Monitoring a single-pot granulator using near-infrared spectroscopy

Význam tématu

Monitorování zbytkového rozpouštědla a vlhkosti během granulace a sušení je klíčové pro zajištění kvality farmaceutických produktů a optimalizaci výrobního procesu. Near-infrared spektroskopie (NIRS) umožňuje rychlou, nedestruktivní a kontinuální analýzu in-situ, čímž nahrazuje časově náročné laboratorní metody a podporuje principy Process Analytical Technology (PAT).

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem aplikace bylo ověřit novou konstrukci sondy pro NIR procesní analyzátor při sledování zbytkového metanolu a vlhkosti během sušící fáze ve vysokoshear granulátoru. Studie porovnávala tradiční měření s GC s inline přístupem, přičemž klíčové kroky zahrnovaly:

• Vývoj a instalaci úhlově orientované optické sondy v Bohle VMA 70 granulátoru.
• Simulaci výrobního cyklu: míchání, granulace, sušení za vakua a dusíkové purge.
• Sběr spekter NIR v reálném čase pro tvorbu kalibračního modelu a predikci zbytkového metanolu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byly využity tyto přístroje a softwarové nástroje:

• NIRS XDS Process Analyzer Metrohm (800–2100 nm, 0,5 nm rozlišení, 32 skenů).
• Optické vlákno s novou sondou se zkoseným měřicím okénkem pro zajištění konstantní hustoty vzorku.
• Bohle VMA 70 single-pot vysokoshear granulator s vakua (200 mbar), vytápěným pláštěm a dusíkovým purge (1 Nm3/h, 200 RPM).
• Software Vision® pro sběr dat, predikci a trendovou analýzu.

Hlavní výsledky a diskuse

Spektra sušícího granátu ukázala charakteristické absorpce metanolu a vody. Pro modelování zbytkového metanolu byla použita druhá derivace spekter v oblasti 1800–2100 nm s částečně nejmenších čtverců (PLS). Kalibrace dosáhla koeficientu R2 = 0,9823 a SEC = 0,44 % MeOH, cross-validace ukázala chybu 0,62 %. Trendové grafy predikcí odhalily:

• Rychlý pokles metanolu na počátku sušení.
• Mírné zvýšení zrání částic (case hardening) uvolňující mezibuněčný metanol.
• Hladký průběh predikcí i v místech vysoké turbulence díky úhlové sondě.

Přínosy a praktické využití metody

NIR monitoring umožňuje:

• Zrychlit rozhodování o konci sušení bez čekání na GC analýzu.
• Snížit variabilitu vzorků a zlepšit opakovatelnost procesu.
• Integrovat analýzu do PAT rámce pro automatizaci a kvalifikaci výroby.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření inline NIR do dalších procesních kroků, například granulace suspenzí či suspenzní granulace s vodními roztoky. Využití pokročilých multivariačních algoritmů a strojového učení umožní robustnější modely pro složitější směsi. Dále lze sondy kombinovat s termálními a tlakový­mi senzory pro multimodální kontrolu kritických parametrů.

Závěr

Studie prokázala, že úhlově orientovaná sonda s NIRS XDS procesním analyzátorem spolehlivě měří zbytkový metanol a vlhkost v turbulentním prostředí vysokoshear granulátoru. Inline NIR nahrazuje časově náročné laboratorní metody a podporuje PAT iniciativu, což vede k lepší kontrole kvality a efektivitě výroby.

Reference

R. A. Mattes, R. Schroeder, V. Dhopeshwarkar, R. Kowal, W. Randolph, Monitoring a Granulation Drying Process Using Near-Infrared Spectroscopy for In Situ Analysis Of Residual Moisture and Methanol, Pharm. Tech., September 2004.