Particle Size Analysis of Pharmaceutical Powders by Laser Diffraction

Abstract

Raaka-aineen hiukkaskoko on lääkekehityksessä keskeinen materiaaliparametri. Lääkeaineen partikkelikoko vaikuttaa moneen lääketuotteen tärkeään ominaisuuteen, esimerkiksi lääkkeen biologiseen hyväksikäytettävyyteen. Tässä diplomityössä keskityttiin jauhemaisten lääkeaineiden hiukkaskoon määrittämiseen laserdiffraktiomenetelmällä. Menetelmä perustuu siihen, että partikkeleista sironneen valon intensiteetin sirontakulmajakauma on riippuvainen partikkelien kokojakaumasta.

Työn kirjallisuusosassa esiteltiin laserdiffraktiomenetelmän teoriaa. PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering) tekniikka, jota voidaan käyttää laserdiffraktion yhteydessä, on myös kuvattu kirjallisuusosassa. Muihin menetelmiin perustuvista analyysimenetelmistä tutustuttiin mikroskopiaan sekä aerodynaamisen lentoajan määrittämiseen perustuvaan menetelmään. Kirjallisuusosassa esiteltiin myös partikkelikoon yleisimpiä esitystapoja.

Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli kehittää ja validoida laserdiffraktioon perustuva partikkelikoon määritysmenetelmä tietylle lääkeaineelle. Menetelmäkehitys tehtiin käyttäen Beckman Coulter LS 13 320 laserdiffraktoria. Laite mahdollistaa PIDS-tekniikan käytön laserdiffraktiotekniikan ohella. Menetelmäkehitys aloitettiin arvioimalla, että kyseinen lääkeaine soveltuu parhaiten määritettäväksi nesteeseen dispergoituna. Liukoisuuden perusteella väliaineeksi valittiin tällä lääkeaineella kyllästetty vesiliuos. Dispergointiaineen sekä ultraäänihauteen käyttö havaittiin tarpeelliseksi dispergoidessa kyseistä lääkeainetta kylläiseen vesiliuokseen. Lopuksi sekoitusnopeus näytteensyöttöyksikössä säädettiin sopivaksi. Validointivaiheessa kehitetyn menetelmän todettiin soveltuvan hyvin kyseiselle lääkeaineelle ja tulosten todettiin olevan oikeellisia sekä toistettavia. Menetelmä ei myöskään ollut herkkä pienille häiriöille.

The particle size of raw materials is a fundamental physical parameter in the pharmaceutical industry. Particle size distribution of drug substance may influence many important parameters of the drug product, for example bioavailability. This study was focused on particle size measurements of pharmaceutical powders using laser diffraction method. The technique is based on the phenomenon that particles scatter light with an intensity pattern that is dependent upon the particle size.

In the literature part of the thesis the emphasis was on laser diffraction analysis. PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering) technology utilised in some laser diffraction instruments was also introduced. Of other particle size methods microscopy and aerodynamic time-of-flight method were reviewed. In the literature part also common presentations of particle sizes were introduced.

The aim of the experimental part of the thesis was to develop and validate a laser diffraction particle size measurement method for a certain drug Substance. The method development was done using Beckman Coulter LS 13 320 Laser Diffraction Particle Size Analyzer. The instrument incorporates PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering) technology. The method development started by evaluating that the drug Substance was best analysed in wet dispersion mode. Based on the solubility of the drug Substance, saturated water solution was chosen to act as medium. Use of dispersant and ultrasonic bath was found essential in dispersing the drug Substance into saturated water solution. Finally, the pump speed of the sample module was adjusted. During method validation the method was verified accurate, repeatable, robust and suitable for particle size measurement of the drug Substance.