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Nah-Infrarot-Spektroskopie in der pharmazeutischen Industrie

Nah-Infrarot-Spektroskopie in der pharmazeutischen Industrie
Nah-Infrarot-Spektroskopie in der pharmazeutischen Industrie

Effiziente Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle mit Nah-Infrarot in der pharmazeutischen Prozesskette.

Die Aufgaben in den QC-Labors der pharmazeutischen Industrie sind in den vergangenen Jahren gestiegen und werden auch in Zukunft weiter steigen. Wachsende Anforderungen der Behörden bei der Prozessüberwachung auf der einen Seite und wirtschaftliche Aspekte auf der anderen Seite zwingen die QC-Labors, effizientere Technologien zu finden und zu etablieren. Eine Herausforderung für die gesamte pharmazeutische Industrie.
 

NIR-Spektroskopie(NIRS)
In der Pharmaindustrie gibt es für die NIRS ein breites Spek trum an Anwendungen, und sie wird bereits seit den 1950er- Jahren eingesetzt. Bei der NIRS wird die Transmission, Reflexion oder Transflexion des Analyten im Wellenlängenbereich von 780 – 2500 nm aufgenommen. Die Spektren bestehen aus Oberton- und Kombinationsbanden durch Anregung kovalenter Bindungen (z.B. CH-, OH- oder NH-), die durch den Einsatz chemometrischer Software qualitativ und quantitativ interpretiert und ausgewertet werden.

 

Nachteile der NIRS
Im GMP-Umfeld ist vor dem Einsatz der NIRS eine (wegen der hohen Probenzahl) aufwendige Kalibrierung und Validierung notwendig, dafür wird eine validierte Referenzmethode ben tigt. Durch den Einsatz chemometrischer Software ist eine Computer-System-Validierung (CSV) erforderlich.

 

Qualitative Kalibrierung und Anwendung
Für eine Identitätsprüfung mit einem NIR wird eine Spektrenbibliothek unterschiedlicher Moleküle angelegt und den einzelnen Spektren die entsprechende Identität zugeordnet. Mit Hilfe chemometrischer Tools, wie z.B. Principal Component Analysis (PCA), wird dem Anwender die Identifizierung der in der Spektrenbibliothek enthaltenen Moleküle ermöglicht. Die qualitative Kalibrierung ist wenig aufwendig, da die Daten durch einfache Messungen (z.B. IR) gesammelt werden. In der Praxis kann schon bei der Einfahrt in den Herstellungsstandort die Identität des Produktes, auch durch minimal geschultes Personal z.B. at-line auf dem LKW, überprüft werden. Dadurch wird das Monitoring des Transportes und die Logistik der Rohstoffe verbessert, da mit der bestätigten Identität der Rohstoff (Just-in-Time) in die Prozesskette aufgenommen werden kann.

 

Quantitative Kalibrierung und Anwendung
Die quantitative Kalibrierung eines NIR ist deutlich aufwendiger. Zunächst werden wie bei der qualitativen Kalibrierung Spektren aufgenommen. Anschliessend wird der gesuchte Qualitätsparameter des Analyten mit einer Referenzmethode (z.B. Wassergehalt nach Karl-Fischer) analysiert und das resultierende Ergebnis dem Spektrum zugeordnet. Es werden Daten über den gesamten Kalibrationsbereich gesammelt und durch Auswertung mit chemometrischen Tools (z.B. multiple-lineare Regression) ein Kalibrationsmodell erstellt. Mit diesem Kalibrationsmodell kann jetzt der Wassergehalt des Analyten gemessen werden. Um den Kalibrationsbereich abzudecken, ist die parallele Analyse einer grösseren Anzahl von Proben per NIR und Referenzmethode, im Bespiel des Wassergehaltes nach Karl-Fischer, erforderlich. Dadurch wird die Kalibration eines NIR (zeit)aufwendig, denn die Analyse von 100 – 150 Proben ist zu empfehlen. Im regulierten Umfeld der pharmazeutischen Herstellung ist darüber hinaus die Validierung dieses Kalibrationsmodells erforderlich, wodurch der analytische und zeitliche Aufwand weiter steigt. Dem steht der Nutzen gegenüber – die Analysezeit einer Wasserbestimmung (nach Karl-Fischer) wird von mehreren Minuten durch den Einsatz eines NIR auf wenige Sekunden reduziert und ermöglicht eine On-line-Überwachung des Wassergehaltes zum Beispiel von Granulaten für die Tablettenherstellung.

 

Fazit
Die NIR-Technologie kann in allen Bereichen der Prozesskette eines pharmazeutischen Produktes eingesetzt werden. Von der Eingangsprüfung der Rohstoffe über die Überwachung des Herstellungsprozesses bis zur Endkontrolle des Medikamentes. Zwar ist die Kalibrierung und Validierung eines NIR-Gerätes aufwendig, aber aufgrund des hohen Nutzens, insbesondere in der Prozessüberwachung (Process Analytical Technology – PAT) und der Qualitätskontrolle (QC), gerechtfertigt. Die NIR-Technologie hat sich in der pharmazeutischen Industrie (im Gegensatz zur Lebensmittelindustrie) noch nicht durchgesetzt, wird aber durch die behördlichen Initiativen im Bereich der kontinuierlichen Prozessverbesserung (continuous Process Verification – cPV) an Bedeutung gewinnen. Die Nah-Infrarot-Technologie hat das Potenzial, eine PAT-Schlüsseltechnologie zu werden. Aufgrund der wachsenden Anforderungen der Behörden, die Prozesse besser zu kontrollieren, wird auch die Pharmaindustrie mittelfristig prozessbegleitende Analytik durch prozessüberwachende Analytik ersetzten, um durch Real-time-Release und continuous Process Verification eine bessere Equipment-/Ressourcennutzung und damit Kostensenkungen zu erreichen. Chemgineering verfügt über das Know-how bei der Methodenentwicklung, Kalibrierung und Validierung (auch CSV) und unterstützt Sie gerne bei Fragen rund um den Einsatz der NIR-Spektroskopie. Sprechen Sie uns bei Bedarf ganz einfach an.

Heiko Jencio |Senior Consultant Pharma Compliance|Chemgineering - The Business Designers

 

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