CN104390926A - 一种穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法，提供安装在线紫外检测装置，采集浓缩液样本及对应在线紫外光谱，采用高效液相色谱法测定样本溶液中质控指标的含量，使用偏最小二乘法建立定量校正模型并进行检验。本发明建立的模型校正及预测能力好，与传统分析方法相比，能快速、准确地测定穿心莲提取液浓缩脱色过程中穿心莲内酯及脱水穿心莲内酯的含量，有利于提高中药产品在生产过程中的质量控制水平，保证产品质量的稳定性、可靠性。

Description

一种穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法

技术领域

本发明属于过程分析技术领域，具体涉及一种穿心莲浓缩脱色过程的在线紫外光谱快速检测方法。

背景技术

穿心莲提取液的浓缩脱色过程为穿心莲中成药的主要生产过程之一，密切关系着成药的功效与质量稳定性。工业生产中以95%乙醇浸提穿心莲药材获得提取液，加热浓缩同时加入药用活性炭进行脱色。此过程中穿心莲内酯及脱水穿心莲内酯为主要成分。由于穿心莲不同部位的有效成分含量不同，通常使得进入浓缩脱色步骤的各批次初始浓度不一致；另一方面，生产上的质量控制方式多采用离线或经验手段，如高效液相色谱法，密度法等，不利于实时监测产品质量，既不利于最终产品的质量稳定性和有效性，又使得生产不具有经济性和高效性。故一种实时、快速、准确的质量检测方法亟待研发，这有助于保障穿心莲产品质量，对中药工程技术的进步和发展具有重大意义。

在线紫外技术是一种快速、无损的分析技术，具有快速分析、样本处理简单、无需消耗试剂等特点。使用200 nm至400 nm的紫外波段进行快速定量分析时必须建立定量校正模型，目前最常用于建立模型的多元统计方法为偏最小二乘法（Partial Least Squares Regression, PLSR）。当前在中药生产关键过程中的质量控制应用到在线紫外技术的研究已有部分文献专利，如专利（专利申请号：201320490161.4，201310350212.8）等，研究的是在线紫外用于中药提取过程中的快速检测，文献有“基于紫外光谱的丹红提取液质量快速分析技术—严斌俊”等报道，而将在线紫外用于穿心莲浓缩脱色过程的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法，应用该方法可以快速、准确地测定穿心莲提取液在浓缩脱色过程中穿心莲内酯和脱水穿心莲内酯的含量，为相应的生产过程和质量控制提供方法。

本发明是通过以下技术方案实现：

（1）安装在线紫外检测装置

在线紫外检测装置主要由加热装置、反应釜、蠕动泵、过滤器、取样口、流通池、紫外-可见光光源、在线紫外光谱仪、工作台、循环管路、冷却泵、馏出液接收瓶构成，反应釜通过循环管路连接蠕动泵、过滤器、取样口、流通池形成回路，紫外-可见光光源、流通池、在线紫外光谱仪、工作台依次以串联形式连接，冷却泵的一端连接反应釜，另一端连接馏出液接收瓶。

反应釜中的溶液由蠕动泵入循环管路，循环管路采用医用橡胶管。光程为2 mm的流通池通过光纤分别与紫外可见光光源和在线紫外光谱仪进行连接，进行光谱采集。光谱采集为动态采集，以95%乙醇溶液为背景，光谱扫描范围为200~900 nm，分辨率为0.8 nm。

装置中蒸馏部分使用乙醇冷却循环泵冷凝馏出溶剂，冷凝液温度设置为-10~-5℃，馏出液由锥形瓶接收。

 （2）在线采集穿心莲的浓缩液样本及样本对应的在线紫外光谱

在反应釜中加入穿心莲提取液和药用活性炭，根据特定的时间点进行样本溶液和光谱的采集，开始加热后，同时开启蠕动泵，以48 rpm的转速传导溶液，通过取样口采集样本液，在流通池通过工作台控制同时通过线紫外光谱仪采集对应在线紫外光谱，过滤器用于过滤溶液中的活性炭及其他固体杂质。在线紫外检测装置中溶液先后经过蠕动泵、过滤器、取样口、流通池，沿循环管路返回反应釜。采集浓缩液样本的同时通过线紫外光谱仪采集对应在线紫外光谱，收集若干批次的实验样本，划分校正集参与定量校正模型的建立，其余作为验证集进行模型预测能力的检验。

（3）采用高效液相色谱法测定浓缩液样本中的质控指标含量

采用高效液相色谱法测定穿心莲样本液中的穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯含量。液相条件为：色谱柱为C18 (5 μm 250×4.6 mm)；流动相为甲醇-水梯度洗脱，流速0.8 mL/min；柱温35℃；初始波长225 nm，16 min转换为254 nm。洗脱程序为：0~15 min，55%B；15~16 min，55%B → 65%B；16~26 min，65%B。取样品溶液，经0.45 μm微孔滤膜的针式过滤器滤过，取续滤液进样分析。

（4）定量校正模型的建立及验证

使用偏最小二乘法对各指标进行定量建模的建立，将采集到的光谱数据与高效液相色谱法测得的内酯含量进行关联。建模前先进行异常光谱和含测数据判别，剔除异常点，以提高模型性能。以一阶导数、二阶导数、Savitzky-Golay平滑、Norris平滑等方法对光谱进行预处理，并选择合适的建模波段，通过比较各模型指标确定最优模型。其中，以模型相关系数R，校正集误差均方根RMSEC，验证集误差均方根RMSEP，交叉验证误差均方根RMSECV为模型性能指标。R越接近1，RMSEC和RMSEP越小且越接近，则模型性能越好。RSEC和RSEP越小越好，一般要求小于10%。

经过软件计算处理，穿心莲内酯模型选用原始光谱不作平滑处理，建模波段为201~298 nm，具有较好的建模效果； 脱水穿心莲内酯模型选用的预处理方法为二阶导数法和Norris平滑处理，建模波段为263~311 nm和326~341 nm，能构建较好的定量校正模型；结果显示穿心莲内酯及脱水穿心莲内酯的定量校正模型的相关系数R在0.9以上，RMSEP和RMSEC较小且接近，RSEP值都在5%以下，可见模型校正效果较好，预测能力强。

取在线紫外光谱，随机选择一批作为验证集，其余参与校正模型的建立，以不作平滑处理的原始光谱，在201~298 nm波段进行穿心莲内酯的校正模型的建立，另以二阶导数且用Norris平滑作为预处理方法，选取263~311 nm和326~341 nm作为建模波段，建立脱水穿心莲内酯的校正模型，以验证集对模型进行检验。

本发明将在线紫外技术引入到中药的浓缩脱色过程，采用PLSR算法，实现了对穿心莲提取液浓缩脱色时穿心莲内酯和脱水穿心莲内酯的快速、准确的检测。本发明建立的模型校正及预测能力好，与传统分析方法相比，能快速、准确地测定穿心莲提取液浓缩脱色过程中穿心莲内酯及脱水穿心莲内酯的含量，有利于提高中药产品的质量控制水平，保证产品质量的稳定、可靠。本发明操作简便，模型预测能力好，稳定性强。

附图说明

附图1是穿心莲提取液浓缩脱色过程在线紫外检测装置图。

附图2是9个实验批次测得的穿心莲内酯含量变化趋势图。

附图3是9个实验批次测得脱水穿心莲内酯含量变化趋势图。

附图4是一典型批次的在线紫外原始光谱图。

附图5是穿心莲内酯验证集实际值与预测结果图。

附图6是脱水穿心莲内酯验证集实际值与预测结果图。

具体实施方式

本发明结合附图和实施例作进一步的说明。

实施例1：

1.      安装在线紫外检测装置

参见图1，在线紫外检测装置由以下部分组成：所述的在线紫外检测***主要包括加热装置1、反应釜2、蠕动泵3、过滤器4、取样口5、流通池6、紫外-可见光光源7、在线紫外光谱仪8、工作台9、循环管路10、冷却泵11、馏出液接收瓶12，反应釜2通过循环管路10连接蠕动泵3、过滤器4、取样口5、流通池6形成回路，紫外-可见光光源7、流通池6、在线紫外光谱仪8、工作台9串联形式连接，冷却泵11的一端连接反应釜2，另一端连接馏出液接收瓶12。

反应釜2中的溶液由蠕动泵3导入循环管路10，循环管路10采用医用橡胶管。光程为2 mm的流通池6通过光纤分别与紫外可见光光源7和在线紫外光谱仪8进行连接，进行光谱采集。

装置中蒸馏部分使用乙醇冷却循环泵11冷凝馏出溶剂，冷凝液温度设置为-10~-5℃，馏出液由锥形瓶12接收。

2. 在线采集穿心莲的浓缩液样本及对应样本的在线紫外光谱

在反应釜2中加入3 L穿心莲提取液和20.30 g（15%药材质量）药用活性炭，同时开启蠕动泵3，以48 rpm的转速传导溶液，通过取样口5采集样本液，在流通池6通过工作台9控制采集在线紫外光谱。过滤器4用于过滤溶液中的活性炭及其他固体杂质。经预实验，以50%溶剂馏出为终点的浓缩脱色过程需68 min，开始加热后，根据特定的时间点进行样本溶液和光谱的采集，具体见表1，采集浓缩液样本的同时采集对应在线紫外光谱，每次采集10 mL体积的样本溶液，保存于15 mL EP管中，每一批次共采集样本液及光谱各36份。共收集了9个批次的实验样本，划分校正集参与定量校正模型的建立，其余作为验证集进行模型预测能力的检验。

光谱采集为动态采集，以95%乙醇溶液为背景，光谱扫描范围为200~900 nm，分辨率为0.8 nm。

3. 采用高效液相色谱法测定浓缩液样本中的质控指标含量

采用高效液相色谱法测定穿心莲样本液中的穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯含量。

安捷伦液相条件：色谱柱为Dikma Technologies Diamonsil C18 (5 μm 250×4.6 mm)；流动相为甲醇-水梯度洗脱，流速0.8 mL/min；柱温35℃；进样量5 μL；初始波长225 nm，16 min转换为254 nm。洗脱程序为：0~15 min，55%B；15~16 min，55%B → 65%B；16~26 min，65%B。取样本液约1 mL，经0.45 μm微孔滤膜的针式过滤器滤过，取续滤液进样分析。

梯度稀释对照品溶液后进样分析，穿心莲内酯在0.04~1.92 mg/mL浓度范围内线性良好，线性方程为y=1158x-27.20，R²=1.000，脱水穿心莲内酯在0.03~1.48 mg/mL浓度范围内线性良好，线性方程为y=759.1x-9.55，R²=1.000。

浓缩脱色过程各批次穿心莲内酯及脱水穿心莲内酯含量的变化情况参见图2~图3。

4. 定量校正模型的建立及验证

使用TQ Analyst软件的偏最小二乘法对穿心莲内酯含量进行定量模型的建立，将采集到的光谱数据与高效液相色谱法测得的内酯含量进行关联。建模前先进行异常光谱和含测数据判别，剔除异常点，以提高模型性能。以一阶导数、二阶导数、Savitzky-Golay平滑、Norris平滑等方法对光谱进行预处理，以消除基线漂移、噪音等影响，并选择合适的建模波段，通过比较各模型指标确定最优模型。

9个批次的实验数据中取批次5作为验证集，其余批次参与校正模型的建立，图4为采集到的原始在线紫外光谱图。经过TQ软件计算处理，穿心莲内酯在201~298 nm的波段，采用原始光谱且不做平滑处理，具有较好的建模效果，校正模型相关系数R为0.967，RMSEC为0.547，RMSEP为0.325，模型验证结果RSEP为3.27%。穿心莲内酯的模型预测结果参见图5。

由以上建模结果可以看出，穿心莲内酯的定量校正模型的相关系数R在0.9以上，RMSEP和RMSEC较小且接近，RSEP值都在5%以下，可见模型校正效果较好，预测能力强。

实施例2：

按照实施例1的方法，区别之处在于对脱水穿心莲内酯建立定量校正模型。

1. 选用与实施例1相同的样本数据

在9个批次的实验数据中取批次5作为验证集，其余批次参与校正模型的建立。建模前先进行异常光谱和含测数据判别，剔除异常点，以提高模型性能。

2. 脱水穿心莲内酯的定量校正模型的建立

使用TQ Analyst软件的偏最小二乘法对脱水穿心莲内酯含量进行定量模型的建立，将采集到的光谱数据与高效液相色谱法测得的内酯含量进行关联。经过TQ软件计算处理，脱水穿心莲内酯在263~311 nm和326~341 nm这两个波段进行建模，且采用二阶导数法和Norris平滑处理作为预处理方法，能构建较好的定量校正模型，校正模型相关系数为0.938，RMSEC为0.185，RMSEP为0.123，模型验证结果RSEP为4.84%。脱水穿心莲内酯的模型预测结果参见图6。

由以上建模结果可以看出，脱水穿心莲内酯的定量校正模型的相关系数R在0.9以上，RMSEP和RMSEC较小且接近，RSEP值都在5%以下，可见模型校正效果较好，预测能力强。

Claims (5)

1.一种穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

（1）安装在线紫外检测装置：该装置主要由加热装置（1）、反应釜（2）、蠕动泵（3）、过滤器（4）、取样口（5）、流通池（6）、紫外-可见光光源（7）、在线紫外光谱仪（8）、工作台（9）、循环管路（10）、冷却泵（11）、馏出液接收瓶（12）构成，反应釜（2）通过循环管路（10）连接蠕动泵（3）、过滤器（4）、取样口（5）、流通池（6）形成回路，紫外-可见光光源（7）、流通池（6）、在线紫外光谱仪（8）、工作台（9）依次以串联形式连接，冷却泵（11）的一端连接反应釜（2），另一端连接馏出液接收瓶（12）；

（2）在线采集样本及对应的在线紫外光谱：在反应釜（2）中加入穿心莲提取液和药用活性炭，开始加热，同时开启蠕动泵（3），以48 rpm的转速传导溶液，通过取样口（5）采集样本液，同时在流通池（6）通过工作台（9）控制通过线紫外光谱仪（8）采集对应在线紫外光谱，过滤器（4）用于过滤溶液中的活性炭及其他固体杂质；

（3）采用高效液相色谱法测定样本溶液中各指标含量：采用高效液相色谱法测定穿心莲样本液中的穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯含量，液相条件为：色谱柱为C18 (5 μm 250×4.6 mm)；流动相为甲醇-水梯度洗脱，流速0.8 mL/min；柱温35℃；初始波长225 nm，16 min转换为254 nm；洗脱程序为：0~15 min，55%B；15~16 min，55%B → 65%B；16~26 min，65%B，取样本液，经0.45 μm微孔滤膜的针式过滤器滤过，取续滤液进样分析；

（4）定量校正模型的建立及验证：取在线紫外光谱，随机选择一批作为验证集，其余参与校正模型的建立，以不作平滑处理的原始光谱，在201~298 nm波段进行穿心莲内酯的校正模型的建立，另以二阶导数且用Norris平滑作为预处理方法，选取263~311 nm和326~341 nm作为建模波段，建立脱水穿心莲内酯的校正模型，以验证集对模型进行检验。

2.根据权利要求1所述的穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法，其特征在于，在线紫外检测装置中溶液先后经过蠕动泵（3）、过滤器（4）、取样口（5）、流通池（6），沿循环管路（10）返回反应釜（2）。

3.根据权利要求1所述的穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法，其特征在于，在线紫外检测装置中流通池（6）光程为2 mm，光谱采集为动态采集，以95%乙醇溶液为背景，光谱扫描范围为200~900 nm，分辨率为0.8 nm。

4.根据权利要求1所述的穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法，其特征在于，穿心莲内酯模型选用原始光谱不作平滑处理，建模波段为201~298 nm，脱水穿心莲内酯模型选用的预处理方法为二阶导数加Norris平滑处理，建模波段为263~311 nm和326~341 nm。

5.根据权利要求1所述的穿心莲浓缩脱色过程在线快速检测方法，其特征在于，循环管路（10）采用医用橡胶管。