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Nicolet Summit X FTIR光譜儀:異構物與多晶型的分析

2026/09/03

介紹

異構物與多晶型因具有高度差異的化學性質,因此受到製藥實驗室的高度重視。異構物是指具有相同化學式,但原子的結構排列方式不同的分子,因此會呈現不同的化學性質。多晶型同樣具有相同的化學式,但晶格排列方式不同,而不同的晶體形式也會導致不同的化學行為。

振動光譜技術廣泛應用於有機與無機化學物質的鑑定,這是因為分子振動對局部環境、結構及溶劑的差異相當敏感。傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)是一種簡單、非破壞性且成熟的振動光譜技術,可用於異構化學物質的鑑定。另一方面,拉曼光譜被認為是研究多晶型的有效工具,因為其對分子骨架鍵結的變化具有高度敏感性。

本研究利用 FTIR 光譜技術分析乙醯胺酚及其異構物等簡單分子,以及乙醯胺酚的不同多晶型。乙醯胺酚是一種常見的止痛與退燒藥,廣泛應用於非處方藥及處方藥配方中。其藥理特性與分子結構已有充分研究,因此非常適合作為測試分子。

材料與方法

本分析所使用的所有材料均購自 Sigma-Aldrich。

FTIR分析

FTIR 光譜使用配備氘化三甘胺酸硫酸鹽(DTGS)偵測器的 Thermo Scientific™ Nicolet™ Summit™ X FTIR 光譜儀進行採集。在每次實驗中,取少量樣品置於 Thermo Scientific™ Everest™ 鑽石衰減全反射(ATR)附件上進行分析。測量與數據分析皆使用 Thermo Scientific™ OMNIC™ Paradigm 軟體完成。圖1顯示完整的儀器配置,包括 Everest ATR 附件以及執行 OMNIC Paradigm 軟體的筆記型電腦。

圖1:Nicolet Summit X FTIR光譜儀及其軟體OMNIC Paradigm。

異構物的鑑定

本研究分析了乙醯胺酚的三種異構形式。圖2顯示其光譜及相對應的化學結構。仔細觀察500–1500 cm⁻¹的指紋區域可以發現,雖然三種光譜中存在一些相似的吸收峰,但也具有明顯不同的特徵峰,可用於鑑定及表徵這些分子。每張光譜皆使用 Everest 鑽石ATR附件,僅需極少量的樣品即可在數秒內完成採集,使此分析方法非常適合應用於原料以及最終產品的品質保證與品質管制。

圖2. OMNIC Paradigm 軟體畫面截圖,顯示乙醯胺酚的不同異構形式。

鑑定多晶型

雖然多晶型由相同的化合物組成,但已知在不同的物理條件下,會結晶形成各種不同的形態。藥品的功效高度取決於其多晶型,因此多晶型是新藥申請(NDA)及專利申請流程中的重要環節。在本研究中,將一滴對乙醯氨基酚溶解於乙醇中,並滴加至 Everest ATR 附件上。

利用 OMNIC Paradigm 軟體進行隨時間變化的數據採集,監測乙醇揮發過程中的光譜變化。初始光譜主要由乙醇溶劑的吸收峰所主導。乾燥約 10 分鐘後,可觀察到乾燥對乙醯氨基酚的光譜。隨後,光譜在數分鐘內轉變為第二種形式,並保持穩定(圖3)。這是由乾燥過程所造成的形態變化。圖3顯示OMNIC Paradigm 軟體的時間分析視窗;本研究觀察到的各種多晶型,其特徵峰分別位於800、1042及1500 cm⁻¹,並顯示於圖的上方。數據顯示,各多晶型的峰強度逐漸增加並趨於穩定。與多晶型ph1042對應的光譜則顯示於圖3的下方。

圖3. 對乙醯氨基酚光譜中各吸收峰於乾燥過程中的時間變化。

已知的一個現象是,相同的分子在不同的基材上可能會以略有不同的方式結晶。為了進一步探討此效應,使用紅外光窗測試了第二種變體。將對乙醯氨基酚沉積於紅外透明的聚乙烯薄膜上,並利用穿透光譜法監測乾燥過程。數分鐘後,光譜趨於穩定,其光譜特徵與兩次鑽石ATR測量結果相比呈現不同的圖譜。圖4顯示三種實驗的結果,包括短時間 ATR、長時間ATR以及穿透測量。

搜尋結果及已發表的文獻顯示,圖4中的光譜A對應於對乙醯氨基酚的非晶型,光譜B為單斜晶多晶型(Form 1),而光譜C為正交晶多晶型(Form 2)。本研究未進一步完整探討疏水性微孔薄膜上不同多晶型的形成過程,然而,紅外光譜對此形態變化所呈現的敏感度顯然相當顯著。

圖4. 在不同條件下製備的三種對乙醯氨基酚「終態」多晶型之指紋區光譜。光譜A對應於非晶型對乙醯氨基酚,光譜B為單斜晶型,而光譜C為正交晶型。

結論

本應用說明中證明,Nicolet Summit X光譜儀的高效能,結合Everest Diamond ATR附件的快速分析能力,可提供一套強大的工具,用於快速篩選、分類及分析對乙醯氨基酚等活性藥物成分的異構物與多晶型。

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