A derivált arány és a polár minsít rendszer kiértékelése adatelemzési szempontból gyógyszeripari tabletták transzmittancia adatainak felhasználásával

Átírás

1 A derivált arány és a polár minsít rendszer kiértékelése adatelemzési szempontból gyógyszeripari tabletták transzmittancia adatainak felhasználásával Norris K.H. a Seregély Zs. b és Kaffka K.J. c a konzultáns, Montgomery Rd., Beltsville, MD 20705, USA (knnirs@bellatlantic.net) b Metrika R&D Kft., H-1119 Budapest, Petzvál. u. 25, Hungary (seregely@metrika.hu) c Szent István Egyetem, H-1118 Budapest Ménesi út 45. Hungary (kkaffka@omega.kee.hu) Bevezetés A gyógyszeripari tabletták a közeli infravörös abszorbciós spektroszkópia számára igazi kihívást jelentenek, mivel rendszerint olyan nagy optikai srséggel rendelkeznek, hogy rendkívül kevés sugárzás halad át rajtuk. Mindemellett a gyógyszeripari szabályozás által megkövetelt pontosság és precizitás rendkívül kicsi hiba eltérést engedélyez. A tabletta minség és összetétel gyors roncsolásmentes elemzésének lehetséges elnyei azonban olyan kihívások, melyek a közeli infravörös (NIR) technológia feladataként azonosítható. Poszterünkben ezt a kihívást a kereskedelmi termel vonalból származó tabletták minségének és összetételének mérésére két meglehetsen különböz adatelemzés technika felhasználásával célozzuk meg. A munkánk során használt adatokat eredetileg a 11. Nemzetközi Diffúz Reflexiós Konferencia Software Shootout szekciójában adták közre 2002-ben. Két különböz spektrométeren rögzített 655 tabletta (155 kalibrációra, 460 tesztre, 40 valiációra) transmissziós spektruma állt rendelkezésre, ahol a fcél a tabletták aktív hatóanyagának meghatározására szolgáló legjobb kalibráció kifejlesztése az egyik készüléken, majd egy kalibrációs transzfer igazolása a másik készülékre. A feni adatokat a honlapról töltöttük le, majd konvertáltuk az elemzéshez használt programok formátumára. Az adatok log(1/t) formában volta elérhetk nm hullámhossz tartományban 2 nm spektrális lépésközzel. Három összetételi adat, a tabletta tömeg mg-ban, a tabletta keménység, és a hatóanyag tartalom mg-ban állt rendelkezésre. Az aktív összetev hatóanyagtartalma volt munkánk során a legfontosabb jellemz, melynek pontosságát +_1.3 mg értékben adták meg. A mszereket Foss NIRSystems Multitab Analysers #1 és #2-vel azonosították. A kalibrációs minták 195 mg körüli hatóanyag tartalommal normál gyártási sorozatból, valamint különleges gyártásokban származó egészen 151 mg-os alacsony és 236 mg-os magas hatóanyagtartalmú elemekbl álltak. A tabletták tömegével korrigálva hatóanyag koncentrációban ez w/w%-t jelentett (1 ábra). A validációs szett 40 spektruma gyártási mintákat képvisel és e minták becslési pontossága a kalibráció valós ellenrzése. 241

2 242 K.H. Norris, Zs. Seregély and K.J. Kaffka 1.ábra A hatóanyag koncentráció eloszlása a tablettákban. 2. ábra mg hatóanyag tartalmú tabletták jellegzetes spektruma. Az összetétel elemzés folyamata Az els szerz által kisebb adatszetten már korábban közreadottal 1 azonos eljárást követtünk a hatóanyag kalibráció megalkotásakor. Ez az eljárás a második derivált arány alkalmazását foglalja magában az ezekben a spektrumokban rejl szórás hatás minimalizálására. A második ábra 151 és 236 mg hatóanyag tartalmú minták jellegzetes spektrumait szemlélteti. Az e minták közötti variancia jelents része a fényszórás által okozott, a tablettákban megtett úthossz változékonyságából és a tabletta vastagság különbözségébl adódott. A derivált arány számlálója az a hullámhossz kell, hogy legyen, ahol a hatóanyagnak abszorbciós csúcsa van, a nevezben lév hullámhosszat pedig úgy kell megválasztani, hogy az a lehet legjobb úthossz korrekciót adja. Ebben az eljárásban akkor járunk el helyesen, ha a korrelációt a hatóanyag koncentrációhoz képest nem pedig hatóanyagban kifejezett mennyiséghez képest adjuk meg. Ezért a hatóanyag tartalmat a tabletták tömegével osztottuk, hogy koncentráció értéket kapjunk. Ebben az esetben a hatóanyag tartalom nem tárható fel, azonban amennyiben a számlálóban valamennyi hullámhossz között kerestük a koncentrációra viszonyított legjobb korrelációt az 1142 nm-es csúcsot azonosítottuk az els mszeren felvett 155 kalibrációs spektrum felhasználásával. A nevez meghatározására elindított hasonló keresési eljárás során az 1142 nm-nél található log(1/t) értéket alkalmazva a számlálóban, legjobb korrelációként a 920 nm találtuk. Ezért a log(1/t)1142/log(1/t)920 második derivált arányt választottuk els kifejezésként a spektrális adatok és a hatóanyag koncentráció közötti regresszió során. Az e kalibrációból az els mszeren adódott predikciós eredmények tanulmányozása 11 mintát fedett fel, ahol a hiba a szórás 2.5 és 15- szerese között változott. Ugyanennek a 11 mintának az els mszeren megalkotott kalibráció alkalmazásakor hasonló hibaértékei voltak a második mszeren. Ez azt igazolta, hogy ez a hiba nem valószín, hogy a NIR mérésekbl származik, így ezt a 11 mintát kizártuk a további elemzésekbl. Egy második kifejezést hozzáadva a korreláció némileg javult és a második kifejezésnél a legjobb eredményt a nevez nélküli 1138 nm-nél vett második derivált adta. A regresszió további hangolása, az adatok 10 nm-es boxcar simítása kizárólag az 1142 nm csúcsnál, némileg javította az eredményeket. Ez a regresszió szintén tartalmazza valamennyi derivált a számításához felhasznált kapu értékek optimizálását. A végs eredményeket az 1. táblázat szemlélteti, a korrelációs spektrumokat az els mszerrl származó adatokra vonatkozóan 11 spektrum elhagyásával a 3. ábra szemlélteti. A rendkívül nagy korreláció és a csúcsok viszonylag lapos karaktere igazolja, hogy a derivált arány javította az ezen spektrumokban a fényszórásból adódó problémákat.

3 Derivált Arány és Polár Minsít Rendszer ábra. Korreláció spektrumok; számláló, nevez Minként azt korábbi munkáinkban közöltük a polár minsít rendszerben (PQS) a mintákat polár spektrumaik középpontjaival jellemeztük. 2 A legkisebb és a legnagyobb hatóanyag tartalmú csoportok között végzett hullámhossztartomány optimizálást követen a nm tartományt találtuk optimális, a legjobb szétválasztási eredményt nyújtó hullámhossz tartományként. A spektrumokat második deriválással (kapu: 16 nm) kezeltük el. A tabletták optimális hullámhossztartományban ábrázolt polár spektruma az 5. ábrán látható, míg a 6. ábra az #1 készüléken mért minták középpontjait (minség pont) szemlélteti. Koncentrációszintjük alapján a 655 különböz mintát (tablettát) 6 csoportba soroltuk (lásd 1- ábra). Az 1,2,4,5 és 6 csoportba tartozó valamennyi mintát a #3 gyártási sorozatban állították el, és a 6. ábrán a PQS segítségével csodálatosan elkülöníthetk. A 3. gyártási sorozatban két csoportosulás figyelhet meg annak ellenére a 3. csoportba tartozó minták koncentráció szintjében semmilyen folyamatosság hiány nem volt megfigyelhet. Közelebbrl megfigyelve e csoportot megállapítható, hogy a bal oldali csoportosulás kizárólag a 3 gyártási sorozatban elállított tabletták minségpontjait tartalmazza, míg a jobb oldali csoportosulás a fennmaradó 13 gyártási sorozat minségpontjaiból áll. 5. ábra A tabletták polár spektruma az optimális 6. ábra Az 1. mszeren mért tablett minták nm hullámhossz tartományban. Minségpontjai.

4 244 K.H. Norris, Zs. Seregély and K.J. Kaffka Eredmények A hatóanyag tartalom a tablettagyártók számára sokatmondóbb adat, ezért a kalibráció befejezését követen, minden egyes tabletta becsült koncentráció értéket a megfelel tablettatömeggel megszorozva a becslési eredményeket visszakonvertáltuk hatóanyag tartalom értékké. Az adatkihagyással és kihagyás nélkül kapott kalibrációs és validációs eredmények (2. táblázat) azt mutatták, hogy a kihagyás jelents hatással van a kalibráció teljesítményére, míg a két készülékre a validációs adatokból végzett NIR becslésekre jóformán egyáltalán nincs hatással. A kihagyásra a kalibrációhoz megfelel hullámhosszak meghatározásához volt szükség, azonban mihelyt megtaláltuk ezeket a hullámhosszakat, a néhány minta esetében fellép súlyos hibák ellenére érvényes kalibrációk szolgáltatására használhatók. A két mszeren kapott becslési értékek azt mutatták, hogy az els mszeren kidogozott kalibráció a 2. mszeren rögzített mintákat azonos pontossággal becsli és a hiba értéke mindkét készüléken kisebb mint 12%, nagyobb mint a referencia módszer hibája (1.3 mg). A NIR becslési hiba a referencia módszer hibáját tartalmazza, ezért a tényleges NIR hiba értéke a referencia módszer hibájánál kisebb. 1. táblázat A 144 elem kalibrációs spektrum szett regresszió paraméterei az 1. készüléken. 2. táblázat Kalibrációs és validációs eredmények. A kémiai elemzés és a NIR becslés eredményeit a validációs tabletta mintaszett esetében mindkét mszeren a 4. ábra ábrázolja. A validációs mintaszett elemei a tabletták gyártási ciklusából származtak, ezért a hatóanyag értékeknek a folyamat minségszabályozásán belül azonosnak kell lenniük. A kémiai értékek tabletták közötti varianciája sokkal nagyobb változatosságot mutatott, mint a NIR becslés bármely mszeren. Ez azt engedi feltételezni, hogy a folyamat minség szabályozása jobb, mint mit a kémiai vizsgálatok becsülni tudnak. A kémiai variancia jelents hányada az els négy mintában jelentkezik, ezen minták elhagyásával azonban a NIR eredmények még mindig a kémiai adatoknál kisebb varianciát mutatnak.

5 4. ábra Validálási eredmények. Lévén, hogy a PQS kvalitatív módszer a SEC és a SEP fogalmak ebben az esetben nem értelmezhetk. Egy hasonló fogalom a meghatározás bizonytalansága az érzékenységgel meghatározható. Az els és a hatodik csoport közötti érzékenység értéke 19.91; mely azt jelenti, hogy a hatóanyag koncentráció meghatározása a PQS alkalmazásával jobb, mint 0.86%, azaz a hatóanyag tartalom meghatározás hibája jobb mint +/- 3.2 mg. A minségpontok elhelyezkedésében különbség nem volt megfigyelhet attól függen, hogy melyik készüléken lettek a spektrumok regisztrálva. A tabletták hatóanyag tartalma és minségpontjaik x koordinátája közötti összefüggés a 7. ábrán látható.

6 7. ábra A koncentráció és a minségpontok x koordinátái közötti összefüggés Következtetések A NIR transzmissziós spektrumok gyógyszeripari tabletták összetételének becslésére használhatók. A második derivált arány alkalmazása a tabletták hatóanyagtartalmának becslésére kiváló eredményeket szolgáltató adat elkezelést állapítja meg. Az egyik készüléken kidolgozott kalibráció a kalibráció bárminem beállítása nélkül azonos eredményeket becsült a második spektrométeren. A becslési eredmények mindkét készüléken a hatóanyag értékekben kisebb varianciát mutattak, mint referencia kémiai vizsgálat. A tabletták hatóanyag tartalmának NIR mérési pontosságát munkánk során a referencia módszer korlátozta. Köszönetnyílvánítás A szerzk köszönetüket fejezik ki Dr. Gary Ritchie-nek a Purdue Pharma-nál, amiért a spektrális adatokat a software shootout során bármely érdekld vizsgálatai számára elérhetvé tette. Irodalom 1. K.H. Norris, Understanding and correcting the factors with affect diffuse transmittance spectra, NIR news 12(3), 6 (2001). 2. K. J. Kaffka and Zs. Seregéy, PQS (Polar Qualification System) the new data reduction and product qualification method", Acta Alimentaria, V 31, 3-20 (2002).

7