Alles andere als oberflächlich

NIR-Kamerasystem zur Qualitätssicherung in der Pharmaindustrie

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18.05.2016 Feste Oberflächen lassen sich überraschend schwierig auf ihre Qualität überprüfen: Während bei gut durchmischten Flüssigkeiten oder Pulvern eine kleine Stichprobe eine ganze Charge repräsentiert oder eine dauerhafte Inline-Qualitätskontrolle an einer Rohrleitung möglich ist, ist die Oberflächen-Verteilung eines festen Wertstoffes nicht zwangsläufig so gleichmäßig.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Die Nahinfrarot-Spektroskopie ermöglicht die berührungs- und zerstörungsfreie Oberflächenanalyse pharmazeutischer Produkte.
  • Das schnelle Verfahren ohne aufwendige Probenvorbereitung lässt sich automatisieren und einfach in Fertigungsprozesse integrieren.
  • Algorithmen zur Bild- und Farbgebung können die Messwerte übersichtlich darstellen und automatisch auf eingehaltene Prozessparameter überprüfen.

Aus einem Werkstück eine Probe herauszuschneiden, kommt nicht in Frage, und brächte außerdem lediglich Informationen über dieses Stück, nicht für die ganze Fläche. Daher erfordert die Kontrolle hier zerstörungsfreie Messmethoden, welche die gesamte Oberfläche erfassen.

Lösungsweg NIR-Spektroskopie
Bei solchen Aufgaben leistet die Spektroskopie im nahen Infrarotbereich (NIR) gute Dienste. Vor allem in Branchen wie Chemie und Bergbauindustrie war die Technik bisher verbreitet. Mit dem Kamerasystem NIR Scan öffnet der Hersteller Zeta Biopharma das Verfahren auch für die vielschichtigen Qualitätsüberprüfungen in Lebensmittelindustrie und Pharmaproduktion, beispielsweise die Verteilung eines Wirkstoffes auf einem Trägermaterial.
Der Spektralbereich der NIR-Spektroskopie ist im Wellenlängen-Intervall von 760 bis 2.500 nm. Dieser Bereich der elektromagnetischen Strahlung regt Molekülschwingungen an. Anhand der Absorption und Reflexion unterschiedlicher Wellenlängen lassen sich so spezifische Spektren aufzeichnen. Damit lassen sich einzelne Stoffe qualitativ nachweisen. Auch quantitative Bestimmungen wie Konzentration und pH-Wert sind möglich. Streueffekte an der Oberfläche zeigen Materialeigenschaften wie Rauigkeit oder Korngröße. Die von Grenzflächen erzeugten Interferenzmuster in den Spektren geben unter anderem Aufschluss über die Schichtdicke. Die geringen Absorptionskoeffizienten von organischen Molekülen führen zu einer verhältnismäßig großen Eindringtiefe in die Probe.

Da sich diese Effekte zum Teil überlagern, sind zum Auswerten der Spektren statistische Verfahren zur Datenanalyse notwendig. Referenzmessungen mit bekannten Konzentrationen dienen der Kalibrierung und bilden die Grundlage für die Entwicklung von Messmethoden. Es entsteht ein chemometrisches Modell zur Dateninterpretation. Analysen mittels NIR-Kamerasystem erfordern keine weitere Probenvorbereitung. Daher, und aufgrund der variablen Probenpräsentation, eignet sich die Technik in vielen Gebieten der Prozessüberwachung und -steuerung. Sie lässt sich auch in automatisierte Fertigungsprozesse einfach integrieren.

In Laboranalysen ist die NIR-Spektroskopie ein allgemein gebräuchliches Werkzeug. Ihre Anwendung im Rahmen von automatisierten hyperspektralen Bildgebungsverfahren (hyperspectral imaging – HSI) für die Qualitätsüberwachung von Produkten ist jedoch noch nicht weit verbreitet. Im Vergleich zu Einkanal-Spektro-skopie-Systemen ermöglicht HSI die gleichzeitige Messung von mehreren hundert Spektren. Das Verfahren eignet sich deshalb zur schnellen gleichzeitigen Aufnahme von spektralen und räumlichen Informationen.

Heftausgabe: Mai 2016
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Birgit Pittermann, Leiterin R+D, Zeta Biopharma

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Birgit Pittermann, Leiterin R+D, Zeta Biopharma
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