Диффузное отражение используется для получения спектров образцов с хорошей отражательной способностью и «бесконечной» толщиной слоя. Кроме того, диффузное отражение может быть использовано для исследования прозрачных веществ, однако при этом требуется образец гораздо меньшей толщины. При измерении прозрачных веществ диффузный отражатель перенаправляет рассеянное излучение обратно в пробу, обеспечивая удвоение длины пути. На детектор попадает диффузно отраженная часть энергии, прошедшей сквозь образец.
Для измерений в режиме диффузного отражения в непосредственной близости от образца можно применять три варианта оптических модулей: закрытый бесконтактный датчик, оптоволоконный зонд или позолоченную изнутри интегрирующую сферу (сферу Ульбрихта), которая одновременно служит в качестве образца сравнения (рис. 5).Принцип интегрирующей сферы известен уже более 100 лет, но особенно широкое распространение он получил только лет 30 назад с началом разработки стойких покрытий. Сферы Ульбрихта используются для измерения характеристик диффузного отражения и пропускания. Они могут быть также покрыты сульфатом бария, который обладает однородным отражением в диапазоне от ультрафиолетовой до ближней ИК-области. Один или несколько детекторов располагаются внутри сферы для регистрации рассеяния [10]. БИК-спектрометрия обеспечивает переход от трудоемких off-, at-, online-способов мониторирования показателей производственного цикла кэкономичномуin-line-контролю путем вмонтирования датчика в реактор, где протекает синтез лекарственного вещества. При этом параметры процесса фиксируются автоматически и непрерывно, помогая отслеживать процесс производства в реальном времени.Рис. 5.
Оптическая схема интегрирующей сферы.
Часто при in-line-контроле процессов производства необходимо дистанционно разделять спектрометр и пробу значительным расстоянием. Многие установки используют технологию вращающихся сменных свето-фильтров или проецируемую оптику. Непрерывное дистанционное наблюдение на больших расстояниях в диапазоне длин волн от 400 до 1700 нмобеспечивается системой простых диодных матриц [3]. Возможность использования отраженной энергии делает метод спектрометрии в ближней ИК-области еще более ценным, поскольку вещество можно анализировать практически без пробоподготовки. Способность ИК-излучения в ближней области проникать через стекло, материал пластиковых контейнеров и блистерную упаковку позволяет использовать метод без нарушения упаковочного материала, что очень важно для экспресс-оценки подлинности лекарственных средств. Поскольку для большинства материалов в БИК-диапазоне характерны сравнительно низкие коэффициенты поглощения и техника диффузного отраженияне требует специальной пробоподготовки, время анализа сокращается до 1−2 мин. Значительное увеличение производительности контроля качества — одно из важнейших преимуществ БИК-спектрометрии по сравнению с другими фармакопейными методами. Отраженная энергия носит сложный характер, прежде всего потому, что она включает в себя два компонента — зеркальное и рассеянное (диффузное) отражение. В отношении БИК-спектрометрии зеркально отраженная часть энергии не содержит полезной информации.
Диффузное отражение зависит от физической природы образца, большое значение при этом имеет размер частиц. Изменение физических параметров образца вызывает изменения в спектре, причем наблюдаемый БИК-спектр является совокупной характеристикой физических и химических свойств вещества [8]. В настоящее время не существует единого теоретического объяснения процесса диффузного отражения [9]. Полная математическая теория спектроскопии отражения все еще не сформулирована, но экспериментальные результаты, полученные благодаря методам математической обработки, являются доказательством возможности применения энергии диффузного отражения на практике. Спектры диффузного отражения подобны спектрам поглощения; их также можно использовать для идентификации твердых непрозрачных и даже окрашенных образцов — субстанций, порошков, таблеток, гранул. Кроме того, отражательная спектроскопия БИК-области имеет реальные перспективы в исследовании светочувствительных веществ, например препаратов фолиевой кислоты. Таким образом, метод диффузного рассеяния/отражения расширил возможности БИК-спектрометрии и позволил получать информацию не только о химических, но и физических свойствах материала, таких как размер частиц, термическая и механическая предварительная обработка, вязкость, плотность. Зависимость спектрального сигнала одновременно и от физических, и от химических свойств образца способствует широкому применению метода БИК-спектрометрии как для оценки показателей качества, так и для исследовательских целей.
5. Области применения ИК -спектрометрии в ближней области.
На сегодняшний день спектрометрия в ближней ИК-области используется для решения разнообразных научных и производственных задач. Перечень областей применения БИК-спектрометрии чрезвычайно широк. Назовем только некоторые области использования метода, описанные в научных публикациях в журнале «JournalofNearInfraredSpectroscopy» в период с 1997 по 2010 гг. [ 7]. Это — переработка и разделение компонентов отходов в безотходном производстве полимерных материалов; определение йодного (количества двойных связей в ненасыщенных жирных кислотах) и кислотного числа; определение соединений ароматического ряда; детектирование аналита в жидкостной хроматографии высокого давления и хроматографии в тонком слое; контроль состояния окружающей среды — в лимнологии, геологии, почвоведении, океанографии (соленость океанов, снежные покровы);определение кристаллизационной воды; определение рН; анализ пищевых продуктов (мяса, хлеба, круп, соков, фруктов, кофе, какао, молочных продуктов, содержания никотина, и т.
д.); в нефтехимии (определение компонентов бензина, октанового числа); в биохимии (определение белков, углеводов, жиров, воды); в текстильной промышленности; в фармацевтической промышленности при идентификации и контроле качества лекарственных субстанций и фармацевтических препаратов и др. Несмотря на то что диапазон применения БИК-спектрометрии практически неограничен, внедрение метода в фармацевтический анализ пока не заняло достойного места. По статистике, из всех анализов, проведенных методом БИК-спектрометрии, менее 10% связаны с определением подлинности и контролем качества лекарственных средств. В то же время метод применяется в фармацевтическом производстве для мониторирования технологических процессов, контроля качества готовых лекарственных форм, а также используется при разработке новых биологически активных соединений. Например, при анализе различных фармацевтических материалов с помощью ИК-спектрометрии в ближней области контролируют содержание воды и других растворителей в субстанциях и лекарственных формах, определяют дисперсность и оценивают полиморфизм твердых субстанций (рис. 6, 7), вязкость гелей, йодное и кислотное число масел и другие химические и физические показатели. Метод БИК-спектрометрии использовали [4] для оценки кристаллической структуры цефалексина и изучения межмолекулярных взаимодействий в его аморфном порошке. Для этого были разработаны шесть стандартных смесей субстанции с различным соотношением кристаллической и аморфной форм. Присутствие в молекуле аминогруппы (-NH2) нашло отражение в БИК-спектре в виде пиков при 1530 и 1620 нм. Значения абсорбции отличалось для аморфной и кристаллической форм. Изменение спектральных характеристик субстанции свидетельствует о разрушении межмолекулярных водородных связей между аминои карбоксильными группами при измельчении и переходе кристаллической формы в аморфную.
Сравнение средней систематической ошибки определения для методов БИК-спектроскопии и рентгеновской дифракции составило соответственно 3,40 и 1,58%.Рис. 6. БИКспектры полиморфных форм лактозы.
Рис. 7. БИК-спектры целлюлозы с разными размерами частиц Заключение.
Установление подлинности лекарственного средства давно является проблемой в системе контроля качества. Идентификация обеспечивается совокупностью характеристик, позволяющих обнаружить производителя исследуемого препарата и исключить лекарственное средство неизвестного происхождения. К этим характеристикам относят: внешний вид (цвет, кристаллическая или аморфная структура субстанции, степень дисперсности и форма кристаллов; окраска, размер, форма таблетки, наличие оболочки, ризки, фаски, логотипа и т. д.), остаточные растворители, профиль примесей, действующие и вспомогательные вещества и т. д. Все эти характеристики отражают определенный технологический процесс производства субстанции или лекарственной формы, качество и свойства которых закреплены в нормативной документации. ИК-спектроскопия в ближней области в сочетании с хемометрическим подходом к анализу спектральных данных также позволяет решить эту проблему методом спектральной аутентификации. Рассмотрены характеристики и особенности спектрометрии в ближней ИК-области применительно к задачам контроля лекарственных средств. Показано ее использование для идентификации производителя и возможности выявления контрафактной продукции. Внимание уделено контролю производства лекарств и оценке отдельных показателей качества лекарственных средств (однородность дозирования, полиморфизм, определение влажности и др.) с применением спектрометрии в ближней ИК-области.
Список литературы
1. The Japanese Pharmacopoeia 15-th ed. Japan, 2007. 1357 p.
2. European Pharmacopoeia 5-th ed. Germany, 2007. 2416 p.
3. The United States Pharmacopoeia 30-th ed. Toronto, 2007. 3539 p.
4. The British Pharmacopoeia. London, 2009.
5. Государственная фармакопея Российской Федерации. XII изд., М., 2008.
6. Bonanno A. S., Griffiths P. R. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2013. Vol. 1.№ 1.P. 13.
7. Armenta S., Moros J., Garrigues S., Guardia M. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2011. Vol. 13. № 3.P. 161.
8. Cozzolino D., Cynkar W. U., D ambergs R. G.
et all. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2011. V ol.
13. № 4.P. 213.
9. Fernandez B., Andres S., Prieto N. et all. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2008. Vol. 16. № 2.P. 106.
10. E vans D. G., S cotter C. N. G., D ay L. Z., H.
all M.N. // Journal of Near Infrared Spectroscopy. 2013. V ol. 1.№ 1.P. 33.
11. S atog T., Kyushu, Nishigoshi, Kumamoto. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2013. V 0l.
1. № 4. P. 199.
12. C iurczak E. W., D rennen J. K. P.
harmaceutical and Medical Applications of Near-infrared Spectroscopy (Practical Spectroscopy). N ew York: Marcel Decker, 2012. 208 p.
13. Turza S., Kurihara M., Kawano S. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2006.Vol. 14. № 3.P. 147.
14. H su L. N., L in T. P., S ane S.
U. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2008.Vol. 16. № 5.P. 437.
15. Saranwong S., Kawa S. // J. of Near Infrared Spectroscopy. 2005. Vol. 13.№ 3.P. 169.
16. H all J. W., G rzybowski D. E., M.
onfre S. L. // J. ofNear Infrared Spectroscopy. 2013.
V ol. 1.№ 1.P. 55.
17. Gunzler H., Bock H. IR-Spektroskopie, VerlagChemie. 1st ed. Weinheim: Bergstr, 2005.
18. Отто М. Современные методы аналитической химии. 3-е изд. М.: Техносфера, 2008. 544 c.
19. Шмидт В. Оптическая спектрометрия для химиков и биологов. М.: Техносфера, 2007. 368 с.
20. Беккер Ю. Спектроскопия. М.: Техносфера, 2009. 528 с.
