Tổng quan một số ứng dụng của quang phổ raman trong kiểm nghiệm dược phẩm

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ MAI LINH TỔNG QUAN MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA QUANG PHỔ RAMAN TRONG KIỂM NGHIỆM DƯỢC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI – 2014 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ MAI LINH TỔNG QUAN MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA QUANG PHỔ RAMAN TRONG KIỂM NGHIỆM DƯỢC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: Ths. Đặng Thị Ngọc Lan Bùi Việt Phương Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa phân tích và Độc chất Trường Đại học Dược Hà Nội Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung Ương HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến: ThS. Đặng Thị Ngọc Lan DS. Bùi Việt Phương là thầy cô đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và chia sẻ cho tôi những kinh nghiệm vô cùng quý báu để tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những góp ý, chỉnh sửa quý báu và kịp thời của DS. Bùi Văn Trung, Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung Ương, để hoàn chỉnh nghiên cứu này một cách tốt nhất. Tôi xin cảm ơn bộ môn Hóa phân tích và Độc chất đã tạo điều kiện cung cấp cho tôi các tài liệu cần thiết để hoàn thành khóa luận này. Tôi cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu, các phòng ban, các thầy cô giáo và cán bộ nhân viên trường đại học Dược Hà Nội – những người đã dạy bảo và trang bị cho tôi những kiến thức khoa học nền tảng suốt 5 năm học dưới mái trường này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn thân thương nhất đến gia đình, bạn bè, tập thể lớp N1K64 đã luôn ở bên động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thiện khóa luận. Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Mai Linh MỤC LỤC Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ và đồ thị ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ QUANG PHỔ RAMAN 3 1.1. Giới thiệu quang phổ Raman 3 1.1.1. Lịch sử phát triển 3 1.1.2. Một số ứng dụng phương pháp quang phổ Raman trong thực tiễn 4 1.2. Nguyên lý cơ bản của phổ Raman 5 1.2.1. Thuyết cổ điển của hiệu ứng Raman 8 1.2.2. Thuyết lượng tử của hiệu ứng Raman 12 1.3. Nguyên tắc cấu tạo của thiết bị quang phổ Raman 13 1.3.1. Nguyên tắc hoạt động 13 1.3.2. Nguyên tắc cấu tạo cơ bản 14 1.4. Ưu nhược điểm của phương pháp quang phổ Raman 24 1.4.1. Ưu điểm 24 1.4.2. Nhược điểm và các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình đo phổ 27 CHƯƠNG II. ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH DƯỢC 29 2.1. Phân tích định tính 29 2.2. Phân tích định lượng 30 2.3. Ứng dụng chung của phương pháp phân tích phổ Raman trong ngành dược………………………………………………………………………… 35 2.4. Ứng dụng phương pháp quang phổ Raman trong kiểm tra, giám sát chất lượng thuốc. 38 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 46 1. Kết luận 46 2. Đề xuất 46 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT API Active Pharmaceutical Ingredients Dược chất có hoạt tính CCD Charge-coupled device Thiết bị tích điện kép FT Fourier Transform Biến đổi Fourier MS Mass spectrometry Khối phổ NMR Nuclear magnetic resonance Cộng hưởng từ hạt nhân NIR Near Infrared Hồng ngoại gần IR Infrared Hồng ngoại S/N Signal-to-noise Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu TLTK Tài liệu tham khảo UV-VIS Ultraviolet–visible Tử ngoại-khả kiến DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Một số loại nguồn laser sử dụng trong công nghệ dược phẩm…………………………………………………………………………16 Bảng 2.1. Tổng quan về một số quy trình định lượng dược phẩm bằng phổ Raman đã được công bố từ năm 2002-2006…………………………………31 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1. Các thành phần thu được sau khi cho ánh sáng kích thích đến mẫu……………………………………………………………………… … 6 Hình 1.2 .Tán xạ Raman Stokes và anti-Stokes.m, n, r: các mức năng lượng……………………………………………………………………… …7 Hình 1.3. Tán xạ Stokes và đối Stokes của CCl 4 ………………………… 10 Hình 1.4. Sự thay đổi của các ellip phân cực trong quá trình dao động của phân tử CO 2 ………………………………………………………………….11 Hình 1.5. Sự thay đổi momen lưỡng cực α bởi các kiểu dao động 1 , 2 , 3 trong phân tử CO 2 ……………………………………………………………11 Hình 1.6. Cơ chế thay đổi mức năng lượng của tán xạ Stokes và tán xạ đối Stokes……………………………………………………………………… 12 Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ Raman…………………………….14 Hình 1.8. Đầu đo kéo dài giúp đo mẫu bên trong các bao bì đựng lớn, trong môi trường độc hại………………………………………………………… 17 Hình 1.9. Đầu đo nhanh giúp đo trực tiếp các mẫu đơn giản……………… 17 Hình 1.10. Bộ phận đựng mẫu hỗ trợ đo các mẫu dạng lỏng, mẫu viên…….18 Hình 1.11. Sơ đồ một detector CCD……………………………………… 20 Hình 1.12. Cấu hình 90 o (a) và cấu hình 180 o (b)…………………………….21 Hình 1.13.Máy quang phổ Raman để bàn được sản xuất bởi hãng Renishaw…………………………………………………………………….22 Hình 1.14. Máy quang phổ Raman cầm tay hãng NanoRam ® ………………23 Hình 1.15. Máy quang phổ Raman cầm tay TruScan RM của hãng Thermo Scientific…………………………………………………………………….23 Hình 1.16. Kết quả định tính của một mẫu từ máy Raman cầm tay……… 24 Hình 2.1. Công thức hóa học và phổ Raman của một số tá dược thường dùng, và một số API……………………………………………………………… 30 Hình 2.2. Tỷ lệ cường độ tín hiệu của hợp chất…………………………… 34 Hình 2.3. Phổ Raman shift Ibuprofen chuẩn……………………………… 40 Hình 2.4. Phổ Raman Shift Ibuprofen mẫu thử…………………………… 41 Hình 2.5. Sự chồng phổ mẫu chuẩn và phổ của một chế phẩm Ibuprofen trên thị trường………………………………………….…………………………42 Hình 2.6. Phổ Raman shift Sildenafil chuẩn……………………………… 43 Hình 2.7. Phổ Raman Shift Sildenafil mẫu thử…………………………… 44 Hình 2.8. Sự chồng phổ mẫu chuẩn và phổ của một chế phẩm Sildenafil trên thị trường…………………………………………………………………….45 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Bên cạnh các phương pháp phân tích quang phổ thông thường được sử dụng như phổ UV - VIS, phổ IR, khối phổ có một phương pháp phân tích quang phổ còn khá mới mẻ trong ngành Dược, đó là quang phổ Raman. Quang phổ Raman được ra đời từ những năm 30 của thế kỷ trước, nhưng do hạn chế về khoa học kỹ thuật mà nó phát triển khá chậm. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nhất là kỹ thuật laser, quang phổ Raman đang ngày càng phát triển và cho thấy nhiều ưu thế. Trên thế giới, phương pháp phân tích phổ Raman được áp dụng một cách hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau như hải quan, pháp y, khảo cổ học… trong đó có trong ngành Dược. Với ưu điểm nổi bật là phân tích nhanh, không làm hỏng mẫu, kỹ thuật đơn giản, dễ sử dụng đã mang lại nhiều tiềm năng lớn để khai thác kỹ thuật phổ này trong công tác phân tích, kiểm tra, giám sát chất lượng thuốc và công tác phòng chống thuốc giả với độ an toàn và hiệu quả cao. Vậy nên, những nghiên cứu trong khóa luận này được thực hiện với mong muốn đưa lại một cái nhìn tổng quan về phổ Raman và khả năng ứng dụng trong ngành Dược và đặc biệt trong kiểm nghiệm Dược phẩm, nhằm tạo một nền tảng cơ bản cho việc ứng dụng của quang phổ Raman trong điều kiện thực tế tại Việt Nam. Mục tiêu của khóa luận: 1. Tìm hiểu nguyên lý tổng quan về quang phổ Raman, nguyên tắc hoạt động, nguyên tắc cấu tạo và các bộ phận chính của máy quang phổ Raman. 2. Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp quang phổ Raman so với các phương pháp phân tích quang phổ khác. [...]... 1.3.2.3 Quang phổ kế [11], [28] Cũng như các loại quang phổ kế khác, quang phổ kế trong máy Raman có chức năng chính là phân tách ánh sáng dựa theo bước sóng (hoặc số sóng) được thể hiện trên phổ đồ Raman Có hai loại quang phổ kế đó là: quang phổ kế phân tán và quang phổ kế không phân tán Quang phổ kế phân tán dựa trên sự nhiễu xạ của các bức xạ tán xạ thông qua hệ cách tử Các quang phổ kế này được sử dụng. .. phân tích 1.1.2 Một số ứng dụng phương pháp quang phổ Raman trong thực tiễn Với sự phát triển mạnh mẽ như vậy, ngày nay quang phổ Raman không chỉ còn là phương pháp phân tích cơ bản sử dụng trong phòng thí nghiệm mà còn được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau Trong khoa học vật liệu, quang phổ Raman giúp xác định cấu trúc vật liệu, xác định thành phần cấu tạo trong hỗn hợp rắn Trong pháp y,...2 3 Phân tích khả năng ứng dụng thực tế của quang phổ Raman trong ngành Dược và khả năng áp dụng phương pháp quang phổ này trong công tác kiểm tra, giám sát chất lượng thuốc 3 Chương I TỔNG QUAN VỀ QUANG PHỔ RAMAN 1.1 Giới thiệu quang phổ Raman 1.1.1 Lịch sử phát triển Năm 1928, chỉ với các thiết bị đo đạc thô sơ, sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn kích thích, kính hiển... triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, các máy quang phổ Raman được phát triển với hiệu lực phân tích cao và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học khác nhau Các máy quang phổ Raman để bàn cho phép phân tích có độ chính xác cao, dải phổ rộng, độ phân giải tốt; máy quang phổ Raman cầm tay thì có kết cấu nhỏ gọn, phù hợp với việc đo mẫu tại hiện trường Một số máy quang phổ Raman đang được... nguồn laser, sự tiến bộ về công nghệ của detector, sự phát triển vượt bậc của các bộ lọc quang, sự cải tiến đáng kể về công nghệ phần mềm và ứng dụng của nó trong các phương pháp phân tích dữ liệu … mà quang phổ Raman được ứng dụng rộng rãi hơn Đặc biệt, với sự phát triển công nghệ nano, ngoài máy quang phổ Raman để bàn với hiệu lực phân tích rất cao, máy quang phổ Raman cầm tay đã ra đời và rất thuận... phổ Raman đang được thương mại hóa đó là: Hình 1.13 Máy quang phổ Raman để bàn được sản xuất bởi hãng Renishaw 23 Hình 1.14 Máy quang phổ Raman cầm tay hãng NanoRam® Hình 1.15 Máy quang phổ Raman cầm tay TruScan RM của hãng Thermo Scientific 24 Hình 1.16 Kết quả định tính của một mẫu từ máy Raman cầm tay 1.4 Ưu nhược điểm của phương pháp quang phổ Raman 1.4.1 Ưu điểm [1], [11], [14], [28]  Các phương... các thiết bị quang phổ Raman còn rất cao, nên nó rất khó để được sử dụng rộng rãi như một phép phân tích thông thường Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến phép đo phổ Raman đó là hiện tượng huỳnh quang, sự nóng lên của mẫu đo, sự hấp thụ phổ Raman bởi nền mẫu hoặc mẫu và ảnh hưởng của độ phân cực Nếu nền mẫu đo cho huỳnh quang, tín hiệu của phép đo sẽ có những thành phần huỳnh quang trong đó Tín... còn trong sản xuất dược phẩm thì việc cho kết quả sớm giúp chúng có những điều chỉnh kịp thời nhằm được những sản phẩm như ý muốn  Việc đo quang phổ Raman khá dễ dàng, vì vậy việc đào tạo để sử dụng được một thiết bị quang phổ Raman sẽ rất đơn giản, áp dụng được cho nhiều loại đối tượng phổ thông khác nhau mà không nhất thiết phải có kiến thức chuyên sâu Việc sử dụng dễ dàng như vậy giúp máy quang phổ. .. nói đến phổ dao động phân tử, quang phổ Raman và IR luôn có quan hệ mật thiết với nhau, có tính chất bổ sung cho nhau trong trong các phép phân tích xác định cấu trúc phân tử So với phương pháp quang phổ IR thì phương pháp phân tích phổ Raman có một số lợi thế hơn như sau:  Đối với các hợp chất hút ẩm và các hợp chất nhạy trong không khí, cho vào ống thủy tinh nút kín rồi thu phổ Raman, trong phổ IR... cấu tạo cơ bản Máy quang phổ Raman được phát triển bởi nhiều công ty, nhiều hãng sản xuất khác nhau Nhưng về cơ bản nó bao gồm năm bộ phận sau: Nguồn laser, bộ phận đựng mẫu, quang phổ kế, detector, hệ quang Hình 1.9 mô tả các bộ phận cơ bản của máy quang phổ Raman Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ Raman 1.3.2.1 Nguồn laser [11], [28] Khi sử dụng nguồn laser kích thích, vấn đề quan trọng nhất được . phân tích quang phổ thông thường được sử dụng như phổ UV - VIS, phổ IR, khối phổ có một phương pháp phân tích quang phổ còn khá mới mẻ trong ngành Dược, đó là quang phổ Raman. Quang phổ Raman. I. TỔNG QUAN VỀ QUANG PHỔ RAMAN 3 1.1. Giới thiệu quang phổ Raman 3 1.1.1. Lịch sử phát triển 3 1.1.2. Một số ứng dụng phương pháp quang phổ Raman trong thực tiễn 4 1.2. Nguyên lý cơ bản của. BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ MAI LINH TỔNG QUAN MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA QUANG PHỔ RAMAN TRONG KIỂM NGHIỆM DƯỢC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI – 2014