Étude de Cas :
L’emploi de la spectroscopie IR pour la détection des médicaments contrefaits

QU'EST-CE QUE LA SPECTROSCOPIE ?

La spectroscopie est l'étude de l'interaction entre la matière et le rayonnement électromagnétique. Dans certaines applications de la spectroscopie, l'émission et l'absorption de lumière à partir du rayonnement sont utilisées pour détecter certains composés moléculaires dans des échantillons.

Il existe plusieurs types de spectroscopie, notamment la spectroscopie Raman, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la spectroscopie infrarouge (IR) basée sur l'absorption. La spectroscopie Raman est basée sur la diffusion de la lumière à partir de la transition rotationnelle ou vibrationnelle des molécules dans un échantillon.

Le nombre de photons qui subissent l'effet Raman est si faible que des spectres acceptables ne sont produits qu'avec de longues expositions ou avec des sources lumineuses très intenses comme les lasers.¹ Les longueurs d'onde émises sont les mêmes que la lumière incidente, sauf pour un très petit pourcentage. Cette petite quantité de rayonnement est collectée par une lentille et passe à travers un collimateur, puis une fente d'entrée, qui limite la lumière polychromatique entrante. Un miroir collimate ensuite la lumière sur un réseau ou un autre élément de dispersion. Le réseau peut également contribuer à filtrer la longueur d'onde du laser. Un autre miroir focalise la gamme de longueurs d'onde sélectionnée sur le détecteur (Figure 1).  

Figure 1 : Une source laser à large bande éclaire l'échantillon. Les assemblages de miroirs et de grilles à l'intérieur d'un spectromètre portable permettent d'identifier des substances inconnues.

SPECTROMÈTRES RAMAN : L'ANALYSEUR DE DROGUES PORTATIF

La police scientifique utilise des techniques spectroscopiques pour localiser certaines substances chimiques souvent présentes dans les médicaments contrefaits vendus dans la rue. Les appareils Raman sont avantageux pour une utilisation sur le terrain en raison de leur rapidité, de leur rentabilité et de leur analyse non destructive.² Les versions portables peuvent être transportées sur le terrain et utilisées pour identifier rapidement les isomères courants (Figure 2). Les isomères sont des molécules ayant la même formule moléculaire, mais dont les atomes sont disposés différemment dans l'espace.³ Dans les médicaments illicites, les isomères sont également appelés analogues de substances, car ils sont utilisés pour imiter une certaine substance. Ces analogues sont souvent indétectables jusqu'à ce qu'ils soient reconnus par les spectromètres. Certains isomères, tels que le fentanyl, le carfentanil et le butyrfentanyl, sont présents dans les stupéfiants illicites et peuvent être de moitié moins puissants à 10 000 fois plus puissants que leurs homologues non analogues.²

Bien que les spectromètres Raman soient rapides et efficaces pour les tests sur site, ils ne peuvent pas détecter tous les composés, et les échantillons doivent être apportés dans un laboratoire pour des tests supplémentaires effectués à l'aide d'un spectromètre FTIR.  

Figure 2 : Un spectromètre de poche est couramment utilisé sur le terrain par la police scientifique.

SPECTROMÈTRES FTIR : DES MESURES PRÉCISES AU LABORATOIRE

La FTIR est une sous-catégorie de la spectroscopie utilisée dans plusieurs applications des sciences de la vie. Le nom est dérivé du mathématicien et physicien Jean Baptiste Joseph Fourier, qui a mis au point la méthode de transformation d'une fonction en une forme alternative constituée de fonctions cosinus et sinus de différentes fréquences. Cette méthode est couramment utilisée dans l'analyse FTIR.

Les spectromètres FTIR sont utilisés pour distinguer les composés chimiques présents dans les substances. Les principaux composants de ces machines sont une source, un interféromètre, un compartiment à échantillons, un détecteur, un amplificateur, un convertisseur A/N et un ordinateur.⁴ La configuration des composants est illustrée dans la Figure 3 ci-dessous.

Figure 3 : Schéma du spectromètre FTIR dans une configuration d'interféromètre de Michelson.

L'interféromètre utilisé est généralement une configuration d'interféromètre de Michelson composée d'une source de lumière à large bande, de deux miroirs et d'un séparateur de faisceaux. Il divise en deux un faisceau de lumière initial, envoie un faisceau vers un miroir fixe, envoie l'autre vers un miroir mobile, puis les recombine. Le faisceau recombiné traverse l'échantillon de médicament jusqu'à un détecteur. En ajustant la position du miroir mobile, des longueurs d'onde individuelles peuvent être périodiquement transmises ou bloquées en raison de l'interférence destructive due à la différence de chemin optique des deux faisceaux.⁴ Cela permet au spectromètre de modifier le spectre de la source pour voir quelles longueurs d'onde sont absorbées par l'échantillon. Une transformée de Fourier utilise la transmission enregistrée pour chaque position du miroir afin de déterminer l'absorption par longueur d'onde, qui identifie la composition chimique de l'échantillon.

En laboratoire, les scientifiques peuvent utiliser la technologie précise de séparation du faisceau fournie par les spectromètres FTIR pour distinguer certains isomères et analogues deutérés de médicaments. Le spectromètre émet les longueurs d'onde détectées du fond dans un interférogramme, puis collecte un spectre à faisceau unique de l'échantillon. Ce spectre contient les bandes d'absorption de l'échantillon ainsi que du fond. Ces deux graphiques sont analysés et sont finalement fusionnés en un seul graphique sous la forme d'un rapport entre le spectre de l'échantillon à un seul faisceau et le spectre du fond pour montrer le spectre complet de l'échantillon (Figure 4).⁴

Figure 4 : Un échantillon de spectre IR de fond, qui est ensuite converti en un spectre complet à faisceau unique de l'échantillon.⁴

Les spectromètres FTIR peuvent non seulement détecter des substances nocives dans les médicaments, mais ils jouent également un rôle fondamental dans l'industrie pharmaceutique. Les sociétés pharmaceutiques sont tenues de suivre des tests et des directives de production stricts tout au long du développement et de la fabrication des produits.⁵