قوة التحليل على الخط: نقلة نوعية في مراقبة الجودة

من مراقبة الجودة التفاعلية إلى الاستباقية

في النموذج التفاعلي لمراقبة الجودة تؤخذ عينة من الخط وتُحضَّر وتُحلَّل، وتصل النتيجة بعد أن تكون المادة التي تصفها قد مضت. وفي الصناعات الكيميائية والدوائية طُعن في هذا النموذج التفاعلي رسميًا عام 2004، حين نشرت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) إرشاداتها بشأن تقنية التحليل العملياتي (PAT)، وهي إطار تُبنى فيه الجودة داخل العملية من خلال القياس والتحكم الآنيين بدلًا من التحقق منها لاحقًا بالاختبار [1]. وتبنّت ICH Q8(R2) المبدأ نفسه: لا يمكن إدخال الجودة في المنتجات بالاختبار، بل ينبغي بناؤها فيها بالتصميم [2]. ومطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) واحدة من تقنيات القياس المذكورة صراحةً في هذا السياق [3].

ما الذي يقوله إطار PAT

تعرّف إرشادات FDA تقنية PAT بأنها نظام لتصميم التصنيع وتحليله والتحكم فيه من خلال قياسات آنية، تُجرى أثناء المعالجة، لسمات الجودة والأداء الحرجة للمواد الخام والمواد قيد المعالجة وللعمليات، بهدف ضمان جودة المنتج النهائي [1]. وهي تميّز بين القياس بجانب الخط، حيث تُزال العينة وتُحلَّل على مقربة من تيار العملية؛ والقياس على الخط، حيث تُحوَّل العينة ويجوز إعادتها؛ والقياس في الخط، حيث لا تُزال العينة من تيار العملية إطلاقًا [1]. كما تحذّر من أن نقل طريقة مخبرية إلى الخط ليس بالضرورة PAT: فالمقصود هو فهم العملية، لا موقع الجهاز [1].

وتوفر ICH Q8(R2) المصطلحات: سمة الجودة الحرجة (CQA) خاصيةٌ ينبغي إبقاؤها ضمن حد أو نطاق أو توزيع مناسب؛ وفضاء التصميم هو التركيبة المُثبَتة من متغيرات المدخلات ومعاملات العملية التي توفر ضمانًا للجودة؛ واستراتيجية التحكم مجموعة مخططة من الضوابط، مستمدة من فهم المنتج والعملية، تضمن أداء العملية وجودة المنتج [2]. وتقدم ICH Q9(R1) عملية إدارة المخاطر المستخدمة لتحديد السمات والمعاملات المهمة [4]، وتشترط ICH Q10 نظام مراقبة تيسّر استراتيجية التحكم فيه التغذية الراجعة والتغذية الأمامية في الوقت المناسب وتتحقق من حالة السيطرة [5].

اختبار الإفراج في الزمن الحقيقي

تعرّف ICH Q8(R2) اختبار الإفراج في الزمن الحقيقي (RTRT) بأنه القدرة على تقييم جودة المنتج قيد المعالجة و/أو النهائي وضمانها استنادًا إلى بيانات العملية، وهي عادةً تركيبة صالحة من سمات المواد المقيسة وضوابط العملية؛ ومثالها على ذلك تجانس وحدات الجرعة المستنتج من تباين الوزن أثناء المعالجة مقرونًا بتحليل بـ NIR [2]. وتنص الإرشادات الأوروبية بشأن RTRT، السارية منذ أكتوبر 2012، على أن مثل هذه التركيبة قد توفر ضمانًا لجودة المنتج أكبر من اختبار المنتج النهائي، وأن RTRT سيتضمن عمومًا ضوابط للعملية تستخدم أدوات PAT مثل مطيافية NIR ورامان، عادةً مع التحليل متعدد المتغيرات [3]. وتشترط أيضًا أنه إذا فشلت نتائج RTRT أو اتجهت نحو الفشل، فلا يجوز ببساطة الإفراج عن الدفعة بناءً على اختبار المنتج النهائي بدلًا منها؛ بل يجب التحقيق في الإخفاق [3].

المراقبة متعددة المتغيرات وحلقات التحكم

يشرح Kourti لماذا يتلازم PAT والتحليل متعدد المتغيرات: توفر المحللات الآنية بيانات في الوقت المناسب عن خصائص الجودة، وعند دمجها مع بيانات العملية مثل درجات الحرارة ومعدلات التدفق والضغوط تصبح أداةً لفهم العملية ومراقبة الجودة وكشف الحالات غير الطبيعية [6]. والأساس الإحصائي أقدم من مبادرة PAT: فقد بيّن MacGregor وKourti عام 1995 أن المخططات متعددة المتغيرات القائمة على إحصائية T² لـ Hotelling تتعامل مع متغيرات كثيرة مترابطة، وأن الطرائق المبنية على تحليل المكونات الرئيسية (PCA) والمربعات الصغرى الجزئية (PLS) تستخدم بيانات الجودة وبيانات العملية معًا لمراقبة العمليات المستمرة والدفعية وتشخيص أعطالها [7].

تنغلق الحلقة الاستباقية حين يغيّر القياسُ العمليةَ. وتقابل ICH Q8(R2) بين نهج أدنى، تُستخدم فيه اختبارات أثناء المعالجة لقرارات القبول أو الرفض والتحليلُ خارج الخط، ونهج معزَّز تُستخدم فيه أدوات PAT مع ضوابط التغذية الأمامية والراجعة وتُتابَع فيه اتجاهات عمليات التشغيل من أجل التحسين المستمر [2]. وتستعرض مراجعة متعددة المؤلفين المستشعرات وطرائق المراقبة والتحكم والتطبيقات الصناعية [8]، ويرى مؤلفون من FDA أن التقدم في PAT والجودة بالتصميم قد أوجد الجاهزية اللازمة للتصنيع المستمر [9]. وتحمل الأدبيات أيضًا تحذيرًا: إذ يفيد اتحاد صناعي بأنه حين تبلغ العملية مرحلة التصنيع التجاري كثيرًا ما تُبسَّط تقنية المراقبة، وتُربط نتائج PAT الموضعية بقياسات بسيطة مثل درجة الحرارة والضغط [10].

تشغيل محلل NIR في الخط

يغطي مجلد Bakeev المرجعي حول PAT التقنيات الطيفية وأخذ العينات والكيمومترية واستراتيجيات التنفيذ للعمليات الكيميائية والدوائية [11]. وتترتب على وثائق الإرشادات ثلاث نقاط عملية:

• القياس التمثيلي. تلاحظ FDA أن جمع عينات تمثيلية له تعقيداته الخاصة — فأخذ عينات المساحيق، على سبيل المثال، قد يكون خاطئًا — ولذا يحتاج موقع المجس وواجهة أخذ العينات إلى قدر من الاهتمام مماثل لما يحظى به المطياف [1].
• التحقق مقابل المختبر. بالنسبة إلى محلل عمليات جديد، قد تكون المقارنة اختبارًا باختبار مع الطريقة التقليدية على عينات مجموعة هي خيار التحقق الوحيد المتاح [1].
• تقييم المخاطر واتجاهات البيانات. توصي FDA بإجراء تحليل للمخاطر قبل تركيب محلل تجريبي، وتلاحظ أن أدوات القياس الجديدة قد تكشف اتجاهات في البيانات ملازمة لعملية مقبولة، ينبغي تقييمها علميًا [1][4].

موقع USTECH

توفر USTECH طبقة القياس والتحكم التي يصفها إطار PAT. فـ محلل FT-NIR للعمليات ProLine2550 مطياف مضمّن في الخط للخلاطات والمفاعلات والأنابيب، وProLine17EC وProLine17ECS محللا NIR متينان في الخط. ويبني caliX نماذج PLS وPCA التي تحوّل الأطياف إلى سمات جودة، ويربط ProChem المحللات بأنظمة PLC وSCADA مع لوحات المعلومات والإنذارات والتحكم في نقاط الضبط، بحيث يمكن أن يصبح القياس إجراءَ تغذية راجعة بالمعنى الوارد في ICH Q10 [5]. أما السمات التي يمكن قياسها في الخط في عملية معينة، وكيفية دخول النتيجة في استراتيجية التحكم، فيُحدَّدان في دراسة جدوى بعيناتكم.