Identitätsprüfung von Materialien

Handgehaltene Spektrometer haben sich in den letzten beiden Dekaden als effizientes Tool zur Durchführung von Eingangsprüfungen etabliert. Statt Proben zu ziehen, zu beschriften, zu verpacken und zeitverzögert im Labor zu analysieren, können mobile Handspektrometer Ergebnisse sekundenschnell direkt am Gebinde liefern. Da einige Hersteller auch eine pharmakonforme Qualifizierung für diese Geräte anbieten, haben auch Pharmaunternehmen (also mit regulatorisch vorgegebener Identitätsfeststellung an 100 % aller Gebinde) handgehaltene Spektrometer implementiert. Die Raman-Spektroskopie hat sich hier auch gegenüber anderen Spektroskopie-Arten durchgesetzt, weil sie einige Vorteile bietet: Sie ist kaum empfindlich gegenüber physikalischen Variationen beim Rohstoff (z. B. Schüttdichte, Korngröße), was das Anlegen von Referenzdatenbanken erheblich vereinfacht – in der Regel reicht ein Referenzspektrum bereits aus. Zudem bietet sie aufgrund der hohen spektralen Qualität die Möglichkeit, hunderte von Rohstoffen in einer einzigen Datenbank anzulegen, diese Rohstoffe aber trotzdem selektiv zu erkennen. Diese beiden Vorteile könnten aber auch kritisch gesehen werden, wenn es darum geht, Messmethoden oder gleich ganze Datenbanken auf ein anderes – nicht am Aufbau der Referenzdatenbank beteiligtes – System zu transferieren. Für das hier getestete Raman-Handspektrometer "TruScan" stellt sich diese Frage umso mehr, da es bei der Bewertung der Spektrenübereinstimmung nicht den einfachen "Hit Quality Index"(HQI)-Ansatz verfolgt, sondern eine komplexere Prüfung des sog. p-Werts. Auf die Unterschiede beider Ansätze soll hier nicht im Detail eingegangen werden, aber kurz gefasst nennt HQI nur das ähnlichste Spektrum in der Referenzdatenbank (was nicht unbedingt der korrekte Rohstoff ist), während die p-Wert-Prüfung bewusst nach spektralen Unterschieden zwischen Messung und Referenzspektren sucht und nur eine gefundene Übereinstimmung liefert, wenn diese unterhalb eines statistisch akzeptablen Grenzwertes liegen. Dieser Ansatz reduziert das Risiko falsch-positiver Ergebnisse erheblich, setzt einer erfolgreichen Erkennung aber enge statistische Grenzen. Hier ist die Befürchtung, dass nach einem Methodentransfer die intrinsische und unvermeidliche Gerät-zu-Gerät-Heterogenität p-Werte liefert, die diese Grenzen überschreiten, es also zu falsch-negativen Ergebnissen kommt. Diese würde ein aufwendiges Nachvalidieren von Rohstoffen am neuen Gerät erforderlich machen.

Experiment

Der Methodentransfer erfolgte ausgehend von drei Raman-Handspektrometern des Typs "TruScan RM" (im Folgenden kurz: TSRM), einem seit Jahren erhältlichen Handspektrometer von Thermo Fisher Scientific. Auf diesen drei TSRMs ("A", "B", "C") wurden jeweils Methoden zum Erkennen von 29 Chemikalien angelegt. Es wurden flüssige und pulverförmige Wirk- und Hilfsstoffe mit sehr guter Raman-Streuung (z. B. Acetylsalicylsäure), aber auch mit geringer (z. B. Kalziumstearat) Raman-Streuung untersucht, um die typische Situation in der Praxis bei Nutzung in Unternehmen realistisch abzubilden. Die 29 verwendeten Prüfchemikalien (mit ID-Nr.) sind: Paracetamol (1), Essigsäure (2) , Acetylsalicylsäure (3), Calciumcarbonat (4), Calciumstearat (5), Zellulose (6), Ciprofloxacin (7), D-Mannitol (8), Dibutylsebacat (9), Diethylenglycol (10), Dimethylsuccinat (11), EDTA (12), Ethylenglycol (13), Glycerin (14), L-Ascorbinsäure (15), L-Glutamin (16), L-Histidin-Hydrochlorid-Monohydrat (17), L-Serin (18), Methanol (19), Mineralöl (20), Polydimethylsiloxan (21), Polysorbat 20 (22), Polyvinylpyrrolidon (23), Kaliumphosphat monobasisch (24), Natriumhydrogencarbonat (25), Natriumsalicylat (26), Sulfathiazol-Natriumsalz (27), Titan(IV)-oxid (Anat.; ID 28), alpha-Laktosemonohydrat (29).

Transferiert wurde auf das neuere Modell "TruScan G3" ("G3-401", "G3-402", "G3-403"), der sich nicht nur softwareseitig, sondern auch hardwareseitig vom Gerätetyp RM unterscheidet. Die Methodenanlage am TSRM erfolgte mittels der vom Hersteller bereitgestellten browserbasierten Anwendung. Diese bewertet eigenständig alle Messparameter (z. B. Messdauer); es müssen also keine manuellen chemometrischen Bewertungen oder gar Behandlungen der Spektren vorgenommen werden. Der Import auf die G3s erfolgte ebenfalls über diese Anwendung. Es wurde lediglich eine vom TSRM exportierte zip-Datei importiert, welche alle 29 Messmethoden enthält. Die Tabelle zeigt die orthogonale Transfermatrix, die zu insgesamt 261 Datenpunkten führte.

Der Entscheidungsalgorithmus des G3 prüfte nun über die erste Ableitung die Übereinstimmung des gemessenen Probenspektrums mit dem entsprechenden Referenzspektrum, welches ursprünglich vom TSRM erstellt wurde. Jeder p-Wert < 0,05 bedeutet eine zu große Abweichung, also das Prüfergebnis "nicht bestanden", während ein p-Wert von ≥ 0,05 Übereinstimmung mit dem Referenzspektrum bedeutet (Ergebnis "bestanden").