1064nm波長拉曼光譜儀對D-甘露醇不同晶型特性及其轉換過程研究

前言

多晶型物是相同純物質的不同結晶形式，其中分子具有不同的排列和不同的分子構象。多晶型在藥物和精細化學工業(yè)中是至關重要的，因為不同的多晶型物質具有不同的物理和化學性質，例如化學反應性，溶解性，穩(wěn)定性和溶解速率。多晶型物質的不同性質將影響藥物活性成分（API）在藥物中的生物利用率和賦存效果。 由于多態(tài)性的重要性，多態(tài)性的篩選和監(jiān)測多態(tài)性轉化對于藥物的研究、開發(fā)以及質量保證是很必要的。

D-甘露醇是典型的多晶型結晶固體，其已被廣泛用于制藥和食品工業(yè)中。D-甘露醇主要作為藥品的賦形劑成分被廣泛的使用在制藥工業(yè)。 D-甘露醇主要具有三種多晶型物：α型，β型和δ型，常規(guī)不同晶型的鑒定方法主要是使用X射線，但是其成本高昂、制樣困難。

拉曼光譜是鑒定多晶型物質的理想技術，其具有以下優(yōu)點：第一，作為振動光譜技術，拉曼具有區(qū)分分子幾何形狀微小差異的能力; 第二，拉曼光譜分析通常不需要樣品制備并且是非破壞性檢測方法; 第三，聚焦激光光斑使其可以使用很少量樣品進行分析測試; 第四，拉曼光譜數據采集快速（以秒為單位）。 除了上述Raman技術的優(yōu)勢，BaySpec的顯微拉曼光譜儀具有高靈敏度，高檢測速度，靈活性、多功能性以及成熟的軟件界面等特點，可以對各種物質進行定性識別，定量檢測和分布分析。

實驗方法

δ型D-甘露醇是可以在Sigma-Aldrich公司進行購買的。通過用丙酮和蒸餾水進行抗溶劑沉淀獲得α型多晶型物[1]。Β型D-甘露醇可以通過將δ型D-甘露醇加熱至170℃后通過自然冷卻到室溫后獲得[2]。

使用BaySpec的RamSpec™-HR高分辨率1064nm拉曼光譜儀（如圖1所示）獲得D-甘露醇不同多晶型物的拉曼光譜圖。BaySpec獨特的1064nm拉曼光譜儀不僅適用于像甘露醇這種非熒光樣品，同時也適用于其他易受短波激發(fā)產生熒光干擾的檢測樣品，極大的擴展了拉曼光譜的使用范圍。

實驗結果與分析

拉曼光譜可以成功地用于鑒定D-甘露醇的不同晶型物。α型、β型和δ型三種晶型的1064nm拉曼光譜（如圖2所示）具有顯而易見的差異。不僅某些峰的中心位置差異，而且480cm-1、885cm-1和1125cm -1（如圖2A所示）以及2900 cm -1至3000cm -1（如圖2B所示）拉曼特征峰的寬度和形狀差異都可以用于區(qū)分三種不同晶型的D-甘露醇。

比較圖2中三種多晶型物的拉曼特征，α型和β型較為相似，主要差異位于380 cm-1、885 cm-1、和1125 cm-1。δ型具有特殊的拉曼峰可以很易與其它兩種形式進行區(qū)分。 這樣我們就采集到了三種不同晶型D-甘露醇的具有較高分辨率的拉曼光譜圖。1064nm拉曼光譜完全可以替代傳統(tǒng)上笨重、緩慢和昂貴的FT拉曼系統(tǒng)。RamSpec™-HR 1064nm拉曼光譜儀可以覆蓋全光譜范圍（100-3200 cm^-1），達到最高4 cm^-1的分辨率，得到更多細節(jié)上有效的拉曼光譜數據。

同其他檢測分析方法相比，拉曼光譜技術的主要優(yōu)點是非破壞性和快速測量，使其非常適合過程監(jiān)控。從δ型到β型的晶型轉變期間，每兩分鐘獲取樣品的拉曼光譜，可以得到δ型自然冷卻過程中向β型轉化過程中的光譜數據。我們得到轉化過程中1020 cm-1~1180 cm-1范圍內原位拉曼光譜強度變化（如圖3所示）。我們發(fā)現(xiàn)1054 cm-1和1146 cm-1處δ型拉曼特征隨時間減少，而1038 cm-1、1118 cm-1和1137 cm-1處β型的拉曼特征增加。此外，δ型D-甘露糖醇在36分鐘時大部分變?yōu)?beta;型。

圖4顯示了1038 cm-1和1054 cm-1處拉曼強度與時間之間的相關性。1054 cm-1作為δ型D-甘露糖的代表性拉曼特征峰，其拉曼強度隨著時間變化而逐漸降低。 相比之下，1038 cm-1處的拉曼峰強度增加表明形成β型D-甘露糖。同時拉曼峰強度不同說明1064nm拉曼光譜儀具有在多晶型轉化過程中進行過程監(jiān)測的能力。

在800×700μm（80×70像素，明亮）的區(qū)域內，使用BaySpec的Nomadic™多波長共焦顯微拉曼光譜儀進行相似度較高的α型和β型D-甘露醇混合物樣品1064nm拉曼成像（如圖5B所示）。選擇α型和β型D-甘露醇的獨特拉曼特征，標記為不同顏色進行拉曼圖像的重構（如圖5A所示）。 最終我們得到了選定區(qū)域內拉曼光譜成像結果（如圖5C所示）。

結論

實驗結果表明，1064nm色散型拉曼光譜儀是一種可以用于分析多晶型物質及其相互轉化過程地新型無損的檢測方法。高分辨率拉曼光譜可以根據多晶型物質的拉曼特征對其進行有目的識別、程序控制和分布特征描述。配有96孔自動檢測平臺（如圖6所示）的拉曼光譜儀能夠很好的進行流動液體原位過程檢測和質量篩選。同時。拉慢光譜與主成分分析（PCA）、偏最小二乘法回歸分析（PLS）等化學計量學分析方法聯(lián)用技術是一種非破壞性化學成分自動識別和定量分析的新方法。此外，拉曼光譜與各種分析方法結合可以廣泛的應用于制藥行業(yè)的其他研發(fā)領域。

參考文獻

[1] Burger, A., et al., J. Pharm. Sci., 2000, 89(4), 457-468.

[2] Bruni, G., et al., J. Therm. Anal. Calorim., 2009, 95, 871-876.