NIRS analyysimenetelmän siirto lääketeollisuudessa : Laskennalliset menetelmät lähi-infrapuna spektrometrien spektrien standardoimiseksi
Anttila, Severi (2023-05-09)
NIRS analyysimenetelmän siirto lääketeollisuudessa : Laskennalliset menetelmät lähi-infrapuna spektrometrien spektrien standardoimiseksi
(09.05.2023)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023061956612
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023061956612
Tiivistelmä
Lääketeollisuudessa liuottimen käyttö on erittäin runsasta ja niiden käyttöä halutaan vähentää. Liuotinvapaiden laadunvalvontamenetelmien avulla liuottimien käyttöä pystytään vähentämään. Lähi-infrapuna (NIR) spektroskopia on yksi tällaisista liuotinvapaista analyysimenetelmistä. NIR spektrin koostuessa ominais-, yli-, ja kerrannaisvärähtelyistä, analyysimallit perustuvat monimuuttujamallinnukseen.
Jokaisen värähtelyn suhde toisiinsa ja värähtelyjen intensiteetti vaikuttavat merkittävästi mallin tulokseen. Tunnistusmallin toiminta perustuu sidosten absorptioon tietyllä aallonpituudella. Jokainen molekyylin sidos absorboi säteilyä tietyllä aallonpituudella, näin jokaisella molekyylillä on omanlaisensa absorptiospektri. Pitoisuusmalli perustuu tunnistusmallissa hyödynnettävien absorptiospektrin intensiteetin analysointiin.
Monimuuttajamalliin perustuvaa analyysimallia siirrettäessä laitteelta toiselle, haasteena on laitteistojen erilaiset optiset polut. Laitteita ei pystytä valmistamaan täysin identtisiksi, eikä näin ollen laitteista johtuvaa eroa voida jättää huomioimatta. Tästä johtuen raakaspektrit eivät täysin vastaa toisiaan.
Työn tavoitteena oli esitellä matemaattisia malleja, joiden avulla eri laitteiden spektrit saadaan vastaamaan toisiaan, ja näin mahdollistetaan jo kehitettyjen analyysimallien siirtäminen laitteiden välillä. Lisäksi suoritin menetelmän siirron ja validoin menetelmän käyttöön.
Työssä menetelmä siirto PDS menetelmää hyödyntäen ei onnistunut. Siirto toteutettiin perinteisellä menetelmällä ja laitteiden optisista eroista johtuva ero sisällytettiin hyväksymiskriteereihin. Tällä tavalla toteutettuna laitteiden välinen ero on alle 3,0 %-yksikköä.
Menetelmän siirto onnistui saman laitevalmistajan kahden laitteen välillä ilman matemaattisia spektrinkäsittelyjä. Ilman spektrien käsittelyä laitteiden eroista johtuva virhe sisältyy nyt laitevirheeseen ja tiukemmilla hyväksymiskriteereillä tällä tavalla toteutettu siirto ei soveltuisi käytettäväksi. PDS menetelmä on liian järeä menetelmä kahden samalla tavalla toimivan NIR laitteen väliseen siirtoon. Tulevissa siirroissa kulmakertoimen ja virheen korjaus menetelmän käyttöä tulee tarkastella enemmän ja sen soveltuvuus arvioida syvällisemmin. In the pharmaceutical industry, the use of solvents is very abundant, and the use need to be reduced. Using solvent-free quality control methods, it is possible to reduce the use of solvents. Near-infrared (NIR) spectroscopy is one such solvent-free analysis method. As the NIR spectrum consists of overtones and combination bands, the analysis models are based on multivariate modeling.
The relationship of each vibration to each other and the intensity of the vibrations significantly affect the model's result. The identification model is based on the absorption of bonds at a certain wavelength. Each molecular bond absorbs radiation at a certain wavelength; each molecule has its own absorption spectrum. The concentration model is based on the analysis of the intensity of the absorption spectrum used in the detection model.
When transferring an analysis model based on a multivariable model from one device to another, the challenge is the different optical paths of the devices. It is not possible to make the devices completely identical, and therefore the difference due to the devices cannot be ignored. Because of this, the raw spectra do not completely match each other.
The goal of the work was to present mathematical models, with the help of which the spectra of different devices can be made to match each other, and thus enable the transfer of already developed analysis models between devices. In addition, I carried out the transfer of the method and validated the method for use.
The method transfer by only using the PDS method was not successful. The method transfer was carried out using the traditional method protocol and the difference due to the optical differences of the devices was included in the acceptance criteria. Implemented in this way, the difference between the devices is less than 3.0 % units.
The transfer of the method was successful between two devices of the same device manufacturer without mathematical spectrum processing. Without processing the spectra, the error due to device differences is now included in the device error, and with stricter acceptance criteria, the transfer implemented in this way would not be suitable for use. The PDS method is too rigid for transferring between two NIR devices operating on the same platform. In future transfers, the use of the slope coefficient and the error correction method should be examined more, and its applicability assessed more deeply.
Jokaisen värähtelyn suhde toisiinsa ja värähtelyjen intensiteetti vaikuttavat merkittävästi mallin tulokseen. Tunnistusmallin toiminta perustuu sidosten absorptioon tietyllä aallonpituudella. Jokainen molekyylin sidos absorboi säteilyä tietyllä aallonpituudella, näin jokaisella molekyylillä on omanlaisensa absorptiospektri. Pitoisuusmalli perustuu tunnistusmallissa hyödynnettävien absorptiospektrin intensiteetin analysointiin.
Monimuuttajamalliin perustuvaa analyysimallia siirrettäessä laitteelta toiselle, haasteena on laitteistojen erilaiset optiset polut. Laitteita ei pystytä valmistamaan täysin identtisiksi, eikä näin ollen laitteista johtuvaa eroa voida jättää huomioimatta. Tästä johtuen raakaspektrit eivät täysin vastaa toisiaan.
Työn tavoitteena oli esitellä matemaattisia malleja, joiden avulla eri laitteiden spektrit saadaan vastaamaan toisiaan, ja näin mahdollistetaan jo kehitettyjen analyysimallien siirtäminen laitteiden välillä. Lisäksi suoritin menetelmän siirron ja validoin menetelmän käyttöön.
Työssä menetelmä siirto PDS menetelmää hyödyntäen ei onnistunut. Siirto toteutettiin perinteisellä menetelmällä ja laitteiden optisista eroista johtuva ero sisällytettiin hyväksymiskriteereihin. Tällä tavalla toteutettuna laitteiden välinen ero on alle 3,0 %-yksikköä.
Menetelmän siirto onnistui saman laitevalmistajan kahden laitteen välillä ilman matemaattisia spektrinkäsittelyjä. Ilman spektrien käsittelyä laitteiden eroista johtuva virhe sisältyy nyt laitevirheeseen ja tiukemmilla hyväksymiskriteereillä tällä tavalla toteutettu siirto ei soveltuisi käytettäväksi. PDS menetelmä on liian järeä menetelmä kahden samalla tavalla toimivan NIR laitteen väliseen siirtoon. Tulevissa siirroissa kulmakertoimen ja virheen korjaus menetelmän käyttöä tulee tarkastella enemmän ja sen soveltuvuus arvioida syvällisemmin.
The relationship of each vibration to each other and the intensity of the vibrations significantly affect the model's result. The identification model is based on the absorption of bonds at a certain wavelength. Each molecular bond absorbs radiation at a certain wavelength; each molecule has its own absorption spectrum. The concentration model is based on the analysis of the intensity of the absorption spectrum used in the detection model.
When transferring an analysis model based on a multivariable model from one device to another, the challenge is the different optical paths of the devices. It is not possible to make the devices completely identical, and therefore the difference due to the devices cannot be ignored. Because of this, the raw spectra do not completely match each other.
The goal of the work was to present mathematical models, with the help of which the spectra of different devices can be made to match each other, and thus enable the transfer of already developed analysis models between devices. In addition, I carried out the transfer of the method and validated the method for use.
The method transfer by only using the PDS method was not successful. The method transfer was carried out using the traditional method protocol and the difference due to the optical differences of the devices was included in the acceptance criteria. Implemented in this way, the difference between the devices is less than 3.0 % units.
The transfer of the method was successful between two devices of the same device manufacturer without mathematical spectrum processing. Without processing the spectra, the error due to device differences is now included in the device error, and with stricter acceptance criteria, the transfer implemented in this way would not be suitable for use. The PDS method is too rigid for transferring between two NIR devices operating on the same platform. In future transfers, the use of the slope coefficient and the error correction method should be examined more, and its applicability assessed more deeply.