为何水分是关键属性
流化床制粒是制药行业中广泛使用的湿法制粒步骤：将黏合剂溶液喷洒到流化状态的粉末上，润湿的颗粒相互碰撞形成永久性聚集体，随后湿颗粒在同一容器中干燥 [1]。欧洲 NIRS 指南将颗粒干燥和水分含量控制列为片剂需考虑的关键工艺参数和质量属性 [2]；按 ICH Q8(R2) 的术语，残留水分是一项关键质量属性，应保持在适当的限度、范围或分布之内 [3]。ICH Q8(R2) 和 FDA 的 PAT 框架都将过程分析技术定义为通过在加工过程中对此类属性进行及时测量来控制生产 [3][4]；制粒机料仓内的在线 NIR 水分测量是这一理念研究最多的实施方式之一 [1]。
参考方法测量的是什么
颗粒的水分依据两种药典方法之一报告，而二者测量的并不是同一事物。干燥失重（USP 通则 <731>）测定在规定条件下驱除的各类挥发性物质的量，因此残留溶剂与水一并计入；当水是唯一的挥发性成分时，该通则本身指向水分测定 <921> [5]。通则 <921> 提供滴定法（Karl Fischer）、共沸法和重量法，除各论另有规定外，默认采用滴定法 Ia [6]。这一区别对 NIR 很重要，因为 NIR 响应的是 O–H 的倍频和合频谱带，而不是总挥发物：若用含醇黏合剂润湿的颗粒的干燥失重值来训练模型，该模型就会继承参考样品中仍残留的溶剂的影响。EMA 指南要求定标和验证样品须用参考方法分析，并将该方法保留在批准的质量标准中 [2]。
在线 NIR 研究表明了什么
Frake 等在流化床制粒过程中用 NIR 在线跟踪颗粒水分和粒径变化，并利用实时曲线调整工艺条件、判定终点 [7]。Rantanen 等在评估一种四波长在线传感器时发现，水峰附近的少数几个波长即可实现可靠的高速检测，前提是在选择波长时考虑黏合剂谱带（所研究黏合剂约在 1700 nm 和 2200 nm 处，明胶另有约 1500 nm 处的 N–H 谱带）以及粒径增大引起的基线抬升 [8]。Findlay、Peck 和 Morris 通过一个通向料床的视窗监测水分和粒径；两者均与离线测量结果相关良好，借助预先设定的峰值水分、最终水分和最终粒径值，系统可以判断何时停止加入黏合剂以及何时干燥完成 [9]。Peinado 等将该方法应用于商业化生产：基于在线光谱的 PLS 模型通过将 ICH Q2(R1) 调整适用于完全由在线样品建立的方法而得到验证，经 FDA 和 EMA 审评批准，并被用作干燥终点的主要在线控制手段，限度为不超过 1.2 % w/w [10]。Burggraeve 等对这些以及其他应用于流化床制粒的在线分析仪进行了综述 [1]。
取样、探头污染与温度
有三个因素决定了一项有前景的开发研究能否成为稳健的生产方法。首先是取样。Green 等在 65、300 和 600 L 的干燥规模下研究表明，过程不均匀性对在线 NIR 水分方法的表观预测准确度起着重要作用；表观误差最小的取样配置不一定最适合过程控制；而且取样配置还决定了定标集需要多少样品 [11]。参考值来自取样器取得的样品，而探头看到的是料床的另一部分，因此任何不一致中都有一部分是取样误差而非光谱误差 [11]。
其次是取样界面：湿颗粒会黏附在表面上，被产品覆盖的视窗反映的是黏附层，而不是料床。EMA 指南在在线方法的风险评估项目中列出了优化取样装置位置、确保视窗被样品覆盖，以及确保装置上不发生污染的控制措施 [2]。第三是温度，该指南将其列为必须用数据证明其对光谱响应的影响不显著或已受控的变量之一 [2]。Wülfert、Kok 和 Smilde 在含水混合物的短波 NIR 光谱上表明，温度会以非线性方式改变光谱；未纳入温度变化而定标的 PLS 模型在出现温度变化时会丧失预测能力；而在定标集中包含温度变化的全局模型预测效果明显更好，但以牺牲灵敏度为代价 [12]。
与指南相一致的工作流程
EMA 指南将 NIRS 方法描述为一个明确的范围、一种方法（取样界面、探头位置、取样计划）和一个模型，并在生命周期变更控制下进行管理 [2]；USP <856> 是规范 NIR 系统确认、验证和核查的药典通则 [13]。由此得出三点实际结论：
- 沿整个干燥轨迹进行定标。在湿态开始、干燥过程中和干燥终了时抽取的参考样品，应覆盖探头将会遇到的料床温度和粒径范围 [8][11][12]。
- 将终点定义为规则，而不是一次读数。预测值低于限度并经参考方法确认，是受监管应用中被认可的模式 [10]；参考方法仍保留在质量标准中 [2]。
- 将探头视为方法的一部分。探头位置、视窗覆盖和污染控制应纳入方法描述和风险评估 [2][11]。
USTECH 的做法
针对制粒机料仓，USTECH 提供 ProLine17EC 和 ProLine17ECS 在线 NIR 分析仪，这是配有蓝宝石样品视窗和 InGaAs 阵列检测器的坚固型 IP65 设备。光谱预处理、PLS 回归以及依据干燥失重或 Karl Fischer 参考值进行的验证在 caliX 化学计量学软件中完成，ProChem 将预测水分传送至 PLC 或 SCADA 系统，使终点规则能够在控制层执行。在线方法能否达到特定制粒步骤所需的准确度，以及该产品的探头位置和污染控制应如何设置，需用您自己的颗粒样品通过可行性研究来确定 [2][11][13]。
参考文献
- [1] Burggraeve, A., Monteyne, T., Vervaet, C., Remon, J.P., De Beer, T. (2013). Process analytical tools for monitoring, understanding, and control of pharmaceutical fluidized bed granulation: A review. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 83(1), 2–15. doi:10.1016/j.ejpb.2012.09.008
- [2] European Medicines Agency (2014). Guideline on the use of near infrared spectroscopy by the pharmaceutical industry and the data requirements for new submissions and variations. EMEA/CHMP/CVMP/QWP/17760/2009 Rev2, 27 January 2014. EMA, London. ema.europa.eu (PDF)
- [3] ICH (2009). Pharmaceutical Development Q8(R2). ICH Harmonised Tripartite Guideline, Step 4 version, August 2009. database.ich.org (PDF)
- [4] U.S. Food and Drug Administration (2004). Guidance for Industry: PAT — A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance. FDA, Rockville, MD. fda.gov
- [5] United States Pharmacopeia (2020). General Chapter <731> Loss on Drying. USP–NF. USP, Rockville, MD. doi.usp.org/USPNF/USPNF_M99510_02_01.html
- [6] United States Pharmacopeia (2025). General Chapter <921> Water Determination. USP–NF. USP, Rockville, MD. doi.usp.org/USPNF/USPNF_M99710_05_01.html
- [7] Frake, P., Greenhalgh, D., Grierson, S.M., Hempenstall, J.M., Rudd, D.R. (1997). Process control and end-point determination of a fluid bed granulation by application of near infra-red spectroscopy. International Journal of Pharmaceutics, 151(1), 75–80. doi:10.1016/S0378-5173(97)04894-1
- [8] Rantanen, J., Räsänen, E., Tenhunen, J., Känsäkoski, M., Mannermaa, J.-P., Yliruusi, J. (2000). In-line moisture measurement during granulation with a four-wavelength near infrared sensor: an evaluation of particle size and binder effects. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 50(2), 271–276. doi:10.1016/S0939-6411(00)00096-5
- [9] Findlay, W.P., Peck, G.R., Morris, K.R. (2005). Determination of fluidized bed granulation end point using near-infrared spectroscopy and phenomenological analysis. Journal of Pharmaceutical Sciences, 94(3), 604–612. doi:10.1002/jps.20276
- [10] Peinado, A., Hammond, J., Scott, A. (2011). Development, validation and transfer of a near infrared method to determine in-line the end point of a fluidised drying process for commercial production batches of an approved oral solid dose pharmaceutical product. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 54(1), 13–20. doi:10.1016/j.jpba.2010.07.036
- [11] Green, R.L., Thurau, G., Pixley, N.C., Mateos, A., Reed, R.A., Higgins, J.P. (2005). In-line monitoring of moisture content in fluid bed dryers using near-IR spectroscopy with consideration of sampling effects on method accuracy. Analytical Chemistry, 77(14), 4515–4522. doi:10.1021/ac050272q
- [12] Wülfert, F., Kok, W.Th., Smilde, A.K. (1998). Influence of temperature on vibrational spectra and consequences for the predictive ability of multivariate models. Analytical Chemistry, 70(9), 1761–1767. doi:10.1021/ac9709920
- [13] United States Pharmacopeia (2020). General Chapter <856> Near-Infrared Spectroscopy. USP–NF. USP, Rockville, MD. doi.usp.org/USPNF/USPNF_M8189_03_01.html