PRIMER CASO: SEGUIMIENTO DE PROCESO DE SECADO: CALIBRACIÓN VS.PCA
 

Propósito
 

Determinar el punto final de secado usando la tecnología NIR. Establecer la correlación entre el contenido de humedad de la muestra y la respuesta del dispositivo NIR. Encontrar una aproximación matemática y estadística en el proceso de control usando un método derivativo, cálculo PCA y aproximación de tendencia.
 

Métodos
 

La fórmula Placebo que se muestra en la tabla 1 ha sido granulada en este estudio.
Las pruebas se han realizado en un mezclador de alta cizalla de Freund-Vector GMXB Pilot y luego secados usando un equipo de lecho fluido (Freund-Vector VFC Lab3) que lleva instalado un espectrómetro Viavi MicroNIR PAT U. El dispositivo ha sido conectado al equipo de lecho fluido con una brida soldada en el lateral, que permite la conexión del MicroNIR a través de una junta sanitaria. El equipo lleva una sonda metálica que permite la medida directamente en la mezcla estudiada. La carga de la mezcla secada ha sido ajustada a cada clase de equipo para alcanzar el movimiento óptimo de producto. El proceso ha sido reproducido con la misma fórmula y condiciones para demostrar la robustez del método. LOD (Loss On Drying) ha sido determinado a intervalos regulares usando una balanza térmica de Mettler Toledo MJ33. Los datos han sido analizados y procesados por el software Unscrambler.
 

Resultados

La curva de absorbancia obtenida durante el proceso de secado se muestra en la figura 1 y la primera derivada se muestra en la Figura 2. En esta se observa la variación en el pico correspondiente al agua y nos indica la zona de mayor variación en los espectros. La correlación entre la medida LOD y los valores de absorbencia se muestran en la figura 3. El valor obtenido de R2 muestra que hay una gran correlación entre los datos reales y la respuesta del NIR, confirman que el modelo es robusto. En la figura 4 se muestra el cálculo de los valores desconocidos LOD basados en el modelo creado con el batch 1. En la figura 5 se observa la comparativa del análisis de componentes principales (PCA) de los batches. En la figura 6 se muestra la comparación de los scores de PCAs de los tres batches. En la figura 7 se muestra la desviación estándar de las medidas calculadas con el método de ‘moving block’.

En la figura 8 se muestran las cargas que el sistema atribuye al componente principal del espectro.

Conclusiones

El proceso muestra una correlación muy fuerte entre la absorbancia leída por el instrumento NIR y el determinado LOD. Claramente se hace visible la similar tendencia de los procesos repetitivos, lo que indica que el modelo es reproducible. Cuando el proceso no muestra más cambios, el gráfico del análisis del componente principal tiende a ser plano de manera que es posible localizar el punto final del proceso en términos de contenido de hidratación. La reproductividad del proceso en términos de tendencia y punto final permite un control del proceso sin necesidad de calibración constante. Un desarrollo futuro de este estudio puede derivar en un control en tiempo real de las características de producto en vez de los parámetros de procesos, con el objetivo de la integración con el sistema de control automático, en lo que se conoce como tecnología analítica de procesos (PAT).

SEGUNDO CASO: SEGUIMIENTO DE PROCESO DE GRANULACIÓN

Propósito

Determinar el punto final para la Granulación Top Spray usando la tecnología NIR. Establecer la correlación entre el contenido de hidratación (expresado como pérdida de secado), el tamaño de distribución de partícula (PSD) de la mezcla y la respuesta del dispositivo NIR. Encontrar un acercamiento matemático y estadístico en el control ‘in-process' usando el método derivativo, cáculo PCA y aproximación de tendencia.

Métodos
 

La formulación placebo (mostrado en la tabla 3) ha sido granulada en este estudio. Se ha utilizado un secador de lecho fluido (Freund-Vector VFC Lab3) equipado
con el dispositivo Viavi MicroNIR PAT-U. Nuevamente, el espectrómetro ha sido conectado mediante una brida soldada al equipo de secado. La mezcla ha sido granulada con la tecnología Top Spray y luego secada.

Se realizaron dos pruebas. La mezcla de la carga de secado ha sido ajustada a cada tipo de equipo para alcanzar el movimiento de producto apropiado. El proceso ha sido reproducido con las mismas condiciones de formulación para demostrar la robustez de este método. LOD (Loss On Drying) ha sido determinado a intervalos regulares usando una balanza térmica Mettler Toledo MJ33. PSD ha sido determinado usando un dispositivo gráfico de imagen (Sympatec QicPic). Los datos han sido analizados y procesados por el software Unscrambler.
 

Resultados

La curva de absorbancia y la primera derivada se muestran en las figuras 9-10. La correlación entre la medida LOD y los valores de absorbencia se muestran en la figura 11. El pico R2 muestra que hay una fuerte correlación entre los datos reales y la respuesta del NIR, confirmando que el modelo es robusto. En la figura 12 se muestran los cálculos de los valores desconocidos LOD basados en el modelo creado del batch 1. En la figura 13 se observa la comparativa del análisis de componentes principales (PCA) de los batches. La figura 14 muestra la primera derivada de la tendencia de PCA durante el proceso. La distribución de tamaño de partículas de ambos Batch, basados en la calibración previa del Batch 1, se muestra en la figura 15. En la figura 16 se observa la tendencia de ambos procesos en términos de PCA.

Conclusiones

El proceso muestra una fuerte correlación entre las absorbancias obtenidas por el instrumento NIR y el determinado LOD. Es claramente visible la tendencia similar de los procesos repetitivos. Esto indica que el modelo es reproducible. Cuando el proceso no muestra más cambios, el gráfico del análisis del componente principal tiende a ser plano, de manera que es
posible localizar el punto final del proceso en términos de contenido de hidratación y distribución de tamaño de partícula. Un desarrollo futuro de este estudio puede ser el control de procesos basado en el análisis en tiempo real de las características del producto, en vez de los parámetros indirectos del proceso.