GPM.2.1.0001.15 Spectrometrie în regiunea infraroșu apropiat. Aplicații ale spectroscopiei în infraroșu apropiat Validarea modelului de calibrare
ANIMALE SI VETERINAR
UDC 636.087.72:546.6.018.42 APLICAREA SPECTROSCOPIEI NIR PENTRU DETERMINAREA cantității de compuși anorganici și organici din furaje
SI. Nikolaev, doctor în științe agricole I.O. Kulago, candidat stiinte chimice S.N. Rodionov, Candidat la Științe Agricole
Universitatea Agrară de Stat din Volgograd
Această lucrare examinează posibilitățile metodei expres de spectroscopie NIR pentru determinarea cantității de substanțe anorganice și compusi organici. Ca rezultat al cercetării, performanța calibrărilor construite a fost testată folosind un amestec model de „granule – bischofit” pentru a cuantifica compoziția minerală a probelor biologice. Rezultatele arată că datele de calibrare pot fi utilizate pentru a evalua compoziția minerală a amestecurilor de furaje.
Cuvinte cheie: metoda NIR, model de calibrare, bischofit.
Metoda NIR se bazează pe măsurarea spectrelor de reflexie sau transmisie ale probelor în intervalul spectral de manifestare a frecvențelor componente și a tonurilor frecvențelor fundamentale de vibrație ale moleculelor de apă, proteine, grăsimi, fibre, amidon și alte componente importante ale probelor. în studiu, urmat de calculul valorii indicatorului folosind modelul de calibrare încorporat în analizor. Regiunea spectrală NIR acoperă intervalul de lungimi de undă 750-2500 nm (0,75-2,5 µm) sau intervalul de numere de undă 14000-4000 cm -1. Radiația din această regiune spectrală are o mare putere de penetrare și, în același timp, este complet sigură pentru obiectele biologice. Datorită acestui fapt, este posibil să se analizeze cerealele integrale ale diferitelor culturi fără nicio deteriorare a probei. Principalele avantaje ale analizoarelor NIR sunt: măsurarea rapidă, lipsa pregătirii probelor și a reactivilor. Procesul de analiză în sine durează 2-3 minute.
Unul dintre noile domenii de aplicare a metodei NIR în studiul obiectelor biologice este studiul compoziției soluțiilor apoase.
Se știe din literatură că soluțiile de sare sunt direct inactive în regiunea NIR și înregistrarea semnalului se bazează pe modificări ale legăturilor de hidrogen între săruri.
Un exemplu tipic de măsurare a „proprietăților non-spectrale” ale unei substanțe folosind spectroscopie în infraroșu apropiat este determinarea compoziției sării. apa de mare. În acest sens, conceptul de agent de schimbare IR devine semnificativ. Clorura de sodiu modifică structura apei prin modificarea legăturilor de hidrogen, care se reflectă în spectrele din regiunea aproape IR.
În evoluțiile științifice anii recenti Un loc important este acordat studiului efectelor diferitelor macro și microelemente din aditivii minerali asupra proceselor metabolice ale organismului animalelor și păsărilor de curte și influenței acestor aditivi asupra indicatorilor calitativi și cantitativi ai produselor fabricate.
Aşa cum indică deficienţa Ba11oi'^ de hrană în aminoacizi şi energie
de obicei duce doar la o scădere a creșterii în greutate și la o deteriorare a plăților pentru furaje, în timp ce
cum un deficit de minerale și vitamine poate provoca diverse boli și chiar moartea animalelor de fermă.
Principala sursă de minerale pentru animalele de fermă este hrana pentru plante (cu unele excepții), care este introdusă în alimentație sub formă de suplimente minerale (sare de lings pentru animale, cretă, cochilii pentru păsări etc.). Compoziția minerală a furajelor variază în funcție de calitatea acestora, de condițiile de creștere a plantelor, de nivelul tehnologiei lor agricole și de o serie de alți factori, inclusiv de așa-numita provincie biogeochimică.
Deoarece animalele primesc elemente de nutriție minerală cu hrana și parțial cu apă, în această lucrare s-au efectuat studii asupra soluțiilor apoase de săruri (clorura de sodiu și clorura de magneziu) și a unor compuși organici (zahăr, aminoacizi) folosind metode spectrale moderne cu înregistrare. de semnale în NIR ( near-IR) - zone.
Pentru a măsura concentrațiile soluțiilor apoase de bischofit prin metoda NIR, a fost construit un model de calibrare:
1) măsurătorile au fost efectuate în 4 puncte (poziții cuvete);
2) fiecare punct a fost scanat de douăzeci și patru de ori;
3) măsurătorile au început cu cea mai mică concentrație de bischofit (1%);
4) fiecare probă a fost măsurată de trei ori, primele două ori cu aceeași umplere a cuvei, a treia oară cuva a fost umplută din nou;
5) probele au fost selectate astfel încât să caracterizeze trei intervale de concentrație.
Ca rezultat, a fost obținut un model de calibrare pentru a determina concentrația de bischofit în apă cu un coeficient de corelație de 0,99 (Figura 1).
SEC J SECV I SEV ] MD | Probe cu analiză chimică slabă | Conturi | Spectrul, încărcături | Chim. sarcina | Spectre totale: 99
Valoarea estimată
;-N" rk- RP. u.
Valoare de referinta
Criterii de control al emisiilor: 12"00001
Excludeți spectrele selectate
Anulați toate modificările
Indicator SEC R2sec
Cantitate 0,432567 0,999078
Tendință picant y = 0,0175+0,9991 x
Figura 1 - Modelul de calibrare al bischofitului
Figura 1 prezintă un model de calibrare al bischofitului construit pe baza de soluții de bischofit cu concentrații de la 1% la 10%, de la 18% la 28%, de la 32% la 42%.
Model de calibrare Cantitativ
SEC SECV | SEV J MD | Probe cu chimie slabă Spectre totale: 48
analiză) Conturi | Spectrul, încărcături | Chim. i
Valoarea estimată
eu. . 0 5 . . , . . . . 1 . . . . , . 10 15 20
Valoare de referinta
Index:
|Cantitate
Afișează datele ca: | Programa
Controlul emisiilor
Criteriu: I 2-0000< *SECV Обновить |
Excludeți spectrele selectate
Anulați toate modificările
Indicator SECV R2secv F Linie de tendință
Cantitate 0,092000 0,999799 72877,753658 y = -0,0027+ 0,9996 X
Figura 2 - Modelul de calibrare a clorurii de sodiu
În aceeași secvență, a fost construit un model de calibrare pentru clorură de sodiu pentru evaluare comparativă. Coeficientul de corelație al modelului a fost de 0,99.
Figura 2 prezintă un model de calibrare a unei soluții de clorură de sodiu cu concentrații de la 1% la 10%, de la 18% la 20%.
Pentru a determina concentrația de zahăr dizolvat în apă distilată, a fost construit un model de calibrare în secvența de mai sus. Coeficientul de corelație al modelului a fost de 0,99 (Figura 3).
Model de calibrare Cantitate
BES 5ES\/ | BEU) MO | Probe cu IA chimică slabă Spectre totale: 107
m | Conturi ] Spectrul, încărcări | Chim. sarcina |
Valoarea estimată 60-
Valoare de referinta
Cantitate
Afișează datele ca: | Programa
Controlul emisiilor
Criterii: | 2-0000(„Actualizare BESU |
Excludeți spectrele selectate
Anulați toate modificările
Indicator BESU (ggees/ P Tendință directă
Cantitate 0,218130 0,999851 230092,131072 y =0,0114 + 0,9996 x
Figura 3 - Modelul de calibrare a zahărului
Figura 3 prezintă un model de calibrare a unei soluții de zahăr cu concentrații de la 1% la 10%, de la 18% la 28%, de la 40% la 45%.
Model de calibrare Calitativ
Figura 4 - Distribuția modelelor de calibrare: 1) P-alanina, 2) zahăr,
3) bischofit, 4) clorură de sodiu într-un singur sistem de coordonate Pentru a evalua modelele obținute în coordonatele a două componente principale, s-a efectuat o comparație calitativă a punctelor de distribuție ale modelelor de calibrare: 1) P-alanina, 2) zahăr , 3) bischofit, 4) clorură de sodiu.
Folosind aceste calibrări, au fost efectuate următoarele studii. Soluțiile de bischofit au fost preparate cu o fracție de masă de substanță dizolvată de 2%, 4%, 10%, cu care boabele (grâu, orz, ovăz) au fost umezite. La măsurarea concentrației unei soluții de bischofit prin metoda NIR, care a fost folosită pentru umezirea cerealelor (grâu, orz, ovăz), s-au obținut următoarele date (Tabelul 1).
Tabelul 1 - Concentrația de bischofit
Concentrația soluției de bischofit înainte de umezirea boabelor (grâu, orz, ovăz) Concentrația soluției de bischofit după umezirea boabelor (grâu, orz, ovăz)
ovăz de orz de grâu
10 % 10,1 10,2 10,3
La umezirea cerealelor (grâu, orz, ovăz) cu o soluție de bischofit cu diferite concentrații (2%, 4%, 10%), culoarea soluției de bischofit s-a schimbat.
În fiecare caz, soluția de bischofit cu care s-a umezit bobul a fost colorată, eventual prin materie organică (pigmenți) a boabei, iar vizual soluția a avut o culoare mai saturată la o concentrație de bischofit de 2%; cu o creștere a concentrației. a soluției de bischofit, intensitatea culorii soluției cu care a fost umezit boabele a scăzut.
Din analiza rezultatelor din Tabelul 1, se poate observa că concentrația soluției de bischofit (2%, 4%, 10%) cu care a fost umezit boabele (grâu, orz, ovăz) practic nu s-a modificat. Boabele au absorbit un anumit volum de lichid. După aceasta, soluția neutilizată a fost drenată și a fost măsurat volumul acesteia. Se poate presupune că cantitatea de sare rămasă pe bob (grâu, orz, ovăz) a fost dizolvată în volumul consumat de bischofit.
Calculele au arătat că atunci când un bob de grâu cântărind 1000 g este umezit cu o soluție de bischofit cu concentrații (2%, 4%, 10%), cantitatea de magneziu și clor indicată în tabelul 2 trebuie să rămână pe bob (grâu, orz, ovăz). ).
Tabelul 2 - Conținutul calculat de cationi de magneziu și anioni de clor pe boabe _______ (grâu, orz, ovăz), după tratarea cu soluție de bischofit_______
Cantitatea de magneziu g rămasă pe un bob cu greutatea de 1000 g când este umezit cu bischofit Cantitatea de clor g rămas pe un bob cu greutatea de 1000 g când este umezit cu bischofit
2 % 4 % 10 % 2 % 4 % 10 %
Boabele de grâu 2,4 5,0 11,2 7,1 14,8 33,2
Boabele de orz 2,0 4,2 10,6 6,1 12,6 31,6
Boabele de ovăz 4,8 9,8 21,2 14,2 29,2 62,8
Pentru determinarea cantității de cationi de magneziu și anioni de clor ai cerealelor (grâu, orz, ovăz) tratați cu soluție de bischofit (2%, 4%, 10%) s-a folosit metoda electroforezei capilare (CEP). Studiile au fost efectuate pe un analizor Kapel 105, folosind metoda de determinare a cationilor din furaj M 04-65-2010 dezvoltata (LUMEX LLC), metoda de determinare a anionilor din furaj M 04-73-2011 dezvoltator (LUMEX LLC). Am studiat boabele (grâu, orz, ovăz) umezite cu o soluție de bischofit (2%, 4%, 10%). Rezultatele cercetării sunt prezentate în tabelul 3.
Tabelul 3 - Conținutul de cationi și anioni din cereale (grâu, orz, ovăz).
Cantitate de magneziu, g Cantitate de clor, g
în 1000 g boabe în 1000 g boabe
Fara bischofit Bischofit 2% o4 4 t and & o sh and B Bischofit 10% Fara bischofit o4 2 t and & osh si B o4 4 t and & o sh and B Bischofit 10%
Boabele de grâu 2,8 4,5 6,7 11,4 3,3 8,5 12.G 22,7
Boabele de orz 2.4 3.9 5.6 16.G 4.5 5.6 1G.4 26.G
Boabele de ovăz 2,3 6,2 11,6 36.G 4.1 1G.G 26.G 44.G
1. În mod tradițional, în evaluarea calității apei și a furajelor se obișnuiește să se ia în considerare prezența cantității unui anumit mineral în apă și furaj, în acest caz, am intrat în contact cu calitatea influenței mineralului asupra fizicului și proprietăţile chimice ale apei şi eventual asupra amestecului de furaje.
2. O comparație a două modele de calibrare (soluții de clorură de sodiu și clorură de magneziu) a arătat că modelul de calibrare al clorurii de sodiu se bazează pe intervalul spectral de la 10400 la 10900 cm-1, iar pentru bischofit (clorura de magneziu) de la 10100 la 10600 cm-1. Se știe din literatură că soluțiile de sare sunt direct inactive în regiunea NIR și înregistrarea semnalului se bazează pe modificări ale legăturilor de hidrogen între săruri.
Prin urmare, efectul clorurii de sodiu asupra legăturilor de hidrogen într-un sistem cu apă sărată este diferit de efectul clorurii de magneziu asupra legăturilor de hidrogen din același sistem.
3. Într-un singur sistem de coordonate, componentele organice și anorganice au fost distribuite într-o anumită succesiune, fără amestecare.
4. Cantitatea calculată de magneziu care ar fi trebuit să rămână pe bob (grâu, orz, ovăz) coincide aproape complet cu cantitatea reală de magneziu determinată cu ajutorul sistemului de electroforeză capilară Capel-105.
Cantitatea de clor este semnificativ mai mică decât cea calculată.
5. Analiza Tabelului 3 arată că datele obținute prin etalonări ale metodei NIR sunt confirmate de studiile CEF.
6. Ca rezultat al cercetării, performanța calibrărilor construite a fost testată folosind un amestec model de „granule – bischofit” pentru a evalua cantitativ compoziția minerală a probelor biologice. Rezultatele arată că datele de calibrare pot fi utilizate pentru a evalua compoziția minerală a amestecurilor de furaje.
Bibliografie
1. Georgievsky, V.I. Influența nivelului de magneziu din alimentație asupra creșterii și dezvoltării puilor de carne [Text] / V.I. Georgievsky, A.K. Osmanyan, I. Tsitskiev // Chimie în agricultură. - 1973. - Nr. 10. - P. 68-71.
2. Sheptun, V.L. Introducere în metoda spectroscopiei în regiunea infraroșu apropiat [Text]: manual metodologic / V.L. şoptător. - Kiev: Center for Infrared Spectroscopy Methods LLC "Analit-Standard", 2005. - 85 p.
3. Schmidt, V. Spectroscopie optică pentru chimiști și biologi [Text] /V. Schmidt. -M.: Tehnosfera, 2007. - 368 p.
Spectrometrul MicroNIR™ Pro este un spectrometru NIR ultra-compact, ultra-ușor și accesibil, care combină componentele optice Viavi OSP de înaltă precizie cu cele mai avansate tehnologii optice și de miniaturizare a instrumentelor. Spectrometrul MicroNIR™ Pro este solutie perfecta pentru diverse aplicații, combinând preț și calitate bun, precum și ușurința în utilizare. Cu cea mai mică dimensiune și cea mai ușoară greutate dintre orice soluție disponibilă comercial, spectrometrul MicroNIR™ Pro NIR poate fi integrat ușor și direct în majoritatea instrumentelor. linii de producție, cum ar fi uscătoare cu pat fluidizat, mixere, compactoare cu role, mașini de tabletare pentru a controla nivelul de umiditate sau a monitoriza sfârșitul operațiunii de proces. Factorul de formă ultra-compact al spectrometrului permite, de asemenea, să fie utilizat în cercetarea criminalistică de teren pentru identificarea explozivilor și a substanțelor narcotice.
Prezentare generală a tehnologiei
Soluțiile mobile și încorporate de analiză spectrală NIR sunt utilizate în prezent pentru analiza calitativă și cantitativă a solidelor, lichidelor și gazelor și sunt ideale pentru alimentație și agricultură, industriile farmaceutice și chimice și cercetarea mediului. În același timp, dimensiunea compactă a spectrometrului NIR este la mare căutare, deoarece astfel de dispozitive sunt convenabile pentru utilizare în condiții de câmp, precum și pentru a fi încorporate în reactoare și mașini industriale.
Pentru fabricarea modulului optic al spectrometrelor MicroNIR, este utilizată o tehnologie brevetată pentru pulverizarea filtrelor liniare reglabile cu film subțire (LVF). Aceste filtre acționează ca un element de dispersie al spectrometrului și reprezintă o acoperire specială subțire sub formă de pană unilaterală. Deoarece lungimea de undă a benzii de absorbție maximă depinde de grosimea stratului de acoperire 
filtru de lumină, forma în formă de pană a filtrului LVF permite lungimilor de undă ale luminii să treacă secvenţial. Astfel, toate soluțiile optice de la Viavi sunt filtre LVF combinate direct cu un detector cu matrice de diode.
Filtrul liniar reglabil cu detector cu matrice de diode, surse de lumină, componente optice auxiliare și electronice sunt conținute într-un singur pachet foarte compact, oferind flexibilitate încorporată și mobilitate în câmp de neegalat.
În funcție de modul de măsurare și tipul probelor, spectrometrele MicroNIR TM 1700 ES pot fi echipate cu diverse accesorii:
- Suport flacon pentru analiza pulberilor și a unor lichide
- Manșeta (inclusă ca standard) este necesară pentru a proteja optica spectrometrului și pentru a seta distanța focală optimă
- Manșeta cu fereastră suplimentară de protecție este utilizată pentru analiza pulberilor ambalate în pungi de plastic.
- Modul de transmisie necesare analizei lichidelor si a peliculelor subtiri.
 |
Spectrometru NIR MicroNIR™ OnSite
Spectrometrul MicroNIRTM OnSite NIR este o versiune specială robustă a spectrometrului MicroNIR™ 1700 ES, fabricat în conformitate cu standardul de siguranță IP65. Acest spectrometru este recomandat pentru utilizare în condiții expediționale, precum și atunci când se lucrează în depozite și investigații criminalistice - în toate cazurile în care este necesar protecţie fiabilă de la umiditate și praf.
Pentru o funcționare și mai sigură, se recomandă utilizarea acestui spectrometru împreună cu tablete sau laptopuri cu protecție IP65. O versiune mobilă specială a software-ului este utilizată pentru analiza cantitativă rapidă și precisă și identificarea substanțelor necunoscute.
Spectrometre NIR MicroNIR™ PAT USB / USB Extended
MicroNIR™ PAT USB și MicroNIR™ PAT USB Extended sunt spectrometre NIR industriale concepute pentru instalare în echipamente industriale de orice dimensiune. Aceste dispozitive vin într-o carcasă protejată (clasament IP65), sunt fabricate din oțel inoxidabil SS316 pentru o curățare ușoară și practic nu necesită întreținere.
 |
Spectrometru NIR MicroNIR™ PAT WE
Spectrometrul MicroNIR™ PAT WE NIR este cea mai mobilă soluție în domeniul analizoarelor industriale portabile NIR. Pentru a oferi rezultate de măsurare rapide și precise, carcasa compactă din aluminiu găzduiește un spectrometru (cu port de măsurare din oțel inoxidabil SS316), o baterie litiu-ion, un modul WiFi și senzori de accelerometru. Acest dispozitiv poate fi instalat pe părțile mobile ale dispozitivelor industriale.
Caracteristici cheie:
- Designul spectrometrului nu are componente mobile.
- Nu se folosesc cabluri scumpe de fibră optică pentru funcționare.
- Carcasa analizorului este realizată din aluminiu și oțel inoxidabil SS316 și este protejată de umiditate și praf în conformitate cu IP65.
- Bateria litiu-ion înlocuibilă oferă până la 8 ore de funcționare continuă.
- Un sistem de orientare pe 9 axe, care include un accelerometru, magnetometru și giroscop, vă permite să compensați complet măsurătorile dacă dispozitivul este instalat pe un dispozitiv în mișcare sau în rotație.
 |
Prezentare generală a software-ului
Software-ul MicroNIR™ Pro oferă o interfață de utilizator intuitivă, adaptată computerelor personale și mobile moderne, inclusiv celor echipate cu ecrane tactile. Acest software vă permite nu numai să controlați spectrometrele, ci și să dezvoltați metode de măsurare și să construiți modele de calibrare pentru analize calitative și cantitative. Software-ul este pe deplin compatibil cu 21 CFR Part 11, are o structură de acces pe mai multe niveluri și este echipat cu toate instrumentele necesare pentru stocarea unor cantități mari de date și efectuarea de audituri.
 |
 |
Datele achiziționate folosind software-ul MicroNIR™ PRO pot fi importate cu ușurință în puternicul software Unscrambler X de la SAMO (inclus cu spectrometrele MicroNIR™) și în spectre preprocesate în lot, urmate de modele chimiometrice de clasificare și regresie. Algoritmii de modelare PCA, PLS-DA și SVM sunt disponibili pentru analiza calitativă, iar PLS, PCR și SVM-R pentru analiza cantitativă.
 |
MINISTERUL SĂNĂTĂȚII AL FEDERĂȚIA RUSĂ
ARTICOL FARMACOPEIAN GENERAL
Cspectrometrie în apropierea OFS.1.2.1.1.0001.15
regiunea infraroșu Introdus pentru prima dată
Spectrometria în infraroșu apropiat (NIR) este o metodă bazată pe capacitatea substanțelor de a absorbi radiația electromagnetică în intervalul de lungimi de undă de la 780 la 2500 nm (12500 la 4000 cm-1).
Absorbția în domeniul NIR este de obicei asociată cu tonuri ale frecvențelor vibraționale fundamentale ale legăturilor C–H, N–H, O–H și S–H și combinațiile acestora. Cel mai informativ interval este regiunea de la 1700 la 2500 nm (6000 la 4000 cm -1).
Spectrometria NIR se caracterizează prin ușurință în pregătirea probei sau lipsa pregătirii probei, rapiditatea măsurătorilor, caracterul nedistructiv al analizei (fără deschiderea ambalajului medicamentului), evaluarea simultană a mai multor parametri (indicatori) și monitorizarea de la distanță, inclusiv în fluxuri de proces în timp real.
Spectrometria NIR permite evaluarea calitativă și cantitativă directă sau indirectă a caracteristicilor chimice, fizice și fizico-chimice ale obiectului analizat, inclusiv:
– numărul de hidroxil și iod, gradul de hidroxilare;
– forma cristalină și gradul de cristalinitate;
– formă polimorfă sau formă pseudopolimorfă;
– dispersie de particule și altele.
Analiza informațiilor extrase din spectrele NIR se realizează folosind algoritmi chimiometrici.
Echipamente
Spectrometrele NIR constau din:
- sursa de radiații, de exemplu lampă de cuarț(lămpi cu incandescență) sau echivalentul acestuia;
- monocromator (rețele de difracție, prismă, filtru optic-acustic) sau interferometru (pentru spectrometre Fourier);
- aparat de inregistrare - detector (pe baza de siliciu, sulfura de plumb, arseniura de indiu, arseniura de indiu galiu, telurura de mercur-cadmiu, sulfat de triglicina deuterat etc.);
- dispozitive de plasare a probelor și/sau sondă de fibră optică la distanță.
Spectrometrele pot fi echipate cu un compartiment de celule, o sferă de integrare (o sferă de integrare este o componentă optică constând dintr-o cavitate sferică acoperită cu un material foarte reflectorizant, sfera este concepută pentru a obține spectrele de reflexie ale probelor neomogene), module externe pentru măsurare transmitanța eșantioanelor, dispozitivelor cu mare dispersie alimentare automată probe, sonde cu fibră optică etc. Alegerea unuia sau altuia dispozitiv pentru analiză depinde de tipul eșantionului și de metoda de măsurare aleasă.
Cuvele din sticlă sau cuarț, flacoanele, paharele de sticlă, suporturile pentru capsule sau tablete și alte dispozitive sunt folosite pentru plasarea probelor.
Prelucrarea datelor și analiza rezultatelor obținute se realizează cu ajutorul unui software special.
Fiecare mod de măsurare (transmițănță, reflexie difuză și combinația lor) trebuie să aibă propria sa procedură de verificare, inclusiv verificarea preciziei și reproductibilitatea scalei lungimii de undă, liniaritatea, stabilitatea răspunsului și zgomotul fotometric.
Verificarea preciziei scalei undelor. Pentru a verifica acuratețea scalei de undă, înregistrați spectrul standardului, care are maxime și minime caracteristice de absorbție și comparați valorile lungimii de undă obținute cu caracteristicile declarate. Ca standarde se folosesc oxizii de elemente de pământuri rare, vaporii de apă din atmosferă, clorura de metilen și altele.
În dispozitivele cu transformată Fourier, scara numărului de undă este liniară pe întregul domeniu de operare, iar pentru a verifica acuratețea scalei de undă, este suficient să folosiți un standard cu controlul caracteristicilor declarate într-o bandă de absorbție. Dispozitivele de alte tipuri pot avea o scară neliniară a numărului de undă și necesită verificarea caracteristicilor metrologice declarate cu cel puțin trei vârfuri (unul sau mai multe standarde) care acoperă întregul domeniu de operare.
Eroarea în setarea lungimilor de undă nu trebuie să fie mai mare de ± 1 nm (sau un număr de undă echivalent) în domeniul lungimii de undă de până la 1900 nm și nu mai mult de ± 1,5 nm pentru intervalul de lungimi de undă ≥ 1900 nm.
Reproductibilitatea setării lungimii de undă trebuie să respecte cerințele sau cerințele producătorului documente de reglementare care operează pe teritoriul Federației Ruse.
Verificarea liniarității fotometrice și a stabilității răspunsurilor. Pentru a verifica liniaritatea fotometrică, sunt înregistrate spectre NIR ale standardelor cu valori cunoscute de transmitanță sau reflectanță și este reprezentată grafic o dependență a valorilor de transmitanță sau reflectanță obținute de valorile cunoscute. Rezultatul construirii unei astfel de relații ar trebui să fie o linie dreaptă cu o tăietură (0,00 ± 0,05) și o tangentă a dreptei (1,00 ± 0,05).
Pentru a testa liniaritatea fotometrică în modul de reflectare, polimeri dopați cu carbon sau echivalenți sunt utilizați ca standarde. Dacă instrumentul este utilizat pentru a măsura probe cu o absorbanță de 1,0 sau mai puțin, atunci este suficient să utilizați 4 standarde în intervalul de valori de reflectare de la 10 la 90%, de exemplu, 10, 20, 40 și 80% cu valorile corespunzătoare de absorbție de 1,0; 0,7; 0,4 și 0,1. Când măsurați o probă cu absorbanță mai mare de 1,0, adăugați un standard de reflectanță de 2 și/sau 5% la setul specificat de standarde.
Pentru a verifica liniaritatea fotometrică în modul de transmisie, sunt utilizate ca standarde 3 filtre cu valori de transmisie în intervalul de la 10 la 90% și o linie de transmisie 100%, adică. Se înregistrează spectrul de transmisie al canalului gol.
Pentru a verifica stabilitatea răspunsului, măsurați periodic un standard cu proprietăți fizice și chimice neschimbate. Măsurătorile de fond trebuie efectuate folosind același standard intern sau extern. Abaterea răspunsului fotometric nu trebuie să depășească ± 2%.
Verificarea zgomotului fotometric. Pentru a estima zgomotul fotometric la măsurarea transmisiei, înregistrați o linie de 100% în aer; Când măsurați reflectanța, înregistrați o linie de 100% folosind standarde adecvate cu o reflectanță de cel puțin 99%. În acest caz, linia 100% înseamnă o măsurătoare în care standardul este proba măsurată și fundalul în același timp. La valori mari de absorbție, zgomotul fotometric este evaluat folosind standarde cu valori de transmisie sau reflectanță de aproximativ 10%.
Zgomotul fotometric trebuie să îndeplinească cerințele specificate în specificațiile producătorului.
Metode de măsurare
Spectrul NIR reprezintă dependența valorii fotometrice corespunzătoare [densitatea optică ( A), transmitanța ( T), coeficientul de reflexie ( R) și mărimi derivate] din lungimea de undă sau frecvența radiației. La efectuarea măsurătorilor în regiunea NIR, sunt implementate următoarele metode:
– măsurarea transmisiei (sau absorbției) atunci când radiația trece printr-o probă;
– măsurarea radiației reflectate sau împrăștiate dintr-o probă;
- o combinație a metodelor de mai sus.
Măsurătorile sunt întotdeauna luate în raport cu fundalul.
Măsurarea transmisiei. Transmitanța este o măsură a reducerii intensității radiației pe măsură ce aceasta trece printr-o probă. Acest principiu este implementat în majoritatea spectrometrelor utilizate, iar rezultatul poate fi exprimat direct în unități de transmisie ( T) și/sau densitatea optică ( A).
eu 0 – intensitatea luminii incidente;
eu– intensitatea luminii care trece prin probă;
Metoda este aplicabilă probelor solide și lichide, inclusiv sistemelor dispersate.
De regulă, nu este necesară pregătirea specială a probei atunci când se măsoară transmisia. Pentru a măsura spectrul de probe lichide, sticle sau cuve cu lungime potrivită cale optică (de obicei 0,5 - 22 mm), precum și sonde de fibră optică cu un atașament special.
Reflexie difuză.În metoda reflectanței difuze, coeficientul de reflectare ( R), reprezentând raportul dintre intensitatea luminii reflectate din probă ( eu), la intensitatea luminii reflectate de fundal ( Ir):
sau valoarea logaritmică inversă a acestui raport ( A R):
O suprafață cu o valoare mare este folosită ca fundal. R: plăci de aur, polimeri saturati perfluorurați, plăci ceramice și alte materiale adecvate.
Metoda este utilizată pentru analiza probelor solide folosind o sferă integratoare sau sonde cu fibră optică care funcționează în modul de reflexie. În acest din urmă caz, pentru reproductibilitatea rezultatelor obținute, este necesar să se asigure stabilitatea condițiilor de măsurare, în special imobilitatea relativă a sondei, gradul de contact al senzorului cu proba și alte condiții.
Transmisie – reflexie. Aceasta metoda este o combinație de transmisie și reflexie datorită designului special al cuvelor și senzorilor în care radiația trece prin eșantion de două ori, ceea ce permite analiza probelor cu abilități scăzute de absorbție și împrăștiere.
Coeficientul dublu de transmisie ( T*):
ACEASTA– intensitatea radiatiei dupa dubla transmisie, fara proba;
eu– intensitatea radiației transmise și reflectate măsurată cu proba;
și o valoare similară cu densitatea optică ( A*):
Ca fundal se folosește spectrul aerului sau un mediu de comparație.
Metoda este aplicabilă pentru probe lichide, inclusiv probe neomogene.
Pentru înregistrarea spectrului, proba studiată este plasată într-o cuvă cu o oglindă sau alt reflector difuz. Este posibilă utilizarea unei sonde cu fibră optică cu un atașament special, care este scufundată în probă.
Factori care influențează rezultatele măsurătorilor
Temperatura probei. Temperatura unei probe poate afecta atât transmisia, cât și reflectarea acesteia. Controlul temperaturii este important atunci când se analizează obiecte labile din punct de vedere termic, în care o diferență de câteva grade poate duce la modificări spectrale semnificative, inclusiv probe solide care conțin apă, sisteme dispersate, obiecte amorfe etc.
Umiditate și solvenți reziduali. Prezența apei și a solvenților reziduali poate afecta natura spectrului și rezultatele analizei. Necesitatea și condițiile de uscare trebuie indicate în monografiile farmacopeei.
Grosimea probei determină gradul de transmitere. Odată cu creșterea grosimii stratului, se observă o creștere a absorbției. Prin urmare, atunci când se efectuează măsurători de transmitanță comparative, grosimea probei trebuie să fie aceeași sau luată în considerare. La măsurarea reflexiei, grosimea stratului nu are o importanță fundamentală, dar trebuie avut în vedere faptul că grosimea stratului trebuie să fie comparabilă cu adâncimea de penetrare a fasciculului în probă. Dacă grosimea este insuficientă, în spatele eșantionului este plasat material reflectorizant suplimentar, cum ar fi o ștampilă placată cu aur.
Proprietățile optice ale probei. Atunci când se analizează probe solide, este necesar să se asigure că proba este cât mai omogenă posibil, deoarece diferențele de densitate sau dimensiunea particulelor vor afecta natura spectrului. Spectrele probelor eterogene din punct de vedere fizic, chimic sau optic trebuie înregistrate fie cu o dimensiune crescută a fasciculului de lumină, fie folosind dispozitive care rotesc probele în timpul măsurătorilor. În acest caz, este recomandabil să măsurați fiecare probă de mai multe ori cu o medie ulterioară a spectrelor.
Polimorfism. Diferența de structură cristalină (polimorfismul) afectează spectrul, permițând formelor cristaline sau amorfe să fie distinse unele de altele pe baza spectrelor lor NIR. La efectuarea analizei, este necesar să se țină cont de structura cristalină (modificarea) spectrului de referință utilizat în metoda de analiză.
Vârsta probelor. Proprietățile probelor se pot schimba în timp, iar aceste modificări pot cauza diferențe spectrale pentru aceleași probe. Aceste modificări trebuie luate în considerare la construirea modelelor de calibrare, atât în scopuri de identificare, cât și în scopuri de analiză cantitativă.
ANALIZA CALITATIVA
Analiza calitativă (calificarea și identificarea) în spectrometria NIR se bazează pe asemănarea spectrelor aceleiași substanțe.
Pentru a efectua o analiză calitativă, se creează inițial o bibliotecă de spectre standard, se selectează un model matematic optim pentru procesarea spectrelor și implementarea algoritmilor pentru compararea acestora. În continuare, biblioteca este validată împreună cu cea selectată model matematic(Vezi secțiunea „Validarea metodelor calitative”). Analiza calitativă se realizează prin compararea spectrului probei de testat cu spectrele din bibliotecă (vezi secțiunea „Analiza datelor”).
Crearea unei biblioteci de spectre
Biblioteca reprezintă o colecție de spectre care conțin informații caracteristice despre fiecare obiect de analiză. Pentru fiecare set de spectre, parametrii optimi de identificare sunt determinați folosind metode și algoritmi corespunzători. Setările specificate sunt valabile pentru întreaga bibliotecă. Pentru obiectele apropiate care nu se pot distinge în anumite setări, sunt create subbiblioteci în care pot fi utilizate alte metode de preprocesare a spectrelor și algoritmi de analiză. Numărul de spectre din bibliotecă nu este limitat.
Biblioteca include spectre de substanțe care îndeplinesc cerințele, a căror calitate este confirmată prin farmacopee sau alte metode certificate.
Pentru a lua în considerare posibilele variații ale proprietăților fiecărui tip de obiect analizat, sunt înregistrate spectre din mai multe serii (loturi). Spectrele sunt înregistrate în condiții de măsurare similare și se efectuează aceeași preprocesare. Preprocesarea selectată a spectrelor incluse în bibliotecă rămâne neschimbată pentru măsurătorile ulterioare.
Metode de preprocesare a spectrelor
Se recomandă preprocesarea spectrelor pentru a crește conținutul informațional al rezultatelor obținute și a reduce influența variațiilor spectrale. Prelucrarea datelor brute poate include calcule derivate prima sau a doua, normalizare, corecție multiplicativă a dispersiei și alte metode sau combinații ale acestora. La alegerea metodelor de preprocesare a spectrelor, trebuie luat în considerare faptul că acestea pot duce la pierderea de informații sau la apariția unor erori de artefact.
Analiza datelor
Compararea spectrelor probelor de testat în timpul analizei calitative se realizează cu spectre individuale sau medii din bibliotecă, inclusiv folosind diferite metode matematice.
Biblioteca poate fi folosită pentru a construi algoritmi de clasificare. Este posibil să se utilizeze diferiți algoritmi, de exemplu, metoda componentelor principale (PCA), combinată cu analiza cluster, metoda SIMCA (modelarea soft independentă a analogiei de clasă), precum și alți algoritmi, ambii incluși în software-ul spectrometrelor NIR și și dezvoltat de o terță parte. Trebuie verificată fiabilitatea metodei utilizate. De exemplu, coeficientul de corelație, suma abaterilor pătrate, distanțele din cadrul modelului și alți indicatori trebuie să fie în concordanță cu nivelul de luare a deciziilor prezentat în procedura de validare.
Metoda analitică trebuie validată.
Validarea unei metode de analiză calitativă
Validarea metodei este menită să demonstreze adecvarea acesteia în scopuri analitice.
Validarea metodei se efectuează pe un set de testare de obiecte care nu au participat la construcția metodei și implică verificarea specificității, sensibilității și stabilității (robusteței).
Sensibilitatea arată ce proporție de obiecte din setul de testare care sunt similare cu obiectele din bibliotecă sunt recunoscute corect ca „sine”.
Specificitatea arată ce proporție de obiecte din setul de testare, altele decât cele din bibliotecă, sunt recunoscute corect ca „străine”.
O atenție deosebită este acordată rezultatelor clasificării obiectelor ale căror spectre sunt vizual similare cu spectrele obiectelor din bibliotecă, dar diferă de acestea prin compoziție sau structură chimică. Astfel de mostre ar trebui să fie corect identificate ca „străine”.
Robustitatea indică faptul că modificările minore ale condițiilor (de exemplu, temperatură, umiditate, vibrații, temperatura probei, gradul de compactare a materialului, adâncimea sondei, grosimea stratului etc.) nu afectează rezultatele și fiabilitatea identificării sau calificării.
ANALIZA CANTITATIVA
Dezvoltarea unui model de calibrare
La elaborarea unui model se stabilește dependența modificărilor intensității absorbției sau reflectării în spectrul probelor de modificările proprietăților și/sau compoziției substanțelor. În acest caz, se înregistrează spectrele probelor cu valori cunoscute ale compoziției și/sau proprietăților acestora, confirmate prin metode certificate. Deoarece algoritmii chimiometrici nu permit extrapolările, este necesar ca intervalul de concentrații de calibrare să fie cel puțin egal cu intervalul așteptat de concentrații analizate sau alte caracteristici cantitative. Probele de calibrare trebuie distribuite cât mai uniform posibil în intervalul de concentrație de funcționare.
Înregistrarea spectrelor se efectuează cu respectarea parametrilor experimentali, factori care influențează rezultatele măsurătorilor și procesării primare, care sunt optimizate anterior pentru toate obiectele analizate și rămân constante în timpul măsurătorilor ulterioare.
Modelul de calibrare este optimizat folosind metoda potrivita preprocesarea spectrelor, selectarea regiunii spectrale și algoritmul matematic.
Preprocesarea spectrelor
Efectuați în același mod ca cel descris în secțiunea „Analiza calitativă”.
Analiza datelor. Orice algoritm matematic rezonabil poate fi utilizat pentru a construi un model de calibrare. Deoarece se observă o suprapunere puternică a benzilor de absorbție în regiunea NIR, analiza cantitativă este efectuată în principal folosind algoritmi chimiometrici, de exemplu, metoda proiecției pe structuri latente (PLS), metoda regresiei la componentele principale (PCR) și alții .
Validarea modelului de calibrare
Validarea unui model de calibrare presupune demonstrarea adecvării acestuia pentru atingerea scopului propus. În acest caz, trebuie determinate următoarele caracteristici de validare: specificitatea (selectivitatea), liniaritatea, intervalul de concentrație de lucru (domeniul analitic), acuratețea, precizia și stabilitatea (robustețea).
Atunci când se construiesc modele de calibrare folosind metode de analiză chimiometrică, calitatea calibrării este evaluată prin rădăcină-pătrată medie reziduală de calibrare ( RMSEC) și restul rădăcină pătratică medie a prognozei ( RMSEP).
Pentru a compara rezultatele calibrării bazate pe spectre NIR cu rezultatele obținute folosind o metodă certificată, pot fi utilizate metode alternative. metode statistice(pereche t-test, evaluare a părtinirii etc.).
Emisii
Atunci când se analizează metoda NIR, este necesar să se ia în considerare, să se corecteze și să se excludă în mod rezonabil rezultatele aberante.
Toate valorile aberante sunt supuse analizei și, dacă sunt de importanță informativă sau se confirmă a fi corecte folosind o metodologie certificată, pot fi incluse în model.
Revalidare sau revalidare
Odată ce o metodă analitică calitativă sau cantitativă a fost validată și considerată adecvată pentru utilizare, aceasta trebuie să fie revalidată sau revalidată periodic. Dacă sunt detectate abateri, metoda trebuie ajustată.
Metoda NIR este revalidată dacă:
- a fost adăugat un nou obiect în bibliotecă (pentru analiză calitativă);
- există premise pentru modificarea caracteristicilor obiectelor ale căror spectre sunt deja incluse în bibliotecă (modificări în tehnologia de producție (sinteză), compoziție, calitatea materiilor prime pentru ambalare etc.);
- au fost detectate alte modificări și/sau inconsecvențe în proprietățile obiectelor analizate sau în metodologie.
Transferul modelelor
La transferul modelelor de analiză calitativă și cantitativă de la un instrument la altul, trebuie să se țină seama de caracteristicile spectrale ale spectrometrelor utilizate (rezoluție, interval de număr de undă etc.). Procedurile de transfer de modele se referă la diverși algoritmi chimiometrici (matematici și statistici). După transferul pe alt dispozitiv, pentru a confirma funcționalitatea modelului, acesta trebuie revalidat.
Stocare a datelor
Stocarea datelor se realizează în în format electronic conform cerințelor software. În acest caz, este necesar să se salveze spectrele originale care nu au fost supuse prelucrării matematice în scopul posibilei utilizări ulterioare a acestora la optimizarea bibliotecilor sau metodelor.
Ca manuscris
DOLBNEV DMITRY VLADIMIROVICH
IDENTIFICAREA MEDICAMENTELOR PRIN SPECTROSCOPIE APROAPE INFRAROSII
14.04.02 – chimie farmaceutică, farmacognozie
dizertații pentru o diplomă academică
candidat la științe farmaceutice
Moscova – 2010
Lucrarea s-a desfășurat la Instituția de Învățământ de Stat de Învățământ Profesional Superior, Prima Universitatea Medicală de Stat din Moscova, numită după
Supraveghetori științifici:
Doctor în Științe Farmaceutice, Academician al Academiei Ruse de Științe Medicale, Profesor
Doctor în Științe Farmaceutice, Profesor
Adversari oficiali:
Organizație principală:
Centrul științific din întreaga Rusie pentru Siguranța Substanțelor Biologic Active (VSC BAV)
Apărarea va avea loc „___”____________________2010 la ora ____, la o ședință a Consiliului de disertație (D 208.040.09) la Prima Universitate Medicală de Stat din Moscova, numită după Moscova, Bulevardul Nikitsky, 13.
Teza poate fi găsită în biblioteca Universității Medicale de Stat din Moscova, numită după. Moscova, prospect Nakhimovsky, 49 de ani.
Secretar științific al tezei
consiliu D 208.040.09
doctor în științe farmaceutice,
Profesor
Relevanța temei de cercetare. În ultimii 15 ani, spectroscopia în infraroșu apropiat (NIR) s-a dezvoltat rapid și și-a găsit aplicații într-o mare varietate de industrii. Spectroscopia NIR este cunoscută ca metoda eficienta analiză calitativă și cantitativă. Această metodă este utilizată pe scară largă în agricultură (pentru a determina calitatea solului, conținutul de proteine, conținutul de grăsimi etc. Produse alimentare), în industrie (pentru a determina compoziția produselor petroliere, calitatea produselor textile etc.), în medicină (pentru a determina grăsimea, oxigenul în sânge, studierea dezvoltării tumorilor). În prezent, spectroscopia NIR devine una dintre metodele de control în proces în industria farmaceutică din Europa și SUA.
Este utilizat pentru a verifica materiile prime de intrare, uniformitatea amestecării, determinarea punctului final de granulație, conținutul de umiditate de uscare, uniformitatea tabletei, măsurarea grosimii acoperirii.
Metoda spectroscopiei NIR este descrisă în Farmacopeea Europeană și în Farmacopeea SUA, dar este încă folosită relativ rar în analiza farmacopeei: în principal la determinarea conținutului de apă din preparatele obținute din sânge.
În acest sens, dezvoltarea unor metode unificate de analiză a substanțelor farmaceutice și a medicamentelor pentru utilizarea ulterioară a acestora în analiza farmacopeei este de mare importanță.
Această problemă este de o importanță deosebită în legătură cu publicarea celei de-a 12-a ediții a Farmacopeei de Stat a Federației Ruse.
De asemenea, este necesar de remarcat problema în curs de desfășurare a medicamentelor contrafăcute, una dintre modalitățile de rezolvare care este dezvoltarea metodelor de analiză rapidă.
Având în vedere cele de mai sus, o problemă urgentă este dezvoltarea unor metode unificate de analiză a substanțelor și preparatelor și de identificare a medicamentelor contrafăcute folosind metoda spectroscopiei NIR.
Scopul și obiectivele studiului. Scopul studiului a fost dezvoltarea unor metode unificate de analiză a substanțelor și preparatelor și de identificare a medicamentelor contrafăcute folosind metoda spectroscopiei NIR.
Pentru a atinge acest obiectiv, au fost rezolvate următoarele sarcini:
– să studieze posibilitatea obținerii spectrelor NIR de substanțe, tablete și capsule folosind un senzor cu fibră optică și o sferă integratoare;
– compararea spectrelor NIR ale substanțelor și medicamentelor;
– comparați spectrele NIR ale medicamentelor cu conținut diferit de substanță activă;
– studierea posibilității utilizării spectroscopiei NIR pentru a stabili autenticitatea substanțelor și preparatelor de la producători specifici, precum și pentru a identifica medicamentele contrafăcute;
– dezvoltarea unei biblioteci electronice de spectre NIR de substanțe și medicamente.
Noutatea științifică a rezultatelor cercetării. Pentru prima dată, s-a demonstrat că metoda spectroscopiei NIR poate fi utilizată atât pentru determinarea autenticității substanțelor farmaceutice, cât și a produselor medicamentoase finite (tablete și capsule). S-a demonstrat că, în general, spectrele NIR ale substanțelor și medicamentelor diferă. Spectrele pot fi obținute folosind un senzor cu fibră optică și o sferă integratoare. S-a demonstrat că dacă învelișul capsulei sau ambalajul tabletei (blisterul) este transparent, se poate obține un spectru fără a îndepărta capsulele sau a scoate tabletele din ambalaj. S-a demonstrat că metoda spectroscopiei NIR poate fi utilizată pentru identificarea medicamentelor contrafăcute, cu condiția să fie comparate spectrele medicamentelor originale și cele testate. Spectrele substanțelor și medicamentelor pot fi stocate ca bibliotecă electronică. S-a stabilit că pentru o comparație mai fiabilă a spectrului medicamentului testat și a spectrului standard, este necesară utilizarea prelucrării datelor matematice.
Semnificația practică a lucrării. Sunt propuse metode dezvoltate de analiză a medicamentelor prin spectroscopie NIR pentru a stabili autenticitatea substanțelor farmaceutice, a medicamentelor sub formă de tablete și capsule. Tehnicile permit utilizarea unei sfere integratoare și a unui senzor cu fibră optică („pistol”).
Metodele dezvoltate pot fi utilizate și pentru identificarea expresă a medicamentelor contrafăcute și pentru controlul de intrare și de ieșire al substanțelor farmaceutice și intermediarilor la întreprinderile farmaceutice. Metodele permit, în unele cazuri, efectuarea unui control nedistructiv al calității fără a deschide ambalajul primar.
Biblioteca dezvoltată de spectre NIR poate fi utilizată pentru a identifica substanțe, tablete și capsule folosind un senzor cu fibră optică („pistol”) și o sferă integratoare.
Rezultatele lucrărilor au fost testate și utilizate în departamentul de control al calității.
Aprobarea lucrării. Principalele prevederi ale lucrării de disertație au fost raportate și discutate la al XII-lea Congres Național Rus „Omul și Medicină” (Moscova, 2005), Congresul Internațional de Chimie Analitică ICAS (Moscova, 2006) și al XIV-lea Congres Național Rus „Omul și Medicină”. ” (Moscova, 2007). Lucrarea a fost testată la o întâlnire științifică și practică a Departamentului de Chimie Farmaceutică cu cursul de chimie toxicologică al Facultății de Științe Farmaceutice a Universității Medicale de Stat din Moscova. 22 martie 2010
Publicații. Au fost publicate 5 lucrări tipărite pe tema tezei.
Legătura cercetării cu proiectarea problemelor științelor farmaceutice. Lucrarea de disertație a fost realizată în cadrul unui subiect complex al Departamentului de Chimie Farmaceutică a Universității Medicale de Stat din Moscova, numit după. „Îmbunătățirea controlului calității medicamentelor (aspecte farmaceutice și de mediu)” (înregistrare de stat nr. 01.200.110.54.5).
Structura și scopul disertației. Teza este prezentată pe 110 pagini de text dactilografiat, constă dintr-o introducere, o trecere în revistă a literaturii, 5 capitole cercetare experimentală, concluzii generale, listă de referințe și, de asemenea, include separat 1 anexă. Lucrarea de disertație este ilustrată cu 3 tabele și 54 de figuri. Lista de referințe include 153 de surse, dintre care 42 sunt străine.
Dispoziții pentru apărare:
– rezultate ale studiului posibilității de obținere a spectrelor NIR de substanțe, tablete și capsule folosind un senzor cu fibră optică și o sferă integratoare;
– rezultatele unui studiu comparativ al spectrelor NIR ale substanțelor și medicamentelor, precum și ale spectrelor NIR ale medicamentelor cu conținut diferit de substanță activă;
– rezultatele studierii posibilității utilizării spectroscopiei NIR pentru stabilirea autenticității substanțelor și preparatelor de la producători specifici, precum și pentru identificarea medicamentelor contrafăcute.
1. Obiecte de studiu
Au fost studiate substanțele și preparatele unui număr de medicamente. În studiu au fost utilizate în total 35 de substanțe: hidroxid de aluminiu, sulfat de amikacină, acid ascorbic, ascorbat de sodiu, warfarină de sodiu, vitamina B12, gemfibrozil, hidroxid de magneziu, glurenorm, D-biotină, gluconat de fier, zopiclonă, pantenoat de calciu, clindamicină fosfat, clorhidrat de lidocaină, tartrat de metoprolol, nicotinamidă, paracetamol, clorhidrat de piridoxină, piperacilină, clorhidrat de ranitidină, riboflavină, mononitrat de tiamină, tirotricină, famotidină, acid folic, cefadroxil, sare de cefazolin sodicul, sare cefazolincloroxiană sodică , diverși producători și 59 de medicamente de la diverși producători care conțin: izoniazidă, meloxicam, omeprazol, clorhidrat de ranitidină, rifampicină, famotidină, ciprofloxacină, esomeprazol, etambutol, precum și 2 probe falsificate (OMEZ 20 mg, Dr. Reddy`s Lab. și Rifampicină) ).
2. Echipamente și condiții de testare
În lucrare a fost folosit un dispozitiv MPA - un spectrometru Fourier cu infraroșu apropiat (Bruker Optics GmbH, Germania). Parametri de înregistrare: interval spectral de la 800 nm la 2500 nm (cm-1 la 4000 cm-1), număr de scanări 16, rezoluție spectrală 4 cm-1. Instrumentul a fost controlat și spectrele obținute au fost procesate folosind pachetul software OPUS 6.0 (Bruker Optics GmbH, Germania). Spectrele NIR au fost obținute în două moduri:
1) folosind un senzor cu fibră optică („pistol”),
2)
Ambele metode au fost utilizate pentru a obține spectre NIR de substanțe, tablete și capsule.
Senzorul cu fibră optică („pistol”) permite doar măsurători de reflexie, în timp ce sfera de integrare permite atât măsurători de reflexie, cât și de transmisie. În această lucrare s-au obținut spectre de reflexie NIR.
2.1. Metode de obținere a spectrelor NIR:
folosind un senzor cu fibră optică („pistol”).
2.1.1. Substanțe . Substanța pulbere a fost turnată într-o cuvă transparentă cu o grosime a stratului de 1 până la 3 cm, apoi senzorul cu fibră optică a fost presat perpendicular pe suprafața pulberii. Procedura de înregistrare a spectrului a fost începută prin apăsarea unui buton de pe senzorul cu fibră optică. Măsurarea spectrelor a fost repetată de 3-5 ori din zone diferite pentru a obține rezultate de analiză fiabile statistic.
2.1.2. Tabletele scoase din blister . Senzorul cu fibră optică a fost apăsat perpendicular pe tabletă. Procedura de înregistrare a spectrului a fost începută prin apăsarea unui buton de pe senzorul cu fibră optică. Măsurarea spectrelor a fost repetată de 3-5 ori din diferite zone ale tabletei pentru a obține rezultate de analiză fiabile statistic.
2.1.3. Tablete în blister . Dacă blisterul este transparent, măsurarea a fost efectuată după cum urmează, senzorul cu fibră optică a fost presat perpendicular pe suprafața tabletei din blister. Procedura de înregistrare a spectrului a fost începută prin apăsarea unui buton de pe senzorul cu fibră optică. Măsurarea spectrelor a fost repetată de 3-5 ori din diferite zone ale tabletei din blister pentru a obține rezultate de analiză fiabile statistic. Dacă blisterul era opac sau din aluminiu, tableta a fost mai întâi scoasă din blister și apoi a fost obținut spectrul NIR.
2.1.4. Capsule . Dacă învelișul capsulei este transparent, atunci măsurarea a fost efectuată după cum urmează: senzorul cu fibră optică a fost presat perpendicular pe suprafața capsulei din blister. Procedura de înregistrare a spectrului a fost începută prin apăsarea unui buton de pe senzorul cu fibră optică. Măsurarea spectrelor a fost repetată de 3 - 5 ori din diferite părți ale capsulei din blister pentru a obține rezultate de analiză fiabile statistic. Dacă învelișul capsulei nu era transparent, atunci capsula a fost mai întâi deschisă și apoi spectrul conținutului a fost măsurat într-o cuvă de sticlă.
2.2. Metode de obținere a spectrelor NIR:
folosind o sferă integratoare.
Obținerea spectrelor NIR în modul de reflexie
2.2.1. Substanțe . Substanța pulbere a fost turnată într-o cuvă transparentă cu o grosime a stratului de 1 până la 3 cm, apoi cuva a fost plasată deasupra ferestrei optice a sferei de integrare. Procesul de măsurare a fost pornit pe un computer utilizând programul OPUS sau direct pe dispozitivul însuși (butonul „Start”). Măsurarea spectrelor a fost repetată de 3-5 ori pentru a obține rezultate de analiză fiabile statistic.
2.2.2. Tabletele scoase din blister . Tableta a fost pusă într-un suport special. Un suport cu o tabletă a fost instalat deasupra ferestrei optice a sferei de integrare. Procesul de măsurare a fost pornit pe un computer utilizând programul OPUS sau direct pe dispozitivul însuși (butonul „Start”). Măsurarea spectrelor a fost repetată de 3-5 ori din diferite zone ale tabletei pentru a obține rezultate de analiză fiabile statistic.
2.2.3. Capsule . Dacă învelișul capsulei este transparent, atunci măsurarea a fost efectuată după cum urmează: capsula a fost plasată într-un suport special. Un suport cu o capsulă a fost instalat deasupra ferestrei optice a sferei de integrare. Procesul de măsurare a fost pornit pe un computer utilizând programul OPUS sau direct pe dispozitivul însuși (butonul „Start”). Măsurarea spectrelor a fost repetată de 3-5 ori din diferite părți ale capsulei pentru a obține rezultate de analiză fiabile statistic. Dacă învelișul capsulei nu era transparent, atunci capsula a fost mai întâi deschisă și apoi spectrul conținutului dintr-o celulă de sticlă a fost măsurat prin plasarea celulei deasupra ferestrei optice a sferei de integrare.
3. Prelucrarea matematică a spectrelor NIR.
Prelucrarea matematică a spectrelor obţinute a fost efectuată cu ajutorul programului OPUS IDENT, inclus în pachetul software OPUS 6.0 (Bruker Optics GmbH, Germania). Spectrul necunoscut a fost comparat cu spectrul bibliotecii de referință prin calcularea distanței spectrale. IDENT identifică acele spectre de comparație care sunt cele mai apropiate de spectrul analizat și determină abaterile dintre aceste spectre și spectrul analizat. Acest lucru permite IDENT să identifice substanțele necunoscute și să evalueze gradul în care substanța îndeplinește standardul de referință.
Am folosit două metode de prelucrare matematică a spectrelor NIR: 1) Analiza identului, care corelează spectrul și o substanță specifică și 2) analiza cluster, care corelează spectrul și un grup de substanțe.
Odată ce spectrele sunt măsurate, se generează un spectru mediu al fiecărui material și se creează o bibliotecă cu toate aceste spectre medii, împreună cu criterii (sau praguri) de acceptare determinate statistic pentru toate substanțele din bibliotecă. Spectrul de testare a fost comparat cu toate spectrele de referință situate în biblioteca electronică. Rezultatul comparației dintre spectrele A și B se termină cu ieșirea distanței spectrale D, care este numită „factor de calitate a potrivirii” în programul IDENT. Distanța spectrală indică gradul de similitudine spectrală. Două spectre cu o distanță spectrală egală cu zero sunt complet identice. Cu cât distanța dintre două spectre este mai mare, cu atât distanța spectrală este mai mare. Dacă distanța spectrală este mai mică decât pragul pentru o substanță și mai mare decât pragul pentru toate celelalte substanțe, substanța necunoscută este identificată.
Analiza cluster vă permite să examinați spectrele NIR pentru similitudine și să împărțiți spectre similare în grupuri. Aceste grupuri sunt numite clase sau clustere. Acest tip de analiză a fost realizat pentru o prezentare mai convenabilă a datelor sub formă grafică.
Algoritmii de cluster ierarhici sunt executați conform următoarei scheme:
Mai întâi, calculați distanțele spectrale dintre toate spectrele,
· apoi cele două spectre cu cea mai mare asemănare sunt îmbinate într-un cluster,
· calculați distanțele dintre acest cluster și toate celelalte spectre,
· două spectre cu cea mai scurtă distanță se îmbină din nou într-un grup nou,
· calculați distanțele dintre acest nou cluster și toate celelalte spectre,
· două spectre se îmbină într-un nou cluster
Această procedură se repetă până când rămâne un singur grup mare.
4 . Rezultatele cercetării
A fost studiată posibilitatea utilizării metodei spectroscopiei NIR pentru a identifica substanțe și medicamente de la o serie de producători interni și străini.
Ca rezultat al cercetării, au fost create șase biblioteci electronice diferite de spectre NIR:
1) Spectrele NIR ale conținutului capsulei obținute folosind un senzor cu fibră optică („pistol”),
2) Spectrele NIR ale conținutului capsulei obținute folosind o sferă integratoare,
3) Spectrele NIR ale tabletelor obținute cu ajutorul unui senzor cu fibră optică („pistol”),
4) Spectrele NIR ale tabletelor obținute folosind o sferă integratoare,
5) Spectrele NIR ale substanțelor obținute cu ajutorul unui senzor cu fibră optică („pistol”),
6) Spectrele NIR ale substanțelor obținute folosind o sferă integratoare.
4.1. Dependența spectrelor NIR ale substanțelor și preparatelor de metoda de preparare (folosind un „pistol” și o sferă integratoare).
În fig. Figura 1 prezintă spectrele NIR ale substanței clorhidrat de ranitidină de la Vera Laboratories (India), obținute folosind un „pistol” și o sferă integratoare. Figura arată că spectrele diferă în intensitatea benzilor de absorbție, dar benzile de absorbție în sine coincid în valorile numărului de undă.
Principala diferență dintre spectroscopia NIR și spectroscopia IR de interval mediu este că spectrele nu pot fi comparate vizual. Cert este că, în general, există un număr insuficient de benzi în spectrul NIR, iar intensitatea multor benzi este scăzută (în special a doua și a treia tonuri), deci este necesară o prelucrare matematică a spectrelor.
https://pandia.ru/text/78/375/images/image003_173.jpg" width="624" height="388">
Orez. 2. Rezultatul analizei IDENT a spectrului NIR al tabletelor Ulfamid 40 mg, KRKA (Slovenia), obținut cu ajutorul unui „pistol” folosind o bibliotecă electronică de spectre NIR obținute cu ajutorul unei sfere integratoare.
Orez. 3. Rezultatul analizei IDENT a spectrului NIR al tabletelor Ulfamid 40 mg, KRKA (Slovenia), obținut folosind o sferă integratoare folosind o bibliotecă electronică de spectre NIR obținute cu ajutorul unui „pistol”.
4.2. Identificarea substanței active după spectrul NIR al preparatelor care conțin această substanță.
https://pandia.ru/text/78/375/images/image008_152.gif" width="648" height="234"> .gif" width="648" height="244">.jpg" width="649" height="235 src=">
Orez. 7. Rezultatul analizei IDENT a spectrului NIR al tabletelor Ciprofloxacin 250 mg, Cypress Pharmaceutical Inc. (SUA), folosind o bibliotecă formată din spectre NIR ale diferitelor substanțe.
Astfel, am stabilit că, cu un conținut ridicat de substanță activă (cel puțin 40%) în medicament, este posibilă stabilirea autenticității medicamentului prin spectrul NIR al substanței.
4.3. Identificarea medicamentelor cu diferite doze folosind spectre NIR.
În a treia parte a studiului, am constatat că metoda spectroscopiei NIR poate fi utilizată pentru a determina diferite doze ale unui anumit medicament, dacă acestea sunt disponibile în biblioteca electronică a spectrelor NIR. În acest scop, din medicamentele care conțin famotidină ca ingredient activ, a bibliotecă digitală Spectrele NIR, care au inclus 27 de mostre de la 7 producători diferiți în doze de 10 mg, 20 mg și 40 mg (Fig. 8).
https://pandia.ru/text/78/375/images/image016_63.jpg" width="648" height="216 src=">
https://pandia.ru/text/78/375/images/image018_70.jpg" width="648" height="223 src=">
Orez. 9. Rezultatele analizei IDENT, tablete quamamg, 20 mg și 40 mg, Gedeon Richter Plc. (Ungaria) folosind o bibliotecă constând din spectre NIR ale diferitelor medicamente în diferite doze.
4.4. Identificarea medicamentelor prin blister.
Pentru a stabili posibilitatea identificării medicamentelor folosind spectroscopie NIR printr-un blister, au fost create două biblioteci suplimentare de spectre NIR nr. 7 și nr. 8:
7) Spectrele NIR ale capsulelor obținute folosind un senzor cu fibră optică („pistol”) direct prin blister,
8) Spectrele NIR ale tabletelor obținute folosind un senzor cu fibră optică („pistol”) direct prin blister.
În timpul analizei, spectrele NIR ale medicamentelor obținute prin blister au fost comparate cu spectrele NIR obținute de pe suprafața tabletelor sau capsulelor fără blister. În fig. Figura 10 prezintă o astfel de comparație a spectrelor pentru capsulele de rifampicină.
https://pandia.ru/text/78/375/images/image020_58.jpg" width="624" height="268 src=">
Orez. 11. Rezultatul analizei IDENT a spectrului NIR al capsulelor de rifampicină 150 mg, (Rusia), obținut folosind un „pistol” direct prin blister folosind o bibliotecă electronică obținută prin blister.
https://pandia.ru/text/78/375/images/image013_124.gif" width="14" height="136"> 
Orez. 13 spectre NIR ale conținutului de capsule de omeprazol 20 mg de la 14 producători diferiți în comparație cu o probă falsificată, obținută folosind o sferă integratoare.
Din datele obținute este clar că, fără procesare matematică, numai spectrul contrafăcute poate fi distins în mod fiabil.
Folosind software-ul „OPUS IDENT” pentru un model tridimensional de procesare statistică a spectrelor („analiza cluster”), am obținut distribuția spectrelor NIR ale capsulelor generice de omeprazol 20 mg, care pot fi prezentate sub forma unei dendrograme ( Fig. 14).
Orez. 14. Analiza grupată a probelor studiate luate în trei exemplare de la 14 producători diferiți.
Ca rezultat al analizei cluster, toate medicamentele au fost bine împărțite în clasele lor și în funcție de producător (Fig. 14).
Prelucrarea matematică a rezultatelor obținute cu ajutorul analizei IDENT a evidențiat prezența unui medicament contrafăcut. Programul OPUS a stabilit că acest eșantion X este într-adevăr falsificat și „coeficientul său de calitate a potrivirii” (distanța spectrală) este mult mai mare decât pragul pentru toate medicamentele din acest grup (omeprazol, capsule de 20 mg) de la 14 producători diferiți, de la care un electronic a fost creată biblioteca (Fig. 15).
Orez. 15. Rezultatul analizei IDENT pentru o probă falsificată de OMEZ 20 mg, Dr. Laboratorul lui Reddy. (India).
Ca rezultat al analizei IDENT, o serie de toate probele originale de capsule de omeprazol 20 mg au fost identificate în mod unic și am compilat un tabel rezumat al rezultatelor pentru toate probele, inclusiv proba falsificată (Tabelul 1).
Masa 1. Tabel rezumat al rezultatelor analizei IDENT în grupul de omeprazol, capsule de 20 mg.
Numele eșantionului | Distanța spectrală | ||
Probă falsificată | |||
Probă de la KRKA | |||
Eșantion de la compania Akrikhin | |||
Probă de la laboratoarele Ranbaxy | |||
Mostra de la Dr. Laboratorul lui Reddy. | |||
Probă de la M. J. Boipharm | |||
Companie de probă | |||
Companie de probă | |||
Companie de probă | |||
Mostra companiei "Pharma" | |||
Eșantion al companiei Obolenskoye" | |||
Companie de probă. vit. fabrică" |
Astfel, în urma cercetărilor efectuate pentru identificarea medicamentelor cu omeprazol de la diverși producători prin spectroscopie NIR, am putut obține rezultate privind identificarea produselor contrafăcute pentru medicamentul contrafăcut OMEZ 20 mg, dr. Laboratorul lui Reddy. (India) și, de asemenea, să identifice în mod unic fiecare medicament generic în funcție de producător. Am primit si noi rezultate pozitive Analiza IDENT pentru toate tabletele care conțin clorhidrat de ranitidină (12 probe) și famotidină (9 probe) permițând o identificare unică a producătorului fiecărei probe.
CONCLUZII GENERALE
1. S-a demonstrat că spectrele NIR ale substanțelor, tabletelor și capsulelor pot fi obținute folosind un senzor cu fibră optică și o sferă integratoare. În acest caz, pentru a stabili autenticitatea, ar trebui să utilizați o bibliotecă electronică obținută în același mod în care s-a utilizat pentru a preleva spectrul NIR al eșantionului de testat.
2. S-a demonstrat că, cu un conținut ridicat (cel puțin 40%) de substanță activă din medicament, este posibilă stabilirea autenticității medicamentului pe baza spectrului substanței. Cu toate acestea, în general, pentru a identifica medicamentele, ar trebui să se folosească o bibliotecă electronică compilată pe baza spectrelor NIR ale medicamentelor corespunzătoare.
3. S-a stabilit că metoda spectroscopiei NIR poate fi utilizată pentru a diferenția medicamentele de la un anumit producător care conțin aceeași substanță activă în doze diferite. În același timp, este dificil în unele cazuri să se determine cantitativ substanța activă din medicamentele de la diferiți producători folosind metoda spectroscopiei NIR.
4. S-a demonstrat că metoda spectroscopiei NIR poate fi utilizată pentru a identifica producătorul unei substanțe sau al unui medicament. În acest caz, ar trebui efectuată o analiză paralelă a produsului testat dintr-o serie specifică și a unui produs cunoscut din aceeași serie.
5. A fost dezvoltată o bibliotecă electronică de spectre NIR de substanțe și preparate care conțin diverse ingrediente active și produse de diferiți producători.
1. , Evaluarea comparativă a calității medicamentelor folosind spectroscopie în infraroșu apropiat // Rezumate. raport XII National Rus congr. „Omul și medicina.” – M., 18-22 aprilie. 2005.– P. 780.
2. , Detectarea medicamentelor contrafăcute folosind spectroscopie NIR // Proc. raport XIV National Rus congr. „Omul și medicina.” – M., 16-20 aprilie. 2007.– P. 17.
3. , Metoda spectroscopiei în infraroșu apropiat ca direcție promițătoare în evaluarea calității medicamentelor // Probleme de chimie biologică, medicală și farmaceutică – 2008. – Nr.4. – P. 7-9.
4. , Aplicarea metodei spectroscopiei în infraroșu apropiat pentru identificarea medicamentelor // Probleme de chimie biologică, medicală și farmaceutică – 2008. – Nr.6. – P. 27-30.
5. Arzamastsev A. P., Dorofeyev V. L., Dolbnev D. V., Houmoller L., Rodionova O. Ye. Metode analitice pentru detectarea rapidă a medicamentelor contrafăcute. Congresul Internațional de Științe Analitice (ICAS-2006), Moscova, 2006. Cartea de rezumate. V. 1. P. 108.
În număr metode moderne evaluarea calității materiilor prime medicinale și a medicamentelor finite include spectrometria în regiunea infraroșu apropiat. Metoda are o serie de avantaje semnificative, printre care:
|
- Analiza simultană a diferitelor componente ale amestecurilor complexe, inclusiv informații despre concentrațiile acestora. Deci, de exemplu, folosind aceasta metoda este posibil să se analizeze procentul de apă, solvenți organici și alte componente în sisteme microeterogene, cum ar fi emulsii ulei-în-apă sau apă-în-ulei.
- Posibilitatea de organizare a controlului de la distanță al probelor în timp real direct în fluxul procesului (control de la distanță). În aceste scopuri se folosesc spectrometre staționare sau portabile. Dispozitivele staționare sunt instalate în unitățile de producție ale întreprinderilor farmaceutice, unde sunt integrate direct în liniile de producție, montând senzori deasupra benzilor transportoare, în reactoare chimice și în camere de amestec. Acest lucru vă permite să primiți informații online și să utilizați datele primite în sistemul de control automat. Laboratoarele mobile de control al calității medicamentelor sunt cel mai adesea echipate cu spectrometre NIR portabile alimentate de baterii.
Metode de obținere a spectrelor în regiunea NIR
În regiunea infraroșu apropiat, spectrele sunt obținute folosind transmisie sau reflexie difuză.
Metoda de transmisie poate fi utilizată pentru a analiza atât substanțe lichide, cât și solide. În acest caz, lichidele sunt plasate în cuve sau alte recipiente specializate care sunt furnizate împreună cu dispozitivul. Astfel de vase de măsurare pot fi realizate din sticlă obișnuită sau de cuarț. Pentru testarea transmisiei probelor solide, se poate folosi o sondă sau o sferă.
Cu toate acestea, analiza folosind metoda reflectanței difuze folosind o sondă are o serie de avantaje semnificative, deoarece face posibilă obținerea unui spectru mai detaliat și mai mult rezultate precise. Acest lucru se realizează datorită faptului că planul înclinat al vârfului sondei cu fibră optică minimizează efectul specular, permițând împrăștierea mai multor lumini. În plus, un modul poate fi integrat în fibra optică pentru a citi codurile de bare din ambalajul probei. De asemenea, trebuie remarcat faptul că numai cu ajutorul unei sonde este posibilă identificarea probelor la distanță de dispozitivul însuși.
Pentru a testa probe cu dispersie și reflectivitate scăzute, se utilizează o metodă combinată de transmisie-reflexie. Acest lucru necesită cuve și senzori cu un design special, datorită cărora fluxul fasciculului trece prin proba analizată de două ori.
În plus, spectrele de „interacțiune” pot fi obținute în regiunea infraroșu apropiat.
Probleme ale spectrometriei NIR și modalități de rezolvare a acestora
Principalele probleme ale acestei metode analitice în industria farmaceutică au fost de multă vreme dificultatea analizei spectrului, caracterizată prin benzi de absorbție mai puțin intense și relativ mai largi în comparație cu benzile fundamentale din regiunea infraroșu mijlociu.
Combinarea metodelor matematice de prelucrare a datelor (chimiometrie) cu rezultatele analizei instrumentale a făcut posibilă eliminarea acestui dezavantaj. În aceste scopuri, analizoarele moderne sunt echipate cu pachete software speciale bazate pe un cluster sau pe o metodă discriminantă de procesare a rezultatelor.
Pentru a putea lua în considerare diferite surse posibile de modificări ale spectrului în analiza chimiometrică, biblioteci speciale de spectre sunt create la întreprinderile farmaceutice, ținând cont de producătorul de materii prime, proces tehnologic fabricarea sa, omogenitatea materialului din diferite serii, temperatura, modul de achiziție a spectrului și alți factori.
Conform cerințelor de reglementare europene, pentru a compila biblioteci, este necesar să se studieze cel puțin 3 probe de substanță medicamentoasă pentru a obține 3 sau mai multe spectre.
Încă unul posibilă problemă– probabilitatea modificării spectrului datorită caracteristici de proiectare Spectrometrul NIR - se rezolvă prin calificarea dispozitivului în conformitate cu cerințele farmacopeei.
Lucruri de reținut atunci când efectuați cercetări
 |
|
 |
|
