مقدمة
Purity Determination يُعد إجراءً أساسيًّا لمراقبة الجودة يهدف إلى ضمان أن تكون المادة آمنة وموثوقة ومناسبة للاستخدام المقصود منها. وهو يؤكد هوية وجودة المركب المطلوب بعد عزلته أو تخليقه أو إنتاجه، ويتحقق من خلوه من الشوائب الهامة مثل المواد الأولية التي لم تتفاعل، والمنتجات الثانوية، والملوثات. يساعد هذا التحليل في تقييم فعالية عملية التخليق أو الإنتاج، ويشير إلى ما إذا كان هناك حاجة إلى مزيد من التنقية، ويدعم الاتساق بين دفعات الإنتاج.
وإذا كانت المادة مخصصة للاستخدامات العلاجية، فإن تحليل النقاء ( Purity Determination ) يصبح أكثر أهمية. تعد نقاء المكونات الصيدلانية الفعالة أمرًا بالغ الأهمية لضمان ملاءمتها للاستخدام الصيدلاني. فقد تتسبب الشوائب في آثار سامة أو تضر باستقرار المكون الصيدلاني الفعال (API) وتوافره البيولوجي أثناء التركيب والمعالجة. ومن منظور ضمان الجودة، يكتسب هذا الأمر أهمية خاصة بالنسبة للمعايير التحليلية، التي تُستخدم كمواد مرجعية لتطوير الطرق والمعايرة والمراقبة الروتينية.
الشوائب السبيكية
يمكن أن تشكل الشوائب نظامًا يوتيكتكيًا مع مادة ما إذا كانت قابلة للذوبان في الطور السائل ولكنها غير قابلة للذوبان في الطور الصلب. وفي قياس السعرات الحرارية التفاضلي (DSC)، يمكن أن تؤثر هذه الشوائب على سلوك ذوبان المادة من خلال خفض درجة حرارة الذوبان المرصودة وتوسيع منحنى امتصاص الحرارة عند الذوبان مع زيادة محتوى الشوائب. ويشكل هذا الانخفاض في درجة الانصهار أساس مقياس الانصهار ( Purity Determination ) وفقًا لنظرية فان هوف [3]. ولذلك، فإن الشوائب المتساوية الانصهار (Eutectic impurities) تعتبر حرجة بشكل خاص، حيث إنها تؤثر على سلوك الانصهار وتتداخل مع قابلية المعالجة. ومن ثم، فإن التحليل الحراري السريع للنقاء أمر ضروري لمراقبة الجودة [4].
من خلال تحليل بداية ذروة الانصهار كدالة للجزء المنصهر، يمكن تقدير نقاء المادة باستخدام معادلة فان هوف (المعادلة 1)، كما هو موضح في الطريقة أ من معيار ASTM E928 [5]. وتربط هذه المعادلة درجة انخفاض نقطة الانصهار بتركيز الشوائب اليوتكتية.
حيث:
TS: درجة حرارة العينة [K]
T0: درجة حرارة انصهار المادة النقية [K]
R: ثابت الغاز (= 8.314 J/mol-1·K-1)
x: الكسر المولي للشوائب
Hf: حرارة الانصهار [J·mol-1]، محسوبة من مساحة الذروة
F: نسبة المادة المنصهرة
لتحديد تركيز الشوائب في عينة ما، من الضروري استيفاء بعض الشروط:
- يجب أن تكون المادة بلورية. ∙ يجب ألا تشكل المادة والشوائب محاليل صلبة؛ أي أنهما غير قابلين للامتزاج في الحالة الصلبة.
- تشكل المادة نظامًا يوتيكيًا مع الشوائب؛ أي أن المادة والشوائب تشكلان خليطًا متجانسًا يذوب ويتصلب مثل المادة النقية.
- يجب تحويل المركبات التي تظهر تعدد الأشكال بشكل كامل إلى شكل واحد فقط.
- يجب ألا تتحلل المادة أثناء الذوبان.
يتم وصف الإجراء الخاص بتحديد النقاء باستخدام DSC في USP <891>، وPh. Eur. 2.2.34، وفي معايير أخرى متنوعة، مثل ASTM E928 وDIN 51007 [3،6].
وعلى وجه التحديد، يصف المعيار ASTM E928 [5] ويقنّن معايير الأداء الخاصة بتحليل DSC للمواد عالية النقاء (تركيز >98.5 مول-٪، c <20٪، انحراف <0.5 مول-٪ مقارنة بالطرق المرجعية) ويحدد الشروط المحددة التي يجب إجراء قياسات DSC في ظلها.
الكاربامازيبين (CBZ) هو مضاد للتشنجات اصطناعي اكتشفته مجموعة نوفارتيس في عام 1953، وهو متوفر تجاريًا منذ عام 1962 (الشكل 1). المادة النقية عبارة عن مسحوق أبيض بلوري متعدد الأشكال (الأشكال من I إلى IV، ثنائي الهيدرات) يتراوح درجة انصهاره بين 191 و192 درجة مئوية (الشكل I) وتبلغ كتلته المولية 236.27 جم/مول. وتستند آلية عمل الكاربامازيبين (CBZ) إلى تثبيط قنوات الصوديوم (Na+) التي تعمل بالجهد الكهربائي. ويكمن استخدامه الصيدلاني الأساسي في علاج الصرع، وألم العصب الثلاثي التوائم، والاضطرابات ثنائية القطب. ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام الكاربامازيبين (CBZ) أثناء انسحاب الكحول أو لعلاج الألم العصبي [7،8].
في هذه الدراسة، قمنا بتطبيق مخطط فان هوف (van’t Hoff plot) لتحديد كمية الشوائب في معيارين تحليليين للكاربامازيبين بنقاوتين مختلفتين تم تحديدهما بواسطة HPLC. ووفقًا لمعيار ASTM E928، قمنا بتقييم قابلية تطبيق وموثوقية طريقة التحليل الحراري التفاضلي (DSC) في Identify small للاختلافات في نقاء هذه المواد المرجعية.
تجريبي
بالنسبة لـ « Purity Determination » من شركة DSC، تم اختيار معيارين تحليليين (ثانويين) مختلفين لنفس المادة الفعالة الدوائية، وهي الكاربامازيبين (CBZ). وقد تم تصنيع كلا المنتجين من قبل شركة Sigma-Aldrich (Merck KGaA)، واستوفيا مواصفات الشركة المصنعة الموضحة في الجدول 1.
الجدول 1: مقارنة بين مواصفات الشركات المصنعة لدرجتي الكاربامازيبين [1،2]
| المعلمة | كاربامازيبين (CBZ-I) | كاربامازيبين (CBZ-II) |
|---|---|---|
| رقم المنتج | 94496 | C4024 |
| الدفعة | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL النقاء | 99.9% (المواصفات: ≥ 99.0%) | 99% (المواصفات: ≥ 98.0%) |
| المظهر | مسحوق أبيض | مسحوق أبيض |
| نقطة الانصهار | 191 إلى 192 درجة مئوية | 191 إلى 192 درجة مئوية |
كشف تحليل HPLC الذي أجرته الشركة المصنعة عن اختلاف بنسبة 0.9% في درجة النقاء بين عينتي CBZ.
يمكن التحقق من صحة هذا الاختلاف في النقاء حرارياً باستخدام قياسات المسح الحراري التفاضلي (DSC) (NETZSCH DSC 300 Caliris® Supreme ) وميزة « Purity Determination » في برنامج NETZSCH Proteus® 9.
يتيح جهاز DSC 300 NETZSCH Caliris® Supreme وبرنامج Proteus® إجراء فحص نقاء DSC متوافق مع معايير ASTM كاختبار سريع، وهو أمر ذو قيمة خاصة لمراقبة المعايير المرجعية التحليلية لمراقبة الجودة.
بروتوكول القياس
قبل إجراء التحليل باستخدام جهاز التحليل الحراري (DSC) طراز 300 من شركة « NETZSCH » Caliris® Supreme ، تم تنظيف أوعية الألومنيوم Concavus® بالإيزوبروبانول وتكييفها حرارياً عند درجة حرارة 425 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة. ثم تم وضع العينات (حوالي 1.5 ملغ) في البوتقات النظيفة وإغلاقها بإحكام.
صُمم برنامج درجة الحرارة بحيث يبدأ عند درجة حرارة أقل بكثير من بداية الانصهار المتوقعة لمراعاة انخفاض نقطة الانصهار الناتج عن الشوائب. استخدم البروتوكول منحنى تسخين من مرحلتين: تسخين سريع مبدئي من 20 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية بمعدل 20 كلفن/دقيقة؛ يليه ارتفاع بطيء في درجة الحرارة بمعدل 0.7 كلفن/دقيقة، من 160 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية. أُجري القياس في جو من غاز النيتروجين بمعدل تدفق للتطهير يبلغ 40 مل/دقيقة للحفاظ على جو خامل داخل الخلية طوال فترة التجربة.
نتائج القياس
يوضح الشكل 2 منحنيات التحليل الحراري (DSC) لدورة التسخين الأولى لكل من CBZ-l وCBZ-ll. وتتوافق درجات الحرارة المستقراء لبدء التفاعل عند 190 درجة مئوية لكل من CBZ-l: 190.2 درجة مئوية / CBZ-ll: 190 درجة مئوية مع القيم الواردة في الأدبيات الخاصة بـ CBZ، وهي 190.2 درجة مئوية وفقًا لـ Lide، D.R [9]، ولكن في حالة CBZ-l، فإنها أعلى بمقدار 0.2 درجة مئوية عن تلك الخاصة بـ CBZ-ll.
كما ذكرنا سابقًا، تؤدي الشوائب الموجودة في العينة إلى انخفاض درجة الانصهار، مما يؤدي إلى اتساع منحنى DSC. من منحنى DSC، تقوم ميزة برنامج النقاء بحساب مخطط فان هوف وتقدم تمثيلاً بيانيًا لبيانات تحليل النقاء باستخدام DSC؛ انظر الشكل 3. ويقوم المخطط برسم درجة حرارة الانصهار مقابل مقلوب نسبة الجزء المنصهر (1/F)، حيث يمثل F نسبة الجزء من إجمالي مساحة ذروة الانصهار.
عادةً ما لا يكون المنحنى خطيًّا، حيث تشير زيادة عدم الخطية إلى ارتفاع كمية الشوائب. وينشأ هذا الانحراف عن تأثيرات ما قبل الانصهار التي لا يمكن لـ DSC اكتشافها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤثر برنامج القياس وتحليل البيانات أيضًا على خطية المنحنى. على سبيل المثال، إن بدء مرحلة رفع درجة الحرارة بمعدل منخفض في وقت قريب جدًا من بداية الانصهار سيؤدي إلى الحصول على درجة حرارة انصهار خاطئة،TS. ومع ذلك، إذا تم اختيار نطاق درجة الحرارة بشكل صحيح، فإن الضبط غير الصحيح لمنطقة الذروة سيتداخل مع حدود تكامل الذروة، مما يؤثر على حرارة الانصهار المحسوبة،Hf. وستؤدي كلتا الحالتين إلى تفاقم عدم خطية المنحنى.
لتحقيق الخطية، يطبق برنامج التحليل عامل تصحيح، c، يُضاف بشكل متناسب إلى كل من المساحة الإجمالية للذروة وكل مساحة جزئية، F. ينتج عن هذا التعديل التكراري قيمة F مصححة تُنتج علاقة خطية في المعادلةTS = f(1/F)
بالإضافة إلى منحنى DSC الذي تم الحصول عليه، تتطلب ميزة برنامج « Purity Determination » معرفة الوزن الجزيئي للمادة النقية لتقديم النتائج بنسبة المول٪. ويتم تحديد درجة النقاء النهائية من ميل الخط المستقيم المرسوم للبيانات، بينما يوفر الاستقراء إلى 1/F = 0 درجة حرارة الانصهار النظرية للمادة النقية بنسبة 100٪. تكون النتائج موثوقة فقط عندما تُظهر البيانات المعدلة خطية، ويكون مستوى النقاء أعلى من 98.5٪، ويكون معامل التصحيح، c، أقل من 20٪ [4].
تبلغ درجة الانصهار النظرية لـ CBZ النقي بنسبة 100% 190.425 درجة مئوية بالنسبة لـ CBZ-l و190.411 درجة مئوية بالنسبة لـ CBZ-ll، مقارنةً بدرجة حرارة الانصهار البالغة 190.358 درجة مئوية و190.320 درجة مئوية، على التوالي. وبلغ محتوى الشوائب المحسوب لعينة CBZ-l التي تم قياسها 0.098 مول٪، وبلغ 0.135 مول٪ بالنسبة لـ CBZ-ll. يقل معامل التصحيح لكلا العينتين عن 10٪، حيث بلغ 4.633٪ لعينة CBZ-l و6.978٪ لعينة CBZ-ll، مما يدل على الجودة العالية للبيانات والتوافق مع معيار ASTM. بعد القياس، تم وزن العينة مرة أخرى، ولم يُكتشف أي فقدان في الكتلة. وهذا يؤكد عدم حدوث أي تحلل للعينة أو تطاير أثناء القياس، وهو ما يتوافق أيضًا مع الحد الأقصى لفقدان الوزن البالغ 1% المحدد في معيار ASTM.
تبلغ نقاء CBZ-l (99.9% HPLC) 99.902 مول٪، بينما تبلغ نقاء CBZ-ll (99% HPLC) 99.865 مول٪. يُعتبر الفرق البالغ 0.037% هامشيًا ولكنه ذو دلالة إحصائية وفقًا لاختبار t ثنائي الذيل، على الرغم من ضرورة مراعاة العدد المحدود من التكرارات (الشكل 4). وتشير القيمة c الأقل لـ CBZ-l (4.8% مقابل 6.2%) إلى انصهار مسبق أقل، وهو ما قد يعزى إلى درجة نقاء أعلى [6].
تعكس النتائج الحالية مواصفات الشركة المصنعة، وبالتالي تدعم حساسية وموثوقية هذه الطريقة التحليلية الحرارية. الفرق في درجة النقاء المحددة بواسطة DSC البالغ 0.037% (CBZ-l مقابل CBZ-ll) يعكس فقط الشوائب اليوتكتية، وهي نوع الشوائب التي يمكن لـ DSC اكتشافها. وتقع الشوائب المكتشفة ضمن نطاق طريقة ASTM، أي أقل من 1.5 مول٪، وتتجاوز حد الكشف الكمي البالغ 0.001 مول٪.
الخلاصة
تخلص هذه الدراسة إلى أن جهاز التحليل الحراري (DSC) DSC 300 من شركة « NETZSCH » Caliris® Supreme ، بالاقتران مع ميزة البرنامج « Purity Determination » المتوفرة على الموقع NETZSCH Proteus® الخاصة بجهاز DSC، يُعد الخيار الأمثل لفحص الشوائب التي تؤثر على عملية الانصهار، وبالتالي لتحديد درجة نقاء العديد من المستحضرات الصيدلانية، بما في ذلك التمييز بين درجات نقاء المعايير التحليلية المختلفة.
شكر وتقدير
نتوجه بخالص الشكر إلى غابرييل كايزر والدكتور ستيفان شمولزر على مساهماتهما القيمة في التقييم الفني وتفسير النتائج.