中藥提取過程動態趨勢在線紫外分析方法
2023-07-25 16:33:51
中藥提取過程動態趨勢在線紫外分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種中藥提取過程動態趨勢在線紫外分析方法，該方法包括實時採樣、紫外參考光譜及提取液光譜檢測、吸光度求取、光譜預處理以及吸光度變化率計算等步驟，通過分析吸光度變化情況來進行中藥提取過程的動態趨勢分析。該方法經過後期離線紫外以及固含物含量檢測的驗證，可以準確的反映藥物提取過程的進行程度，提高過程的在線質量控制水平，快速、非破壞性、實時獲取提取過程中的質量信息，及時發現與糾正異常操作，保證中藥產品安全、穩定、有效。
【專利說明】中藥提取過程動態趨勢在線紫外分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及中藥的提取生產過程在線質量控制和監管，尤其涉及一種中藥提取過 程動態趨勢在線紫外分析方法。
【背景技術】
[0002] 在我國中藥製藥工業多年的快速發展中，中藥現代化發揮了關鍵的作用，當前中 藥生產加工工藝過程包括提取、濃縮、分離、乾燥、藥物成型等操作單元。其中有效成分的提 取是中藥生產的關鍵環節之一，目前中藥的提取生產過程基本上沒有客觀化的條件控制以 及質量檢測，基本依靠人工經驗控制和離線檢測分析方法，存在著分析結果滯後的缺陷，生 產自動化程度低，缺乏對生產過程質量的控制，不同批次、不同廠家的同一產品在質量上經 常存在差異，缺乏統一的科學的質量控制標準，導致療效的不穩定和重現性差。因此，需要 提升提取過程的在線質量控制水平，以達到可以快速、非破壞性、實時獲取提取過程中質量 信息，及時發現與糾正異常操作，保證中藥產品安全、穩定、有效。
[0003] 常用的中藥檢測方法主要包括高效液相色譜法（HPLC)和光譜法。儘管HPLC分析 準確，但樣品預處理複雜、分析時間長（約30min)，分析人員工作量大，難以實現在線分析。 而光譜分析法以其速度快且無損的特點被廣泛用於實時在線分析。另外，由於水和乙醇對 紫外波段沒有吸收，因此紫外光譜可以有效反應提取液中紫外活性成分的含量，同時，根據 朗伯比爾定律可以判斷提取液中紫外活性成分的含量變化。
[0004] 現有的國內發明專利（申請號：200710063804. 6,2010年12月08日授權）提出 了一種製藥過程中藥物成分的在線紫外光譜檢測系統。該系統主要用於紫外定量分析，需 要配備參比液、清洗液、標準液、稀釋液等，以蠕動泵組的方式對待測樣品進行稀釋與混合。 然而，該發明專利並未涉及中藥提取過程的進程分析。
[0005] 國內發明專利（申請號：201310350212.8)針對中藥提取過程，提出了在線紫外光 譜檢測方法與系統，並實現了對中藥提取液的自動取樣、自動配比稀釋、自動獲取光譜、自 動清洗等功能。本發明在該專利的基礎上，收集實時測量得到的藥液紫外吸光度曲線，計算 吸光度特徵值的變化率，從而實現對藥液提取過程的動態趨勢分析。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種中藥提取過程動態趨勢在線紫 外分析方法。
[0007] 本發明的目的是提出一種中藥提取過程動態趨勢在線紫外分析方法，該方法在中 藥提取過程動態趨勢在線紫外分析系統上實現，所述系統包括：提取罐循環管路、旁通手動 閥、冷卻器入口溫度傳感器、進樣手動閥、水冷卻器、冷卻器出口溫度傳感器、進樣電磁閥、 放樣電磁閥、樣品定量管、放空電磁閥、回樣電磁閥、回樣手動閥、水入口管路、進水電磁閥、 水定量杯、排水電磁閥、混合採樣池、攪拌電機、攪拌槳、視窗、紫外光纖、排汙電磁閥、排汙 管道、光源、紫外光纖、視窗、紫外光譜儀、PLC主機、溫度測量模塊和電磁閥組及電機驅動模 塊、數字通訊模塊、雙絞線、監控計算機。
[0008] 所述提取罐循環管路主管路中安裝手動閥，旁路依次與冷卻器入口溫度傳感器、 進樣手動閥、水冷卻器、冷卻器出口溫度傳感器、進樣電磁閥、樣品定量管、回樣電磁閥、回 樣手動閥相連形成循環管路，其中，樣品定量管上下端另外分別與放空電磁閥和排樣電磁 閥相連；水入口管路依次與進水電磁閥、水定量杯、排水電磁閥、混合池與採樣池、排汙電磁 閥相連；混合採樣池頂部與放樣電磁閥相連，底部兩側有視窗，攪拌電機與攪拌槳相連並伸 入混合採樣池內部；排汙管道分別與排汙電磁閥和水定量杯的溢流管相連；
[0009] 所述光源直接受紫外光譜儀的控制；光源依次與紫外光纖、視窗、紫外光纖、紫外 光譜儀相連；
[0010] 所述PLC主機分別與溫度測量模塊和電磁閥組及電機驅動模塊相連；溫度測量模 塊與冷卻器入口溫度傳感器、冷卻器出口溫度傳感器相連；電磁閥組及電機驅動模塊與進 樣電磁閥、放樣電磁閥、回樣電磁閥、放空電磁閥、進水電磁閥、排水電磁閥、排汙電磁閥和 攪拌電機相連；監控計算機通過雙絞線與數字通訊模塊相連；數字通訊模塊分別與紫外光 譜儀和PLC主機相連。
[0011] 在線紫外分析方法包括以下步驟：
[0012] (1)關閉光源，利用紫外光譜儀進行紫外光譜快速檢測，記錄得到的暗光譜SdaA ; 利用冷卻器入口溫度傳感器檢測工藝管路溫度，令有效採樣次數k = 0,並記錄初始溫度值 ?\ (0);設定濾波窗口寬度、光譜儀積分時間及採樣測量周期Ts ;
[0013] (2)對管路溫度進行實時採樣，令At A + 1，利用冷卻器入口溫度傳感器得到當 前工藝管路溫度?\ (k)，結合前一次採樣值?\ (k-Ι)，若(k) >?\ (k-Ι)且1^〈1\ (k) T2th，則工藝運行滿足在線分析儀工作要求，說明工藝已進入提取狀態且循環正常， 執行步驟3,對提取液進行採樣；反之，則工藝運行不滿足工作要求，令k = 0,記錄當前溫度 值為(0)，並重新執行步驟2 ;其中，Tlth為判斷工藝處於提取狀態的閾值、T2th為判斷工藝 處於保持沸騰狀態的閾值；
[0014] (3)進行提取液採樣測量，自動配比及積分時間調節，設備排汙與清洗，具體包括 以下子步驟：
[0015] (3. 1)參考光譜測量：打開進水電磁閥，向水定量杯充水；待水定量杯充滿後，溢 流水流入排汙管道，此時關閉進水電磁閥、排汙電磁閥，並打開排水電磁閥，待定量水進入 混合採樣池後，測量參考光譜，並記錄所得到的參考光譜S Mf ;
[0016] (3.2)自動配比稀釋與混合：關閉進樣電磁閥與回樣電磁閥，打開放樣電磁閥與 放空電磁閥，使樣品定量管中的樣品全部流入混合採樣池；同時打開攪拌電機，啟動攪拌槳 使提取液與溶劑混合均勻，並完成稀釋；之後再關閉放樣電磁閥與放空電磁閥；重複此步 驟直到加入規定罐數的提取液；
[0017] (3. 3)提取液光譜檢測：打開光源，利用紫外光譜儀測量提取液光譜StM ;
[0018] (3. 4)混合液排汙與清洗：打開排汙電磁閥，將混合液全部流入排汙管道後，再關 閉排汙電磁閥；再打開進水電磁閥、排水電磁閥使水直接進入混合採樣池，並打開攪拌電機 幫助清洗；清洗完畢後關閉進水電磁閥、排水電磁閥，再打開排汙電磁閥將汙水排走，完成 後關閉攬祥電機；
[0019] (3. 5)吸光度曲線求取及光譜預處理：由光譜StM和SMf及SdaA按下式求取吸光 度A，
[0020]
【權利要求】
1. 一種中藥提取過程動態趨勢在線紫外分析方法，該方法在中藥提取過程動態趨勢 在線紫外分析系統上實現，所述系統包括：提取罐循環管路（1)、旁通手動閥（2)、冷卻器 入口溫度傳感器（3)、進樣手動閥（4)、水冷卻器（5)、冷卻器出口溫度傳感器（6)、進樣電 磁閥（7)、放樣電磁閥（8)、樣品定量管（9)、放空電磁閥（10)、回樣電磁閥（11)、回樣手動 閥（12)、水入口管路（13)、進水電磁閥（14)、水定量杯（15)、排水電磁閥（16)、混合採樣 池（17)、攪拌電機（18)、攪拌槳（19)、視窗（20)、紫外光纖（21)、排汙電磁閥（22)、排汙管 道（23)、光源（24)、紫外光纖（21)、視窗（20)、紫外光譜儀（25)、PLC主機（28)、溫度測量 模塊（26)和電磁閥組及電機驅動模塊（27)、數字通訊模塊（29)、雙絞線（30)、監控計算機 (31);所述提取罐循環管路（1)主管路中安裝手動閥（2)，旁路依次與冷卻器入口溫度傳感 器（3)、進樣手動閥（4)、水冷卻器（5)、冷卻器出口溫度傳感器（6)、進樣電磁閥（7)、樣品定 量管（9)、回樣電磁閥（11)、回樣手動閥（12)相連形成循環管路，其中，樣品定量管（9)上 下端另外分別與放空電磁閥（10)和排樣電磁閥（8)相連；水入口管路（13)依次與進水電 磁閥（14)、水定量杯（15)、排水電磁閥（16)、混合池與米樣池（17)、排汙電磁閥（22)相連； 混合採樣池（17)頂部與放樣電磁閥（8)相連，底部兩側有視窗（20)，攪拌電機（18)與攪拌 槳（19)相連並伸入混合採樣池（17)內部；排汙管道（23)分別與排汙電磁閥（22)和水定 量杯（15)的溢流管相連；所述光源（24)直接受紫外光譜儀（25)的控制；光源（24)依次與 紫外光纖（21)、視窗（20)、紫外光纖（21)、紫外光譜儀（25)相連；所述PLC主機（28)分別 與溫度測量模塊（26)和電磁閥組及電機驅動模塊（27)相連；溫度測量模塊（26)與冷卻器 入口溫度傳感器（3)、冷卻器出口溫度傳感器（6)相連；電磁閥組及電機驅動模塊（27)與 進樣電磁閥（7)、放樣電磁閥（8)、回樣電磁閥（11)、放空電磁閥（10)、進水電磁閥（14)、排 水電磁閥（16)、排汙電磁閥（22)和攪拌電機（18)相連；監控計算機（31)通過雙絞線（30) 與數字通訊模塊（29)相連；數字通訊模塊（29)分別與紫外光譜儀（25)和PLC主機（28) 相連；其特徵在於，包括以下步驟： (1) 關閉光源（24)，利用紫外光譜儀（25)進行紫外光譜快速檢測，記錄得到的暗光譜 SdaA ;利用冷卻器入口溫度傳感器（3)檢測工藝管路溫度，令有效採樣次數k = 0,並記錄初 始溫度值?\ (0);設定濾波窗口寬度、光譜儀積分時間及採樣測量周期Ts ; (2) 對管路溫度進行實時採樣，令，利用冷卻器入口溫度傳感器（3)得到當 前工藝管路溫度?\ (k)，結合前一次採樣值?\ (k-Ι)，若(k) >?\ (k-Ι)且1^〈1\ (k) T2th，則工藝運行滿足在線分析儀工作要求，說明工藝已進入提取狀態且循環正常， 執行步驟3,對提取液進行採樣；反之，則工藝運行不滿足工作要求，令k = 0,記錄當前溫度 值為?\ (0)，重新執行步驟2 ;其中，Tlth為判斷工藝處於提取狀態的閾值、T2th為判斷工藝處 於保持沸騰狀態的閾值； (3) 進行提取液採樣測量，自動配比及積分時間調節，設備排汙與清洗，具體包括以下 子步驟： (3. 1)參考光譜測量：打開進水電磁閥（14)，向水定量杯（15)充水；待水定量杯（15) 充滿後，溢流水流入排汙管道（23)，此時關閉進水電磁閥（14)、排汙電磁閥（22)，並打開排 水電磁閥（16)，待定量水進入混合採樣池（17)後，測量參考光譜，並記錄所得到的參考光 譜 Sref ; (3. 2)自動配比稀釋與混合：關閉進樣電磁閥（7)與回樣電磁閥（11)，打開放樣電磁閥 (8)與放空電磁閥（10)，使樣品定量管（9)中的樣品全部流入混合採樣池（17);同時打開 攪拌電機（18)，啟動攪拌槳（19)使提取液與溶劑混合均勻，並完成稀釋；之後再關閉放樣 電磁閥（8)與放空電磁閥（10);重複此步驟直到加入規定罐數的提取液； (3. 3)提取液光譜檢測：打開光源（24)，利用紫外光譜儀（25)測量提取液光譜StM ; (3. 4)混合液排汙與清洗：打開排汙電磁閥（22)，將混合液全部流入排汙管道（23)後， 再關閉排汙電磁閥（22);再打開進水電磁閥（14)、排水電磁閥（16)使水直接進入混合採 樣池（17)，並打開攪拌電機（18)幫助清洗；清洗完畢後關閉進水電磁閥（14)、排水電磁閥 (16)，再打開排汙電磁閥（22)將汙水排走，完成後關閉攪拌電機（18); (3. 5)吸光度曲線求取及光譜預處理：由光譜Stc;m、SMf及SdaA按下式求取吸光度A，
根據紫外光譜儀（25)提供的轉換參數將像素點轉換為對應波長，對得到的吸光度A 的序列進行紫外波段提取、線性插值、壞點去除及濾波處理，得到預處理後的有效吸光度序 列：{A(i)}，i = ni，. . .，n2，其中，ηι為有效光譜波段的最小波長，n2為有效光譜波段的最大 波長，i的單位為納米； 經過以上步驟，完成當前時刻的光譜採樣及預處理； (4) 計算吸光度變化率 (4. 1)計算吸光度特徵值：根據步驟3得到的有效吸光度序列，選取吸光度特徵峰區 域，求取該區域吸光度均值，作為當前吸光度序列特徵值C(k):
其中，η/n2'分別為特徵峰區域兩端首尾波長，A⑴為i波長下的吸光度值； (4. 2)得到特徵值序列並計算吸光度變化率：基於每次測量得到的吸光度特徵值組成 吸光度特徵值序列{C (t) 11 = 1，…，k}，如果上述序列元素個數k小於濾波窗口寬度，則返 回步驟2,繼續收集下一時刻吸光度；若序列元素個數k大於或等於濾波窗口寬度，則首先 採取左側窗口多項式濾波方法進行濾波，得到濾波後的特徵值序列{C f (t) 11 = 1，…，k}，根 據下式計算當前吸光度特徵值的變化率I (k):
根據變化率I (k)確定吸光度的變化情況，以判斷藥液的提取情況； (4. 3)數據保存與顯示：將測量得到的參考光譜、提取液光譜、暗光譜、提取時間、吸光 度保存到後臺資料庫，實時顯示系統當前測量得到的參考光譜、提取液光譜、吸光度以及吸 光度變化率； (5) 根據步驟4. 2得到的當前吸光度變化率I (k)，並結合之前時刻所得到的變化率數 據，對中藥提取過程進行動態趨勢分析：如果連續η個變化率保持在閾值T之內，則判斷提 取過程已進入穩定階段，其中，Τ值選取5%?10%，η的設定原則為：滿足η次採樣時間 nTs佔據該種類藥物平均提取時間的此時系統提醒用戶提取達到停點要求，同時轉 8 4 到步驟2,進入下一周期的測量；若變化率未滿足穩定條件，直接轉到步驟2,進入下一周期 測量。
【文檔編號】G01N21/33GK104122221SQ201410377580
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月3日 優先權日:2014年8月3日
【發明者】劉薇, 戴連奎, 付靜, 張志強 申請人:北京康仁堂藥業有限公司, 杭州派析光電科技有限公司