Portable Raman Spectroscopy for the Study of Polymorphs and Monitoring Polymorphic Transitions

Význam tématu

V materiálové vědě, zejména ve farmacii, polymorfismus ovlivňuje stabilitu, rozpustnost a účinnost léčiv. Rychlá a neinvazivní detekce i monitoring polymorfních forem je klíčový pro zajištění kvality výrobních procesů a bezpečnosti konečných produktů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této studie je demonstrovat použití přenosné Ramanovy spektroskopie pro identifikaci polymorfů a sledování polymorfních přechodů in situ. Jako model byla využita citrónová kyselina (monohydrát vs. anhydrátní forma) a ilustrovány byly i další příklady rozdílných spektrálních otisků polymorfů (uhličitan vápenatý, kyselina citronová, dextróza).

Použitá metodika a instrumentace

Spektroskopie byla prováděna přenosným spektrometrem i-Raman Plus 785S se 785 nm laserem (300 mW), TE chlazeným CCD detektorem a rozsahem 175–3200 cm⁻¹. Dlouhý laboratorní immersion shaft udržoval vzdálenost sondy 5 mm od povrchu vzorku. Spektra byla sbírána každých 15–30 s během zahřívání vzorku z pokojové teploty na 80 °C. Pro real-time analýzu byl použit software BWSP-21pt11, sledující intenzity vybraných Ramanových vrcholů a provádějící multivariační model PCA.

Hlavní výsledky a diskuse

• Ramanova spektra polymorfů vykazují jasné rozdíly (aragonit vs. kalcit, jednotlivé formy kyseliny citronové i dextrózy).
• Přechod citrátového monohydrátu → anhydrátní forma je doprovázen zánikem vrcholu 1108 cm⁻¹ a vznikem vrcholu 1146 cm⁻¹.
• PCA analýza celé spektrální oblasti vysvětluje 90 % variability v prvním hlavním komponentu, který koreluje s trendem jediné špičky.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá neinvazivní identifikace a kvantitativní monitoring polymorfních přechodů.
• In situ a on-line sledování procesů (PAT) díky kompaktní konstrukci a jednoduché obsluze.
• Vysoká spektrální specificita vhodná pro kontrolu kvality, vývoj procesů a výzkum.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace pokročilých chemometrických metod a strojového učení pro detailnější analýzu spekter.
• Použití STRaman® technologie pro analýzu skrz netransparentní obaly.
• Propojení s dalšími PAT nástroji pro komplexní monitoring výrobních procesů.
• Aplikace na širší spektrum farmaceutických a průmyslových materiálů.

Závěr

Přenosná Ramanova spektroskopie se ukazuje jako efektivní nástroj pro identifikaci a sledování polymorfních fází. Díky mobilitě, vysoké spektrální specifitě a možnosti multivariační analýzy podporuje vývoj procesů i kontrolu kvality v praxi.

Reference

• Smith E, Dent G. Modern Raman Spectroscopy – A Practical Approach. John Wiley & Sons, 2005.
• Huang J, Dali M. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 86 (2013) 92–99.
• Steindl M et al. Chemical Engineering and Processing 44 (2005) 471–475.
• Caillet A, Puell F, Fevotte G. Chemical Engineering and Processing 47 (2008) 377–382.