NIR spectroscopy คืออะไร ?

NIR spectroscopy คืออะไร ?

NIR spectroscopy หมายถึง เทคนิคทางสเปกโตรสโกปีชนิดหนึ่ง ที่นำมาประยุกต์ใช้เพื่อการตรวจสอบโดยไม่ทำลายตัวอย่าง (non-destructive testing)

หลักการของ NIR Spectroscopy คือการใช้คลื่นแสงในช่วง NIR ส่องเข้าไปในตัวอย่าง ทำให้โมเลกุลของตัวอย่างดูดกลืน (absorb) พลังงาน แล้วเกิดการสั่นสะเทือน (vibration) การตรวจวัดพลังงานทำได้หลายรูปแบบ เช่น แบบวัดการสะท้อน (reflectance) แบบวัดการส่องผ่าน (transmittance) เป็นต้น ซึ่งสเปกตรัมในช่วงคลื่น NIR ที่ได้ จะถูกนำมาประมวลผล และหาความสัมพันธ์ทางสถิติกับข้อมูลของตัวอย่างที่ตรวจวิเคราะห์ด้วยวิธีการทางเคมี หรือวิธีอื่นๆ ที่ได้ค่ามาตรฐาน จะได้สมการสอบเทียบมาตรฐาน (calibration equation) เพื่อใช้ทำนายค่าปัจจัยคุณภาพของของวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์อาหารหลายชนิดได้ทั้งเชิงปริมาณ (quantitative) และเชิงคุณภาพ (qualitative)

หลักการทำงานของเครื่อง NIR spectroscopy

การใช้ NIR Spectroscopy สำหรับการทดสอบในเชิงปริมาณ สามารถทดสอบตัวอย่างได้ข้อมูลหลายค่าในเวลาเดียวกัน เช่น ความชื้น ส่วนประกอบทางเคมีโดยประมาณ (proximate analysis) เช่น โปรตีน ไขมัน ค่าไอโอดีน (iodine value) ค่ากรดไขมันอิสระ (free fatty acid) ค่าพีเอช (pH) ปริมาณอะไมโลส (amylose) เป็นต้น

โดยหลักการแล้ว NIR เป็น Secondary Method นั่นคือ เป็นเครื่องที่ต้องอาศัยการวิเคราะห์ที่เป็น Primary Method เป็นตัวอ้างอิง โดยตัวอย่างใดๆ ต้องถูกนำไปวิเคราะห์ทางเคมี(มีค่าทางเคมี) และนำไปสแกนด้วย NIR(ได้ Spectra) เมื่อได้ทั้ง 2 ส่วนมาแล้ว จึงใช้โปรแกรมคำนวณทางคณิตศาสตร์ สร้างสมการขึ้นมาจากทั้งค่าทางเคมีและ Spectra แล้วจึงนำสมการที่ได้ ไปทำนายตัวอย่างที่ทราบค่าอีกส่วนหนึ่ง เป็นการยืนยันความถูกต้องของสมการ และเมื่อได้สมการที่ใช้งานได้ ก็เพียงนำสมการนั้นไปใช้ทำนาย Unknown ที่ไม่ทราบค่า ทดแทนการวิเคราะห์ทางเคมี ที่ต้องใช้เวลาในการวิเคราะห์ที่นาน และมีค่าใช้จ่ายที่สูงกว่ามาก

 ข้อดีของเครื่อง NIR
     1. วิเคราะห์ได้รวดเร็วมาก คือ ภายใน 1 นาที ทราบผลพร้อมกันทุกๆ ค่า เช่น โปรตีน ไขมัน เยื่อใย ความชื้น ฯลฯ
     2. ไม่ทำลายตัวอย่าง ถ้าตัวอย่างที่นำมาวิเคราะห์มีมูลค่าสูง จะสามารถใช้ตัวอย่างนั้นได้ โดยไม่ถูกทำลายเสียหาย
     3. ไม่ใช้สารเคมี เป็นการวิเคราะห์ตัวอย่างที่ปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน และสภาพแวดล้อม
     4. ประหยัด จากที่ต้องใช้ไฟฟ้าอย่างมากในการอบ การเผา การสกัด จะใช้เพียงแค่การสแกนด้วยเครื่อง NIR เพียงเครื่องเดียว
     5. บุคลากร มีเวลาพัฒนางาน หรือรับผิดชอบงานอื่นๆ ได้มากขึ้น เนื่องจาก NIR สามารถวิเคราะห์ได้ง่ายและรวดเร็วมาก

  ข้อด้อยของเครื่อง NIR
     1. การใช้งานเครื่อง NIR ต้องมีสมการที่เป็นสมการของตัวอย่างนั้นๆ โดยเฉพาะ เพราะองค์ประกอบของตัวอย่างแต่ละชนิดมีความแตกต่างกันทางเคมี ดังนั้น แต่ละสมการ จึงจำเพาะกับตัวอย่างแต่ละชนิด และต้องอาศัยค่าทางสถิติมาคำนวณ ทำให้ต้องใช้จำนวนตัวอย่างที่เพียงพอที่จะทำให้สมการมีความผิดพลาดต่ำที่สุด(เข้าใกล้ 0) นั่นเอง

      แต่ปัจจุบัน ได้มีการแก้ปัญหาจากการสร้างสมการ โดยอาศัยข้อมูลจากหน่วยงานที่ได้มีการรวบรวมตัวอย่างไว้อย่างมากมาย และสร้างสมการสำเร็จรูปขึ้นมาในตัวอย่างแต่ละชนิด ซึ่งผู้จำหน่ายหลายรายก็ได้ใช้วิธีการนี้ เพื่อให้ผู้ใช้งาน สามารถใช้เครื่อง NIR ได้อย่างสะดวกและรวดเร็ว เพียงแค่ปรับแต่งให้สามารถทำงานได้กับตัวอย่างของตน นับเป็นการลบข้อด้อยเพียงข้อเดียวของเครื่อง NIR ได้เป็นอย่างดี

NIR กับเทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (PAT) ใน อุตสาหกรรมการผลิตยา

สืบเนื่องจากการริเริ่มของ เทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (Process Analytical Technology คำย่อ PAT ) เป็นคำสำคัญของอุตสาหกรรมยาในปัจจุบัน PAT แสดงถึงพลวัตของสาขาวิชาในการผลิตที่เปลี่ยนแปลงไม่อยู่นิ่งและได้เป็นจุดสนใจของอุตสาหกรรมทั่วโลก PAT ทำให้เกิดบริบทที่เปลี่ยนไปของกระบวนการผลิตยาที่เน้นความเข้าใจกระบวนการ (process understanding) การตรวจติดตามกระบวนการผลิต (process monitoring) และการปล่อยผ่านตามเวลาจริง (real time release).

เทคโนโลยี Near Infrared (NIR) ได้เข้ามาเป็นเครื่องมือในการวิเคราะห์ และตรวจสอบ วัตถุดิบชั้นต้นก่อนที่จะนำไปเข้ากระบวนการผลิตอย่างแพร่หลาย เนื่องด้วยความสามารถในการวิเคราะห์ที่หลากหลาย รวมถึง ยังไม่ทำลายตัวอย่างที่นำมาทำการวิเคราะห์อีกด้วย

ตลอดระยะเวลา 15 ปีตั้งแต่ เทคโนโลยีการวิเคราะห์กระบวนการ (PAT) ถือกำเนิดขึ้น เทคโนโลยี Near Infrared (NIR) ยังเป็นตัวเลือกอันดับหนึ่ง สำหรับการประยุกต์ใช้เพื่อตรวจจับ วัตถุดิบชั้นต้นก่อนที่จะเข้าสู่สายการผลิต (material inspection), ความสอดคล้องกันของตัวอย่าง (material conformity), การผสมตัวอย่างเข้าด้วยกัน (blending), การทำแกรนูล (granulation), การหาปริมาณความชื้นในตัวอย่าง และ น้ำหนักที่หายไปหลังจากอบแห้ง (Loss on drying), การตรวจสอบ การอัดแน่น และ ความเป็นหนึ่งดียวกันของตัวอย่าง ( content compaction and uniformity). เครื่อง Micro NIR ถูกเริเริ่มออกแบบให้ตรงต่อการใช้งานของกระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น โดยไม่ยุ่งยาก และต้องอาศัยปัจจัยอื่นๆ ตัวเครื่องยังมีขนาดที่เล็ก แข็งแรง เมื่อ sensor พร้อมที่จะวิเคราะห์ ผุ้ใช้สามารถมั่นใจได้ว่า จะสามารถติดตาม และ ตรวจสอบ ตัวอย่างที่ถูกวิเคราะห์ ในกระบวนการผลิตให้มีคุณสมบัติที่ดีขึ้น ทำให้การผลิตนั้นมีประสิทธิภาพ และมีคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกัน

Adapter กับลักษณะตัวอย่าง

1. แท่นวางหลอดใส่ cuvette

2. แท่นวางหลอด vial

3. แท่นใส่ตัวอย่างชนิดหยาบ/petridish

4. อุปกรณ์สำหรับวัดตัวอย่างผ่านถุงพลาสติกหรือตัวอย่างที่มีผิวโค้ง

5. โพรบสำหรับวัดยาชนิดเม็ดหรือตัวอย่างที่มีขนาดเล็ก หรือเป็นเม็ด