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近红外光谱(near-infrared,NIR)分析技术是指利用近红外谱区包含的有效信息,依靠计算机软硬件技术对物质进行定性或定量的分析技术,因其方便、快速、无损、绿色环保、低成本等优点,成为目前发展迅速、应用前景广阔的一种过程分析技术,近年来广泛应用于农业、食品、酿酒、饲料、烟草、化工、制药等行业。在制药领域的应用非常广泛,包括原辅料鉴别、化学原料药生产监测、制剂过程控制、成品药分析、假药劣药快速识别等环节。但是NIR光谱区的吸收系数较小,吸收强度弱,谱带重叠严重,如何将研究对象的NIR吸收信号从复杂的光谱信号中剥离出来,有效建立研究对象的NIR分析模型,成为NIR在制药领域应用的共性问题,也是目前制约NIR分析技术进一步发展的瓶颈。本课题选择具有复杂背景,高经济效益的糖胺聚糖类药物肝素钠作为模型药物,研究NIR用于肝素钠酶解除蛋白过程肝素钠效价和干燥过程干燥失重的定量检测,以及NIR在醇沉和干燥过程中的过程理解和定性分析,探索解决NIR分析技术在复杂背景下的建模方法问题,为NIR在复杂背景干扰下对物质进行定性或定量分析奠定基础。具体研究内容如下：1.肝素钠粗品酶解除蛋白过程NIR建模方法研究本研究选取肝素钠粗品酶解除蛋白过程中肝素钠效价为研究对象,收集6个批次72个样品,比较线性定量分析方法偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)算法和非线性的支持向量机回归(Support vector regression, SVR)epsilon-SVR和nu-SVR算法,以及误差反向传输人工神经网络(Back propagation artificial neural network, BP-ANN)算法的定量建模结果。最终发现非线性算法epsilon-SVR、 nu-SVR和BP-ANN三种方法建立的肝素钠效价校正模型的预测能力均优于经典的线性算法PLS建立的肝素钠效价校正模型,而且epsilon-SVR算法的建模效果最好,R2c=0.9952、R2p=0.766、RMSEP=3.5449IU/mg。研究结果表明,epsilon-SVR算法可用于建立肝素钠粗品酶解除蛋白过程肝素钠效价的快速定量监测模型。2.混合多糖醇沉过程的理解和NIR建模方法研究本研究选取肝素钠和硫酸软骨素混合多糖的醇沉过程为研究对象,采集不同比例及质量总和的肝素钠和硫酸软骨素混合多糖醇沉过程的NIR光谱。首先采用主成分分析(Principal component analysis,PCA)方法探索醇沉过程NIR光谱的特征性,发现不同批次之间主成分得分的变化趋势基本一致,第一主成分(Principal component,PC) PC1揭示了乙醇量的不断增加,PC2较好地反映醇沉体系的稳定程度,PC3主要反映了混合多糖多阶段醇沉的变化特征,通过PCA得分图的变化趋势,可以很好地揭示整个肝素钠醇沉过程的变化规律。其次,根据分析结果将醇沉过程进行阶段划分,采用偏最小二乘判别(Partial Least Regression Discriminant Analysis,PLS-DA)建立混合多糖多阶段醇沉的定性监控模型,判别模型对于校正集三个阶段的样本的预测识别率分别为100%,98.18%和98.21%,对于非本阶段样本的拒绝率分别为99.1%,98.96%和100%,预测能力较好。而对于未参与建模的验证集样本,三个阶段的样本的识别率平均达到94.64%,拒绝率平均达到97.13%。研究结果表明,可以采用PCA和PLS-DA综合分析混合多糖多阶段醇沉过程,无需对指标成分进行定量分析,即可充分表达样品醇沉过程信息。另外,这也为肝素钠醇沉过程的快速有效地检测,得到高纯度的单一多糖奠定了基础。3.肝素钠干燥过程NIR建模方法研究本研究选取肝素钠干燥过程为研究对象,采集15个批次样品的NIR光谱,包括12个正常批次和3个异常批次。首先从12个正常批次中选择8个批次作为校正集,剩余4个批次作为验证集,采用PLS建立肝素钠干燥过程的干燥失重的定量分析模型。所建模型R2c=0.9890、R2p=0.9560、RMSECV=0.6480%、 RMSEP=0.9030%,结果相对较好。且RPD=4.46,大于3,表示模型的预测结果是可以接受的。其次,采用PCA建立反映校正集8个批次正常运行的多变量统计过程控制(Multivariate statisticalprocess control,MSPC)定性分析模型,结果发现综合考察PC1控制图,Hotelling T2控制图,SPE控制图能够准确判断正常批次样品与异常批次样品。研究结果表明PLS和MSPC是建立肝素钠干燥过程NIR光谱定量和定性分析模型的有效方法,对于肝素钠干燥过程具有良好的应用前景。本研究取得的主要创新性成果有以下几个方面：1.研究建立了肝素钠粗品酶解除蛋白过程肝素钠效价的NIR定量分析模型；2.应用NIR分析技术对糖胺聚糖类混合多糖多阶段醇沉过程进行定性解析和判别；3.研究建立了肝素钠干燥过程的NIR定量和定性分析模型。