Zweikanalige Prozessüberwachung: Kombination von NIR- und Raman-Spektroskopie in einer einzigen Sonde

Bei der Kristallisation und Trocknung pharmazeutischer Wirkstoffe (API) erfordert ein fundiertes Prozessverständnis den gleichzeitigen Einblick in die chemische Zusammensetzung sowie die Festkörperstruktur. In der Praxis müssen dabei zwei zentrale Parameter in Echtzeit überwacht werden: der Restfeuchte- bzw. Lösemittelgehalt und die polymorphe Form des Kristalls.

Bislang stellte die synchrone In-situ-Erfassung beider Parameter einen erheblichen messtechnischen Engpass dar. Die Nahinfrarotspektroskopie (NIR) eignet sich hervorragend zur präzisen Quantifizierung von Feuchte- und Lösemittelwerten, während die Raman-Spektroskopie den molekularen Fingerabdruck liefert, um zwischen verschiedenen Polymorphen, Hydraten und amorphen Phasen zu unterscheiden. Der gleichzeitige Einsatz beider Methoden erforderte bisher meist zwei separate Eintauchsonden – und damit zwei freie Prozessanschlüsse, die an Laborreaktoren, Nutschen- und Filtertrocknern oder Pilotanlagen selten vorhanden sind.

Synchrone In-situ-Datenerfassung in einem Sondenschaft

Um diese räumliche Limitierung zu überwinden, hat art photonics die NIRaman Combi Probe entwickelt. Durch die Integration eines NIR-Diffus-Reflexionskanals und eines optischen 785-nm-Raman-Kanals in einem einzigen Schaft mit 19 mm Durchmesser ermöglicht die Sonde synchronisierte Messungen im identischen Probenvolumen.

Beide optischen Kanäle erfassen Spektraldaten zeitgleich und ohne Übersprechen – sowohl in Feststoffen und Pulvern als auch in Suspensionen und flüssigen Phasen. Da die Messung direkt im Prozessstrom erfolgt, erübrigen sich Probennahmen, Bypass-Leitungen oder zeitaufwendige Probenvorbereitungen.

Zentrale Anwendungsbereiche

• Wirkstoffkristallisation & Trocknung: Echtzeit-Quantifizierung der Trocknungskinetik via NIR, kombiniert mit der lückenlosen Überwachung von Kristallstruktur und polymorpher Reinheit via Raman.
• Wareneingang & Rohstoffidentifikation: Schnelle chemische Identifizierung und Festkörpervalidierung von Ausgangsstoffen in einem einzigen Prüfschritt.
• Mischgüte & Wirkstoffgehalt (Blend Uniformity): Simultanes Monitoring der Wirkstoffverteilung und der Feuchtebalance während des Feststoffmischens.
• Reaktionskinetik & Phasenübergänge: Kontinuierliche Überwachung des Reaktionsverlaufs und intermediärer Phasenbildungen vom Labormaßstab bis zur industriellen Produktion.

Von der Endproduktprüfung zur aktiven Prozessregelung

Konventionelle Offline-Probennahmen und Freigabeprüfungen erfassen Fehler oft erst nach Abschluss der Charge. Die unmittelbare Erkennung unerwünschter Phasenübergänge, Solvatbildungen oder einer Übertrocknung im Moment des Auftretens versetzt Anwender in die Lage, sofort regulierend einzugreifen und den Prozess innerhalb des validierten Design Space zu halten.

Die NIRaman Combi Probe ist in Laborausführung sowie in pharmazeutischer Konfiguration erhältlich – gefertigt aus GMP-konformen Werkstoffen mit standardisierten hygienischen Prozessanschlüssen.