諾氟沙星膠囊近紅外在線質量控制初探*

王小亮，張秉華，鄧玉龍，牛龍青，繩金房

（1.陜西省食品藥品檢驗研究院，陜西 西安 710065； 2.陜西省藥品技術審評中心，陜西 西安 710065）

現(xiàn)行藥品質量控制方法大多是按照已制定的質量標準對最終產(chǎn)品進行的符合性抽樣檢驗，但存在檢驗項目有限而無法保證藥品整體質量，檢驗方法多具有破壞性而無法覆蓋全部樣品，檢驗存在滯后性等問題。因此，研究和發(fā)展過程分析技術進行藥品質量實時監(jiān)測和控制，是當前我國制藥企業(yè)需優(yōu)先解決的問題之一［1?5］。近紅外光譜（NIR）由于具有穿透力強、不破壞樣品、環(huán)保，以及適用于定性定量分析、可通過光纖遠距離在線檢測等特點，在國外已逐漸發(fā)展為普遍應用的過程控制技術［6?9］。但受政策導向、資金實力、技術支持等因素限制，國內(nèi)尚無藥廠真正將近紅外技術用于藥品生產(chǎn)過程的質量監(jiān)控。為此，本研究中借助某企業(yè)生產(chǎn)基地優(yōu)勢，以諾氟沙星膠囊為突破點，針對其原料、輔料、中間體及終產(chǎn)品建立NIR 庫、一致性檢驗定性模型和定量模型，以控制全生產(chǎn)過程中諾氟沙星膠囊質量，并應用于該企業(yè)實際生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)樣品的檢測，為初步實現(xiàn)原料、輔料的在線驗收，混勻過程的實時監(jiān)控，以及終端產(chǎn)品的質量控制提供參考?，F(xiàn)報道如下。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

Matrix ?F 型近紅外光譜儀，配有1.5 m 長固體光纖探頭測樣附件，銦鎵砷（InGaAs）檢測器，OPUS 5.5光譜分析軟件（德國Bruker公司）；2030C 型高效液相色譜儀，配有DAD 檢測器（日本Shimadzu 公司）；BP211D 型電子分析天平（德國Sartorius公司）。

1.2 試藥

諾氟沙星膠囊50批，諾氟沙星原料、3種輔料（十二烷基硫酸鈉、羧甲淀粉鈉、玉米淀粉）、中間體各20 批，明膠空心膠囊200粒，均由金花企業(yè)（集團）股份有限公司西安金花制藥廠提供。用于模型驗證的其他企業(yè)的諾氟沙星膠囊樣品均購自市場。

2 方法與結果

2.1 光譜采集

采用漫反射測量法，用固體光纖（取原料、輔料、中間體均插入取樣袋，片劑抵住片芯）直接檢測樣品NIR。光譜掃描范圍為12 000 ～4 000 cm?1，分辨率為8 cm?1，掃描64次，每批樣品測定6次。定性模型使用原始光譜建模，定量模型使用平均光譜建模。

2.2 模型建立與質量控制

2.2.1 原料、輔料及中間體質量控制

模型建立：采用最大適形指數(shù)（CI）法建立一致性檢驗模型［10］。通過計算參考光譜在每個波長點i處吸光度的平均值（Ar，i）和標準偏差σ（σr，i），將每個波長點的平均值±CI限度倍數(shù)的σ作為可信區(qū)間，計算待測光譜在該波長點處的吸光度（As，i），按公式CIi=（As，i?Ar，i）/σr，i計算待測光譜的CI值（CIi）并與之前設定的CI限度比較，判斷待測光譜與參考光譜是否具有一致性。分別以西安金花制藥廠提供的諾氟沙星原料、十二烷基硫酸鈉、羧甲淀粉鈉、玉米淀粉及中間體各10批的原始NIR 建立一致性檢驗定性模型［11］。原料、輔料及中間體的NIR見圖1，建模參數(shù)見表1。

表1 一致性檢驗定性建模參數(shù)Tab.1 The parameters of consistency test qualitative model

模型驗證：分別以不同生產(chǎn)企業(yè)的諾氟沙星原料、輔料分別對建立的諾氟沙星原料、十二烷基硫酸鈉、羧甲淀粉鈉及玉米淀粉一致性檢驗定性模型進行驗證；采用不同取樣時間的中間體對所建立的中間體模型進行驗證。結果見圖2。結果顯示，所建立的模型均可有效區(qū)分不同生產(chǎn)企業(yè)的諾氟沙星原料、輔料及混合過程中不同時間段的中間體，可用于該企業(yè)原料、輔料的驗收及中間體的質量控制，實現(xiàn)原料、輔料的在線驗收；混勻過程的實時監(jiān)控，節(jié)省時間、人力和物力成本。

2.2.2 諾氟沙星膠囊質量控制

一致性檢驗定性模型：模型建立同2.2.1 項。諾氟沙星膠囊NIR見圖3，一致性檢驗模型驗證結果見圖4。

圖3 諾氟沙星膠囊近紅外光譜圖Fig.3 The NIR spectrogram of Norfloxacin Capsules

圖4 諾氟沙星膠囊一致性檢驗定性模型驗證Fig.4 Validation test for consistency test qualitative model ofNorfloxacin Capsules

2.2.3 定量模型

選用OPUS 5.0光譜分析軟件及附帶的QUANT2軟件包，基于偏最小二乘法（PLS）定量原理建立定量模型［12?13］，采用交叉驗證均方根誤差（RMSECV）評價模型準確性。其公式如下。

式中，Nc、YCVi和Yi分別表示校正集樣品數(shù)量及交叉驗證中樣品i 的預測值和真實測定值。依據(jù)2020 年版《中國藥典（二部）》高效液相色譜法、外標定量法測定。西安金花制藥廠提供的50批樣品，每批樣品測定6次，求其平均光譜作為建模光譜。樣品的平均光譜見圖5，最優(yōu)模型參數(shù)見表2，內(nèi)部交叉驗證結果見圖6。

表2 多次優(yōu)化確定最優(yōu)模型參數(shù)Tab.2 Parameters of the optimal model by the multiple optimization

A.諾氟沙星原料 B.十二烷基硫酸鈉 C.羧甲淀粉鈉 D.玉米淀粉 E.中間體圖1 樣品的原始近紅外光譜圖A.API of norfloxacin B.Sodium dodecyl sulfate C.Sodium carboxymethyl starch D.Corn starch E.IntermediatesFig.1 The origin NIR spectrogram of samples

2.2.4 定量模型準確性驗證

選取未參與建模的西安金花制藥廠20批諾氟沙星膠囊驗證模型準確性。通過比較NIR預測值與真實值的偏差及將預測值與真實值在95%的置信區(qū)間內(nèi)進行配對t檢驗，評價模型準確性。結果見表3?？梢?，NIR 預測值與真實值相比相對偏差較小（0.03%～0.64%，平均0.27%）。近紅外快檢方法的偏差上限要求通常為5%，可見，本試驗中，所建立的諾氟沙星膠囊定量模型對該企業(yè)的樣品預測準確性良好，可用于日常質量控制。進一步將驗證集預測值與真實值進行配對t檢驗，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，P=0.636 ＞0.05，表明本次建模的預測結果與《中國藥典（二部）》中的方法無顯著差異。驗證得知，試驗所建立的NIR定量模型可對該企業(yè)的諾氟沙星膠囊實現(xiàn)終端的定性、定量檢測，僅需測定未知樣品的NIR，數(shù)分鐘便可得知含量。與采樣送去實驗室檢測的傳統(tǒng)方法比較，省去了大量的人力、物力及時間成本，實現(xiàn)了諾氟沙星膠囊質量的實時控制。

表3 模型對未知樣品的預測結果Tab.3 Prediction results of the model for unknown samples

A.諾氟沙星原料 B.十二烷基硫酸鈉 C.羧甲淀粉鈉 D.玉米淀粉 E.不同混勻時間中間體圖2 原料、輔料及中間體一致性檢驗定性模型B.API of norfloxacin B.Sodium dodecyl sulfate C.Sodium carboxymethyl starch D.Corn starch E.Intermediates with different mixing timeFig.2 Consistency test qualitative model of API，excipients and intermediates

A.建模原始光譜 B.二階導數(shù)化處理后的光譜圖5 諾氟沙星膠囊近紅外定量建模光譜A.Origin NIR spectrogram of model B.Spectrogram pretreated by second derivativeFig.5 NIR spectrogram of quantitative model of Norfloxacin Capsules

2.3 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

通過建立近紅外在線分析方法，最終可實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。本研究中采用便攜式光纖采樣的近紅外光譜儀，操作方便，將光纖探頭直接接入物料桶，便可實時采集樣品的NIR光譜，遠程建模和測定樣品的性質數(shù)據(jù)，大大減少了人員、儀器、試劑、時間成本。優(yōu)化的生產(chǎn)工藝見圖7。

圖7 近紅外在線控制工藝圖Fig.7 Flow chart of online NIR control

3 討論

近年來，隨著制藥行業(yè)的迅速發(fā)展及藥品監(jiān)管力度的加大，成分不符的假藥越來越少，但冒充其他知名品牌藥的事件屢有發(fā)生。諾氟沙星膠囊按2020年版《中國藥典》檢驗，需耗費的時間、儀器、人力及物力成本均較高，采用NIR法建立針對西安金花制藥廠的諾氟沙星膠囊一致性檢驗定性模型，不僅可鑒別真?zhèn)?，還可有效區(qū)分其他廠家的諾氟沙星膠囊，保護自己的品牌，實現(xiàn)在終端快速控制產(chǎn)品質量。同時，為了突出活性成分的信息，建立準確、穩(wěn)健的NIR校正模型，基于光譜預處理方法及譜段選擇的理論［14?16］，比較內(nèi)部交叉驗證、模型穩(wěn)健性理論［17］及OPUS軟件自動優(yōu)化的結果，經(jīng)多次優(yōu)化，確定最優(yōu)模型。

A.預測值與真實值 B.RMSECV與Rank C.偏差與真實值 D.馬氏距離與殘差圖6 內(nèi)部交叉驗證結果圖A.Predicted value and real value B.RMSECV and Rank C.Deviation and real value D.Mahalanobis distance and residualFig.6 Results of internal cross validation

本研究中通過NIR分析技術，以西安金花制藥廠的諾氟沙星膠囊為樣品，從原料及輔料的驗收、中間體混勻過程控制到終產(chǎn)品諾氟沙星膠囊的定性、定量分析，全面控制了諾氟沙星膠囊生產(chǎn)過程。試驗采用便攜式近紅外光譜儀和固體光纖采樣，便于移動，適用于生產(chǎn)車間、實驗室多場所分析，耐用性好，分析速度快，不破壞樣品，不使用有機溶劑，綠色環(huán)保，實時控制產(chǎn)品質量。