［坂本ら：日局医薬品の確認試験への適用を目指した遠赤外／テラヘルツ分光法の標準化に関する研究（第［医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス，PMDRS, 53（2）3 報），152〜159（2022）］］▲財団 Information
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報告書

令和２年度「日本薬局方の試験法等に関する研究」研究報告

日本薬局方医薬品の各条試験及び製造工程試験への適用を目指した遠赤外／テラヘルツ分光法の標準化に関する研究̶遠赤外／テラヘルツスペクトルを用いた市販医薬品（錠剤）の識別性評価（第３報）＊ 4̶
坂本 知昭＊1, ＊2, #，志村 啓＊3，愛甲 健二＊3，茂原 瑞希＊3

Study on Standardization of Far-infrared / Terahertz (THz) Spectroscopy for Application as an
Identification Test of Japanese Pharmacopoeia Pharmaceuticals― Spectral Distinguishability among Commercial Pharmaceuticals (Tablets) Using Far-infrared /THz Spectroscopy III ＊4 ―Tomoaki SAKAMOTO ＊1, ＊2, #, Kei SHIMURA ＊3, Kenji AIKO ＊3 and Mizuki MOHARA ＊3SummaryIn order to evaluate the applicability of terahertz spectroscopy to the Japanese Pharmacopoeia (JP) identification test,
the distinctiveness of the terahertz (THz) spectra among four Japanese Pharmacopoeia levofloxacin (LVFX) tablets wasexamined. As a result, although it is stated in the package insert that LVFX hemihydrate is used, a commercially available
formulation was found to contain a mixture of hemihydrate and monohydrate by THz spectral analysis. An analysis of thedehydration process of LVFX hemihydrate and monohydrate in a dry environment and comparison with the dehydration
process of tablets having similar components suggested that polymorphic conversion from hemihydrate to monohydrate
had occurred in LVFX tablets D during the manufacturing or storage process. The coexistence of monohydrate may
promote dehydration under a drying environment in general THz spectral measurements. Our findings suggest that THz
spectroscopy, which can sensitively detect pseudo-polymorphism, would be applicable for use not only as a JP
identification test, but also to check substandard drugs on the market.
Keywords
Terahertz spectroscopy, Qualitative analysis, Levofloxacin, Pseudo-polymorphs, Dehydration＊1

国立医薬品食品衛生研究所薬品部 神奈川県川崎市川崎区殿町 3‑25‑26（〒 210‑9501）
National Institute of Health Sciences, 3‑25‑26 Tonomachi, Kawasaki‑ku, Kawasaki City, Kanagawa 210‑9501, Japan＊ 2 静岡大学電子工学研究所 静岡県浜松市中区城北 3‑5‑1（〒 432‑8011）
Shizuoka University Research Institute of Electronics, 3‑5‑1 Johoku, Naka‑ku, Hamamatsu, Shizuoka 432‑8011, Japan＊ 3 株式会社日立ハイテク 茨城県ひたちなか市新光町 552‑53（〒 312‑8504）
Hitachi High‑Tech Corporation, 552‑53 Shinkocho, Hitachinaka‑shi, Ibaraki 312‑8504, Japan＊ 4 本研究は一般財団法人医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス財団の令和 2 年度「日本薬局方の試験法等に関する研究」事業により行ったものである# 責任著者 Corresponding author

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医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス

Vol. 53 No. 2（2022）

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［坂本ら：日局医薬品の確認試験への適用を目指した遠赤外／テラヘルツ分光法の標準化に関する研究（第 3 報）］

1

テラヘルツ（遠赤外）領域の電磁波の特性として，緒言ある種のプラスチックや医薬品に用いられるほとん

日本薬局方に収載される医薬品は，医薬品各条のどの有機化合物などの多くの材料に対して半透過的規格に適合することが品質基準として要求されていであることが挙げられる．このため，医薬品，化学る．しかしながら，原薬などの製剤原料の起原の違工業分野における製造工程管理ツールとして非破壊い，また製造工程の違いにより，医薬品各条の規格測定への適用が期待されている．ただし，医薬品の試験で見出すことが困難な品質因子や物性へ影響を錠剤を非破壊的に透過測定する場合では，分析種に与える因子が存在することもあるため，日本薬局方もよるが，概ね 1.5 THz より低周波数側でテラヘル

収載医薬品の品質特性に関する情報をより多く収集

ツ波は錠剤を透過する傾向を示す．

し，評価することが望ましい．そこで，日本薬局方

昨年度の本研究において，著者らは日本薬局方収への収載が期待されている分析法の一つである遠赤載 医 薬 品 で あ る レ ボ フ ロ キ サ シ ン（ 有 効 成 分外（／テラヘルツ）分光法を用いて，日本薬局方収LVFX.1/2 水和物）錠について，市販製剤間の識別

載医薬品の品質特性解析法及び品質評価法としての性 を 評 価 す る と と も に， エ ナ ン チ オ マ ー で あ る可能性を検討した．テラヘルツ（遠赤外）領域の電LVFX とラセミ体である OFXN の結晶構造の違い−1−1磁 波（0.1 THz〜10 THz， 約 3 cm 〜 約 333 cm ）に着目し，遠赤外／テラヘルツ分光法を用いた定性は，医薬品を構成するほとんどの有機化合物に対し試験における四つ目の技術的要件候補として考えてて高い透過性を示し，主に分子の骨格振動，分子内いる，①有効成分の特性吸収を検出する，②製剤に振動，分子間振動あるいは結晶格子（フォノン）振含まれる主要な添加剤の特性吸収を検出する，③主動を検出すると理解されている．この中でファンデ成分（PCA）分析及びクラスター解析による相似性

ルワールス結合などの静電的な弱い相互作用は，水の評価，④結晶性なども含めた分子特有のスペクト素結合より低い波数（周波数）領域に観察されるとルパターンが検出できることを検討し，その識別性されている．テラヘルツ（遠赤外）分光法では，一評価を示すとともに，あるメーカーのレボフロキサ

般に中赤外，近赤外分光法並びにラマン分光法（基シン錠に有効成分である LVFX.1/2 水和物のほか，準振動を対象）で得られるような，官能基などの分擬似結晶多形である LVFX.1 水和物が混在する錠剤子の化学構造に結びつく情報を得ることは難しい．

がある可能性が高いことを明らかとした 2）．今年度

現在までに，フォノン振動を含む振動モード解析

は，錠剤中の LVFX の擬似結晶多形についてテラ（帰属）が量子化学計算などに基づき進められておヘルツスペクトルによる解析を継続して行うとともり，いくつかの化合物において分子間相互作用やに，擬似結晶多形の混在する原因の究明を試みるこフォノン振動に関する帰属結果が示されている．しとを目的として研究を行った．

かしながら，これらのフォノン振動モードの解析結果を，製薬分野においてどのように活用したらよいのかという点については，まだ多くの検討の余地が残されている．

2 実験方法2.1

低波数領域では，主に，分子全体にまたがって運装置，測定条件，試料の前処理及びスペクトル解析

動するような振動モードの吸収，分子内及び分子間本研究では（株）日立ハイテク（ひたちなか市）

振動，フォノン振動などを検出できるが，スペクトにて開発した試作品 THz 分光器を用いて測定をルチャートに観察されるピークがどのような振動に行った．本装置の外観及び光学系を Fig. 1 に示す．

由来するのか特定（帰属）することは容易ではない．

テラヘルツ光源には is‑TPG 3） を用い，CMOS カメ

しかしながら，医薬品やアミノ酸・糖などの有機分子ラにて試料を透過したテラヘルツ光を検出した．周は骨格振動や分子間振動が THz 周波数帯域に存在

波数測定範囲は 0.8〜2.5 THz（27〜83 cm −1），ダイしているので，この帯域の分光スペクトルにはそれ

ナミックレンジは 2 THz にて 70〜100 dB，周波数分

ぞれ の 分 子 や 結 晶 構 造 に 固 有 な 吸 収 が 観 測 で き

解能は 0.01 THz（10 GHz）に設定した．各試料の純1）る ．

物質のテラヘルツ計測は，各試料の質量の約 25%

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Fig. 1 研究に用いた試作 THz 分光器とその光学系相当のポリエチレンを加えて錠剤を作成し，透過測（CuKα），X 線出力は 45 kV‑200mA, 走査軸は 2θ/定を行った．また，水和水の安定性を評価するため

θ連動，操作範囲は 1.5 ≦ 2θ≦ 60 deg，分光器は多に，相対湿度 2% 以下の環境で測定を行った．錠剤

層 膜 ミ ラ ー， ビ ー ム 径 は 500μmφ， 走 査 速 度 はは厚さ 1.6 mm に切削し，切削面を 0.5 mm 間隔で３1.0 deg/min，検出器は 2 次元半導体検出器，サンプ

か所測定し，各測定点における周波数平均値を用いリングは 0.01 deg に設定した．1 試料につき 5 点測て周波数−透過光減衰値曲線（スペクトル）を作成定（測定間隔 1 mm）し，平均値を算出した．

した．スペクトルの微分処理，主成分分析及びスコア分散は，ソフトウェア Unscrambler X Ver.10.5

2.4 熱分析
熱分析はメトラー・トレド製 TG‑SDTA851e 型を（Camo Japan 社製）を用いて行った．

用 い て 行 っ た． 測 定 条 件 は， 温 度 範 囲 は 室 温〜
1200℃，昇温速度は 10℃/min に設定した．雰囲気2.2 材料
レボフロキサシン1/2 水和物（純度 98.0w/w% 以は乾燥空気で流量は 80 mL/min，測定容器はプラチ

上）は富士フィルム和光純薬製（東京）を購入した．

ナパン（70μL）を用いた．約 5 mg の試料を測定に

4）

レボフロキサシン1 水和物は北岡らの論文 を参考と供した．

してレボフロキサシン1/2 水和物に水を加えて調製した．それぞれの化合物は X 線回折及び熱分析により，それぞれの擬似結晶多形であることを確認した．
レボフロキサシン製剤は，クラビット錠 250 mg

3 実験結果及び考察
3.1（第一三共株式会社），レボフロキサシン錠 250 mg

レボフロキサシン 1/2 水和物と 1 水和物のテラヘルツスペクトルの比較（日本ジェネリック・長生堂製薬株式会社），レボフ

レボフロキサシン1/2水和物（LVFX hemihydrate）

ロキサシン錠 250 mg（コーアイセイ株式会社），レ及び 1 水和物（LVFX monohydrate）の純物質からボフロキサシン錠 250 mg（岩城製薬株式会社）につ得たテラヘルツ原スペクトルを Fig. 2 に，またそれいて，市場流通品を購入した．

らの２次微分スペクトルを Fig. 3 にそれぞれ示す．
1/2 水 和 物 の 特 性 吸 収 が 0.93 THz（ 約 31.0 cm−1），1.35 THz（約 45.0 cm−1），及び 1.50 THz（約 50.0 cm−1）

2.3 X 線回折の測定
X線回折はリガク社製の微小部X線回折装置付近に，また，1 水和物の特性吸収が 1.15 THz（約Smart Lab を用いて行った．測定波長は 0.15418 nm

38.3 cm−1），1.35 THz（ 約 45.0 cm−1） 及 び 1.60 THz

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3.2 製剤中のレボフロキサシンの擬似結晶多形

LVFX hemihydrate

昨年度の研究成果として，あるメーカーより供給

LVFX monohydrate

されている市販 LVFX 錠 D で他の３市販製剤と異なるテラヘルツスペクトルが見出されたことを報告した 2, 5）．このスペクトルパターンの違いについて，錠剤中の LVFX の含有率（無水物換算で約 75%）から錠剤から観察される吸収はほぼ LVFX 由来である可能性が高いこと，また処方成分が LVFX 錠 A

Fig.
2 レボフロキサシン 1/2（赤線）及びレボフロ㻲㼕㼓㻚㻌㻞䝺䝪䝣䝻䜻䝃䝅䞁㻝㻛㻞䠄㉥⥺䠅ཬ䜃䝺䝪䝣䝻䜻䝃䝅䞁㻝Ỉ࿴≀
キサシン 1 水和物（青線）から得た THz 原ス䠄㟷⥺䠅䛛䜙ᚓ䛯㼀㻴㼦ཎ䝇䝨䜽䝖䝹
ペクトルとほぼ同じであり，かつ LVFX 錠 A と B 及び C の処方成分が異なるにもかかわらず同じスペクトルパターンを示すことなどから，得られたスペクトルの違いは含有する LVFX 由来のテラヘルツ吸収が変化しているものと推察した（Table 1）．

LVFX hemihydrate
LVFX monohydrate

これらの推察については，LVFX 錠 A 及び D の粉末 X 線回折（XRD）を行い，それぞれの X 線回折標準データライブラリーと比較すること，また熱分析（TG‑DTA）を行い，加熱による質量減少（TGcurve），質量変化率（質量減少の微分）及び吸発熱反応（DTA curve）データを求めることにより，LVFX 錠 D に含まれる LVFX が 1/2 水和物及び 1 水Fig.䝺䝪䝣䝻䜻䝃䝅䞁㻝㻛㻞䠄㉥⥺䠅ཬ䜃䝺䝪䝣䝻䜻䝃䝅䞁㻝Ỉ࿴≀
3 レボフロキサシン 1/2（赤線）及びレボフロ㻲㼕㼓㻚㻌㻟䠄㟷⥺䠅䛛䜙ᚓ䛯㼀㻴㼦஧ḟᚤศ䝇䝨䜽䝖䝹
キサシン 1 水和物（青線）から得た THz 二次微分スペクトル和物が混在していることを確認した．

3.3

レボフロキサシン 1/2 水和物と 1 水和物における水和水の安定性（約 53.3 cm−1）に観察された．

相対湿度 2％以下，露点−30℃以下で測定した
LVFX 1/2 水和物及び 1 水和物のテラヘルツスペク

Table 1 研究に用いた市販製剤の処方成分
No.

成分添加剤

LVFX 錠 A

LVFX 錠 B

LVFX 錠 C

LVFX 錠 D

1

結晶セルロース

○

○

○

○

2カルメロース

○

○

○

○

3

ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）

○

○

○

○

4

フマル酸ステアリルナトリウム

○

○

5

ヒプロメロース（HPMC）

○

○

○

○

6酸化チタン

○

○

○

○

7タルク

○

○

○

○

8マクロゴール 6000 or マクロゴール

○

○

○

○

9

黄色三二酸化鉄○○○○

10カルナウバロウ○○○

11二酸化ケイ素

12

ステアリン酸マグネシウム

○

含水 ○
○

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トルの 1.35 THz における透過光減衰率の経時変化れ減少した．両化合物共に脱水はほぼ線形的に進行を Fig. 4 に示す．なお，透過光減衰率は，乾燥開始することがわかった．

直後の透過光減衰値を 100% として算出した．透過光減衰値は LVFX 水和物の量的な意味合いを持ち，3.4

透過光減衰値の減少は LVFX 水和物がもつ結晶構

レボフロキサシン錠における水和水の安定性

造中の水和水が脱離し，結晶構造が変化することを相対湿度 2％以下，露点−30℃以下で測定したLVFX示している．LVFX 1/2 水和物では，乾燥環境下に錠 A 及び Dのテラヘルツスペクトルの1.35 THzにお試料を静置後，1.2〜1.7 THz の範囲の吸収が 5，10ける透過光減衰率の経時変化をFig. 6に示す．LVFX時間後で経時的に小さくなり，15 時間後にはほぼ錠 A では，乾燥開始後，直線的に透過光減衰率が消失した．1.35 THz における透過光減衰値は乾燥直低下，すなわち脱水が進行し，1.35 THz における透後と比べて，5 時間後に約 74%，10 時間後に約 51%

過光減衰値は 2 時間後に約 90%，4 時間後に約 75%，にそれぞれ減少した（Fig. 5）．一方，1 水和物では，10 時間後に約 35%，そして 14 時間後には約 3％に減同様に経時的に透過光減衰値の強度は減少するもの

少した．また 16 時間後には透過光減衰値は消失しの，5 時間後に約 63%，10 時間後に約 18% にそれぞたことが確認された．一方，LVFX 錠 D では，乾燥Fig. 4

LVFX 1/2 水和物及び 1 水和物のテラヘルツスペクトルの経時変化

Extinction Decreasing Ratio of Hydrated LVFX (%)

100

LVFX hemihydrate
8060

y = -6.4444x + 104.58
R² = 0.9608

LVFX monohydrate

y = -6.902x + 96.863
R² = 0.9741

4020002468101214Time (hours)
Fig. 5156

LVFX 1/2 水和物及び LVFX 1 水和物の透過光減衰率の経時変化

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［坂本ら：日局医薬品の確認試験への適用を目指した遠赤外／テラヘルツ分光法の標準化に関する研究（第 3 報）］㻸㼂㻲㼄㘄 㻭㻸㼂㻲㼄㘄 㻰

0 hours
2 hours
4 hours
10 hours
14 hours
16 hours

0 hours
2 hours
4 hours
10 hours
14 hours
16 hours

Fig. 6

LVFX 錠 A 及び D のテラヘルツスペクトルの経時変化

開始後 2 時間で 1.35 THz における透過光減衰値は約かに減少して 14 時間後には透過光減衰値はほぼ消51% に 減 少 し，4 時 間 後 に 約 25%，10 時 間 後 に 約失し，水和水を含む LVFX はなくなり，完全な脱6% に減少した．14 時間以降で透過光減衰値は確認

水 物 へ 転 移 し た こ と が 示 唆 さ れ る 結 果 を 得 た．

されなかった．1/2 水和物と 1 水和物が混在していLVFX 錠 D における水和水の経時的な脱水の挙動はることが確認された LVFX 錠 D では，脱水が非線1/2 水和物並びに 1 水和物の何れとも一致せず，可形的に進行することが明らかとなった（Fig. 7）．

変的な脱水の進行が起こったことが明らかとなっ

LVFX 錠 A における 1.35 THz における透過光減た．以上の結果から，LDFX 錠 D の THz 透過スペ衰率の経時変化は，1/2 水和物における経時変化とクトルで観察された，他３錠剤から得られた波形のほぼ同じ（一次式の傾きが 1/2 水和物で ‑6.44 に対し違いは（Fig. 8），脱水の進行により水和水が脱離して 1 水和物で ‑6.61）であり，LVFX 錠 A に含まれるたことが原因である可能性が高いことが示された．

LVFX は 1/2 水和物であることに矛盾しない結果を

これは，LVFX 錠 D が製造工程中あるいは製造後に得た．しかし，LVFX 錠 D では乾燥開始後に 4 時間

錠剤中の LVFX 1/2 水和物の一部が吸湿等により 1までに急速に透過光減衰率が減少し，その後は緩や水和物に転移し，その後，何らかの原因で水和水がExtinction Decreasing Ratio of Hydrated LVFX (%)

100

LVFX Tab A

806040y = -6.6115x + 101.14
R² = 0.9937

LVFX Tab D

2000246810121416Time (hours)
Fig. 7

LVFX 錠 A 及び D の透過光減衰率の経時変化

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LVFX Tab A

LVFX Tab B

LVFX Tab C

LVFX Tab DƂŶƆŴƃşţŤƅ͹
1.33TH&1.50THz͗ඏओ

Fig. 8 4 種類の LVFX 錠から得た THz スペクトル

脱離した結果として脱水物の THz スペクトルが得た．特に雰囲気により擬似結晶多形転移が起こる可られたものと推察している．THz スペクトルは雰囲能性の高い製剤においては，製造工程あるいは製造気中の水蒸気の影響を受けるため，通例，乾燥空気後の保管状態によって，有効成分の擬似結晶形転移で試料室をパージして測定を行う．このことから脱が発生することがあり，その結果，放出性や溶出性水が進んだことも考えられるが，他の錠剤では 1/2にも影響を及ぼす可能性があるために品質上の問題水和物のスペクトルが明確に得られていた．各標準が発生する懸念を生じる．このような医薬品におけ物質を用いた検討では，1 水和物の方が 1/2 水和物る品質評価において，テラヘルツ分光法が有用であよりやや脱水が早く進行する傾向を示したが，両擬ることを示すことができた．

似結晶多形が混在する製剤における乾燥後の著しいこれらのことから，例えば市場流通する錠剤を用脱水の進行を支持するほどの違いがあると結論付けいた場合でも，有効成分として含有される LVFXることは難しいと考えられた．この現象の解明には1/2 水和物の THz スペクトルとの相似性を評価する更なる検討が必要であるが，二つの擬似結晶多形のことで，不良医薬品識別への応用も可能であること

混在により脱水の進行が著しく促進された可能性がが示唆された．

あることが示された．LVFX 錠 A と D における溶文 献

出性の違いについては，現在，検討中である．

1）Zeitler, J.A.; Taday,P.F.; Newnham,D.A.; Pepper,M.;
Gordon, K.C.; Ride, T. Terahertz pulsed spectroscopy

4結論

and imaging in the pharmaceutical setting ‒a review.

結晶格子（フォノン）振動を検出するテラヘルツ

2007, 59, p.209‑223.
2）坂本知昭 , 志村啓 , 愛甲健二 , 茂原瑞希 . 令和元年度「日分光法を用いて高感度に LVFX 錠剤中の LVFX の本薬局方の試験法等に関する研究」研究報告

擬似結晶多形について識別可能であることを示し

方医薬品の確認試験への適用を目指した遠赤外／テラ158

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日本薬局

［坂本ら：日局医薬品の確認試験への適用を目指した遠赤外／テラヘルツ分光法の標準化に関する研究（第 3 報）］

ヘルツ分光法の標準化に関する研究：遠赤外／テラヘル4）Kitaoka, H.; Wada, C.; Moroi, R.; Hakusui, H. Effect of

ツスペクトルを用いた市販医薬品（錠剤）の識別性評価

dehydration on the formation of levofloxacin（第２報）. 医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス .

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5）4. Shimura, K.; Mohara, M.; Aiko, K.; Sakamoto, T.; Ono,spectroscopy using an injection‑seeded terahertz

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