术实时监测物料混合均匀度和活性成分含量，成功优化了混合工艺参数保障了产品质量稳定性还降低了生产成本。

2.5药物稳定性与保质期预测

在药物稳定性和保质期预测这个领域，近红外光谱技术展现出了独特优势，药物降解产物和原药物在化学结构上存在差异，这使得近红外光谱特征出现不同情况，通过收集药物处于不同降解阶段的光谱数据，再结合化学计量学方法，能够精准识别药物降解产物的光谱特征，为药物稳定性研究提供关键信息，基于近红外光谱构建加速稳定性试验模型，可在较短时间内模拟药物长期储存过程中的降解状况，预测药物在正常储存条件下的稳定性趋势，该模型可以快速分析不同时间点的光谱数据，确定药物降解动力学参数，进而预测出药物的货架期，同时依据模型结果能够优化存储条件，像调整温度、湿度等，以此延缓药物降解速度来延长保质期，比如在某抗生素药物研究当中，利用近红外光谱加速稳定性试验模型成功预测了药物货架期，还确定了最佳存储条件，有效保障了药品质量与安全性。

结论：

近红外光谱法在药物分析当中有着显著的核心优势，它分析速度非常快能够大幅缩短检测时间，不用进行复杂样品前处理操作简便且成本较低，还可以实现无损检测以此保障样品的完整性，在应用成效方面，这项技术在药物质量控制中能精准测定活性成分含量并筛查杂质，于生产过程监控里可以实时反馈各项工艺参数，在药物研发阶段能够快速筛选配方与相应工艺，和传统方法比较起来，近红外光谱法给药物分析提供了高效又便捷的全新途径，有力推动了药物分析这一领域的持续发展

参考文献：

[1]叶陈奎,袁冲,王晓岗.近红外光谱技术在药物分析中的应用[J].化工设计通讯,2020,46(08):204+211.

[2]陈俊波,符秀娟.近红外光谱技术在药物分析中的应用[J].医学食疗与健康,2020,18(13):160-161+163.

[3]贾博,宋扬,彭冲,等.近红外光谱技术在药物分析中的应用[J].化工设计通讯,2018,44(03):162.

[4]张松瑶.近红外光谱技术在药物分析领域的应用[J].家庭医药.就医选药,2017,(11):168.

[5]袁晓明.近红外光谱技术在药物分析领域的应用进展[J].中国医院用药评价与分析,2016,16(09):1294-1295.