Quang phổ raman trong ngành dược

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, 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, người ta sử dụng quang phổ Raman như một công cụ hiệu quả để tìm ra các chất độc hại, gây tử vong hoặc dùng phương pháp phổ Raman để bổ sung khẳng định kết luận pháp y. Trong khảo cổ học, người ta dùng phổ Raman để tìm ra các kim loại, đá quý, xác định nguồn gốc các cổ vật… Trong hải quan, phổ Raman dùng để kiểm tra nhanh phát hiện các chất cấm như ma túy, chất gây nghiện, hướng thần, chất kích thích.

• Nguyên lý cơ bản của quang phổ Raman 

Khi chiếu chùm bức xạ tán xạ vào một tấm kính ảnh thì nhận được một dải vạch khác nhau, gọi là phổ Raman. Trong phổ Raman có một vạch đậm ở giữa có tần số v_o bằng tần số của bức xạ kích thích, còn ở hai bên là các vạch đối xứng nhau có tần số lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Các vạch có tần số v_o­ – v gọi là « tán xạ Stokes », còn vạch có tần số  v_o + v gọi là  « tán xạ đối Stokes » [1]. Quang phổ Raman xuất hiện là do sự tương tác giữa ánh sáng với các phân tử. Qua sự tương tác này mà lớp vỏ electron của các nguyên tử trong phân tử bị biến dạng tuần hoàn. Hay nói cách khác là nguyên tử trong phân tử bị dao động. Sự dao động này cần năng lượng lấy ra từ năng lượng của bức xạ kích thích ban đầu, nhưng khi dao động thì đồng thời nó cũng bức xạ năng lượng trở lại, nhưng năng lượng bức xạ có thể bằng hoặc lớn hơn hay nhỏ hơn năng lượng mà bức xạ kích thích cung cấp cho nó.

Hiện nay, cùng với sự phát 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 có kết cấu nhỏ gọn, phù hợp với việc đo mẫu tại hiện trường. Một số máy quang phổ Raman đang được thương mại hóa đó là:

Hình 1. Máy quang phổ Raman để bàn (LabRAM HR 800 được sản xuất bởi hãng Horiba Jobin Yvon của Pháp)

Hình 2. Máy quang phổ Raman cầm tay hãng NanoRam® ; Kết quả định tính của một mẫu từ máy Raman cầm tay

• Ưu điểm, nhược điểm của quang phổ Raman

Ưu điểm :

– Phương pháp quang phổ Raman hầu như không yêu cầu việc chuẩn bị mẫu, vì vậy mà tiết kiệm thời gian, không cần sử dụng thêm các dụng cụ bổ trợ khác, tiết kiệm công sức và tiết kiệm chi phí.

– Có thể đo phổ Raman trực tiếp xuyên qua các bao bì đựng, các chai lọ thủy tinh, các vỏ bao film … mà không cần xâm lấn vào các cấu tạo bên trong mẫu, không làm hỏng cấu tạo của thành phẩm.

-Sự ra đời của thiết bị FT-Raman với độ lặp lại cao tạo điều kiện cho sự phát triển các đầu thu có khẩu độ lớn, cho phép tia laser tập trung được vào một số lượng mẫu lớn hơn.

– 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 thì ống thủy tinh hấp thu bức xạ IR. Đo phổ trong dung dịch nước trong Raman dễ hơn IR, vì nước có tán xạ Raman rất yếu, trong khi nước cho phổ hồng ngoại mạnh.

– Việc sử dụng dễ dàng như vậy giúp cho máy quang phổ Raman ngày càng được phổ cập hơn, phương pháp phân tích phổ Raman được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau hơn, nhất là trong công tác hải quang và pháp y, những ngành cần phải cho kết quả sàng lọc nhanh, độ tin cậy cao.

Nhược điểm và các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình đo phổ

– 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.

-Nền mẫu đo cho huỳnh quang, tín hiệu của phép đo sẽ có thêm những thành phần huỳnh quang đó.

– Quá trình chiếu laser kích thích, có thể làm nóng mẫu và gây ra một loạt các ảnh hưởng như làm thay đổi trạng thái vật lý của mẫu (nóng chảy), chuyển đổi dạng thù hình, đốt cháy hoặc làm phân hủy mẫu.

• Ứng dụng quang phổ Raman trong ngành Dược

Quang phổ Raman đang trở nên phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau của ngành Dược. Cũng như quang phổ IR, nó cung cấp các thông tin về dải dao động cơ bản (vùng vân tay), cung cấp các phép phân tích định tính với độ chính xác cao. Nó cũng là phương pháp bổ sung cho những phương pháp phân tích hiện có như NMR, MS và các phép phân tích nguyên tố khác. Việc xác định nhanh các hợp chất trong hỗn hợp thuốc, các hoạt chất và tá dược, các chất gây ô nhiễm, các đặc tính về cấu trúc của nguyên liệu và các thông tin về các thành phần trong các quá trình pha trộn tạo nên công thức thuốc… có thể được làm sáng tỏ thông qua kỹ thuật phổ Raman [2].

Một số dược phẩm đã được nghiên cứu bởi phương pháp quang phổ Raman như acebutolol, alprenolol, acetaminophen, amilorid, amoxycillin, amphetamin và các hợp chất liên quan, amphotericin A/B, anisodamin, arterenol, aspirin, azithromycin, bucindolol, calci carbonat và glycine, cimetidin, ciprofloxacin, cocain, diclofenac, fluconazol, fluocortolon, ibuprofen, isoniazid, isosorbid, lamivudin, nicotinamid, quinin, ranitidin, sildenafil, spironolacton, strychnin, sulfamerazin, sulfadiazin, triamteren, trifluoperazin.

Để kiểm soát hoạt động sản xuất dược phẩm đòi hỏi phải biết các tính chất vật lý cũng như tính chất hóa học, công thức bào chế của tất cả các phân đoạn trong quá trình sản xuất. Chính vì vậy, các nhà nghiên cứu dược phẩm đã thừa nhận các tiện ích không phá hủy mẫu của phương pháp quang phổ Raman và xem nó như một công cụ tiềm năng để ứng dụng trong các quy trình phân tích hiện đại, nhằm mục tiêu xác định thành phần thuốc và giám sát quá trình chuyển đổi đa hình. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu còn cho thấy quang phổ Raman có thể được sử dụng trong phép định lượng, kiểm tra chất lượng trong dây chuyền sản xuất mà không ảnh hưởng đến quá 30 trình sản xuất cũng như xác định các thành phần dược phẩm trong viên nang xuyên qua màng gelatin mà không cần phải bóc viên . Quang phổ Raman sử dụng nguồn kích thích laser NIR là một phương pháp xác định nhanh các mẫu dược phẩm. Tán xạ Raman xuyên qua lớp vỉ và thu dữ liệu phổ trực tiếp về công thức thuốc từ bên trong viên nang và từ viên nang bên trong vỉ thuốc. Một điều đáng lưu ý là phương pháp Raman đang được sử dụng như là phương pháp phân tích để bổ sung hoặc thay thế các phương pháp quang phổ hiện nay. Và kỹ thuật Raman cũng đang được xem như một phương pháp rất có khả năng thay thế các kỹ thuật phân tích cơ bản.

Quang phổ Raman và các máy quang phổ Raman đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. Một số quốc gia như Mỹ, Anh… đã đưa phương pháp phân tích phổ Raman vào dược điển và từ đó phương pháp này đã trở thành một trong những cơ sở pháp lý để kết luận về chất lượng thuốc. Riêng ở Việt Nam, phương pháp này mới chỉ được nghiên cứu ít ỏi ở một số ngành khoa học cơ bản. Trong lĩnh vực Dược, quang phổ Raman ngày càng đóng vai trò quan trọng, trong công tác kiểm tra giám sát chất lượng thuốc và phòng chống thuốc giả.

            ThS. Đào Thị Cẩm Minh

Tài liệu tham khảo

1. Đoàn Cao Sơn, Thái Nguyễn Hùng Thu, Trần Việt Hùng, Bùi Văn Trung, Đặng Thị Ngọc Lan (2016), Ứng dụng phương pháp quang phổ Raman và cận hồng ngoại trong kiểm ngiệm thuốc, Nhà xuất bản giáo dục.

2.Sasic S. (2008), Pharmaceutical applications of Raman spectroscopy, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey.