Анализ фармацевтического сырья с помощью трехдиапазонного инфракрасного спектрометра Spectrum 3

Предварительная обработка, которая была использована для создания этой модели, включала фильтр шума и сглаживание по девяти точкам.

Каждая сфера в этом графике отражает данные одного вида Avicel®. Чем дальше сферы друг от друга (больше расстояние между материалами), тем выше вероятность распознавания. В таблице 2 приведены расстояния между материалами для каждого набора образцов. 

Таблица 2

Расстояние между материалами для различных сортов Avicel ®

Модель смогла правильно распознать 100% образцов в пределах каждого вида. Это, в сочетании с большими расстояниями между материалами, демонстрирует низкую вероятность ошибочной классификации образцов.

Валидация

Для валидации модели SIMCA провели идентификацию образцов с использованием тех же инструментальных параметров, которые использовались для построения этой модели. Результаты валидации приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты валидации модели SIMCA для различных марок Avicel ®

Модуль с оптоволоконным зондом RSM

Модуль с оптоволоконным зондом, используемый для удаленного анализа образцов, предоставляет пользователю повышенную гибкость в отношении измерения спектров. Он предоставляет возможность измерять спектры сырья на складе без предварительной подготовки образцов. Этот модуль можно легко использовать для проверки идентичности входящего сырья с помощью простого алгоритма сравнения. Этот алгоритм вычисляет корреляцию между спектром образца и спектром известного эталона.

ИК-Фурье спектрометр Spectrum 3 с модулем с оптоволоконным зондом и пультом дистанционного управления

Эксперименты и результаты

Для того, чтобы проверить спектры сырья, измеренные с помощью оптоволоконного зонда, спектры нескольких различных материалов измеряли при параметрах, приведенных в таблице 4.

Таблица 4

Спектральные параметры, которые использовали для измерения образцов с использованием оптоволоконного зонда (RSM)

Образцы измеряли в том виде, в котором их получали, простым прикосновением кончика оптоволоконного зонда к поверхности образца и запуском сканирования с помощью клавиш непосредственно на устройстве оптоволоконного зонда.

После измерения образцов, результаты можно сравнить с эталонными спектрами для подтверждения их идентичности. Функции алгоритма COMPARE™ программного обеспечения Spectrum 10 позволяют пользователю рассчитать коэффициент корреляции между спектром образца и эталонным спектром, а также настроить различные параметры, такие, как границы определения статусов Пригодный/Хибный.

В качестве примера, проводили измерения D-манитола (обычно используется в качестве подсластителя для лекарств), а затем результаты измерения сравнили с базой эталонных спектров. Полученные результаты образцов и эталонные спектры приведены на графике ниже:

Измеряемый спектр материала сырья (голубой) и наиболее похожий эталонный спектр (D-маннитол, красный)

Спектроскопия в среднем ИК-диапазоне

Спектроскопия в среднем ИК-диапазоне, как правило, содержит больше информации о химической структуре аналита. Поэтому особенно полезна для идентификации и анализа активных ингредиентов в фармацевтических образцах. Функцию "Поиск" в ПО Spectrum 10™ можно использовать для идентификации АФИ, путем сравнения спектров образцов с эталонными спектрами в библиотеке.

В качестве примера, противовоспалительную ацетилсалициловую кислоту (АФИ в аспирине) можно успешно идентифицировать с помощью библиотеки АФИ.

Эксперименты

Спектры как АФИ, так и упаковочных материалов измеряли с помощью трехдиапазонного инфракрасного спектрометра Spectrum 3 компании PerkinElmer с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (ППВО или ATR на англ.). Параметры, которые устанавливались, приведены в таблице 5.

Таблица 5

Спектральные параметры, которые использовали для анализа АФИ и упаковочных материалов

Наложенные спектры из этого эксперимента можно увидеть на графике: 

Наложение спектра образца ацетилсалициловой кислоты (красный) и эталонного спектра аспирина (черный)

Значение корреляции 0,998 по результатам поиска свидетельствует о большом совпадении между спектром образца и эталонным спектром.

Другой распространенной частью фармацевтического контроля качества является идентификация материалов, используемых для упаковки фармацевтической продукции. Обычно, упаковка фармацевтических препаратов состоит из одного или нескольких полимерных слоев. Анализ упаковки имеет решающее значение для обеспечения пригодности материала для предполагаемого использования, согласно ГФУ 2.0, Том 1, Раздел 3.1.

Spectrum 3 компании PerkinElmer с универсальной приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (УППВО или UATR на англ.) обеспечивает идеальное удобство для измерения этих материалов. В этой задаче приставка ATR предлагает значительное преимущество по сравнению с измерением на пропускание, оба из них разрешено использовать согласно ГФУ 2.0, Том 1, Раздел 2.2.24. Главным преимуществом ATR является возможность измерять разные стороны одной многослойной упаковочной пленки, и, к тому же, еще и получать индивидуальные спектры внешнего слоя и внутреннего слоя.

ИК-Фурье спектрометр Spectrum 3 с ППВВ приставкой компании PerkinElmer

Наиболее важные характеристики фармацевтической упаковки связаны с внутренним и внешним слоями. Внутренний слой должен быть инертным, для того, чтобы он не взаимодействовал с контактирующим материалом. Внешний слой должен быть устойчивым к внешней среде, защищая содержимое от загрязнения.

Как и при идентификации активных фармацевтических ингредиентов, основной процесс проверки упаковочных материалов использует сравнение спектров с библиотекой спектров.

Нейлон-6 является невероятно распространенным материалом, который используется для упаковки фармацевтической продукции. Чаще всего он используется в виде внешнего слоя, поскольку придает упаковке желаемый уровень гибкости. На Изображении 9 демонстрируются наложенные спектры внешнего слоя многослойной блистерной упаковки и наиболее похожий эталонный спектр.

Оба примера демонстрируют преимущества применения инфракрасной спектроскопии в среднем ИК-диапазоне, как инструмента для простой идентификации сырья, используемого в фармацевтической промышленности.

Спектроскопия в дальнем ИК-диапазоне

Несмотря на то, что спектроскопия в дальнем ИК-диапазоне мало используется в фармацевтической лаборатории по контролю и обеспечению качества (QA/QC), однако она имеет определенное применение на фармацевтическом рынке, хотя это в основном касается исследований и разработок.

Спектроскопию в дальнем ИК-диапазоне часто называют методом исследования крупных структур, таких, как кристаллы. В фармацевтической среде это наиболее уместно для проверки полиморфизма активных ингредиентов.

Наложение спектра упаковки (черный) и эталонного спектра (красный)

Полиморфизм встречается тогда, когда материал имеет более одной кристаллической структуры. Это явление является невероятно важным при разработке лекарственных средств, поскольку оно может влиять на различные физико-химические свойства, такие как: растворимость, биодоступность, эффективность и даже токсичность.

Одним из активных ингредиентов, проявляющим это свойство, является сульфатиазол. Это лекарственное средство, которое ранее применялось и как средство местного применения, и как пероральное противомикробное средство. Существует 5 различных полиморфных форм сульфатиазола с несколько различными кристаллическими структурами. Двумя наиболее заметно различными полиморфными модификациями сульфатиазола являются формы I и II.

Увеличенное изображение кристаллических структур сульфатиазола формы І (слева) и формы ІІ (справа)

Эксперименты

Сульфатиазол формы I получали путем охлаждения насыщенного раствора сульфатиазола в изопропаноле от 85 ℃ до температуры окружающей среды, как описано W.I. Higuchi. Форму II получили путем охлаждением насыщенного раствора сульфатиазола в метаноле от 65 ℃ до температуры окружающей среды, как описано M.M. Parmar.

Спектры в дальнем ИК-диапазоне двух полиморфных форм получили с помощью трехдиапазонного инфракрасного спектрометра Spectrum 3 компании PerkinElmer с ППВВ (ATR) приставкой, который содержит кристалл алмаза без покрытия. Параметры сбора данных приведены в таблице 6.

Таблица 6

Параметры сканирования, которые использовали для измерения спектров в дальнем ИК-диапазоне различных полиморфных форм сульфатиазола

Инфракрасные спектры этих двух полиморфных форм также довольно похожи, за исключением некоторых значимых полос в дальнем ИК-диапазоне спектра. Ниже 200 см⁻¹ спектры начинают отклоняться друг от друга.

При 97 см⁻¹ полиморфная форма I имеет сильное поглощение в виде полосы, тогда как полиморфная форма II - нет.

Между 90 см⁻¹ и 85 см⁻¹ полиморфная форма II имеет два сильных поглощения (на 90 см⁻¹ и 86 см⁻¹), тогда как полиморфная форма I имеет только одну, относительно слабую полосу на 89 см⁻¹.

Инфракрасные спектры в дальнем ИК-диапазоне двух полиморфных форм сульфатиазола приведены на графике:

Полиморфные формы сульфатиазола: форма I (красный) и форма II (синяя)

Резюме

Трехдиапазонный инфракрасный спектрометр Spectrum 3 компании PerkinElmer - это лучшее решение для инфракрасного анализа материалов, используемых в фармацевтической промышленности. Программное обеспечение Spectrum 10™ предоставляет пользователю широкий спектр мощных функций для обработки данных, что позволяет проводить глубокий анализ образцов. Кроме того, версия программного обеспечения с повышенной безопасностью (ES) позволяет проводить анализ в соответствии с требованиями 11-й части 21-го раздела CFR.

Литература

1.       W.I. Higuchi, P.D. Bernardo, S.C. Mehta, Polymorphism and drug availability. II. Dissolution rate behavior of the polymorphic forms of sulfathiazole and methylprednisolone, J.Pharm. Sci., 1967, 56, 200-207

2.       M.M. Parmar, O.Khan, L. Seton, J.L. Ford, Polymorph selection with morphology control using solvents, Cryst. Growth Des., 2007, 7, 1635-1642

3.       Державна Фармакопея України 2.0