10.Spektrální metody pro identifikaci a kvantifikaci NIR spektrometrie

Podobné dokumenty
Základy NIR spektrometrie a její praktické využití

Základy NIR spektrometrie a její praktické využití

STANOVENÍ ETHANOLU V ALKOHOLICKÉM NÁPOJI POMOCÍ NIR SPEKTROMETRIE

Infračervená spektrometrie

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

11.Metody molekulové spektrometrie pro kvantitativní analýzu léčiv

SPEKTROMETRIE. aneb co jsem se dozvěděla. autor: Zdeňka Baxová

INFRAČERVENÁ SPEKTROMETRIE KVALITATTIVNÍ A KVANTITATIVNÍ STANOVENÍ

IDENTIFIKACE NEZNÁMÉ ORGANICKÉ LÁTKY POMOCÍ INFRAČERVENÉ SPEKTROMETRIE

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

INFRAČERVENÁ SPEKTROMETRIE A BIOSLOŽKY PALIV

Využití UV/VIS a IR spektrometrie v analýze potravin

13. Spektroskopie základní pojmy

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Infračervená spektroskopie

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Pevné lékové formy. Vlastnosti pevných látek. Charakterizace pevných látek ke zlepšení vlastností je vhodné využít materiálové inženýrství

HPLC - Detektory A.Braithwaite and F.J.Smith; Chromatographic Methods, Fifth edition, Blackie Academic & Professional 1996 Colin F. Poole and Salwa K.

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

Vybrané spektroskopické metody

Infračervená spektroskopie - alternativní instrumentální technika při kontrole výroby bioethanolu

IDENTIFIKACE LÉČIVA V TABLETÁCH POMOCÍ RAMANOVY SPEKTROMETRIE

VIBRAČNÍ SPEKTROMETRIE

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Nicolet CZ s.r.o. Porovnání infračervené a Ramanovy spektroskopie. Typické aplikace těchto technik. The world leader in serving science

FOTOAKUSTIKA. Vítězslav Otruba

Metody charakterizace nanomaterálů I

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

Poslední trendy v instrumentaci infračervené a Ramanovy spektroskopie. Ing. Markéta Sedliaková Nicolet CZ s. r. o., Klapálkova 2242/9, Praha 4

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Příslušenství k FT-IR spektrometrům: ATR vláknová optika Seminář Molekulová Spektroskopie 2011 Hotel Jezerka Seč Říjen 2011

Pokročilé cvičení z fyzikální chemie KFC/POK2 Vibrační spektroskopie

SPEKTROMETRIE V BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ OBLASTI

Spektroskopie v UV-VIS oblasti. UV-VIS spektroskopie. Roztok KMnO 4. pracuje nejčastěji v oblasti nm

Derivační spektrofotometrie a rozklad absorpčního spektra

Infračervená spektrometrie

Absorpční fotometrie

Mobilní Ramanův spektrometr Ahura First Defender

Viková, M. : ZÁŘENÍ II. Martina Viková. LCAM DTM FT TU Liberec, (hranol, mřížka) štěrbina. Přednášky z : Textilní fyzika

Analýza pevných látek. L5-spektroskopie.doc

LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

FTIR analýza plynných vzorků, vzorkovací schémata.

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Vybrané metody spektráln. lní analýzy. Metody charakterizace nanomaterálů I

Analytické laboratoře výzkumu a vývoje aktivních farmaceutických substancí (API) generické farmaceutické firmy. Aleš Gavenda

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

Blízká infračervená spektrometrie (NIR)

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA a STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ, Česká Lípa, 28. října 2707, příspěvková organizace

METODY FARMACEUTICKÉ TECHNOLOGIE ČL 2009, D PharmDr. Zdenka Šklubalová, Ph.D

VIBRAČNÍ SPEKTROMETRIE

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

10A1_IR spektroskopie

Pokrokové řešení monitorování plynu

8. Detekce a identifikace aktivních složek a pomocných látek infračervená spektrometrie

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Spektroskopické é techniky a mikroskopie. Spektroskopie. Typy spektroskopických metod. Cirkulární dichroismus. Fluorescence UV-VIS

Projekt FRVŠ č: 389/2007

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (RCPTM) Spektroskopie 1 / 24

Infračervená a Ramanova spektrometrie

Fyzika IV Dynamika jader v molekulách

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

Spektrometr pro měření Ramanovy optické aktivity: proč a jak. Optická sestava a využití motorizovaných jednotek.

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie NMR. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Příklady biochemických metod turbidimetrie, nefelometrie. Miroslav Průcha

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

Fluorescence (luminiscence)

vzorek vzorek

Identifikace barviv pomocí Ramanovy spektrometrie

VODA 1. FYZIKÁLNÍ METODY. Charakteristické vlastnosti vody využívané v analytických metodách. chemická reaktivita. těkavost, rozpouštěcí schopnost

VYUŽITÍ MOBILNÍCH PŘÍSTROJŮ PRO RYCHLOU IN-SITU ANALÝZU SLOŽENÍ ODPADŮ

Klinická a farmaceutická analýza. Petr Kozlík Katedra analytické chemie

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

Výzva k podání nabídky a zadávací dokumentace

Refraktometrie, interferometrie, polarimetrie, nefelometrie, turbidimetrie

Chyby spektrometrických metod

APLIKACE POKROČILÝCH METOD IČ SPEKTROSKOPIE

Pevná fáze ve farmacii

Hmotnostní spektrometrie

Spektrální charakteristiky

12.NMR spektrometrie při analýze roztoků

INFRAČERVENÁ A RAMANOVA SPEKTROMETRIE

MÍSENÍ MÍSENÍ JE REVERZIBILNÍ PROCES. Mísení a segregace sypkých hmot INŽENÝRSTVÍ FARMACEUTICKÝCH

4. Spektrální metody pro prvkovou analýzu léčiv optická atomová spektroskopie

ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

SPEKTROMETRIE V BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ OBLASTI

Hmotnostní spektrometrie

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

ÚSTAV CHEMIE A ANALÝZY POTRAVIN

Martina Urbanová, Ivana Šeděnková, Jiří Brus. Polymorfismus farmaceutických ingrediencí, 13. C CP-MAS NMR, 19 F MAS NMR a faktorová analýza

Transkript:

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 10.Spektrální metody pro identifikaci a kvantifikaci NIR spektrometrie Vadym Prokopec Vadym.Prokopec@vscht.cz

10.Spektrální metody pro identifikaci a kvantifikaci NIR spektrometrie 11.Metody molekulové spektrometrie pro kvantitativní analýzu léčiv 12.NMR spektrometrie při analýze roztoků 13.Kvantitativní NMR spektrometrie 14.Hmotnostní spektrometrie pro identifikaci farmaceutických látek

NIR - úvod Praktická metoda molekulové spektroskopie, nahrazující pracnější, časově náročnější a dražší postupy analytické chemie Je alternativní metodou pro HPLC, GC apod. v procesních kontrolách QC/AC Rychlá kontrola vstupních surovin, meziproduktů a produktů

Historie a současný trend vývoje techniky NIR základy reflektančních měření v blízké infračervené oblasti byly položeny v 60. letech při kvantitavních stanoveních vlhkosti v semenech olejnin po roce 1970 vývoj analyzátorů pro analýzy krmiv a potravin ( fy Dickey-John, Neotec, Technicon ) koncem 80. let a začátkem 90. let vývoj přístrojů FT-NIR umožňujících širší využití reflexních metod měření rozvoj počítačové techniky a zlepšení kvality měřeného spektra akceleroval vývoj statistického softwaru vzrůstá počet publikovaných aplikací

Regiony infračervené spektroskopie NIR - 14 300 4000 cm -1 (vlnočet) - 700 2500 nm (vlnová délka) IR - 4000 400 cm -1 (vlnočet) - 2500 25000 nm (vlnová délka)

Porovnání fyzikálního principu vzniku spekter v oblasti MIR a NIR stejný základní fyzikální princip v obou oblastech absorpce infračerveného záření při průchodu vzorkem (změny rotačně vibračních energetických stavů molekuly v závislosti na IR změnách dipólového momentu) fundamentální absorpční mody 0 1 overtony ( 0 2, 0 3) a kombinační absorpční mody funkčních skupin, jejichž základní vibrace je < 2000 cm-1 NIR overtony ( 0 2, 0 3) a kombinační absorpční mody funkčních skupin, jejichž základní vibrace je > 2000 cm-1 ( -CH, -OH, -NH )

Základní principy NIR spektroskopie menší pravděpodobnost kombinačních přechodů a svrchních tónů slabší absorpce záření v NIR oblasti při stejné tloušťce vzorku - použití kyvet s delší optickou dráhou obtížné přiřazení absorpčních pásů jednotlivým vibračním přechodům běžně se neprovádí rozbor spekter směřující k identifikaci funkčních skupin kvalitativní informace a identifikace ze srovnání měřených spekter čistých látek s knihovnami spekter využití NIR spekter pro kvantitativní analýzu, a to i složitých vzorků - petrochemie, farmaceutický, papírenský či potravinářský průmysl možnost stanovení více složek vedle sebe bez nutnosti dělení složité směsi, a to přímo ve výrobním procesu procesní analytická metoda - důraz na rychlost samotné analýzy včetně možnosti kontinuální on-line analýzy ve výrobním procesu

Absorbance Absorpční pásy v NIR spektroskopii 1 NIR spektra jsou složena z pásů vyšších harmonických vibrací a kombinačních pásů Vyšší harmonické vibrace se projevují na násobku frekvence fundamentálních vibrací 0.5 1 ní svrchní tón fundamentální přechod 2 hý svrchní tón 3 tí svrchní tón 10000 8000 6000 4000 2000 1000

NIR spektrum Combination 0.9 0.8 1st Overtone 0.7 0.6 2nd Overtone Lo g(1/r) 0.5 0.4 3rd Overtone 0.3 0.2 0.1 100 00 900 0 800 0 700 0 600 0 500 0 Wavenumbers (cm-1)

Rozdíly v přístrojové konstrukci FTIR a FT-NIR spektrometru Zdroje záření IR odporový NiCr drát navinutý na keramickou bázi NIR halogenwolframová žárovka Materiál příslušenství IR KBr, NaCl, CsI NIR Sklo, křemen Děliče paprsků IR KBr, XT-KBr, CsI NIR křemen, CaF 2, XT-KBr Detektory IR DTGS/KBr, MCT (HgCdTe), fotoakustický NIR InGaAs, PbSe, PbS, Si

Výhody analýz v MIR a NIR oblasti IR ostré pásy interpretovatelná spektra větší citlivost a selektivita NIR eliminace přípravy vzorku před analýzou možnost měření silnější optické vrstvy (1-50 mm) v křemenných kyvetách možnost měření přes obal nedestruktivní měření cenově dostupná vláknová optika

Nevýhody analýz v MIR a NIR oblasti IR nutnost vzorkování analyzovaného materiálu ( měření nelze provádět přes obal ) obvykle nutnost přípravy vzorku před analýzou omezené použití rozpouštědel s ohledem na materiály propustné pro tuto oblast použití velmi tenkých vrstev měřených materiálů z důvodů velké intenzity měřených pásů NIR široké absorpční pásy omezená možnost interpretace konkrétních pásů menší citlivost na změny koncentrace stanovovaného analytu velká citlivost na fyzikální změny analyzovaného materiálu ( homogenita, distribuce velikosti částic, teplota, vlhkost apod. ) roztroušenost spektrální informace o měřeném vzorku (nutnost použití statistických metod k vyhodnocení rozdílů mezi vzorky)

Výhody FT-NIR oproti disperzním přístrojům FT-NIR spektrometr má jednodušší konstrukci minimum mechanických prvků (pohyblivé zrcadlo v interferometru) možnost měření s lepším rozlišením v disperzním přístroji je rozlišení omezeno parametry mřížky Větší přesnost měření díky kalibraci na vnitřní laser interferometru minimalizace posunu pásů a artefaktů měření u disperzních přístrojů nutnost externí kalibrace na určitý standard

Příklady spekter organických kyselin v MIR oblasti 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Nicodom MidIR benzoová kys. benzoová Absorbance 0.0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8-0.9-1.0-1.1 ftalová kys. ftalová adipová kys. adipová stearová kys. stearová kys. šťavelová štavelová 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1)

Příklady spekter organických kyselin v NIR oblasti 0.8 Nicodom 0.7 0.6 NIR 0.5 0.4 kys. benzoová 0.3 Absorbance 0.2 0.1 0.0 kys. ftalová -0.1 kys. adipová -0.2-0.3 kys. stearová -0.4-0.5 kys. štavelová -0.6 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 Wavenumbers (cm-1)

Kvalitativní vyhodnocení spekter IR využití komerčních nebo vlastních knihoven použití různých vyhledávacích algoritmů interpretace spekter za použití tabulek pásů NIR využití komerčních nebo vlastních knihoven použití různých vyhledávacích algoritmů Quality Match použití projekční DA (Discriminant Analysis)

IR Kvantitativní vyhodnocení spekter klasická jednokomponentní kalibrace s vyhodnocením výšky nebo plochy vhodného pásu pomocí Lambert- Beerova zákona možnost použití chemometrických algoritmů NIR komplikovanější použití Lambertova - Beerova zákona nutnost použití chemometrických algoritmů

Kvantitativní vyhodnocení NIR spekter platnost Lambertova-Beerova zákona, pro každou jednotlivou složku i směsného vzorku celková absorbance A λ při dané vlnové délce λ je pak součtem příspěvků od všech m nezávislých složek zkoumaného systému pro kalibraci je třeba vyvíjet kalibrační modely s využitím pokročilých chemometrických algoritmů rozsáhlá sada standardů (běžně více než 30 kalibračních vzorků)

Konstrukce NIR spektrometru

Možnosti použití FT-NIR Kontrola kvality produktů a meziproduktů On-line sledování výroby Testování hotových výrobků Verifikace vstupních surovin Kontrola uniformity produktů

Vzorkovací techniky používané v NIR Transmise - klasické kyvety

Vzorkovací techniky používané v NIR Transmise - klasické kyvety Stanovení etylalkoholu ve víně

Autosampler MultiPro a RS Autosampler RS Příslušenství pro integrační sféru Difuzní reflexe Práškové vzorky 30-60 pozicí vzorku Vyměnitelný karusel Automatická detekce chyb Autosampler MultiPro Analyzátor tablet

Sample Cup Spinner Měření spekter heterogenních vzorků - Vzorky s měnící se distribucí částic - Hrubozrnné materiály - Granulované vzorky Eliminuje potřebu měření několika spekter ze stejného vzorku

Sample Cup Spinner Vzorek umístěný do vzorkovací nádobky pomalu rotuje nad NIR paprskem Kontinuální měření během rotace vzorku Doplňkové zařízení k modulu s integrační sférou Difúzně reflexní měření

Vzorkovací techniky používané v NIR Transflektance Zrcadlo Petriho miska Drážka pro odstranění vzduchu Definovaná optická dráha Vzorek

Vzorkovací techniky používané v NIR Stanovení tuku v másle Transflektance

Vzorkovací techniky používané v NIR oblasti Difúzní reflexe Ruční pistolová sonda s vláknovou optikou

Vzorkovací techniky používané v NIR oblasti Difúzní reflexe Ruční pistolová sonda s vláknovou optikou

Vzorkovací techniky používané v NIR oblasti Imersní sondy SMA konektory Optická vlákna Záření dopadající na detektor Imersní sonda Měřená optická vrstva Detektor Zdroj záření

Vzorkovací techniky používané v NIR oblasti Imersní sondy Typy pro měření malého množství vzorku

FT-NIR spektroskopie Aplikace pro chemický a farmaceutický průmysl

FT-NIR spektroskopie Aplikace pro potravinářský průmysl

FT-NIR spektroskopie Aplikace pro potravinářský průmysl

APLIKACE BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ SPEKTROSKOPIE VE FARMACEUTICKÉ ANALÝZE snaha kontrolních orgánů jako např. FDA (Food and Drug Administration) nebo v ČR SÚKL (Státní Ústav pro kontrolu léčiv) o zvýšení kvality vyráběných produktů sledování kritických výrobních parametrů přímo v průběhu výroby metodami procesní analytické technologie Výhody NIR jako PAT měření na dálku s využitím vláknové optiky bez úpravy vzorku získání výsledků analýz v reálném čase jedna z hlavních metod při zavádění procesní analýzy výsledky jsou k dispozici okamžitě možnost nejen monitorování ale také řízení výrobního procesu

APLIKACE BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ SPEKTROSKOPIE VE FARMACEUTICKÉ ANALÝZE Kvalitativní analýza metoda klasifikace neznámých materiálů hodnocení vzorků na základě jejich spektrálních odlišností výsledkem je potvrzení nebo zpochybnění identity vzorku nebo zařazení analyzovaného vzorku do různých tříd klasifikace využití metod matematické statistiky (tzv. chemometrie) shluková analýza (cluster analysis) - třídění vzorků do skupin (shluků) na základě podobností cílem shlukové analýzy je nalezení v datech podmnožiny podobných objektů analýza hlavních komponent (PCA, principal component analysis) diskriminační analýza (discriminant analysis) určení třídy (nebo tříd), které jsou nejpodobnější neznámému materiálu sestrojení kalibračního modelu klasifikační pravidla (matematický algoritmus) interpretují NIR spektrum jako bod v dimenzionálně redukovaném faktorovém prostoru.

APLIKACE BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ SPEKTROSKOPIE VE FARMACEUTICKÉ ANALÝZE Kvalitativní analýza metoda klasifikace neznámých materiálů Zobrazení NIR spekter derivátů celulosy pomocí diskriminační analýzy Spektra jsou zobrazena jako Mahalanobisovy vzdálenosti (DM) od těžiště tříd MCC a EC. (CMC) karboxymethylcelulosa, (EC) ethylcelulosa, (HEC) hydroxyethylcelulosa, (HPC) hydroxypropylcelulosa, (HPMC) hydroxypropylmethylcelulosa, (MCC) mikrokrystalická celulosa

APLIKACE BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ SPEKTROSKOPIE VE FARMACEUTICKÉ ANALÝZE Kvalitativní analýza polymorfní formy sledování změn v krystalické struktuře - vznik amorfní formy nebo různých polymorfních forem, a to jak u čistých látek, tak u směsí amorfní forma a různé polymorfní formy téže látky mají různé fyzikálně-chemické vlastnosti (rozpustnost, velikost a tvar krystalů, reaktivita, hygroskopicita, termická stabilita, atd.) - rozdílná biologická dostupnost odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti lze využít k přípravě lékové formy s obsahem krystalické formy s výhodnějšími vlastnostmi

APLIKACE BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ SPEKTROSKOPIE VE FARMACEUTICKÉ ANALÝZE Kvalitativní analýza polymorfní formy (a) NIR spektra dvou krystalických forem léčivé látky forma I ( ) a forma II (---) (b) NIR spektra tablet s obsahem různých krystalických forem léčivé látky forma I ( ) a forma II (---)

APLIKACE BLÍZKÉ INFRAČERVENÉ SPEKTROSKOPIE VE FARMACEUTICKÉ ANALÝZE Kvantitativní analýza multikomponentní analýza vytvoření kalibračního modelu stanovení obsahu léčivé látky výstupní kontrola tablet, tobolek, gelů, sirupů (Paralen 500, Ibalgin 400 Zentiva) stanovení vlhkosti ovlivnění kvality výrobku primární metoda stanovení optimálního času sušení ve výrobních procesech kontrola množství navrstveného léčiva na inaktivní jádra ve fluidních zařízeních sledování množství polymerního obalu na tabletách ovlivnění řízeného uvolňování léčivé látky stanovení pevnosti tablet