Feuchtigkeits- bestimmung von Lyophilisaten mittels NIR-Spektroskopie

Die Restfeuchte in Lyophilisaten ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal des Gefriertrocknungsprozesses. Die Karl-Fischer-Titration ist eine weit verbreitete Methode zur Bestimmung der Feuchtigkeit in Lyophilisaten. Da diese Methode destruktiv ist, erlaubt sie nur die Prüfung kleiner Losgrössen.

Restfeuchtigkeit in Lyophilisaten ist ein kritisches Qualitätsmerkmal eines Medikaments und hat Auswirkungen auf die Langzeitstabilität. Daher muss die Restfeuchte überprüft werden. Die Karl-Fischer-Titration ist eine weit verbreitete und etablierte Methode für diese Anwendung. Die Methode erfordert jedoch, dass die Probe für die Prüfung zerstört wird und erlaubt daher keine 100%ige Prüfung. Die NIR-Spektroskopie hingegen ist ein zerstörungsfreies analytisches Technologieverfahren, das die Echtzeitprüfungen bei sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten ermöglicht.

Das chemometrische NIR-Modell enthält spezifische Algorithmen und eine mathematische Vorbehandlung zur Durchführung der Hochgeschwindigkeitsanalyse. Das chemometrische Modell basiert auf Spektren von Produkten mit unterschiedlicher Restfeuchte der Lyo-Kuchen. Das Modell wird erstellt, um anhand des NIR Spektrums den Wassergehalt jedes Produkts, das den Sensor passiert, zu bestimmen. Die NIR-Spektrum wird verwendet, um alle Produkte zu identifizieren, die nicht dem Feuchtigkeitsspezifikationsbereich entsprechen. Diese werden  automatisch aussortiert. Die NIR-Spektren werden nach einem hierarchischen Modell (HM) analysiert.

Das Modell der Prozessanalyse besteht aus den folgenden Schritten

1. Produktidentifizierung

Die qualitative PCA-Analyse dient zur Identifizierung von verschiedenen Produkten. Die PCA unterscheidet zwischen den verschiedenen Populationen der Stichprobenklassen.

2. Restfeuchte Bestimmung

Die quantitative PLS-Analyse wird zur Bestimmung des Wassergehalts im Lyo-Kuchen verwendet. Die Korrelation zwischen den spektralen Daten und den entsprechenden Wassergehaltswerten (Karl Fischer Methode als Referenzanalyse) der einzelnen Komponenten erfolgt mit dem PLS Algorithmus.

3. Cake defect Klassifizierung

Der SVM Algorithmus dient zur Trennung oder Sortierung einer Gruppe von Materialien in eine oder mehrere Klassen, zum Beispiel die Separation zwischen „gut“ und „schlecht“ Klassen der „cake defect“ Berechnung.

Methodenentwicklung und -validierung als Schlüssel zum Erfolg

Während des Methodenentwicklungsprozesses werden die produktspezifischen Spektren analysiert und bilden die Grundlage für das chemometrische Modell. Jedes Modell ist auf das individuelle Produkt zugeschnitten und ermöglicht ein Höchstmass an Empfindlichkeit. Als Referenzmethode wird die Karl Fisher-Methode verwendet.

Wiederholte NIR-Messungen von Vials im Vergleich zur Referenzanalyse mittels Karl-Fischer