Introducción
Purity Determination Es una medida clave de control de calidad para garantizar que una sustancia sea segura, fiable y apta para la aplicación prevista. Confirma la identidad y la calidad del compuesto deseado tras su aislamiento, síntesis o producción, y verifica que esté libre de impurezas significativas, como materias primas sin reaccionar, subproductos y contaminantes. Este análisis ayuda a evaluar la eficacia de un proceso de síntesis o producción, indica si es necesaria una purificación adicional y garantiza la uniformidad entre los lotes de producción.
Si una sustancia está destinada a aplicaciones terapéuticas, el análisis de « Purity Determination » cobra aún mayor relevancia. La pureza de los principios activos farmacéuticos es fundamental para su idoneidad para el uso farmacéutico. Las impurezas pueden provocar efectos tóxicos o comprometer la estabilidad y la biodisponibilidad del principio activo farmacéutico (API) durante la formulación y el procesamiento. Desde el punto de vista del control de calidad, esto es especialmente relevante para los patrones analíticos, que se utilizan como materiales de referencia para el desarrollo de métodos, la calibración y el control rutinario.
Impurezas eutécticas
Una impureza puede formar un sistema eutéctico con una sustancia si es soluble en la fase líquida pero insoluble en la fase sólida. En la calorimetría diferencial de barrido (DSC), estas impurezas pueden afectar al comportamiento de fusión del material, reduciendo la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión observada y ensanchando la endoterma de fusión a medida que aumenta el contenido de impurezas. Esta disminución del Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión constituye la base de l Purity Determination o según la teoría de van’t Hoff [3]. Por lo tanto, las impurezas eutécticas son especialmente críticas, ya que afectan al comportamiento de fusión e interfieren en la procesabilidad. De ahí que el análisis térmico rápido de la pureza sea esencial para el control de calidad [4].
Al analizar el inicio del pico de fusión en función de la fracción fundida, se puede estimar la pureza de una sustancia utilizando la ecuación de van’t Hoff (ecuación 1), tal y como se describe en el método A de la norma ASTM E928 [5]. Esta ecuación relaciona el grado de depresión del Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión con la concentración de impurezas eutécticas.
Donde:
TS: temperatura de la muestra [K]
T0: Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión de la sustancia pura [K]
R: constante de los gases (= 8,314 J/mol⁻¹·K⁻¹)
x: fracción molar de la impureza
Hf: calor de fusión [J·mol⁻¹], calculado a partir del área del pico
F: fracción fundida
Para determinar la concentración de impurezas en una muestra, es necesario establecer una serie de condiciones:
- La sustancia debe ser cristalina. ∙ La sustancia y la impureza no deben formar soluciones sólidas; es decir, deben ser inmiscibles en la fase sólida.
- La sustancia forma un sistema eutéctico con la impureza; es decir, la sustancia y la impureza forman una mezcla homogénea que se funde y se solidifica como una sustancia pura.
- Los compuestos que presentan PolimorfismoEl polimorfismo es la capacidad de un material sólido de formar diferentes estructuras cristalinas (sinónimos: formas, modificaciones).polimorfismo deben convertirse completamente en un único polimorfo.
- La sustancia no debe degradarse durante la fusión.
El procedimiento para determinar la pureza mediante DSC se describe en la USP <891>, la Ph. Eur. 2.2.34 y en otras normas, como la ASTM E928 y la DIN 51007 [3,6].
Concretamente, la norma ASTM E928 [5] describe y normaliza los criterios de rendimiento específicos de la DSC para materiales de alta pureza (concentración >98,5 % mol, c <20 %, sesgo <0,5 % mol respecto a los métodos de referencia) y define las condiciones específicas en las que deben realizarse las mediciones por DSC.
La carbamazepina (CBZ) es un anticonvulsivo sintético descubierto en 1953 por el Grupo Novartis y disponible en el mercado desde 1962 (figura 1). La sustancia pura es un polvo blanco, cristalino y polimórfico (formas I–IV, dihidrato) con un intervalo de fusión de 191–192 °C (forma I) y una masa molar de 236,27 g/mol. El mecanismo de acción de la CBZ se basa en la inhibición de los canales de Na+ dependientes del voltaje. Su principal uso farmacéutico es en el tratamiento de la epilepsia, la neuralgia del trigémino y los trastornos bipolares. Sin embargo, la CBZ también puede utilizarse durante la abstinencia alcohólica o para tratar el dolor neuropático [7,8].
En este estudio, aplicamos el gráfico de van’t Hoff para determinar la cantidad de impurezas en dos patrones analíticos de carbamazepina con diferentes grados de pureza determinados mediante HPLC. Siguiendo la norma ASTM E928, evaluamos la aplicabilidad y la fiabilidad del método DSC para Identify small diferencias en la pureza de dichos materiales de referencia.
Experimental
Para el estudio « Purity Determination » realizado por DSC, se seleccionaron dos patrones analíticos (secundarios) diferentes del mismo principio activo farmacéutico, la carbamazepina (CBZ). Ambos productos fueron fabricados por Sigma-Aldrich (Merck KGaA) y cumplían las especificaciones del fabricante que se muestran en la tabla 1.
Tabla 1: Comparación de las especificaciones de los fabricantes para los dos grados de carbamazepina [1,2]
| Parámetro | Carbamazepina (CBZ-I) | Carbamazepina (CBZ-II) |
|---|---|---|
| Número de producto | 94496 | C4024 |
| Lote | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL Pureza | 99,9 % (Especificaciones: ≥ 99,0 %) | 99 % (Especificaciones: ≥ 98,0 %) |
| Aspecto | Polvo blanco | Polvo blanco |
| Punto de fusión | De 191 a 192 °C | De 191 a 192 °C |
El análisis por HPLC realizado por el fabricante reveló una diferencia del 0,9 % en la pureza entre las dos muestras de CBZ.
Esta diferencia en la pureza puede validarse térmicamente mediante mediciones de calorimetría diferencial de barrido (DSC) (NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme ) y la función « Purity Determination » del software NETZSCH Proteus® 9.
El software NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme y Proteus® permite realizar un análisis de pureza mediante DSC conforme a la norma ASTM como prueba rápida, lo que resulta especialmente valioso para supervisar los patrones de referencia analíticos con fines de control de calidad.
Protocolo de medición
Antes del análisis con el DSC 300 de NETZSCH Caliris®Supreme , las bandejas de aluminio Concavus® se limpiaron con isopropanol y se acondicionaron térmicamente a 425 °C durante un minuto. A continuación, se introdujeron muestras (~1,5 mg) en crisoles limpios y se sellaron herméticamente.
El programa de temperatura se diseñó para comenzar muy por debajo del inicio previsto de la fusión, con el fin de tener en cuenta la disminución del Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión inducida por impurezas. El protocolo empleó un perfil de calentamiento en dos etapas: calentamiento rápido inicial, de 20 °C a 160 °C a 20 K/min; seguido de un aumento lento de la temperatura a 0,7 K/min, de 160 °C a 200 °C. La medición se realizó en atmósfera de nitrógeno con un caudal de purga de 40 ml/min para mantener una atmósfera inerte en la celda durante todo el experimento.
Resultados de las mediciones
La figura 2 muestra las curvas DSC correspondientes al primer ciclo de calentamiento de CBZ-l y CBZ-ll. Las temperaturas de inicio extrapoladas a 190 °C para CBZ-l: 190,2 °C / CBZ-ll: 190 °C concuerdan con los valores de la bibliografía para el CBZ, 190,2 °C según Lide, D.R [9], aunque en el caso del CBZ-l es 0,2 °C superior a la del CBZ-ll.
Como se ha indicado anteriormente, la impureza de la muestra reducirá el Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión, lo que ensanchará la curva DSC. A partir de la curva DSC, la función de pureza del software calcula el gráfico de van't Hoff y ofrece una representación gráfica de los datos del análisis de pureza por DSC; véase la figura 3. En él se representa la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión en función de la recíproca de la fracción fundida (1/F), donde F representa la parte del área total del pico de fusión.
La curva no suele ser lineal, y una mayor no linealidad indica una mayor cantidad de impurezas. Esta desviación se debe a efectos previos a la fusión que no pueden detectarse mediante DSC. Además, el programa de medición y el análisis de datos también pueden influir en la linealidad de la curva. Por ejemplo, si se inicia el segmento de aumento de temperatura a baja velocidad demasiado cerca del inicio de la fusión, se obtendrá una Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión (TS) errónea. Sin embargo, si se ha seleccionado adecuadamente el rango de temperaturas, un ajuste incorrecto del área del pico interferirá con los límites de integración del pico, lo que influirá en el cálculo del calor de fusión (Hf). Ambas situaciones agravarán la no linealidad de la gráfica.
Para lograr la linealidad, el software de análisis aplica un factor de corrección, c, que se suma proporcionalmente tanto al área total del pico como a cada área fraccional, F. Este ajuste iterativo da como resultado un valor F corregido que produce una relación lineal en la ecuaciónTS = f(1/F)
Además de la curva DSC obtenida, la función del software « Purity Determination » requiere el peso molecular de la sustancia pura para proporcionar resultados en % molar. La pureza final se determina a partir de la pendiente de los datos linealizados, mientras que la extrapolación a 1/F = 0 proporciona la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión teórica del material 100 % puro. Los resultados solo son fiables cuando los datos ajustados muestran linealidad, el nivel de pureza es superior al 98,5 % y el factor de corrección, c, es inferior al 20 % [4].
El Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión teórico del CBZ 100 % puro es de 190,425 °C para el CBZ-l y de 190,411 °C para el CBZ-ll, en comparación con la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión de 190,358 °C y 190,320 °C, respectivamente. El contenido de impurezas calculado de la muestra de CBZ-l analizada fue del 0,098 % molar y, para el CBZ-ll, del 0,135 % molar. El factor de corrección para ambas muestras es inferior al 10 %: un 4,633 % para CBZ-l y un 6,978 % para CBZ-ll, lo que demuestra la alta calidad de los datos y el cumplimiento de la norma ASTM. Tras la medición, se volvió a pesar la muestra y no se detectó ninguna pérdida de masa. Esto confirma que durante la medición no se produjo ni Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de la muestra ni volatilización, lo que también cumple con la pérdida de peso máxima del 1 % especificada en la norma ASTM.
La pureza del CBZ-l (99,9 % HPLC) es del 99,902 % mol, mientras que la del CBZ-ll (99 % HPLC) es del 99,865 % mol. La diferencia del 0,037 % se considera marginal, pero estadísticamente significativa según una prueba t de dos colas, aunque debe tenerse en cuenta el número limitado de réplicas (figura 4). El menor valor de c del CBZ-l (4,8 % frente a 6,2 %) sugiere un menor prefusión, lo que puede deberse a un mayor grado de pureza [6].
Los presentes resultados reflejan las especificaciones del fabricante y, por lo tanto, respaldan la sensibilidad y la fiabilidad de este método termoanalítico. La diferencia en la pureza determinada mediante DSC, del 0,037 % (CBZ-l frente a CBZ-ll), refleja únicamente impurezas eutécticas, que son el tipo de impureza que el DSC puede detectar. La impureza detectada se encuentra dentro del rango del método ASTM, < 1,5 mol%, y supera el límite de detección cuantitativa de 0,001 mol%.
Conclusión
Este estudio concluye que el DSC 300 de NETZSCH Caliris®Supreme , en combinación con la función de software « Purity Determination » de NETZSCH Proteus® para DSC, resulta ideal para detectar impurezas que influyen en el proceso de fusión y, por consiguiente, para determinar la pureza de numerosos productos farmacéuticos, incluida la diferenciación entre los grados de pureza de distintos patrones analíticos.
Agradecimientos
Muchísimas gracias a Gabriele Kaiser y al Dr. Stefan Schmölzer por sus valiosas aportaciones a la evaluación técnica y la interpretación de los resultados.