株式会社堀場製作所 中田 靖
HORIBA Jobin Yvon S.A.S Emmanuel FROIGNEUX
Readout No.41 September 2013

ラマン分光法は,試料の状態や測定の目的に合わせて,多くの測定手法が開発されている。特に顕微ラマン分光法の急速な普及に伴い,ここ数十年で感度は数桁のオーダーで向上している。特にラマンイメージングのいくつかの新しい技術が開発され,新しい分析分野に適用されつつある。ここでは,最近話題のトピックスから,新しい分析手法の適用例を解説する。これらの分析手法に対応するHORIBA顕微ラマン分光装置のアクセサリーと機能についても紹介する。

はじめに

1966年にDelhayeらが,ラマン分光法における顕微鏡システムの効果を示してから,その感度は数桁も向上している[1,2]。その結果,顕微ラマン分光法は広く使われるようになり,研究分野の最先端において,さらなる進歩を続けている。ここでは,最新トピックスへの応用例と,その分析を支えるテクノロジーの進歩について紹介する。


医薬品化合物評価への応用

顕微ラマン分光法は,医薬品分野において,広く利用されている強力な分析ツールで,非破壊で,迅速で,応用範囲の広い化学同定法である。光学顕微鏡とのコンビネーションにより,単一の粒子や結晶のような,わずかな物質量を分析することが得意で,マッピング測定によって試料中の成分分布を観察することもできる。特に補形剤と活性医薬品(API )であれば数秒で分析することができ,スペクトルライブラリを使って簡単に化学同定を行うことができる。さらに,同じ分子構造を持ちながら1つ以上の結晶形(結晶多形)をもつ物質のわずかな構造変化や結晶性も,ラマン分光法を使って調べることができる。結晶多形も結晶性も医薬品の溶解性や効能に強い影響を与えることがあり,医薬品の開発と製造において重要な分析手法となっている。

医薬品錠剤のマッピングはラマン分光の重要な役割であり,錠剤成分の不均一性評価や,補形剤とAPIの分布および,その粒子サイズを調べるために広く使われている。マッピング面積の適用範囲は広く,錠剤全体のおよその様子を迅速に観察することもあれば,個々の粒子の解析や相の界面の詳細を調べるために数十μmの範囲で測定する場合もある。そこで,SWIFTやDuoScan(後述)といった新しい技術が開発され,今まで数日から数週間かかっていた測定が数分から数時間で可能になってきた。医薬品錠剤には,治療効果を示す薬剤(API )以外にも数種類の成分が含まれている。これらの成分は,錠剤成型を容易にするための増量剤や,混合や凝結時の滑剤として使用される。

錠剤マッピングの例

錠剤マッピングの例として,アスピリンを含む鎮痛剤の高速ラマン・マッピングの結果をFigure 2に示す。測定は,

  1. 錠剤全体を測定するために空間分解能を下げた大面積マッピング
  2. 個々の粒子および結晶の詳細を分析する微小面積・高空間分解能マッピング
  3. その中間領域のマッピング

の3段階で行った。錠剤全体のマップイメージ(1)では,7×18 mm2の面積を50,910の測定点で構成している。主成分であるアスピリン(青),パラセタモル(緑),カフェイン(赤)と,これに加えて錠剤のコー ティング(紫)が観測されている。さらに空間分解能を上げたイメージ(2)では,第4の成分であるセルロース(黄)が,錠剤の全領域にわたって小さく細かく離散的に分布している様子がわかる。最後のイメージ(3)では,2 μmステップで全90,601データ点を測定している。黄色で示す個々のセルロース粒子の大きさと形がはっきりと観察することができる。また,これら4成分のスペクトル波形も示す。それぞれ特徴的な波形を示すことから,ラマン分光を使うことでこれらの成分を簡単に識別できることがわかる。

透過型ラマン分光法(TRS)

顕微ラマン・マッピングは通常,後方散乱光を測定し,高空間分解能で表面を測定するのに適している。共焦点光学系のおかげで数μmの厚みで表面の成分分布とその比率を測定することができる。一方,錠剤中成分の均一性や結晶多形のバルク分析は透過型ラマン分光法(TRS)[3,4]によって測定することができる。TRSも非接触・非侵襲・非破壊で測定できる。試料の前処理も必要ない。
特に重要なのは,錠剤中の粒子径の影響,錠剤の均一性,試料に対する測定方向によってほとんど変化しないことである。それゆえ,非常に再現性よく試料全体の成分比率を測定できる。Figure 3では,不均一な成分分布を持つ錠剤の例として,表側がAPI (プロプラノロール)で,裏側が補形剤(exipient)であるマンニトールで構成される二層錠剤の顕微ラマン・マッピングとTRS測定の結果を比較している。測定は錠剤の表側と裏側で測定した。

Figure 3(A)は,両側を測定した青と赤のスペクトルが異なっている。これは,顕微ラマン分光法が表面だけの情報を測定しているからである。一方,TRSでは,照射光が試料錠剤の全厚みを透過して分析するため,Figure 3(B)に示すように,両側のどちらから測定してもスペクトルはよく一致している。TRSは,品質管理において,APIの濃度や多形の分析,結晶性,粉体組成および純度,成分均一性,固相形態について信頼性の高い情報得るための新しい有効手段である。

Figure 3? Comparison between Raman micro mapping?A?and TRS?B?for a two-layer tablet. Blue line is API side spectrum. Red line is expieut side spectrum.
Figure 3? Comparison between Raman micro mapping?A?and TRS?B?for a two-layer tablet. Blue line is API side spectrum. Red line is expieut side spectrum.

 カーボン材料への応用