Tests d'identification des matières premières par spectroscopie NIR et spectroscopie Raman

1. Directives PIC/S GMP

Les tendances internationales en matière d'assurance qualité des médicaments ont considérablement changé ces dernières années. Il est désormais demandé que les mesures d'assurance qualité à l'étranger soient également mises en œuvre au Japon. Le besoin accru de coopération internationale et d'échange d'informations en matière de GMP^*1 entraîne une demande de systèmes de mise en œuvre commerciale plus avancés.
Dans ces circonstances, le ministère japonais de la Santé, du Travail et du Bien-être a demandé son adhésion au PIC/S^*2 en mars 2012. Comme les futures inspections GMP seront basées sur les directives PIC/S GMP, les laboratoires d'analyse doivent s'y conformer le plus rapidement possible.
Les directives PIC/S GMP exigent des tests d'acceptation sur toutes les matières premières. La spectroscopie NIR et la spectroscopie Raman attirent l'attention en tant que méthodes d'inspection adaptées aux tests d'identification sur site efficaces. Actuellement, la Pharmacopée Japonaise (JP) prescrit la spectroscopie NIR. En revanche, la Pharmacopée Américaine (USP) et la Pharmacopée Européenne (EP) prescrivent la spectroscopie Raman. Presque toutes les grandes entreprises pharmaceutiques des pays autres que le Japon utilisent la spectroscopie Raman pour l'identification des matières premières reçues.

*1 GMP
C'est l'acronyme de Good Manufacturing Practice (Bonnes Pratiques de Fabrication). Les GMP offrent des directives de contrôle de fabrication et de contrôle qualité pour les médicaments et les quasi-médicaments. Il s'agit d'une norme édictée par le gouvernement et d'autres organisations publiques pour garantir la sécurité et la fiabilité. L'Ordonnance Ministérielle GMP prescrit les normes de validation relatives à la fabrication de médicaments et de quasi-médicaments et les conditions à respecter par les fabricants.

*2 PIC/S
C'est l'acronyme de Pharmaceutical Inspection Convention and Pharmaceutical Inspection Co-operation Scheme (Convention d'Inspection Pharmaceutique et Schéma de Coopération d'Inspection Pharmaceutique). En janvier 2013, 41 pays étaient membres, principalement des pays européens. Le PIC/S a pour but de fournir une norme harmonisée au niveau international et de concevoir un système d'assurance qualité pour la mise en œuvre continue de la conformité GMP pour les produits pharmaceutiques. Les Directives PIC/S GMP ont été publiées dans le cadre de ces activités.

2. Comparaison de la Spectroscopie NIR et de la Spectroscopie Raman

Comme la spectroscopie proche infrarouge (NIR) et la spectroscopie Raman obtiennent des spectres basés sur les vibrations moléculaires, elles permettent toutes deux une analyse qualitative.
Le terme "proche infrarouge" indique la lumière avec des longueurs d'onde entre 800 nm et 2500 nm (12500 à 4000 cm^-1 en nombre d'ondes). L'absorption apparaissant dans la région proche infrarouge implique des harmoniques superposés et des tons de combinaison provenant des vibrations normales et produit donc des pics plus larges et plus complexes que l'absorption dans la région moyenne infrarouge. De plus, comme l'intensité d'absorption est plus faible que dans la région moyenne infrarouge, les échantillons peuvent être mesurés directement sans être dilués avec du KBr ou d'autres agents.
En outre, des cellules en verre ou en quartz, qui sont chimiquement stables et faciles à utiliser, peuvent être utilisées pour la spectroscopie NIR car elles n'exhibent pratiquement aucune absorption dans la région proche infrarouge. Pour plus de détails sur la spectroscopie NIR, reportez-vous à "Mesure de la Région Proche Infrarouge et Considérations Associées" dans les volumes 9 et 10 de la LETTRE FTIR TALK.
Dans cet exemple d'analyse proche infrarouge, nous avons utilisé la sphère d'intégration NIR IntegratIR montrée dans la Fig. 1. Le Tableau 1 montre les conditions de mesure. Tous les types d'échantillons, y compris les poudres, les comprimés, les liquides et les pâtes, peuvent être placés sur la scène pour la mesure. Les échantillons peuvent également être mesurés lorsqu'ils sont contenus dans un sac en plastique ou une bouteille en verre.

Parallèlement, la spectroscopie Raman utilise la lumière laser visible ou proche infrarouge. Elle mesure la lumière diffusée par l'échantillon lorsqu'il est éclairé par une lumière d'une certaine longueur d'onde. Les spectres Raman sont tracés avec l'intensité de diffusion sur l'axe vertical et la différence de nombre d'ondes entre la lumière incidente et la lumière diffusée (le soi-disant décalage Raman) sur l'axe horizontal. Les unités de l'axe horizontal sont cm^-1, les mêmes que pour les spectres IR. Dans cet exemple, nous avons utilisé une longueur d'onde d'excitation de 785 nm et une résolution de 6,0 cm^-1 comme conditions de mesure. La spectroscopie Raman peut mesurer des échantillons contenus dans un sac en plastique ou un récipient en verre qui laisse passer la lumière, sans avoir besoin de déballer l'échantillon. Cependant, la mesure peut ne pas être possible avec certains matériaux de conteneurs et certaines épaisseurs de matériau.
Pour plus de détails sur les différences entre la spectroscopie Raman et la spectroscopie infrarouge, reportez-vous à la section Q&A de la LETTRE FTIR TALK Vol. 17.
Le Tableau 2 résume les caractéristiques de la spectroscopie NIR et de la spectroscopie Raman. Jusqu'à présent, nous avons abordé les points (1) et (2). La section 3 ci-dessous couvre les points (3) à (6) et présente des mesures d'échantillons réels.

Tableau 2 Comparaison de la Spectroscopie NIR et de la Spectroscopie Raman

3. Exemples de Mesure d'Échantillons par Spectroscopie NIR et Spectroscopie Raman

1) Formes spectrales et Échantillons inadaptés à la mesure (Tableau 2 (3)(4))
Nous avons analysé l'anatase de dioxyde de titane (TiO₂ anatase) et le carbonate de calcium (CaCO₃) comme exemples de composés inorganiques. Les résultats mesurés sont montrés dans la Fig. 2. Les composés inorganiques présentent une absorption faible dans la région proche infrarouge et produisent des pics larges. Sachez que, bien que non montré ici, des pics dérivés des groupes hydroxyle peuvent apparaître dans le spectre lorsque l'échantillon a absorbé de l'humidité.
En revanche, la spectroscopie Raman produit des pics nets, même pour les composés inorganiques. Une autre caractéristique de la spectroscopie Raman est que les pics dérivés des groupes hydroxyle ne sont pas facilement détectés.

Ensuite, nous avons mesuré le lactate monohydraté et la cellulose microcristalline comme exemples de composés organiques. Les résultats mesurés sont montrés dans la Fig. 3.
Une absorption NIR relativement forte a été détectée pour les composés organiques, mais les pics larges et les formes variées ont rendu l'évaluation difficile. En revanche, la spectroscopie Raman a produit des pics nets mais peut entraîner une ligne de base ascendante pour les échantillons fluorescents, tels que le lactate monohydraté. Il faut faire attention à l'évaluation des échantillons fluorescents avec une faible intensité de pic et peu de pics, tels que la cellulose microcristalline.

2) Effets de la Taille des Particules (Tableau 2 (5))
Pour étudier les effets de la taille des particules, nous avons mesuré l'acide stéarique avec différentes tailles de particules. Les résultats mesurés sont montrés dans la Fig. 4. Avec la spectroscopie NIR, les changements caractéristiques de la forme spectrale dus aux effets des propriétés physiques peuvent être utilisés non seulement pour l'analyse qualitative mais aussi pour obtenir des informations sur la taille des particules. La spectroscopie NIR est donc utilisée pour surveiller toutes les étapes de la fabrication des comprimés (acceptation des matières premières, pulvérisation, mélange, granulation, séchage, compression et enrobage). Dans cet exemple de mesures d'acide stéarique, la spectroscopie Raman, qui produit des pics clairs, est plus efficace pour l'identification des composants que la spectroscopie NIR. Cependant, la spectroscopie NIR fonctionne mieux pour déterminer les différences de taille des particules.

3) Effets des Conteneurs (Tableau 2 (6))
Nous avons ensuite mesuré du talc [Mg3(Si₄O₁₀)(OH)₂] scellé dans des sacs en plastique polyéthylène (PE), polypropylène (PP) et polyéthylène téréphtalate (PET). Les résultats de mesure par spectroscopie NIR sont montrés dans la Fig. 5, où la forme spectrale varie en fonction du matériau du conteneur. Pour cette raison, pour effectuer des tests d'acceptation des matières premières en utilisant la spectroscopie NIR, les données standard pour les critères d'acceptation doivent être enregistrées pour chaque matériau de conteneur. De plus, des franges d'interférence peuvent être vues dans le spectre NIR pour le sac PP. Celles-ci peuvent apparaître en raison de l'état et de l'épaisseur du sac et de la façon dont l'échantillon est emballé, et peuvent nuire à l'identification des pics.

Nous avons ensuite analysé du lactose contenu dans des sacs en polyéthylène (PE) de différentes épaisseurs. Les résultats de mesure sont montrés dans la Fig. 6. Dans les résultats de la spectroscopie NIR, des pics dérivés du PE sont observés et la forme spectrale change également en fonction de l'épaisseur du conteneur. En revanche, la spectroscopie Raman est peu affectée par le matériau ou l'épaisseur du conteneur, à condition que le matériau soit transparent à la lumière laser visible ou proche infrarouge.
Le Tableau 3 montre l'adéquation de différents conteneurs aux mesures par spectroscopie NIR et spectroscopie Raman.