一种基于近红外光谱分析技术监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于近红外光谱分析技术监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法，包括基于近红外光谱分析技术建立用于人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程中HA含量测定模型的步骤，建立用于pH值测定模型的步骤，以及利用上述建立的模型对人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的HA含量和pH进行过程测定的步骤。本发明专利技术的方法能够有效实现人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程中HA含量和pH值的过程测定，以便根据HA的含量变化即时调整加醋酸缓冲液的速率并可准确及时的判断反应终点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于近红外光谱分析技术监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法。
技术介绍
人血白蛋白(HA)是人体血浆中含量最高的蛋白质，占血浆蛋白的40％-60％。HA在临床用于治疗各种疾病，包括低血容量症、低白蛋白血症、休克、烧伤、手术失血、创伤、慢性肝病、营养支持、危重患者复苏等。由于HA大多从人血浆中分离得到，原料来源匮乏，在市场常出现供不应求的状况。目前HA的生产基本采用低温乙醇法从人血浆中分离，由于HA的工业化生产中投入的血浆数量巨大(一般以吨计量)，反应罐的容积也很大，巨大的体积给乙醇浓度、pH调节和HA含量的测定带来了很多技术上的难点，而且终点pH值确定需要在乙醇含量低于10％的条件下用pH计在室温条件测定。因而在实际工业生产过程多采用离线的方式进行监测和判断反应终点，大大降低了生产效率。并且离线方式滞后于生产过程，严重制约了HA收率的提高和产品质量的提升。近红外光谱分析技术(NIRS)经过近些年的发展，目前已广泛应用于石油化工、制药和烟草等领域，并取得了良好的经济效益。但国内外还未见近红外光谱分析技术在监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程或建立相关模型方面的报道。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种基于近红外光谱分析技术监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法，本专利技术的方法能够有效实现人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程中HA含量和pH值的过程测定，以便根据HA的含量变化即时调整加醋酸缓冲液的速率并可准确及时的判断反应终点(pH值达到4.6-4.7间，即白蛋白等电点时为反应终点)，提高了生产效率。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术所提供的基于近红外光谱分析技术监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法，包括如下步骤：(1)建立模型用于HA含量的测定：A模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，采集样品的原始近红外光谱，并采用常规方法对样品中HA含量进行检测，得离线指标成分化学测定值；B将步骤A的样品划分为校正集和验证集，对样品光谱进行预处理，然后比较不同变量选择方法对建模结果的影响，选择参与建模的变量，建立PLSR模型用于HA含量的测定；C采用验证集的样品验证模型的预测能力；(2)建立模型用pH值的测定：A模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，采集样品的原始近红外光谱，并采用常规方法对样品中乙醇含量进行检测，并根据测定结果配制乙醇含量为10％的样品，测定样品的pH值；B将步骤A的样品划分为校正集和验证集，对样品光谱进行预处理，并对建模区间进行考察，建立PLSR模型用于pH值的测定；C采用验证集的样品验证模型的预测能力；(3)利用步骤(1)和步骤(2)建立的模型对人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的HA含量和pH进行过程测定。上述方法，步骤(1)中，所述模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，具体方法为：每一批次的醋酸缓冲液的加入方法为：每4min加一次醋酸缓冲液，前9次每次加0.2mL，后6次每次加0.8mL，每次加醋酸缓冲液前取样1mL并离心处理；模拟至少8个批次。上述方法，步骤(1)中，以Antaris Ⅱ傅里叶变换近红外光谱仪采集光谱，近红外光谱的采集条件为：光谱分辨率为8cm-1，扫描次数为32，光谱范围为10000-4000cm-1。上述方法，步骤(1)中，所述建立PLSR模型用于HA含量的测定的过程中，引入缩小浓度区间的思想，去除HA含量变化不明显且对模型应用作用较小的样品点，保留含量变化趋势大的样品建立模型，从而提高了模型的准确性和有效性。优选的，参与建模的样品为每个批次的前11个取样点，HA的含量范围为1.22-13.00g/L。上述方法，步骤(1)中，所述样品光谱预处理的方法优选为一阶导数SG21点平滑和均值中心化。上述方法，步骤(1)中，所述选择参与建模的变量的具体方法为：以RMSECV+RMSEP值作为模型的评价指标，考察相关系数法(CC)、连续投影法(SPA)、无信息变量消除法(UVE)、竞争自适应加权法(CARS)、稳定性竞争自适应加权法(SCARS)、前向偏最小二乘法(FiPLS)、移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)、反向偏最小二乘法(BiPLS)以及不同方法与SPA联用法对建模结果的影响，最终优选的变量选择方法为：基于与SPA联用的方法，选择参与建模的变量为35个。上述方法，步骤(2)中，所述模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，具体为：模拟了6批次醋酸缓冲液沉淀过程，得到74个pH值在4.50-5.55间的样品。上述方法，步骤(2)中，将样品划分为校正集和验证集的划分方法包括随机(RS)法、含量梯度法、KS法、SPXY法和Duplex法；优选的，划分方法为Duplex法，选择的校正集样品49个，验证集样品25个。上述方法，步骤(2)中，所述样品光谱预处理的方法包括：正交信号校正(OSC)、一阶导数SG15点平滑、二阶导数SG15点平滑、OSC+一阶导数SG15点平滑、OSC+二阶导数SG15点平滑、一阶导数SG15点平滑+OSC、二阶导数SG15点平滑+OSC。优选的，所述样品光谱预处理的方法为一阶导数SG15点平滑+OSC。上述方法，步骤(2)中，考察出参与建模的光谱区间为4613-4000cm-1、6538-5404cm-1、10000-7355cm-1。需要说明的是，NIRS是一种间接测定技术，一级样品的线性关系对于模型结果具有很大的影响，本专利技术所使用的样品，其一级数据稳定测定的难度大，为相应模型的建立带来了一定的难度；而且，蛋白质结构复杂，在整个近红外光谱区都有吸收，因而造成特征区间的选择较为困难；此外，生理盐水在近红外光谱区域具有强烈的吸收，会掩盖其他物质的光谱信息，因此，有效信息的提取也是模型建立的关键问题。所采集的近红外光谱的原始谱图中包含的并不都是有用的信息，为了保证对样品光谱的分辨，光谱的数据一般有数百到数千个数据点，但谱区中各个数据点包含的信息是不相同的，需要对光谱进行预处理，以及运用算法压缩光谱数据，在全光谱中选择部分谱区用于建立数学模型。而且基于物质的化学、物理结构的信息以及对光谱仪器的要求，光谱的区间进行考察是很有必要的，并不是随意选择的。建立数学模型需要通过具体的试验进行考察，不断的进行参数筛选，参数优化，才能获得稳定性和可靠性都比较好的模型。基于此，本专利技术所建立的用于HA含量的测定模型和用于pH值测定的模型，由于样品本身的性质为相应近红外光谱模型的建立所带来的难度，以及模型建立过程中，对于光谱预处理方法、光谱波段的选择方法、不同变量选择方法，等等，都需要技术人员根据实际样品体系进行多方面多角度考察，这一过程所存在的难度远超出本领域技术人员常规选择的范畴。本专利技术的有益效果：本专利技术首次利用近红外光谱分析技术建立了一种监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法。能够有效实现人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程中HA含量和pH值的过程测定，并可在过程中根据HA含量变化即时调整加醋酸缓冲液速率并准确及时的判断反应终点，提高了生产效率。附图说明图1为HA含量测定模型建立中测得的醋酸缓冲液沉淀过程原始近红外光谱图；图2为参与HA含量测定模型建立的变量；图3为HA含量预测值和参考值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于近红外光谱分析技术监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立模型用于HA含量的测定：A、模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，采集样品的原始近红外光谱，并采用常规方法对样品中HA含量进行检测，得离线指标成分化学测定值；B、将步骤A的样品划分为校正集和验证集，对样品光谱进行预处理，然后比较不同变量选择方法对建模结果的影响，选择参与建模的变量，建立PLSR模型用于HA含量的测定；C、采用验证集的样品验证模型的预测能力；(2)建立模型用pH值的测定：A、模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，采集样品的原始近红外光谱，采用常规方法对样品中乙醇含量进行检测，并根据测定结果配制乙醇含量为10％的样品，测定样品的pH值；B、将步骤A的样品划分为校正集和验证集，对样品光谱进行预处理，并对建模区间进行考察，建立PLSR模型用于pH值的测定；C、采用验证集的样品验证模型的预测能力；(3)利用步骤(1)和步骤(2)建立的模型对人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的HA含量和pH进行过程测定。

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外光谱分析技术监测人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立模型用于HA含量的测定：A、模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，采集样品的原始近红外光谱，并采用常规方法对样品中HA含量进行检测，得离线指标成分化学测定值；B、将步骤A的样品划分为校正集和验证集，对样品光谱进行预处理，然后比较不同变量选择方法对建模结果的影响，选择参与建模的变量，建立PLSR模型用于HA含量的测定；C、采用验证集的样品验证模型的预测能力；(2)建立模型用pH值的测定：A、模拟不同批次人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程并取样，采集样品的原始近红外光谱，采用常规方法对样品中乙醇含量进行检测，并根据测定结果配制乙醇含量为10％的样品，测定样品的pH值；B、将步骤A的样品划分为校正集和验证集，对样品光谱进行预处理，并对建模区间进行考察，建立PLSR模型用于pH值的测定；C、采用验证集的样品验证模型的预测能力；(3)利用步骤(1)和步骤(2)建立的模型对人血白蛋白醋酸缓冲液沉淀过程的HA含量和pH进行过程测定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述建立PLSR模型用于HA含量的测定的过程中，引入缩小建模区的思想，去除HA含量变化不明显且对模型应用作用较小的样品点，保留含量变化趋势大的样品建立模型。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述建立PLSR模型用于HA含量的测定...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧恒昌，庞广礼，王斐，仲立军，李灿，张惠，王佳月，范加金，王鸣宇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37