Применение ближней ик спектроскопии в пищевом анализе. ОФС.2.1.0001.15 Спектрометрия в ближней инфракрасной области. Создание библиотеки спектров

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

C пектрометрия в ближней ОФС.1.2.1.1.0001.15

инфракрасной области Вводится впервые

Спектрометрия в ближней инфракрасной (БИК) области – метод, основанный на способности веществ поглощать электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 780 до 2500 нм (от 12500 до 4000 см-1).

Поглощение в БИК диапазоне связано, как правило, с обертонами основных колебательных частот связей C–H, N–H, O–H и S–H и их комбинациями. Наиболее информативным диапазоном является область от 1700 до 2500 нм (от 6000 до 4000 см -1).

Для спектрометрии в БИК области характерны простота подготовки проб или отсутствие пробоподготовки, быстрота измерений, неразрушающий характер анализа (без вскрытия упаковки лекарственного препарата), одновременная оценка нескольких параметров (показателей), проведение дистанционного контроля, в том числе в технологических потоках в режиме реального времени.

БИК-спектрометрия позволяет прямо или косвенно проводить качественную и количественную оценку химических, физических и физико-химических характеристик анализируемого объекта, в том числе:

– гидроксильное и йодное число, степень гидроксилирования;

– кристаллическую форму и степень кристалличности;

– полиморфную форму или псевдополиморфную форму;

– дисперсность частиц и другие.

Анализ информации, извлекаемой из БИК-спектров, проводится с применением хемометрических алгоритмов.

Оборудование

БИК-спектрометры состоят из:

источника излучения, например, кварцевой лампы (лампы накаливания) или ее аналога;
монохроматора (дифракционная решетка, призма, оптико-акустический фильтр) или интерферометра (для Фурье-спектрометров);
регистрирующего устройства – детектора (на основе кремния, сульфида свинца, арсенида индия, арсенида индия-галлия, теллурида ртути-кадмия, дейтерированного триглицина сульфата и др.);
устройства размещения образца и/или дистанционного оптоволоконного зонда.

Спектрометры могут быть оснащены кюветным отделением, интегрирующей сферой (интегрирующая сфера представляет собой оптический компонент, состоящий из сферической полости с покрытием из хорошо отражающего материала, сфера предназначена для получения спектров отражения неоднородных образцов), внешними модулями для измерения пропускания сильно рассеивающих образцов, устройствами автоматической подачи образцов, оптоволоконными зондами и т.д. Выбор того или иного приспособления для анализа зависит от типа образца и выбранного способа измерения.

Для размещения образцов используют стеклянные или кварцевые кюветы, флаконы, стеклянные стаканы, держатели капсул или таблеток и другие приспособления.

Обработка данных и анализ полученных результатов проводится с использованием специального программного обеспечения.

Для каждого режима измерения (пропускание, диффузное отражение и их комбинация) должна быть предусмотрена своя методика проверки, включающая проверку точности и воспроизводимости волновой шкалы, линейности, стабильности откликов и фотометрического шума.

Проверка точности волновой шкалы. Для проверки точности волновой шкалы регистрируют спектр стандарта, имеющего характеристические максимумы и минимумы поглощения, и сравнивают полученные значения длин волн с заявленными характеристиками. В качестве стандартов используют оксиды редкоземельных элементов, пары воды в атмосфере, метиленхлорид и другие.

В приборах с Фурье-преобразованием шкала волновых чисел линейна во всем рабочем диапазоне, и для проверки точности волновой шкалы достаточно использовать один стандарт с контролем заявленных характеристик по одной полосе поглощения. Приборы других типов могут иметь нелинейный характер шкалы волновых чисел и требуют проверки заявленных метрологических характеристик не менее чем по трем пикам (один или несколько стандартов) с охватом всего рабочего диапазона.

Погрешность при установке длин волн должна быть не более ± 1 нм (или эквивалентная ему величина волнового числа) в диапазоне длин волн до 1900 нм и не более ± 1,5 нм для диапазона длин волн ≥ 1900 нм.

Воспроизводимость установки длины волны должна соответствовать требованиям завода-изготовителя или требованиям нормативных документов, действующих на территории Российской Федерации.

Проверка фотометрической линейности и стабильности откликов. Для проверки фотометрической линейности регистрируют БИК-спектры стандартов с известными значениями пропускания или отражения и строят графическую зависимость полученных значений пропускания или отражения от известных значений. Результатом построения такой зависимости должна являться прямая линия с отсечением (0,00 ± 0,05) и тангенсом угла наклона прямой (1,00 ± 0,05).

Для проверки фотометрической линейности в режиме отражения в качестве стандартов используются полимеры, допированные углеродом, или аналоги. Если прибор используется для измерения образцов с поглощением 1,0 и менее, то достаточно использовать 4 стандарта в диапазоне значений отражения от 10 до 90 %, например, 10, 20, 40 и 80% с соответствующими значениями поглощения 1,0; 0,7; 0,4 и 0,1. При измерении образца с поглощением выше 1,0 к указанному набору стандартов добавляют стандарт отражения 2 и/или 5 %.

Для проверки фотометрической линейности в режиме пропускания в качестве стандартов используют 3 фильтра со значениями пропускания в области от 10 до 90 % и линию 100 % пропускания, т.е. регистрируют спектр пропускания пустого канала.

Для проверки стабильности отклика периодически проводят измерение стандарта с неизмененными физическими и химическими свойствами. Измерение фона должно проводиться с помощью одного и того же внутреннего или внешнего стандарта. Отклонение фотометрического отклика не должно превышать ± 2 %.

Проверка фотометрического шума. Для оценки фотометрического шума при измерении пропускания записывают линию 100 % по воздуху; при измерении отражения регистрируют линию 100 % с применением подходящих стандартов с отражением не менее 99 %. При этом под линией 100 % подразумевается измерение, при котором стандарт является измеряемым образцом и фоном одновременно. При высоких значениях поглощения проводят оценку фотометрического шума с применением стандартов со значениями пропускания или отражения около 10 %.

Фотометрический шум должен соответствовать требованиям, указанным в спецификации производителя.

Способы измерения

БИК-спектр представляет собой зависимость соответствующей фотометрической величины [оптической плотности (А ), коэффициента пропускания (Т ), коэффициента отражения (R ) и производных величин] от длины волны или частоты излучения. При измерениях в БИК области реализуются следующие способы:

– измерение пропускания (или поглощения) при прохождении излучения через образец;

– измерение излучения, отраженного или рассеянного от образца;

– комбинация вышеуказанных способов.

Измерения всегда проводят относительно фона.

Измерение пропускания. Пропускание является мерой снижения интенсивности излучения при прохождении через образец. Этот принцип реализован в большинстве используемых спектрометров, и результат может быть представлен непосредственно в единицах пропускания (T ) и/или оптической плотности (A ).

I 0 – интенсивность падающего света;

I – интенсивность света, прошедшего через образец;

Способ применим для твердых и жидких проб, в том числе для дисперсных систем.

Специальной подготовки проб при измерении пропускания, как правило, не требуется. Для измерения спектра жидких образцов используют флаконы или кюветы с подходящей длиной оптического пути (обычно 0,5 – 22 мм), а также оптоволоконные зонды со специальной насадкой.

Диффузное отражение. В методе диффузного отражения измеряют коэффициент отражения (R ), представляющий отношение интенсивности света, отраженного от образца (I ), к интенсивности света, отраженного от фона (I r ):

или обратную логарифмическую величину этого отношения (А R ):

В качестве фона используют поверхность с высокой величиной R : пластины из золота, перфторированных насыщенных полимеров, керамические пластины и другие подходящие материалы.

Способ используется для анализа твердых образцов с применением интегрирующей сферы или оптоволоконных зондов, работающих в режиме отражения. В последнем случае для воспроизводимости получаемых результатов необходимо обеспечить стабильность условий проведения измерений, в частности относительную неподвижность зонда, степень соприкосновения датчика с образцом и другие условия.

Пропускание – отражение . Данный способ является комбинацией пропускания и отражения благодаря специальной конструкции кювет и датчиков, в которых излучение дважды проходит через образец, что позволяет анализировать образцы с низкой поглощающей и рассеивающей способностью.

В качестве фотометрической величины используют коэффициент двойного пропускания (Т *):

I T – интенсивность излучения после двойного пропускания, без образца;

I – интенсивность пропущенного и отраженного излучения, измеренная с образцом;

и величину, аналогичную оптической плотности (А *):

В качестве фона используют спектр воздуха или среды сравнения.

Способ применим для жидких, в том числе негомогенных проб.

Для регистрации спектра исследуемый образец помещают в кювету с зеркалом или другим диффузным отражателем. Возможно использование оптоволоконного зонда со специальной насадкой, который погружают в образец.

Факторы, влияющие на результаты измерений

Температура образца. Температура образца может влиять как на его пропускание, так и на его отражение. Контроль температуры важен при анализе термически лабильных объектов, в случае которых разница в несколько градусов может приводить к существенным спектральным изменениям, в том числе твердых образцов, содержащих воду, дисперсных систем, аморфных объектов и прочее.

Влага и остаточные количества растворителей. Наличие воды и остаточных количеств растворителей может оказать влияние на характер спектра и результаты анализа. Необходимость и условия высушивания должны быть указаны в фармакопейных статьях.

Толщина образца определяет степень пропускания. С увеличением толщины слоя наблюдается увеличение поглощения. Поэтому при сравнительных измерениях пропускания толщина образца должна быть одинаковой или учитываться. При измерении отражения толщина слоя не имеет принципиального значения, но нужно учитывать, что толщина слоя должна быть сопоставимой с глубиной проникновения луча в образец. В случае недостаточной толщины за образцом ставится дополнительный рефлектирующий материал, например штамп с золотым покрытием.

Оптические свойства образца. При анализе твердых образцов необходимо обеспечивать максимально возможную однородность пробы, так как различия в плотности или размерах частиц сказываются на характере спектра. Спектры физически, химически или оптически гетерогенных образцов следует регистрировать либо с увеличенным размером пучка света, либо используя устройства, вращающие образцы во время измерений. При этом желательно проводить измерения каждого образца несколько раз с последующим усреднением спектров.

Полиморфизм. Разница в кристаллической структуре (полиморфизм) оказывает влияние на спектр, что позволяет отличать друг от друга кристаллические или аморфные формы на основании их БИК-спектров. При проведении анализа необходимо учитывать кристаллическую структуру (модификацию) эталонного спектра, используемого в методе анализа.

Возраст образцов. Свойства образцов могут изменяться во времени, и эти изменения могут обуславливать спектральные различия для одних и тех же образцов. Данные изменения должны быть учтены при построении калибровочных моделей, как для целей идентификации, так и для целей количественного анализа.

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Качественный анализ (квалификация и идентификация) в БИК-спектрометрии основан на схожести спектров одного и того же вещества.

Для проведения качественного анализа первоначально создают библиотеку стандартных спектров, подбирают оптимальную математическую модель для обработки спектров и реализации алгоритмов их сравнения. Далее проводят валидацию библиотеки в совокупности с выбранной математической моделью (см. раздел «Валидация качественных методов»). Качественный анализ проводят путем сравнения спектра испытуемого образца со спектрами в библиотеке (см. раздел «Анализ данных»).

Создание библиотеки спектров

Библиотека представляет совокупности спектров, содержащих характеристическую информацию о каждом объекте анализа. Для каждой совокупности спектров при помощи соответствующих методов и алгоритмов определяют оптимальные параметры идентификации. Заданные установки действительны для всей библиотеки. Для близких объектов, неразличимых при заданных установках, создаются подбиблиотеки, в которых могут быть использованы другие методы предварительной обработки спектров и алгоритмы анализа. Количество спектров в библиотеке не ограничивается.

В библиотеку включают спектры веществ, соответствующих предъявляемым требованиям, качество которых подтверждено фармакопейными или другими аттестованными методами.

Для учета возможных вариаций свойств каждого вида анализируемых объектов регистрируют спектры нескольких серий (партий). Регистрацию спектров проводят в схожих условиях измерений и выполняют одинаковую предварительную обработку. Выбранная предварительная обработка включенных в библиотеку спектров сохраняется неизменной при последующих измерениях.

Методы предварительной обработки спектров

Рекомендуется проводить предварительную обработку спектров с целью повышения информативности получаемых результатов и уменьшения влияния спектральных вариаций. Обработка первичных данных может включать вычисление первой или второй производной, нормализацию, мультипликативную коррекцию рассеивания и другие методы или их комбинации. При выборе методов предварительной обработки спектров следует учитывать, что они могут привести к потере информации или появлению ошибок-артефактов.

Анализ данных

Сравнение спектров испытуемых образцов при качественном анализе проводится с индивидуальными или усредненными спектрами в библиотеке, в том числе с помощью различных математических методов.

Библиотека может использоваться для построения алгоритмов классификации. Возможно использование разных алгоритмов, например, метода главных компонент (МГК), комбинированного с кластерным анализом, метода SIMCA (soft independent modeling of class analogy – независимого моделирования аналогий классов), а также других алгоритмов, как включенных в математическое обеспечение БИК-спектрометров, так и разработанных третьей стороной. Надежность используемого метода должна быть проверена. Например, коэффициент корреляции, сумма квадратов отклонений, расстояния внутри модели и прочие показатели должны быть согласованы с уровнем принятия решений, представленным в процедуре валидации.

Метод анализа должен быть валидирован.

Валидация метода качественного анализа

Валидация метода призвана продемонстрировать его пригодность для целей анализа.

Валидация метода проводится на проверочном наборе объектов, не участвовавших в построении метода, и предполагает проверку специфичности, чувствительности и устойчивости (робастности).

Чувствительность показывает, какая часть объектов проверочного набора, схожих с объектами библиотеки, правильно распознается как «свои».

Специфичность показывает, какая часть объектов проверочного набора, отличных от библиотечных, правильно распознается как «чужие».

Особое внимание уделяется результатам классификации объектов, спектры которых визуально схожи со спектрами объектов библиотеки, но отличаются от них по композиции или химической структуре. Такие образцы должны правильно определяться как «чужие».

Устойчивость показывает, что незначительные изменения условий (например, температура, влажность воздуха, вибрации, температура образца, степень уплотнения материала, глубина погружения зонда, толщина слоя и т.д.) не влияют на результаты и надежность идентификации или квалификации.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Разработка калибровочной модели

При разработке модели устанавливается зависимость изменения интенсивности поглощения или отражения в спектре образцов от изменения свойств и/или состава веществ. При этом регистрируют спектры образцов с известными значениями их состава и/или их свойств, подтвержденных аттестованными методами. Так как хемометрические алгоритмы не допускают экстраполяций, необходимо, чтобы область калибровочных концентраций была не менее ожидаемого диапазона анализируемых концентраций или других количественных характеристик. Калибровочные образцы должны быть по возможности равномерно распределены внутри диапазона рабочих концентраций.

Регистрацию спектров проводят при соблюдении параметров эксперимента, факторов, влияющих на результаты измерений и первичной обработки, которые предварительно оптимизированы для всех анализируемых объектов и сохраняются постоянными при последующих измерениях.

Калибровочную модель оптимизируют при помощи подходящего способа предварительной обработки спектров, выбора спектральной области и математического алгоритма.

Предварительная обработка спектров

Проводят так же, как описано в разделе «Качественный анализ».

Анализ данных. Для построения калибровочной модели может использоваться любой обоснованный математический алгоритм. Так как в области БИК диапазона наблюдается сильное перекрывание полос поглощения, количественный анализ проводят преимущественно хемометрическими алгоритмами, например такими, как метод проекций на латентные структуры (ПЛС, англ. PLS), метод регрессии на главные компоненты (РГК, англ. PCR) и другими.

Валидация калибровочной модели

Валидация модели калибровки предполагает демонстрацию ее пригодности для решения поставленной цели. При этом должны быть определены следующие валидационные характеристики: специфичность (селективность), линейность, рабочий диапазон концентраций (аналитическая область), правильность, прецизионность и устойчивость (робастность).

При построении калибровочных моделей с помощью хемометрических методов анализа качество калибровки оценивается по среднеквадратичному остатку калибровки (RMSEC ) и среднеквадратичному остатку прогноза (RMSEP ).

Для сравнения результатов калибровки, построенной по БИК-спектрам, с результатами, полученными по аттестованной методике, могут быть использованы альтернативные статистические методы (парный t -тест, оценка смещения и др.).

Выбросы

При анализе БИК методом следует учитывать, корректировать и обоснованно исключать резко выделяющиеся результаты.

Все выбросы подлежат анализу и, в случае их информативной важности или подтверждения правильности с помощью аттестованной методики, они могут быть включены в модель.

Ревалидация или повторная валидация

Прошедший валидацию и признанный пригодным для применения метод качественного или количественного анализа нуждается в периодической повторной валидации или ревалидации. При выявлении отклонений необходимо провести корректировку метода.

БИК метод повторно валидируют, если:

в библиотеку добавлен новый объект (для качественного анализа);
есть предпосылки к изменению характеристик объектов, спектры которых уже включены в библиотеку (изменение технологии производства (синтеза), состава, качества исходного сырья упаковки и т. д.);
обнаружены иные изменения и/или несоответствия в свойствах анализируемых объектов или методике.

Перенос моделей

При переносе моделей качественного и количественного анализа с одного прибора на другой должны учитываться спектральные характеристики используемых спектрометров (разрешение, диапазон волновых чисел и др.). Под процедурами переноса моделей понимаются различные хемометрические алгоритмы (математические и статистические). После переноса на другой прибор для подтверждения работоспособности модели её необходимо ревалидировать.

Хранение данных

Хранение данных осуществляется в электронном виде в соответствии с требованиями программного обеспечения. При этом необходимо сохранять исходные спектры, не подвергшиеся математической обработке, с целью их возможного дальнейшего использования при оптимизации библиотек или методов.

На правах рукописи

ДОЛБНЕВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ МЕТОДОМ БЛИЖНЕЙ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

14.04.02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия

диссертации на соискание ученой степени

кандидата фармацевтических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени

Научные руководители:

доктор фармацевтических наук, академик РАМН, профессор

доктор фармацевтических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Всероссийский научный центр по безопасности биологически активных веществ (ВНЦ БАВ)

Защита состоится «___»____________________2010 г. в ____ часов на заседании Диссертационного совета (Д 208.040.09) при Первом Московском государственном медицинском университете имени Москва, Никитский бульвар, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГМУ им. Москва, Нахимовский проспект, 49.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 208.040.09

доктор фармацевтических наук,

профессор

Актуальность темы исследования. В последние 15 лет метод ближней инфракрасной (БИК) спектроскопии бурно развивается и нашёл применение в самых разнообразных отраслях. БИК-спектроскопия известна как эффективный метод качественного и количественного анализа. Этот метод широко применяется в сельском хозяйстве (для определения качества почв, содержания белка, жира и др. в пищевых продуктах), в промышленности (для определения состава нефтепродуктов, качества текстильных продуктов и т. д.), в медицине (для определения жира, кислорода в крови, исследования развития опухолей). В настоящее время БИК-спектроскопия становится одним из методов внутрипроизводственного контроля в фармацевтической промышленности в Европе и США.

Она используется для проверки входного сырья, однородности смешивания, определения конечной точки грануляции, содержания влаги при сушке, однородности таблетирования, измерения толщины покрытий.

Метод БИК-спектроскопии описан в Европейской фармакопее и Фармакопее США, однако в фармакопейном анализе используется пока относительно редко: в основном при определении содержания воды в препаратах, полученных из крови.

В этой связи большое значение имеет разработка унифицированных методик анализа фармацевтических субстанций и лекарственных препаратов для их дальнейшего использования в фармакопейном анализе.

Особую значимость этот вопрос приобретает в связи с выходом 12 издания Государственной фармакопеи РФ.

Необходимо также отметить сохраняющуюся проблему фальсифицированных лекарственных средств, одним из путей решения которой является разработка экспресс-методов анализа.

Учитывая вышесказанное, актуальной проблемой является разработка унифицированных методов анализа субстанций и препаратов и выявления фальсифицированных лекарственных средств с использованием метода БИК-спектроскопии.

Цель и задачи исследования. Целью исследования явилась разработка унифицированных методов анализа субстанций и препаратов и выявления фальсифицированных лекарственных средств с использованием метода БИК-спектроскопии.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

– изучить возможность получения БИК-спектров субстанций, таблеток и капсул с использованием оптоволоконного датчика и интегрирующей сферы;

– провести сравнение БИК-спектров субстанций и препаратов;

– провести сравнение БИК-спектров препаратов с различным содержанием действующего вещества;

– изучить возможность использования БИК-спектроскопии для установления подлинности субстанций и препаратов конкретных производителей, а также для выявления фальсифицированных лекарственных средств;

– разработать электронную библиотеку БИК-спектров субстанций и препаратов.

Научная новизна результатов исследования. Впервые показано, что метод БИК-спектроскопии можно использовать как для установления подлинности фармацевтических субстанций, так и для готовых лекарственных препаратов (таблетки и капсулы). Показано, что в общем случае БИК-спектры субстанций и препаратов различаются. Спектры можно получать с использованием оптоволоконного датчика и интегрирующей сферы. Показано, что если оболочка капсулы или упаковка таблеток (блистер) прозрачные, получать спектр можно без извлечения капсул или извлечения таблеток из упаковки. Показано, что метод БИК-спектроскопии можно использовать для выявления фальсифицированных лекарственных средств при условии сравнения спектров оригинального и испытуемого препаратов. Спектры субстанций и препаратов можно хранить в виде электронной библиотеки. Установлено, что для более надежного сравнения спектра испытуемого препарата и стандартного спектра требуется использование математической отработки данных.

Практическая значимость работы. Разработанные методики анализа лекарственных средств с использованием метода БИК-спектроскопии предлагаются для установления подлинности фармацевтических субстанций, препаратов в форме таблеток и капсул. Методики позволяют использовать интегрирующую сферу и оптоволоконный датчик («пистолет»).

Разработанные методики также могут применяться для экспресс-идентификации фальсифицированных лекарственных средств и для входного и выходного контроля фармацевтических субстанций и полупродуктов на фармацевтических предприятиях. Методики позволяют в ряде случаев проводить неразрушающий контроль качества без вскрытия первичной упаковки.

Разработанная библиотека БИК-спектров может быть использована при идентификации субстанций, таблеток и капсул с использованием оптоволоконного датчика («пистолета») и интегрирующей сферы.

Результаты работы апробированы и используются в отделе контроля качества.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на XII Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2005 г.), Международном конгрессе по аналитической химии ICAS (Москва, 2006 г.) и XIV Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2007 г.). Апробация работы проведена на научно-практическом заседании кафедры фармацевтической химии с курсом токсикологической химии фармацевтического факультета МГМУ им. 22 марта 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Связь исследований с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в рамках комплексной темы кафедры фармацевтической химии МГМУ им. «Совершенствование контроля качества лекарственных средств (фармацевтические и экологические аспекты)» (гос. рег. № 01.200.110.54.5).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 110 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 5 глав экспериментальных исследований, общих выводов, списка литературы, а также отдельно включает 1 приложение. Диссертационная работа иллюстрирована 3 таблицами и 54 рисунками. Список литературы включает 153 источника, из них – 42 иностранные.

Положения, выносимые на защиту:

– результаты изучения возможности получения БИК-спектров субстанций, таблеток и капсул с использованием оптоволоконного датчика и интегрирующей сферы;

– результаты сравнительного исследования БИК-спектров субстанций и препаратов, а также БИК-спектров препаратов с различным содержанием действующего вещества;

– результаты изучения возможности использования БИК-спектроскопии для установления подлинности субстанций и препаратов конкретных производителей, а также для выявления фальсифицированных лекарственных средств.

1. Объекты исследования

Исследованы субстанции и препараты ряда лекарственных средств. Всего в исследовании использовано 35 субстанций: алюминия гидроксид, амикацина сульфат, аскорбиновая кислота, аскорбат натрия, варфарин натрия, витамин В12, гемфиброзил, гидроксид магния, глюренорм, Д-биотин, железа глюконат, зопиклон, кальция Д пантеноат, клиндамицина фосфат, лидокаина гидрохлорид, метопролола тартрат, никотинамид, парацетамол, пиридоксина гидрохлорид, пиперациллин, ранитидина гидрохлорид, рибофлавин, тиамина мононитрат, тиротрицин, фамотидин, фолиевая кислота, цефадроксил, цефазолина натриевая соль, цефтизоксима натриевая соль, ципрофлоксацина гидрохлорид, цианкобламин, различных производителей и 59 препаратов различных производителей, содержащих: изониазид, мелоксикам, омепразол, ранитидина гидрохлорид, рифампицин, фамотидин, ципрофлоксацин, эзомепразол, этамбутол, а также 2 фальсифицированных образца (ОМЕЗ 20 мг, Dr. Reddy`s Lab. и Рифампицин 150 мг,).

2. Оборудование и условия испытаний

В работе использовали прибор МРА - Фурье-спектрометр ближнего ИК-диапазона (Bruker Optics GmbH, Германия). Параметры записи: спектральный диапазон от 800 нм до 2500 нм (отсм-1 до 4000 см-1), количество сканов 16, спектральное разрешение 4 см-1. Управление прибором и обработку полученных спектров проводили с использованием пакета программ OPUS 6.0 (Bruker Optics GmbH, Германия). БИК-спектры получали двумя способами:

1) с помощью оптоволоконного датчика («пистолет»),

Оба способа использовали для получения БИК-спектров субстанций, таблеток и капсул.

Оптоволоконный датчик («пистолет») позволяет проводить измерение только на отражение, интегрирующая сфера – как на отражение, так и на пропускание. В работе получали БИК-спектры отражения.

2.1. Методики получения БИК-спектров:

с помощью оптоволоконного датчика («пистолета»).

2.1.1. Субстанции . Субстанцию-порошок пересыпали в прозрачную кювету, толщиной слоя от 1 до 3 см. Затем оптоволоконный датчик прижимали перпендикулярно к поверхности порошка. Процедуру регистрации спектра запускали нажатием кнопки на оптоволоконном датчике. Измерение спектров повторяли 3 - 5 раз от разных участков для получения статистически достоверных результатов анализа.

2.1.2. Таблетки, извлеченные из блистера . Оптоволоконный датчик прижимали перпендикулярно таблетке. Процедуру регистрации спектра запускали нажатием кнопки на оптоволоконном датчике. Измерение спектров повторяли 3 - 5 раз от разных участков таблетки для получения статистически достоверных результатов анализа.

2.1.3. Таблетки в блистере . Если блистер прозрачный, измерение проводили следующим образом, оптоволоконный датчик прижимали перпендикулярно поверхности таблетки в блистере. Процедуру регистрации спектра запускали нажатием кнопки на оптоволоконном датчике. Измерение спектров повторяли 3 - 5 раз от разных участков таблетки в блистере для получения статистически достоверных результатов анализа. Если блистер непрозрачный или алюминиевый, сначала извлекали таблетку из блистера и затем получали БИК-спектр.

2.1.4. Капсулы . Если оболочка капсулы прозрачная, то измерение проводили следующим образом, оптоволоконный датчик прижимали перпендикулярно поверхности капсулы в блистере. Процедуру регистрации спектра запускали нажатием кнопки на оптоволоконном датчике. Измерение спектров повторяли 3 - 5 раз от разных участков капсулы в блистере для получения статистически достоверных результатов анализа. Если оболочка капсулы не прозрачная, то сначала вскрывали капсулу, а затем измеряли спектр содержимого в стеклянной кювете.

2.2. Методики получения БИК-спектров:

с помощью интегрирующей сферы.

Получение БИК-спектров в режиме отражения

2.2.1. Субстанции . Субстанцию-порошок пересыпали в прозрачную кювету, толщиной слоя от 1 до 3 см. Затем устанавливали кювету сверху оптического окна интегрирующей сферы. Процесс измерения запускали на компьютере с помощью программы OPUS либо непосредственно на самом приборе (кнопка ″Start″). Измерение спектров повторяли 3 - 5 раз для получения статистически достоверных результатов анализа.

2.2.2. Таблетки, извлеченные из блистера . Таблетку помещали в специальный держатель. Устанавливали держатель с таблеткой сверху оптического окна интегрирующей сферы. Процесс измерения запускали на компьютере с помощью программы OPUS либо непосредственно на самом приборе (кнопка ″Start″). Измерение спектров повторяли 3 - 5 раз от разных участков таблетки для получения статистически достоверных результатов анализа.

2.2.3. Капсулы . Если оболочка капсулы прозрачная, то измерение проводили следующим образом, капсулу помещали в специальный держатель. Устанавливали держатель с капсулой сверху оптического окна интегрирующей сферы. Процесс измерения запускали на компьютере с помощью программы OPUS либо непосредственно на самом приборе (кнопка ″Start″). Измерение спектров повторяли 3 - 5 раз от разных участков капсулы для получения статистически достоверных результатов анализа. Если оболочка капсулы не прозрачная, то сначала вскрывали капсулу, а затем измеряли спектр содержимого в стеклянной кювете, помещая кювету сверху оптического окна интегрирующей сферы.

3. Математическая обработка БИК-спектров.

Математическую обработку полученных спектров проводили с использованием программы «OPUS IDENT», входящей в пакет программ OPUS 6.0 (Bruker Optics GmbH, Германия). Неизвестный спектр сравнивали с библиотечным спектром сравнения путем расчета спектрального расстояния. IDENT идентифицирует те спектры сравнения, которые являются самыми близкими к анализируемому спектру, и определяет отклонения между этими спектрами и анализируемым спектром. Это позволяет IDENT идентифицировать неизвестные вещества и оценивать степень соответствия вещества стандарту сравнения.

Нами было использовано два способа математической обработки БИК-спектров: 1) Ident-анализ, который соотносит спектр и конкретное вещество и 2) кластерный анализ, который соотносит спектр и группу веществ.

Как только спектры измерены, генерируется средний спектр каждого материала и создается библиотека всех таких средних спектров, куда вносятся и статистически определенные приемлемые критерии (или пороги) для всех веществ в библиотеке. Испытуемый спектр сравнивали со всеми спектрами сравнения, находящимися в электронной библиотеке. Результат сравнения между спектром А и В заканчивается выдачей спектрального расстояния D, которое в программе IDENT называется «коэффициентом качества совпадения». Спектральное расстояние указывает степень спектрального подобия. Два спектра со спектральным расстоянием равным нулю полностью идентичны. Чем больше расстояние между двумя спектрами, тем больше спектральное расстояние. Если спектральное расстояние меньше, чем порог для одного вещества, и больше, чем порог для всех других веществ, неизвестное вещество идентифицировано.

Кластерный анализ позволяет исследовать БИК-спектры на подобие и поделить подобные спектры на группы. Эти группы называют классами или кластерами. Данный вид анализа проводился для более удобного представления данных в графической форме.

Иерархические кластерные алгоритмы выполняются по следующей схеме:

· сначала, рассчитывают спектральные расстояния между всеми спектрами,

· затем два спектра с самым высоким подобием сливают в кластер,

· вычисляют расстояния между этим кластером и всеми другими спектрами,

· два спектра с наименьшим расстоянием сливаются снова в новый кластер,

· рассчитывают расстояния между этим новым кластером и всеми другими спектрами,

· два спектра сливаются в новый кластер

Эта процедура повторяется до тех пор, пока не останется только один большой кластер.

4 . Результаты исследования

Изучена возможность использования метода БИК-спектроскопии для идентификации субстанций и лекарственных препаратов ряда отечественных и зарубежных производителей.

В результате исследования было создано шесть различных электронных библиотек БИК-спектров:

1) БИК-спектры содержимого капсул, полученные с использованием оптоволоконного датчика («пистолета»),

2) БИК-спектры содержимого капсул, полученные с использованием интегрирующей сферы,

3) БИК-спектры таблеток, полученные с использованием оптоволоконного датчика («пистолета»),

4) БИК-спектры таблеток, полученные с использованием интегрирующей сферы,

5) БИК-спектры субстанций, полученные с использованием оптоволоконного датчика («пистолета»),

6) БИК-спектры субстанций, полученные с использованием интегрирующей сферы.

4.1. Зависимость БИК-спектров субстанций и препаратов от способа получения (с помощью «пистолета» и интегрирующей сферы).

На рис. 1 представлены БИК-спектры субстанции ранитидина гидрохлорида Vera Laboratories (Индия), полученные с использованием «пистолета» и интегрирующей сферы. На рисунке видно, что спектры различаются по интенсивности полос поглощения, но сами полосы поглощения совпадают по значениям волновых чисел.

Основным отличием БИК-спектроскопии от ИК-спектроскопии средней области является то, что спектры между собой нельзя сравнивать визуально. Дело в том, что в целом на БИК-спектре наблюдается недостаточное количество полос, а интенсивность многих полос низкая (особенно вторых и третьих обертонов), поэтому требуется проводить математическую обработку спектров.

https://pandia.ru/text/78/375/images/image003_173.jpg" width="624" height="388">

Рис. 2. Результат IDENT анализа БИК-спектра таблеток Ульфамид 40 мг, KRKA (Словения), полученного с использованием «пистолета» при использовании электронной библиотеки БИК-спектров, полученной с использованием интегрирующей сферы.

Рис. 3. Результат IDENT анализа БИК-спектра таблеток Ульфамид 40 мг, KRKA (Словения), полученного с использованием интегрирующей сферы при использовании электронной библиотеки БИК-спектров, полученной с использованием «пистолета».

4.2. Идентификация активной субстанции по БИК-спектру препаратов, содержащих данную субстанцию.

https://pandia.ru/text/78/375/images/image008_152.gif" width="648" height="234">.gif" width="648" height="244">.jpg" width="649" height="235 src=">

Рис. 7. Результат IDENT-анализа БИК-спектра таблеток Ципрофлоксацин 250 мг, Cypress Pharmaceutical Inc. (США), при использовании библиотеки, состоящей из БИК-спектров различных субстанций.

Таким образом, нами было установлено, что при высоком содержании действующего вещества (не менее 40 %) в препарате возможно установление подлинности препарата по БИК-спектру субстанции.

4.3. Идентификация препаратов с различной дозировкой по БИК-спектрам.

В третьей части исследования нами было установлено, что метод БИК-спектроскопии можно использовать для определения различных дозировок того или иного препарата, если они есть в электронной библиотеке БИК-спектров. Для этого из препаратов, содержащих в своем составе фамотидин в качестве действующего вещества, была создана электронная библиотека БИК-спектров, в которую вошло 27 образцов от 7 различных производителей в дозировках 10 мг, 20 мг и 40 мг (рис. 8).

https://pandia.ru/text/78/375/images/image016_63.jpg" width="648" height="216 src=">

https://pandia.ru/text/78/375/images/image018_70.jpg" width="648" height="223 src=">

Рис. 9. Результаты IDENT-анализа, таблеток квамамг, 20 мг и 40 мг, Gedeon Richter Plc. (Венгрия) при использовании библиотеки, состоящей из БИК-спектров различных препаратов в различных дозировках.

4.4. Идентификация лекарственных препаратов через блистер.

Для установления возможности идентификации лекарственных препаратов методом БИК-спектроскопии через блистер, дополнительно были созданы две библиотеки БИК-спектров № 7 и № 8:

7) БИК-спектры капсул, полученные с использованием оптоволоконного датчика («пистолета») непосредственно через блистер,

8) БИК-спектры таблеток, полученные с использованием оптоволоконного датчика («пистолета») непосредственно через блистер.

В процессе анализа БИК-спектры препаратов, полученные через блистер, сравнивали с БИК-спектрами, полученными с поверхности таблеток или капсул без блистера. На рис. 10 представлено такое сравнение спектров для капсул рифампицина.

https://pandia.ru/text/78/375/images/image020_58.jpg" width="624" height="268 src=">

Рис. 11. Результат IDENT-анализа БИК-спектра капсул рифампицин 150 мг, (Россия), полученного с использованием «пистолета» непосредственно через блистер при использовании электронной библиотеки, полученной через блистер.

https://pandia.ru/text/78/375/images/image013_124.gif" width="14" height="136">

Рис. 13 БИК-спектры содержимого капсул омепразола 20 мг 14 различных производителей в сравнении с фальсифицированным образцом, полученные с использованием интегрирующей сферы.

Из полученных данных видно, что без математической обработки достоверно отличить можно только спектр фальсификата.

Используя программное обеспечение «OPUS IDENT» для трехмерной модели статистической обработки спектров («кластерный анализ») нами было получено распределение БИК-спектров дженериков капсул омепразол 20 мг, которые можно представить в виде дендрограммы (рис. 14).

Рис. 14. Кластерный анализ исследуемых образцов, снятых в трёхкратной повторности от 14 различных производителей.

В результате проведенного кластерного анализа все препараты хорошо разделились по своим классам и согласно своему производителю (рис. 14).

Математическая обработка полученных результатов IDENT-анализом показала наличие фальсифицированного лекарственного средства. Программа OPUS определила, что данный образец Х действительно является фальсифицированным и его «коэффициент качества совпадения» (спектральное расстояние) много выше порога для всех препаратов данной группы (омепразол, капсулы 20 мг) 14 различных производителей, из которых была создана электронная библиотека (рис. 15).

Рис. 15. Результат IDENT-анализа для фальсифицированного образца ОМЕЗ 20 мг, Dr. Reddy`s Lab. (Индия).

В результате проведенного IDENT-анализа серии всех оригинальных образцов капсул омепразол 20 мг были уникально идентифицированы, и нами была составлена сводная таблица результатов для всех образцов, включая фальсифицированных образец (табл. 1).

Табл. 1. Сводная таблица результатов IDENT анализа в группе омепразол, капсулы 20 мг.

Наименование образца	Спектральное расстояние
Фальсифицированный образец
Образец фирмы KRKA
Образец фирмы Акрихин
Образец фирмы Ranbaxy Laboratories
Образец фирмы Dr. Reddy`s Lab.
Образец фирмы M. J. Boipharm
Образец фирмы
Образец фирмы
Образец фирмы
Образец фирмы -Фарма»
Образец фирмы Оболенское»
Образец фирмы. вит. завод»

Таким образом, в результате проведенных исследований по идентификации лекарственных препаратов омепразола различных производителей методом БИК-спектроскопии нам удалось получить результаты по выявлению контрафактной продукции для фальсифицированного препарата ОМЕЗ 20 мг, Dr. Reddy`s Lab. (Индия), а также уникально определить каждый дженерик согласно своему производителю. Также нами были получены положительные результаты IDENT-анализа для всех таблеток, содержащих ранитидина гидрохлорид (12 образцов) и фамотидин (9 образцов) позволяющие уникально определить производителя каждого образца.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Показано, что БИК-спектры субстанций, таблеток и капсул можно получать с использованием оптоволоконного датчика и интегрирующей сферы. При этом для установления подлинности следует использовать электронную библиотеку, полученную тем же способом, который применяется для снятия БИК-спектра испытуемого образца.

2. Показано, что при высоком содержании (не менее 40 %) действующего вещества в препарате возможно установление подлинности препарата по спектру субстанции. Однако в общем случае для идентификации препаратов следует использовать электронную библиотеку, составленную на основе БИК-спектров соответствующих препаратов.

3. Установлено, что метод БИК-спектроскопии может быть использован для дифференцирования препаратов конкретного производителя, содержащих одно действующее вещество в разных дозировках. При этом проводить количественное определение действующего вещества в препаратах разных производителей с использованием метода БИК-спектроскопии в ряде случаев затруднительно.

4. Показано, что метод БИК-спектроскопии может быть использован для идентификации производителя субстанции или препарата. При этом следует проводить параллельный анализ испытуемого средства конкретной серии и известного средства той же серии.

5. Разработана электронная библиотека БИК-спектров субстанций и препаратов, содержащих различные действующие вещества и изготовленные разными производителями.

1. , Сравнительна оценка качества препаратов методом ближней инфракрасной спектроскопии // Тез. докл. XII Российский нац. конгр. «Человек и лекарство».– М., 18-22 апр. 2005.– С. 780.

2. , Выявление фальсифицированных лекарственных средств методом БИК-спектроскопии // Тез. докл. XIV Российский нац. конгр. «Человек и лекарство».– М., 16-20 апр. 2007.– С. 17.

3. , Метод ближней инфракрасной спектроскопии как перспективное направление в оценке качества лекарственных средств // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии.– 2008.– №4.– С. 7-9.

4. , Применение метода ближней инфракрасной спектроскопии для идентификации лекарственных средств // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии.– 2008.– №6.– С. 27-30.

5. Arzamastsev A. P., Dorofeyev V. L., Dolbnev D. V., Houmoller L., Rodionova O. Ye. Analytical methods for rapid counterfeit drug detection. International Congress on Analytical Sciences (ICAS-2006), Moscow, 2006. Book of abstracts. V. 1. P. 108.

Преимущества спектроскопии БИК

Простота проведения измерений
Высокая точность и воспроизводимость анализа (точность анализа определяется качеством обработки спектра, люфтами и точностью калибровки механических частей, калибровкой источника излучения)
Нет загрязнений
Возможность проведения измерений через стеклянную и пластиковую упаковку
Автоматизация измерений. Используется программа OPUS. Работа с данной программа требует высокой квалификации пользователя
Перенос метода с одного прибора на другой
Анализ физических и химических свойств

Преимущества рамановской спектроскопии

Не требуется предварительной подготовки образца
Вследствие отсутствия механических частей и более определенных спектральных характеристик, измерения рамановских спектров существенно проще чем БИК
Измерение методом рамановской спектроскопии рассматривается в качестве отпечатков пальцев химических веществ (т.е. самое точное из существующих на сегодняшний день). Отсутствие подвижных частей и независимость рамановского спектра от флуктуаций частоты и интенсивности излучателя обеспечивают сверхвысокую повторяемость измерений.
Нет загрязнений
Существует возможность проведения измерений через стеклянную (в том числе из цветного стекла) и пластиковую упаковку, причем идентификация отдельных элементов (упаковки и лекарств) существенно надежней чем в методе БИК
Автоматизация измерений. Создан пользовательский программный интерфейс, позволяющий оперировать прибором неподготовленному пользователю. Программа легко адаптируется под конечного пользователя. Данный пункт очень важен для работы фармацевтов и медиков
Спектры рамановского рассеяния, снятые на двух различных приборах с одинаковым спектральным разрешением всегда совпадают. Поэтому проблемы переноса метода не существует
Возможен более точный анализ физических и химических свойств исследуемых веществ, так как в методике БИК измеряются обертоны фундаментальных колебаний, прямое получение физической информации из энергии и сечения рассеяния которых весьма затруднительно, если не невозможно. В рамановской спектроскопии проводится анализ самих фундаментальных колебаний молекул химических веществ, полная информация о которых либо уже доступна, либо может быть получена простыми экспериментальными и теоретическими методами

Характеристики приборов

БИК

Быстрота (обычно 5 – 10с)
Компактные размеры
Разрешение, определяемое шириной исследуемых линий (около 100 см-1)
Минимальное количество вещества для анализа примерно 0.1 мг
Не существует базы данных. Метод появился недавно и калиброванных спектров БИК чрезвычайно мало. Это означает, что должна быть проведена огромная работа (выполненная квалифицированным персоналом) по созданию соответствующей базы данных лекарственных препаратов

ИнСпектр

Быстрота (обычно менее 1 с)
Портативный рамановский комплекс ИнСпектр имеет существенно меньшие размеры и вес чем БИК спектрометр
Разрешение, определяемое шириной исследуемых линий (около 6 см-1). Это означает, что можно идентифицировать значительно большее количество веществ
Минимальное количество вещества для анализа примерно 0.001 мг (т.е. в 100 раз меньше). Это связано с лучшей чувствительностью приемной системы в видимом диапазоне
Метод хорошо проработан. Накоплена база данных калиброванных спектров большого количества лекарственных препаратов и химических веществ

Спектрометр MicroNIR™ Pro - это сверхкомпактный, сверхлегкий и доступный по цене БИК-спектрометр, сочетающий в себе высокопрецизионные оптические компоненты Viavi OSP и самые передовые технологии миниатюризации оптической схемы и прибора в целом. Спектрометр MicroNIR™ Pro - это идеальное решение для различных применений, сочетающее в себе хороший показатель цены и качества, а также простоту использования. Благодаря самому компактном размеру и легкой массе из всех коммерчески доступных решений, БИК-спектрометр MicroNIR™ Pro можно легко и напрямую встроить в большинство аппаратов производственных линий, таких как сушилки псевдокипящего слоя, смесители, роликовые уплотнители, таблетировочные машины для контроля за уровнем влажности или наблюдением за окончанием технологической операции. Сверхкомпактный форм-фактор спектрометра также позволяет применять его в полевых криминалистических исследованиях для идентификации взрывчатых и наркотических веществ.

Обзор технологий

Мобильные и встраиваемые решения для спектрального анализа в ближней ИК-области в настоящее время применяются для качественного и количественного анализа твердых веществ, жидкостей и газов, и идеально подходят для пищевой промышлености и сельского хозяйства, фармацевтической и химической промышенности, а также для экологических исследований. При этом, компактный размер БИК-спектрометра весьма востребован, поскольку именно такие приборы удобно применять в полевых условиях, а также встраивать в промышленные реакторы и машины.

Для изготовления оптического модуля спектрометров MicroNIR применяется запатентованная технология напыления тонкопленочных линейно-перестраиваемых фильтров (LVF). Даные фильтры выступают в роли диспергирующего элемента спектрометра и представляют собой особое тонкое клиновидное одностороннее покрытие. Поскольку длина волны максимума полосы поглощения зависит от толщины покрытия
светофильтра, клиновидная форма LVF-фильтра позволяет пропускать длины волн света последовательно. Таким образом, все оптические решения компании Viavi представляют собой LVF-фильтры, непосредственно совмещеные с диодно-матричным детектором.

Линейно-перестраиваемый фильтр с диодно-матричным детектором, источники света, вспомогательные оптические компоненты и электроника находятся в едином и очень компактном корпусе, обеспечивая непревзойденную гибкость встраиваемых решений и мобильность при полевых работах.

В зависимости от режима измерения и типа образцов спектрометры MicroNIR TM 1700 ES могут комплектоваться различными аксессуарами:

Держатель виал для анализа порошков и некоторых жидкостей
Манжета (включена в стандартную комплектацию) необходима для защиты оптики спектрометра и установки оптимального фокусного расстояния
Манжета с дополнительным защитным окошком служит для анализа порошков, запакованных в пластиковые пакеты.
Модуль для измерения пропускания необходим для анализа жидкостей и тонких пленок.

БИК-спектрометр MicroNIR™ OnSite

БИК-спектрометр MicroNIRTM OnSite - это специальная защищенная версия спектрометра MicroNIR™ 1700 ES, изготовленная в соответствии со стандартом безопасности IP65.Этот спектрометр рекомендуется использовать в экспедиционных условиях, а также при работе в складских помещениях и при криминалистических исследованиях - во всех случаях, где необходима надежная защита от влажности и пыли.
Для еще более безопасной эксплуатации рекомендуется использовать этот спектрометр совместно с защищенными по стандарту IP65 планшетными компьютерами или ноутбуками. Специальная мобильная версия программного обеспечения служит для быстрого и точного количественного анализа и идентификации неизвестных веществ.

БИК-спектрометры MicroNIR™ PAT USB / USB Extended

MicroNIR™ PAT USB и MicroNIR™ PAT USB Extended - это БИК-спектрометры в индустриальном исполнении, предназначенные для установки в промышленное оборудование любого размера. Эти приборы поставляются в защищенном корпусе (в соответствии с IP65), изготовлены из нержавеющей стали марки SS316 для легкой процедуры очистки, и практически не требуют сервисного обслуживания.

БИК-спектрометр MicroNIR™ PAT WE

БИК-спектрометр MicroNIR™ PAT WE - это самое мобильное решение в области портативных промышленных БИК-анализаторов. Для обеспечения быстрых и точных результатов измерений в компактном алюминиевом корпусе расположен спектрометр (с измерительным портом из нержавеющей стали SS316), литий-ионная батарея питания, WiFi-модуль и акселерометрические датчики. Данный прибор можно установить на подвижные части промышленых аппаратов.

Ключевые особенности:

В конструкции спектрометра отсутствуют подвижные компоненты.
Для работы не используются дорогостоящие оптоволоконные кабели.
Корпус анализатора изготовлен из алюминия и нержавеющей стали SS316 и защищен от влаги и пыли в соответстви с IP65.
Сменная литий-ионная аккумуляторная батарея обеспечивает до 8 часов непрерывной работы.
9-осная система ориентации, включающая в себя акселерометр, магнетометр и гироскоп позволяет полностью скомпенсировать измерения в том случае, если прибор установлен на движущемся или вращающемся аппарате.

Обзор программного обеспечения

Программное обеспечение MicroNIR™ Pro представляет собой интуитвно-понятный пользовательский интерфейс, адаптированный к современным персональным и мобильным компьютерам, в том числе и снабженных тачскринами. Данное ПО позволяет не только управлять спектрометрами, но и осуществлять разработку методов измерения и построение калибровочных моделей для качественного и количественного анализа. Программное обеспечение полностью соответствует 21 CFR Часть 11, имеет многоуровневую структуру организации доступа и снабжено всеми необходимыми инструментами для хранения большого числа данных и проведения аудита.

Данные, полученные с помощью ПО MicroNIR™ PRO, можно легко импортировать в мощный программный пакет Unscrambler X компании САМО (данный продукт входит в комплект ПО, поставляемого со спектрометрами MicroNIR™) и выполнить пакетную предварительную обработку спектров, а затем построение классификационных и регрессионных хемометрических моделей. Для качественного анализа доступны алгоритмы моделирования РСА, PLS-DA и SVM, а для количественного PLS, PCR и SVM-R.

Одним из методов, получивших широкое распространение в мире для идентификации контрафакта, стал метод спектроскопии ближней инфракрасной области с Фурье преобразованием (БИК-спектроскопии). Его главными преимуществами являются: скорость анализа, отсутствие или минимальная пробоподготовка (возможность анализа без вскрытия упаковки), получение характеристик как физических, так и химических свойств препарата (идентификация компонентов, определение кристалличности, количественный анализ действующего вещества). Дополнительные различные методы исследования позволяют исследовать образцы разного физического состояния (методы на пропускание, диффузное отражение). Все эти преимущества дают возможность достоверно идентифицировать контрафакт, а так же идентифицировать его производителя. К тому же, БИК-анализаторы благодаря совей конструкции портативны и могут успешно использоваться в мобильных лабораториях.

Изначально БИК-спектрометры использовались для контроля производства лекарственных препаратов на всех уровнях его производства: контроль качества входного сырья, контроль всех производственных процессов (сушка, смешивание) и контроль качества выходной продукции (контроль качества и количественный анализ активных компонентов в готовой продукции). В дальнейшем данный метод получил свое распространение для идентификации контрафакта. С 2000 года были получены и опубликованы результаты проведения идентификации контрафактной продукции на примере лекарств различных производителей. В этих же работах рассматривались различные особенности, влияющие на точность анализа. Основываясь на полученном опыте международные организации по контролю над фальсифицированными препаратами стали внедрять этот метод для идентификации контрафакта как в отдельности, так и в комплексе с другими методами.

Существуют методики, в которых метод БИК используется для качественного и количественного анализа наркотических препаратов. Метод позволяет не только идентифицировать подозрительный образец как наркотик, но и количественно определить содержание действующего вещества.

Это указывает на предпочтение в использование метода Фурье-спектрометра ближней инфракрасной области, как одного из методов для качественного и количественного анализа наркотических препаратов. Для точной идентификации контрафакта, количественного определения активного компонента в препарате, а так же возможность отследить производителя фальсифицированных лекарственных средств либо наркотических препаратов .

На момент приобретения БИК-анализатора НИИЭКЦ при ГУ МВД Украины в Донецкой области, в стране стояла серьезная проблема с производством и распространением трамадола, поэтому первой задачей для БИК было построение методики для идентификации трамадола и его производителя, что позволило бы определить его источник. Впоследствии данный метод был дополнен методикой на решение еще одной задачи - идентификации фальсифицированных лекарственных средств.

Для разработки методов идентификации использовался спектрометр ближней инфракрасной области с Фурье преобразованием Antaris II производства компании Thermo Fisher Scientific. Внешний вид прибора изображен на рис. 1.4.1.

Рис. 1.4.1. БИК-спектрометр Antaris II.

Конструкция спектрометра позволяет укомплектовать один прибор различными приспособлениями для анализа различных типов образцов.

Спектрометр Antaris II оснащен:

· модулем на пропускания для анализа жидких образцов и пластинок;

· детектором на пропускание для анализа твердых образцов (таблеток, капсул, порошков);

· интегрирующей сферой;

· внешним оптоволоконным зондом.

Детектор для твердых образцов устанавливается над интегрирующей сферой, что позволяет одновременно проводить анализ образца как на пропускание, что дает характеристику всего образца в целом, так и на интегрирующей сфере методом диффузного отражения, что позволяет характеризовать поверхностную область образца. Внешний зонд используется для анализа методом диффузного отражения образцов в нестандартной упаковке, без вскрытия упаковки, а так же жидких образцов. Все вышеперечисленные методы не требуют пробоподготовки или требуют минимальной подготовки и позволяют получить результат в течение 3 минут, не требуют финансовых затрат на реактивы и расходные материалы, и, главное, являются неразрушающими, что позволяет сохранить образец для дальнейшего подтверждения результатов другим методами .