一種基于近紅外光譜分析技術監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法技術

本發明專利技術公開了一種基于近紅外光譜分析技術監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法，包括基于近紅外光譜分析技術建立用于人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程中HA含量測定模型的步驟，建立用于pH值測定模型的步驟，以及利用上述建立的模型對人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的HA含量和pH進行過程測定的步驟。本發明專利技術的方法能夠有效實現人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程中HA含量和pH值的過程測定，以便根據HA的含量變化即時調整加醋酸緩沖液的速率并可準確及時的判斷反應終點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于近紅外光譜分析技術監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法。
技術介紹
人血白蛋白(HA)是人體血漿中含量最高的蛋白質，占血漿蛋白的40％-60％。HA在臨床用于治療各種疾病，包括低血容量癥、低白蛋白血癥、休克、燒傷、手術失血、創傷、慢性肝病、營養支持、危重患者復蘇等。由于HA大多從人血漿中分離得到，原料來源匱乏，在市場常出現供不應求的狀況。目前HA的生產基本采用低溫乙醇法從人血漿中分離，由于HA的工業化生產中投入的血漿數量巨大(一般以噸計量)，反應罐的容積也很大，巨大的體積給乙醇濃度、pH調節和HA含量的測定帶來了很多技術上的難點，而且終點pH值確定需要在乙醇含量低于10％的條件下用pH計在室溫條件測定。因而在實際工業生產過程多采用離線的方式進行監測和判斷反應終點，大大降低了生產效率。并且離線方式滯后于生產過程，嚴重制約了HA收率的提高和產品質量的提升。近紅外光譜分析技術(NIRS)經過近些年的發展，目前已廣泛應用于石油化工、制藥和煙草等領域，并取得了良好的經濟效益。但國內外還未見近紅外光譜分析技術在監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程或建立相關模型方面的報道。
技術實現思路
針對上述現有技術，本專利技術的目的是提供一種基于近紅外光譜分析技術監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法，本專利技術的方法能夠有效實現人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程中HA含量和pH值的過程測定，以便根據HA的含量變化即時調整加醋酸緩沖液的速率并可準確及時的判斷反應終點(pH值達到4.6-4.7間，即白蛋白等電點時為反應終點)，提高了生產效率。為實現上述目的，本專利技術采用下述技術方案：本專利技術所提供的基于近紅外光譜分析技術監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法，包括如下步驟：(1)建立模型用于HA含量的測定：A模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，采集樣品的原始近紅外光譜，并采用常規方法對樣品中HA含量進行檢測，得離線指標成分化學測定值；B將步驟A的樣品劃分為校正集和驗證集，對樣品光譜進行預處理，然后比較不同變量選擇方法對建模結果的影響，選擇參與建模的變量，建立PLSR模型用于HA含量的測定；C采用驗證集的樣品驗證模型的預測能力；(2)建立模型用pH值的測定：A模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，采集樣品的原始近紅外光譜，并采用常規方法對樣品中乙醇含量進行檢測，并根據測定結果配制乙醇含量為10％的樣品，測定樣品的pH值；B將步驟A的樣品劃分為校正集和驗證集，對樣品光譜進行預處理，并對建模區間進行考察，建立PLSR模型用于pH值的測定；C采用驗證集的樣品驗證模型的預測能力；(3)利用步驟(1)和步驟(2)建立的模型對人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的HA含量和pH進行過程測定。上述方法，步驟(1)中，所述模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，具體方法為：每一批次的醋酸緩沖液的加入方法為：每4min加一次醋酸緩沖液，前9次每次加0.2mL，后6次每次加0.8mL，每次加醋酸緩沖液前取樣1mL并離心處理；模擬至少8個批次。上述方法，步驟(1)中，以Antaris Ⅱ傅里葉變換近紅外光譜儀采集光譜，近紅外光譜的采集條件為：光譜分辨率為8cm-1，掃描次數為32，光譜范圍為10000-4000cm-1。上述方法，步驟(1)中，所述建立PLSR模型用于HA含量的測定的過程中，引入縮小濃度區間的思想，去除HA含量變化不明顯且對模型應用作用較小的樣品點，保留含量變化趨勢大的樣品建立模型，從而提高了模型的準確性和有效性。優選的，參與建模的樣品為每個批次的前11個取樣點，HA的含量范圍為1.22-13.00g/L。上述方法，步驟(1)中，所述樣品光譜預處理的方法優選為一階導數SG21點平滑和均值中心化。上述方法，步驟(1)中，所述選擇參與建模的變量的具體方法為：以RMSECV+RMSEP值作為模型的評價指標，考察相關系數法(CC)、連續投影法(SPA)、無信息變量消除法(UVE)、競爭自適應加權法(CARS)、穩定性競爭自適應加權法(SCARS)、前向偏最小二乘法(FiPLS)、移動窗口偏最小二乘法(MWPLS)、反向偏最小二乘法(BiPLS)以及不同方法與SPA聯用法對建模結果的影響，最終優選的變量選擇方法為：基于與SPA聯用的方法，選擇參與建模的變量為35個。上述方法，步驟(2)中，所述模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，具體為：模擬了6批次醋酸緩沖液沉淀過程，得到74個pH值在4.50-5.55間的樣品。上述方法，步驟(2)中，將樣品劃分為校正集和驗證集的劃分方法包括隨機(RS)法、含量梯度法、KS法、SPXY法和Duplex法；優選的，劃分方法為Duplex法，選擇的校正集樣品49個，驗證集樣品25個。上述方法，步驟(2)中，所述樣品光譜預處理的方法包括：正交信號校正(OSC)、一階導數SG15點平滑、二階導數SG15點平滑、OSC+一階導數SG15點平滑、OSC+二階導數SG15點平滑、一階導數SG15點平滑+OSC、二階導數SG15點平滑+OSC。優選的，所述樣品光譜預處理的方法為一階導數SG15點平滑+OSC。上述方法，步驟(2)中，考察出參與建模的光譜區間為4613-4000cm-1、6538-5404cm-1、10000-7355cm-1。需要說明的是，NIRS是一種間接測定技術，一級樣品的線性關系對于模型結果具有很大的影響，本專利技術所使用的樣品，其一級數據穩定測定的難度大，為相應模型的建立帶來了一定的難度；而且，蛋白質結構復雜，在整個近紅外光譜區都有吸收，因而造成特征區間的選擇較為困難；此外，生理鹽水在近紅外光譜區域具有強烈的吸收，會掩蓋其他物質的光譜信息，因此，有效信息的提取也是模型建立的關鍵問題。所采集的近紅外光譜的原始譜圖中包含的并不都是有用的信息，為了保證對樣品光譜的分辨，光譜的數據一般有數百到數千個數據點，但譜區中各個數據點包含的信息是不相同的，需要對光譜進行預處理，以及運用算法壓縮光譜數據，在全光譜中選擇部分譜區用于建立數學模型。而且基于物質的化學、物理結構的信息以及對光譜儀器的要求，光譜的區間進行考察是很有必要的，并不是隨意選擇的。建立數學模型需要通過具體的試驗進行考察，不斷的進行參數篩選，參數優化，才能獲得穩定性和可靠性都比較好的模型。基于此，本專利技術所建立的用于HA含量的測定模型和用于pH值測定的模型，由于樣品本身的性質為相應近紅外光譜模型的建立所帶來的難度，以及模型建立過程中，對于光譜預處理方法、光譜波段的選擇方法、不同變量選擇方法，等等，都需要技術人員根據實際樣品體系進行多方面多角度考察，這一過程所存在的難度遠超出本領域技術人員常規選擇的范疇。本專利技術的有益效果：本專利技術首次利用近紅外光譜分析技術建立了一種監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法。能夠有效實現人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程中HA含量和pH值的過程測定，并可在過程中根據HA含量變化即時調整加醋酸緩沖液速率并準確及時的判斷反應終點，提高了生產效率。附圖說明圖1為HA含量測定模型建立中測得的醋酸緩沖液沉淀過程原始近紅外光譜圖；圖2為參與HA含量測定模型建立的變量；圖3為HA含量預測值和參考值本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于近紅外光譜分析技術監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)建立模型用于HA含量的測定：A、模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，采集樣品的原始近紅外光譜，并采用常規方法對樣品中HA含量進行檢測，得離線指標成分化學測定值；B、將步驟A的樣品劃分為校正集和驗證集，對樣品光譜進行預處理，然后比較不同變量選擇方法對建模結果的影響，選擇參與建模的變量，建立PLSR模型用于HA含量的測定；C、采用驗證集的樣品驗證模型的預測能力；(2)建立模型用pH值的測定：A、模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，采集樣品的原始近紅外光譜，采用常規方法對樣品中乙醇含量進行檢測，并根據測定結果配制乙醇含量為10％的樣品，測定樣品的pH值；B、將步驟A的樣品劃分為校正集和驗證集，對樣品光譜進行預處理，并對建模區間進行考察，建立PLSR模型用于pH值的測定；C、采用驗證集的樣品驗證模型的預測能力；(3)利用步驟(1)和步驟(2)建立的模型對人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的HA含量和pH進行過程測定。

【技術特征摘要】
1.一種基于近紅外光譜分析技術監測人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)建立模型用于HA含量的測定：A、模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，采集樣品的原始近紅外光譜，并采用常規方法對樣品中HA含量進行檢測，得離線指標成分化學測定值；B、將步驟A的樣品劃分為校正集和驗證集，對樣品光譜進行預處理，然后比較不同變量選擇方法對建模結果的影響，選擇參與建模的變量，建立PLSR模型用于HA含量的測定；C、采用驗證集的樣品驗證模型的預測能力；(2)建立模型用pH值的測定：A、模擬不同批次人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程并取樣，采集樣品的原始近紅外光譜，采用常規方法對樣品中乙醇含量進行檢測，并根據測定結果配制乙醇含量為10％的樣品，測定樣品的pH值；B、將步驟A的樣品劃分為校正集和驗證集，對樣品光譜進行預處理，并對建模區間進行考察，建立PLSR模型用于pH值的測定；C、采用驗證集的樣品驗證模型的預測能力；(3)利用步驟(1)和步驟(2)建立的模型對人血白蛋白醋酸緩沖液沉淀過程的HA含量和pH進行過程測定。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述建立PLSR模型用于HA含量的測定的過程中，引入縮小建模區的思想，去除HA含量變化不明顯且對模型應用作用較小的樣品點，保留含量變化趨勢大的樣品建立模型。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述建立PLSR模型用于HA含量的測定...

【專利技術屬性】
技術研發人員：臧恒昌，龐廣禮，王斐，仲立軍，李燦，張惠，王佳月，范加金，王鳴宇，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：山東;37