Spektroskopia NIR czy Ramana? Potwierdzanie tożsamości surowców w przemyśle farmaceutycznym (RMID)
Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR) to niezwykle popularna technika, która od wielu lat stosowana jest w przemyśle farmaceutycznym do potwierdzania tożsamości surowców. Stacjonarne spektrometry zaczęły być wykorzystywane do rutynowej kontroli pod koniec lat 80., a od tego czasu producenci nieustannie dążyli do miniaturyzacji tych urządzeń i opracowania przenośnych rozwiązań. Choć na rynku pojawiło się już kilka mobilnych spektrometrów, większość z nich wciąż ma istotne ograniczenia. Są to jedynie zminiaturyzowane wersje laboratoryjnych spektrometrów FT-NIR lub DG-NIR, które nie zostały zaprojektowane od podstaw jako urządzenia przenośne. W rezultacie cechują się stosunkowo dużą wagą i krótkim czasem pracy na baterii, co utrudnia ich efektywne wykorzystanie w terenie.
Na rynku wyróżnia się Amerykańska marka VIAVI – jest to jedyny producent spektrometrów NIR oferujący aparaty zaprojektowane specjalnie z myślą o poręczności i małych gabarytach. Innowacja ta została rozwinięta w kolaboracji z NASA – jedne z pierwszych spektrometrów bazujące na tej technologii zostały zainstalowane na bezzałogowej sondzie OSIRIS-REx i wykorzystane do analiz próbek gleby na planetoidach.

Spektroskopia Ramana została wynaleziona wcześniej, ale z uwagi na problemy z czułością sensorów i kosztami została w przemyśle farmaceutycznym rozpowszechniona dopiero na początku XXI wieku. Niedługo później pojawiły się rozwiązania ręczne, ale z uwagi na konieczność zastosowania laserów, nadal są to urządzenia mniej poręczne niż aparaty NIR.
Podobieństwa pomiędzy spektroskopią NIR a spektroskopią Ramana
W teorii spektroskopia NIR i spektroskopia Ramana to techniki komplementarne. W idealnym świecie, gdzie koszty nie stanowiłyby ograniczenia, do analiz wykorzystywano by równolegle dwa spektrometry – jeden NIR i drugi Ramana. W praktyce jednak często musimy zdecydować się na jedną z tych metod. Zanim przejdziemy do omówienia kluczowych różnic między nimi, przyjrzyjmy się najpierw ich wspólnym cechom:
- Obie techniki są niedestrukcyjne – zarówno spektroskopia NIR, jak i spektroskopia Ramana nie niszczą badanej próbki. Wystarczy przybliżyć materiał do sensora i rozpocząć analizę.
- Analiza może być prowadzona przez przezroczyste medium – obie techniki pozwalają prowadzić analizy przez przezroczyste materiały takie jak szkło lub plastik. Dzięki temu nie ma konieczności otwierania pojemników.
- Obie techniki pozwalają prowadzić analizy jakościowe i ilościowe – przy pomocy obu technik możemy potwierdzić zarówno tożsamość surowców jak i procentową zawartość wybranego składnika.
Kluczowe różnice pomiędzy technikami
Spektroskopia NIR charakteryzuje się wieloma kluczowymi zaletami, które pozwalają uzyskać informacje nieosiągalne dla spektroskopii Ramana. Pierwszą z nich, jest informacja na temat wielkości cząstek – w przypadku analizy Ramana, otrzymujemy tylko informacje o chemicznej kompozycji badanego materiału. Często jednak zdarza się, że produkt chemicznie czysty został niepoprawnie wykrystalizowany i jego wielkość cząstek odbiega od przyjętego standardu. Może to mieć znaczący wpływ na dalsze procesy, w których zostanie wykorzystany. Spektroskopia NIR pokaże nam nie tylko czy produkt jest chemicznie czysty, ale też czy wielkość cząstek zgadza się ze wzorcem użytym do stworzenia biblioteki.
Kolejnym kluczowym parametrem, którego nie uzyskamy z analizy Ramana jest wilgotność próbki. Pasmo wody jest natomiast silnie widoczne w spektroskopii NIR, co pozwala uzyskać informacje na temat tego, czy materiał był poprawnie składowany i transportowany. Tak jak w przypadku wielkości cząstek, wilgotność odbiegająca od standardu przyjętego w bibliotece, może mieć znaczny niekorzystny wpływ na proces mieszania i granulacji.
Zastosowanie spektroskopii Ramana jest ograniczone przez fluorescencję próbek. W przemyśle farmaceutycznym jest to dosyć powszechne zjawisko. Jeśli materiał emituje światło pod wpływem lasera, jego analiza staje się niemożliwa. Ten problem dotyczy również spektrometrów bliskiej podczerwieni bazujących na technologii FTIR, ale nie spektrometrów używających lamp do naświetlania próbek np. VIAVI MicroNIR OnSite-W.
Dolna granica czułości różni się od siebie. O ile w przypadku analizy NIR, dolna granica wykrywalności to ok. 0,5 – 1%, to w przypadku droższych spektrometrów Ramana jesteśmy w stanie badać stężenia mierzone w ppm. W przypadku potwierdzania tożsamości nie ma to większego znaczenia, ale np. podczas kontroli syntezy API czułość jest istotna.
W dobie automatyzacji i komputeryzacji coraz rzadziej zdarza się, że dostarczony materiał jest zupełnie innym związkiem chemicznym niż zamówiony. Niemniej, błędy w krystalizacji i składowaniu występują znacznie częściej. Dzięki spektroskopii NIR jesteśmy nie tylko w stanie zbadać tożsamość chemiczną związku, ale też kontrolować różnice wielkości cząstek i wilgotności w stosunku do wzorca w bibliotece. Firma A.P. Instruments posiada w swojej ofercie ręczny spektrometr VIAVI MicroNIR OnSite-W, który idealnie nadaje się do takich rozwiązań.
VIAVI MicroNIR OnSite-W
Ręczny spektrometr VIAVI MicroNIR OnSite-W to wysokiej jakości urządzenie analityczne mieszczące się w obudowie wielkości latarki. Dzięki opracowanej we współpracy z NASA technologii Liniowego Filtra Zmiennego, możliwe stało się znaczne ograniczenie gabarytów urządzenia i maksymalne wydłużenie czasu pracy na baterii – w przypadku normalnego użytkowania jest to nawet tydzień pracy na jednym naładowaniu.

Analiza próbek jest bardzo prosta – wystarczy przyłożyć sondę do badanego materiału i nacisnąć przycisk. Po kilku sekundach wyniki wyświetlą się na ekranie komputera, tabletu lub telefonu komórkowego. Analiza może być prowadzona przez przezroczyste media, co znacznie ogranicza konieczność czyszczenia aparatu.
Dwuczłonowe oprogramowanie VIAVI pozwala na sprawne wdrożenie urządzenia. VIAVI MicroNIR Pro, czyli część deweloperska oprogramowania, odpowiada za tworzenie i testowanie modeli chemometrycznych oraz ich eksport do oprogramowania przeznaczonego dla operatora. Człon operatorski oprogramowania jest prosty w obsłudze, a jego intuicyjny interfejs umożliwia użytkowanie spektrometrów nawet bez bardziej zaawansowanego przeszkolenia technicznego. Oprogramowanie VIAVI MicroNIR Pro spełnia wymogi 21CFR Part 11, co pozwala na zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym. A.P. Instruments oferuje walidację i kwalifikacje DQ/IQ/OQ i PQ.

Podsumowanie
Spektroskopia NIR i spektroskopia Ramana to dwie wiodące techniki oferujące unikalne zalety i możliwości w przemyśle farmaceutycznym. W sferze badania tożsamości surowców, spektroskopia NIR wysuwa się jednak na prowadzenie dzięki możliwości analizy wielkości cząstek i wilgotności. VIAVI MicroNIR OnSite-W to urządzenie idealnie nadające się do tego typu zastosowań. Spektrometry marki VIAVI zostały już wdrożone przez światowych gigantów farmacji, m.in.: Johnson & Johnson, Sanofi, Roche, Merck i Novartis.