藥物制劑的開發(fā)需要耗費非常多的時間和精力，在藥品研發(fā)的整個生命周期中，藥品的質(zhì)量是最關鍵的步驟之一，藥品從研發(fā)到上市所涉及的研究與技術都要求快速且創(chuàng)新的鑒定技術。針對藥物晶型的研究中，大多數(shù)都是基于非光譜法（如X粉末衍射法、差示掃描量熱法、熱重分析法等），這些分析方法有其特定的優(yōu)勢，但在某些情況下也存在局限性。因此，作為一種補充，基于光學技術的分析方法越來越受到重視，拉曼光譜在藥物晶型研究方面的應用也越來越廣泛。拉曼光譜只需少量樣品且不破壞樣品，快速且方便的對藥物進行檢測與分析，可實現(xiàn)藥物晶型無損研究，因此特別受到分析人員的青睞。

關于拉曼光譜檢測技術

基本理論知識：光散射是自然界常見的現(xiàn)象，當一束光照射在物質(zhì)上時，大部分的光被物質(zhì)反射或透過物質(zhì)，另一部分光被物質(zhì)向四周散射。拉曼光譜是一種無損的光散射分析技術，激光光源的高強度入射光被分子散射時，大多數(shù)散射光與入射激光具有相同的波長（顏色），不能提供有用的信息，這種散射稱為瑞利散射。然而，還有極小一部分（大約1/109）散射光的波長（顏色）與入射光不同，其波長的改變由測試樣品（所謂散射物質(zhì)）的化學結構所決定，這部分散射光稱為拉曼散射。

拉曼顯微光譜儀

激光拉曼光譜儀系統(tǒng)由一個或多個激光波長作為激發(fā)光源，激光束通過激光傳輸光路引到被測樣品上，并通過顯微鏡投聚焦到一點，激光激發(fā)出樣品的拉曼散射信號通過儀器中的信號光路送到光譜儀，分光得到光譜，最后由光譜儀出口處的光電探測器（光電倍增管或CCD）將光譜信號轉換為電信號，經(jīng)專門的計算機軟件處理后顯示拉曼光譜結果，進一步輸出，供分析和研究用。拉曼光譜得到的是物質(zhì)分子震動的頻譜，也是物質(zhì)的指紋性信息，即每一種物質(zhì)都有自己特征的拉曼譜圖。

我們能夠獲取到什么信息？

拉曼光譜能夠探測材料的化學結構，它提供的信息包括：

? 藥物片劑中化合物的分布；

? 藥品生產(chǎn)工藝；

? 混和的均一性；

? 批量篩分檢驗；

? API濃度；

? 粉末的組成和純度；

? 原料的核實；

? 多形態(tài)分析；

? 結晶度分析；

? 污染物鑒別；

? 組合化學；

拉曼圖譜的構成

一張拉曼圖譜通常分布著多個拉曼峰，每個拉曼峰代表了相應的拉曼位移和強度，每個譜峰對應了一種特定的分子鍵震動。在拉曼圖譜中，橫坐標是拉曼位移，縱坐標是散射光的強度。

一般而言，拉曼光譜是特定分子或材料獨有的化學指紋，能夠用于快速確認材料種類或者區(qū)分不同的材料。在拉曼光譜數(shù)據(jù)庫中包含著數(shù)千條光譜，通過快速搜索，找到與被分析物質(zhì)相匹配的光譜數(shù)據(jù)，即可鑒別被分析物質(zhì)。

圖：L-谷氨酸水溶液、α晶型懸濁液和β晶型懸濁液的拉曼譜圖

圖源：墨玉欣. 拉曼光譜在L-谷氨酸多晶型定量分析中的應用研究[J]. 化學工程師, 2013(08):31-33.

拉曼成像

當與拉曼成像系統(tǒng)相結合時，可以基于樣品的多條拉曼光譜來生成拉曼成像。這些成像可以用于展示不同化學成分、相與形態(tài)以及結晶度的分布。一般在拉曼光譜成像實驗中，樣品移動和光譜采集都是連續(xù)進行的。根據(jù)用戶定義的區(qū)域范圍重復數(shù)百、數(shù)千甚至數(shù)百萬次采集數(shù)據(jù)。應用拉曼成像，即時的圖譜結果可以通過多種數(shù)學運算轉換為樣品組分圖像。拉曼光譜成像對于藥物研究領域是非常有價值的技術，因為它能夠顯示出普通的光學顯微鏡下觀察不到的化學成分分布。

藥物片劑上0.6 mm *2.4 mm區(qū)域的拉曼光譜成像，圖中顯示阿司匹林（紅色）、撲熱息痛（藍色）和纖維素（黃色）在藥片中的分布情況。

拉曼光譜能夠用于分析什么類型的藥物？

通過設備可以對固體制劑、粉末制劑、液體制劑、乳軟膏、鼻吸入劑、混懸劑等藥品成分進行分析。氣體樣品雖然也可以通過拉曼光譜進行分析，但是由于氣體的分子密度特別低，所以測量氣體的拉曼光譜相對較難，通常需要用到大功率激光器和較長路徑的樣品池。

拉曼光譜可以分析多組分物質(zhì)或水溶液劑型嗎？

從某個樣品獲取的拉曼光譜包含了測試體積（激光照射到的體積）內(nèi)所有物質(zhì)的信息。因此，混合物的拉曼光譜中包含了代表測試體積內(nèi)所有不同分子的拉曼信號。如果混合樣品的各種成分是已知的，那么根據(jù)相對峰強可以衡量混合物組分的相對含量。

拉曼光譜非常適合用于分析含水樣品，包括溶液、混懸液等。水分子的拉曼散射截面非常小，所以拉曼散射強度也比其他分子弱很多；此外，水分子的拉曼光譜也非常簡單，只有為數(shù)不多的幾個拉曼峰，對于溶解物質(zhì)的拉曼峰干擾甚小。在結晶溶液中看到的晶體通過拉曼可直接快速地判斷其晶型與形態(tài)。

在大多數(shù)情況下，即便水分子在數(shù)量上占據(jù)很大優(yōu)勢，溶質(zhì)的拉曼峰強度都比水的拉曼峰強度大得多。近紅外和紅外光譜有著很強的水分子吸收，因此，當使用這兩種光譜儀器測量與水有關的樣品比如水溶液、混懸液、含水的wet mess, slurries，水的信號會掩蓋住其他成分，造成無法獲得有用的信息。而水的拉曼散射是非常弱的，一般不會對溶液中的藥物或其他物質(zhì)的光譜造成任何干擾，因而，分析水溶液中的溶質(zhì)是輕而易舉的事情。這也是拉曼光譜儀應用的主要優(yōu)點之一?；鞈乙嚎芍苯佑糜诶鼫y量，不需要任何樣品處理。即使有著大量的水的存在，從混懸液的拉曼圖譜也可以很明顯地看出所含有物質(zhì)的化學成分和晶型，因為水的拉曼散射信號非常弱，基本不對藥物的測量造成干擾。

拉曼光譜技術的優(yōu)勢有哪些？

拉曼光譜是一種強有力的分析技術，與其它常規(guī)分析技術相比，它具有很多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

>>豐富的化學/分子分析

拉曼光譜包含的信息非常豐富，通過探測化學鍵的振動，它可以從分子層面給出樣品的化學結構特征。借助于拉曼光譜數(shù)據(jù)庫，拉曼光譜可以用來表征材料的組成，也可快速對未知材料進行定性分析。

>>精準（結晶度、多晶型、相變）

除了一般的材料的鑒定和表征之外，拉曼光譜還可以提供更精細的信息，如結晶度、多晶型、相變、應力、蛋白質(zhì)二級結構以及氫鍵等。

>>高效

拉曼光譜是一種非?？焖俚姆治龇椒?，數(shù)據(jù)采集時間相對較短，一般情況下僅需要幾秒鐘即可得到一條優(yōu)質(zhì)的光譜。并且不需要使用有機溶劑，同時樣品制備步驟較短或無需制備。

>>無需樣品制備

與很多其他分析技術不同的是，拉曼分析無需預先對樣品進行溶解、研磨、玻璃化、壓片之類的處理。并且無論是固體、液體、粉末、漿狀物或者氣體樣品，都可以在它們的本征狀態(tài)下直接進行測試。

>>無損傷

拉曼光譜是完全無損傷的技術——它是非接觸的、無損傷的，并且無需樣品制備。因而，它可以用于藥物晶型分析，特別是需要保持樣品原貌以備繼續(xù)使用其它技術手段進行分析的樣品。

>>樣品需求量少

相比于其他幾種研究方法，拉曼光譜所需的樣品數(shù)量更少。

>>顯微空間分辨率

使用共焦顯微拉曼光譜儀，能夠在亞微米量級的空間分辨率上實現(xiàn)高靈敏度的顯微分析。因此，可以方便的對單個顆粒，或者樣品上特定的區(qū)域進行分析。顯微拉曼光譜保留了以上所述的其它所有優(yōu)勢。

>>設備維護簡單

拉曼光譜儀器穩(wěn)固，體積適中，在平時的使用過程中，只需要定期進行簡單維護，維護成本低，同時設備使用簡單。

>>適合原位、離體和活體分析

因為拉曼光譜是非接觸無損技術，所以特別適合真正的原位分析。它可以用來在反應器皿內(nèi)監(jiān)控化學反應，并且不會干擾反應的進行。水對拉曼光譜的影響微弱使得它可以用來進行離體的或者在體的活體分析。

拉曼光譜技術如何進行藥物晶型研究

拉曼光譜技術在藥物固態(tài)特征分析方面應用廣泛，可以用于藥物的成鹽形式、水合物、晶型、光學異構體等方面的研究，在大多數(shù)情況下拉曼光譜對于藥物分子的骨架結構、空間排列變化（晶型和結晶度）是很敏感的。一般而言，晶體材料的拉曼光譜擁有尖銳、高強度的拉曼峰，而非晶材料的拉曼峰大多很寬，強度較低。通過拉曼光譜分析速度快，且對藥物具有指紋性，可以應用于分子結構研究，因此也可以用于藥物輔料的質(zhì)量控制及現(xiàn)場快檢。2020版《中國藥典》在《藥品晶型研究及晶型質(zhì)量控制指導》原則中也加入了拉曼光譜法作為研究方法之一。

通過軟件對拉曼峰進行擬合，可以較為準確地計算出峰的半高寬和強度，再和其它技術方法比較和校正，可以用來作為定量測量結晶度的方法。通過拉曼成像進行類似的分析，可以做出結晶度的分布圖像。

拉曼光譜還能夠解決一些逆向工程分析中的疑難點比如藥物活性成分（API）的晶型鑒定、原研制劑的成分確定以及工藝參數(shù)的解析，如API分布、包衣層厚度、包衣層數(shù)、生產(chǎn)工藝以及與溶出特性有函數(shù)關聯(lián)的空間分布等。

結語

拉曼光譜技術除了對原料藥的不同晶型實現(xiàn)定性研究，也可用于片劑中藥物活性的不同晶型進行定性研究，還可以進行多晶型定量分析，拉曼光譜技術在藥物晶型問題的研究上表現(xiàn)出巨大的潛力，為藥物晶型問題的研究提供了更為廣闊的思路和角度，當采用拉曼光譜技術對藥物晶型進行研究時，品種的特異性、儀器的分辨率及測試條件的選擇往往覺得拉曼光譜是否能實現(xiàn)有效檢測的重要因素。