Development of calibration models for the in-line prediction of active pharmaceutical ingredient concentration in the range 0-100% W/W by near infrared and Raman spectroscopy

Abstract

The development of quantitative calibration models by near infrared (NIR) and Raman spectroscopy with the capability of predicting concentration in a wider range than the currently used approach will be described. Current quantitative calibration models in the pharmaceutical industry have been developed around a small range of the nominal value of concentration of the active principal ingredient (API). NIR and Raman Partial least squares regression (PLSR) calibration models were compared to polynomial PLSR. The target concentration was 10% w/w of API and to challenge the calibration models different concentrations in a wide range of concentration were evaluated (10, 52, 82% w/w of API). Polynomials of grade 0-5 were evaluated by PolyPLS calibration models (NIR & Raman spectroscopy). Precision was calculated for each set through a repeatability study. More precise results were obtained by Raman spectroscopy (comparing the spectroscopic technique). Raman calibration models were one magnitude order more precise than NIR calibration models (SD = 0.032, 1 factor and grade 1 polynomial grade for Raman versus SD = 0.34, 4 Factors and grade 1 polynomial for NIR spectroscopy. The most accurate prediction for the target concentration (10% w/w) in the range 0-100% was obtained by Raman PolyPLS (RMSEP = 1.46) followed by Raman PLS (RMSEP = 2.38) calibration model.

El desarrollo de modelos de calibración cuantitativos mediante espectroscopía de infrarrojo cercano y Raman con la capacidad de predecir concentración en un rango más amplio que el actualmente utilizado será descrito. Los modelos cuantitativos de calibración actuales en la industria farmacéutica han sido desarrollados con un pequeño rango alrededor del valor nominal de concentración de ingrediente activo farmacéutico (API). Modelos de calibracion de mínimos cuadrados parciales (PLS) mediante espectroscopía de infrarrojo cercano y Raman fueron comparados con modelos de mínimos cuadrados parciales polinomiales. La concentración objetivo fue 10% p/p y para retar los modelos de calibración, diferentes concentraciones en un amplio rango de concentracion de ingredient activo fueron evaluadas (10, 52, 82% p/p de API). Grados polinomiales de 0 a 5 fueron evaluados para los modelos polinomiales (Espectroscopia NIR & Raman). La precision fue calculada para cada grupo a través de un estudio de repetibilidad. Resultados más precisos fueron obtenidos por espectroscopía Raman (comparando la tecnica espectroscopica). Los modelos de calibración por espectroscopía Raman fueron una orden de magnitud más precisos que los de infrarrojo cercano. (DesvEst= 0.032, 1 factor, grado polinomial 1 para Raman contra DesvEst= 0.032, 4 factores y grado polynomial 1 para infrarrojo cercano. La predicción mas exacta para la concentración objetivo (10% w/w) fue obtenida por el modelo de calibration Raman PolyPLS (RMSEP = 1.46) seguido de Raman PLS (RMSEP = 2.38).