Dokument: Filmdickenbestimmung mittels in-line Raman-Spektroskopie während der Pelletbeschichtung

Titel:	Filmdickenbestimmung mittels in-line Raman-Spektroskopie während der Pelletbeschichtung
Weiterer Titel:	Film thickness determination during pellet coating using in line Raman spectroscopy
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=37230
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20160225-104602-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Folttmann, Friederike [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 93,83 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 19.02.2016 / geändert 19.02.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Dr. Kleinebudde, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Breitkreutz, Jörg [Gutachter]
Stichwörter:	Raman-Spektroskopie, Wirbelschichtcoating, Pelletcoating, Filmdickenbestimmung, Optisches Ortsfilterverfahren, Multivariate Datenanalyse
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	In dieser Arbeit wurden ein Raman-Prozessanalysator und eine SFV(spatial filtering velocimetry)-Sonde zur Messung der Partikelgröße erstmals zeitgleich zur Prozesskontrolle beim Überziehen von Pellets in Wurster-Wirbelschichtverfahren eingesetzt. Es wurden PLS (patial least squares)-Kalibriermodelle für die Raman-Spektren erstellt, die in-line während der Coatingprozesse in der Wirbelschicht aufgenommen wurden. Die SFV-Methode lieferte die für die PLS notwendigen Referenzwerte (Filmdicken). Es konnte gezeigt werden, dass die SFV-Technik beim Überwachen von Coatingprozessen verlässliche Resultate liefert. In unterschiedlichen Versuchen konnte eine hohe Übereinstimmung in der Bestimmung des Partikelwachstums zwischen der SFV-Technik und der dynamischen Bildanalyse (DIA) als Referenzmethode gefunden werden. Die Wahl der richtigen Einstellung des Partikelringspeichers hat direkten Einfluss auf die gemessenen Partikelgrößen. Um die unterschiedlichen Prozessphasen - Vorheizen, Sprühen, Trocknung/Ausheilen – überwachen zu können, sollte eine Ringspeichergröße von 50000 Partikeln gewählt werden. Die Auswahl der geeigneten Ringspeichergröße ist abhängig vom Volumenstrom, von der Beladung des Coaters und von der Vorheizzeit. Besonders gleichmäßige Partikelgrößenmessungen konnten in der initialen Sprühphase erzielt werden, wenn der Ringspeicher während der Vorheizphase komplett mit Partikeldaten gefüllt wurde. Die Partikelgrößenerfassung in der finalen Sprühphase war hingegen unabhängig von der initialen Füllung. Unterschiede in der verwendeten Sprührate hatten nur einen geringen Einfluss auf den detektierten Anstieg der Partikelgröße. Dieser wurde allerdings stark vom Volumenstrom beeinflusst, da eine Änderung des Volumenstroms zu Änderungen der Partikelrate führte. In jedem Coatinglauf wurden die reproduzierbarsten Ergebnisse des Partikelgrößenwachstums in den letzten zwei Fünfteln der Sprühphase erhalten. Durch Linearisieren und Extrapolieren dieses Abschnitts war es möglich, die aufgetragene Filmdicke zu errechnen. Trotz des sehr diffusen Pelletbetts an den Messpositionen der Raman-Sonde konnten die charakteristischen Raman-Banden der Arzneistoffe in den Kernen erfasst werden. Mit zunehmender Schichtdicke des Polymerfilms nahm die Intensität dieser scharfen, arzneistoffspezifischen Banden ab. Die Polymere des Filmüberzugs lieferten nur wenige, nicht intensive Raman-Banden, die nicht zur Quantifizierung herangezogen werden konnten. Allerdings konnte eine Zunahme des Fluoreszenz-Effekts beobachtet werden, der von dem Hilfsstoff Talkum herrührte. Die Zunahme des Fluoreszenz-Effekts und die gleichzeitige Abnahme der Banden der Arzneistoffe lieferten quantitative Information für die PLS-Analyse. Auch die Zugabe des Weißpigments Titandioxid führte zu einer Abdeckung der Arzneistoffbanden und zur Entstehung neuer, charakteristischer TiO2-Banden. In dieser Arbeit konnten allerdings auch PLS-Kalibriermodelle mit niedrigen Kalibrierfehlern erstellt werden, wenn beide untersuchten Hilfsstoffe (Talkum, TiO2) nicht in der Polymerdispersion enthalten waren. Im Laufe des Prozesses kam es bei den aufgenommenen Spektren zu einem Basisliniendrift. Daher war es notwendig, die Spektren für die PLS-Regression vorzubehandeln. Die besten PLS-Kalibriermodelle basierten auf SNV-transformierten Raman-Spektren. Zudem wurden starke Ausreißer zu Beginn der Sprühphase ermittelt und eliminiert. Letztlich war es möglich, den Endpunkt der Coatingprozesse durch die Filmdicken, die mit Hilfe der Raman-Spektroskopie vorhergesagten wurden, abzuschätzen. In the current study, a Raman process analyzer and a probe for particle sizing (SFV probe) were implemented simultaneously into a Wurster fluidized bed coater for process control of pellet coating processes. Multivariate PLS calibration models were built on in-line detected Raman spectra. For the first time spatial filtering velocimetry (SFV) was used to provide the required reference values (film thickness) for PLS analysis. Spatial filtering velocimetry could be proven to give reliable results when monitoring a coating process. Within different trials, a high conformity in the determination of the particle growth was given between SFV and the reference method. To monitor the different stages of a coating process – preheating, spraying, drying/curing – a particle buffer size of not more than 50000 particles should be chosen, dependent on the inlet air capacity, the material loading and the preheating time. Smoothest results for the initial process were observed when the ring buffer was completely filled with particles during the preheating period. However, final results were independent of the initial filling. While differences in the applied spray rate had minor influence on the detected increase in particle size, it was highly effected by differing inlet air volume, which resulted in differing particle rates in the SFV probe. However, further studies will evaluate, whether this effect was maybe due to segregation inside the coating chamber. Most reproducible results in the particle size increase were detected in the last two-fifth of spraying time of each coating run. By linearizing and extrapolating this part, it was possible to calculate the applied film thickness. The characteristic Raman bands of the active ingredients inside the pellet cores were detected despite a very diffuse pellet bed at the measuring position of the Raman probe. The intensity of the sharp, drug specific Raman bands decreases with increasing film thickness. The film polymers provide only a few and less intensive Raman bands, which could not be used for quantification. But an increasing fluorescence effect, due to the excipient talcum, was observed. The increasing fluorescence effect and the decreasing Raman bands of the active ingredients provide quantitative information for the PLS analysis. By adding the whitening pigment titanium dioxide similar results were obtained: Drug specific Raman bands were covered and new, characteristic TiO2-bands arose. In this study however PLS models with low calibration errors were achieved, even if the coating dispersions did not contain the excipients talc and TiO2. During the process a baseline drift became evident among the spectra. Therefore a pretreatment of the spectral data was necessary. Best PLS calibration models were based on SNV normalized Raman spectra. Furthermore strong outliers, which were found at the beginning of the spraying period, were removed. Finally, it was possible to estimate the endpoint of the coating processes on the film thickness predicted by Raman spectroscopy.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Dokument erstellt am:	25.02.2016
Dateien geändert am:	25.02.2016
Promotionsantrag am:	19.10.2015
Datum der Promotion:	30.11.2015