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