Raman Spectroscopy as a Tool for Process Analytical Technology

Význam tématu

Ramanova spektroskopie se stala klíčovým nástrojem v oblasti procesní analytické technologie (PAT) díky schopnosti poskytovat rychlá, neinvazivní a molekulárně specifická data. Umožňuje ověřit kvalitu vstupních surovin, sledovat průběh chemických reakcí in-situ a monitorovat procesy v reálném čase s cílem zajistit konzistentní kvalitu produktů v chemickém i farmaceutickém průmyslu.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje využití přenosných Ramanových spektrometrů pro tři hlavní aplikace v PAT:

• identifikaci surovin v souladu s cGMP a PIC/S požadavky,
• monitorování průběhu syntéz aktivních farmaceutických látek (API) in-situ,
• kvantitativní sledování krystalizačních procesů v pilotních a výrobních podmínkách.

Použitá metodika a instrumentace

Pro neinvazivní měření surovin a monitorování reakcí byly využity přenosné Ramanovy spektrometry B&W Tek (NanoRam® a i-Raman® Plus) vybavené 785 nm lasery a CCD detektory. Pro in-situ měření byla použita vlákny napájená ponorná sonda. Pro kvantitativní analýzy krystalizačních procesů byl nástroj umístěn v průmyslové skříni (NEMA) a data zpracovávána v softwaru BWIQ® pomocí PLS regrese.

Hlavní výsledky a diskuse

1. Identifikace surovin:

• Ramanovy spektra alfa- a beta-laktózy jsou navzájem odlišná, což umožňuje spolehlivou diskriminaci polymorfů.

2. Monitoring syntézy API (2-fenylimidazo[1,2-a]pyridin):

• Reakce byla sledována sběrem spekter každou minutu; univariátní analýza vybraných pásů (847, 1547 a 1684–1702 cm⁻¹) umožnila stanovit konec reakce do 2 hodin bez nutnosti odebírání vzorků.

3. Kvantitativní sledování krystalizace borové kyseliny:

• Byla vyvinuta PLS kalibrace pro koncentraci Na₂SO₄ (cílové 22–34 %) založená na 80 vzorcích; online měření ukázalo udržení koncentrace pod limitem rozpustnosti.

Přínosy a praktické využití metody

Ramanova spektroskopie v PAT přináší:

• rychlou a neinvazivní kontrolu surovin skrze obaly,
• real-time informace o průběhu reakcí bez sanitačního zásahu,
• podklady pro optimalizaci a standardizaci výrobních podmínek,
• snížení nákladů díky minimalizaci odpadů a zkrácení cyklu vývoje procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj Ramanovy spektroskopie včetně:

• integrovaných automatizovaných inline systémů pro kontinuální výrobu,
• vylepšených chemometrických metod a strojového učení pro robustnější kalibrace,
• kombinace s dalšími senzorovými technologiemi (viskozita, teplota) a digitálních dvojčat procesů,
• další miniaturizace přenosných přístrojů pro flexibilní nasazení v terénu.

Závěr

Přenosné Ramanovy spektrometry prokázaly vysokou přidanou hodnotu v průběhu postupů PAT od ověření surovin, přes vývoj a optimalizaci syntéz API až po kvantitativní monitorování krystalizace. Technologie přispívá k lepší procesní kontrole, vyšší kvalitě produktů a efektivitě výroby.

Reference

• Dickens J.E. Overview of Process Analysis and PAT, Bakeev K.A. (ed.), Wiley 2010.
• FDA Guidance for Industry: PAT, Rockville, MD, 2004.
• EMA Guideline on Real Time Release Testing, 2012.
• Slater J.B. et al., Handbook of Raman Spectroscopy, CRC Press 2001.
• Jestel N.L., PAT Spectroscopic Tools, Wiley 2010.
• Paudel A. et al., Adv. Drug Deliv. Rev. 89, 3–20 (2015).
• Rantanen J., J. Pharm. Pharmacol. 59, 171–177 (2007).
• Reid G.L. et al., Am. Pharm. Rev., 2012.
• Chen X. et al., Org. Process Res. Dev. 19(8), 995–1003 (2015).