I materiali possono esistere in diverse forme polimorfiche, il che significa che la loro struttura cristallina può variare, anche se hanno la stessa composizione chimica. I polimorfi esistono sia in materiali organici che inorganici, inclusi ossidi metallici e silice (quarzo). Polimorfi differenti hanno stabilità differenti e possono essere formati preferenzialmente in base al processo di cristallizzazione. Il polimorfismo è importante nei prodotti farmaceutici perché l'efficacia di un farmaco può essere influenzata sostanzialmente in base alla solubilità delle diverse forme cristalline.
La spettroscopia Raman viene utilizzata per la caratterizzazione del materiale analizzando le vibrazioni simmetriche di cristalli e molecole e le rotazioni eccitate da un laser e con vibrazioni specifiche in base ai legami molecolari e alla disposizione dei cristalli nelle molecole. Grazie alla sua eccellente specificità spettrale, la tecnologia Raman è uno strumento prezioso per distinguere diversi polimorfi e può essere utilizzata anche nello studio delle forme solvatate, nonché nella cinetica delle transizioni polimorfiche e nei processi di cristallizzazione[1-4].
Raman può essere utilizzato per misurazioni in situ come strumento PAT (tecnologia analitica di processo) per il monitoraggio continuo online di reazioni chimiche e trasformazioni polimorfiche. I sistemi Raman portatili sono uno strumento eccellente per l'identificazione rapida di polimorfi che mostrano differenze spettrali distinte dovute alla diversa disposizione delle molecole nel cristallo. Raman portatile è particolarmente vantaggioso nello sviluppo di processi in cui la struttura polimorfica, la stabilità e la formazione sono determinate grazie alle sue ridotte dimensioni e alla facilità di installazione e utilizzo.
Sono mostrati gli spettri Raman di diversi polimorfi Figura 1-3 per illustrare quanto siano distinti gli spettri Raman per queste coppie polimorfiche: carbonato di calcio (aragonite e calcite), acido citrico e destrosio.
In questo lavoro viene mostrata la capacità del Raman portatile come strumento di monitoraggio del processo basato sull'uso di i-Raman Plus di B&W Tek. Le misurazioni sono state eseguite utilizzando i-Raman Plus portatile dotato di un sensore CCD retro illuminato raffreddato con TE e di un laser di eccitazione CleanLaze® brevettato a 785 nm con una potenza massima di 300 mW, che copre l'intervallo spettrale da 175-3200 cm-1. Una sonda Raman da laboratorio è posizionata sopra la superficie del campione, a una distanza di lavoro di 5 mm in modo tale che il laser sia ben focalizzato come punto. I dati sono stati raccolti con un tempo di acquisizione di 15-30 secondi con una potenza laser di 300 mW.
L'acido citrico, un noto additivo alimentare, è selezionato come sistema modello per lo studio del polimorfismo basato su due delle sue fasi cristalline solide: monoidrato e anidro, che cristallizzano dall'acqua a diverse temperature[4]. L'acido citrico monoidrato e l'acido citrico anidro sono stati acquistati da Sigma-Aldrich. Il passaggio dalla forma monoidrata a quella anidra è stato effettuato riscaldando la polvere solida dalla temperatura ambiente a 80°C.
Il monitoraggio e l'andamento in tempo reale della transizione polimorfica dell'acido citrico sono stati eseguiti utilizzando il software BWSP-21pt11 di B&W Tek. Ciò consente la raccolta e l'andamento continui dei dati in base all'evoluzione dei punteggi PCA, dei modelli chemiometrici o delle tendenze dei dati. Poiché l'interesse qui è seguire la transizione (non quantificare la quantità delle forme nel sistema durante questo processo) abbiamo utilizzato l'andamento della scomparsa del picco di monoidrato a 1108 cm-1 e formazione della forma anidra con la variazione di intensità del nuovo picco a 1146 cm-1. Ci sono altri picchi specifici per la forma monoidrata compresi a 442, 820, 1167, 1260 e 2950 cm-1 e per la forma anidra a 1635, 2932 e 2982 cm-1 che potrebbero essere utilizzati per monitorare la transizione. Viene data una sovrapposizione di spettri raccolti continuamente man mano che la temperatura viene aumentata a 80 ° C Figura 4. Nella vista espansa della regione spettrale utilizzata per trend di picco, i cambiamenti spettrali sulla transizione di fase sono evidenti Figura 5. Viene fornito l'andamento della scomparsa del picco di monoidrato che è stato generato in tempo reale durante la raccolta dei dati Figura 6.
Poiché i cambiamenti spettrali correlati al passaggio dall'acido citrico monoidrato all'acido citrico anidro non si limitano a cambiamenti discreti, è possibile acquisire un approccio più olistico utilizzando l'analisi dei dati multivariati, che rifletta i cambiamenti spettrali sistematici con l'aumento della temperatura utilizzando l'analisi delle componenti principali ( PCA). Utilizzando l'analisi PCA sull'intero intervallo spettrale, si è riscontrato che il primo componente principale spiega il 90% della varianza dei dati nel corso dei 75 spettri raccolti. Un grafico a linee del punteggio di PC-1 rispetto allo spettro del campione mostra la stessa tendenza osservata seguendo un singolo picco e riflette i cambiamenti nello spettro Raman con la conversione dalla forma monoidrata alla forma anidra. La Figura 7 mostra la trama dei punteggi PC-1.
Qui mostriamo alcuni esempi del valore della spettroscopia Raman per monitorare e identificare diversi polimorfi. Abbiamo utilizzato il portatile i–Raman Plus con il software BWSP-21pt11 per il monitoraggio continuo e l'andamento della transizione da monoidrato ad anidro dell'acido citrico, con spettri raccolti ogni 15 secondi all'aumentare della temperatura.
- e. Smith e G. Dent, spettroscopia Raman moderna - Un approccio pratico, John Wiley and Sons, Hoboken, NJ, 2005.
- J. Huang e M. Dali, J. Farma. e anale biomedico. 86(2013) 92-99.
- M. Steindl et al, Chem. Ing. e Elaborazione 44(2005) 471-475.
- UN. Cailet, F. Puell, G. Fevotte, Chem. Ing. e Elaborazione 47(2008) 377-382.
Condividi l'applicazione
Download PDF