药品中乳糖，茶碱成分分析检测方案(激光拉曼光谱)

JOBIN YVONTechnology 无水乳糖的水化作用水化茶碱 应用报告 RamanSpectroscopy 湿度控制条件下药物成分的拉曼光谱研究 药物 RA61 Vincent Larat1， Caroline Feltham2 1： HORIBA Scientific， 231 rue de Lille， 59650 Villeneuve d'Ascg， France. Vincent.larat@horiba.com 2： Linkam Scientific Instruments Ltd， 8 Epsom Downs Metro Centre， Waterfield， Tadworth， Surrey KT20 5LR， United Kingdom. CarolineFeltham@linkam.co.uk 摘要 在新的药物投放到市场上前，需要对药物制剂进行全面而详细的表征。药物暴露在温暖且潮湿的环境中一段时间后，其含水量会发生变化，这会直接影响药物的性能和疗效。拉曼光谱，结合温度湿度控制仪能够模拟严酷的环境并检测药物成分的性能及其随环境的变化情况。 关键词 拉曼光谱，湿度控制平台，水化，药物成分 在上市前，需要对药物进行充分的分析：包括活性成分，物理及结构特性的详细表征。主要成分可能以多种形式存在，或具有不同的水化程度，这些都有可能影响药物的疗效。除此之外还要对活性成分的稳定性及整个配方进行表征。几个因素可能会影响稳定性，如温度，光照和水化程度。药品存储条件的影响也要考虑，在一些热带国家，药品会经常暴露在温暖潮湿的环境中，随着时间的推移，药品的剂型可能会发生变化。 拉曼光谱是常用的用来研究药物成分的方法，其有效性已经被广泛的验证。它具有较高的化学选择性，并检测暴露在苛刻条件带来的药品成分化学及结构变化。拉曼光谱结合温度及湿度控制单元能够了解由于环境变化而引起的药物改性。 HORIBA科学仪器事业部的拉曼光普仪具有较强的通用性，全自动化，易于使用，可以结合多种功能强大的附件，是多类型样品分析的理想里择。XploRA及LabRAM Evolution系列都能够兼容温度控制模块以检测样品的化学成分随温度的变化。当样品被放置在特殊的环境模块下，X，Y及Z轴的成像仍能够充分的对样品进行分 析。LabSpec 6软件具有较先进的数据采集、处理及展示功能，使用界面直观、易用。可以用来对样品的温度进行控制或进行程序升温的设定。该研究中，湿度控温系统来自Linkam科学仪器。包括一个RH95湿度控制器和一个THMS600冷热台，这个是调节温度及湿度以表征样品特性的关键。 THMS600冷热台可以独立的对样品进行加热或者冷却，温度从-196℃到600℃。与湿度控制器联用时，其控制温度可达100℃，精度可达0.1℃且稳定。 HMS600-H的样品仓里含有一个能够控制湿度和温度的数字电容传感器，能够实现对湿度的精确控制。空气在被吸入到RH95后，到达样品之前，会通过干燥器和去离子水以在到达精确地调节相对湿度。 通过使用Linkam平台， RH95能够将2000cc舱室的相对湿度控制在10%-95%。并可以通过安部对探头进行校准。 Fig. 1： Linkam RH95 湿度控制器 无水乳糖经常被用作药物的非活性成分。其不含水的特性使得它非常有用，这意味着它不会与对水敏感的药物发生反应。 乳糖也具有乳糖-水化物的存在形式，当与其它成分进行配制时，水化物的形式与无水形式相比具有不同的特性。因此，了解在哪些条件下乳糖可以由无水型转变为水化型是非常重要的。无水乳糖和水化乳糖具有不同的拉曼光谱，如Fig.2所示。 Fig.2：无水乳糖和水化乳糖的拉曼光谱 乳糖在密闭的湿度控制模块中暴露24h，将相对湿度(RH)设置为95%，温度设置为25℃。每分钟采集一张拉曼光谱，并对光谱数据进行分析以确定无水乳糖是否转变为水化乳糖。 无水乳糖和水化乳糖的所有的拉曼光谱均采用经典最小二乘法(CLS)拟合以确定实验过程中各种形式的比例。 Fig.3：无水乳糖暴露在相对湿度为95%的条件下，24小时内无水乳糖与水化乳糖的比例 Fig. 3为无水乳糖逐渐(非线性)吸收水分转变为水化形式的过程。经过24h后，无水乳糖部分转变为水化乳糖。采集了在相同条件下获得的纯品无水乳糖及水化乳糖的拉曼光谱以作为CLS拟合的参考，标准谱图为水化转化程度提供了依据。 茶碱，也叫作1，3-二甲基黄嘌呤，是一种用于治疗呼吸系统疾病的药物。作为黄嘌呤家族的一员，茶碱与咖啡因在结构和功能上具有相似性。 与乳糖类似，茶碱具有不同的存在形式：水化型，无水Ⅰ型及无水Ⅱ型。无水Ⅱ型在室温下能够稳定存在，而无水|型则不是。茶碱的溶解度及生物利用度受水化的影响，因此，理解水化的动力学过程非常重要。 在24h内，将水分控制模块的温度维持在25℃，相对湿度控制在95%。Fig.4为无水Ⅱ型及水化型的拉曼光谱，其中1166及1683 cm-1为研究水化过程的特征峰。 Fig.4：无水Ⅱ型及水化型茶碱的拉曼光谱 每30秒采集一张拉曼光谱并用CLS拟合法进行分析，利用纯的无水Ⅱ型及水化型的拉曼光谱为标准，以评估每个光谱种每种成分的比例。 Fig.5：将茶暴露在在相对湿度为95%的条件下24小时的过程中，通过CLS方法拟合得到的无水茶碱与水化茶碱的比例 Fig.5中的结果表明，在暴露了6h后，无水型瞬间转变，但这只适用于几立方微米的小体积样品。对于由不同颗粒大小及形状组成的粉末，这种取样方式显然没有统计学上的可信度。Fig. 5中的结果可能不适用于大块的粉末样品。 为了检查粉末的转换是否均匀，在相对湿度为95%的条件下对无水茶碱进行了多次拉曼成像的分析。将无水粉末置于1.6×1.6mm的埚内，在24h的实验时间内，每4分钟采集一张样品图像。每个图像有400个数据点，在DuoScan模块中设置采集样品点的步长为80 um，以确保样品表面能被全覆盖。 水化物的光谱被用来表征每个成像图中的水化物的比例。 Fig.6：茶碱暴露在相对湿度为95%的环境下0h， 6h， 8h， 10 h， 12h， 16h和24h的水化茶碱的拉曼成像图 Fig.6中的成像图表明整个区域内样品的水化的转变其实并不同步。数个小时后，， ·一些点开始水化，沿着这些点出发，水化向周围蔓延。在24小时测试后，水化过程完成。 对每个成像区域的平均光谱进行CLS拟合，通过对单点(Fig.5)的分析可以得到全区域范围内水化型随着时间的变化(Fig.7)。 Fig.7：利用CLS方法对个个成像区域的平均光谱进行拟合后得到的水化型的比例 结论 通过将拉曼光谱与湿度控制单元联合使用，为准确的跟踪在一定环境条件(湿度、温度)下药物的结构变化提供了可能。这种结合不仅能够用于检测样品的水化(如本案例中的乳糖及茶碱)，也可以用来表征多晶型或相变，由水分引起的膨胀或退化。该湿度控制单元能够与拉曼成像联用，可以用来分析异构样品—如片剂药品结构的变化。 ( 参考文 献 ) ( G. Fini， J. Raman Spectrosc.， 35， 335(2004) ) ( A. Amado， M. Nolasco， P . Ribeiro-Claro， J. Pharm. Sci. ， 96， 1366-1379 (2007) ) ( H. Wikstrom， C . Kakidas， L. Taylor， J. Pharm Biomed. Analysis， 49， 247- 252(2009) ) ( P-F. Sung， Y-L. Hsieh， K . Angonese， D. Dunn， R. King， R. Machbitz， A.Christianson， W. Chappell，L. T aylor， M. Harris， J. Pharm. Sci.，100，2920- 2934(2011) ) HORIBAExplore the futureAutomotive Test Systems I Process & Environmental MedicallMedicalSemiconductorl Scientific 拉曼光谱是常用的用来研究药物成分的方法，其有效性已经被广泛的验证。它具有较高的化学选择性，并检测暴露在苛刻条件带来的药品成分化学及结构变化。拉曼光谱结合温度及湿度控制单元能够了解由于环境变化而引起的药物改性。