Development and validation of quantitative method by Transmission Raman spectroscopy
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2022-12-13
Department
Major/Subject
Chemistry
Mcode
CHEM3023
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
73
Series
Abstract
In pharmaceutical industry, there is a need for rapid analysis techniques, enabling swift release of the batch. Present techniques, such as HPLC, are laborious and time-consuming, and therefore turning interest to faster techniques. Transmission Raman spectroscopy (TRS) has established itself as a competent and environmentally friendly method for active pharmaceutical ingredient (API) and excipient quantitation and identification of pharmaceuticals in various forms, because of the absence of sample pre-treatment. TRS is a non-destructive and non-invasive technique providing chemical information of the pharmaceutical rapidly. TRS as such is applicable only for qualitative measurements, but with the help of chemometrics, it is also possible to perform quantitative measurements. In this thesis, purpose was to develop calibration model for quantitative determinations. The calibration set used for the model development included laboratory and commercial-scale manufactured samples ranging from 0,3 – 3,4 % w/w of API in the pharmaceutical ointment. Samples were then measured with TRS, after which primary results were analysed from the same samples with HPLC. The relationship of (x) data (Raman spectra) and (y) data (HPLC results) was then modelled with PLS algorithm. Two latent variables were selected and Weighted Least Square (WLS) baseline filtering together with Standard Normal Variate (SNV) normalization were used as pre-processing methods. The performance of the model was described by following parameters; R2, RMSEP, RMSEC, RMSECV and bias. R2 value of 0,99 was obtained for the model and RMSEP, RMSEC and RMSECV values were close to each other and relatively near zero. Bias per sample was -1,6 %, which refers to slightly lower results compared to the primary method. All values obtained for these parameters indicated that the method is suitable for quantitation of the API from the pharmaceutical ointment. The method was validated successfully to be linear in the range of 0,284 – 3,41 % w/w, and to be specific, accurate, precise, and robust.Lääketeollisuudessa on tarve analyysitekniikoille, jotka mahdollistavat erän nopean myyntiin vapauttamisen. Usein käytetyt analyysitekniikat, kuten korkean erotuskyvyn nestekromatografia, ovat työläitä ja aikaa vievä, jonka takia nopeammat analyysitekniikat ovat herättäneet kiinnostusta. Transmissioramanspektroskopia (TRS) on osoittautunut varteenotettavaksi analyysimenetelmäksi vaikuttavan lääkeaineen (API) ja apuaineiden toteamiseen sekä pitoisuusmäärityksiin eri tuotemuodoissa olevista lääkeaineista, sillä näytteen esikäsittelyä ei vaadita. TRS –tekniikkaa käytettäessä näyte pysyy hajoamattomana, mikä edesauttaa nopeaa informaation saamista näytteen kemiallisista ominaisuuksista. TRS sellaisenaan soveltuu ainoastaan lääkeaineen toteamiseen, mutta kemometrian avulla menetelmä soveltuu myös pitoisuusmäärityksiin. Tämän työn tarkoituksena oli luoda voidetuotteelle pitoisuusmenetelmä, joita myöhemmin käytettäisiin laadunvalvonnassa yhtenä erävapautustestinä. Menetelmän kehitykseen ja validointiin käytetty kalibraatiosarja sisälsi laboratoriossa valmistettuja ja kaupallisesti valmistettuja näytteitä pitoisuuksilla 0,3 - 3,4 m-%:a vaikuttavaa lääkeainetta lääkevoiteessa. Kaikki näytteet mitattiin ensin TRS:llä, jonka jälkeen näytteet analysoitiin primäärimenetelmällä eli HPLC:llä. Raman datan (x-data) ja primääritulosten (y-data) suhdetta mallinnettiin PLS-algoritmilla. Suhdetta valittiin selittämään kaksi piilevää muuttujaa (LV) ja spektrien esikäsittelyyn käytettiin pohjaviivan filteröintiä (WLS) sekä normalisointia (SNV). Mallin kyvykkyyttä kuvattiin seuraavilla parametreillä; R2, RMSEP, RMSEC, RMSECV ja vinouma. Mallin R2-arvo oli 0,99 ja RMSEP, RMSEC ja RMSECV-arvot olivat lähellä toisiaan ja suhteellisen lähellä nollaa. Vinouma oli -1,6 %, joka viittaa hieman alhaisempaan tulostasoon primäärimenetelmään verrattuna. Kaikki nämä arvot viittaavat siihen, että menetelmä on sopiva API:n pitoisuuden määrittämiseen lääkevoiteesta. Validointimittaukset osoittivat menetelmän olevan sopiva tarkoitukseensa.Description
Supervisor
Kulmala, SakariThesis advisor
Leppälä, EijaKeywords
Transmission Raman spectroscopy, pharmaceuticals, chemometrics, PLS