研究背景
在現代藥品生產中，確保每一片藥錠、每一粒膠囊的品質穩定、均一且有效，是攸關患者生命安全與治療效果的重要課題。傳統品質控制方法，如高效液相層析法（HPLC），雖然具備高精度，但通常耗時耗力，需要繁複的樣品前處理，且屬於「事後檢驗」模式，無法即時反映生產過程中的變化。這可能導致整批產品於最終檢驗時才發現問題，進而造成龐大的經濟損失。隨著全球監管機構（如FDA與EMA）推動「品質源於設計（QbD）」與「製程分析技術（PAT）」概念，製藥產業正積極導入可實現即時、在線、非破壞檢測的分析技術。近紅外光譜（Near Infrared Spectroscopy, NIR）正是在此背景下，成為製藥製程監測與品質控制的重要技術之一。
近紅外光纖光譜儀具備快速檢測、非接觸量測、在線分析與多成分同步監測等特性，能有效協助製藥企業提升製程穩定性與產品一致性，並符合智慧製藥與自動化生產需求。
近紅外光譜技術優勢
近紅外光是介於可見光與中紅外光之間的電磁波。近紅外光譜技術之所以受到製藥產業重視，主要來自以下幾項核心優勢：非破壞快速檢測
近紅外光譜分析不需破壞樣品，也無需繁複前處理，即可於數秒內完成光譜擷取與資料分析，大幅提升檢測效率，適合製藥產線的即時監測需求。
光纖遠距傳輸
透過光纖進行光訊號傳輸，檢測探頭可直接整合至反應槽、輸送帶、壓錠機或包衣設備中，實現非接觸式在線／原位監測，有效降低人工取樣造成的誤差與延遲。
多項指標同步分析
一次光譜量測即可同步取得樣品中的多種成分含量、物理性質（如硬度、密度、均勻度）等資訊，無需多次檢測，減少檢測成本。
綠色環保檢測
近紅外光譜分析不需使用化學試劑，不會產生廢液或化學污染，符合綠色製藥與永續生產趨勢。
操作簡便
完成光譜定標模型後，操作人員即使不具備專業色譜分析背景，也能快速完成量測與分析，降低教育訓練成本與人為誤差。
穿透能力佳
近紅外光具有良好的材料穿透能力，可穿透一定厚度的包裝材料（如塑膠、玻璃），和樣品本身，實現內部成分的非破壞分析，適合應用於藥品包裝後檢測。
近紅外光纖光譜儀於製藥產業的應用
近紅外光纖光譜儀可涵蓋化學藥品從研發、生產到品質檢測的完整流程，主要應用如下：原料入廠檢驗
可快速檢測化學藥品原料（如 API 活性藥物成分、乳糖、微晶纖維素等輔料）的純度、含量、水分等指標，篩選不合格原料，從源頭完成品質把關。
製程在線監測（PAT）
於混合、造粒、壓錠、包衣與凍乾等製程中，即時監測物料混合均勻度、顆粒含水率、片劑含量均勻性、包衣厚度等參數，即時發現製程偏差並進行調整，提升產品穩定性。
成品質量檢測
針對片劑、膠囊與注射粉針等成品，進行快速抽檢，檢測活性成分含量、含量均勻度、硬度、溶出度等品質指標，替代部分傳統離線檢測，提升成品出廠檢驗效率。
藥品穩定性研究
於藥品加速試驗與長期穩定性試驗中，可定期監測其成分變化、水分變化、晶型轉變等，提供藥品保存期限評估的重要依據。
偽藥與劣藥篩檢
透過比對正品與可疑藥品之近紅外光譜特徵，可快速辨識假藥與劣質藥品，特別適合應用於藥物流通與現場快速檢測。
應用案例：近紅外多點量測技術於藥品片劑品質控制之應用
為解決藥品片劑製程中API分布不均、含量偏差與物理性質檢測效率不足等問題，《Analytical and Bioanalytical Chemistry》期刊發表研究，結合近紅外光譜儀、多點量測技術與輸送帶系統，成功實現片劑高通量在線品質檢測。研究結果驗證近紅外光纖光譜技術於藥品片劑最終品質控制中的可行性與準確性。
研究核心內容
本研究建立一套基於近紅外多點量測的片劑品質分析系統，達到對片劑中API空間分布均勻性、API含量精準定量及片劑硬度三個關鍵指標的同步檢測，為藥物片劑的即時釋放控制提供新方法，改善傳統單點近紅外量測缺乏空間資訊，以及高光譜成像運算量過大的問題。
圖1 輸送帶系統圖和API標準差值
實驗設備與樣品
實驗設備：採用檢測波長900–1700 nm的近紅外光譜系統，搭配多點量測光纖探針與自製輸送帶系統。探針與自製輸送帶系統結合，輸送帶可實現2500片/小時的高通量檢測，還配備可視相機和不合格品氣動剔除裝置。實驗樣品：研究用化學藥品片劑直徑 6mm，含1種 API（占比 18.8% w/w）和4種賦形劑 （乳糖一水合物 47.5%、微晶纖維素 20.0%、麥芽糊精 10.0%、潤滑劑 3.7%）。製備兩組核心樣品：
1. 對比樣品：F1（API1製備）和 F2（API2製備），各41片，用於API分佈均勻性分析；
2. 校準樣品：API 含量 80%~120% w/w 的5批樣品，用於構建API定量模型；
3. 硬度樣品：硬度 24N、50N、85N、117N 的 4 批樣品，各10 片，用於硬度檢測驗證。
光譜量測與資料分析
光譜採集：採用漫反射模式進行量測，積分時間為1 ms。每片片劑採集16張光譜影像後取平均值，去除邊緣3張低品質圖像後，取10張圖像的平均值作為最終光譜資料，單片劑可獲得 16×26 條光譜，實現多點空間資訊採集。
圖2 樣本的多點測量。通道8到21（均勻性1光纖）位於兩側，距離光源等距測試光譜圖
光譜預處理：為降低背景干擾，研究使用SNV標準常態變數轉換和Savitzky-Golay二階導數對光譜資料進行預處理。
資料分析方法：
1. 定性分析（API均勻性）：計算同類型纖維光譜的標準差，以 1177nm（API 特徵吸收峰）處的標準差值分析API分布狀況；
2. 定量分析（API含量）：採用偏最小平方法（PLS）構建定量模型，並以高效液相色譜（HPLC）檢測結果為參考標準；
3. 物理性質分析（片劑硬度）：對SRS纖維的光譜資料進行主成分分析（PCA），比對不同硬度片劑的光散射特徵差異。
實驗結果分析
API 分布均勻性分析
圖3 為41片藥片標準差計算結果（上圖）；
均質1纖維採集的API和乳糖預處理平均光譜（下圖）。
均質1纖維採集的API和乳糖預處理平均光譜（下圖）。
經預處理後的近紅外光譜顯示，API 於1104 nm、1126 nm與1177 nm處具有特徵吸收峰，乳糖則於 1209 nm 處具有特徵吸收峰。F1批次（API1）在這些特徵峰位置的光譜標準偏差值極低且穩定，且於1177 nm處無明顯峰值，表示API在片劑中的空間分布均勻；相較之下，F2批次（API2）於1104 nm、1126 nm、1177 nm（API）以及 1209 nm（乳糖）處皆出現明顯峰值，其中1177 nm處的標準偏差值波動較大，直接反映API與主要賦形劑在片劑中的分布不均，證明此系統可快速辨識片劑成分分布缺陷。
API 含量定量檢測結果
圖4 PLS 定量模型相關圖
以均質1類光纖的平均光譜建立PLS定量模型，最佳模型包含3個潛在變數。模型校正均方根誤差（RMSEC）為2.4%、交叉驗證均方根誤差（RMSECV）為2.5%、預測均方根誤差（RMSEP）為2.6%，與HPLC檢測結果具有良好的線性相關性。
針對 F1 與 F2 批次進行檢測結果顯示：F1批次API平均含量為100.7% w/w，相對標準偏差（RSD）僅1.8%，顯示含量均勻性良好；F2批次API平均含量為102.7% w/w，RSD高達6.3%，含量偏差較大，與前述定性分析結果一致。
片劑硬度檢測結果
圖5 四批目標硬度片劑的PCA分數圖（分別為24、50、85與117 N）
針對 SRS 光纖之光譜資料進行 PCA 主成分分析，結果顯示24N、50N、85N 與117 N四組不同硬度片劑，在PC2-PC3主成分空間中形成四個明顯獨立的群集，且彼此之間無交叉重疊。此結果說明，近紅外多點量測技術可透過光散射特徵差異，精準區分不同硬度的片劑。其原理在於片劑硬度與密度呈正相關，而不同密度會導致近紅外光散射強度產生差異，SRS 光纖則可有效捕捉此物理特徵。
結論
近紅外光纖光譜儀憑藉非破壞、快速檢測、在線監測與多指標同步分析等優勢，已成為製藥與化學藥品領域品質控制的重要核心技術之一，突破傳統檢測方法的限制，符合現代製藥工業對製程分析與即時放行控制的需求。上述研究進一步證明，將近紅外光譜技術與多點量測技術結合，可有效補足傳統單點近紅外量測缺乏空間資訊的問題，同時避免高光譜成像所帶來的大量資料運算與高計算成本，成功實現化學藥品片劑之化學性質（如 API 含量與分布）及物理性質（如硬度）的同步、高通量、在線檢測。
此技術不僅能於片劑最終產品品質檢測中快速辨識不良品，也可直接整合至化學藥品生產線中，實現從原料到成品的全流程即時監測，為製藥企業優化製程、提升產品品質穩定性及降低品質風險提供重要技術支援。
隨著光譜資料處理演算法持續優化，以及定標模型逐漸標準化，近紅外光纖光譜儀將於製藥與化學藥品領域獲得更廣泛的應用，並成為推動製藥產業朝向智慧化與綠色化發展的重要技術之一。
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