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原材料試験：品質管理手法の包括的ガイド 2024年

2025年9月30日

原材料試験完全ガイド：主な方法を理解する

原材料の試験が重要な理由

原材料は、製品の品質、安全性、機能性を構成する基本的な部品です。これらの出発原料に問題がある場合（品質の違い、不要物質、規格に合わない材料など）、これらの問題は製造工程全体に広がります。その結果、最終製品の品質が低下し、規制上の問題が発生し、大きな経済的損失が生じることになる。原材料試験とは、これらの材料の同一性、純度、構成、および重要な特性を、決められた要求リストに照らしてチェックするための科学的研究である。これは単なる合格・不合格のチェックではなく、詳細な科学的プロセスであり、近代的な試験の基礎を形成している。品質管理.

これはガイドでは、完全なテクニカル効果的な原材料試験プログラムを支える主な原理と方法の分析。私たちの目標は、基本的な試験のリストにとどまらず、なぜ、そしてどのようにこれらの方法が機能するのか、その科学を探求することです。この詳細な考察では、以下を取り上げます：

基本原則材料分析の
分光学およびクロマトグラフィー技術の詳細な内訳
について背後にある科学物理的・機械的特性試験
強力なテスト戦略を構築するための実践的な考慮事項

分析の基本原則

具体的な器具やテクニックを見る前に、まず私たちは次のことを理解しなければならない。基本原則すべての材料分析を管理するものである。これらの概念は、正しい試験を選択し、適切な限界値を設定し、結果を正しく理解するための枠組みを提供します。すべての分析化学者と品質管理マネジャーは、問題を解決し、材料の完全性を確保するために、これらの第一原則をしっかりと理解していなければなりません。

定性的分析と定量的分析

その核心は、すべての分析テストが2つの基本的な質問のうちの1つに答えることである。定性分析は同一性に焦点を当て、"それは何ですか？"という質問に答えます。原材料試験における定性分析の主な目的は、受け取った原材料が、その原材料が主張する通りのものであることを確認することです。例えば、定性試験では、「アスコルビン酸」と表示されたドラム缶に確かにアスコルビン酸が含まれており、クエン酸のような視覚的に類似した別の化合物が含まれていないことを確認します。これは試験プロセスにおける最初の、そして最も重要な関門である。

一方、定量分析は量に焦点を当て、"どれだけの量が存在するか？"という質問に答えるものである。これは、物質の純度、有効成分の濃度、または特定の不純物のレベルを決定するために使用されます。例えば、定量試験では、医薬品有効成分（API）のバッチが99.8%純度であり、特定の関連物質が0.05%以上含まれていないと判定することができる。

スペックの概念

原料は単独で試験されるのではなく、規格書（スペック）に照らして判断される。仕様書とは、要求される試験、従うべき分析手順、原料が使用を承認されるために満たさなければならない受入基準を記載した決定的な技術文書である。この文書は、原料サプライヤーとユーザーとの間の契約の役割を果たす。規格は無作為のものではなく、原材料の使用目的、最終製品への影響、確立された業界標準に基づいて慎重に作成される。多くの場合、医薬用材料については米国薬局方（USP）や欧州薬局方（EP）のような公的な薬局方、工業用化学品や材料についてはASTMインターナショナルや国際標準化機構（ISO）のような組織の規格に基づいています。

サンプリングとサンプルの準備

世界で最も高度な分析機器も、分析したサンプルがバッチ全体を代表するものでなければ、意味のない結果を出すことになる。適切なサンプリングは非常に重要であり、見落とされがちなステップである。サンプルは、何十本ものドラム缶や袋からなる原料のロット全体の潜在的なばらつきを正確に反映するように、検証された手順で採取されなければならない。不適切なサンプリング技術は、最も精密な分析試験を完全に無効にしてしまう可能性がある。サンプリングの後、最終測定が正確で再現可能であることを確実にするために、試料を溶解、抽出、希釈するなどの試料調製を正確に行わなければならない。

テクニックの比較概要

分析化学の分野では、原材料試験のための膨大な技術が提供されています。このような状況を効果的にナビゲートするために、私たちはこれらの手法を、その根底にある科学的原理に基づいて3つの主要なカテゴリーに分類することができます。これらの分類を理解することで、異なる技法が補完的な情報を提供するために使用される、論理的な試験戦略を立てることができます。ここでは、分光法、クロマトグラフィ法、物理的/機械的方法を主な分類とします。それぞれ、材料の特性を知るためのユニークな窓を提供します。

カテゴリー	コア・プリンシプル	主な使用例	例	主な利点
分光法	電磁波と物質との相互作用。	同一性の確認、官能基分析、元素濃度。	FTIR、UV-Vis、AAS、NMR	スピード、非破壊性（多くの場合）、構造に対する高い特異性。
クロマトグラフィー法	混合物中の成分を物理的に分離すること。	不純物や有効成分の純度評価、分離、定量。	HPLC、GC、TLC	高い分離力、複雑な混合物への優れた対応、高い定量性。
フィジカル＆メカニカル	バルクの物理的または機械的特性の測定。	物理的形状、応力下での性能、加工特性を検証する。	粒子径、融点、引張強さ	マテリアルハンドリング、性能、最終用途に直接関係する。

分光分析ディープダイブ

分光法は、電磁放射線と物質との相互作用を調べる技術の一種である。試料にエネルギーが加えられると、その原子や分子は特定の個別の波長でそのエネルギーを吸収したり放出したりする。この吸収または放出のパターンは、物質の化学構造に固有であり、同定や定量に使用できる「指紋」を作成する。分光法は、そのスピード、特異性、そして多くの場合、非破壊的な性質から、しばしば好まれ、迅速な原料確認のための強力なツールとなっている。

フーリエ変換赤外分光 (FTIR)

FTIR分光法の原理は、試料に赤外線を照射することである。分子は静止しているわけではなく、化学結合は常に振動し、伸び、曲がっている。これらの振動は、赤外線のエネルギーに対応する特定の周波数で起こります。赤外放射線の周波数が特定の結合の振動数（例えば、C=Oカルボニル伸縮やO-Hヒドロキシル伸縮）と一致すると、分子は放射線を吸収する。FTIRスペクトロメーターは、波長範囲にわたってこの吸収を測定し、分子のユニークな化学指紋として機能するスペクトルを生成する。原材料試験におけるFTIRの最も一般的な用途は、迅速な同一性の確認です。受入材料のFTIRスペクトルを既知の標準物質のスペクトルと比較することにより、数分でその同一性を確認することができます。

紫外可視 (UV-Vis)

紫外-可視分光法も同様の原理で作動するが、電磁スペクトルのうち、よりエネルギーの高い部分、すなわち紫外光と可視光を使用する。このエネルギーは、分子内の電子を励起し、低エネルギーの基底状態から高エネルギーの軌道に移動させるのに十分である。このプロセスは、芳香環や二重結合など、π結合や非結合電子を持つ構造的特徴である発色団を含む分子に最も効果的である。特定の波長で吸収される光の量は、溶液中の分析対象物の濃度に正比例し、この関係はBeer-Lambertの法則で記述される。このため、UV-Visは優れた定量ツールとなる。主な用途はアッセイで、有効成分や既知のUV吸収不純物の濃度を正確に測定するために使用される。

原子吸光（AAS）

FTIRとUV-Visが分子構造に関する情報を提供するのに対し、原子吸光分光法は個々の元素、特に金属の濃度を測定するように設計されている。AASでは、液体試料を微粒化し、通常は炎やグラファイト炉を使って、自由な基底状態の原子の雲に変換する。目的の元素を含むランプは、その元素に特有の波長の光を発する。この光を原子化した試料に通す。試料中の遊離原子は光を吸収し、その吸収量は元素濃度に正比例する。この技術は極めて高感度で特異的である。その重要な応用分野原材料検査は微量レベルの重金属を対象とする鉛（Pb）、ヒ素（As）、カドミウム（Cd）、水銀（Hg）のような有害元素の厳しい制限に適合していることを確認する。

テクニック	基本理念	入手した情報	原材料試験における主な用途
FTIR (フーリエ変換赤外分光)	赤外線の吸収は、特徴的な周波数で分子の振動（伸縮、屈曲）を引き起こす。	官能基（-OH、C=Oなど）を特定する。ユニークな化学的 "指紋 "を作成する。	同一性の確認：材料（特定のポリマーや賦形剤など）が参照標準と一致するかどうかを迅速に確認すること。
UV-Vis (紫外可視)	紫外光や可視光を分子内の電子が吸収し、よりエネルギーの高い軌道に進むこと。	溶液中の分析物の濃度（定量的）。構造情報も提供できる。	アッセイ／純度：発色団を用いて医薬品有効成分（API）または既知の不純物の濃度を定量すること。
AAS（原子吸光）	気体原子は、その電子遷移に対応する特定の波長で光を吸収する。	特定の金属元素の濃度を測定する。	重金属試験：原料中の有害金属不純物（Pb、As、Cd、Hgなど）の検出と定量。

クロマトグラフィー分離ディープダイブ

クロマトグラフィーは測定技術そのものではなく、強力な分離技術ファミリーである。複雑な混合物の純度分析の要である。その基本原理は、固定相（固体または固体にコーティングされた液体）と移動相（システム内を流れる液体または気体）との間の分配の差に基づいて、混合物の成分が分離される「競争」を伴う。固定相との親和性が強い成分はゆっくり移動し、移動相との親和性が強い成分は速く移動する。この速度の違いにより、混合物は個々の成分に分離され、その成分が系から出る際に検出され定量される。

高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)

HPLCは、製薬および化学産業において最も汎用性が高く、広く使用されている分析技術であることは間違いない。HPLCは、不揮発性で熱的に不安定な化合物（原薬、賦形剤、有機分子の大部分）を分離するために設計されています。HPLCでは、液体の移動相を、非常に微細な固体粒子（固定相）が充填されたカラムに高圧で送液する。固定相と移動相の選択によって分離メカニズムが決まり、逆相HPLC（非極性固定相と極性移動相）が最も一般的である。サンプルがカラムを通過する際、相対的な極性に基づいて成分が分離する。HPLCは純度試験のゴールドスタンダードであり、構造的に類似した不純物や分解生成物から主成分を正確に分離・定量することができる。

ガスクロマトグラフィー（GC）

ガスクロマトグラフィーはHPLCと同じ基本原理で操作されるが、揮発性の化合物、または分解せずに揮発させることができる化合物専用に設計されている。GCでは、移動相は不活性ガス（ヘリウムや窒素など）であり、固定相は細長いキャピラリーカラムの内壁にコーティングされた高沸点液体である。サンプルは加熱されたポートに注入され、そこで気化し、キャリアガスによってカラム上に掃引される。分離は主に化合物の沸点と固定相との相互作用に基づいて行われる。低沸点化合物は高沸点化合物よりも速くカラムを通過する。原料試験におけるGCの主な用途は残留溶媒分析で、合成または精製工程で残留する少量の有機溶媒（エタノール、アセトン、ヘキサンなど）の検出と定量に使用されます。

特徴	HPLC（高速液体クロマトグラフィー）	GC（ガスクロマトグラフィー）
移動相	液体	不活性ガス（ヘリウム、窒素など）
定常期	カラムに充填された固体粒子（シリカなど）。	キャピラリーカラムの内側にコーティングされた高沸点液体。
分析物	不揮発性で熱的に不安定な、より大きな分子。	揮発性で熱的に安定な分子。
分離の原理	固定相と移動相に対する分析物の親和性に基づく。	分析物の沸点と固定相との相互作用に基づく。
RMTにおける代表的なアプリケーション	原薬のアッセイと純度：活性のある薬剤と、それに関連する不純物や分解物を分離すること。	残留溶剤分析：からの残留溶媒（エタノール、アセトンなど）の検出と定量。製造工程.
主な検討事項	ほとんどの製薬および化学材料に幅広く適用可能。	分析物が揮発性であるか、誘導体化によって揮発性にする必要がある。

物理的・機械的分析

原材料の化学的同一性と純度は、ストーリーの一部に過ぎない。物理的、機械的特性も同様に重要であり、最終用途における材料の取り扱い、加工、性能を決定します。化学的には100%の純度を持つ材料でも、その物理的形状が不適切であれば、完全に不合格になる可能性があります。これらの試験は、化学組成と実際の機能性のギャップを埋め、材料があるべき姿であるだけでなく、あるべき挙動をすることを保証します。

粒子径分析：材料の粒子径と分布は、その挙動に大きな影響を与えます。医薬品粉末の場合、粒子径は溶解速度（したがってバイオアベイラビリティ）、流動性（錠剤やカプセルの製造に重要）、および含量の均一性を支配します。顔料やフィラーの場合は、テクスチャーや外観に影響します。レーザー回折法のような最新の技術では、サブミクロンからミリメートルの範囲の粒度分布を迅速かつ正確に測定することができます。
融点：結晶性固体の純度を測る古典的で強力なテストである。純粋な化合物は、鋭く明確な融点を持つ。不純物が存在すると結晶格子が乱れ、一般的に融点が下がり、融解範囲が広がる。仕様書には、高純度の指標として融点の許容範囲が狭いことが記載されていることが多い。
水分含有量：原料中の水分量は、重要な品質特性となり得る。過剰な水分は微生物の繁殖を促進したり、加水分解による化学的劣化を引き起こしたり、あるいは単に重量を加えることで活性物質の有効濃度を変化させたりします。カールフィッシャー滴定は、水分含有量を正確に測定するための標準的な方法であり、100万分の1から100%までの水分を測定することができます。
粘度：オイル、シロップ、ポリマー溶液などの液体原料にとって、粘度は重要なパラメータです。液体の流れやすさ、ポンプ輸送や混合のしやすさ、最終製品のテクスチャや安定性にどのように貢献するかを決定します。回転粘度計は、制御されたせん断条件下でこの特性を測定するためによく使用されます。
引張強度/硬度：構造用途で使用されるプラスチック、ポリマー、金属などの固体材料にとって、機械的特性は最も重要です。引張強度は、材料が引き離されることに対する抵抗力を測定し、硬度は表面のくぼみに対する抵抗力を測定します。これらの試験は、原料が加工中および最終形態で遭遇する機械的応力に耐えられることを保証するために不可欠です。

堅牢なプログラムの実施

技術的な知識を実用的で、コンプライアンスに準拠し、効率的な試験プログラムに変換するには、戦略的なフレームワークが必要です。堅牢なプログラムは、単に試験を実施するだけでなく、リスクを管理し、方法を検証し、データを使用して一貫した品質を確保することです。新しい原料、特に新しいサプライヤーからの原料を受け取った場合、これらの技術的原則を統合した厳格な認定プロセスに従います。

リスクアセスメントと仕様開発：プロセスはリスクアセスメントから始まります。材料の機能と、最終製品の安全性と有効性に対する潜在的な影響を評価します。重要なAPIは、不活性な加工助剤よりもはるかに厳格な試験計画を持つことになります。このリスクアセスメントに基づいて、材料が意図された目的に適合することを保証する試験、方法、および合格基準を定義する包括的な仕様を開発します。
メソッドの選択とバリデーション：仕様が確立されたら、前述の技術を参照して、適切な分析メソッドを選択します。同一性試験ではFTIRを使用し、アッセイではHPLCを使用し、不純物試験では残留溶媒にGC、重金属にAASが必要になる場合があります。重要なことに、これらのメソッドはバリデーションされている必要があります。メソッドバリデーションは、分析手順が意図された用途に適していることを証明する文書化されたプロセスであり、正確性、精度、再現性、および堅牢性を示します。
ルーチン試験と完全認定：新しい材料またはサプライヤーに必要な初期の包括的な試験と、ルーチン配送のためのより合理化された試験を区別します。完全認定には、品質と一貫性のベースラインを確立するために、複数の初期バッチの仕様に関するすべての試験の実施が含まれます。サプライヤーが認定されると、その後のバッチのルーチン試験は、リスクベースのアプローチとサプライヤーのパフォーマンス履歴に基づいて、同一性（例：FTIR）や分析証明書（CoA）のレビューなど、試験の重要なサブセットに削減される場合があります。

将来を見据えたプログラムは、最新のデータ分析も取り入れています。ケモメトリックスの概念には、多変量統計モデルを使用して、複雑な化学データからより多くの情報を抽出することが含まれます。たとえば、単一のFTIRスペクトルは、同一性だけでなく、適切なモデルを使用することで、水分含有量や粒子サイズなどの特性を同時に予測するために使用でき、迅速なリリース決定を可能にします。さらに、機械学習（ML）アルゴリズムは、高度な傾向分析のために展開され始めています。これらのシステムは、HPLCなどの技術からのバッチごとのデータを監視し、サプライヤーの製造プロセスで発生している可能性のある問題を示す微妙なドリフトまたはトレンド外の異常を自動的に検出し、事後的な故障調査ではなく、事前対応型の品質管理を可能にします。

材料分析の未来

厳格な原材料試験は、化学、物理学、データサイエンスの交差点に位置する動的で多面的な分野です。製品の品質と安全性を確保するための最初の防衛線です。これまで見てきたように、成功するプログラムは、分光法によって明らかにされる分子指紋から、クロマトグラフィーの強力な分離能力、および物理的特性分析によって提供される機能的な洞察まで、コアとなる分析原則の深い技術的理解に依存しています。

この分野の未来は、精度とインテリジェンスの向上です。製造プロセスがより洗練され、グローバルサプライチェーンがより複雑になるにつれて、分析科学に対する要求はますます高まるでしょう。シフトは、単にコンプライアンスをテストすることから、より予測的でデータ駆動型の品質保証モデルへと移行しています。高度なデータ分析、ケモメトリックス、および機械学習の統合により、受け取る材料の品質を検証するだけでなく、品質問題を予測して未然に防ぎ、最初のステップから製品の完全性を確保することができます。