Преимущества спектральных библиотек и возможности передачи методов идентификации с помощью портативного рамановского спектрометра

НОЯ182015

Идентификация материалов с использованием спектральных библиотек и другие мультивариативные методы идентификации на рамановских портативных спектрометрах позволили проводить быстрый и неразрушающий анализ, а объяснение результатов оказалось очень простым даже для неопытных пользователей. ¹ Использование спектроскопических методов для идентификации и проверки материалов продолжает расширяться. Все более признанным становится метод проверки, при котором исследуемые материалы проверяются не в лабораториях, а непосредственно на складах. ²

Поскольку зачастую бывает так, что большинство представителей используют одинаковые сырьевые материалы одной организации, то может быть выгодным использование одной и той же технологии и типа устройства в нескольких местах. Таким образом, можно обоснованно сказать, что передача методов идентификации и библиотек между спектрометрами может гарантировать согласованность и надежность результатов, сохраняя максимальную эффективность транспортировки сырья на производство.

На настоящий момент, коммерческие спектральные библиотеки широко используются во многих приборах и операционных системах совместно со спектроскопическими методами в лабораториях (ИК-фурье, рамановская спектроскопия и спектроскопия ближнего ИК), основанных на приобретенных или созданных пользователями библиотеках.^3,4

Пользование такими библиотеками возрастает, когда их можно использовать в портативных приборах непосредственно на заводе-изготовителе, а также, когда библиотеки могут быть переданы с одного устройства на другое без затрат времени на создание такой же библиотеки на другом устройстве с учетом лишь добавления стоимости тестов на стандартизацию.

Теперь, когда мы наблюдаем рост использования рамановской спектроскопии для идентификации и проверки различных материалов, спрос на коммерческие библиотеки, передаваемые библиотеки и методы идентификации для рамановских компактных спектрометров также увеличился. Успешная передача рамановских спектров, полученных на разных устройствах, была продемонстрирована на примере коммерческих библиотек.

На портативных рамановских спектрометрах NanoRam компании BWTek библиотеки и методы идентификации могут передаваться с одного устройства на другое и наоборот. Для этого пользователь синхронизирует данные с такого портативного спектрометра на ПК с помощью соответствующего программного обеспечения, а затем переносит библиотеки и/или методы идентификации на другой портативный спектрометр.

Передача данных библиотек

Было показано, что должна быть выполнена стандартизация приборов, чтобы улучшить спектральные корреляционные значения и свести к минимуму влияние небольших отклонений прибора.⁵ Калибровка приборов по отклику рамановского спектра должна быть выполнена с помощью коррекции относительной интенсивности с помощью соответствующего эталонного образца.⁶

Важность стандартизации прибора вытекает из задачи по передаче калибровочных моделей для ближней ИК спектроскопии.⁷ Для конечного пользователя передача библиотек должна быть легкой, надежной и отслеживаемой. Применение автоматической коррекции относительной интенсивности для каждого спектра на основе измерения соответствующего эталона и проверка рамановского сдвига по соответствующему стандарту, гарантирует получение спектральных данных, которые могут дать надежные данные для результатов поиска в библиотеке.

В случае портативного рамановского спектрометра, библиотека должна быть встроена в сам прибор. Ожидается, что коммерческие спектральные библиотеки будут передаваться и эффективно устанавливаться и использоваться на различных портативных спектрометрах.

На рисунке ниже представлен результат передачи библиотеки данных с одного портативного рамановского спектрометра на другой. Он показывает, что передача данных прослеживается в окне аудита. Библиотека данных готова к использованию на другом инструменте и, в соответствии с рекомендациями европейской фармакопеи, производительность прибора и библиотеки была проверена в соответствии с EP 2.2.48.⁸

Рис. 1. Рамановский спектр аспирина, переданный с одного устройства (с.н. SAFXMA) на другое (с.н. SAHIMC)

Методы идентификации

Не смотря на то, что библиотечные методы идентификации широко используются и оказываются очень полезными, наиболее надежная идентификация и проверка основана на моделях с несколькими переменными. Например, инструменты для классификации на основе PCA были описаны в качестве средств идентификации в портативных рамановских спектрографах¹, обеспечивая более легкое распознавание спектрально похожих материалов.

Многомерные методы идентификации были использованы в рамановской и ИК спектроскопии, чтобы найти отличие между чистым образцом и образцом с низким уровнем примеси.⁹ Использование определенного метода идентификации для каждого материала обеспечивает эффективность проверки со статистическим сравнением нового метода идентификации, разработанного, по крайней мере, на выборке из 20 образцов. Использование спектральных библиотек влечет за собой необходимость передачи методов идентификации. Модели нескольких переменных чувствительны к небольшим изменениям. Это делает их идеальными для точной идентификации даже когда небольшие изменения в спектре образца могут указывать на неподлинным материал.

Чувствительность к изменениям в отклике прибора требует дополнительных поправок при передаче таких методов идентификации по отношению к передаче библиотеки. Даже с поправкой на относительную интенсивность и точные значения рамановских сдвигов, могут возникать небольшие отличия от прибора к прибору, что должно быть смоделировано при передаче методов идентификации.⁷

Один из способов внесения таких изменений в модель – это создание матрицы передачи, которая усиливает оригинальный метод идентификации с данными, полученными на одном приборе, по отношению к прибору, на который эти данные передаются. Ниже представлен рамановский спектр оригинального метода идентификации, а также спектр, усиленный с помощью матрицы передачи.

Рис. 2. Оригинальный и матричный рамановские спектры бензонитрила.

После создания методов идентификации для различных материалов важно, чтобы эти методы были подтверждены, чтобы продемонстрировать специфику каждого из них. Точно так же, один метод идентификации, переданный с одного устройства на другое, должен быть проверен, чтобы гарантировать, что он обеспечит правильные результаты после его передачи.

Возможность передачи библиотек и методов идентификации позволяет разрабатывать библиотеки и методы идентификации на одном портативном рамановском спектрометре и передавать их на другой для централизованного создания методов и библиотек внутри организации, обеспечивая эффективную и надежную проверку материалов без создания излишних противоречий.

Такой подход имеет важное значение для многих компаний, так как стандартизация поступающих продуктов и материалов происходит без излишних затрат (времени, материалов, персонала). Данные возможности дополнительно ускоряют процесс развития за счет получения последовательных и надежных результатов тестирования и тем самым позволяют двигаться вперед вместе с производством.

Список литературы

1. K. A. Bakeev and R.V. Chimenti, “Pros and cons of using correlation versus multivariate algorithms for material identification via handheld spectroscopy”, Eur. Pharma. Rev. online White Paper, July 15, 2013. http://www.europeanpharmaceuticalreview.com/19813/whitepapers/material-identification-using-handheld-spectroscopy/)
2. B. Üstün, “Raw material identity verification in the pharmaceutical industry”, Eur. Pharm. Rev 18(3), 39-41 (2013).
3. S.R. Lowry, “Automated Spectral Searching in Infrared, Raman and Near-Infrared Spectroscopy”, in Handbook of Vibrational Spectroscopy, Vol. 3 Eds. J.M. Chalmers and P.G.Griffiths, pp. 1948-1960, Wiley, 2002.
4. R. McCreery et al, “Noninvasive Identification of Materials inside USP Vials with Raman Spectroscopy and a Raman Spectral Library” J. Pharma. Sci. 87(1), 1-8, (1998).
5. J.D. Rodriguez, B.J. Westenberger, L.F. Buhse and J.F. Kauffman, “Standardization of Raman spectra for transfer of spectral libraries across different instruments”, Analyst, 136, 4232-4240 (2011).
6. K.G. Ray, R.L. McCreery, “Simplified Calibration of Instrument Response Function for Raman Spectrometers Based on Luminescent Intensity Standards”, Appl. Spectrosc., 51(1), 108-116 (1997).
7. T. Fearn, Standardisation and calibration transfer for near infrared instruments: a review, J. Near Infrared Spectrosc., 9, 229-244 (2001).
8. European Pharmacopeia, 7th Edition, 2.2.48. Raman Spectrometry( 01/2008:20248).
9. N.K. Shah and P.J. Gemperline, Anal. Chem., 62, 465(1990).