近红外光谱分析技术在制药领域中的应用研究进展

No．3药学研究·JournalofPharmaceuticalＲesearch2014Vol．33，·125·

·专家论坛·

近红外光谱分析技术在制药领域中的应用研究进展

11臧立轩，张臧恒昌，211惠，王金凤，杨海龙，姜11玮，柳东明，王1斐，胡甜1

(1．山东大学药学院，山东济南250012)山东济南250012;2．北京凯元盛世科技发展有限责任公司，

专家简介臧恒昌，男，教授，硕士研究生导师，现任山东大学域中的应用进行综述，为药品生产过程质量控制与

优化提供参考。方法查阅国内外近年来文献，进药学院制药工程系主任。主持山东省“国家中药新药

”、“沃华心可舒片技术改造行归纳总结。结果与结论近红外光谱分析技术作参枝苓口服液产业化开发研究”、“近红外光谱法用于肝素钠质量控制的技术研为一种有力过程分析工具，对于提高药品生产效率，究”等多项重大项目，近年来一直致力于近红外光谱控强化对药品的质量控制具有重要意义，随着研究的制药物质量的研究，发表相关研究论文20余篇，主编深入，近红外光谱分析技术将在制药领域发挥更深《中国处方药用药手册》、《体内药物分析》等专业著作刻的作用。多部。社会兼职为中国近红外光谱专业委员会委员、关键词：过程分析技术;近红外光谱分析技术;山东省药学会药物分析专国际近红外光谱协会会员、制药业委员会副主任委员、山东省药学会制药工程专业委中图分类号：O657．33文献标识码：A文章员会副主任委员、山东省微量元素研究会常务理事、山编号：2095－5375（2014）03－0125－004东省药理学会理事等。DOI:10.13506/j.cnki.jpr.2014.03.001摘要：目的对近红外光谱分析技术在制药领

Ｒesearchprogressonapplicationofnear－infraredspectroscopyinpharmaceuticals

ZANGHeng-chang1，ZANGLi-xuan1，ZHANGHui2，WANGJin-feng1，

YANGHai-long1，JIANGWei1，LIUDong-ming1，WANGFei1，HUTian1

（1．SchoolofPharmaceuticalSciences，ShandongUniversity，Jinan250012，China；2．BeijingKaiyuan

ShengshiSciencceandTechnologyDevelopmentCo．，Ltd．，Jinan250012，China）

Abstract：ObjectiveToreviewtheresearchprogressonapplicationofnear－infraredspectroscopy（NIＲS）inpharmaceuticals

Literaturesathomeandaboardwere

Asthepowerfultoolofprocessanalyticaltechnology，NIＲShadsignificantmean-andprovidereferencesforcontrollingandoptimizationofpharmaceuticalproduction.Methodsconsultedandsummarized.ＲesultsandConclusion

ingforimprovingtheefficiencyandstrengtheningthequalitycontrolofdrugmanufacturing.NIＲSwouldplayanimportantroleinphar-maceuticalareawiththedevelopmentofresearchonNIＲS.

Keywords：Processanalyticaltechnology；Near－infraredspectroscopy；Pharmaceutical

NIＲS）近红外光谱（Near－infraredspectroscopy，

是介于可见光和中红外之间的电磁辐射波，其波谱

［1］范围为780～2526nm。NIＲS主要反映了有机分

N－H，C－H）振动的基频与子中含氢基团（O－H，NIＲS的使用在节约生产成本的基础上大大减少节，了工作量，并提升了经济效益。1原辅料鉴别《药品生产质量管理规范》（2010年修订版）

（GoodManufacturingPractice，GMP）第一百二十条

“应当制定相应的操作规程，规定采取核对或检验

等适当措施，确认每一包装内的原辅料正确无

误［2］合频吸收，具备无损、快速、高效、可在线分析等优点，近年来被广泛用于农业、化工、制药等行业中，其中在制药领域中的应用非常广泛，包括原辅料鉴别、制剂过程控制、成品药分析、假药劣药快速识别等环”。新版GMP的推行使得制药企业在原辅料

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入库检查环节中耗费大量的时间和费用，而NIＲS

结合化学计量学可建立定性判别模型，从而对原辅料的性质进行鉴别，因此基于NIＲS的原辅料快速

［3］

鉴别成为应用热点。Candolfi等将近红外光谱分析技术结合SIMCA方法建立了10种药用辅料的定性鉴别模型，光谱经过SNV或微分处理后，模型在95%和99%两种置信度下均可达到无错判别。孟采用近红外漫反射光谱法对41种常用药用

辅料进行快速、准确、无损的鉴别，光谱经过预处理昱等

，“主库”200目之后模型可准确鉴别胶态二氧化硅、乳糖、二水磷酸氢钙等30种辅料，对于相似度高的11种辅料，则建立“子库”模型进一步鉴定。将NIＲS分析技术应用于药用辅料的快速鉴别，样品无需预处理，推广至制药企业用于原辅料入库、出库的快速放行将具有很大使用价值。2

制剂过程

目前国内制剂过程的生产过程控制多依靠经验，因此产品多出现稳定性、均一性较差的问题，从而影响最终产品安全性，而NIＲS在线控制制剂过程则能实现生产过程的实时监测，从而对关键质量属性与关键过程参数进行掌握，进一步达到生产过程控制与工艺优化的目的。制剂过程中应用最为广泛的关键环节包括混合、干燥、制粒、包衣等。

2.1混合过程监测混合是制药工艺中的关键环节，物料混合的均匀程度直接决定了最终成品的质

FDA指导原则用于“均匀度分析”量是否均一，的步骤繁琐而且复杂，建议10个取样点，且每个点至少

需重复取样3次，如图1所示

。

［4］

10%苯甲酸钠作为模型活性药物，39%微晶纤维素、50%乳糖和1%硬脂酸镁作为辅料模拟实际制药混合过程，将漫反射光纤探头水平插入至双V混合器

中，然后通过近红外光谱仪采集光谱，随着混合过程的进行，光谱逐渐趋于稳定与一致，因此，通过计算混合过程中光谱标准偏差即可准确判断混合均匀终点。以光纤作为光谱采集工具在很长一段时间内都Shi等将对乙酰氨是混合过程监测的主要模式，

基酚、乳糖和微晶纤维素三元混合物作为实验体系，实验将采集光纤同时安装于二维混合机的顶部和水平位置，结果表明在两个取样点的光谱更能代表混合状态，最后通过计算混合过程中API浓度的相对标准偏差，当偏差小于5%即认为混合均匀。

但是以光纤作为采样工具的方式存在一定不足，即混合过程中混合器的转动容易导致光纤的弯曲，进而影响光路的传递，所采集的光谱也受到一定影响，为克服此缺点，以无线通讯技术的信号传递方式应运而生，代表产品为AntarisTarget混合均匀度分析仪。Marzena等采用此款仪器用于混合过程

［9］

中API含量的检测。Ｒosas等采用非接触样品方法采集混合过程中固体的近红外光谱，基于原理即

PC－为无线传输，通过考察不同定性方法（MBSD、SDA、M指数），结果显示M指数是用于混合过程混

合均匀度检查的准确、精密的化学计量学方法。2.2

干燥过程是制药领域尤其是固体制剂生产过程中的重要操作单元，干燥环节中

干燥过程监测

［8］

［7］

的残留水分是最主要的检测指标。由于O－H键的吸收很容易在近红外光谱区域获得，即在1940nm（组合频）和1440nm（O－H伸缩振动的一级倍频）

［1］

有一些特征性很强的吸收带，而其它各种分子的合频和倍频吸收相对较弱，这是NIＲS用于干燥过程监测的重要理论基础，因此NIＲS被用于流化床

［10］

干燥、冷冻干燥等各种干燥方式中。Demers等将NIＲS用于流化床干燥过程中的在线水分检测。Kauppinen等［11］结合NIＲS用于冷冻干燥过程中水分含量的定量分析，采用多点监测，光谱代表不同位置的样品状态，所建立模型可成功用于干燥过程的终点监测。

2.3制粒过程监测

制粒过程能增加药物的可压

性和流动性，以确保药物含量均匀，在制粒过程中，

图1混合桶取样点［5］

NIＲS技术用于混合过程在线监测的应用是具有很大发展空间，监测的实施方式主要包括采用光纤探头插入物料中采集光谱或通过蓝宝石窗口采集

样品光谱。

NIＲS技术用于混合过程在线监测的方式首先是以光纤探头作为开发模式的，由Sekulic等

［6］

颗粒大小和含水量是评价所制得颗粒是否合格的两

个关键指标。将NIＲS用于制粒过程监测，可连续采集过程中的光谱，提供制粒过程中粒度、含水量变化的可靠数据，从而对制粒环节进行过程控制以及

采用

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错误诊断。在制粒工艺中，流化床喷雾制粒将混合、制粒和干燥三个单元操作过程集成在一个密闭的设［12］

备中完成，是一种较先进的制粒方法。Mark等针对流化床干燥环节安装在线自动监测系统，通过连续采集近红外光谱，在线判定水分含量及溶剂残

［13］

留量以优化最佳产品性能。Kona等采用NIＲ分析技术在线监测流化床干燥过程，结合（partialleast

世界卫生组织（WHO）指出目前全球范围的假药比

例达5%～10%。目前药检部门快速打假的技术则采用近红外光谱分析技术，中国药品生物制品检定所将近红外识别系统与化学快速鉴别系统结合建立快速检测平台，研发了集药品快速检测技术、信息技术于一体的流动实验室，也即药品检测车，以实现“掌握信息，快速筛查，靶向抽样，目标检验”的目的5

，药品检测车用于基层现场快速鉴别假药具有很大使用价值。

中药生产

中药是我国的民族瑰宝，在医药行业中占据重要的地位，但是目前中药领域中存在药材一致性差、而中间过程不可控、产品质量均一性差等问题，近红外光谱分析技术的快速、多参数测定、无污染等优点，成为目前解决中药领域关键问题的有力工具。

［21］

从中药胡咏川等综述了NIＲS鉴定中药的进展，真伪鉴定、中药优劣鉴定、中药添加西药的监测三个

NIＲS可成为解决药材一致方面进行了总结与展望，

性问题的重要手段。在中药生产过程控制方面，

Huang等［22］将NIＲS结合多元统计过程控制方法用于中药丹参注射液醇沉过程的在线控制，所建立控制模型可用于生产过程异常批次快速诊断。由于中药成分的天然复杂性，在使用NIＲS应用在中药生产的过程中，如何扣除复杂背景，提取有效信息仍是需要克服的问题。6问题与展望

目前NIＲS已经成为当今国际上研究的热门课题，但是NIＲS在制药领域应用存在一定弱点，首先是模型建立的过程需要耗费一定人力、财力和物力，模型的稳健性是在应用过程中需要考虑的问题，因此需要对模型进行定期维护。此外，是由于物质在近红外区的吸收系数较小，对于制药过程中有些含量较低的物质无法实现准确检测。

本文综述了NIＲS在制药领域中的应用，基于NIＲS已成功应用至制药领域中原辅料鉴其优点，别、制剂过程、成品药分析以及中药生产等各个环节中。NIＲS实现了过程分析与控制，为制药生产环节提供过程理解，从而能更好地控制最终产品质量，提NIＲS在制药高药品品质，随着研究的进一步深入，领域将有更为广泛的应用。

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［20］

［19］

square，PLS）算法预测干燥过程中的水分含量变化，

同时结合主成分分析（principalcomponentanalysis，PCA）用于建立多元统计控制图以实现实时错误诊断的目的。2.4

包衣过程监测包衣的目的除避免片剂与外界环境接触，掩蔽不良气味之外，还可控制药物释放

速率，因此薄膜包衣厚度对药物崩解及溶出的时间有很大关系，而片剂样品的近红外光谱变化与包衣厚度之间存在相关性，因此采用NIＲS对片剂包衣

［14］

层检测，可快速测定包衣厚度。Lee等采用基于NIＲ技术的光纤探头在线监测包衣过程，通过激光共聚焦显微镜和激光衍射粒度分析两种方法测定包衣过程中薄膜厚度，两种方法所建立校正模型均可

2

以给出很好的预测结果（Ｒ＞0.995）。包衣厚度与药物释放度之间存在一定关系，通过近红外光谱的

变化可预测药物释放度是否符合要求，从而判断包

［15］

衣终点。Gendre等安装NIＲ探头于包衣机中，包衣材料为乙基纤维素混合PVA－PEG高聚物，建立包衣厚度所对应药物释放度的PLS模型，从而实现通过对包衣片剂释放度实时预测以判断包衣终点。3

成品药分析

NIＲS可药品制备为成品后，仍需要质量检验，［16］

实现快速无损检测药品质量。Broad等采用透射NIＲS模式对片剂中类固醇激素的含量进行快速检测，实验结果表明NIＲS可在20min内完成30片药品的无损测试，而传统方法HPLC则需要6h才可完成，因此大大节省了时间，减少了工作量。Blanco［17］

等利用NIＲS建立了片剂的含量均匀度以及硬度的PLS模型，因而可以采用NIＲS替代UV分析方法对片剂的合格性进行快速鉴别与分析。Cogdill也对比了脉冲太赫兹波成像与NIＲS对于片剂包衣厚度与均一性的快速检测结果，结果更能证明等

NIＲS的无损、快速的优点。4

假药劣药识别

假药是目前世界各国，尤其是发展中国家共同面临的问题之一。在第六十七届世界药学大会上，

［18］

·128·

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