Романовская спектроскопия

Существует три основных разновидности контрафактных фармацевтических товаров:

• искаженный активный фармацевтический ингредиент или полиморфная форма;

• корректный активный фармацевтический ингредиент, но некорректный наполнитель;

• переупакованные просроченные лекарственные средства Следствием фармацевтического контрафакта может быть отсутствие эффекта от таблетки от головной боли. Но если контрафактные лекарства применяются для лечения серьезных болезней, таких как малярия или СПИД, результат может иметь фатальный исход.

В большинстве западных стран контрафакт ограничен такими известными продуктами, как виагра или тайленол, но в других странах распространение контрафактных лекарств достигло опасных размеров. Если в 2006 году производство контрафактных лекарств оценивалось на уровне 40 миллиардов долларов, то по прогнозам на 2010 год объем продаж контрафактных лекарств достигнет 75 млрд. долларов.

Рамановская спектроскопия — неконтактная и неразрушающая технология, которая не требует какой-либо пробоподготовки. Во многих случаях она позволяет сохранить полученные доказательства для дальнейшего анализа одних и тех же образцов с целью подтверждения результата. Для проведения полного анализа требуются минимальные количества материала, что обусловлено высоким пространственным разрешением системы оптоволоконного зонда.

Рамановский эффект высоко чувствителен к небольшим различиям химического состава и кристаллографической структуры. Эти особенности чрезвычайно полезны для исследования поддельных лекарственных средств, так как позволяют выявить небольшие различия и потому обеспечивают получение ценной информации о происхождении и методе синтеза лекарства.

Именно Рамановская спектроскопия стала стандартным методом идентификации контрафактных лекарств. Она успешно применяется в США для контроля процесса производства фармацевтических препаратов в соответствии с требованиями Агентства по контролю за продуктами питания и сильнодействующими лекарствами.

Результирующий Рамановский спектр похож на набор отпечатков, каждый из которых точно идентифицирует присутствие в лекарстве того или иного химиката или иных соединений. Основными элементами Рамановской системы являются спектрометр высокого разрешения, лазерный источник возбуждения и оптический зонд.

Применяемый в последние годы в Рамановской спектроскопии метод «пространственного сдвига», представляющий собой разработку на базе классического метода, особенно полезен для идентификации контрафактных лекарств, так как позволяет легко идентифицировать химические соединения через упаковку.

Рисунок 4. Спектры бесконтактных измерений таблеток парацетамола.

На рисунке 4 показаны спектры бесконтактных измерений таблеток парацетамола, находящихся в белом пластиковом контейнере. Рамановский спектр обычной таблетки парацетамола, находящейся в белой пластиковой банке с диффузным рассеянием. Традиционный Рамановский спектр и спектр пространственного сдвига показаны наряду с непосредственным эталонным спектром таблетки. Традиционный спектр имеет сильное влияние банки, которое искажает спектр парацетамола.

Оба Рамановских спектра (традиционный и с пространственным сдвигом) показаны наряду со спектром чистых таблеток препарата. В традиционном спектре преобладает сигнал от пластиковой бутылки, который полностью затемняет сигнал парацетамола, находящегося внутри. В отличие от этого спектр пространственного сдвига после масштабного изъятия двух спектров, полученных при различных сдвигах, во избежание мешающего влияния вклада от поверхности, обеспечивает чистый спектр парацетамола, находящегося внутри.

Высокое разрешение и чувствительность метода Рамановской спектроскопии позволяют осуществить быструю идентификацию и анализ состава лекарственных средств. Например, аспирин, ацетоминофен и кофеин присутствуют в эфедрине в пропорции 4:4:1, что может быть идентифицировано качественно и количественно Рамановским методом по его уникальным пикам (рис. 5).

Рисунок 5.

Рамановский анализ лекарственных средств может быть достаточно критичным для идентификации злоупотребления сильнодействующими лекарствами, например, эфедрином, а также может обеспечивать контроль качества и чистоты такого важного средства, как теофиллин, важнейшего вещества для лечения астмы и других респираторных заболеваний.

Использование полученных спектров позволяет произвести качественный анализ состава лекарственного средства с определением взаимных пропорций содержания тех или иных компонентов.

Биологическая активность наиболее известных алкалоидов (опия, морфина, кофеина, стрихнина и др.), первоначально обнаруженных в растениях, является объектом изучения с древнейших времен, когда был возможен лишь поиск наиболее эффективных способов их экстракции. Сегодня имеются мощные арсеналы моделирования и получения новых лекарственных препаратов на основе аналогов растительного происхождения. Центральная задача в этой области — выявление активных атомно-молекулярных центров, их функциональных и синергетических корреляций в процессе физиологического действия на молекулярные мишени в организме.

Применение Рамановской спектроскопии является мощным инструментом фармакогнозии для исследования спектральных свойств лекарственного растительного сырья.

Примером могут служить работы по исследованию спектральных свойств изохинолиновых алкалоидов, демонстрирующих высокую противоопухолевую активность, обладающих ярко выраженными иммуностимулирующими свойствами и способностью селективно накапливаться в раковых клетках.

Например, берберин (рис. 6) — алкалоид, содержащийся в листьях растений семейства барбарисовых, лютиковых, луносемянниковых, рутовых и др.; производное изохинолина. Оказывает многостороннее действие на организм: снижает артериальное давление, замедляет сердечную деятельность, вызывает сокращения мускулатуры матки, после первоначального возбуждения угнетает дыхатыхательный центр; усиливает отделение жёлчи.

Рисунок 6.

На рис. 7 представлены спектры ИК поглощения порошка берберина и Раман-спектры берберина, адсорбированного на серебряном гидрозоле.

Рисунок 7.

В табл. 1 приведены положения полос в спектрах ИК поглощения и ГКР, а также частоты колебаний молекулы, полученные с помощью пакета программ квантово-химических расчетов.

Следует отметить, что отнесение колебаний молекулы берберина проанализировано на предмет структурных корреляций совместно с родственными изохинолиновыми алкалоидами, такими, как сангвинарин и хелидонин.

Заключение

На сегодняшний момент времени, Рамановская спектроскопия является одним из мощных аналитических инструментов с широким набором возможностей. Данный метод отличается простотой использования, поскольку практически не требуется пробоподготовка, а получаемая спектральная информация может использоваться как для идентификации, так и для количественного анализа. Многочисленными компаниями выпускаются спектрометры как для дисперсионного метода, так и для измерения с преобразованием Фурье. Широкий выбор лазеров позволяет оптимальным образом сконфигурировать систему для решения конкретных исследовательских задач, поставленных перед исследователем.

Как дисперсионная Раман, так и Фурье-Раман спектроскопия имеют свои преимущества для определенного вида образцов. Эти методы с успехом применяются в таких отраслях как фармацевтика, полимерная промышленность, нефтехимия, криминалистика, геология, исследования темных образцов и водных растворов.

Список литературы

Ландсберг Г. С., Мандельштам Л. И. Новое явление при рассеянии света (предварительное сообщение) // Журнал Русского физ.-хим. об-ва, 1928, Т. 60. С. 335.

Raman С.V., Krishnan К.S. A new type of secondary radiation // Nature, 1928, V. 121, № 3048, P. 501−502.

Применение спектроскопии КР и РКР в биохимии / Пер. c англ. под ред. Б. В. Локшина, М.: Мир, 1985. — 272 с.

Сущинский М. М. Комбинационное рассеяние света и строение вещества. М.: Наука, 1981. — 184 с.

Арзамасцев А. П. Фармацевтическая химия. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2005. — 640 с.

Браун Д., Флойд А., Сейнзбери М. Спектроскопия органических веществ. / Пер. с англ. под ред. А. А Кирюшкина. М.: Мир, 1992. — 300 с.

Горелик В. С. Современные проблемы спектроскопии комбинационного рассеяния света / Под ред. М. М. Сущинского. М.: Наука, 1978. — 302 с.

Курбатова Н.В., Галяутдинов М. Ф., Штырков Е. И., Нуждин В. И., Степанов А. Л. Низкотемпературная рамановская спектроскопия ионно-синтезированных в кварцевом стекле наночастиц меди и серебра, подвергнутых лазерному отжигу // ФТТ, 2010, Т. 52, Вып. 6, С. 1179−1183.

Ряснянский А.И., Platant B., Debrus S., Pal U., Степанов А. Л. Нелинейные оптические свойства наночастиц золота, диспергированных в различных оптически прозрачных матрицах // ФТТ, 2009, Т. 51, Вып. 1, С. 52−56.

Марч Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура. Т. 2 / Пер. с англ. под ред. Белецкой И. П. М.: Мир, 1987. — 504 с.