Feine und grobe Partikel mit Laserbeugung quantifizieren

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Studien zeigen, dass es mit der Laserbeugung möglich ist, die Menge von übergroßem Material in der Tintenprobe genau zu bestimmen. Hierzu wurde Material mit einer definierten Konzentration von Partikeln im Bereich von 0,5 bis 5 µm der Primärdispersion der Probe zugeführt, um so eine Probe mit definierter Menge an grobem Anteil zu erhalten. Abbildung 2 zeigt die Partikelgrößenverteilung der Primärdispersion, des zugefügten Materials sowie einer Mischung von beiden mit etwa zwei Volumen-Prozent dieses gröbere Anteile enthaltenden Materials. Die Anwesenheit des gröberen Materials ist auch in der Mischung klar zu erkennen. Die Anforderung an die Untersuchung war, eine quantitative Methode zu finden, die schnell und einfach Proben nach ihrem Anteil an grobem Material unterscheidet. Die Erkennung des groben Materials wurde durch die Beobachtung des Dv99,5 erreicht (Wert der Partikelgröße unter dem 99,5 Prozent der Population der Partikel liegen). Abbildung 3 zeigt diesen Parameter zusammen mit dem entsprechenden Median der Partikelgröße (Dv50). Der Anteil an groben Partikeln beträgt dabei 0 bis 2 Prozent. Es ist zu erkennen, dass der Dv99,5 sich nahezu linear als Funktion der groben Partikel verändert und somit einen guten Indikator für deren Erkennung also auch für die Detektion von Agglomeraten darstellt. Der Dv50 hingegen bleibt nahezu unverändert. Dies bestätigt, dass die Messung der gesamten Verteilung über einen breiten Messbereich im Gegensatz zu einer Einpunktmessung von Bedeutung ist, um geringe Grobanteile zu identifizieren. Werden Prozentzahlen wie der Dv99,50 verwendet, muss auf die Reprodu-zierbarkeit besonderer Wert gelegt werden, da diese sehr stark von der richtigen effizienten Probenname abhängt.

Da diese Tinten dazu neigen, zu agglomerieren, ist die Beobachtung der Partikelgröße als Stabilitätskriterium nach der Produktion von Bedeutung. Abbildung 4 zeigt die Partikelgröße des direkt vermahlenen Materials im Vergleich zu einem Material nach drei Tagen. Die breite Verteilungskurve im Sub-Mikronbereich und die Ausbildung von größeren Partikeln (über 1 µm Durchmesser) zeigen, dass eine Agglomeration eintritt. Eine solche Zusammenlagerung zeigt, dass sich das Risiko einer schlechten Qualität durch Lagerung erhöht. Beide Versuche sind praktische Beispiele der Sensitivität der Laserbeugung bezüglich geringem Anteil an grobem Material.

Charakterisierung von Pulvermischungen

Der breite dynamische Messbereich der Laserbeugungsgeräte bietet sich auch an, um die Qualität von Pulvermischungen zu beurteilen. Beispielsweise ist in der pharmazeutischen Industrie Laktose als Hilfsstoff sehr weit verbreitet. Im Falle von Dry Powder Inhalers (DPI) ist sie oft Trägermaterial für die Wirkstoffe (active pharmaceutical ingredient, API), damit eine Formulierung mit der erforderlichen Fließeigenschaft und der nötigen Pulvermenge entsteht, um eine korrekte Dosierung zu gewährleisten. Während der Inhalation trennt sich der Wirkstoff von der Laktose und dispergiert in einer Größe, die das Eindringen in die Lunge erlaubt. Die Bestimmung des Feinanteils wird also von den Formulierern benötigt, um die Eigenschaften der DPI Laktosemischung korrekt einzustellen. Es ist von Bedeutung für den jeweiligen Arzneistoff die richtige Mischung zu finden, die die Fließeigenschaften unterstützt, sich aber auch positiv auf die Dispergierung des Wirkstoffes während der Wirkstofffreisetzung auswirkt. Es wurde ein Serie von Laktoseproben hergestellt, indem grobe Laktose (LH100 – Friesland Domo) mit feiner Laktose (LH300 – Friesland Domo) gemischt wurde. Abbildung 5 zeigt die Möglichkeit mit Laserbeugung die Anteile in einer Mischung bis zum Verhältnis 1:99 zu detektieren. Die lineare Kurve, die in Abhängigkeit von der Konzentration erzielt wird (s. Abb. 6), zeigt, dass diese Untersuchung eine sehr gute QS-Methode darstellt, um die Eigenschaften einer Mischung zu bestimmen.

Fazit: Die Laserbeugung ist eine schnelle zerstörungsfreie Methode zur Partikelgrößenbestimmung. Moderne Systeme für das Labor sind komplett automatisiert und flexibel. Sie liefern reproduzierbare und genaue Daten der Volumenverteilung von Partikeln in Emulsionen, Suspensionen und trockenen Pulvern. Die Verfügbarkeit robuster Systeme für die Prozessumgebung macht die Laserbeugung zur Methode, die in jedem Stadium der Produktionskette eingesetzt werden kann – von der frühen Entwicklung über die Pilotstation bis hin zur Prozesskontrolle und QC. Die Möglichkeit die Menge an zu kleinem aber auch zu grobem Material in einer Probe genau zu quantifizieren ist besonders dann nützlich, wenn die Anwesenheit dieses Materials selbst in geringen Mengen die Qualität und Leistung des Produkts beeinflusst.

*P. Kippax, Malvern Instruments UK, Malvern/Großbritannien, **R. Hessemann, Malvern Instruments GmbH, 71083 Herrenberg

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