Sem-categoria 9 Outubro 2024

Análise quantitativa de formas farmacêuticas por espetroscopia NIR

Quantitative analysis of pharmaceutical forms
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Visum Palm™ Handheld NIR Analyser - Análise quantitativa de formas farmacêuticas

A espetroscopia de infravermelhos próximos (NIRS) é uma técnica analítica que ganhou proeminência na indústria farmacêutica devido à sua capacidade de efetuar análises rápidas e não destrutivas sem necessidade de uma preparação extensiva da amostra. O analisador Visum Palm™ abrange a gama de comprimentos de onda entre 900 nm e 1700 nm e caracteriza-se pela absorção de energia devido a sobretons e combinações das vibrações das ligações moleculares.

Esta propriedade é particularmente útil na quantificação de ingredientes activos e excipientes em formulações farmacêuticas sólidas, líquidas ou em pó e a uniformidade de conteúdo é, sem dúvida, uma das aplicações mais relevantes da tecnologia NIRS nesta indústria, substituindo ou complementando os métodos analíticos tradicionais em aplicações específicas com tecnologias de monitorização de processos em tempo real, um novo paradigma designado por Tecnologias Analíticas de Processo ou PAT.

Acerca da gama de analisadores Visum Palm™ - Análise quantitativa de formas farmacêuticas

A gama espetral de 900 nm a 1700 nm oferece o melhor compromisso entre versatilidade, maturidade e a capacidade da tecnologia para trabalhar com formas sólidas, em pó e especialmente líquidas. Ao contrário de outros dispositivos analógicos que funcionam na gama de 1600 nm a 2500 nm, a gama espetral do Visum Palm™ apresenta níveis mais baixos de absorção de água, melhor penetração da luz e, consequentemente, um sinal mais claro e informativo com menos ruído.

 

Analisador Visum Palm™ portátil ou de bancada (laboratório)

Métodos analíticos tradicionais e espetroscopia NIR

A tecnologia NIR é ideal para complementar ou substituir os métodos analíticos tradicionais, como a cromatografia líquida de alta resolução (HPLC), a espetrofotometria UV/Vis, a cromatografia gasosa ou os métodos de titulação química.

Um caso muito difundido na indústria é a substituição do método de Karl-Fischer pelo NIRS para a determinação da perda por secagem (LOD) em formas farmacêuticas. Apesar das vantagens óbvias oferecidas pela técnica NIRS (pouca ou nenhuma preparação de amostras, sem necessidade de reagentes, resultados imediatos e possibilidade de corrigir os parâmetros do processo), vale a pena mencionar que não tem a mesma sensibilidade para quantificar ingredientes activos (API) ou excipientes em concentrações tipicamente abaixo da gama de 0,1% a 1% em peso, sendo este o limite de quantificação (LOQ) na maioria dos casos e aplicações de quantificação.

Visum Palm™: Conformidade regulamentar

O analisador Visum Palm™ e o respetivo software foram concebidos para cumprir todas as recomendações da Farmacopeia Americana (USP, 1119), da Farmacopeia Europeia (Ph. Eu., secção 2.2.40), do regulamento 21 CFR Part 11 da FDA e das Orientações da Agência Europeia de Medicamentos (EMA): “Guideline on the use of near infrared spectroscopy by the pharmaceutical industry and the data requirements for new submissions and variations ‘ (2014), Adenda ’Defining the Scope of an NIRS Procedure ‘ (2023), bem como a recente ’ICH Q14 Guideline on analytical procedure development ” de dezembro de 2023.

  • Conformidade com o CFR e rastreabilidade de todas as informações de utilização do dispositivo. Pista de auditoria.
  • Verificação do comprimento de onda fotométrico, ruído e linearidade. Assistente guiado a partir do analisador. Relatório automatizado do estado do dispositivo.
  • Auto-diagnóstico.
  • Capacidade de desenvolver, atualizar e editar métodos de identificação, classificação e quantificação sem conhecimentos especializados.
  • Relatórios automatizados com informações técnicas dos métodos NIRS desenvolvidos ou editados como informação para detetar necessidades de melhoria, plano de manutenção ou para o dossier de validação.
  • Possibilidade de validação de métodos NIRS com amostras externas offline.
  • Personalização de relatórios de utilização para análise de identificação ou quantificação.
  • Gestão de utilizadores e permissões. “Analista”, “Supervisor”, Utilizador Administrador”.

 

Analisador portátil Visum Palm™

Vantagens da espetroscopia NIR na quantificação

  • Rapidez de análise

A espetroscopia NIR oferece tempos de análise significativamente mais curtos em comparação com os métodos tradicionais. A análise NIR pode ser realizada numa questão de segundos, permitindo um controlo de qualidade em tempo real durante a produção.

  • Análise não destrutiva

Ao contrário da maioria dos métodos tradicionais, que requerem a destruição da amostra, a espetroscopia NIR pode ser realizada diretamente em comprimidos, pós ou soluções sem os perturbar, permitindo um maior rendimento da amostra para análise futura. Mesmo diretamente através de sacos translúcidos.

  • Pouca ou nenhuma preparação de amostras

A técnica NIR permite a análise direta da formulação, eliminando as laboriosas etapas de preparação da amostra, como a dissolução, filtração ou diluição, reduzindo assim o risco de erros e manuseamento excessivo.

  • Redução de custos

Ao eliminar a necessidade de solventes, reagentes e outros consumíveis, a técnica NIR pode reduzir significativamente os custos associados à análise de rotina. Além disso, a sua facilidade de automatização diminui o tempo de trabalho manual necessário, reduzindo significativamente os tempos de ciclo e o tempo de execução.

  • Multiparamétrica

A espetroscopia NIR permite a quantificação simultânea de múltiplos parâmetros numa amostra ou formulação. Com um método devidamente calibrado, a concentração de diferentes APIs, excipientes e mesmo outras propriedades pode ser determinada numa única análise.

  • Integração nos processos de fabrico

A técnica NIR é facilmente integrada em sistemas de monitorização de processos (PAT), permitindo o controlo em linha ou em tempo real das propriedades da formulação durante o fabrico, melhorando assim a eficiência do processo.

Desenvolvimento de um método quantitativo com Visum Palm™

Abaixo mostramos um caso de utilização do analisador Visum Palm™ para quantificação (teste de uniformidade de conteúdo) numa formulação farmacêutica em que o ingrediente ativo “X ” tem uma concentração alvo de 80% p/p.

Para este efeito, foi disponibilizado um conjunto de 20 amostras de calibração com variabilidade suficiente em termos de concentrações de API entre 72% e 96%, respetivamente, para o desenvolvimento do modelo preditivo.

O Model Builder Visum Master™ , conforme apresentado abaixo, gera uma divisão automática 80/20 do conjunto de amostras de calibração e validação interna.

Curva de regressão API ‘X’. Amostras de calibração ou modelação (cinzento) e amostras de validação interna (azul).

Outra funcionalidade automática importante é a execução de uma rotina de qualidade automática para a deteção de valores anómalos, que são espectros que não se encontram no espaço do modelo.

O software Visum Master™ traça, identifica, elimina e quantifica os valores anómalos espectrais encontrados no conjunto de modelos. Neste caso, menos de 0,5%, o que constitui um bom indicador da qualidade da informação espetral introduzida.

De qualquer modo, não se recomenda a utilização de um modelo com mais de 10% de anomalias detectadas e, consequentemente, o processo de preparação da amostra e de aquisição do espetro deve ser revisto.

Anómalos detectados e removidos do conjunto de amostras de modelização

Para determinar o risco de sobreajuste, ou seja, que os pré-tratamentos e o pré-processamento aplicados resultem num modelo aparentemente bom que não funciona necessariamente com amostras novas e futuras, o software Visum Master™ executa o teste de permutação Fisher-Pitman para garantir a sua qualidade para trabalhar com amostras futuras.

Conclusões: Análise quantitativa de formas farmacêuticas por espetroscopia NIR

O modelo preditivo resultante para a determinação quantitativa do API “X” produziu um coeficiente de correlação (R²) de 0,99 e um erro quadrático médio de previsão (RMSEP) de ± 0,1

De IRIS Technology Solutions

In the industrial bakery and pastry sector, the moisture of bread and pasta doughs is a parameter that requires exhaustive control, since changes in product moisture affect phenomena such as honeycombing, type of crust, or consistency, as well as alterations in conservation and the effect of time during the supply chain, from the factory to the end consumer. In this article we will talk about real-time moisture monitoring, the scope of infrared spectroscopy (NIR) at different points of the process and we will share an application case of automatic control in the manufacture of toast at the exit of the oven.

The current reference laboratory method for determining the % moisture content is the gravimetric method, which consists of drying a sample and measuring the weight loss (water difference). This method can take from several minutes to hours if stoves are used. It is therefore a resource-intensive method (personnel, equipment, materials and time) that directly affects efforts and the possibility of being able to optimize the nutritional parameter – moisture – of the product.

In the bread and bakery industry, moisture references are obtained at different stages of the manufacturing process in order to ensure compliance with standardized quality criteria, which can be synthetically grouped as follows:

Quality control of raw materials and ingredients. They can be used to verify that raw material arrivals are in compliance and to verify the quality of whole and milled grains, which affects the quality of the final product.

Quality control of bakery mixes and doughs. They can be used during production to measure flour yield, water absorption during the milling process, dough fermentation time and to determine the composition of the baking mix (% moisture, protein and ash).

Quality control of finished products. They can be used to control the quality of the finished product at the end of production or on the packaging line, ensuring compliance with legal compositional requirements, or provide data for nutritional labeling.

NIR (near infrared) technology is able to optimize all measurements in real time, either by monitoring with a portable analyzer, as in the case of the Visum Palm™, or by ensuring continuous control on the conveyor belt, cooler, or in the mixing tank with a Visum NIR In-Line™ analyzer, working in this case connected to the line’s management systems and PLC to control the manufacturing process or rectify in real time any malfunctions.

An application case, control of the baking process.

A mini-toast manufacturer needed a method to determine the humidity of the toast at the oven exit in real time, to mitigate the effects of the analysis time variable that made it impossible to rectify the baking temperature and therefore lost production batches that were not in accordance with the manufacturer’s specifications.

The problem of humidity in toast is that when humidity values are below 3.5%, the toast is fragile and tends to break during transport or handling, and when humidity is above 4.5%, the toast loses its crispiness. Continuous NIR technology makes it possible to optimize the parameter of interest.

For practical purposes, a predictive moisture model was made from samples and reference values from the customer’s laboratory, and since infrared spectroscopy is particularly sensitive to the presence of water, the same model could at the same time predict moisture in different varieties of the same customer’s product. The resulting model has a correlation coefficient close to 1 (0.99), indicating its accuracy. Connected to the PLC, the system identifies the product and instantly configures the analyzer to monitor the parameter of interest.

Finally, a Visum NIR In-Line™ continuous NIR analyzer was installed on the conveyor belt at the oven exit to determine the moisture value per area and, connected to the oven PLC, to rectify the burner temperature and provide real-time process/product information.

Instead of working with Vis-NIR, with the Visum HSI™ NIR (900-1700 nm) it would have been possible to analyze product unit by product unit, adding to the moisture analysis parameters such as color, homogeneity of components, spatial distribution of components, detection of foreign bodies (metals, plastics, cartons, etc.) or other critical process parameters. Needless to say that a single analyzer can perform countless predictions simultaneously, moisture, fats, proteins, sugars, etc. But this was not the case, we will tell you about it in another article.

I hope you have found this article on moisture monitoring with on-line NIR spectroscopy useful and we invite you to send us your comments and suggestions to our e-mail address news@iris-eng.com.


Joel Valdés Bravo
Technical Disclosure
IRIS Technology | Visum

 

De IRIS Technology Solutions