ケーススタディ:
赤外分光法を用いた偽造医薬品検出

分光法とは？

分光学とは、物質と電磁波の相互作用を研究する学問です。分光法のアプリケーションでは、試料中の特定の分子化合物を放射線からの発光や吸収を利用して検出する場合があります。

分光法には、ラマン分光法、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、赤外線 (IR) 吸収法などの異なる種類があります。ラマン分光法は、試料中の分子の回転または振動の遷移に伴う光の散乱を利用したものです。

ラマン効果を受ける光子は非常に少ないため、長時間露光した場合やレーザーのような非常に強い光源を用いた場合にのみ、許容できるスペクトルが得られます。¹ 放射される波長は、ごく一部を除き、入射光と同じです。この少量の放射線をレンズで集め、コリメーターを通過させ、さらに入射スリットを通過させて、入射する多色光を制限します。その後、ミラーがその光を回折格子などの分散素子にコリメートします。回折格子は、レーザー波長のフィルタリングにも役立ちます。もう1つのミラーは、選択された波長域を検出器に集光します (Figure 1)。  

Figure 1: 広帯域レーザー光源で試料を照射。携帯型の分光器の中にミラーや回折格子を組み込むことで、未知の物質の同定を可能にする。

ラマン分光器: 携帯型薬物分析装置

法医学者は、分光技術を用いて偽造麻薬に含まれる特定の化学化合物を同定します。ラマン装置は、スピード、コスト効果、非破壊分析の点から、現場での使用に有利です。² 携帯型のラマン分光器は、現場に持ち運び一般的な異性体の同定に迅速に使用することができます (Figure 2)。異性体とは、分子式が同じで原子の空間的な配置が異なる分子のことです。³ 違法薬物では、異性体は特定の薬物を模倣するために使用されることから、アナログ (ドラッグ) とも呼ばれます。このアナログは、分光器で認識されるまで検出されないことがあります。フェンタニル、カルフェンタニル、ブチルフェンタニルなどの特定の異性体は、違法薬物に含まれ、非アナログの半分から10,000倍の効力を持ちます。²

ラマン分光器は、現場での検査には迅速かつ効果的ですが、すべての化合物を捕らえることはできないため、試料を研究室に持ち込みFTIR分光器を用いてさらに検査する必要があります。  

Figure 2: 携帯型分光器は一般に法医学者によって現場に持ち込まれる。

FTIR分光器: 研究室における精密測定

FTIRは、ライフサイエンス分野で使用される分光法の1つです。FTIRという名称は、数学・物理学者のジャン・バティスト・ジョセフ・フーリエが、関数を異なる周波数の余弦関数と正弦関数からなる別形式に変換する方法を開発したことに由来しています。これは、一般にFTIR分析に使用されます。

FTIR分光器は、物質の中に含まれる化合物を識別するために利用されています。この装置の主な構成要素は、光源、干渉計、試料室、検出器、増幅器、A/D変換器、およびコンピューターです。⁴ 下のFigure 3は、この構成要素を用いたセットアップです。

Figure 3: マイケルソン干渉計構成内のFTIR分光器の概略図。

使用される干渉計は、広帯域光源、2枚のミラー、ビームスプリッターから成るマイケルソン干渉計の構成が一般的です。この構成では、最初の光線を半分に分割し、一方を固定されたミラーに、もう一方を移動するミラーに送り、その後再び結合させます。再結合したビームは、薬物試料を通過して検出器に到達します。移動するミラーの位置を調整することによって、2つのビームの光路差による相殺的干渉のため、個々の波長を周期的に透過または遮断することができます。⁴ これにより、分光器は光源のスペクトルを変化させることができ、どの波長が試料に吸収されるのかを確認することができます。フーリエ変換は、記録された各ミラーの位置の透過率を用いて波長ごとの吸収率を求め、これによって試料の化学組成を特定します。

研究室では、科学者たちがFTIR分光器が提供する精密なビーム分割技術を用いることで、薬物の特定の異性体や重水素化アナログを解読することができます。分光器は、バックグラウンドで検出された波長をインターフェログラムとして出力し、試料の単一ビームスペクトルを収集します。これには、バックグラウンドと同様に試料からの吸収帯も含まれています。この2つのグラフを解析し、最終的に単一ビームの試料スペクトルとバックグラウンドスペクトルの比率として1つのグラフに統合し、完全な試料スペクトルを表示します (Figure 4)。⁴

Figure 4: バックグラウンドのIRスペクトルのサンプル。その後、試料の完全な単一ビームスペクトルに変換する。⁴

FTIR分光器は、有害な薬剤化合物を検出できるだけでなく、製薬業界においても重要な役割を担っています。製薬会社は、製品の開発から製造に至るまで、厳格な試験と製造ガイドラインに従うことが求められています。⁵