前言近紅外紅外光譜法是材料生產(chǎn)質(zhì)量檢測過程中一重要測試方法，尤其是在種類眾多原材料質(zhì)量控制過程中。原材料樣品可能為多種物理形態(tài)，如液體、凝膠和固體等多種形態(tài)，故原材料測試時，儀器要能方便適用于測試不同形態(tài)原材料樣品。利用近紅外光譜儀快速測試原材料樣品近紅外光譜圖，與已知原料近紅外譜圖比對，確定樣品主要成分或可能成分，測試速度快，方便快捷，非常適用于產(chǎn)品質(zhì)量控制過程中

該應(yīng)用報告主要介紹在符合 21 CFR 第 11 部分的規(guī)定的前提下，利用 PerkinElmer Spectrum Two N ™ FT-NIR 近紅外分光光譜儀，建立符合數(shù)據(jù)完整性規(guī)程的測試模型，從而克服原材料測試過程中的多重挑戰(zhàn)。近紅外（NIR）光譜法是測試固體原材料樣品優(yōu)秀的測試方法，與其他分析方法相比（例如拉曼光譜），近紅外測試更快速、更簡單，樣品無需前處理，直接通過玻璃瓶或者培養(yǎng)皿作為反射采樣附件，對樣品無破壞。Spectrum Two N 近紅外光譜儀搭配 NIR 反射附件（NIRM），如圖 1 所示。

與可替代積分球附件相比，NIRM 具有以下顯著的性能優(yōu)勢：

通過可微小調(diào)控光學(xué)附件，確保高效率采集實驗數(shù)據(jù)，樣品測試范圍廣，測試結(jié)果精確，同時方便數(shù)據(jù)在不同儀器間的傳遞 

優(yōu)良光學(xué)器件確保光束的均勻一致性。 

更低的雜散光，精確度更高儀器內(nèi)置穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)樣品 

雜散光和參比校正，確保測試得到的吸收光譜圖全為樣品吸收。

原材料樣品近紅外光譜圖主要有合頻峰和倍頻峰兩部分組成，不同材料樣品分別具有其獨特的指紋譜峰，表2 為三種原材料樣品的近紅外光譜圖。利用軟件自帶數(shù)據(jù)處理算法，通過與已有參比譜圖比對來確定樣品主要成分。

近紅外光譜軟件擁有多種可選數(shù)據(jù)計算處理方法，根據(jù)樣品復(fù)雜程度選擇不同算法處理數(shù)據(jù)。對比（Compare）™算法是常用處理手段，通過對比算法計算未知樣品近紅外光譜圖與一系列已知化合物近紅外光譜的相關(guān)系數(shù)，給出樣品與已知譜圖的匹配系數(shù)（匹配系數(shù) 1 表示100% 匹配，匹配系數(shù) 0 表示樣品光譜與參考光譜無相關(guān)性）。樣品近紅外光譜圖測試時，需關(guān)注不同樣品紅外指紋譜圖細微差別。下列測試差異容易導(dǎo)致樣品紅外譜圖匹配時出現(xiàn)問題： 

- 取樣的重現(xiàn)性，如固體樣品不均一導(dǎo)致兩次測試結(jié)果的偏差 

- 基線波動 

- 多次測試時噪音的不一致性

上述實驗誤差可以通過優(yōu)化算法設(shè)置，盡量減小上述波動帶來的數(shù)據(jù)誤差。通過算法優(yōu)化，減小因儀器、樣品、空氣環(huán)境帶來的測試誤差，提高樣品光譜測試準(zhǔn)確性和精確性。根據(jù)特定材料與參考材料的相關(guān)性以及與參考材料中二次匹配影響因數(shù)，對比算法設(shè)置了通過 / 未通過閾值，確保準(zhǔn)確測試原材料樣品，避免因?qū)嶒灢僮鲙淼臏y試誤差。軟件獨立建模分類法（SIMCA）是一種化學(xué)計量學(xué)方法，它可以在參考光譜的集合范圍內(nèi)為特定材料建立數(shù)學(xué)模型，區(qū)分不同樣品間紅外光譜圖的細微變化。

SIMCA 法可以準(zhǔn)確區(qū)分出不同純度樣品、不同批次樣品以及因取樣不均一導(dǎo)致的紅外光譜圖的細微變化。為了測試過程簡單易操作，可以用軟件自帶宏為每一個測試方法編制標(biāo)準(zhǔn)操作流程，如表 3 所示。

實驗針對不同原料樣品測試，分別測試了大量樣品近紅外光譜圖，針對不同樣品分別進行數(shù)據(jù)處理，建立數(shù)據(jù)測試模型。（Spectrum Touch）™ ES 軟件包括測試時所有操作步驟，知道用戶完成儀器設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析等整個測試過程。軟件內(nèi)置專業(yè)化數(shù)據(jù)處理模型，快速完成整個數(shù)據(jù)處理過程，即使無專業(yè)化學(xué)背景也可完成整個測試過程。Spectrum Touch ™ ES 軟件滿足 21 CFR第 11 部分的所有要求。測試了多達 34 種化學(xué)性質(zhì)不同的固體原材料樣品的近紅外（NIR）光譜圖，原材料“紅外譜圖庫”包含少量幾種活性物質(zhì)（AI），其余均為輔料。這些原材料樣品的化學(xué)性質(zhì)不一樣，其近紅外（NIR）光譜圖也不相同，利用軟件對比算法（Compare）快速區(qū)分不同原材料樣品。 

實驗測試 7 種不同等級 Avicel® 樣品，Avicel 為微晶狀態(tài)的纖維素。上述材料的化學(xué)性質(zhì)相同、物理性質(zhì)不同，需用到算法 SIMCA 來區(qū)分各紅外光譜圖差異。 

對于測試失敗樣品進行二次確證。若出現(xiàn)部分原料樣品比對測試失敗，需進一步利用軟件譜圖庫檢索功能，檢索商業(yè)譜圖庫進行二次檢測確認。

結(jié)論上述實驗表明近紅外（NIR）光譜學(xué)是藥品行業(yè)快速簡單地測試原材料的一重要方法，可以在數(shù)秒類完成樣品測試。取樣簡單，例如直接將樣品放在玻璃瓶中測反射，無需樣品制備過程。近紅外光譜法將待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)參考光譜數(shù)據(jù)庫進行對比，分析樣品譜圖差異，確認樣品成分?？梢愿鶕?jù)不同測試需求選擇不同的算法，不僅能識別化學(xué)性質(zhì)不同的材料，還能區(qū)分化學(xué)性質(zhì)極其相似的材料樣品，以及確認未知材料樣品可能成分?？梢酝ㄟ^軟件建立樣品測試方法模型，滿足數(shù)據(jù)完整性（Enhanced Security）™（ES）版本軟件所有要求，符合 21 CFR 第 11 部分的要求。