Development of near infrared spectroscopy methodologies to provide physical information for pharmaceutical processes

Abstract

This research focused on increasing the number of applications and establishing methods to monitor physical properties from pharmaceutical materials using Near Infrared Spectroscopy (NIRS). NIRS in combination with chemometric data analysis was used increasing the number of applications and understanding the physical information of pharmaceutical materials, this work opens interesting perspectives for pharmaceutical analyses in solid form without sample preparation. The development of new NIR analytical methods contributes to the process analytical technology (PAT) initiative and pharmaceutical manufacturing. NIR spectroscopy was used to create a new method for in-line characterization of powder flow behavior. The spectra of flowing powders were used to measure the flow, continuity, and interruption of powder flow and evaluate the chemical heterogeneity of pharmaceutical powders. The main purpose of this work was used in-line NIRS to detect the flow uniformity, which in general depends on the flowability of the powder and their blends. The new NIRS method was used for the evaluation of active pharmaceutical ingredients (APIs) that have surface modified to improve their extremely poor flow properties. Near-infrared (NIR) spectroscopy was utilized as a novel approach to characterize the improved flow behavior of APIs and their blends. This NIRS application also involves a second study evaluating the performance of excipients and cohesive powders in a K-tron twin-screw gravimetric feeder. The evaluation used NIR spectroscopy and multivariate data analysis as an effective alternative for the real-time measure of flow behavior. The second objective of this study was the real-time determination of tablet compaction pressure in pharmaceutical tablets. This study determined the concentration and compaction pressure in moving tablets with NIR spectra. The third section of this dissertation describes the use of Near-infrared chemical imaging (NIRCI) to study pharmaceutical tablets that decrease in compaction of particles (tablet relaxation). NIR-CI spectra of lactose monohydrate tablets were acquired and the spectral slope from each pixel and the data hypercube was used to assess tablet compaction and relaxation over the time.

Este trabajo fue enfocado en aumentar el número de aplicaciones y métodos establecidos para monitorear propiedades físicas de materiales farmacéuticos usando espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS). NIRS en combinación con quimiometría fueron empleados en incrementar el número de aplicaciones y el grado de comprensión de la información física originada en materiales farmacéuticos, este trabajo abre perspectivas interesantes para el análisis farmacéutico de muestras solidas sin preparación de muestras. El desarrollo de nuevos métodos analíticos de NIR contribuye al mejoramiento de los métodos de manufactura farmacéutica y la iniciativa de tecnología de procesos analíticos (PAT). La espectroscopia NIR fue usada para crear un nuevo método de caracterización en línea para el comportamiento del flujo de material particulado. Espectros de flujo de partículas fueron usados para medir el flujo, la continuidad, la interrupción del flujo al tiempo que evaluaron la heterogeneidad química del flujo de partículas. El propósito central de este trabajo fue emplear la espectroscopia NIR en línea para detectar la uniformidad del flujo, la cual en general depende de la fluidez del tipo de partículas estudiadas y de sus mezclas. El nuevo método NIR fue empleado en la evaluación de ingredientes activos farmacéuticos (APIs) que fueron modificados en la superficie para mejorar sus pobres propiedades de flujo. La espectroscopia de NIR fue empleada como una nueva aproximación para caracterizar el mejoramiento de las propiedades de flujo de APIs y sus mezclas. Esta aplicación NIRS también envuelve un segundo estudio evaluando el desempeño de excipientes y partículas cohesivas en un alimentador gravimétrico K-tron de tornillos gemelos. La espectroscopia NIR y análisis multivariado de datos es una alternativa efectiva de análisis para mediciones del comportamiento de flujo en tiempo real. El segundo objetivo de este estudio fue la determinación en tiempo real de la presión de compactación de tabletas farmacéuticas. En esta parte del trabajo fue determinada la presión de compactación y la cantidad de ingrediente activo para tabletas en movimiento usando espectroscopia NIR. La tercera sección de esta tesis describe el uso de imágenes químicas en infrarrojo Cercano (NIR-CI) para estudiar tabletas farmacéuticas con decrecimiento en la compactación de partículas (relajación de tabletas). Espectros NIR-CI de tabletas de lactosa monohidratada fueron adquiridos y la pendiente del espectro en cada pixel fue usada como indicador de la relajación de tabletas atreves del tiempo.