Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék

Közeli infravörös

spektroszkópia és mikroszkópia

Gergely Szilveszter

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék

Optikai spektroszkópia 2014. október 29.

black box

▼ grey box

(N)IR elfogad-

tatása

2

Newton kísérletei I. – a fehéren túl

(1704)

Már korábban más is meg-

csinálta, de ő le is írta...

3

Newton kísérletei II. – a fehéren túl

(1704)

4

Herschel kísérletei – a vörös alatt

(no meg az Uránusz és a marslakók...)

1800. február 11.

Uránusz felfedezése:

1781. márc.

13-án háza udvaráról.

5

IR – hő – energia

(egy régi trükk mai kivitelben)

An AC-130U gunship fires flares to emit masses of infrared and confuse heat seeking missiles.

http://www.wired.com/dangerroom/2012/10/infrared-obscurant/

IR sugárzással

a hőkövető rakéták ellen…

A kis

„csillagok”

melegebbek a hajtóműnél.

6

Rezgések és hullámok (USA vs. Magyarország)

(egy budapesti villamos, “sárga szöcske”, 2011)

(Tacoma Narrows Bridge, “Gallopin’ Gertie”, 1940. november 7.)

BME:

Schönherz Qpa vs. 4-6 villamosok.

7

A spektrum a molekuláris állapotváltozások összessége:

kémiai és fizikai „ujjlenyomat”.

deformációs rezgés

változás a kötésszögben

szimm. vegyértékrezgés

változás a kötéshosszban

aszimm. vegyértékrezgés

változás a kötéshosszban

A molekulák rezgései

8

Egy gyors példa a (M)IR-re

9

És egy másik gyors példa NIR-re

0 1 2 3

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

Wavelength (nm)

O D

0 1 2 3

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

Wavelength (nm)

O D

víz (H ₂ O)

etanol (CH 3 –CH 2 –OH)

0 1 2 3

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

Wavelength (nm)

O D

bor

10 mm 4 mm 1 mm 10 mm

4 mm 1 mm

10 mm 4 mm 1 mm

Gergely S., Farkas K., Forgács A., Salgó A.: Quantitative and qualitative differentiations of alcoholic beverages by near infrared spectroscopy.

In Near Infrared Spectroscopy: Proceedings of the 11th International Conference, Ed by Davies A.M.C., Garrido-Varo A., NIR Publications, Chichester, pp. 569–572 (2004).

Murray I.: Scattered information: philosophy and practice of near infrared spectroscopy. 10 In Near Infrared Spectroscopy: Proceedings of the 11th International Conference, Ed by Davies A.M.C., Garrido-Varo A., NIR Publications, Chichester, pp. 1–12 (2004).

Jellemző NIR elnyelési sávok

Minden, ami nekünk kell:

víz, fehérjék, lipidek, szén-

hidrátok.

0 11 5 10 15 20 25 30 35

0 10 20 30 40 50 60 70 <

Invert sugar (g/l)

F re q u e n c y

dry wines

medium dry wines

medium sweet wines

sweet wines

“aszú” wines

Puttony- szám meghatáro-

zása?

12 0

2 4 6 8 10 12

10 11 12 13 14 <

Total alcohol (% V/V)

F re q u e n c y

0 5 10 15 20

15 30 45 60 75 90 <

Total extract (g/l)

F re q u e n c y

7 0.9943 0.1176 0.006 factor

R SEC MSECV

5 0.9990 0.8146 0.226 factor

R SEC MSECV

Bor – PQS után PLS I.

13 0

5 10 15 20 25

15 20 25 30 <

Sugar-free extract (g/l)

F re q u e n c y

0 5 10 15 20 25 30 35

0 10 20 30 40 50 60 70 <

Invert sugar (g/l)

F re q u e n c y

7 0.9981 1.1012 0.796 factor

R SEC MSECV

7 0.8328 1.1369 0.847 factor

R SEC MSECV

Bor – PQS után PLS II.

0 14 1 2 3 4

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Reducing sugar (g/l)

F re q u e n c y

brut and extra dry champagne

dry champagne

medium dry champagne

sweet champagne

Tankpezsgő:

technológia nyomon követése.

15 0

1 2 3 4 5 6

11 12 13

Total alcohol (% V/V)

F re q u e n c y

0 1 2 3 4

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Reducing sugar (g/l)

F re q u e n c y

7 0.9726 0.0816 0.003 factor

R SEC MSECV

6 0.9989 1.0579 0.348 factor

R SEC MSECV

(refilling 3×)

(refilling 3×)

Pezsgő – PQS után PLS

16 liqueurs

vermouths alcohol content

extract content low

low high

high

Töményebb szeszek – PQS

17

Borban az igazság...

... ez nem a reklám helye

OBI (hatóság),

Törley (ipar),

...

Törley-díj

(diplomaátadás • 2003. júl. 18.) konferencia poszter

(NIR-2003 • 2003. ápr. 6-11.)

18

Borban az igazság...

... ez nem a reklám helye

...

Villány (gazda bolt) 2006.06.30.

19

Borban az igazság...

... de hogy jön ez ide?

gyógyszer

= bor

?

20

Borban az igazság...

... fiziológiai és fermentációs folyamatok

FOSS: Wine segment brochure.

P/N 1026597, Issue 1 GB, Jan. 2012.

A hordóról már inkább elhisszük...

Szőlőszem, mint bioreaktor

? (PhD)

21

Borban az igazság...

... léptéknövelés

FOSS: Wine segment brochure.

P/N 1026597, Issue 1 GB, Jan. 2012.

... a rozsda- mentes tartályokról

nem is beszélve.

bor

= gyógyszer

22

Borban az igazság...

... technológia, mintavétel, analitika

FOSS: Wine segment brochure.

P/N 1026597, Issue 1 GB, Jan. 2012.

||: :||

bor

= gyógyszer

23

A PAT eszközei:

• hagyományos in-line érzékelők (pH, pO ₂ , pCO ₂ , T szondák)

• a folyamat monitorozó eszközeinek kibővítése egyéb real-time technikákkal

(in-/on-line NIR/Raman/IR, in-/on-line HPLC, stb.)

• Korszerű és gyors at-line mérések

• Korszerű adatgyűjtő rendszer (SCADA)

• Kemometriai (MVA) szoftverek (PCA, PLS stb.)

PAT (Process Analytical Technology)

= a folyamat kézben tartása

24

NIT

~ 800-1100 nm kisebb hullámhossz

nagyobb energia

NIR *

~ 1100-2500 nm

nagyobb hullámhossz kisebb energia

( * ≠ ... UV, VIS, NIR, (M)IR, FIR, ...)

Hogyan mérjük? – NIT és NIR

!!! RAJZ !!!

Abs.

vs.

Scat.

25

Hogyan mérjük? – diszperzió

Belső standardok,

ha elromolna.

26

Hogyan mérjük? – FT

ATR: pl.

gyémánt (vizes old.- ok; sav/lúg;

5,7 t/mm²).

27

A PAT eszközei:

• hagyományos in-line érzékelők (pH, pO ₂ , pCO ₂ , T szondák)

• a folyamat monitorozó eszközeinek kibővítése egyéb real-time technikákkal

(in-/on-line NIR/Raman/IR, in-/on-line HPLC, stb.)

• Korszerű és gyors at-line mérések

• Korszerű adatgyűjtő rendszer (SCADA)

• Kemometriai (MVA) szoftverek (PCA, PLS stb.)

PAT (Process Analytical Technology)

= a folyamat kézben tartása

28

...-line, ...-line, de melyik? I.

„[...] These measurements can be:

at-line:

Measurement where the sample is removed, isolated from, and analyzed in close proximity to the process stream.

on-line:

Measurement where the sample is diverted from the manufacturing process, and may be returned to the process stream.

in-line:

Measurement where the sample is not removed from the process stream

and can be invasive or noninvasive [...]”

29

...-line, ...-line, de melyik? II.

William Whitford W., Julien C.:

Analytical Technology and PAT.

BioProcess InternationalJanuary 2007, 32–41

30

Az in-/on-line eszköze – a száloptika I.

Igen, törhetnek.

:(

31

Az in-/on-line eszköze – a száloptika II.

32

Az in-/on-line eszköze – a száloptika III.

33

Technológiába illeszthető (egyéb) eszközök I.

Valósidejű:

keverő dobon (fix t helyett adott

minőség).

Több- csatornás elrendezés.

34

Technológiába illeszthető (egyéb)

eszközök II.

35

Mobil, hordozható (handheld) eszközök

Pl. Los Angeles-i rendörség, futószőnyeg szeméttelep.

NIR FT-IR Raman

36

Ha egyedül nem megy

Lee K.A.:

Review of applications of near infrared spectroscopy to food analysis.

The NIR Spectrum2(2), 11–16 (2004)

A „NIR kesztyű” összetevői:

NIR – oldható cukrok • hangimpulzus – keménység, Vis – érettség (klorofil) • potenciométer – méret

Áram drót nélkül...

37 http://www.gene.com/gene/about/views/followon-biologics.html

Klasszikus API vs. biomolekulák

38

E. coli emlőssejtek

Kikkel termeltetünk?

Tabletta 1-2 paraméter,

de E. coli, CHO ?

39

Na akkor, modellezzünk...

40

A végső cél

41

Off-line-tól a real-time-ig

42

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon követése: PQS módszer

még a puttonyszám

...

43

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

44

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

45

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

46

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

47

►

►

►

►

►

►

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

48

►

►

►

►

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

49

►►

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

50

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

51

Fermentáció ( E. coli ) off-line nyomon

követése: PQS módszer

52

A változékonyság leírása: PCA

Méret (PC1)

Kulcs feje (PC2)

Szín

(PC3)

nagy (kapu) átlagos (ajtó) kicsi (asztal)

kerek ovális téglalap sokszögű

oxidált fém kék ciklámen sárga

53

PC2 vs. PC1

Méret (PC1) Kulcs feje

(PC2)

nagy (kapu) átlagos

(ajtó) kicsi

(asztal)

kerek ► ovális ► sokszögű ►

téglalap ►

54

PC2 vs. PC3

Szín (PC3) Kulcs feje

(PC2)

kerek ► ovális ► sokszögű ►

oxidált fém kék ciklámen sárga

téglalap ►

55

Gabona minták termesztési helyei

Franciaország (Clermont-Ferrand) betakarítás éve: 2007

Magyarország (Martonvásár)

betakarítás éve: 2005, 2006, 2007

Lengyelország (Dankow/Choryn) betakarítás éve: 2007

Egyesült Királyság( Bury St. Edmunds) betakarítás éve: 2007

G×E hatás vs. PCA I.

56

fa jt a G × E k é s z ü lé k

é v já ra t

G×E hatás vs. PCA II.

57

Forma 1 Forma 2 Forma 3

Forma 4 Forma 5

100 μm

Polimorf transzformációs vizsgálat:

fénymikroszkópos felvételek

Forma 2

Forma 1

Forma 5

58

Polimorf transzformációs vizsgálat:

in-line Raman-száloptika (PCA)

59

Fermentáció ( E. coli ) in-line nyomon követése: kevertetés, fizikai helyzet

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Wavelength (nm )

A = log (1/T) [l = 2 mm]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Wavelength (nm )

A = log (1/T) [l = 2 mm]

90° 270°

400 | 600 | 800 | 1000 | 1200 | 1400 | 1600 | 2000 rpm

60 0

2 4 6 8 10

0 3 6 9 12 15 18 21

Time (hour) Gly (g L-1 )

0 2 4 6 8 10 12

0 3 6 9 12 15 18 21

Time (hour) Ace (mmol L-1 )

Fermentáció ( E. coli ) in-line nyomon követése: diszp. NIR-rel PCA, PLS

Habzás- gátló, glükóz adagolása...

61

API meghatározása – simítás hatása a derivált képzésére

61 Az első és második

deriváltak képzése a

kezeletlen spektrumokból más-más beállításokkal történik:

Diszperziós NIR esetén:

2, 4, 8, 12, 16, 20 nm-es (1, 3, 5, 7, 9, 11 pontos) kapu

[„gap-segment” derivált]

FT-NIR esetén:

5, 9, 13, 19, 25, 37, 49, 149 pontos kapu

[Savitzky-Golay derivált]

-0,0075 -0,0025 0,0025 0,0075 0,0125 0,0175 0,0225

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

hullám hossz (nm )

1. derivált log (1/R) [2|0 nm]

-0,0400 -0,0200 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 0,1200

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

hullám hossz (nm )

1. derivált log (1/R) [20|0 nm]

NIR

2 nm

20 nm 1. derivált

1. derivált

62

-0,0045 -0,0035 -0,0025 -0,0015 -0,0005 0,0005 0,0015 0,0025 0,0035 0,0045

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

hullám hossz (nm)

2. derivált log (1/R) [2|0 nm]

-1,20E-04 -1,00E-04 -8,00E-05 -6,00E-05 -4,00E-05 -2,00E-05 0,00E+00 2,00E-05 4,00E-05 6,00E-05

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

hullámhossz (nm )

2. derivált log (1/R) [5 pont]

-0,0900 -0,0700 -0,0500 -0,0300 -0,0100 0,0100 0,0300 0,0500 0,0700 0,0900

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

hullám hossz (nm )

2. derivált log (1/R) [20|0 nm]

-3,00E-05 -2,00E-05 -1,00E-05 0,00E+00 1,00E-05 2,00E-05 3,00E-05

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

hullámhossz (nm )

2. derivált log (1/R) [49 pont]

NIR FT-NIR

62

2 nm

20 nm

5 pont

49 pont 2. derivált

2. derivált

2. derivált

2. derivált

API meghatározása – diszperziós vs.

FT (pl. detektorok)

63

0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,97

0,98 0,98 0,98 0,97 0,97 0,97 0,98 0,99 0,98 0,98 0,98 0,97 0,97 0,95

0,96

0,96

0,96

0,97

0,95

0,96

11

8 8 8 8 8 9

7 7 7 7 7 7

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

S D1_2nm D1_4nm D1_8nm D1_12nm D1_16nm D1_20nm D2_2nm D2_4nm D2_8nm D2_12nm D2_16nm D2_20nm 0,88 0,89 0,90 0,91 0,93 0,95 0,96

0,97

0,97

0,98

1,00

1,00

0,89

0,90

0,97

0,97

0,98

0,98

0,97

0,98

0,98

0,98

0,97 0,94

0,91

0,89

0,87

0,95 0,95 0,95 0,65 0,68 0,77 0,85

11

7 7 7 7 8

9 9

11

3

7 8

7 7 7 8

3 0

5 10 15 20 25

Faktor

0,75 0,78 0,79 0,81 0,82 0,72

0,61 0,56 0,60 0,62 0,63 0,64 0,58 0,41 0,54 0,58 0,60 0,62 0,64 0,84

0,80

0,78

0,75

0,71

0,84

0,76

11

8 8 8 8 8 9

7 7 7 7 7 7

0 0,5 1 1,5 2 2,5

S D1_2nm D1_4nm D1_8nm D1_12nm D1_16nm D1_20nm D2_2nm D2_4nm D2_8nm D2_12nm D2_16nm D2_20nm

NIR FT-NIR

1,37 1,31 1,24 1,15 1,01 0,87

0,63 0,50 0,54 0,59 0,65 0,61 0,57 0,62 0,65 1,21 1,27 0,24 0,24 0,48 0,66 0,69 0,73

1,48

1,88

2,21

2,30

0,87

0,87

0,89 1,42 1,28 1,13 0,94

11

7 7 7 7

8 9 9 11

3 7

8

7 7 7 8

3

S D1_5pt D1_9pt D1_13pt D1_19pt D1_25pt D1_37pt D1_49pt D1_149pt D2_5pt D2_9pt D2_13pt D2_19pt D2_25pt D2_37pt D2_49pt D2_149pt

0 5 10 15 20 25

Faktor

alap spektrum

első derivált spektrum második derivált spektrum R

R M S E ( ‰ )

API meghatározása –

teljesítménymutatók (figure of merit)

Kritikus - kontrollált

példa:

Down-kor 35 év alatt.

Élelmiszer botrányok:

mert jobb az analitika + a híráramlás.

64

A feltárás lépései – (IQ)Q = IQ ²

Identification – azonosítás

Ki vagy te?

éles spektrális különbségek keresése

korreláció, euklédeszi távolság stb.

Qualification – minősítés

Hová tartozol?

szubpopulációk definiálása finomabb eltérések alapján

főkomponens analízis (PCA), Mahalanobis-távolság stb.

Quantification – mennyiségi meghatározás

Mennyi az annyi?

referencia paraméterekkel kalibrációk

részleges legkisebb négyzetek (PLS) módszere stb.

65

Spektrumkönyvtár – anyagazonosítás (NIR)

18 termék, 27 tétel

censored

censored censored

SNV MSC

„nyers”

66

Spektrumkönyvtár – anyagazonosítás (analitikai IR)

65 anyag, 390 tétel

10 / 10 vs.

100 / 10 + géprom-

bolás.

67

Spektrumkönyvtár – anyagazonosítás (analitikai IR)

65 termék, 390 tétel

Hatóanyag- beszállító:

Kína, India (tetrakain).

68

„near-infrared AND imaging AND pharma” kulcsszóra

történő keresés (2011.10.20.)

Web of Science

ScienceDirect

Progresszív fejlődés

Spektrális hiperkocka

1 3

7 4 6 7

5

11 14 18

31 30 48

43

1 1 1 4 5 4

10 10 5

18

0 10 20 30 40 50 60

1994 1996 1997 1998 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

év

közlemény (db)

Web of Science

ScienceDirect

Spektrális hiperkocka vs. tudomány

De mi volt 1994 előtt?

69

Az eszközök fejlődése – (hideg)

háborúkon keresztül (II. világháború)

WunderWaffe 1 - vampire vision: could be used by the snippers at night because of its infrared vision.

http://obviousmag.org/en/archives/2010/07/extraordinary_weapons_of_the_nazi_germany_-_techno.html#ixzz2ahKgFiQw Éjjellátók

kezdete:

„vámpír egység”

(németek).

70

Az eszközök fejlődése – (hideg)

háborúkon keresztül (hideg háború)

http://www.togtech.com/huge-cold-war-camera-with-100-inch-infrared-lens-takes-two-to-operate/

Harc a hadizsák- mányért…

(USA vs.

Szu.).

Sok új USA / Szu. fegyver

német alapokon…

71

Az eszközök fejlődése – (hideg)

háborúkon keresztül (Korea, Vietnam)

http://www.icollector.com/KOREAN-WAR-ERA-M1-CARBINE-INFRARED-SNIPER-SCOPE_i5326808 Még ma is

megvásárol- ható az interneten.

72

Az eszközök fejlődése – (hideg) háborúkon keresztül (pl. Irak)

http://www.wired.com/dangerroom/2013/04/darpa-infrared-cameras/

DARPA:

lásd még a robotkutyát

is…

Mai cél:

kisebb berendezés,

jobb felbontás.

73

Civil alkalmazások – hideg/meleg I.

http://www.newleafhomeenergy.com/services.htm

Energia- osztályba

sorolás:

hol szökik a hő…

74

Civil alkalmazások – hideg/meleg II.

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/image_galleries/ir_zoo/coldwarm.html

A fej leghidegebb

pontja:

fülünk.

(Égett ujj…)

Melegvérű ember

vs.

hidegvérű gekkó …

... vagy skorpió.

Kutyalihegés

= hőleadás.

(Bőrén nincsenek

pórusok.)

75

Civil alkalmazások – hideg/meleg III.

Törött középső ujj gyógyulása

http://infra.blog.hu/2008/01/19/gyogyulas_kovetese_a_szomatoinfra_berendezessel Szomato infra:

+ : gyulladás vagy több ér

(daganat) - : lipóma

76

Egér a Marsról I.

Golde T.E., Bacskai B.J.:

Amyloid deposits can be rapidly detected in the brains of living mice using a novel ligand and near-infrared fluorescence imaging.

Nat. Biotechnol.23(5), 552–554 (2005)

Sokszor csak a bonc- asztalon látjuk az Alzheimer-

kór állapotát.

Korai észlelés és terápia:

jobb esélyek.

NIR kamera segít.

Itt már aktív:

IR besu- gárzás, DE

roncsolás- mentes

77

Egér a Marsról II.

Hintersteiner M.et al.:

In vivo detection of amyloid-β deposits by near-infrared imaging using an oxazine-derivative probe.

Nat. Biotechnol.23(5), 577–583 (2005)

78

Szexálás I.

Sumriddetchkajorn S., Chakkrit Kamtongdee C.:

Optical penetration-based silkworm pupa gender sensor structure.

Appl. Optics51(4), 408–412 (2012)

Tenyésztés szempontjából

fontos, hogy mi van a bábban.

Bábot megbontani

nem lehet, mert akkor elpusztul…

79

Szexálás II.

Sumriddetchkajorn S., Chakkrit Kamtongdee C.:

Optical penetration-based silkworm pupa gender sensor structure.

Appl. Optics51(4), 408–412 (2012)

Nézzünk bele a NIR segítségével a

selyemhernyó bábjába!

80

Szexálás III.

Sumriddetchkajorn S., Chakkrit Kamtongdee C.:

Optical penetration-based silkworm pupa gender sensor structure.

Appl. Optics51(4), 408–412 (2012)

Lányoknál semmi extra …

… de a fiúknak világít a „farkuk”.

81

Pár/tíz mikrométeres nagyságrendek(től)

Látható kép: vizsgálandó terület megkeresése, majd (N)IR mérés

Nem, vagy csak kis mintaelőkészítést igényel: kevesebb hiba

Különböző mérési módok: heterogén minták könnyebb vizsgálata

Mikro/makroszkópos képalkotás I.

egy pont több pont terület

Meddig tart?

Más megoldás lehet jó…

(bemozdult fénykép)

82

Mikro/makroszkópos képalkotás II.

pont kép

83

Mikro/makroszkópos képalkotás III.

A 16 elemből álló detektorsor a mintát 100 µm × 6,25 µm vagy 400 µm × 25 µm blokkokban látja (NIR esetén, IR: 1,56 µm...)

10 lépés másodpercenként, avagy 170 spektrum egy másod-

perc alatt (16 cm ^-1 mellet)

84

FPA (Focal Plane Array)

Mikro/makroszkópos képalkotás IV.

videotelefon fejlesztése (AT&T): 1969!

Mikro/makroszkópos képalkotás V.

85 T (transz- misszió)

86

Mikro/makroszkópos képalkotás VI.

E

R

mintafelszín

E R

spekuláris reflexió

diffúz reflexió

gyengített teljes reflexió

(ATR)

R (reflexió)

mintafelszín mintafelszín

Mikro/makroszkópos képalkotás VII.

87

Cassegrain objektív

ATR kristály ÉS minta

elmozdulás (x,y)

31

Mikro/makroszkópos képalkotás VIII.

89

Technológia nyomon követése I.

bevonás

Maurer L., Leuenberger H.:

Terahertz pulsed imaging and near infrared imaging to monitor the coating process of pharmaceutical tablets.

International Journal of Pharmaceutics370(1-2), 8–16 (2009)

Képalkotás – tablettavizsgálatok

bevonás ideje

bevonat (Opadry Pink): idő előrehaladtával erősödő jel 1390 nm-en

korpusz: idő előrehaladtával gyengülő jel 2120 nm-en

90

Technológia nyomon követése II.

keverés

Eredetiségvizsgálat

Gendrin C. et al.:

Content uniformity of pharmaceutical solid dosage forms by near infrared hyperspectral imaging: A feasibility study.

Talanta73(4), 733–741 (2007)

Gendrin C. et al.:

Pharmaceutical applications of vibrational chemical imaging and chemometrics: A review.

Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis48(3), 533–553 (2008)

Képalkotás – tablettavizsgálatok

NIR VIS Hamis Eredeti

Pl. hamis Viagrában a

kék színt patkányméreg

adta.

Nem kell eltörni, a „NIR”

belelát.

(Megmarad a bizonyíték.)

91

Eredeti Hamis

Eredetiségvizsgálat vs. imaging:

makro (VIS)

Edzőteremben izomnövelő

helyett

„barkács cucc”.

92

Eredeti Hamis

Eredetiségvizsgálat vs. imaging:

makro (NIR)

PCA Abs.

Mátrixhatás.

93

• Képalkotás NIR tartományban:

nincs roncsolás

• 400 × 400 μm méretű mérési tartomány, 6,25 × 6,25 μm méretű képpontokkal

• 64 × 64 pont, azaz összesen 4096 pont, pontonként 128 spektrum átlagolásával

• Átlagos abszorbancia értékek alapján színezett ábrák

Technológiai probléma vs. imaging

Probléma a tabletta felületén:

mi az oka?

Spórolás miatt más alapanyag, bevonathiányt

okozott.

94

Hatóanyag R

=0,88-0,96

Filmbevonat (Opadry®) R

=0,41-0,54

Technológiai probléma vs. imaging:

korrelációs térképek (2D és 3D)

95

lószúnyog szárnya: 18,5 mm × 4,5 mm = 132 000 spektrum

Képes képtelenségek

ujjlenyomat: 20 mm × 13,5 mm = 450 000 spektrum

Anyagok azonosítása

(vegyszer, lőpor) az ujjlenyomaton.

Szerkezet, összetétel megállapítása

roncsolás nélkül.

96

A (N)IR módszerek, technológiák előnyei

Roncsolásmentes (fermentáció, anyagazonosítás, homogenitás, bevonat, hamisítás, visszáru, csomagolóanyag stb.)

Gyors (jelsorozatok (másod)perces nagyságrendben képezhetők)

Rengeteg rejtett információ megfejthető (adatbányászat, oknyo- mozások)

Gyors visszacsatolás a technológiába, minőségellenőrzésbe, mi- nőségbiztosításba

FDA „alternatív” módszere

Költséghatékony, nagy áteresztőképességű

Tudásintenzív módszerek

kezdete...

Köszönetnyilvánítás

Párta László

, Ballagi András

Kiss Violetta

, Finta Zoltán

Horgos József

, Zelkó Romána

Jekő József

, Csorvássy István

Lakatos László

, Axel Rau

Izsó Eszter

, Tieger Eszter

, Lőrincz Áron

, Kontsek Endre

1

Richter Gedeon Nyrt.

2

sanofi-aventis Zrt.

3

Hungaropharma Zrt.

4

SE Egyetemi Gyógyszertár, Gyógyszerügyi Szervezési Intézet

5

Nyíregyházi Főiskola, Kémia Intézeti Tanszék / Alkaloida Vegyészeti Gyár Zrt.

6

PER-FORM Hungária Kft., Analitikai Divízió

7

PerkinElmer, Rodgau

8

BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék