一種粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法
2023-05-04 05:00:16 2
專利名稱：一種粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法
技術領域：
本發明涉及化工、食品、製藥等行業的拉曼光譜分析和檢測領域，具體是一種粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法。
背景技術：
藥物粉末混合是許多醫藥產品生產過程質量控制的關鍵環節之一。拉曼光譜技術因其具有無損、快速、樣品製備簡單(很少需要、甚至不需要對樣本進行預處理)、光譜特徵強以及可實現在線分析等優點，使其在藥物分析領域有廣闊的應用前景。拉曼光譜在工業過程分析和質量控制中的應用是光譜過程分析研究工作者所研究的熱點之一，也正受到國際上眾多製藥公司的密切關注。隨著雷射技術和檢測器技術的發展以及新的拉曼光譜技術和方法的提出，拉曼將為醫藥生產的現代化、粉末混合過程的實時在線質量控制提供有效途徑。雖然光譜過程分析研究工作者已嘗試將拉曼光譜應用於藥品質量控制中指標成分的含量測定並取得一定的進展，但是目前使用拉曼光譜技術對粉末混合物中指標成分的定量結果的精確度還有難以滿足實際分析的要求。迄今為止，應用拉曼光譜技術進行定量分析是建立在如下假設的基礎上，即分析物的拉曼光譜峰的強度與分析物含量之間存在線性比例關係。然而在進行實際分析檢測時，樣本的拉曼光譜強度除與待分析物含量有關外，還受到光譜儀器光學系統參數(如雷射光源功率、樣本被光源所照射並被拉曼光譜儀器所觀察到的有效體積、樣本校準情況)的影響，因此需要採用外標法或內標法加以校正。 但是，在使用拉曼光譜儀器對複雜體系進行原位實時分析時，通常無法對樣本進行任何預處理，這使得外標或內標技術很難應用於複雜體系的原位實時拉曼光譜定量分析。此外，如果樣本是固體粉末或懸浮液等含有固相組分的複雜多相體系時，體系的物理性質(如固相顆粒的大小、堆積緊密度等)變化會對樣本拉曼光譜強度產生乘子效應影響，採用內標 (或外標)技術也無法有效地消除這種由粉末樣本的物理性質變化所導致的樣本拉曼光譜強度變化。近年來，光譜過程分析研究工作者們嘗試採用化學計量學方法，如多元線性回歸(Multivariate Linear Regression, MLR)、主成分回歸(Principal Components Regression, PCR)、偏最小二乘法(Partial Least Squares Regression, PLS)等多元校正方法來提高拉曼光譜定量分析的準確度，並對某些簡單的均相體系的定量分析取得了比較滿意的結果。然而，當分析對象是固體粉末或懸浮液等含有固相組分的複雜多相體系時，採用傳統多元校正方法如PLS和PCR所得定量分析結果通常不盡如人意。其主要原因在於 PLS和PCR等多元校正模型並沒有明確地闡明樣本物理性質變化與拉曼光譜強度變化之間的定量關係，所以很難從含有固相組分的複雜多相體系的原位實時拉曼光譜數據中提取出有用的化學信息(注化學信息是指樣本中待測化學組分的濃度，或樣本的其他化學性質)。國內外早有研究證實粉末樣本物理性質變化(如顆粒大小、堆積緊密度等)對樣本拉曼光譜強度有顯著影響。但鮮有關於怎樣消除粉末樣本物理性質變化對樣本拉曼光譜強度的影響，從而提高粉末樣本拉曼光譜定量分析準確度方面的研究工作。目前，人們通常使用 Multiplicative Signal Correction-MSC, Standard Normal Variate-SNV、 Extended Inverse Scatter Correction—EISC、以及 Extended Multiplicative Signal Correction-EMSC等光譜預處理方法來試圖消除樣本物理性質變化所帶來的乘子效應。但是這些光譜預處理方法均對待測體系有著非常苛刻的要求。例如MSC、SNV和EISC要求不同樣本間化學成分變化很小，光譜形狀具有高度相似性；而EMSC的使用則要求首先獲得複雜樣本中每一個組分的純光譜。這些要求在實際應用中是很難滿足的。另外，除EMSC夕卜， 這些光譜預處理方法均為經驗方法，它們不能從理論上保證其結果的可靠性。因此，為了實現應用拉曼光譜技術對粉末混合樣本等複雜多相體系進行準確定量分析，非常有必要發展一種適用於含有固相組分的複雜多相體系、且容易實現的、性能優良的拉曼光譜準確定量分析技術，這對於當前原位實時光譜過程分析技術的研究和應用具有十分重要的意義。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，克服現有拉曼光譜分析技術難以對粉末混合樣本進行原位實時準確定量分析的不足，建立拉曼光譜儀器光學系統參數(如雷射光源功率、樣本被光源所照射並被拉曼光譜儀器所觀察到的有效體積、樣本校準情況)和粉末樣本物理性質等因素變化與樣本拉曼光譜強度變化之間的定量模型，發展一種能消除拉曼光譜儀器光學系統參數和樣本物理性質等因素發生變化對樣本拉曼光譜強度影響的新型拉曼光譜分析技術，以實現粉末樣本的拉曼光譜準確定量分析，為複雜化學體系原位分析和製藥過程實時監測等領域提供重要的研究工具。為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是一種粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，該方法包括以下步驟(1)將K個校正樣本集粉末樣本以> 2mm厚度填裝於圓柱形樣品池中，設置雷射共焦拉曼光譜儀的參數，採集粉末混合物樣本的拉曼光譜數據I。al，其中，K為常數，數據矩陣 Ical的每一行代表一個樣本的光譜；(2)採用如下模型來描述第k個粉末混合物樣本在拉曼位移ν處的拉曼光譜強度
ik(v)與該樣本中各化學組分質量百分比之間的關係/ = ；^^^，^…)〗唭中，
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^(V)代表儀器的響應特性以及第j個組分的拉曼散射特性；參數qk代表除樣本中化學組分含量變化以外的其它因素；k= 1，2，...，K，K為粉末混合物樣本數量；j = 1,2,..., J, J為化學組分的數量；(3)利用1。31和校正樣本集中目標化學組分的含量矢量Wj，估算出校正樣本集的乘子效應矢量 q ；其中Wj = [Wljj ;w2, j ；K ；wK,」]，q = Lq1 ； A ；Qi ； A ；qk]；(4)分別在Ieal與Cliag(Wj) Xq、以及Ieal與q之間建立線性校正模型diag(Wj)q =Q1HUdPq= %1+^2;其中1為一列矢量，其每一元素均為1;肚叫(％)\9 = K, J-Xqi ；W2, J-Xq2 ；......wKj J X qK]；(5)採集待測樣本的拉曼光譜Itest，然後運用建立的校正模型從未知待測樣本的光譜數據Itest中準確預測樣本中第j個組分的含量
權利要求
1.一種粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)將K個校正樣本集粉末樣本以>2mm厚度填裝於圓柱形樣品池中，設置雷射共焦拉曼光譜儀的參數，採集粉末混合物樣本的拉曼光譜數據I。al，其中，K為校正樣本數，數據矩陣I。al的每一行代表一個樣本的光譜；(2)採用如下模型來描述第k個粉末混合物樣本在拉曼位移ν處的拉曼光譜強度Ik(V)與該樣本中各化學組分質量百分比Ij之間的關係
2.根據權利要求1所述的粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，其特徵在於，所述步驟(1)中，圓柱形樣品池為聚乙烯96微孔板。
3.根據權利要求1所述的粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，其特徵在於，所述步驟(2)中，化學組分含量變化以外的其它因素包括粉末樣本顆粒大小分布、樣本堆積緊密度、雷射強度、粉末樣本總質量、總體積以及樣本被光源所照射並被拉曼光譜儀器所觀察到的有效體積變化對混合物樣本的拉曼光譜產生的乘子效應。
4.根據權利要求1所述的粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，其特徵在於，所述步驟(4)中，建立的線性校正模型為diag (Wj)q= α PIealPjPq= α 21+I。al β 2，其中， 1 為一列矢量，其每一元素均為 1 ；Cliag(Wj) Xq= [WljjXq1 ;w2jJXq2 ;Λ ；wKjJXqK]0
5.根據權利要求1所述的粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，其特徵在於，所述雷射共焦拉曼光譜儀型號為LABRAM-0101，其參數設置為雷射光源632. 81nm, 10倍鏡頭；掃描次數3次；曝光時間5s ；光柵1800grooves/mm ；孔徑1000μπι ；狹縫100μπι。
全文摘要
本發明公開了一種粉末混合物的拉曼光譜準確定量分析方法，主要步驟為1)採集K個校正樣本的拉曼光譜數據Ical；2)採用模型來描述第k個樣本在拉曼位移v處的拉曼光譜強度Ik(v)與該樣本中J個化學組分質量百分比wk，j之間的關係；3)利用Ical和校正樣本集中目標化學組分的含量矢量wj估算出校正樣本集的乘子效應矢量q；4)分別在Ical與diag(wj)q、以及Ical與q之間建立線性校正模型；5)運用建立的雙校正模型，從未知待測樣本的拉曼光譜數據Itest中準確預測出待測組分的含量，本發明解決了拉曼光譜技術對粉末樣本的定量分析結果準確度差的普遍問題，使得拉曼光譜技術用於粉末混合物體系的準確定量分析成為可能。
文檔編號G01N21/65GK102495042SQ20111040968
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者李麗梅, 金競文, 陳增萍 申請人:湖南大學