藥物分析 第19章 制藥過程分析概論

第十九章制藥過程分析概論目錄12第二節(jié)光譜學分析方法3第三節(jié)過程色譜系統(tǒng)4第四節(jié)流動注射分析法5第五節(jié)聚焦光束反射測量技術6學習要求第一節(jié)概述1.掌握全面質(zhì)量控制、過程分析、過程分析方法等的概念及特點；2.熟悉制藥過程分析的一般方法；3.了解各類方法在藥物過程分析中的應用。學習要求質(zhì)量源于檢驗（qualitybytesting，QbT）質(zhì)量源于生產(chǎn)（qualitybyproduction，QbP）質(zhì)量源于設計（qualitybydesign，QbD）QbD是制藥工業(yè)的方向。藥品的質(zhì)量不是檢驗出來的，而是生產(chǎn)出來的，藥品質(zhì)量與生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)密切相關。一、在線分析法與離線分析法

過程（process）是指將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的一組彼此相關的資源和活動，所有的工作都是通過一個過程來完成的。制藥過程簡單地說就是制藥的生產(chǎn)流程。第一節(jié)概述

過程分析技術（processanalysistechnology，PAT）是指為確保最終產(chǎn)品質(zhì)量，通過實時測量原料及其中間產(chǎn)物與過程的關鍵質(zhì)量和效能特征（performanceattributes），對制藥過程進行設計、分析和控制的系統(tǒng)。過程分析是一個完整的體系，對藥品生產(chǎn)過程進行實時分析（real-timeanalysis），是制藥過程分析的核心內(nèi)容。制藥過程分析可分為：離線分析（off-lineanalysis）近線分析（at-lineanalysis）連線分析（on-lineanalysis）在線分析（in-lineanalysis）

過程分析的類型與特點方法類型方法特點離線分析從生產(chǎn)現(xiàn)場采樣后帶回實驗室進行處理和分析近線分析人工采樣后在現(xiàn)場進行分析連線分析依靠自動采樣系統(tǒng)，直接從生產(chǎn)流程抽取樣品，自動輸入分析儀器中進行連續(xù)或間歇連續(xù)分析。在線分析將監(jiān)測探頭插入生產(chǎn)流程中進行實時連續(xù)的分析

離線分析的工作方式在本質(zhì)上和常規(guī)的分析檢驗工作沒有太大區(qū)別，是制藥工業(yè)過程控制的傳統(tǒng)分析方式，目前在許多工廠仍大量使用。

近線分析是將分析儀器置于生產(chǎn)現(xiàn)場，就地取樣、就地分析，加快了分析結(jié)果的報告速度。

連線分析是利用一套自動取樣和樣品預處理裝置，將分析儀器與生產(chǎn)過程直接聯(lián)系起來，實現(xiàn)連續(xù)的、自動的在線分析。

在線或稱原位（in-situ）分析，是采用具有化學響應的傳感器直接插入流程內(nèi)，將探測訊號直接送到檢測器內(nèi)，并使檢測器通過微機與控制系統(tǒng)相連接，以實現(xiàn)連續(xù)地或適時地、自動地監(jiān)測與控制。按測試過程是否連續(xù)，在線分析法又可分為間歇式和連續(xù)式兩種。二、制藥過程分析的特點（一）分析樣品的多樣性

監(jiān)控的工藝：樣品可能來自于化學反應過程、提取分離過程、結(jié)晶過程、干燥過程、粉碎過程、清潔過程、制劑過程或包裝過程等；

待測物的聚集狀態(tài)：樣品有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)；

生產(chǎn)階段：樣品可以是原輔料、中間體、包裝材料和成品等。快速、簡便、重現(xiàn)性好是制藥過程分析的基本要求。（二）采樣與樣品預處理的特點1．采樣

制藥工業(yè)生產(chǎn)的物料數(shù)量大，組成不完全均勻，分析時只能從中選取少量樣品，因此，在過程分析中保證采樣的代表性就顯得非常重要。采集原始數(shù)據(jù)混料壓片包裝一般基于實驗室的分析過程為了減少風險傳遞到下一操作階段，而在每階段終點進行檢測基于PAT分析過程采集原始數(shù)據(jù)混料壓片包裝為了減少風險傳遞到下一操作階段，在每階段中連續(xù)進行檢測常規(guī)分析法與過程分析技術在片劑生產(chǎn)過程中不同的采樣過程

采樣根據(jù)樣品的特點，可以使用手工和自動取樣方式,在線分析一般采用的都是自動取樣法。固體樣品取樣鉆液體樣品取樣閥1－氣體管道或容器；2－采樣管；3－取樣閥門氣體樣品采樣裝置1－氣體管道或容器；2－采樣管；3－過濾器；4－冷卻器；5－導氣管；6－冷卻水入口；7－冷卻水出口；8－冷卻管2．樣品預處理

樣品預處理的目的是將樣品處理成適宜的形式，以滿足分析方法的要求。對固體樣品一般要進行粉碎、過篩、混合、溶解等操作，對氣體和液體樣品一般要進行穩(wěn)壓、冷卻、分離、稀釋和定容等操作。自動采樣與自動樣品預處理是過程分析發(fā)展的方向之一。為達到制藥過程控制連續(xù)和快速性的要求，在過程分析中常采用化學傳感器（chemicalsensor）。

化學傳感器是在分析儀器與分析樣品之間實時傳遞選擇性信息的界面，是一類能選擇性地將分析對象的物理化學信息，如物理與化學性質(zhì)、化學組成和濃度等，連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)榉治鰞x器易于測量的物理信號的裝置。

光纖中光線的全反射示意圖

化學傳感器按檢測功能分為濕度傳感器、氣體傳感器、離子傳感器和生物傳感器等四類；按照基本的傳感模式又分為熱化學傳感器、質(zhì)量型傳感器、電化學傳感器和光化學傳感器。（三）分析方法的快速性

藥品的生產(chǎn)過程是指對藥品的原料直接進行加工，將原材料轉(zhuǎn)變成為原料藥，或?qū)⒃纤庌D(zhuǎn)變成為藥品的過程。

生產(chǎn)過程中的每一個單元操作都可用合適的分析方法進行在線控制，不同的單元操作可采用不同的方法，一種分析方法也可在不同的單元操作中使用。固體制劑生產(chǎn)的單元操作中PAT應用制劑生產(chǎn)單元監(jiān)測指標PAT混合混合均勻度、確定混合終點近紅外光譜法、光誘導熒光法或熱擴散法制粒含量均勻度、顆粒粒徑和密度近紅外光譜法、拉曼光譜法、聚焦光束反測量法、聲學發(fā)射法干燥水分含量、確定干燥終點近紅外光譜法整粒顆粒粒徑分布、含量均一性激光衍射法、成像技術壓片、裝膠囊效價、含量均勻度、硬度、孔隙率和重量差異近紅外光譜法、光誘導熒光法包衣判斷包衣終點（衣膜的厚度和均勻度）、噴槍與片床的距離近紅外光譜法、光反射法（四）化學計量學的重要性過程分析化學計量學（chemometrics）是過程監(jiān)測和控制的軟件系統(tǒng)，是PAT建立和發(fā)展的重要基礎。

制藥過程中常用的化學計量學方法：

主成分分析（principalcomponentanalysis，PCA）

主成分回歸（principalcomponentregression，PCR）

多變量統(tǒng)計過程控制（multivariatestatisticalprocesscontrol，MSPC）

偏最小二乘法（partialleastesquaresmethod，PLS）聚類分析（clusteranalysis，CA）

人工神經(jīng)元網(wǎng)絡（artificialneuralnet，ANN）三、制藥過程分析方法與儀器常見的在線分析方法方法類別分析方法色譜法氣相色譜法、超臨界流體色譜法、液相色譜法等光譜法紫外-可見分光光度法

、紅外分光光度法、近紅外分光光度法、X-射線光譜法、拉曼光譜法、熒光分光光度法、太赫茲技術、電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析法等質(zhì)譜法過程質(zhì)譜法電化學檢測方法電導式、電量式、電位式分析法磁學式分析法磁性氧分析法、磁共振波譜分析法傳感器法生物傳感器，物理傳感器，化學傳感器等熱化學分析法熱導式、熱化式和熱譜分析法形態(tài)學分析法聚焦光束反射測量法流動注射分析法紫外-可見分光光度檢測、熒光分光光度檢測以及多種電化學檢測在線分析儀器是指能對試樣的化學成分性質(zhì)及含量進行在線自動測量的一類儀器。在線過程分析儀器有以下特點：1．過程分析儀器應有自動取樣和試樣預處理系統(tǒng)；2．過程分析儀器測量的準確度可以稍低一些，但穩(wěn)定性必須要好，能夠經(jīng)受高溫、高濕、腐蝕性、振動、噪聲等惡劣工作環(huán)境的影響；

3．具有自動檢錯、報警和校正功能；4．結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，價廉。過程分析儀器的組成過程分析儀器通常由五個部分組成：①取樣裝置與預處理系統(tǒng)；②檢測器；③信號處理系統(tǒng)；④結(jié)果輸出；⑤整機自動控制系統(tǒng)。第二節(jié) 光譜學分析方法

光譜學是利用物質(zhì)對電磁輻射的吸收或發(fā)射現(xiàn)象來對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成進行研究的科學。光譜分析法是以物質(zhì)分子和原子的光譜學為基礎建立的分析方法。

利用物質(zhì)粒子對光的吸收現(xiàn)象而建立起的分析方法稱為吸收光譜法；利用發(fā)射現(xiàn)象建立的分析方法稱為發(fā)射光譜法。一、紫外——可見分光光度法1．儀器結(jié)構(gòu)制藥過程分析中使用的過程分光光度計其光源、色散元件、光檢測元件與分析型分光光度計基本相同，只是將試樣池改為流通池式，它專門用于液體試樣的分析。流通池比色法測定：由自動采樣器把試樣從生產(chǎn)工藝流程中取出，并進行過濾、稀釋、定容等預處理，然后放入反應池中，加入顯色劑等各種試劑，在電磁攪拌下反應完全后流入比色池進行測量。間歇式過程分光光度計檢測系統(tǒng)2.應用紫外-可見分光光度法吸收光譜分析一般用于澄明的液體試樣分析。由于Beer-Lambert定律在一定的濃度范圍內(nèi)吸光度值才與濃度呈良好的線性關系，故樣品常需要進行過濾、稀釋、定容等預處理。由于儀器本身無分離的能力，所以常用于組成較為簡單，共存的物質(zhì)對待測物無干擾或干擾可以忽略不計的樣品。二、紅外分光光度法

過程分析使用的紅外光譜儀分為色散型紅外光譜儀和傅立葉變換紅外光譜儀（FT-IR）。FT-IR主要部件包括：光源、干涉儀、樣品池、檢測器、計算機和記錄儀等部分。FT-IR光譜儀的原理圖R—紅外光源；M1—定鏡；M2—動鏡；BS—光束分裂器；S—樣品；D—檢測器；A—放大器；F—濾光器；A/D—模數(shù)轉(zhuǎn)化器；D/A—數(shù)模轉(zhuǎn)化器FT-IR具備以下特點：（1）分辨率高：邁克爾遜干涉儀分辨率可達0.1cm-1，波數(shù)準確度高達0.01cm-1，動態(tài)準直干涉儀分辨率能力達到了0.09cm-1；（2）測定速度快：FT-IR在幾十分之一秒內(nèi)可掃描一次，在1s以內(nèi)就可得到光譜圖；（3）靈敏度高；（4）雜散光小：一般全光譜范圍內(nèi)的雜散光低于0.3%；（5）測定范圍寬：改變光源和分光束可測量10000～10cm-1的紅外光譜。2．應用（1）反應監(jiān)測

一個連續(xù)的反應過程可分為穩(wěn)定階段和過渡階段。在過渡階段產(chǎn)品組分隨著時間變化。使用FT-IR在線監(jiān)測系統(tǒng)可以追蹤過渡階段瞬間的變化，及時調(diào)整工藝參數(shù)使反應順利進行。FT-IR一般采用單變量分析（univariateanalysis）。單變量分析是在一個波數(shù)處建立吸收峰強度與待測物濃度或物理性質(zhì)之間的關系。

色譜聯(lián)用時，為了降低成本，加快信息獲取的速度，文獻報道可用多變量分析（multivariateanalysis）對檢測信號進行數(shù)學處理。

多變量分析是在多個波數(shù)處建立起吸收峰強度與待測物濃度或物理性質(zhì)之間的關系，采用數(shù)學統(tǒng)計的方法，如PCR、PLS等來獲取待測物的信息。.（2）粒徑和晶型測定

在原料藥結(jié)晶、粉碎或混合等單元操作中，通過在線的紅外光譜測定，可有效地監(jiān)測粒徑的分布和晶型的狀態(tài)。

多晶型（polymorphs）是指一種物質(zhì)由于在不同晶格中分子的排列和構(gòu)象不同而存在的兩種或兩種以上晶型的現(xiàn)象。（3）水分和溶劑測定FT-IR已成功地運用在原料藥、中間產(chǎn)品或晶體中水分或溶劑的定量檢測。在離線分析中，常等生產(chǎn)結(jié)束后采用干燥失重等指標對成品進行控制，這樣生產(chǎn)的風險較大，產(chǎn)品一旦不符合要求，就必須在規(guī)定的條件下進行重新干燥。采用在線FT-IR，在生產(chǎn)過程中控制水分和溶劑，減小生產(chǎn)風險，降低生產(chǎn)成本。三、近紅外分光光度法1.基本原理（1）光譜產(chǎn)生近紅外分光光度法（nearinfraredspectrometry，NIR）系通過測定被測物質(zhì)在近紅外譜區(qū)的特征光譜并利用適宜的化學計量學方法提取相關信息后，對被測物質(zhì)進行定性、定量分析的一種分析技術。（2）測定模式NIR的常規(guī)分析技術分透射和反射光譜兩類。透射光譜一般用于均勻透明的真溶液或固體樣品；NIR漫反射光譜分析一般用于固體和半固體樣品。

在透射模式中測量的是透光率（T），即給定波長處入射光穿過樣品后衰減的強度。另一種透射測試為透反射。這兩種情況，結(jié)果可以由透光率（T）或吸光度（A）表示。

T=I/I0

A=-1gT=1g(1/T)=1g(I0/I)

式中,I0為入射光強度；I為透射光強度。

在漫反射模式中測量的是反射率（R），即從樣品反射回的光強度（I）與由背景或參考物質(zhì)表面反射回的光強度（Ir）的比率。典型的近紅外反射光譜可以通過計算，并以Ig(1/R)對波長或波數(shù)作圖得到。

R=I/Ir

AR=1g(1/R)=1g(Ir/I)式中,I為從樣品漫反射回的光強度；

Ir為從背景或參考物質(zhì)表面反射回的光強度。

（3）影響因素影響近紅外光譜的主要因素有樣品溫度、樣品的含水量和殘留溶劑、樣品厚度、樣品的光學性質(zhì)、多晶型和樣品的實際貯存時間等。除此以外，測定時間、人員的變化和儀器自身的漂移也會對近紅外光譜的測定產(chǎn)生影響。

（4）基本流程NIR是一種間接測定方法，一般需先建立標準樣品近紅外光譜與待測組分含量的校正模型，然后將待測樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)代入校正模型，計算出其中待測組分的含量。近紅外光譜分析的基本過程可分為以下幾個步驟：①代表性樣本的選擇②標準值的測定③光譜采集④建模波數(shù)范圍選擇⑤光譜預處理⑥建立NIR模型⑦方法學驗證

⑧定量校正模型評價⑨樣品分析

對建立好的模型必須通過預測集（或稱驗證集）樣本的預測來判斷校正模型的質(zhì)量，一般采用以下指標來評定。

相關系數(shù)（correlationcoefficient，R2），計算公式為：

交叉驗證誤差均方根（rootmeansquareerrorofcrossvalidation，RMSECV），計算公式為：

預測誤差均方根（rootmeansquareerrorofprediction,RMSEP），計算公式為：

式中,Ci

為對照分析方法測量值；為通過NIRS測量及數(shù)學模型預測的結(jié)果；Cm為Ci均值；n

為建立模型用的訓練集樣本數(shù)；p為模型所采用的因子數(shù)；m為用于檢驗模型的預測集樣本數(shù)。

相對預測誤差(relativesuspectederror，RSE)，計算公式為：2.

儀器和儀器性能指標

（1）儀器：近紅外分光光度計由光源、單色器（或干涉儀）、檢測器、數(shù)據(jù)處理和評價系統(tǒng)等組成。

（2）儀器性能指標的控制：使用在780～2500nm（按波數(shù)計為12800～4000cm-1）范圍內(nèi)具有特征吸收的合適的標準物質(zhì)（例如含鏑、鈥、鉺等稀土氧化物）進行波長校驗，在校驗的波長范圍內(nèi)至少需檢查三個波長。

（3）線性和儀器響應值：用一組透射率或反射率已知的標準物質(zhì)檢查分光光度計的線性和儀器響應值的穩(wěn)定性。

（4）噪聲：用合適的反射標準物質(zhì)或兩個透射標準物質(zhì)，一個相對高吸收率的標準物質(zhì)、一個相對低吸收率的標準物質(zhì)用于高、低通量下的噪聲測試。當沒有標準物質(zhì)時，噪聲測試利用100%吸收線測試。3．應用（1）定性分析可對藥品的活性成分、輔料、制劑、中間產(chǎn)物、化學原料以及包裝材料進行鑒別。采用NIR方法分析片劑中三種活性成份A—阿司匹林；B—咖啡因；C—布他比妥

在過程控制中，近紅外光譜可以用于晶型和結(jié)晶性、多晶性和假多晶型性的快速鑒別。氫氯噻嗪與乳糖等賦形劑混合時NIR譜隨混合時間的變化中藥成分的分離和純化過程也可采用NIR實現(xiàn)生產(chǎn)過程在線監(jiān)測。柱色譜過程的NIR相似度趨勢圖

（2）定量分析：NIR可定量測定藥品活性成分和輔料在生產(chǎn)過程中的變化含不同量活性成份的已包裝片劑的NIR圖譜1—空白片劑；2—含5%活性成份的片劑；3—含10%活性成份的片劑；4—含20%活性成份的片劑在化學藥生產(chǎn)過程中主要應用有：化學反應程度和反應終點的判斷、原輔料的粒度分布測定、干燥過程中水分的在線測定、壓片過程中主成分的在線含量測定；在中藥生產(chǎn)過程中主要應用有：中藥材中主成分的快速測定、提取過程中主成分的變化、濃縮過程的在線控制等；在生化制藥中，應用在線近紅外分析儀可監(jiān)控發(fā)酵反應過程中營養(yǎng)素的變化。還可用于測定某些脂肪類化合物的化學值，如羥值、碘值和酸值等，水分的測定，羥基化程度測定以及溶劑量的控制。近紅外光譜可用于包裝藥品中活性成分的測定。在過程控制中，近紅外光譜法可以用于原輔料及制粒顆粒的粒度測定；片劑厚度、溶出行為、崩解模式、硬度測定；薄膜包衣性質(zhì)檢測。

在過程控制中，近紅外光譜法還可以用于中藥生產(chǎn)工藝流程中的提取、濃縮、醇沉和干燥等過程的監(jiān)控。濃縮過程近紅外預測與實際測定趨勢對照圖四、拉曼光譜法

拉曼光譜（Ramanspectrometry

）是分子振動光譜的一種，屬于散射光譜。拉曼散射效應是由印度科學家Raman于1928年發(fā)現(xiàn)的。拉曼光譜法和紅外光譜法在化合物結(jié)構(gòu)分析上各有所長，互相補充，兩種光譜的結(jié)合，才能得到分子振動光譜的完整數(shù)據(jù)，更多地獲得藥品的質(zhì)量信息。1．基本原理

當單色光（如激光）照射透明的樣品時，大部分光透過樣品，一部分光被樣品吸收，而另一部分光會被樣品在各個方向上散射。在這些散射中，散射光的頻率（能量）與入射光的頻率相同，則這部分散射光稱為瑞利（Rayleigh）散射。有一部分被散射的光頻率與入射光不同，頻率發(fā)生了位移，這種散射稱為拉曼（Raman）散射。瑞利和拉曼散射產(chǎn)生的原理圖

從圖可看出v反Stokes>v0>vStokes能級差為△E=hv0－h(huán)vStokes=hv反Stokes－h(huán)v0=E1－E0對應的Stokes線與反Stokes線的Raman位移相等，即：

拉曼位移=v0－vStokes=hv反Stokes－

v0=△E/h=(E1－E0)/h

上式表明拉曼位移的大小取決于分子振動能級的差值，拉曼位移在數(shù)值上取決于第一振動激發(fā)態(tài)與振動基態(tài)的能級差。不同的化學鍵或基團有不同的振動，拉曼位移反映振動能級的變化，是分子結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，它不隨入射光頻率的改變而改變，故拉曼光譜可以作為分子結(jié)構(gòu)定性分析。

拉曼譜線的強度與入射光的強度和樣品分子的濃度成正比，若入射光強度一定，則只與樣品濃度有關，故拉曼光譜可用于定量分析。

拉曼光譜圖是以拉曼位移（波數(shù)）為橫坐標，譜帶強度為縱坐標作圖得到的圖譜。由于拉曼位移是以激發(fā)光波數(shù)作為零寫在光譜的最右邊，并省去反Stokes線相應的拉曼位移譜帶，采用左正右負的坐標定位規(guī)則，因此便得到類似于紅外光譜的拉曼光譜圖。

分子的拉曼活性，取決于分子在運動時某一固定方向上的極化度是否改變。極化度是指分子在電場（如光波這種交換的電磁場）的作用下分子中電子云變形的難易程度。

在同一分子中，某個振動既可以具有拉曼活性，又可以具有紅外活性；也可以只具有拉曼活性而無紅外活性；或只有紅外活性而無拉曼活性。對于全對稱振動模式的分子，如含有C—C、S—S、N—N鍵等，在紅外光譜上幾乎看不到吸收鋒，但在激發(fā)光子作用下，會發(fā)生分子極化，故常有拉曼活性，而且活性很強，故拉曼光譜和紅外光譜是互相補充的。

拉曼光譜的優(yōu)點：

（1）快速、準確，測量時通常不破壞樣品（固體、半固體、液體或氣體）；

（2）樣品制備簡單甚至不需樣品制備；

（3）譜帶信號通常處于可見或近紅外光范圍，可以有效地和光纖聯(lián)用。拉曼光譜的缺點：拉曼光譜有可能被熒光所湮滅檢測不到樣品的拉曼信號；不同振動峰重疊和拉曼散射強度易受光學系統(tǒng)參數(shù)等的影響；常出現(xiàn)曲線的非線性的問題；被測體系易受到污染，增加了引入誤差的可能性；檢測靈敏度低。2.儀器結(jié)構(gòu)激光拉曼光譜儀可分為色散型激光拉曼光譜儀和傅立葉變換拉曼光譜儀。

色散型激光拉曼光譜儀主要由激光光源、樣品池、單色器、檢測系統(tǒng)、記錄輸出和計算機控制等部分組成。它逐點掃描，單道記錄，為了得到一張高質(zhì)量的譜圖必須經(jīng)多次累加，花費時間長。并且它所用的可見光范圍的激光，能量大大超過產(chǎn)生熒光的閾值，易激發(fā)出熒光而掩蓋拉曼信號，給測量造成困難。

傅里葉變換激光拉曼光譜儀消除了色散型拉曼光譜儀的缺點，無熒光干擾，信噪比高，掃描速度快，分辨率高，拓寬了拉曼光譜的應用范圍。

傅里葉變換激光拉曼光譜儀由激光光源、樣品池、邁克爾遜干涉儀、濾光片組、檢測器及控制計算機等組成。傅里葉變換激光拉曼光譜儀光路圖1—聚焦鏡；2—Ge檢測器（液氮冷卻）；3—介電濾光器；4—空間濾光片；5—動鏡；6—分束器；7—定鏡；8—樣品；9—拋物面會聚鏡；10—透鏡；11—激光器

（1）激光光源：通常采用激光器為光源，產(chǎn)生近紅外線或紫外-可見光作激發(fā)光。由于激發(fā)光能量低于熒光激發(fā)所需閾值，可避免大部分熒光對拉曼光譜的干擾。

（2）樣品池：樣品的放置方式有直接的光學界面、顯微鏡、光纖維探針和樣品池等。樣品池裝有三維可調(diào)的樣品平臺、聚焦透鏡和收集透鏡。聚焦透鏡使激光聚集在樣品上產(chǎn)生拉曼散射；收集透鏡收集由樣品產(chǎn)生的拉曼散射光。

（3）干涉儀：與傅里葉變換紅外使用的邁克爾遜干涉儀一樣，只是將分束器改換成石英分束器。整個拉曼光譜范圍的散射光經(jīng)干涉儀，所得干涉圖經(jīng)計算機進行快速傅里葉變換后，即得到拉曼光譜圖。用于制藥過程分析的拉曼光譜儀掃描速度每分鐘可得到20張譜圖，大大加快了分析速度，并且通過多次累加，改善譜圖的信噪比，提高了檢測的靈敏度。

（4）濾光器：由于激光波長的散射光（瑞利光）要比拉曼信號強幾個數(shù)量級，必須在浸入檢測器前濾除。所以在拉曼光譜儀中設計有濾光器，濾光器由1～3個介電干涉濾光器組合而成，可進行分級濾光，濾出比拉曼散射強106~1010倍的瑞利散射。應用最為廣泛的為陷波濾波器，它具有濾波效果好和體積小等優(yōu)點。

（5）檢測器：色散儀器中最為常用的檢測器為硅質(zhì)電荷耦合元件（CCD）；傅里葉變換儀器常采用單通道鍺或銦鎵砷化合物（InGaAs）檢測器以配合釹:釔-鋁-石榴紅（Nd:YAG）1064nm的激光器在近紅外區(qū)使用。目前多采用可在室溫下工作InGaAs檢測器，也有采用靈敏度較高的液氨冷卻的鍺二極管檢測器，但費用較高。3．應用

拉曼位移是分子結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，當實驗條件一定時，拉曼光譜的強度與樣品的濃度呈現(xiàn)簡單的線性關系，可用于有機化合物和無機陰離子的定性和定量分析。

拉曼光譜法可進行實時在線多點檢測，提供制藥工藝的動態(tài)信息，便于進行過程控制；一般不需要樣品預處理，使用方便，節(jié)省時間；可進行遠程測量，保護操作人員，適用于有毒、高溫、高壓或樣品處于保護氣體中而不宜于有人工干預的情況或危險的環(huán)境下進行測量；設備操作簡單，維護方便。

常用的拉曼光譜分析技術有單通道和多通道技術、采用傅里葉變換的FT-Raman光譜分析技術、共振拉曼光譜分析技術和表面增強拉曼效應分析技術。

拉曼光譜也可與其它多種分析測試儀器聯(lián)用，如拉曼與掃描電鏡聯(lián)用，拉曼與激光掃描共聚焦顯微鏡聯(lián)用，拉曼與原子力顯微鏡/近場光學顯微鏡聯(lián)用，拉曼與紅外聯(lián)用等。

（1）合成過程分析：在線拉曼光譜法可在藥品生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品成分和工作條件進行實時監(jiān)測。將光纖探頭插入反應容器中，不需取樣分離就可遠程監(jiān)測化學反應中各組分的拉曼光譜隨時間變化的關系曲線，經(jīng)過偏最小二乘回（partialleastsquaresregression，PLSR）等數(shù)學處理，可得到反應物和生成物的濃度變化規(guī)律，進而對合成過程進行實時控制。

（2）藥物多晶型分析：由于不同晶型可在拉曼光譜上顯示出不同的吸收特性，所以Raman光譜法是藥物多晶型測定和控制的有效手段。如：消炎鎮(zhèn)痛藥吡羅昔康，治療消化道潰瘍藥物鹽酸雷尼替丁多晶型的測定。與X-射線粉末衍射（X-raypowderdiffraction）和紅外光譜相比，Raman光譜法靈敏度較高。圖中1090.9cm-1和1081.3cm-1是晶型Ⅰ的特征峰，分析比較各產(chǎn)品的圖譜可以看出七種產(chǎn)品均含有晶型Ⅰ。甲丙氨酯的三種晶型和七種片劑的拉曼光譜1～3為三種晶型；4～10為七種片劑

（3）含量測定：拉曼譜帶的強度與待測物濃度的關系遵守比爾定律：Iv=KlcI0式中，Iv為一定波長處的峰強；K為儀器和樣品的參數(shù)；l為光路長度；c為樣品中特定組分的摩爾濃度；I0為激光強度。

（4）其它應用：拉曼光譜在制藥生產(chǎn)過程中還可應用于多組分混合均一性判斷及終點判斷、混懸液均質(zhì)化的在線過程控制、流化床制粒和干燥過程的在線監(jiān)測、壓片過程的在線監(jiān)測、包衣過程的在線監(jiān)測、冷凍干燥過程的在線監(jiān)測、連續(xù)生產(chǎn)過程控制，另外，拉曼光譜還可用于發(fā)酵過程分析和藥品輔料和包裝材料分析。

色譜法是分析復雜混合物非常有效的手段。用于工業(yè)生產(chǎn)過程分析的色譜一般稱為過程色譜（processchromatography）或工業(yè)色譜（industrialchromatography）。與常規(guī)的實驗室分析不同，在過程色譜中，從樣品采集、樣品預處理到分析、檢測、記錄、顯示等所有必要的操作大都是自動完成的。第三節(jié)

過程色譜系統(tǒng)

制藥過程分析要求分析速度快，但過程色譜一般是間歇式循環(huán)分析。

為達到過程控制的目的，過程色譜的循環(huán)應盡可能縮短。主要通過多柱切換的方法，每根色譜柱分離幾個特定組分，對過程控制有用的組分進行進一步分析，而不重要的組分則通過色譜柱組合技術予以排除。過程色譜常與其它分析技術聯(lián)用以獲得生產(chǎn)過程的定性和定量信息。1.儀器組成

過程色譜儀主要由取樣與樣品預處理裝置、分析單元（包括進樣器、色譜柱和檢測器）和程序控制單元等幾部分組成。預處理裝置主要包括連續(xù)采樣裝置和樣品氣化、富集、預純化裝置，色譜儀則主要進行樣品的分離、檢測以及數(shù)據(jù)處理。預處理裝置與色譜儀之間通過六通閥實現(xiàn)連接和切換。

（1）取樣和樣品預處理裝置：

取樣和樣品預處理裝置的基本功能是提供具有代表性的、適合色譜分析的樣品。工作流程為從生產(chǎn)工藝物流中獲取試樣；對樣品進行適當?shù)奶幚恚詽M足色譜分析的要求；將經(jīng)過處理的樣品輸送到色譜分析流路中。

建立取樣和樣品預處理方法應考慮三方面：樣品理化性質(zhì)、取樣裝置特性和色譜分析要求。色譜分析要求提供具有適當溫度、壓力、流量的樣品，樣品雜質(zhì)和干擾成分應盡可能少、無腐蝕、不起化學反應。

樣品預處理裝置一般包括過濾器、調(diào)節(jié)器、控制閥門、轉(zhuǎn)子流量計、壓力表和冷凝器等部分。

氣體樣品的預處理系統(tǒng)1-減壓閥；2-前置穩(wěn)壓裝置；3，4-過濾器；5-穩(wěn)壓器；6-干燥器；7，8-調(diào)節(jié)閥；9-流量計

對于氣體物流有簡易的氣體取樣與預處理系統(tǒng)、能吸收干擾組分的的氣體取樣與預處理系統(tǒng)、隔膜泵氣體取樣與預處理系統(tǒng)和蒸汽噴射氣體取樣與預處理系統(tǒng)等。

對于液體物流有簡易的液體取樣與預處理系統(tǒng)、帶有稀釋和過濾裝置的液體取樣與預處理系統(tǒng)、反吹清洗液體取樣與預處理系統(tǒng)和蒸汽加溫液體取樣與預處理系統(tǒng)等。具有稀釋和過濾裝置的液體樣品預處理系統(tǒng)

（2）分析單元：分析單元中包括進樣器、色譜柱和檢測系統(tǒng)。

進樣器的作用是在每一分析循環(huán)開始時將一定數(shù)量的樣品注入色譜柱系統(tǒng)。進樣器常用六通閥。六通閥有載樣（load）和注入（inject）兩個位置：在載樣位置，樣品進入定量管，而流動相直接流入色譜柱；在注入位置，流動相與定量管連接，將定量管中的樣品沖入色譜柱。六通閥的原理圖

在過程監(jiān)測中使用的色譜儀，其分析系統(tǒng)中通常需采用兩根或多根色譜柱，以提高色譜分離能力。系統(tǒng)中多根色譜柱之間的切換動作是通過切換閥來完成的。常用的切換閥結(jié)構(gòu)有旋轉(zhuǎn)活塞閥、膜片閥、環(huán)式柱塞閥和滑塊式柱塞閥等。

柱子是過程色譜的核心部分，過程色譜的柱子按使用目的分為分離柱、保留柱、貯存柱和選擇柱等。

分離柱連接分析通路中或切換閥的兩個通道，起分離組分的作用；保留柱起阻留樣品中某些組分的作用；貯存柱是按照預定程序，在規(guī)定時間將某些組分排除于分析系統(tǒng)之外；選擇柱用于排除不需測定的高濃度組分而使待分析的低濃度組分進入分離系統(tǒng)。

檢測器的目的是將各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)變成相應的電信號。過程色譜分析用的檢測器種類較多，過程氣相色譜常用熱導檢測器（TCD）和氫火焰離子化檢測器（FID），有時也用密度檢測器或質(zhì)譜檢測器；過程液相色譜常用紫外（UV）檢測器和電化學檢測器（EChD），也可用折光（RI）或蒸發(fā)光散射（ELSD）等通用型檢測器。

（3）程序控制單元：程序控制單元是實現(xiàn)色譜循環(huán)分析的控制部分。程序控制單元的核心部分是程序器。在確定的分析循環(huán)周期內(nèi)，程序器按照預先確定的分析程序向各部分發(fā)出動作指令，控制樣品取樣并進行樣品預處理，完成樣品注入、分析流路和色譜柱切換、信號衰減、基線校正、數(shù)據(jù)分析與存貯、流路系統(tǒng)自動清洗等控制動作。

按照結(jié)構(gòu)程序器可分為：步進式程序器、凸輪式程序器和數(shù)字式程序器等類型。過程分析的程序控制單元還包括信息的傳輸和通信。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器一般采用符合現(xiàn)場總線基金會規(guī)范的數(shù)字通信，并通過配套的硬件設備，實時轉(zhuǎn)換為符合工業(yè)領域串行通信協(xié)議（modbus

）規(guī)范的標準串行數(shù)字通信。通過現(xiàn)場總線（fieldbus）/通用串行總線（USB）的轉(zhuǎn)換器連接計算機，并通過軟件迅速地得到包括色譜圖在內(nèi)的數(shù)據(jù)。2．應用

在過程色譜中較成熟的方法是氣相色譜法，氣-固和氣-液色譜柱均有應用。氣相色譜法常用于混合氣體的分析，也可用于對熱穩(wěn)定的、易于氣化的其他類型樣品的分析，這些樣品通過氣體壓力驅(qū)動注入氣相色譜的氣化室氣化后進行分析。

受樣品捕集、在線預處理、分析廢液處理等限制，液相色譜法在過程分析中的應用不如氣相色譜法廣泛。

（1）藥物中易揮發(fā)成份的分析：制藥過程中易揮發(fā)成分如有機殘留溶劑、藥物包裝材料中的易揮發(fā)單體可采用在線GC法監(jiān)測。采用快速GC法可實現(xiàn)實時分析?？焖貵C分析中，常采用短柱，固定液涂布厚度小，并配以快速程序升溫的方法。

目前，各種自動取樣、進樣技術如全自動頂空進樣系統(tǒng)已經(jīng)成熟，并已有商品化的儀器上市。

（2）合成過程監(jiān)測：采用HPLC法可進行合成過程的自動監(jiān)測。將自動取樣裝置裝在反應器中取樣，樣品經(jīng)過過濾、稀釋和定容等操作，注入色譜柱進行分析。例如，文獻報道用HPLC法，可以進行抗病毒藥物azaaindole衍生物合成的監(jiān)測、2，4-二硝基甲苯催化氫化單元中間體合成的監(jiān)測，降低了生產(chǎn)過程的風險。

（3）發(fā)酵過程監(jiān)測：將自動取樣裝置裝在反應器上，自動從發(fā)酵罐中取樣，采用HPLC法可以在線測定抗生素發(fā)酵過程的糖消耗量、生物發(fā)酵中的蛋白蛋/縮氨酸（肽）、介質(zhì)、抗體等。

（4）反應廢液分析：將取樣裝置連接在反應廢液管道中取樣，樣品可不經(jīng)過濃縮和凈化，用離子交換色譜分析反應

廢液中的有害離子濃度。

流動注射分析（flowinjectionanalysis，F(xiàn)IA）是在熱力學非平衡條件下，在液流中重現(xiàn)地處理試樣或試劑區(qū)帶的定量流動分析技術。換言之，F(xiàn)IA就是采用把一定體積的樣品注入無氣泡間隔的流動試劑中，并保證混合過程與反應時間的高度重現(xiàn)性，在非平衡狀態(tài)下所完成的定量測定方法。FIA打破了分析化學必須在物理化學平衡的條件下完成的傳統(tǒng)，具有適應范圍廣、效率高、精度好、能耗低和儀器簡單價廉等特點。第四節(jié)

流動注射分析法1.基本原理

流動注射分析的基本過程圖：

樣品閥（進樣閥）把準確體積的樣品溶液間歇而迅速地注入流速一定的連續(xù)載流中，隨載流（carrier）進入反應器，在反應器中樣品與載流混合，并與載流中的試劑發(fā)生反應，反應產(chǎn)物流經(jīng)檢測器時被檢測，記錄儀讀出一峰形信號，峰高與樣品的濃度成正比。在同樣的條件下對照品同法操作，計算求得樣品的含量。

在FIA中樣品與載流（試劑）的混合是不會完全的，對一個固定的FIA裝置來說，只要載流流速不變，樣品與試劑混合模式不變，在相同的流路截面上，樣品的分散狀態(tài)是嚴格重現(xiàn)的，即使在非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下也可利用同樣條件下樣品與對照品測試結(jié)果對比進行快速、準確的定量分析。

樣品在FIA系統(tǒng)中的分散過程就是樣品的物理稀釋過程，如圖所示。

樣品和試劑的分散狀態(tài)常用分散系數(shù)來描述。分散系數(shù)是指在分散過程發(fā)生之前與之后，產(chǎn)生讀出信號的流體元中待測組分的濃度比。D＝Co/C

式中，D為分散系數(shù)；Co為樣品未分散之前待測物濃度；C為分散后的某段流體元中的濃度。D的物理意義是測定的流體元中待測組分被載流稀釋的倍數(shù)，顯然，D是一個大于1的數(shù)值。

分散系數(shù)是指導FIA系統(tǒng)條件選擇的一個重要參數(shù)。分散系數(shù)的大小由載流流速、管道長度、管徑及形狀、樣品體積、樣品及試劑分子的擴散系數(shù)等參數(shù)所決定。FIA體系設計的依據(jù)是分散原理，根據(jù)由峰最大值所得的分散系數(shù)的大小可以將FIA的流路劃分為高（D>10）、中（D＝2~10）、低（D＝1~2）分散體系。

樣品分散的程度可通過對管路系統(tǒng)參數(shù)的操縱來控制。在具體應用時，根據(jù)所確定的具體分析方案調(diào)整流路設置，改變相應部件的幾何尺寸。低的分散可以通過增大注樣體積、降低流速和使用短管路獲得；反之，要獲得大的分散，可以采用小樣品體積，大流速和長管路來實現(xiàn)。2.儀器組成FIA由液體驅(qū)動裝置（如蠕動泵）、進樣閥、反應與連接管道、流通式檢測器和工作站等部分組成。

（1）液體驅(qū)動傳輸設備

：液體驅(qū)動傳輸設備是FIA裝置的核心部分，其作用是將試劑、樣品等溶液輸送到分析系統(tǒng)中。

理想的液體驅(qū)動和傳輸設備應具備以下特性：①能夠提供重現(xiàn)性好、脈動小的液體輸送，流速穩(wěn)定；②可以提供多通道平行泵液通道；③易于調(diào)節(jié)流速；④化學穩(wěn)定性好，能輸送多種試劑和溶劑；⑤生產(chǎn)成本低，運行消耗少，易于維護。

液體驅(qū)動傳輸設備關鍵部件為恒流泵。目前以蠕動泵（peristalticpump）和往復式柱塞泵（reciprocatingplungerpump）用的較多。蠕動泵由泵頭、壓蓋、調(diào)壓器、泵管和驅(qū)動電機組成，它可提供多個通道，通過改變泵的內(nèi)徑得到不同的流速。往復式柱塞泵與HPLC的柱塞泵類似，只是工作壓力低得多；與蠕動泵相比，往復式柱塞泵具有流速穩(wěn)定性好，抗有機溶劑能力強的優(yōu)點，尤其適合于在線分析。（2）進樣閥：進樣閥（injectionvalve）的作用是采集一定體積的樣品（或溶劑）溶液，并以高度重現(xiàn)的方式將其注入連續(xù)流動的載流中。目前有六孔雙層旋轉(zhuǎn)進樣閥和十六孔八通道多功能旋轉(zhuǎn)閥等種類。

（3）反應與連接管道：FIA的各主要部件之間通過管道連接，管道按作用可分為采樣環(huán)、反應管道和連接導管等。過程分析的樣品種類很多，有的樣品腐蝕性較強，故要求反應與連接管道應由耐腐蝕的聚四氟乙烯或聚氯乙烯管材料制成。

（4）流通式檢測器：FIA系統(tǒng)可與多種分析檢測手段形成高效率的分析系統(tǒng)，其中常用的檢測方法有紫外－可分光光度法、熒光光度法、原子吸收光譜法、電化學分析法、化學發(fā)光法及酶分析法、免疫分析法、毛細管電泳等。

（5）工作站：主要是能自動探測和計算FIA峰的面積和高度的軟件，有些還帶有能控制外部設備，例如泵和自動取樣器操作的擴展功能。3.操作模式FIA可以分為單道、多道和順序注射（sequentialinjectionanalysis）等多種操作模式。單道模式：僅由一條管路組成，載液由單泵輸送，當進樣閥將樣品注入管路后，含有試劑的載流將其載入反應管道，經(jīng)過混合與反應后流入檢測器檢測。單道模式僅適合于單一試劑顯色，并且試劑消耗量大，檢測靈敏度較低。

流動注射分析的單道模式

多道FIA模式：載液和反應試劑通過不同管路輸送，試劑與樣品可通過對流與擴散相混合也可匯合到分散的樣品帶中，使混合更加均勻。多道模式樣品在載流中的分散系數(shù)較低，檢測靈敏度高，且試劑不必加在載液中，可節(jié)約分析成本。流動注射分析的多道模式

順序注射模式：是采用一個多通道選擇閥，選擇閥上的各通道分別與試劑、樣品、檢測器等管路相連。泵將樣品、試劑、載液等吸入貯存管中，然后輸送至檢測器進行檢測。順序注射模式具有控制更加簡便、易于實現(xiàn)集成化和自動化、試劑和樣品消耗少的特點。流動注射分析的順序注射模式4.應用FIA可與分光光度法、原子吸收法、熒光光度法、化學發(fā)光法、電位法、安培法、伏安法等多種檢測方法聯(lián)用。紫外分光光度檢測器因為結(jié)構(gòu)簡單、操作方便而被廣泛使用，將傳統(tǒng)比色池改成流通式，即可將普通分光光度計用于FIA