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Partikelgrösse und Partikelform (morphologische Parameter) mit modernen Methoden bestimmen:Methodenvergleich - Fehlerbetrachtung – Variabilität
Dr. Mark Wingfield,
Malvern Instruments GmbH,
Deutschland
Inhalt
GrundlagenPartikelgröße – DefinitionGewichtete Mittelwerte
Moderne Methoden zur PartikelcharakterisierungLaserbeugung und automatisierte Bildanalyse
• Meßprinzip und Grundbegriffe• Geräteaufbau
MeßmethodenentwicklungAnalytische Variabilität -
• Gerätebedingt, Dispigierung, Probennahme
Warum braucht man die Partikelgrösse?
ICH Guide Q6A – particle size of pharmaceutical drugsubstance „for some drug substances particle size can have a significant effect on dissolution rates, bioavailability, and / orstability. In such instances, testing for particle size distributionshould be carried out using appropriate procedure and acceptance criteria should be provided“Die Partikelgrösse des Wirkstoffes beeinflusst die Qualität der Darreichungsform – funktionelle Pulvereigenschaft.
Edgar John, APV 2009, 11. März 2009
FDA guidance: what should be considered when testing new drug products?
Specific tests and criteria:Physiochemical properties (pH, melting point, RI)Particle sizePolymorphic forms / amorphous contentChiral identity testsWater contentInorganic impurities, based on a knowledge of processMicrobial Limits
*Federal Register/Vol. 65, No.251, Friday December 29, 2000/ Notices p. 83041-83054
International Conference on Harmonization;Guidance on Q6A Specifications:
Test Procedures and Acceptance Criteria for New Drug Substances and New Drug Products: Chemical Substances*
Was bedeutet Partikelgröße ?
Was bedeutet Partikelgröße ?
Prinzip der äquivalenten Kugel
Der Zylinder links hat das gleiche Volumenwie eine Kugel miteinem Durchmesservon 213µm.
Das Äquivalentvolumenbeschreibt einPartikel mit nur einerZahl
Die Größenverteilung verstehen
Der Mastersizer 2000 ist so entwickelt, daßgleiche Volumina von Partikeln verschiedener Größen eine ähnliche, gemessene Streulichtintensität liefern.
Die Größenverteilung wird als eine Volumen Verteilung angegeben, da dies die Sensitivität des Systems am besten widerspiegelt.
Was bedeutet das in der Praxis ?
Die Größenverteilung verstehenVolumenverteilungen, wie es der Name bereits sagt, basieren auf dem Volumen der zur Verteilung beitragenden Partikel.
Eine Million 1µm späherische Partikel haben das gleiche Volumen wie 1 einziges 100µm Partikel.
Dies sollte beachtet werden, falls sie jemals Volumen- mit Anzahlverteilungen vergleichen sollten.
Die Umrechnung von Volumen- zu Anzahlverteilung oder umgekehrt ist oft fehlerbehaftet !
Die Größenverteilung verstehen
Stellen sie sich drei Partikel mit Durchmessern 1,2 und 3 Einheiten vor.
Mit einem Mikroskop gemessen – einer Technik welche Anzahlverteilungen liefert – würden wir folgende Verteilung erhalten…
Die Größenverteilung verstehen
Number Distribution
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3
Diameter
Freq
uenc
y (n
umbe
r %)
Die Größenverteilung verstehen
Volume Distribution
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 2 3
Diameter
Freq
uenc
y (v
olum
e %
)
Dv90Dv10
Size um
Dv50
Dv100
Volume (%)
Spezifikationen setzten: Statistik der Verteilung
X Dnl = =+ +
=[ , ] .101 2 3
32 00
X Dns = =+ +
=[ , ] .2 01 4 9
3216
X Dnv = =+ +
=[ , ] .301 8 27
32293
X Dsv = =+ ++ +
=[ , ] .3 21 8 271 2 3
2 57
X Dvm = =+ ++ +
=[ , ] .4 31 16 811 8 27
2 72
⇒ Mikroskop
⇒ Bildanalyse
⇒ Coulter-Counter
Gewichtete Mittelwerte für Partikelgrößenverteilungen Modellbeispiel 3 Teilchen mit d 1,2,3
∑ dn
∑ d2
n∑ d3
n
∑ d3
∑ d2
∑ d4
∑ d3
⇒ Sauter Mittelwert
⇒De BrouckereMittelwert
Laserbeugung
Statistiken für die Partikelgrößenverteilung
Die beiden wichtigsten gewichteten Mittelwerte sind:
D[3,2] oder SauterdurchmesserOberflächengewichtet
D[4,3] oder De Broucker-MittelwertVolumen gewichtet
Dv90Dv10
Size umD[4,3]D[3,2]
Dv50
Dv100
Volume (%)
Mittelwerte Vergleich
Setting specifications: specification tolerances
% seed material
0 5 10 15 20 25 30 35
Siz
e / m
icro
ns
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Dv10Dv50Dv90D[4,3]D[3,2]
Laserbeugung
Schnelle und einfache BedienungGrößenbereich 20nm bis 2000µmAnnahme: Kugelförmige PartikelBenötigt die optische Parameter für die Probe –Brechungsindex und AbsorptionswerteSuspensionen, Emulsionen und TrockenpulverSOP´sItaritives Verfahren – die Partikelgröße wird nicht direkt gemessenNur Größe
Euopean Pharmacopoeia EP 6.0, 20082.9.31 Particle Size analysis by laser light diffraction
Referenz: ISO 13320 – 1 Particle size analysis – Laser diffractionISO 9276 Representation of results of particle sizeanalysis
Enthält Richtlinien für MethodenentwicklungWiederholbarkeitskriterienGerätequalifizierung
Größenabhängige Intensitätsverteilung
Die Lage (sinϕ) der Beugungsringe auf den Detektoren ist u.a. vom Durchmesser d der Projektionsfläche der Partikel abhängig.
dnλϕ ≈sin
Detektor
Typischer Streulicht DatensatzData Graph - Light Scatte r ing
1 3 5 7 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Detector Number
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000
Ligh
t E
nerg
y
Glass Beads, 19 Oct 1999 11:12:39Data Graph - Light Scatte r ing
1 3 5 7 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 Detector Number
0 2 4 6 8
10 12 14 16 18 20 22 24
Ligh
t Ene
rgy
Große Partikel
KleinePartikel
Berechnung der Größenverteilung
Laserbeugung –wie man das Messergebnis erhält
Der Prozess generiert 2 Datensätze…die theoretischen Streulichtdaten in rot und die gemessenen Streulichdaten in grün.Die Fläche zwischen diesen Kurven wird berechnet und der Unterschied als Residual Wert angegeben.
kleine Unterschiede hier
..und hier
Ergebnis 1 : Größenklassen Histogramm
1.0 1.6 2.5 3.9 6.2 9.8 15.4 24.3 38.2 60.3 95.1150.0
Partikeldurchmesser, D (um)
0%
5%
10%
15%
20%Häufigkeit
Häufigkeit in Prozent
Ergebnis 2 : Kumulative Durchgangskurve
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1.0 1.6 2.5 3.9 6.2 9.8 15.4 24.3 38.2 60.3 95.1150.0
Partikeldurchmesser, D (µm)
Volu
mep
roze
nt<
DKumulativ % < D
50 % →↑ < 15,4 µm
Dv(0.5) < 15,4 µm
Laserbeugung liefert eine auf dem Partikelvolumen basierende Größenverteilung
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1.0 1.6 2.5 3.9 6.2 9.8 15.4 24.3 38.2 60.3 95.1150.0
Partikeldurchmesser, D (um)
Volu
mep
roze
nt<
D
0
5
10
15
20
Häu
figke
it in
Pro
zent
Fehl
er in
Pro
zent
Häufigkeit
Fehlerkurve, Kumul.
Kumulativ % < D
Berechnung der Größenverteilung
Generell stehen zwei Streulicht Modelle zur Auswahl:
Fraunhofer Näherung
Mie Streulicht Theorie
In allen aktuellen Malvern Diff. Geräten stehen beideAuswertungen zur Verfügung
StreulichtmodelleFraunhofer und Mie
Laserbeugung benötigt ein Modell, welches exakt das Lichtstreuverhalten aller Partikel beschreibt.
Momentan stehen zwei populäre Modelle zur Wahl. Die Mie-Theorie und die Fraunhofer Näherung.
Die Mie-Theorie zeigt sich dabei über einen breiteren Größenbereich exakter – besonders für Partikel mit Größen kleiner als 50 µm.
StreulichtmodelleFraunhofer und Mie
Ältere Messgeräte verwendeten die wenigergenaue Fraunhofer Näherung. Grund dafür war die damals limitierte Computerleistung.
Seit 1986 ist das bevorzugte Modell die Mie Theorie, welche korrekt das Streulicht bei allenWellenlängen und bei allen Winkeln vorhersagt.
Streulichtmodelle – Mie-Theorie
Mie-Theorie:Beschreibt die Wechselwirkung von Licht und Materie.
• geht von kugelförmigen Partikeln aus.
Gültig für alle Wellenlängen, Streulichtwinkel und Partikelgrößen.
Sagt korrekt die Streulichintensitäten voraus.• sagt korrekt Sekundärstreuung voraus.
Streulichtmodelle – Mie-Theorie
“For particles smaller than about 50µm the Mie theory offers the best general solution.”
Zitat aus: ISO 13320-1 (Particle size analysis – Laser diffraction
methods – Part1: general principles)
Mie-Theorie – Streulicht Vorhersage
Einfallendes Licht
Gestreutes Licht
Gestreutes Licht
Absorption
Mie-Theorie – Streulicht Vorhersage
Mie-Theorie berücksichtigt Licht welches durch das Partikel geht.
Winkel
StreulichtIntensität
Partikelgröße
Winkel
Streulichtmodelle –Fraunhofer Näherung
Berücksichtigt nur klassische Beugungseffekte um ein scheibenförmiges Partikel
Winkel
StreulichtIntensität
Partikelgröße
Winkel
Streulichtmodelle -Fraunhofer Näherung
Nachteile:Liefert falsche Antworten wenn…
Partikel <50µm sind.Der Streulichwinkel groß wird und Sekundärstreuung auftritt.Der relative Brechungsindex klein ist (<1.3) - dies entspricht der Situation eines Partikels mit Brechungsindex 1.73 dispergiert inWasser.
Behauptete Vorteile:“Man braucht keine optischen Materialparameter.” Was bedeutet, dass optische Parameter für die Mie Theorie benötigt werden.
Optische Parameter – Welche sind das ?
Um die Mie Theorie anzuwenden werden 3 Parameter benötigt.Diese sind:
Brechungsindex (RI) des Dispergiermittels.Brechungsindex (RI) des Probenmaterials.Imaginärer Brechungsindex des Probenmaterials (oft als Absorption bezeichnet).
Optische Parameter – Welche sind das ?
Der imaginär Anteil des Brechungsindex (Absorption)
Kann bestimmt werden indem man die dispergierte Probe unter einem Mikroskop bzgl. ihrer Form, Transparenz und internen Struktur untersucht.
Absorption wird generell auf einen Faktor 10 genaubenötigt z.B. 0.1 oder 0.01 nicht 0.023
0
0.001
0.01
0.1
1.0+
Latex
Emulsionen
Leicht gefärbte Pulver
Kristalline gemahlene Pulver
Stark gefärbte Pulver und Metallpulver
Wie das Erscheinungsbild des Partikels es ermöglichtauf die Absorption rückzuschließen
Erscheinungsbild Imaginär RI Beispiel
Klassischer Aufbau eines Laserbeugungsmessgeräts
He Ne Laser
2 mwPower0.63 m wavelengthm
SpatialFilter
Particlessuspended inGas or liquid
FourierTransform
Lens
UnscatteredLight
ScatteredLight
Multi ElementDetector
ObscurationDetector
Klassischer Aufbau eines Laserbeugungs-Messgeräts
Die Optik ist so gebaut, dass Partikel mit gleicher Größe ihr Streulicht an der gleichen Detektorposition abbilden.
Optische Bank des Mastersizer2000 (0.02-2000µm)
Sub-µm Messbereich bis 0.02µm
Sensitivitätserhöhung
Erhöhung der Auflösung
He-Ne Laser Strahlengang
Blaulichtdioden (λ = 450nm) Strahlengang
Eine Linse für den gesamten Messbereich
Detektor Erweiterung zu großen Winkeln
Sensitivitätserhöhung im Bereich > 1µm
Erhöhung der Auflösung im Bereich > 1µm
Bildanalyse
PartikelgrößePartikelformZählverfahren – daher empfindlich für Grob- und Feinkornanteile
6 8 10 12 14 16 18 20 22Diameter (μm)
0
5
10
15
20
25
Diameter Distribution of Rods Presented with Varying Orientation
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Circularity
0
5
10
15
20
25
30
Circularity Distribution of Rods Presented with Varying Orientation
Probe ist monodispers
Aufgrund von zufälliger Orientierungwird das Größen- und Zirkularitätsergebnis polydispers !
Allgemeine Anforderung - Orientierung
Neu: das Morphologi G3
IntegrierteDispergiereinheitfür Pulverproben
Glasplatte
AutomatisierteMikroskop Optik
Automatisiert, verfahrbarerProbentisch
Zukunftsweisende, hochsensitive Partikelcharakterisierung mittels Bildanalyse
Partikel müssen orientiert abgebildet werden
Morphologi G3
Probe wird auf einen Objektträgerdispergiert
Partikel nehmen die mechanisch stabilstePosition ein
Größte Partikelfläche zeigt zur Kamera hin
Probenträger wird mit Präzisionsfolie verschlossen
Druckluftstoß zerbricht die Folie und dispergiert die Probe auf die Glasplatte
Dispergierparameter werden über Software eingestellt
Integriert in SOP Messungen
Dispergierung zerbrechlicher Partikel durch Regelung der Druckstoß Stärke möglich
Integrierte Dispergiereinheit für Pulver
Zirkularität und Durchmesser
Fläche des Partikels
Partikelumfang
Kreis gleicherPartikelfläche
Durchmesser des Kreisesgleicher Partikelfläche
Zirkularität = Kreisumfang / Partikelumfang
Intuitive Daten Analyse - Scattergramm
Anzeige jedesGrößen/Form Parameters
Scattergrammkorreliert gewählteParameter
Filterfunktion fürjeden Parameter
Einzel Partikel Ansicht
Intuitive Daten Analyse - Scattergramm
Kugeln
Obladen
Sich be-RührendePartikel
Stäbchen
Scherben
Verschiedene Scattergramm-Regionen verwendet um Klassifizierung herzustellen
Intuitive Datenanalyse - KlassifizierungErgebnisklassen
DatenanalysatorVergleicht mehrere Datensätze miteinander
Bündelt Daten in ähnliche Gruppen
Findet den aussagekräftigsten Parameter !
Anwendungsbeispiel Pharma
Pharmaz. Bindemittel – Problem mit fehlerhaften BatchesTraditionelle Größenmess- und Mikroskopietechniken waren nicht in derLage die fehlerhaften Batches zu identifizieren
Batch A
Batch B
Batch C
Batch D
Pharmaz. Bindemittel – fehlerhafte Batches
Anwendungsbeispiel Pharma
Morphologi löste das Problem innerhalb 1 Woche
Die Partikelgröße änderte sich nicht wirklich, aber…..
Konvexität und mittlere Intensität änderten sich, und waren die Schlüsselparameter zur Identifizierung der schlechten Batches
Form- , und nicht nur Größeninformation erforderlich
Konvexität =
Morphologi G3 – ZusammenfassungAutomatisierte Bildanalyse für Pulver und Suspensionen
Pulver Dispergiereinheit zur Vereinzelung der Partikel
Messbereich: 0.5µm - 3000µm
Partikelanzahl pro Messung: 5000 - 500.000
Typische Messzeiten: 3 – 10 min
Typische Probemenge: 5mg - 200mg
Standardisierte Messung durch SOP Konzept
FDA CFR21 Part 11 Konformität, vollständige IQ/OQ
Mechanismus der Durchflussmesszelle
Funktionsweise der Hüllstromtechnik
Mechanismus der Durchflussmesszelle
Partikel im Fokus
Orientierte Partikel !
Keine Überlappung
Probe hat keinen Kontakt zu den Messzellenfenstern
Pigmente - Vergleich der 10 - 20µm Anteile
Pigment B
Pigment A
FPIA-3000 Zusammenfassung
Automatisches Bildanalysesystem für die Messung der Partikelgröße und Partikelform von Suspensionen und Emulsionen
Größenbereich : 0.8µm - 300 µm
Bis zu 360 000 Partikel pro Messung (alle Bilder werden gespeichert)
Mehr als 20 morphologische Parameter / “Ein Knopf” Bedienung (SOP Konzept)
1 Messzyklus (Messung + automatische Spülung) in 4-5 min
Produktspezifikation und Methodenentwicklung
Die Aufgaben für die pharmazeutische Entwicklung – gegeben durch ICH Q6A
Evaluiere den funktionellen Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Qualität der DarreichungsformSetze eine geeignete Spezifikation für die Partikelgröße des Wirkstoffes
ICH Q6A „When a specification is first proposed, justification should be presented for each acceptancecriterion included“„…a reasonable range of expected analytical and manufacturing variability should be considered“
Edgar John, APV 2009, 11. März 2009
Analytische Variabilität
GerätefaktorenProbenahmeDispergierung/ProbenvorbereitungBediener
ISO13320-1: Section 6.4Dv50 - 5 different readings: COV < 3%Dv10 and Dv90: COV < 5%“Below 10μm, these maximum values should be doubled.”
USP <429>Provides reproducibility rangesDv50 or any central value: <10%Dv10, Dv90 or any non-central value: <15%“Below 10μm, these maximum values should be doubled.”
EP 2.9.31 provides similar advice to USP<429>
Methodenentwicklung: Verfügbare Normen und Standards für die Messung mittels Laserbeugung
Analytische VariabilitätEinfluss des Gerätes
die LLD weißt eine sehr gute Wiederholbarkeit auf.Die Wiederholbarkeit bzw. Funktion des Gerätes wird mit Standards gemäß 2.9.31 überprüft.
Experimentale Variabilität EP 2.9.31 Particle Size Analysis by LLDControl of the apparatus performance - Calibration
Kalibrierung entspricht ISOBestätigt die korrekte Funktion des Gesamtsystems, d.h. Optik, Dispergiersystem, Datenauswertung
Verwendung von Zertifizierten oder StandardreferenzmaterialenSekundärstandardsSphärisch oder nicht-sphärisch
Akzeptanzkriterien:X50 besser als +/- 3%X10 besser als +/- 5%X90 besser als +/- 5%
Edgar John, APV 2009, 11. März 2009
Leistungsdaten
1. Zertifizierte Referenzmaterialien z.B. Latexpartikel
Genauigkeit + Wiederholbarkeit: Dv50: ± 0.5% (RSD) Dv10/Dv90: ± 2.0% (RSD)
2. Transferstandards z.B. Malvern QAS Glaskugelstandard
Reproduzierbarkeit: Dv50: ± 1.0% (RSD) Dv10/Dv90: ± 4.0% (RSD)
Experimentale Variabilität Probenahme
“Novices in the size measurement field must understand that most errors in size measurement arise through poor sampling ....……….. and not through
instrument inadequacies.”
T. Allen, Advances in Ceramics, Vol 21: Ceramic Powder Science, page 721, The American Ceramic Society Inc. (1987)
Dr. Henk Merkus “Quality Assurance in Particle Size Measurement” from Improving Standards in Particle Size Distribution Measurement, February 17-
19, 1997, at the Engineering Research Centre for Particle Science andTechnology
=
Probenvorbereitung: Methodik der Probenahme
Probenahme: Entmischungseffekte
Probenahme: Benutzung eines Probenteilers(Spinning Riffler)
Sample stream from a vibrating
hopper
Sample pots on a revolving tray
From: T. Allen Particle Size Measurement Chapman and Hall 4th Edition 1993 Page 39. Figures based on a 60:40 sand mixture.
Probenahme: Typische Fehler bei unterschiedlicher Probenvorbereitung
Method Estimated max error (%)
Cone & Quartering 22.7
Scoop Sampling 17.1
Table Sampling 7.0
Chute Riffler 3.4
Spinning Riffler 0.42
Measurement Number
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Siz
e / M
icro
ns
0
50
100
150
200
250
300
350
Dv10Dv50Dv90
Probenahme: Messungen von probengeteiltenFraktionen (riffle split)
Dv10: 2.8%Dv50: 2.9%Dv90: 1.4%
RSDs
Methodenentwicklung und Validierung: PASG Definition der Probenvorbereitung*
“The pre-treatment and the presentation of the sample to the measuring technique in a meaningful manner.”
Zu entscheidenWie die Probe entnommen wird (Sampling)Wie die Probe dem Gerät präsentiert wird
• Nass- oder Trockendispergierung?• Einzelkorn oder agglomeriert?
*See Bell, R., Dennis, A., Henriksen, B., North, N., and Sherwood, J., (1999) “Position Paper on Particle Sizing: Sample Preparation, Method Validation and Data Presentation” Pharmaceutical Technology Europe, November
Analytische VariabilitätProbenvorbereitung und Dispergierung
“Novices in the size measurement field must
understand that most errors in size measurement arise
through poor sampling and dispersion and not through instrument inadequacies.”
T. Allen, Advances in Ceramics, Vol 21: Ceramic Powder Science, page 721, The
American Ceramic Society Inc. (1987)
Dr. Henk Merkus “Quality Assurance in Particle Size Measurement” from Improving Standards in Particle Size Distribution Measurement, February 17-
19, 1997, at the Engineering Research Centre for Particle Science andTechnology
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000Particle Size / Microns
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
107Fo
rce
of A
dhes
ion
/ Gra
vita
tiona
l For
ce
Adhesion
Analytische VariabilitätProbenvorbereitung - Adhäsionskräfte zwischen Partikeln
From: Aerosol Science, Ed. C N Davies, Academic Press, London and New York, 1966
Analytische VariabilitätDispergierung
Herstellung einer Dispersion.Hierzu gehört:
BenetzungDe-agglomeration
If there is significant material below 20 microns in the sample then the major factor governing
repeatability will be the dispersion of the sample
Increasing Sodium Hexametaphosphate Concentration
Analytische VariabilitätNassdispergierung Dispergiermittel
Auch zu berücksichtigen ist der Einfluß anderer Faktoren wiezum Beispiel Tenside und deren Konzentration sowie pH
Surfactants aid particle wetting and dispersionNon-ionics improve wetting and provide steric barrier to aggregation
• Tween 20 / 80; Span 20 / 80 Ionic Surfactants can provide electrosteric stabilisation
• Anionics: SDS (sodium dodecylsulfate); AOT (sodium bis-2-ethylhexylsulfosuccinate)
• Cationics: CTAB (cetyltrimethylammonium bromide)
Ad-mixtures can increase particle charge• Sodium Hexametaphosphate; Sodium Pyrophosphate; Ammonium
Citrate• pH adjustment can also be important
Methodenentwicklung: Benutzung von Dispergierhilfsstoffen und Additiven
Analytische VariabilitätVorsicht bei der Konzentration
0 5 10 15 20 25 30Obscuration (%)
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
Dv5
0 / M
icro
ns
Mehrfachstreuung
MehrfachstreuungHauptdetektor
HoheDetektornummern
NiedrigeDetektornummern
Nasszelle
Durch Erhöhung der Abschattung (Konzentration) wird Mehrfachstreuung verstärkt auftreten.
Dies führt zu Signalen bei höheren Detektornummern und damit zu kleineren Partikelgrößen im Ergebnis.
Streulicht bei hohenDetektornummernbedeutet kleinere Partikel
Nassmessung - Mehrfachstreuung….führt zu erhöhtem Feinanteil und zu falschen Schlussfolgerungen !
Wenn Zweifel bestehen, sollte eine “Abschattungs-Titration”durchgeführt werden. Ab welcher Abschattung wird das Ergebnis feiner angezeigt?
Particle Size Distribution
0.03 0.3 3 Particle Size (µm)
0.073858
2.0739
4.0739
6.0739
8.0739
10.074
Vol
ume
(%)
SiC 5% obsc, 21 July 2003 11:31:16 SiC 10% obsc, 21 July 2003 11:35:37SiC 20% obsc, 21 July 2003 11:44:28 SiC 40% obsc, 21 July 2003 12:02:22
0 5 10 15 20Measurement Number
0
50
100
150
200
250
Part
icle
Siz
e / M
icro
ns
Ultrasound Applied
Dv10Dv50Dv90
Ultrasound OffInitial Dispersion (Pump and Stirrer)
Analytische VariabilitätDer Einfluß von Ultraschall
Analytische VariabilitätErgebnisse nach Ultraschallbehandlung
Record Number Conditions Dv10 / Microns Dv50 / Microns Dv90 / Microns26 After Sonication 0.446 3.531 9.73 27 After Sonication 0.446 3.545 9.765 28 After Sonication 0.446 3.542 9.742 29 After Sonication 0.446 3.535 9.718 30 After Sonication 0.447 3.554 9.76
Mean 0.45 3.54 9.74 Standard Deviation 0.00 0.01 0.02 Variation (%) 0.10 0.25 0.20
Analytische Variabilitätdie Stabilität des Ergebnisses
0 2 4 6 8 10Measurement Number
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Dv5
0 / M
icro
ns
Deionised WaterTap Water
Analytische VariabilitätProbenahme: Unverfälschte Ergebnisse bei derProbenahme in Suspensionen
Speed of sample rise matches sample
extraction velocity
Stirrer
Flow baffles
Isokinetic sampling probe
Analytische StabilitätPumpen / Rührer-Drehzahl
0 500 1000 1500 2000 2500 3000Pump Rate / rpm
0
20
40
60
Par
ticle
Siz
e / M
icro
ns
Dv10Dv50Dv90
Analytische VariabilitätÜberprüfung der Stabilität einer Nassmessung
0 2 4 6 8 10Time / min
0
20
40
60
80
Size
/ M
icro
ns
Dv10Dv50Dv90
Stabilisation Time / sec Dv10 / μm COV (%) Dv50 / μm COV (%) Dv90 / μm COV (%)
1 1.27 0.66 23.17 0.17 61.89 0.33 3 1.26 0.44 22.78 0.09 61.5 0.22 5 1.25 0.36 22.55 0.15 61.34 0.14 7 1.25 0.07 22.34 0.37 61.23 0.27
10 1.25 0.44 22.09 0.26 61.04 0.28
With reduced level of sonication – no broken particles
After inappropriate level of sonication – broken particles
Analytische VariabilitätInterpretation der Bildanalyse als Referenzmethode
Wide size and shape distributions
Images show high degree of agglomeration
Pharmaceutical dispersed in cyclohexaneWith no surfactant a high level of agglomeration is observed
Analytische VariabilitätAgglomerate bzw. Grobkorn
Narrower and smoother size and shape distributions
Images confirm individual particles and little agglomeration
Same sample but with addition of lecithin
Analytische VariabilitätBildanalyse als eine Referenzmethode
Measurement Number
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Siz
e / M
icro
ns
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Dv10Dv50Dv90
Probenahme bei Suspensionen
Dv10: 16.9%Dv50: 15.7%Dv90: 15.8%
RSDs
Dv10 / Microns
Dv50 / Microns
Dv90 / Microns
Mastersizer 2000 2.0 5.1 12.7
Morphologi G3 2.7 6.5 12.7
Darstellung der Probe: Bildanalyse als eine Referenzmethode
Dv10 / Microns
Dv50 / Microns
Dv90 / Microns
Mastersizer 2000 1.03 2.31 5.00
Morphologi G3 1.44 2.66 5.30
Partikelgröße in Abhängigkeit des DispergierdruckesVergleiche mit Ergebnissen von der Nassdispergierung
Analytische VariabilitätTrockendispergierung
Analytische Variabilität Abhängigkeit der gemessenen Partikelgröße vom Dispergierdruck
0 1 2 3 4Dispersion Pressure / bar
0
20
40
60
80
Size
/ M
icro
ns
Dv10Dv50Dv90
Analytische VariabilitätEin Vergleich von Nass- und Trockendispergierung- Agglomeriert
0.1 1 10 100 1000Particle Size / Microns
0
2
4
6
8
Volu
me
(%)
0 bar dry dispersionWet (no sonication)
Analytische Variabilität – Nass versus Trocken –keine Agglomerate
0.1 1 10 100 1000Particle Size / Microns
0
2
4
6
8
Volu
me
(%)
4 bar dry dispersionWet Dispersion
Analytische Variabilität – Gleiche Probe bei unterschiedlicher Drucklufteinstellung
0 1 2 3 4Dispersion Pressure / bar
0
10
20
30
40
Size
/ M
icro
ns
Dv10Dv50Dv90
Analytische Variabilität – Gleiche Probe gemessen bei 0,2 Bar – gute Übereinstimmung zwischen Nass- und Trockenmessungen.
0.1 1 10 100 1000Particle Size / Microns
0
4
8
12
Volu
me
(%)
0.2 bar dry dispersionWet dispersion
Measurements of multiple samples (n≥6) by a single operatorRSD within USP and ISO limits
Variation in Dv10 due to dispersionVariation in Dv90 due to sampling
• Scope sampling used in this case….
Sample Number Dv10 / μm Dv50 / μm Dv90 / μm
1 1.22 23.68 63.23 2 1.17 23.77 60.02 3 1.09 22.79 56.59 4 1.16 23.63 62.55 5 1.11 22.26 59.68 6 1.18 22.78 65.36 7 1.12 23.41 61.47
Mean 1.15 23.19 61.27 COV (%) 3.95 2.50 4.63
Methodenvalidierungprecision for excipient measurements
Methodenvalidierungintermediate precision for excipient measurements
Pooled RSD for both analysts is within the USP and ISO limits.
Sample Number Dv10 / μm Dv50 / μm Dv90 / μm
1 1.06 22.92 61.01 2 1.08 22.08 56.54 3 1.04 21.66 62.17 4 0.97 22.55 60.23 5 1.04 22.74 57.98 6 0.99 23.58 59.86 7 0.95 22.11 62.78
Mean 1.02 22.52 60.08 COV (%) 4.79 2.83 3.69
Parameter Pooled Value Mean Dv50 / μm 22.85 Standard Deviation 0.68 COV (%) 2.98
Methoden Validierung: Reproduzierbarkeit
Should now go on to test reproducibilityDefined as the precision between laboratories*
Modern sizing systems now include Standard Operating Procedures (SOPs)
Allow all key method parameters to be specified and storedSOP file can then be emailed to other sites to ensure the same method is followed
Main challenge is related to the control of the laboratory conditions and dispersant quality
*See Bell, R., Dennis, A., Henriksen, B., North, N., and Sherwood, J., (1999) “Position Paper on Particle Sizing: Sample Preparation, Method Validation and data Presentation” Pharmaceutical Technology Europe, November
Laserbeugung bietet eine schelle und einfache Möglichkeit zur Bestimmung der PartikelgrößenverteilungBei der Definierung einer Produktspezifikation muss entschieden werden, welchen gewichten Mittelwert zur Grunde bzw. Größenangabe festgelegt werden soll. Außerdem muss die Analytische Variabilität berücksichtigt werden. Bei der Methodenentwicklung muss die Art der Probenahme und der Dispergierung festgelegt werden. Die Toleranzen gemäß USP <429> oder ISO13320-1 für die Reproduzierbarkeit sind hierbei maßgebend.Die Methodenentwicklung wird erleichtert durch die Bildanalyse.
Zusammenfassung