Blinja infrardea NIR spektroskopija seminar pri predmetu Farmacevtsko
Bližnja infrardeča (NIR) spektroskopija (seminar pri predmetu Farmacevtsko tehnološka analitika) Simona Rupnik
IR spektroskopija � Infrardeči spekter elektromagnetnega valovanja : 12800 in 10 cm-1 oz. 0, 78 in 1000 µm OBMOČJE VALOVNA DOLŽINA λ/µm VALOVNO ŠTEVILO ν/cm-1 BLIŽNJE-NEAR 0, 78 -2, 5 12800 -4000 SREDNJE-MID 2, 5 -50 4000 -200 DALJNO-FAR 50 -1000 200 -10 � Rotacije in nihanja v molekulah pri določenih frekvencah → sprememba v dipolnem momentu � Vzdolžno valenčno nihanje, prečno nihanje, deformacijsko nihanje.
NIR spektroskopija � fizikalna metoda → kvalitativna in kvantitativna presoja � merjenje absorpcije elektromagnetnega valovanja v bližnjem infrardečem delu spektra (780 nm do 2500 nm) � Absorpcijski trakovi rezultat višjih harmoničnih nihanj vezi C-H, N-H, O-H in S-H (polimorfizem, rezidualna topila in vlažnost) � ni možna neposredna primerjava spektra neznane spojine s spektrom referenčne spojine → potrebna dodatna obdelava spektrov (kemometrija) � kvantitativne določitve vode, proteinov, maščob, nizkomolekularnih ogljikovodikov � predvsem uporabna za spremljanje organskih spojin: -OH, -NH 2, -CH, -C=N, C=O, -C=C, -S-H
Kemijske analize � � � kvantitativno določanje aktivnih spojin in učinkovin, pomožnih snovi, določanje vsebnosti vode, določanje kemijske vsebnosti, določanje stopnje hidroksilacije, kontrola topil kvalitativno določanje aktivnih spojin, pomožnih snovi, različnih farmacevtskih oblik, polizdelkov, vstopnih surovin in ovojnine kontrolo proizvodnega procesa Fizikalne analize � kristalne oblike in kristaliničnosti, polimorfizma, psevdopolimorfizma in velikosti delcev, � obnašanja raztapljanja, vzorca in trdote, � kontrole procesa (nadzorovanje granuliranja in mešanja). razpada
Kvantitativna metoda � Določiti vsebnost ene ali več komponent (vsebnost vode, učinkovine, …) � Določiti specifično težo oz. gostoto � Določiti prisotnost določenega tipa vezi, kristalne oblike � Regresija glavnih osi PCR � Metoda delnih najmanjših kvadratov PLS Kvalitativna metoda � Določanje različnih fizikalnih lastnosti vzorcev iste vrste � Ločevanje podobnih vzorcev, ki kažejo zelo majhne razlike v NIR spektrih � Metoda grupiranja
Načini merjenja Merjenje difuznega odboja � količina svetlobe, ki se pri določeni valovni dolžini odbije od vzorca � vir svetlobe in detektor ležita na isti strani, vendar na nasprotni strani vzorca � svetloba ki prihaja iz vira, prehaja v vzorec ter se po odboju na površini vrne � Beerov zakon ne velja � vpliv fizikalne lastnosti delcev, predvsem velikost in oblika delcev, hrapavost površine, debelina, trdota →homogen vzorec
Merjenje prepustnosti � Vzorec je nameščen med virom in detektorjem, pri čemer svetloba, ki prihaja iz vira potuje skozi vzorec do detektorja na nasprotni strani � Intenziteta svetlobe odvisna od poti � Nehomogenost materiala bistveno manj vpliva na spekter � Nižje meje zanznavnosti � Merjenje tekočin, gelov, past in zelo viskoznih izdelkov
Merjenje odboja prepustnosti � Kombinacija prepustnosti in difuznega odboja � Merjenje tekočin z nizko viskoznostjo
Instrumenti � Ustrezen vir svetlobe, monokromator in detektor � Monokromatorji → optično uravnavani filtri, mreže ali prizme � Visoko intenzivni izvori svetlobe - volframova žarnica � » off line «, » at line «, » on line «, » in line «
Prednosti Slabosti � Nedestruktivna analiza vzorca � Potrebna je kalibracija s pomočjo referenčnih metod � Enostavna priprava vzorca → enostavno in hitro zbiranje podatkov � Postavitev modela je časovno potratna � Spremljanje procesov on-line oz. in-line (med samo proizvodnjo) � Nerobustnost (majhne spremembe zahtevajo ponovno kalibracijo) � Frekvence bližnje IR spektroskopije prehajajo steklo → nekatere FO (liofilizati, ampule, infuzije) merimo kar v končni ovojnini � Prenos modela na druge instrumente je težavna in ponavadi zahteva ponovne kalibracije � Ne moremo določati spojin v nižjih koncentracijah od enega odstotka, ravno tako � Ne moremo določati anorganskih snovi � Brez kemikalij
NIR kot metoda za analizo vsebnosti vode � Izguba pri sušenju (IPS), oz. angleško LOD ter � Titracija po Karl Fischerju � NIR aparatura za merjenje vsebnosti vlage � Voda v področju bližnjega IR spektra absorbira svetlobo pri točno določenih valovnih dolžinah � Absorbcija sorazmerna količini vlage v vzorcu � V območju od 800 nm do 2200 nm več izrazitih absorbcijskih vrhov, najbolj intenzivni so vrhovi pri 1450 nm in 1940 nm
Optimizacija procesa sušenja z uporabo NIR tehnologije � Kontinuirno spremljanje vlage pri sušenju surovin � Cilj: skrajšati čas sušenja ter zmanjšati stroške � Proces se ustavi takoj ko je surovina ustrezno posušena in T sušene surovine dovolj nizka da je primerna za izpraznitev posode � Ugotovitve: Z NIR metodo se da uspešno nadzorovati tehnološki proces. Hitra analiza (1 min), model pa istočasno izračuna izgubo sušenja. Čas sušenja se je skrajšal za 25%.
Primer uporabe NIR v polimerni kemiji Določanje hidroksilne vrednosti poliesterskih smol OH število v odvisnosti od časa reakcije 600 OH število (mg/g) � 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Čas reakcije (min) 160 180 200
- Slides: 15