Vorstellung des Mastersizer 3000+

Die Einführung des Mastersizer 3000+ bietet Wissenschaftlern und Forschern, die sich für die Partikelgrößenanalyse interessieren, viele spannende Möglichkeiten.  

Softwarefunktionen in der neuen Mastersizer Xplorer Software wie SOP Architect und Data Quality Guidance machen die Entwicklung von Methoden und die Generierung von hochwertigen Daten einfacher als je zuvor. Size SURE, das die zum Patent angemeldete Adaptive Diffraction-Technologie von Malvern Panalytical verwendet, steht für eine neue Richtung im Bereich Laserbeugung und trägt zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit von Messungen bei. 

Die optische Bank des Mastersizer wurde ebenfalls um eine innovative Lösung erweitert, um das interne Wärmemanagement zu unterstützen. Der Vorteil? Deutlich verkürzte Zeit für die Stabilisierung des Dispergiermittels beim Einsatz von anspruchsvolleren Dispergiermitteln wie Propanol und Isooctan. Es dauert nicht mehr so lange, bis Sie mit den Tests beginnen können, sodass Sie mehr Zeit für die Generierung der benötigten Daten haben.

Methodentransfer 

Wir sind uns jedoch darüber im Klaren, dass der Methodentransfer vom Mastersizer 3000 auf den Mastersizer 3000+ Fragen aufwirft. Der Methodentransfer während eines Geräteupgrades kann kostspielig und arbeitsintensiv sein. Folgende Fragen könnten sich dabei stellen:

• Ist die Übertragung von Methoden vom Mastersizer 3000 auf den Mastersizer 3000+ ein einfacher Prozess?
• Funktionieren meine alten Mess- und SOP-Dateien mit der neuen Software Mastersizer Xplorer?
• Erhalte ich gleichwertige Daten für dieselbe Probe auf dem Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+, wenn ich dieselbe Methode verwende?

Nun, Malvern Panalytical darf erfreulicherweise sagen, dass die Antwort auf alle drei Fragen „JA!“ lautet. Der Methodentransfer vom Mastersizer 3000 auf den Mastersizer 3000+ funktioniert problemlos. Frühere Mess- und SOP-Dateien können in Mastersizer Xplorer geöffnet und verwendet werden. Und mit dem Mastersizer 3000+ können Sie wichtige gleichwertige Daten für Ihre Proben generieren, wenn Sie die Mastersizer 3000-Methoden verwenden.

Datenäquivalenz

Bei der Entwicklung des Mastersizer 3000+ haben wir eine Reihe von Tests durchgeführt, um die Äquivalenz zwischen dem Mastersizer 3000 und dem Mastersizer 3000+ nachzuweisen. Diese Tests lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

• Referenzmaterialien
  Tests mit Latexproben in Nenngrößen von 60, 100, 151, 401, 702, 994 und 8900 nm. Dabei handelt es sich um dieselben Produktionstests, die jede optische Bank des Mastersizer 3000 oder Mastersizer 3000+ bestehen muss, bevor sie für den Versand an einen Kunden freigegeben werden kann. Dieser Satz von Latexproben deckt den gesamten Streubereich der Geräte für den Mastersizer 3000 und 3000+ ab. 
  
  
• Echte Proben
  Tests mit typischen echten Proben, darunter Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Ibuprofen und Lactose. Diese Proben decken eine Vielzahl von Größen und erforderlichen Betriebsbedingungen ab, einschließlich verschiedener Dispergiermittel. 

Bei diesen Tests handelt es sich um eine Form der Bewertung der Reproduzierbarkeit. Damit testen wir die Präzision zwischen zwei Gerätegenerationen. Sowohl das USP als auch das Europäische Arzneibuch empfehlen Akzeptanzkriterien für Reproduzierbarkeitstests mit einer prozentualen relativen Standardabweichung (RSD%) von weniger als 10 % bei Dv50 oder einem ähnlichen zentralen Wert und weniger als 15 % bei Werten am Verteilungsrand wie Dv10 und Dv90. Für alle Proben mit kleineren Partikeln als 10 µm können diese Grenzwerte verdoppelt werden. 

Eine alternative Reihe von Kriterien, die in Betracht gezogen werden können, sind die Kriterien für die Bewertung der Wiederholpräzision von Methoden gemäß ISO 13320:2020, nämlich: 

• Der Dv10 darf bei jedem Test nicht um mehr als ± 3 % vom Mittelwert der 6 gemessenen Ergebniswerte abweichen.
• Der Dv50 darf nicht um mehr als ± 2,5 % vom Mittelwert der 6 gemessenen Ergebniswerte abweichen.
• Der Dv90 darf nicht um mehr als ± 4 % vom Mittelwert der 6 gemessenen Ergebniswerte abweichen.

Die Norm ISO 13320:2020 setzt jedoch voraus, dass die Nass- oder Trockendispergierungsmessungen mit nur einem Gerät durchgeführt wurden, was bei diesem Versuch nicht der Fall ist. 

Referenzmaterialien

Bei der Partikelgrößenanalyse gibt es drei Hauptquellen für Messunsicherheit:

• Probenahme 
• Dispergierung
• Gerät

Um die Äquivalenz zwischen den optischen Bänken des Mastersizer 3000+ und Mastersizer 3000 nachzuweisen, ist idealerweise die Unsicherheit im Zusammenhang mit der Probenahme und Dispergierung der verwendeten Proben zu minimieren. Sobald diese Unsicherheitsquellen erfolgreich minimiert wurden, können wir sicher davon ausgehen, dass etwaige Unterschiede mit dem/den Gerät(en) zusammenhängen. 

Latexproben sind für diesen Zweck ideal; sie sind homogen und leicht zu dispergieren, sodass die Messunsicherheit bei Probenahme und Dispergierung deutlich verringert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie gut charakterisiert sind und mit bekannten Größenspezifikationen NIST-konform sind. 

Im Rahmen dieses Versuchs wurden 33 optische Bänke des Mastersizer 3000+ Ultra und 33 moderne optische Bänke des Mastersizer 3000 bewertet. Beim Testen der einzelnen Latexproben wurden vergleichbare Standardtestbedingungen verwendet, einschließlich gleichartiges Zubehör für die Dispergierung. Von jeder Latexprobe wurde ein einziger Aliquot pro optischer Bank getestet. 

In Tabelle 1 sind die mittleren Dv10-, Dv50- und Dv90-Werte für jede Latexprobe der 33 optischen Bänke des Mastersizer 3000 und der 33 optischen Bänke des Mastersizer 3000+ zusammengefasst. Die prozentuale Differenz zwischen den Ergebnissen des Mastersizer 3000 und des Mastersizer 3000+ wird ebenfalls angegeben. 

Tabelle 2 fasst die prozentuale relative Standardabweichung (RSD%) für jede Latexprobe der 33 Mastersizer 3000 und 33 Mastersizer 3000+ zusammen. Die prozentuale Differenz zwischen den Ergebnissen des Mastersizer 3000 und des Mastersizer 3000+ wird ebenfalls angegeben. 

Tabelle 1: Daten zur mittleren Partikelgröße für Latexproben beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Tabelle 2: Die Daten für den Variationskoeffizient (CV) in % für Latexproben beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+ 

Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, dass die vom Mastersizer 3000+ und Mastersizer 3000 gemeldeten Größen für alle getesteten Latexproben sehr ähnlich sind. In allen Fällen liegt die prozentuale Differenz unter 1 %. Die RSD%-Werte für alle Latexproben beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+ sind ebenfalls sehr niedrig. Dies zeigt, dass der Mastersizer 3000+ eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der Messungen bietet, genau wie der Mastersizer 3000. 

Echte Proben

Die Daten der Latexproben zeigen sehr deutlich, dass die Funktionen zur Messung der Partikelgröße beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+ gleichwertig sind. Latexproben sind jedoch nicht repräsentativ für die gesamte Bandbreite an Proben, die Nutzer des Mastersizer analysieren möchten. Aus diesem Grund haben wir auch Tests an mehreren „echten“ Proben mit einer breiteren Größenverteilung durchgeführt, die andere Testbedingungen erfordern. 

Aluminiumoxid-, Siliciumdioxid- und Ibuprofen-Proben wurden in Wasser getestet. Eine Lactose-LH200-Probe wurde auch in Isooctan getestet. Dies ist eines der Dispergiermittel, bei denen beim Mastersizer 3000+ erhebliche Zeiteinsparungen beobachtet werden können. Mit der LH200-Probe zeigen wir, dass das Wärmemanagementsystem im Mastersizer 3000+ keinen Einfluss auf die erfassten Größenergebnisse hat, obwohl es sich positiv auf die Verringerung der Temperatur des Dispergiermittels und die für die Stabilisierung erforderliche Zeit auswirkt. 

Für alle Proben entwickelte ein erfahrener Nutzer eine optimierte Methode für die Probe mit der optischen Bank des Mastersizer 3000, bevor die Äquivalenzprüfung durchgeführt wurde. 

Aluminiumoxid (in Wasser)

Drei Aliquots wurden mit einer optischen Bank des Mastersizer 3000 und einer optischen Bank des Mastersizer 3000+ Ultra getestet. Für jeden Aliquot wurden 10 Datensätze generiert und gemittelt. Als Dispergiermittel wurde Wasser in einem Hydro MV-Zubehör verwendet. 

Tabelle 3 fasst die durchschnittlichen Dv10-, Dv50- und Dv90-Ergebnisse jedes Proben-Aliquots zusammen, der auf den optischen Bänken des Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+ getestet wurde. Die Gesamtmittelwerte werden ebenso berechnet wie die Standardabweichung und die prozentuale RSD über die sechs gemittelten Ergebnisse. 

Abbildung 1 zeigt eine Überlagerung der durchschnittlichen Partikelgrößenverteilungen (PSDs), die für jeden Aliquot generiert wurden, der auf den optischen Bänken des Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+ getestet wurde. 

Tabelle 3: Daten zur mittleren Partikelgröße für Aluminiumoxid-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Abbildung 1: Überlagerung der mittleren Partikelgrößenverteilungen für Aluminiumoxid-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Die RSD%-Werte sind deutlich niedriger als die Kriterien gemäß USP <429>/Europäisches Arzneibuch 2. 9. 31. und ISO 13320:2020 und die Überlagerung der PSDs. 

Siliciumdioxid (in Wasser)

Drei Aliquots wurden mit einer optischen Bank des Mastersizer 3000 und einer optischen Bank des Mastersizer 3000+ Ultra getestet. Für jeden Aliquot wurden 10 Datensätze generiert und gemittelt. Als Dispergiermittel wurde Wasser in einem Hydro MV-Zubehör verwendet. 

Ähnliche Datensätze für diese Probe sind in Tabelle 4 und Abbildung 2 dargestellt. 

Tabelle 4: Daten zur mittleren Partikelgröße für Siliziumdioxid-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Abbildung 2: Überlagerung der mittleren Partikelgrößenverteilungen für Siliziumdioxid-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Die RSD%-Werte sind deutlich niedriger als die Kriterien gemäß USP <429>/Europäisches Arzneibuch 2. 9. 31. und die Überlagerung der PSDs. Der RSD%-Wert für den Dv90 ist etwas höher, da dicht gebundene Agglomerate und/oder Aggregate vorhanden sind, die nicht dispergiert werden konnten und bei größeren Partikelgrößen zu einem Sekundärmodus führten. Die RSD%-Werte erfüllen auch die Kriterien gemäß ISO 13320:2020.

Ibuprofen-Suspension (in Wasser)

Drei Aliquote wurden mit einer optischen Bank des Mastersizer 3000 und einer optischen Bank des Mastersizer 3000+ Ultra mit Hydro MV-Zubehör getestet. Für jeden Aliquot wurden 10 Datensätze generiert und gemittelt. Als Dispergiermittel wurde Wasser verwendet. 

Ähnliche Datensätze für diese Probe sind in Tabelle 5 und Abbildung 3 dargestellt. 

Tabelle 5: Daten zur mittleren Partikelgröße für die Ibuprofen-Suspension-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Abbildung 3: Überlagerung der mittleren Partikelgrößenverteilungen für die Ibuprofen-Suspension-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Die RSD%-Werte entsprechen den Kriterien gemäß USP <429>/Europäisches Arzneibuch 2. 9. 31.  und ISO 13320:2020 und der Überlagerung der PSDs. 

Lactose LH200 (in Isooctan)

Ein einzelnes Aliquot wurde mit einer optischen Bank des Mastersizer 3000 und einer optischen Bank des Mastersizer 3000+ Ultra mit Hydro MV-Zubehör getestet. Vor der Erfassung der gemeldeten Daten wurden beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+ gleiche Verzögerungen von 180 Sekunden vor der Messung angewendet. Dadurch wurde sichergestellt, dass sich die Temperatur des Dispergiermittels in jedem Fall stabilisiert hatte und thermische Artefakte effektiv beseitigt wurden. Für jeden Aliquot wurden 10 Datensätze generiert und gemittelt. Als Dispergiermittel wurde Isooctan verwendet. 

Ähnliche Datensätze für diese Probe sind in Tabelle 6 und Abbildung 4 dargestellt. In diesem Fall wurde die prozentuale Differenz berechnet. 

Tabelle 6: Daten zur mittleren Partikelgröße für Lactose LH200-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Abbildung 4: Überlagerung der mittleren Partikelgrößenverteilungen für Lactose-LH200-Probe beim Mastersizer 3000 und Mastersizer 3000+

Die Werte für die prozentuale Differenz entsprechen den Kriterien gemäß USP <429>/Europäisches Arzneibuch 2. 9. 31.  und ISO 13320:2020 und der Überlagerung der PSDs. 

Zusammenfassung

Referenzproben und echte Proben wurden getestet, um die Datenäquivalenz zwischen der optischen Bank des Mastersizer 3000 und des Mastersizer 3000+ Ultra nachzuweisen. Die Kriterien gemäß ISO 13320:2020 und USP <429>/Europäisches Arzneibuch 2. 9. 31. wurden als Teil dieser Bewertung verwendet. In allen Fällen erfüllten die aufgezeichneten Daten die Akzeptanzkriterien und zeigten eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit zwischen den beiden Generationen der Mastersizer.