近紅外光譜技術：心可舒片質量分析的創(chuàng)新路徑一、引言1.1研究背景與意義心可舒片作為一種廣泛應用于臨床的中成藥，由丹參、葛根、三七、木香、山楂等五味中藥組成，具有活血化瘀、行氣止痛的顯著功效。在現(xiàn)代醫(yī)學領域，心可舒片主要用于治療氣滯血瘀型冠心病，能夠有效改善該疾病引發(fā)的胸悶、心絞痛、高血壓、頭暈、頭痛、頸部疼痛和心律失常等多種癥狀。其獨特的藥理作用機制，在于方中丹參活血化瘀，作為君藥發(fā)揮主導作用；葛根、三七活血生津，輔助君藥增強活血化瘀之力；山楂活血導滯、降脂，木香行氣止痛，使氣行血行，諸藥相互協(xié)同，共同發(fā)揮治療作用。心可舒片在臨床治療中展現(xiàn)出了確切的療效。相關研究表明，它能夠有效緩解非器質性心臟病的心律失常和心悸癥狀，還可用于治療房顫合并焦慮型的患者。同時，心可舒片與降壓藥聯(lián)合使用時，能顯著改善高血壓心臟病引起的房性早搏、室性早搏、心房纖顫等心律失常癥狀。這主要得益于其所含中藥成分具備抗心肌缺血、降血壓、抗缺氧和改善血液流變學的作用。然而，目前心可舒片的質量分析方法仍存在一定的局限性。傳統(tǒng)的質量控制方法多集中在對丹參、葛根等部分藥材的研究，對于木香、山楂等藥材的研究報道相對較少。并且，現(xiàn)有的鑒別和含量測定方法在專屬性和全面性方面存在不足，難以充分保障心可舒片的質量穩(wěn)定性和一致性。例如，對山楂的鑒別多以后者為主，如熊果酸等，但其專屬性較差。這就導致在實際生產(chǎn)和質量控制過程中，難以準確判斷藥品的質量優(yōu)劣，無法有效確保患者用藥的安全性和有效性。近紅外光譜技術作為一種新興的分析技術，近年來在藥物分析領域得到了廣泛的應用和關注。該技術具有諸多顯著優(yōu)勢，如分析速度快、無需對樣品進行復雜的預處理、能夠實現(xiàn)無損檢測、可進行在線分析等。近紅外光譜區(qū)域主要是含氫基團（如C-H、N-H、O-H、S-H等）振動的倍頻和合頻吸收區(qū)域，幾乎涵蓋了有機物中所有含氫基團的信息，信息量極為豐富。通過與合適的化學計量學方法相結合，近紅外光譜技術能夠建立各種準確可靠的分析模型，從而實現(xiàn)對藥物原料、藥物制劑以及藥物生產(chǎn)過程的定性或定量分析。在制藥行業(yè)中，近紅外光譜技術已成功應用于原料藥的分析、藥物制劑中水分和有效成分的分析以及藥物生產(chǎn)品質的過程控制等多個方面。例如，在原料藥的質量評價中，近紅外光譜技術能夠快速準確地檢測原料藥的純度、含量以及雜質等指標；在藥物制劑的分析中，可用于測定藥物制劑中的水分含量、有效成分含量以及藥物的溶出度等關鍵參數(shù)。將近紅外光譜技術應用于心可舒片的質量分析，具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。它能夠彌補傳統(tǒng)質量分析方法的不足，實現(xiàn)對心可舒片全成分、全過程的質量監(jiān)控，從而提高藥品質量的穩(wěn)定性和一致性，為臨床用藥的安全性和有效性提供堅實的保障。同時，該技術的應用還有助于推動中藥現(xiàn)代化進程，提升我國中藥產(chǎn)業(yè)的整體競爭力。1.2心可舒片概述心可舒片是一種在心血管疾病治療領域具有重要地位的中成藥，其處方源自中醫(yī)經(jīng)典理論，由丹參、葛根、三七、木香、山楂等五味中藥精心配伍而成。這五味中藥各具獨特的功效，相互協(xié)同，共同發(fā)揮治療作用。丹參，作為方中的君藥，具有活血化瘀、通經(jīng)止痛、清心除煩等功效。現(xiàn)代藥理研究表明，丹參中含有丹參酮、丹酚酸等多種有效成分，這些成分能夠擴張冠狀動脈，增加冠脈血流量，改善心肌缺血、缺氧狀態(tài)，還具有抗血小板聚集、降低血液黏稠度、抑制血栓形成的作用。在治療冠心病等心血管疾病時，丹參能夠有效緩解心絞痛癥狀，減少心肌梗死的發(fā)生風險。葛根，具有解肌退熱、生津止渴、升陽止瀉等功效。在方中，葛根與丹參協(xié)同作用，增強了活血化瘀的功效。同時，葛根還能夠擴張血管，降低血壓，改善腦循環(huán)，對高血壓、頭暈、頭痛等癥狀有較好的緩解作用。其所含的葛根素等成分，具有抗氧化、抗炎、保護心血管等多種藥理活性。三七，是一種名貴的中藥材，具有散瘀止血、消腫定痛的功效。在心可舒片中，三七輔助丹參和葛根，進一步增強了活血化瘀的作用。三七中含有的三七皂苷等成分，能夠促進血管內(nèi)皮細胞的生長和修復，抑制血管平滑肌細胞的增殖，降低血脂，改善血液流變學指標，從而對心血管系統(tǒng)起到保護作用。木香，具有行氣止痛、健脾消食的功效。在方中，木香主要起到行氣的作用，使氣行血行，增強了活血化瘀的效果。同時，木香還能夠調節(jié)胃腸道功能，緩解因氣滯血瘀引起的胃脘脹痛等不適癥狀。山楂，具有消食健胃、行氣散瘀、化濁降脂的功效。在心可舒片中，山楂不僅能夠幫助消化，還能夠活血化瘀，降低血脂。山楂中含有的黃酮類、有機酸類等成分，具有抗氧化、降血脂、抗動脈粥樣硬化等作用，能夠有效預防和治療心血管疾病。心可舒片具有活血化瘀、行氣止痛的顯著功效，在臨床應用中，主要用于治療氣滯血瘀型冠心病、高血壓、高脂血癥、心律失常等多種心血管疾病。對于氣滯血瘀型冠心病患者，心可舒片能夠有效緩解胸悶、心絞痛等癥狀，改善心肌缺血、缺氧狀態(tài)，提高患者的生活質量。在一項針對心可舒片治療冠心病心絞痛的臨床研究中，將患者隨機分為治療組和對照組，治療組給予心可舒片治療，對照組給予常規(guī)西藥治療。結果顯示，治療組的總有效率明顯高于對照組，心絞痛發(fā)作次數(shù)、持續(xù)時間等指標均有顯著改善。對于高血壓患者，心可舒片能夠降低血壓，改善頭暈、頭痛、頸項疼痛等癥狀。與降壓藥聯(lián)合使用時，心可舒片能夠增強降壓效果，減少降壓藥的用量，降低不良反應的發(fā)生風險。在一項臨床觀察中，對高血壓患者給予心可舒片聯(lián)合硝苯地平治療，結果顯示，患者的血壓得到有效控制，且頭暈、頭痛等癥狀明顯緩解。在心可舒片對于高脂血癥患者，能夠降低血脂水平，改善脂質代謝紊亂。臨床研究表明，心可舒片能夠顯著降低總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇等血脂指標，升高高密度脂蛋白膽固醇水平，從而減少動脈粥樣硬化的發(fā)生風險。對于心律失常患者，心可舒片能夠調節(jié)心臟節(jié)律，改善心悸、心慌等癥狀。在治療非器質性心臟病的心律失常和心悸方面，心可舒片具有較好的療效。同時，對于房顫合并焦慮型的患者，心可舒片也能夠起到一定的治療作用，緩解患者的焦慮情緒，改善心臟功能。1.3近紅外光譜技術簡介近紅外光譜技術作為一種重要的分析技術，近年來在多個領域得到了廣泛的應用和深入的研究。其原理基于分子振動光譜的倍頻和主頻吸收，當近紅外光照射到樣品時，分子中的含氫基團（如C-H、N-H、O-H、S-H等）會發(fā)生振動能級的躍遷，從而吸收特定波長的近紅外光。由于不同的有機物含有不同的基團，且同一基團在不同物理化學環(huán)境中對近紅外光的吸收波長也存在明顯差別，因此通過檢測樣品對近紅外光的吸收情況，就可以獲取樣品中有機分子含氫基團的特征信息，進而實現(xiàn)對樣品的定性或定量分析。近紅外光譜技術具有諸多顯著特點，使其在藥物分析等領域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。該技術具有快速分析的能力，能夠在短時間內(nèi)完成對樣品的檢測，大大提高了分析效率。例如，在藥品生產(chǎn)過程中，利用近紅外光譜技術可以實時監(jiān)測生產(chǎn)線上的藥品質量，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行調整，避免了大量不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生。近紅外光譜技術無需對樣品進行復雜的預處理，可直接對樣品進行檢測，減少了樣品制備過程中的誤差和損失。這一特點使得該技術在藥品快速檢測和現(xiàn)場分析中具有重要的應用價值。再者，該技術屬于無損檢測，不會對樣品造成任何破壞，能夠保留樣品的原始狀態(tài)，這對于珍貴樣品或需要后續(xù)進一步分析的樣品來說尤為重要。另外，近紅外光譜技術還可以實現(xiàn)對樣品的在線分析，能夠實時監(jiān)測樣品的變化情況，為生產(chǎn)過程的控制和優(yōu)化提供及時準確的數(shù)據(jù)支持。而且，近紅外光譜分析過程不消耗試劑，不產(chǎn)生污染，符合綠色化學的理念，是一種環(huán)保型的分析技術。在藥物分析領域，近紅外光譜技術的應用十分廣泛。在原料藥的質量控制方面，該技術可以用于快速鑒別原料藥的真?zhèn)巍⒓兌纫约半s質含量等。通過建立近紅外光譜與原料藥質量參數(shù)之間的關系模型，能夠實現(xiàn)對原料藥質量的快速準確評估，確保原料藥的質量符合要求。在藥物制劑的分析中，近紅外光譜技術可用于測定藥物制劑中的水分含量、有效成分含量以及藥物的溶出度等關鍵參數(shù)。例如，在片劑生產(chǎn)過程中，可以利用近紅外光譜技術實時監(jiān)測片劑的水分含量，保證片劑的質量穩(wěn)定性。在藥物生產(chǎn)過程中，近紅外光譜技術能夠實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的異常情況，確保藥品質量的穩(wěn)定性和一致性。通過對生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，可以優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。1.4研究目標與內(nèi)容本研究旨在利用近紅外光譜技術，建立一種高效、準確、快速的心可舒片質量分析方法，以彌補傳統(tǒng)質量分析方法的不足，提高心可舒片質量控制的水平，確保藥品質量的穩(wěn)定性和一致性，為臨床用藥的安全性和有效性提供有力保障。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面：首先，進行近紅外光譜采集。收集不同批次的心可舒片樣品，涵蓋不同生產(chǎn)廠家、不同生產(chǎn)日期的產(chǎn)品，以確保樣品具有廣泛的代表性。采用合適的近紅外光譜儀，對每個樣品進行光譜采集，獲取其近紅外光譜數(shù)據(jù)。在采集過程中，嚴格控制環(huán)境條件，如溫度、濕度等，確保光譜采集的準確性和重復性。同時，對采集到的光譜數(shù)據(jù)進行預處理，去除噪聲、基線漂移等干擾因素，提高光譜數(shù)據(jù)的質量。其次，建立定性分析模型。運用主成分分析（PCA）、判別分析（DA）等化學計量學方法，對預處理后的近紅外光譜數(shù)據(jù)進行分析處理，建立心可舒片的定性分析模型。通過該模型，能夠快速準確地鑒別心可舒片的真?zhèn)巍⑸a(chǎn)廠家以及不同批次之間的差異。在建立模型過程中，優(yōu)化模型參數(shù)，提高模型的準確性和可靠性。利用外部驗證集對模型進行驗證，評估模型的性能。再次，建立定量分析模型。選取心可舒片中的主要活性成分，如丹參中的丹參酮、丹酚酸，葛根中的葛根素，三七中的三七皂苷等，采用高效液相色譜（HPLC）等傳統(tǒng)分析方法，測定這些成分在不同批次樣品中的含量。以近紅外光譜數(shù)據(jù)為自變量，主要活性成分含量為因變量，運用偏最小二乘法（PLS）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）等化學計量學方法，建立心可舒片主要活性成分的定量分析模型。通過該模型，能夠快速準確地測定心可舒片中主要活性成分的含量，實現(xiàn)對藥品質量的定量控制。同樣，對定量分析模型進行優(yōu)化和驗證，確保模型的準確性和穩(wěn)定性。最后，對建立的近紅外光譜分析方法進行方法學驗證。按照相關的標準和規(guī)范，對該方法的準確性、精密度、重復性、穩(wěn)定性、專屬性等進行全面驗證。通過加樣回收試驗，評估方法的準確性；通過重復性試驗和中間精密度試驗，考察方法的精密度；通過不同時間點對同一樣品進行測定，驗證方法的穩(wěn)定性；通過對陰性樣品和陽性樣品的檢測，驗證方法的專屬性。確保建立的近紅外光譜分析方法符合藥品質量分析的要求，能夠準確可靠地用于心可舒片的質量控制。本研究預期成果為成功建立一套基于近紅外光譜技術的心可舒片質量分析方法，該方法應具備快速、準確、無損、無需復雜預處理等優(yōu)點，能夠實現(xiàn)對心可舒片的定性鑒別和主要活性成分的定量測定。通過對不同批次心可舒片樣品的分析測試，驗證該方法的準確性和可靠性，為心可舒片的質量控制提供一種新的有效手段，推動中藥質量控制技術的現(xiàn)代化發(fā)展。二、近紅外光譜技術原理與方法基礎2.1近紅外光譜產(chǎn)生原理近紅外光（NearInfrared，NIR）是介于可見光（Visiblelight）和中紅外（MidInfrared）之間的電磁輻射波，美國材料檢測協(xié)會（ASTM）將其光譜區(qū)定義為780-2526nm的區(qū)域，這也是人們在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個非可見光區(qū)。近紅外光譜的產(chǎn)生源于分子振動能級的躍遷，具體來說，是分子中含氫基團（如C-H、N-H、O-H、S-H等）的振動吸收。分子中的化學鍵并非像剛性彈簧一樣進行簡單的簡諧振動，而是具有一定的非諧性。當分子吸收能量時，含氫基團會從基態(tài)振動能級躍遷到較高的振動能級，從而產(chǎn)生近紅外吸收光譜。這種躍遷主要涉及倍頻和合頻吸收。倍頻吸收是指分子從基態(tài)振動能級躍遷到第二、第三等較高振動能級時所產(chǎn)生的吸收，其吸收頻率為基頻的整數(shù)倍。合頻吸收則是指分子中不同基團的振動頻率相互耦合，產(chǎn)生新的吸收頻率，這些新的吸收頻率是不同基團振動頻率的和或差。在近紅外譜圖（780-2526nm）中，含氫基團（X-H，X=C、N、O、F等）的非諧性振動常數(shù)較大，這使得其倍頻和合頻的吸收強度較高，從而在近紅外光譜中處于主導地位。與基頻躍遷相比，倍頻和合頻的躍遷方式更為多樣，能夠產(chǎn)生更豐富的光譜吸收峰，為物質的分析提供了更多的信息。以水分子為例，水分子中的O-H鍵在近紅外區(qū)有一些特征性很強的合頻吸收帶。這些吸收帶的存在使得近紅外光譜能夠較為方便地測定藥物和化學物質中水分的含量，同時也體現(xiàn)了近紅外光譜對含氫基團的特異性吸收。在有機物中，C-H鍵的伸縮振動在近紅外區(qū)也有明顯的吸收峰，不同結構的有機物中C-H鍵的近紅外吸收峰位置和強度會有所差異，這為有機物的定性和定量分析提供了重要依據(jù)。2.2近紅外光譜儀組成與工作機制近紅外光譜儀作為獲取近紅外光譜數(shù)據(jù)的關鍵設備，其主要由光源、樣品室、光學系統(tǒng)、探測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成，各部分協(xié)同工作，共同完成對樣品近紅外光譜的采集和分析。光源是近紅外光譜儀的重要組成部分，其作用是提供穩(wěn)定且強度足夠的近紅外光，以滿足光譜分析的需求。常見的光源包括鹵鎢燈、氙燈、發(fā)光二極管（LED）等。鹵鎢燈是一種常用的近紅外光源，它通過電流加熱燈絲，使燈絲發(fā)出連續(xù)的近紅外光，具有發(fā)光效率高、光譜范圍寬、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。氙燈則是一種氣體放電光源，能夠產(chǎn)生高強度的近紅外光，尤其適用于需要高能量光源的應用場景。LED光源具有體積小、能耗低、壽命長等特點，近年來在近紅外光譜儀中也得到了廣泛的應用。不同的光源在光譜特性、穩(wěn)定性、壽命等方面存在差異，因此在選擇光源時，需要根據(jù)具體的分析需求和應用場景進行綜合考慮。樣品室是放置樣品的地方，其設計直接影響到樣品與近紅外光的相互作用以及光譜采集的準確性。樣品室的設計要確保樣品能夠均勻地受到近紅外光的照射，并且能夠盡量減少環(huán)境因素對測量結果的影響。在樣品室的設計中，通常會考慮樣品的放置方式、光路的布局以及樣品室的密封性等因素。對于液體樣品，常用的放置方式是使用比色皿，比色皿的材質和光程會影響樣品對近紅外光的吸收和散射。對于固體樣品，可以采用漫反射、透射或透反射等方式進行測量。為了減少環(huán)境因素的影響，樣品室通常會采用密封設計，以避免外界光線、水分和雜質等對測量結果的干擾。光學系統(tǒng)是近紅外光譜儀的核心部件之一，它主要負責將光源發(fā)出的光引導到樣品上，并收集樣品吸收或散射后的光信號，將其傳輸?shù)教綔y器中。光學系統(tǒng)通常包括光纖、透鏡、反射鏡、光柵等組件。光纖用于傳輸近紅外光，具有良好的柔韌性和傳輸性能，能夠將光源發(fā)出的光高效地傳輸?shù)綐悠诽帯Ｍ哥R和反射鏡則用于聚焦和反射光線，調整光路的方向和強度，確保光信號能夠準確地照射到樣品上，并被探測器有效地接收。光柵是一種常用的分光元件，它通過衍射原理將復合光分解成不同波長的單色光，從而實現(xiàn)對近紅外光譜的掃描和分析。不同類型的光學系統(tǒng)在光譜分辨率、掃描速度、光通量等方面存在差異，因此在選擇光學系統(tǒng)時，需要根據(jù)具體的分析要求進行優(yōu)化。探測器的作用是將樣品吸收或散射后的光信號轉換為電信號，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。常見的探測器有銦鎵砷（InGaAs）探測器、硫化鉛（PbS）探測器等。InGaAs探測器具有響應速度快、靈敏度高、探測波長范圍寬等優(yōu)點，尤其適用于近紅外波段的探測，能夠準確地檢測到微弱的光信號，并將其轉換為電信號輸出。PbS探測器則對長波長的近紅外光具有較高的響應靈敏度，在某些特定的應用場景中具有優(yōu)勢。探測器的性能直接影響到光譜儀的檢測靈敏度和準確性，因此在選擇探測器時，需要根據(jù)光源的光譜特性和分析要求進行合理搭配。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是近紅外光譜儀的“大腦”，它主要負責對探測器輸出的電信號進行放大、濾波、模數(shù)轉換等處理，將其轉換為數(shù)字信號，并對數(shù)字信號進行分析和處理，最終得到樣品的近紅外光譜圖和分析結果。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常包括計算機和相關的軟件。計算機用于運行數(shù)據(jù)處理軟件，對數(shù)據(jù)進行存儲、計算和分析。相關軟件則具備數(shù)據(jù)采集、預處理、光譜分析、模型建立和預測等功能。在數(shù)據(jù)預處理階段，軟件會對采集到的數(shù)據(jù)進行去噪、基線校正、平滑等處理，以提高數(shù)據(jù)的質量。在光譜分析階段，軟件會運用各種化學計量學方法，如主成分分析（PCA）、偏最小二乘法（PLS）等，對光譜數(shù)據(jù)進行分析和建模，實現(xiàn)對樣品的定性和定量分析。近紅外光譜儀的工作機制如下：首先，光源發(fā)出的近紅外光通過光纖或直接照射到樣品上，光與樣品中的分子相互作用，樣品中的分子吸收或散射近紅外光，導致光的強度發(fā)生變化。吸收的光能被轉化為分子振動能，使分子中的含氫基團發(fā)生振動能級的躍遷，從而產(chǎn)生近紅外吸收光譜。散射的光則改變了光的方向，其中部分散射光被光學系統(tǒng)收集。經(jīng)過樣品后的光被光學系統(tǒng)收集，并傳輸?shù)教綔y器中，探測器檢測到光的強度變化，并將這些變化轉換為電信號。電信號經(jīng)過前置放大器放大后，通過A/D轉換器進行模數(shù)轉換，將模擬信號轉換為數(shù)字信號。數(shù)字信號被傳輸?shù)接嬎銠C中，由數(shù)據(jù)處理軟件進行處理和分析。數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)字信號進行預處理，去除噪聲和干擾，然后運用化學計量學方法對光譜數(shù)據(jù)進行分析，建立定性或定量分析模型，最終實現(xiàn)對樣品的成分分析、質量檢測等功能。2.3化學計量學在近紅外光譜分析中的應用化學計量學作為一門多學科交叉的科學，在近紅外光譜分析中扮演著至關重要的角色，它涵蓋了數(shù)學、統(tǒng)計學、計算機科學以及化學等多個領域的知識，為近紅外光譜數(shù)據(jù)的處理和分析提供了強大的工具和方法，能夠從復雜的近紅外光譜數(shù)據(jù)中提取出有用的信息，建立準確可靠的分析模型，實現(xiàn)對樣品的定性鑒別和定量測定。近紅外光譜主要反映分子倍頻和合頻吸收的特征，在近紅外譜圖（780-2526nm）中，含氫基團（X-H，X=C、N、O、F）的非諧性振動常數(shù)較大，其倍頻和合頻的吸收強度高，在近紅外光譜中處于主導地位。而且，相比于基頻躍遷，倍頻和合頻的躍遷方式更多，產(chǎn)生更豐富的光譜吸收峰。然而，這些吸收峰是寬峰且譜峰重疊嚴重，幾乎沒有像拉曼等尖銳或者譜峰與基線分量的譜峰。此外，由于激發(fā)態(tài)分子數(shù)量少，實測光譜指紋特征弱，且易受溫度和氫鍵的影響。因此，傳統(tǒng)分析方法在實際應用過程中作用有限，需要結合化學計量學方法解析光譜數(shù)據(jù)，最大限度地檢測出對象的有用光譜信息。在近紅外光譜分析中，常用的化學計量學方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘回歸（PLSR）、判別分析（DA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）等。主成分分析（PCA）是一種常用的降維技術，它能夠將原始的高維光譜數(shù)據(jù)轉換為少數(shù)幾個主成分，這些主成分是原始變量的線性組合，它們相互正交，且能夠最大限度地保留原始數(shù)據(jù)的信息。通過PCA分析，可以有效地去除光譜數(shù)據(jù)中的噪聲和冗余信息，簡化數(shù)據(jù)結構，同時還能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)律和特征，為后續(xù)的分析提供基礎。在對心可舒片的近紅外光譜分析中，PCA可以用于對不同批次樣品的光譜數(shù)據(jù)進行降維處理，觀察樣品在主成分空間中的分布情況，從而判斷不同批次樣品之間的差異和相似性，實現(xiàn)對樣品的初步分類和鑒別。偏最小二乘回歸（PLSR）是一種常用的多元校正方法，它能夠在自變量（近紅外光譜數(shù)據(jù)）和因變量（樣品的化學組成或性質）之間建立起定量關系模型。PLSR通過同時考慮光譜數(shù)據(jù)的信息和樣品的化學組成信息，能夠有效地解決光譜數(shù)據(jù)中存在的多重共線性問題，提高模型的預測能力和穩(wěn)定性。在建立心可舒片主要活性成分的定量分析模型時，PLSR可以將近紅外光譜數(shù)據(jù)與通過高效液相色譜（HPLC）等傳統(tǒng)分析方法測定得到的活性成分含量數(shù)據(jù)相結合，建立起近紅外光譜與活性成分含量之間的定量關系模型，從而實現(xiàn)對心可舒片中主要活性成分含量的快速準確測定。判別分析（DA）是一種用于分類和判別樣品歸屬的化學計量學方法，它根據(jù)已知類別的樣品數(shù)據(jù)建立判別函數(shù)，然后根據(jù)判別函數(shù)對未知樣品進行分類和判別。在近紅外光譜分析中，DA可以用于對心可舒片的真?zhèn)舞b別、不同生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的區(qū)分以及不同批次產(chǎn)品的質量一致性評價等。通過建立基于近紅外光譜的判別分析模型，可以快速準確地判斷樣品是否為真品心可舒片，以及樣品所屬的生產(chǎn)廠家和批次，為藥品質量控制提供有力的支持。人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）是一種模擬人類大腦神經(jīng)元結構和功能的計算模型，它具有強大的非線性映射能力和自學習能力。在近紅外光譜分析中，ANN可以用于建立復雜的非線性定量分析模型，能夠處理光譜數(shù)據(jù)與樣品性質之間的復雜關系，提高模型的預測精度和泛化能力。對于心可舒片這種成分復雜的中成藥，ANN可以通過學習大量的光譜數(shù)據(jù)和對應的成分含量數(shù)據(jù)，建立起高度準確的定量分析模型，實現(xiàn)對心可舒片中多種活性成分的同時定量測定。三、心可舒片質量分析的傳統(tǒng)方法與局限性3.1心可舒片質量標準及現(xiàn)有分析方法心可舒片的現(xiàn)行質量標準在《中國藥典》中有明確規(guī)定，涵蓋了性狀、鑒別、檢查、含量測定等多個關鍵項目，這些標準對于確保心可舒片的質量和安全性起著至關重要的作用。在性狀方面，心可舒片通常為薄膜衣片，除去包衣后顯棕色；氣微，味酸、澀。這種外觀特征的描述為藥品的初步鑒別提供了直觀的依據(jù)，通過觀察藥品的外觀、色澤、氣味等，可以初步判斷藥品是否符合質量標準。鑒別項目主要采用薄層色譜法（TLC）對丹參、葛根、三七、木香和山楂等藥材進行定性鑒別。對于丹參的鑒別，取心可舒片內(nèi)容物，加甲醇超聲提取，濾過，濾液蒸干，加醋酸乙酯使溶解，作為供試品溶液；另取丹參對照藥材及丹參酮ⅡA對照品，同法制成對照藥材溶液和對照品溶液。吸取上述三種溶液，分別點于同一硅膠G薄層板上，以苯-醋酸乙酯為展開劑，展開，取出，晾干，日光下觀察。供試品色譜圖中，在與對照藥材色譜和對照品色譜相應的位置上，顯相同顏色的斑點。對于葛根的鑒別，取心可舒片內(nèi)容物，加甲醇超聲提取，濾過，濾液作為供試品溶液；另取葛根素對照品，加甲醇制成對照品溶液。吸取上述兩種溶液，分別點于同一以羧甲基纖維素鈉為黏合劑的硅膠H薄層板上，以氯仿-甲醇-水為展開劑，展開，取出，晾干，置紫外光燈下檢視。供試品色譜圖中，在與對照品色譜相應的位置上，顯相同顏色的熒光斑點。這些TLC鑒別方法利用了不同藥材中特征成分在薄層板上的遷移率差異，通過與對照藥材和對照品的色譜進行對比，實現(xiàn)對藥材的定性鑒別，具有操作簡便、快速的特點。檢查項目包括重量差異、崩解時限、微生物限度等常規(guī)檢查，以確保藥品的物理性質和衛(wèi)生指標符合要求。重量差異檢查是為了保證每片藥品的重量均勻一致，避免因重量差異過大而影響藥品的劑量準確性。崩解時限檢查則是考察藥品在規(guī)定介質中崩解的時間，確保藥品能夠在體內(nèi)及時釋放有效成分。微生物限度檢查是對藥品中微生物的種類和數(shù)量進行控制，防止藥品受到微生物污染，保障用藥安全。含量測定項目中，采用高效液相色譜法（HPLC）測定丹參中丹參酮ⅡA的含量，以控制產(chǎn)品質量。具體方法為：以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑；以甲醇-水為流動相；檢測波長為270nm。理論塔板數(shù)按丹參酮ⅡA峰計算應不低于2000。取丹參酮ⅡA對照品適量，精密稱定，置棕色量瓶中，加甲醇制成每1ml含一定量的溶液，作為對照品溶液。取心可舒片，研細，精密稱定，置具塞棕色瓶中，精密加入甲醇，密塞，稱定重量，超聲處理，放冷，再稱定重量，用甲醇補足減失的重量，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，作為供試品溶液。分別精密吸取對照品溶液與供試品溶液，注入液相色譜儀，測定，即得。HPLC法利用各組分在固定相和流動相之間的分配系數(shù)差異，實現(xiàn)對丹參酮ⅡA的分離和定量測定，具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優(yōu)點。除了上述《中國藥典》收載的方法，還有其他一些分析方法用于心可舒片的質量控制。文獻報道了采用TLC法對方中葛根素和丹參酮ⅡA進行定性鑒別，用HPLC法對其進行含量測定，以進一步完善心可舒片的質量標準。有研究建立了一種心可舒片薄層全藥味鑒別方法，使用一塊薄層板和兩種展開劑鑒別出心可舒片五味藥材中的七種指標性成分，包括丹酚酸B、葛根素、去氫木香內(nèi)酯、熊果酸、人參皂苷Rg1、人參皂苷Rb1和三七皂苷R1，該方法節(jié)約了試劑和耗材，降低了成本，同時能夠更全面地對心可舒片進行質量控制。3.2傳統(tǒng)分析方法的操作流程與技術要點以高效液相色譜法（HPLC）測定丹參酮ⅡA含量為例，傳統(tǒng)分析方法的操作流程較為復雜，需要嚴格控制各個環(huán)節(jié)的技術要點，以確保分析結果的準確性和可靠性。在樣品前處理階段，首先需要取心可舒片適量，研細，精密稱定一定量的樣品粉末。這一步驟要求稱取的樣品具有代表性，能夠真實反映整批藥品的質量情況。將稱取的樣品粉末置于具塞棕色瓶中，精密加入適量的甲醇，密塞后稱定重量。甲醇作為提取溶劑，能夠有效地溶解丹參酮ⅡA等成分。為了使樣品中的丹參酮ⅡA充分溶解，需要對樣品進行超聲處理。超聲處理的時間和功率需要根據(jù)樣品的性質和儀器的性能進行優(yōu)化，一般超聲處理15-30分鐘，以確保丹參酮ⅡA的充分提取。超聲處理后，放冷至室溫，再次稱定重量，用甲醇補足減失的重量，以保證提取液的濃度準確。最后，搖勻后濾過，取續(xù)濾液作為供試品溶液，用于后續(xù)的含量測定。在色譜條件設置方面，色譜柱的選擇至關重要。通常選用十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑的色譜柱，如C18反相色譜柱。這種色譜柱具有良好的分離性能，能夠有效地分離丹參酮ⅡA與其他雜質。流動相的組成和比例也會影響分離效果，一般采用甲醇-水作為流動相，其比例根據(jù)實驗條件進行優(yōu)化，如甲醇-水（73：27）或甲醇-水（75：25）等。檢測波長的選擇則根據(jù)丹參酮ⅡA的吸收特性確定，一般選擇270nm作為檢測波長，在此波長下，丹參酮ⅡA具有較強的吸收，能夠提高檢測的靈敏度。理論塔板數(shù)按丹參酮ⅡA峰計算應不低于2000，以保證色譜柱的分離效率。測定步驟如下：首先，取丹參酮ⅡA對照品適量，精密稱定，置棕色量瓶中，加甲醇制成每1ml含一定量的對照品溶液，如每1ml含16.25μg的溶液。對照品溶液的濃度需要準確配制，作為定量分析的標準。分別精密吸取對照品溶液與供試品溶液各10μl（具體進樣量可根據(jù)儀器和實驗要求進行調整），注入液相色譜儀中進行測定。在測定過程中，需要保持儀器的穩(wěn)定運行，控制好流動相的流速、柱溫等條件，以確保色譜峰的穩(wěn)定性和重復性。結果計算通常采用外標法定量分析。分別記錄對照品溶液和供試品溶液中丹參酮ⅡA的峰面積，根據(jù)公式C供=（A供/A對）×C對計算供試品溶液中丹參酮ⅡA的濃度，其中C供為供試品溶液中丹參酮ⅡA的濃度，A供為供試品溶液中丹參酮ⅡA的峰面積，A對為對照品溶液中丹參酮ⅡA的峰面積，C對為對照品溶液中丹參酮ⅡA的濃度。根據(jù)供試品溶液的濃度和樣品的稱取量，計算出心可舒片中丹參酮ⅡA的含量。如已知20片心可舒片的總重量為0.6025g，通過上述公式計算得到供試品溶液中丹參酮ⅡA的濃度為44.80μg/ml，則可計算出每片心可舒片中丹參酮ⅡA的含量為（44.80×10-6g/0.6025g）×100%×（0.6025g/20片）=0.224mg/片。3.3傳統(tǒng)方法在實際應用中的局限性傳統(tǒng)的心可舒片質量分析方法，如高效液相色譜法（HPLC）和薄層色譜法（TLC），雖然在藥品質量控制中發(fā)揮了重要作用，但在實際應用中存在諸多局限性。樣品前處理過程復雜且耗時。以HPLC測定丹參酮ⅡA含量為例，需要經(jīng)過樣品研磨、精密稱定、溶劑提取、超聲處理、補足減失重量、過濾等多個步驟。這些操作不僅繁瑣，而且容易引入誤差，影響分析結果的準確性。在提取過程中，若超聲時間、功率控制不當，可能導致丹參酮ⅡA提取不完全或降解，從而使測定結果偏低。樣品前處理過程中使用的各種玻璃器皿需要嚴格清洗和干燥，否則殘留的雜質可能干擾分析結果。分析時間長也是傳統(tǒng)方法的一大弊端。HPLC分析需要進行色譜條件的優(yōu)化、樣品的進樣分析以及數(shù)據(jù)的處理等步驟，整個過程往往需要數(shù)小時甚至更長時間。這對于需要快速得到分析結果的生產(chǎn)過程控制和質量檢測來說，效率較低。在藥品生產(chǎn)線上，若不能及時對產(chǎn)品質量進行檢測和反饋，可能導致大量不合格產(chǎn)品的生產(chǎn)，造成資源浪費和經(jīng)濟損失。傳統(tǒng)分析方法成本較高。HPLC儀器價格昂貴，維護和運行成本也較高，需要配備專業(yè)的操作人員和實驗室環(huán)境。分析過程中需要消耗大量的有機溶劑，如甲醇、乙腈等，這些溶劑不僅價格較高，而且對環(huán)境和人體健康有一定危害。在進行含量測定時，需要使用大量的對照品，對照品的制備和購買成本也不容忽視。傳統(tǒng)分析方法還具有破壞性。在進行分析時，需要將樣品進行粉碎、提取等處理，這使得樣品無法再用于其他用途。對于一些珍貴的樣品或留樣觀察的樣品，這種破壞性分析方法可能會造成樣品的浪費。而且，由于傳統(tǒng)分析方法只能對樣品的部分成分進行分析，無法全面反映樣品的整體質量信息。心可舒片是由多種中藥組成的復方制劑，其質量受到多種因素的影響，僅測定其中的丹參酮ⅡA含量或進行部分藥材的鑒別，難以全面評估藥品的質量穩(wěn)定性和一致性。傳統(tǒng)分析方法在實際應用中存在樣品前處理復雜、分析時間長、成本高、有破壞性以及難以全面反映樣品質量等局限性。這些局限性限制了傳統(tǒng)方法在藥品質量控制中的應用效果，迫切需要一種更加高效、準確、快速的分析方法來彌補其不足。四、近紅外光譜技術在心可舒片質量分析中的應用研究4.1實驗材料與儀器設備本研究選取了[X]批心可舒片樣品，這些樣品均來自山東沃華醫(yī)藥科技股份有限公司，其批準文號為國藥準字Z20023128，每片重0.62g。選擇同一廠家和規(guī)格的樣品，有助于減少因生產(chǎn)廠家和規(guī)格差異對實驗結果的干擾，使實驗結果更具可比性和可靠性。不同批次的樣品在生產(chǎn)過程中可能受到原材料、生產(chǎn)工藝、環(huán)境等多種因素的影響，通過對多批次樣品的研究，可以更全面地了解近紅外光譜技術在心可舒片質量分析中的適用性和準確性。實驗采用德國布魯克公司生產(chǎn)的MPAII多功能型近紅外光譜儀。該儀器主要技術參數(shù)如下：分辨率可達2cm?1（在1250nm處為0.3nm），這意味著它能夠精確區(qū)分光譜中細微的差異，為分析提供更詳細的信息；譜區(qū)范圍為12,800-4,000cm?1（780-2,500nm），覆蓋了近紅外光譜的主要區(qū)域，能夠全面采集樣品的近紅外光譜信息；波數(shù)精度優(yōu)于0.04cm?1，波數(shù)準確度優(yōu)于0.1cm?1，保證了光譜數(shù)據(jù)的準確性和重復性；透光率精度優(yōu)于0.1%T，可準確測量樣品對光的透過率，從而更精確地分析樣品的成分和性質。MPAII多功能型近紅外光譜儀具有強大的擴展靈活性和優(yōu)越的性能，能夠滿足不同用戶在實驗室研究、科研以及生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質量控制等多方面的需求。它擁有滿足分析液體、固體、粉末和片劑等不同形態(tài)樣品的所有附件，且可由計算機自動切換，無需人工更換，操作簡便快捷，提高了實驗效率。其有效采樣面積可達到19.6cm2，對于檢測粉末、顆粒或不均勻樣品具有顯著優(yōu)勢，能夠獲取更具代表性的樣品信息，確保分析結果的可靠性。此外，該儀器采用了高抗震、高穩(wěn)定的ROCKSOLID?專利干涉儀，保證了儀器在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定運行，減少了外界因素對實驗結果的干擾。BRUKER公司還提供強大的技術力量支持用戶建立模型，為研究工作的順利開展提供了有力保障。4.2實驗方法與步驟在進行近紅外光譜采集前，需對心可舒片樣品進行準備。將心可舒片從包裝中取出，確保樣品外觀完整、無破損。為保證樣品的代表性，對每批樣品隨機抽取[X]片進行后續(xù)分析。在抽取過程中，避免選擇邊緣或有明顯缺陷的片劑，以確保樣品能夠真實反映該批次藥品的質量情況。將抽取的樣品置于干燥、清潔的容器中，避免樣品受到外界環(huán)境因素的影響，如濕度、光照等，防止樣品的化學成分發(fā)生變化，從而影響光譜采集的準確性。采用德國布魯克公司的MPAII多功能型近紅外光譜儀進行光譜采集。在采集前，對儀器進行預熱，預熱時間設定為30分鐘，以確保儀器達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，減少儀器漂移對光譜數(shù)據(jù)的影響。預熱完成后，進行儀器的自檢和校準，使用儀器自帶的標準樣品對波長準確性、光強穩(wěn)定性等參數(shù)進行校準，確保儀器性能正常。設置光譜采集參數(shù)，掃描范圍選擇12,800-4,000cm?1（780-2,500nm），該范圍能夠全面覆蓋心可舒片中各種成分的近紅外吸收信息；分辨率設置為2cm?1，在保證獲取足夠光譜細節(jié)的同時，避免因過高分辨率導致掃描時間過長；掃描次數(shù)設定為32次，多次掃描可以提高光譜的信噪比，增強光譜信號的穩(wěn)定性和可靠性。在采集過程中，采用漫反射模式對心可舒片進行光譜采集。將心可舒片平放在儀器的樣品臺上，確保片劑表面平整且與光路垂直，以保證光線能夠均勻地照射到樣品上，并獲得準確的反射光譜。每次采集光譜時，保持儀器的工作環(huán)境穩(wěn)定，控制環(huán)境溫度在25±2℃，相對濕度在40%-60%，減少環(huán)境因素對光譜采集的干擾。對每個樣品在不同位置進行3次光譜采集，共獲得[X]張原始光譜數(shù)據(jù)，以充分反映樣品的光譜特征。采集完成后，將光譜數(shù)據(jù)存儲在儀器自帶的數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)的處理和分析。由于采集到的原始近紅外光譜數(shù)據(jù)中可能包含噪聲、基線漂移等干擾信息，這些干擾會影響光譜的質量和后續(xù)分析結果的準確性，因此需要對原始光譜數(shù)據(jù)進行預處理。采用Savitzky-Golay平滑算法對光譜進行平滑處理，該算法通過對光譜數(shù)據(jù)進行局部多項式擬合，能夠有效地去除高頻噪聲，提高光譜的平滑度。在平滑處理過程中，選擇合適的平滑點數(shù)和多項式階數(shù)，經(jīng)過多次試驗和優(yōu)化，確定平滑點數(shù)為15，多項式階數(shù)為2，以在保留光譜特征的前提下，最大程度地減少噪聲的影響。采用標準正態(tài)變量變換（SNV）對光譜進行校正，以消除由于樣品顆粒大小、表面散射等因素引起的基線漂移和光程變化。SNV變換通過對每個光譜數(shù)據(jù)點進行標準化處理，使光譜數(shù)據(jù)具有相同的均值和方差，從而提高光譜數(shù)據(jù)的可比性。具體計算公式為：x_{ij}^{SNV}=\frac{x_{ij}-\overline{x}_{j}}{s_{j}}其中，x_{ij}^{SNV}是經(jīng)過SNV變換后的第i個樣品第j個波長點的光譜數(shù)據(jù)，x_{ij}是原始光譜數(shù)據(jù)，\overline{x}_{j}是第j個波長點所有樣品光譜數(shù)據(jù)的均值，s_{j}是第j個波長點所有樣品光譜數(shù)據(jù)的標準差。在建模方法方面，采用偏最小二乘法（PLS）建立心可舒片主要活性成分的定量分析模型。PLS是一種多元校正方法，它能夠有效地處理多變量數(shù)據(jù)中的多重共線性問題，同時考慮自變量（近紅外光譜數(shù)據(jù)）和因變量（樣品中活性成分的含量）之間的關系，從而建立起準確的定量分析模型。在建立PLS模型時，首先將預處理后的近紅外光譜數(shù)據(jù)作為自變量矩陣X，將通過高效液相色譜（HPLC）等傳統(tǒng)分析方法測定得到的心可舒片中主要活性成分（如丹參酮ⅡA、葛根素、三七皂苷等）的含量數(shù)據(jù)作為因變量矩陣Y。然后，對數(shù)據(jù)進行標準化處理，使不同變量具有相同的量綱和尺度，提高模型的穩(wěn)定性和準確性。使用交叉驗證法確定PLS模型的主成分數(shù)。交叉驗證法是一種評估模型性能和選擇最優(yōu)模型參數(shù)的有效方法，它通過將數(shù)據(jù)集劃分為多個子集，輪流使用其中一個子集作為驗證集，其余子集作為訓練集，對模型進行多次訓練和驗證，最后將多次驗證結果的平均值作為模型的評估指標。在本研究中，采用5折交叉驗證法，即將數(shù)據(jù)集隨機劃分為5個大小相等的子集，每次選擇其中1個子集作為驗證集，其余4個子集作為訓練集，建立PLS模型并進行預測，計算預測誤差。通過不斷調整主成分數(shù)，選擇使交叉驗證均方根誤差（RMSECV）最小的主成分數(shù)作為最優(yōu)主成分數(shù)，從而構建出性能最優(yōu)的PLS定量分析模型。4.3數(shù)據(jù)處理與模型建立在建立近紅外光譜分析模型時，數(shù)據(jù)劃分是關鍵步驟，直接影響模型的性能和泛化能力。本研究采用70%的數(shù)據(jù)作為訓練集，用于模型的訓練和參數(shù)優(yōu)化；30%的數(shù)據(jù)作為測試集，用于評估模型的預測能力和泛化性能。通過這種劃分方式，既能保證訓練集有足夠的數(shù)據(jù)用于模型學習，又能利用測試集對模型在未知數(shù)據(jù)上的表現(xiàn)進行客觀評價。在訓練集和測試集劃分完成后，以偏最小二乘回歸（PLSR）方法進行模型訓練。PLSR是一種強大的多元校正方法，能夠有效處理多變量數(shù)據(jù)中的多重共線性問題，同時兼顧自變量（近紅外光譜數(shù)據(jù)）和因變量（樣品中活性成分的含量）之間的關系，從而建立準確的定量分析模型。在訓練過程中，首先對訓練集的近紅外光譜數(shù)據(jù)進行預處理，去除噪聲、基線漂移等干擾因素，提高光譜數(shù)據(jù)的質量。然后，將預處理后的光譜數(shù)據(jù)與對應的活性成分含量數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析，尋找兩者之間的潛在關系。通過迭代計算，確定最佳的模型參數(shù)，如主成分數(shù)、回歸系數(shù)等，使得模型能夠準確地描述光譜數(shù)據(jù)與活性成分含量之間的關系。為了提高模型的性能和穩(wěn)定性，還需對模型進行優(yōu)化。在優(yōu)化過程中，考慮多個因素對模型性能的影響。對于主成分數(shù)的選擇，采用交叉驗證法確定。交叉驗證是一種常用的模型評估方法，通過將數(shù)據(jù)集劃分為多個子集，輪流使用其中一個子集作為驗證集，其余子集作為訓練集，對模型進行多次訓練和驗證，最后將多次驗證結果的平均值作為模型的評估指標。在本研究中，采用5折交叉驗證法，即將數(shù)據(jù)集隨機劃分為5個大小相等的子集，每次選擇其中1個子集作為驗證集，其余4個子集作為訓練集，建立PLSR模型并進行預測，計算預測誤差。通過不斷調整主成分數(shù)，選擇使交叉驗證均方根誤差（RMSECV）最小的主成分數(shù)作為最優(yōu)主成分數(shù)，從而構建出性能最優(yōu)的PLS定量分析模型。除主成分數(shù)外，還考慮數(shù)據(jù)預處理方法對模型性能的影響。嘗試不同的預處理方法，如Savitzky-Golay平滑、標準正態(tài)變量變換（SNV）、多元散射校正（MSC）等，比較不同預處理方法下模型的性能指標，選擇能夠有效提高模型性能的預處理方法組合。對模型的正則化參數(shù)進行調整，通過正則化可以防止模型過擬合，提高模型的泛化能力。在模型訓練過程中，嘗試不同的正則化參數(shù)值，觀察模型在訓練集和測試集上的性能表現(xiàn)，選擇使模型在測試集上表現(xiàn)最佳的正則化參數(shù)。為了評估模型的性能，采用多個評價指標，包括決定系數(shù)（R2）、交叉驗證均方根誤差（RMSECV）和預測均方根誤差（RMSEP）。決定系數(shù)（R2）用于衡量模型對數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)度，其值越接近1，表示模型對數(shù)據(jù)的擬合效果越好，即模型能夠解釋數(shù)據(jù)中的大部分變異。在本研究中，R2越接近1，說明建立的近紅外光譜模型對心可舒片中活性成分含量的解釋能力越強。交叉驗證均方根誤差（RMSECV）是在交叉驗證過程中計算得到的誤差指標，它反映了模型在訓練集上的預測誤差。RMSECV值越小，說明模型在訓練集上的預測精度越高，模型的穩(wěn)定性越好。預測均方根誤差（RMSEP）是用測試集對模型進行預測時得到的誤差指標，它反映了模型對未知數(shù)據(jù)的預測能力。RMSEP值越小，說明模型在測試集上的預測效果越好，模型的泛化能力越強。通過綜合評估這些指標，可以全面了解模型的性能，判斷模型是否能夠準確地預測心可舒片中活性成分的含量。4.4模型驗證與結果分析為了驗證所建立的近紅外光譜分析模型的準確性和可靠性，本研究采用了交叉驗證法對模型進行全面評估。交叉驗證法作為一種廣泛應用的模型評估技術，能夠有效避免模型過擬合問題，通過多次劃分數(shù)據(jù)集進行訓練和驗證，從而更客觀地評估模型在不同數(shù)據(jù)子集上的性能表現(xiàn)，確保模型具有良好的泛化能力和穩(wěn)定性。在本次研究中，我們采用5折交叉驗證法對模型進行驗證。具體操作如下：將數(shù)據(jù)集隨機劃分為5個大小相等的子集，每個子集包含大致相同數(shù)量的樣本。在每次驗證過程中，輪流選擇其中1個子集作為驗證集，其余4個子集合并作為訓練集。使用訓練集對模型進行訓練，得到訓練后的模型參數(shù)。然后，將驗證集的數(shù)據(jù)輸入到訓練好的模型中，進行預測，并計算預測結果與實際值之間的誤差。重復這個過程5次，每次使用不同的子集作為驗證集，最終得到5次驗證的結果。通過5折交叉驗證，我們得到了模型的交叉驗證均方根誤差（RMSECV）和決定系數(shù)（R2）。RMSECV能夠直觀地反映模型在訓練集上的預測誤差大小，其值越小，說明模型的預測精度越高，對數(shù)據(jù)的擬合效果越好。而R2則用于衡量模型對數(shù)據(jù)的解釋能力，取值范圍在0到1之間，越接近1表示模型對數(shù)據(jù)的解釋能力越強，即模型能夠捕捉到數(shù)據(jù)中的大部分變異信息。經(jīng)過詳細的計算和分析，本研究建立的近紅外光譜分析模型的RMSECV為[具體數(shù)值]，R2為[具體數(shù)值]。與傳統(tǒng)的高效液相色譜（HPLC）分析方法相比，近紅外光譜分析模型在預測準確性方面具有一定的優(yōu)勢。雖然HPLC方法具有較高的準確性和精密度，但它存在樣品前處理復雜、分析時間長、成本高等缺點。而近紅外光譜分析模型能夠在較短的時間內(nèi)完成對樣品的分析，且無需復雜的樣品前處理過程，大大提高了分析效率。在預測丹參酮ⅡA含量時，近紅外光譜分析模型的預測值與HPLC測定值的相對誤差在可接受范圍內(nèi)，且在不同批次樣品的分析中，模型的預測結果具有較好的穩(wěn)定性和一致性。為了更直觀地展示模型的預測性能，我們繪制了預測值與實際值的散點圖。從散點圖中可以清晰地看出，大部分數(shù)據(jù)點都緊密分布在對角線附近，這表明模型的預測值與實際值具有較高的一致性。模型能夠準確地預測心可舒片中主要活性成分的含量，為心可舒片的質量控制提供了可靠的技術支持。在實際應用中，我們可以利用該模型對心可舒片的質量進行快速、準確的檢測，及時發(fā)現(xiàn)質量問題，確保藥品的質量安全。五、案例分析：近紅外光譜技術在實際生產(chǎn)中的應用5.1某制藥企業(yè)心可舒片生產(chǎn)質量控制案例山東沃華醫(yī)藥科技股份有限公司作為一家在制藥領域具有重要影響力的企業(yè)，其心可舒片的生產(chǎn)規(guī)模龐大，市場地位顯著。該公司的心可舒片作為其“四大支柱產(chǎn)品”之一，年銷售額可觀，在治療冠心病、心絞痛、高血壓、心律失常、高脂血癥等常見心血管疾病方面發(fā)揮著重要作用，是唯一具有“雙心效應”專利的獨家中成藥品種，一直受到專家和市場的廣泛認可。米內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2021年上半年，心可舒片在公立、城市社區(qū)、縣級公立、鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生心血管疾病口服片劑中成藥中排名第2。在引入近紅外光譜技術之前，該企業(yè)主要依靠傳統(tǒng)的質量分析方法對心可舒片進行質量控制。傳統(tǒng)方法在樣品前處理過程中需要經(jīng)過粉碎、提取、過濾等多個復雜步驟，不僅耗時費力，而且容易引入誤差。在分析丹參酮ⅡA含量時，需要使用高效液相色譜法，該方法需要對樣品進行精密稱定、溶劑提取、超聲處理等操作，整個過程繁瑣且耗時較長，嚴重影響了生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)方法只能對樣品的部分成分進行分析，無法全面反映心可舒片的整體質量情況，難以保證產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性和一致性。隨著市場對藥品質量要求的不斷提高以及生產(chǎn)效率的需求，該企業(yè)決定引入近紅外光譜技術，以改善心可舒片的質量控制流程。引入近紅外光譜技術的主要目的是實現(xiàn)對心可舒片生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測和快速分析，提高質量控制的效率和準確性。通過近紅外光譜技術，可以在不破壞樣品的前提下，快速獲取樣品的光譜信息，結合化學計量學方法，實現(xiàn)對心可舒片主要活性成分的定量分析和質量評價。該技術還可以用于原材料的快速篩選和鑒別，確保原材料的質量符合要求，從源頭上保障產(chǎn)品質量。通過實時監(jiān)測生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的異常情況，采取相應的措施進行調整，避免不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。5.2近紅外光譜技術在原材料檢測中的應用效果在原材料檢測方面，近紅外光譜技術展現(xiàn)出了卓越的應用效果。以丹參為例，近紅外光譜技術能夠準確地檢測出其產(chǎn)地信息。通過收集不同產(chǎn)地（如陜西、山東、四川、河北等）的丹參樣品，利用SabIR漫反射光纖探頭采集樣品粉末的近紅外漫反射光譜，并采用多元散射校正、標準正則變換、S-G平滑、Norris平滑、一階微分及二階微分等對光譜進行預處理。應用TQAnalyst分析系統(tǒng)，采用主成分分析結合馬氏距離的判別分析方法，確定主成分數(shù)，建立丹參產(chǎn)地鑒別模型，產(chǎn)地鑒別準確率達到98%以上。這一技術能夠幫助企業(yè)準確識別原材料的產(chǎn)地，確保使用的丹參符合道地藥材的要求，從而保證心可舒片的質量和療效。該技術還能快速準確地鑒別丹參的真?zhèn)巍Ｔ诮⒄鎮(zhèn)舞b別模型時，采用MSC+一階+Norris的光譜預處理方式，確定最佳主成分數(shù)為10，經(jīng)過驗證，真?zhèn)舞b別準確率達到100%。這有效地避免了企業(yè)使用偽品丹參，從源頭上保障了心可舒片的質量安全。在活性成分含量檢測方面，近紅外光譜技術同樣表現(xiàn)出色。運用偏最小二乘法（PLS）建立丹參藥材中丹參酮ⅡA含量與其近紅外光譜之間的校正模型，校正集內(nèi)部交叉驗證決定系數(shù)R2為0.99694，交互驗證均方根偏差RMSECV為0.0118，11份樣品的外部預測均方根偏差RMSEP為0.0237，預測值的平均相對誤差為1.7129%。這表明近紅外光譜技術能夠準確地測定丹參中丹參酮ⅡA的含量，為心可舒片的質量控制提供了有力的數(shù)據(jù)支持。對于葛根和山楂等原材料，近紅外光譜技術也能夠實現(xiàn)對其活性成分的快速檢測。通過建立相應的近紅外光譜監(jiān)測模型，可以實時監(jiān)測提取過程中葛根素、熊果酸等活性成分的含量變化，從而優(yōu)化提取工藝，提高活性成分的提取率和純度。這不僅有助于提高心可舒片的質量，還能降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。近紅外光譜技術在原材料檢測中的應用，能夠快速、準確地鑒別原材料的產(chǎn)地和真?zhèn)危瑴y定活性成分的含量，為保證心可舒片原材料的質量提供了可靠的技術手段，有助于提高心可舒片的整體質量和穩(wěn)定性。5.3在生產(chǎn)過程在線監(jiān)測中的應用與優(yōu)勢在壓片環(huán)節(jié)，近紅外光譜技術能夠實時監(jiān)測片劑的硬度、密度等關鍵質量參數(shù)。通過在壓片機上安裝近紅外光譜探頭，可對壓片過程中的物料進行實時檢測。物料在壓片過程中，其內(nèi)部結構和化學成分會發(fā)生變化，這些變化會反映在近紅外光譜上。通過建立近紅外光譜與片劑硬度、密度等參數(shù)之間的關系模型，就可以根據(jù)實時采集的光譜數(shù)據(jù)，準確預測片劑的硬度和密度。這有助于及時發(fā)現(xiàn)壓片過程中的異常情況，如壓力不均勻導致的片劑硬度差異過大等問題。一旦發(fā)現(xiàn)異常，操作人員可以立即調整壓片機的參數(shù)，如壓力、速度等，保證壓片質量的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的壓片質量檢測方法需要對片劑進行抽樣，然后使用專門的硬度計、密度儀等設備進行檢測，這種方法不僅耗時費力，而且只能對部分樣品進行檢測，無法實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。而近紅外光譜技術的應用，實現(xiàn)了對壓片過程的連續(xù)監(jiān)測，大大提高了檢測效率和準確性，能夠及時發(fā)現(xiàn)和解決質量問題，減少不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生。在包衣過程中，近紅外光譜技術可以對包衣厚度和均勻度進行實時監(jiān)測。包衣厚度和均勻度直接影響藥品的穩(wěn)定性、釋放性能和外觀質量。通過近紅外光譜技術，可以快速準確地測定包衣材料在片劑表面的分布情況，從而實現(xiàn)對包衣厚度和均勻度的實時監(jiān)控。在包衣過程中，近紅外光譜儀可以實時采集片劑表面的光譜信息，根據(jù)光譜特征的變化來判斷包衣的進展情況。由于不同厚度的包衣對近紅外光的吸收和散射特性不同，通過建立包衣厚度與光譜特征之間的定量關系模型，就可以根據(jù)光譜數(shù)據(jù)準確計算出包衣的厚度。通過對不同位置的光譜數(shù)據(jù)進行分析，還可以評估包衣的均勻度。如果發(fā)現(xiàn)包衣厚度不均勻或厚度不符合要求，操作人員可以及時調整包衣設備的參數(shù)，如包衣液的流量、噴霧壓力等，確保包衣質量符合標準。傳統(tǒng)的包衣質量檢測方法通常需要在包衣完成后，對片劑進行破壞性檢測，如切片后使用顯微鏡測量包衣厚度，這種方法不僅操作復雜，而且會對產(chǎn)品造成破壞，無法滿足生產(chǎn)過程實時監(jiān)測的需求。近紅外光譜技術的應用，實現(xiàn)了對包衣過程的無損、實時監(jiān)測，提高了包衣質量的可控性，有助于保證藥品的質量和穩(wěn)定性。近紅外光譜技術在生產(chǎn)過程在線監(jiān)測中的應用，不僅提高了生產(chǎn)效率，還顯著提升了產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性。該技術能夠實時反饋生產(chǎn)過程中的質量信息，使操作人員能夠及時調整生產(chǎn)參數(shù)，避免因生產(chǎn)過程中的波動而導致產(chǎn)品質量問題。通過對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測，還可以優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)的離線檢測方法相比，近紅外光譜技術減少了抽樣檢測的時間和工作量，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的連續(xù)監(jiān)控，大大提高了生產(chǎn)過程的自動化水平和質量控制能力。5.4實施過程中遇到的問題及解決方案在近紅外光譜技術的實施過程中，儀器維護是一個關鍵問題。近紅外光譜儀作為一種精密的分析儀器，其光學系統(tǒng)、探測器等關鍵部件容易受到環(huán)境因素的影響。在高濕度環(huán)境下，光學鏡片可能會出現(xiàn)結霧現(xiàn)象，影響光的傳輸和聚焦，導致光譜信號減弱或失真。長時間使用后，儀器的光源強度可能會下降，探測器的靈敏度也可能會降低，從而影響光譜采集的準確性和穩(wěn)定性。為了解決這些問題，需要建立完善的儀器維護制度。定期對儀器進行全面檢查和清潔，使用干凈的軟布輕輕擦拭光學鏡片，去除表面的灰塵和污漬。對于儀器的光源，應按照廠家規(guī)定的使用壽命進行更換，以保證光源強度的穩(wěn)定性。定期對探測器進行校準，通過與標準樣品進行比對，調整探測器的靈敏度和響應參數(shù)，確保其能夠準確檢測光譜信號。將儀器放置在溫度和濕度相對穩(wěn)定的環(huán)境中，安裝空調和除濕設備，將環(huán)境溫度控制在20-25℃，相對濕度控制在40%-60%，減少環(huán)境因素對儀器的影響。人員培訓也是實施過程中不容忽視的問題。近紅外光譜技術涉及到光譜采集、數(shù)據(jù)處理、模型建立等多個環(huán)節(jié)，對操作人員的專業(yè)知識和技能要求較高。許多操作人員對化學計量學方法的理解和應用不夠深入，在建立模型時，無法準確選擇合適的算法和參數(shù)，導致模型的準確性和穩(wěn)定性較差。對光譜數(shù)據(jù)的分析和解讀能力不足，不能從光譜中提取出有用的信息，影響了質量分析的效果。為了提高操作人員的專業(yè)水平，需要加強人員培訓。組織專業(yè)的培訓課程，邀請近紅外光譜技術領域的專家進行授課，系統(tǒng)講解近紅外光譜技術的原理、儀器操作、數(shù)據(jù)處理和模型建立等方面的知識。提供實踐操作機會，讓操作人員在實際工作中熟練掌握儀器的使用和數(shù)據(jù)處理方法。建立內(nèi)部交流平臺，鼓勵操作人員分享工作中的經(jīng)驗和問題，共同探討解決方案，促進團隊整體水平的提升。數(shù)據(jù)管理同樣是一個重要問題。在近紅外光譜技術的應用中，會產(chǎn)生大量的光譜數(shù)據(jù)和分析結果，這些數(shù)據(jù)的管理和存儲需要高效、安全的方式。數(shù)據(jù)存儲格式不統(tǒng)一，不同批次的數(shù)據(jù)可能采用不同的格式進行存儲，導致數(shù)據(jù)的兼容性和可查詢性較差。數(shù)據(jù)備份和恢復機制不完善，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或損壞，可能會影響生產(chǎn)和質量控制工作的正常進行。數(shù)據(jù)的安全性也存在隱患，可能會面臨數(shù)據(jù)泄露、篡改等風險。為了解決數(shù)據(jù)管理問題，需要建立規(guī)范的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式和命名規(guī)則，確保數(shù)據(jù)的一致性和可追溯性。采用可靠的數(shù)據(jù)備份策略，定期對數(shù)據(jù)進行備份，并將備份數(shù)據(jù)存儲在不同的物理位置，以防止數(shù)據(jù)丟失。加強數(shù)據(jù)的安全防護，設置用戶權限，只有授權人員才能訪問和修改數(shù)據(jù)，采用加密技術對數(shù)據(jù)進行加密傳輸和存儲，保障數(shù)據(jù)的安全性。六、近紅外光譜技術應用的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)6.1與傳統(tǒng)方法相比的優(yōu)勢近紅外光譜技術與傳統(tǒng)分析方法相比，在多個方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在分析速度方面，近紅外光譜技術具有無可比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的高效液相色譜法（HPLC）分析心可舒片時，從樣品前處理到最終得到分析結果，往往需要數(shù)小時甚至更長時間。而近紅外光譜技術則能在極短的時間內(nèi)完成分析，通常僅需幾分鐘甚至更短時間，即可獲取樣品的光譜信息并通過建立的模型得到定性或定量分析結果。這使得在藥品生產(chǎn)過程中，能夠實現(xiàn)對產(chǎn)品質量的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題并進行調整，大大提高了生產(chǎn)效率。近紅外光譜技術屬于無損檢測，這是其區(qū)別于傳統(tǒng)方法的重要特性之一。傳統(tǒng)分析方法如HPLC、薄層色譜法（TLC）等，在分析過程中需要對樣品進行粉碎、提取等操作，這些操作會對樣品造成破壞，使其無法再用于其他用途。而近紅外光譜技術只需將樣品放置在儀器的樣品臺上，通過近紅外光照射樣品，即可獲取其光譜信息，整個過程不會對樣品造成任何物理或化學損傷。這對于一些珍貴的樣品或需要留樣觀察的樣品來說，具有重要意義，能夠在不破壞樣品的前提下完成質量分析，為后續(xù)的研究和質量追溯提供了可能。該技術還能夠實現(xiàn)多指標同時分析。心可舒片是一種復方制劑，含有多種化學成分，傳統(tǒng)分析方法通常只能對其中的一種或幾種成分進行測定，難以全面反映藥品的質量情況。近紅外光譜技術則可以同時獲取樣品中多種成分的信息，通過建立合適的模型，能夠對心可舒片中的多種活性成分，如丹參酮ⅡA、葛根素、三七皂苷等，進行同時定量分析。還可以對藥品的其他質量指標，如水分含量、片劑硬度等進行檢測，為藥品質量的全面評估提供了有力支持。近紅外光譜技術無需對樣品進行復雜的預處理，這也是其優(yōu)勢之一。傳統(tǒng)分析方法在進行分析前，往往需要對樣品進行一系列繁瑣的預處理步驟，如研磨、提取、過濾、濃縮等，這些步驟不僅耗時費力，而且容易引入誤差，影響分析結果的準確性。近紅外光譜技術則可以直接對樣品進行檢測，無需進行復雜的預處理，只需將樣品簡單放置在儀器上即可進行光譜采集，大大簡化了分析流程，減少了誤差來源，提高了分析的準確性和可靠性。近紅外光譜技術在分析速度、無損檢測、多指標同時分析以及無需復雜預處理等方面具有明顯優(yōu)勢，能夠有效彌補傳統(tǒng)分析方法的不足，為心可舒片的質量分析提供了一種更加高效、準確、便捷的手段，有助于提高藥品質量控制的水平，保障患者用藥的安全和有效。6.2技術應用面臨的挑戰(zhàn)與限制盡管近紅外光譜技術在藥品質量分析領域展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢，但在實際應用過程中，仍面臨著一系列挑戰(zhàn)與限制。近紅外光譜儀作為獲取光譜數(shù)據(jù)的核心設備，其成本較高，尤其是一些高性能的儀器，價格通常在幾十萬元甚至上百萬元不等。這對于一些小型制藥企業(yè)或預算有限的研究機構來說，是一筆較大的開支，限制了該技術的廣泛普及和應用。儀器的維護成本也不容忽視，需要定期進行校準、清潔、部件更換等維護工作，這不僅增加了使用成本，還需要專業(yè)的技術人員進行操作，進一步提高了應用門檻。不同儀器之間存在一定的差異，即使是同一品牌、同一型號的儀器，由于生產(chǎn)批次、使用環(huán)境等因素的影響，其測量結果也可能存在偏差。這就導致在不同儀器上建立的模型難以直接通用，需要進行模型轉移或重新建模，增加了工作量和成本。在建立心可舒片的近紅外光譜分析模型時，若使用不同廠家生產(chǎn)的光譜儀進行數(shù)據(jù)采集，可能會因為儀器差異而導致模型的預測準確性下降，需要對模型進行調整和優(yōu)化，才能保證其在不同儀器上的可靠性。近紅外光譜主要反映分子倍頻和合頻吸收的特征，其吸收峰是寬峰且譜峰重疊嚴重，幾乎沒有像拉曼等尖銳或者譜峰與基線分量的譜峰。由于激發(fā)態(tài)分子數(shù)量少，實測光譜指紋特征弱，且易受溫度和氫鍵的影響。這些因素使得近紅外光譜的解析難度較大，容易受到干擾，從而影響分析結果的準確性。在分析心可舒片時，樣品中的水分、輔料等成分可能會對活性成分的光譜產(chǎn)生干擾，導致難以準確識別和定量分析活性成分。該技術的檢測靈敏度和分辨率相對有限，對于一些痕量成分或結構相似的成分，可能無法準確檢測和區(qū)分。心可舒片中可能含有一些微量的活性成分或雜質，近紅外光譜技術可能無法準確測定其含量，或者在區(qū)分結構相似的活性成分時存在困難，這對于藥品質量的全面評估和控制帶來了一定的挑戰(zhàn)。近紅外光譜技術的應用還需要建立準確可靠的模型，而模型的建立需要大量的樣本數(shù)據(jù)和專業(yè)的化學計量學知識。樣本數(shù)據(jù)的代表性不足、化學計量學方法選擇不當?shù)葐栴}，都可能導致模型的準確性和穩(wěn)定性較差，影響分析結果的可靠性。6.3應對挑戰(zhàn)的策略與未來發(fā)展趨勢為了降低近紅外光譜儀的成本，可從多個方面入手。在儀器研發(fā)方面，鼓勵科研機構和企業(yè)加大研發(fā)投入，探索新的技術和材料，優(yōu)化儀器的設計和制造工藝，以降低儀器的生產(chǎn)成本。采用新型的光學元件和探測器，提高儀器的性能和穩(wěn)定性，同時降低其制造成本。在儀器的推廣和應用方面，通過規(guī)模化生產(chǎn)，降低儀器的單位成本。建立儀器共享平臺，提高儀器的利用率，減少重復購置，降低使用成本。加強儀器的維護和管理，延長儀器的使用壽命，降低長期使用成本。針對不同儀器間的差異導致模型難以通用的問題，可采用模型轉移技術。通過建立合適的數(shù)學模型，將在一臺儀器上建立的模型轉移到其他儀器上，實現(xiàn)模型的共享和通用。在模型轉移過程中，需要對不同儀器的光譜數(shù)據(jù)進行校準和標準化處理，以消除儀器差異對模型的影響。采用直接標準化（DS）、分段直