近红外分光光度法指导原理

近红外分光光度法指导原理

近红外分光光度法系通过测定被测物质的近红外谱区 （ 波长范围约在 780～ 2500nm， 按波 数计约为 12800～ 4000cm -1 ） 的特征光谱并利用适宜的化学计量学方法提取相关信息后 ， 对被

测物质进行定性 、定量分析的一种分析技术 。近红外光谱主要由 C-H、N-H、O-H 和 S-H 等基团 基频振动的倍频和合频组成 ，由于其吸收强度远低于中红外光谱（ 4000～ 400cm - 1 ）的基频振动 ， 而且吸收峰重叠严重 ，因此不能采用常规的红外光谱分析方法对被测物质进行定性 、定量分析 ， 而必须对测得近红外光谱数据经验证 的数学方法处理后 ，才能对被测物质进行定性 、定量分析 。

一 、 应用范围

近红外分光光度法具有快速 、准确 、对样品无破坏的检测特性 ，不仅可用于对 “ 离线 ” 供 试品的检验 ， 还能直接对 “ 在线 ” 样品进行检测 。 可广泛地应用于药品的理化分析 。

（ 一 ） 化学分析

1、 定性分析

可对药品的活性成分 、 辅料 、 制剂 、 中间产物 、 化学原料以及包装材料进行鉴别 。

2、 定量分析

可定量测定药品的活性成分和辅料 ；测定某些脂肪类化合物的化学值 ，如羟值 、碘值和酸 值等 ， 水分的测定 ， 羟基化程度测定以及溶剂量的控制 。

3、 过程控制

（ 二 ） 物理 分析

1、 晶型和结晶性 、 多晶性 、 假多晶型性和粒度测定 。

2、 溶出行为 、 崩解模式 、 硬度测定 。

3、 薄膜包衣性质检测 。

4、 制剂过程控制 ， 如对混合和制粒过程的监测 。

二 、 仪器和仪器性能指标的控制

（ 一 ） 仪器

近红外分光光度计的记录波长范围为 780～ 2500n m（ 按波数计为 12800～ 4000cm -1 ）。所有 近红外光谱的测定分为透射和反射两种类型 。近红外分光光度计由光源 、单色器（ 或干涉仪 ）、 检测器 、数据处理和评价系统等组成 。常用的单色器有声光可调型 、光栅型和棱镜型 。高强度 的光源石英壳钨灯 ， 如石英卤素 钨灯较为常用 ， 钨灯光源较为稳定 。 检测器常用的材料有硅 、

硫化铅 、砷化铟 、铟镓砷 、汞镉碲和氘代硫酸三甘肽 。常规的普通样品池 、光纤探头 、液体透 射池 、 积分球是一些常用的采样装置 。 需根据供试品的类型选择合格的检测器和采样系统 。

（ 二 ） 仪器性能指标的控制

1、 波长

使用在 780～ 2500nm（ 按波数计为 12800～ 4000c m -1 ）范围内具有特征吸收的合适的标准物 质（ 例如含镝 、钬 、铒等稀土氧化物 ）进行波长的校验 ，在校验的波长范围内至少需检查三个 波长 。 对于傅立叶变换型的仪器 ， 可以使用一个已被证明过的标准物质的狭窄谱 线进行验证 。 可接受的波长不确定度为 ：1200n m±1n m（ 8300c m -1 ±8c m -1 ），1600n m±1n m（ 6250c m -1 ±4c m -1 ）， 2000n m±1.5n m（ 5000c m -1 ±4c m -1 ）。

2、 光度线性

用一组透射率或反射率已知标准物质检查分光光度计的线性 。使用标准物质检查仪器响应 值的稳定性 。

3、 噪声

用合适的反射标准物质或两个透射标准物质 ，一个相对高吸收率的标准物质 、一个相对低 吸收率的标准物质用于高 、低通量下的噪声测试 。当没有标准物质时 ，噪声测试利用 100%吸收 线测试 。根据仪器说明 书的推荐 ，使用适宜的波长（ 或波数 ）范围扫描反射标准物质 ，用峰对 峰值计算仪器的噪声 ， 噪声应符合仪器的规定 。

三 、 测量模式

1、 透射模式

透射模式测量透光率 （ T）， 即给定波长处入射光穿过样品后衰减的强度 。 将样品放置在 光源与检测器之间 。这种方法常用液体 ，对于固体透光率的测量要选择合适的采样附件 。另一 种透射测试为透反射 ，检测器和光源在样品的同侧 ，在测量透射反射率时 ，用一面镜子或一个 漫反射的表面将穿透样品的近红外光第二次反射回样品 。这两种情况 ，结果可以由透光率（ T） 或吸光度 （ A） 表示 。

T=I/I o

A=-lg T=lg（ 1/T） =lg（ Io/I）

式中 ： I o 为入射光强度 ； I 为透射光强度 。

2、 漫反射模式

漫反射模式测量反射率（ R），即从样品反射回的光强度（ I）与由背景或参考物质表面反 射回的光强度（ I r）的比率 。这种方法一般应用于固体 。样品放置于适宜的装置中 ，近红外光

进入到物质内部一定距离 ，一部分光被样品的倍频及合频振摇所吸收 ，未被吸收的光由样品反 射回检测器 。 典型的近红外反射光谱可以通过计算 ， 并以 l g（ 1/R） 对波长或波数作图得到 。

R=I/I r

A R=lg（ 1/R） =lg（ Ir/I）

式中 ： I 为从样品漫反射回的光强度 ； Ir 为从背影或参考物质表面反射回的光强度 。

四 、 影响近红外光谱的主要因素

影响近红外光谱的主要因素有样品温度 、样品的含水量和残留溶剂 、样品厚度 、样品的光 学性质 、 多晶型和样品的实际贮存时间等 。

五 、 应用近红外分光光度法进行定性 、 定量分析的基本要求

（ 一 ） 定性分析

首先建立参考谱库 ，然后进行数据预处理和数据评估 ，最后对数据库的专属性和耐用性进 行验证 。

1、 参考谱库的建立

记录适宜数量批数的某物质的谱图 ，这批物质必须按照建立好的质量标准已进行了全面的 测试 ，并包含了该 物质的各种信息（ 如生产企业 、物理形态 、粒度等的不同 ）。该套光谱各种 鉴别信息 ， 据此可用该谱库对被测物质进行鉴别 。

2、 数据预处理

建立一个分类或校正模型前 ，必须对谱图进行某种数学预处理 ，典型的方法有多元散射校 正 、 K ub el ka-M un k 变换 ， 能使噪声降低的谱图压缩技术以及谱图一阶或二阶导数的数学计算法 。 在某些情况下采用归一化法 。做任何数学转换时必须防止基础信息丢失或人为信息的引入 ，因 此在所有情况下使用数学转换的合理性必须用文件阐明 。

3、 数据评估

数据评估是将被测物质的谱图在数学相关性或其他相应的算法 基础上直接与谱库中单一

或平均参考谱图比较 。 有多种不同的计算方法 ： 主成分分析与聚类分析样联用 、 S IMC A（ s of t

i nd ep en de nt m od el in g cl as s an al og y） 及近外红外仪器中使用的其他软件 。

4、 数据库的验证

（ 1） 专属性

专属性的验证系指利用数据库鉴别阳性化合物时能给出正确的结果 ，并足地区分阴性化合 物 。应使用一些与谱库中的物质在化学结构上相近的物质进行桃战性验证 ，验证结果应能将这 些物质与谱库中的物质区分 。对谱库中有代表性而未用于建库（ 如不同批次 、混合样 ）的同类 样品 ， 进行验证 时应能给出阳性结果 。