Introduction
Klavulaanihappo on β-laktamaasin estäjälääke, joka vahvistaa antibiootin vaikutusta infektiota vastaan. Yksin annettuna sillä on vain heikko antibakteerinen vaikutus useimpiin organismeihin, mutta yhdessä muiden ß-laktamiantibioottien kanssa annettuna se estää mikrobilaktamaasin aiheuttaman antibiootin inaktivoitumisen [1].
Sitä käytetään yleisesti kaliumsuolana, kaliumklavulanaattina, koska tämä aine on vakaampi ja vähemmän hygroskooppinen kuin klavulaanihappo. Kaliumklavulanaatti on kuitenkin edelleen erittäin hygroskooppinen ja altis hydrolyysille, jos sitä säilytetään kosteassa ympäristössä [3]. Tämän vuoksi säilytysolosuhteet on valittava huolellisesti. Lisäksi on otettava huomioon kaliumklavulanaattia sisältävissä lääkevalmisteissa käytettävien komponenttien vesipitoisuus.
Seuraavassa tutkitaan kosteuden vaikutusta kaliumklavulanaatin termiseen hajoamiseen TGA-FT-IR-menetelmällä.
Testiolosuhteet
Three samples of potassium clavulanate were tested: the original substance and two additional samples, which were stored in an open vessel placed above the water in a sealed water container. One sample of the samples from within the water container was tested after one week of storage; the second was tested after two weeks.
All three samples (without treatment, after one week and after two weeks in a humid atmosphere) were prepared in sealed aluminum crucibles.
The TGA measurements were carried out with the TG 209 F1 Libra® under a dynamic nitrogen atmosphere (40 ml/min). A piercing device automatically pierced the crucible lid just prior to the measurement. The gases evolved during heating at 10 K/min to 600°C were directly transferred via the transfer line into the FT-IR spectrometer by Bruker Optics.
Testitulokset
Kuvassa 2 esitetään kaliumklavulanaatin massanmuutokset vesikäsittelyn kanssa ja ilman vesikäsittelyä. Heti kuumentamisen alettua tapahtuu alustava massahäviö.
Viikon ajan vedessä säilytetyssä näytteessä massahäviö on 43 prosenttia. näytteessä, jota on säilytetty 2 viikkoa, tapahtuu 58 prosentin massahäviö. Alkuperäisessä näytteessä tämä massahäviö on 1,8 %.
Kuvissa 3, 4 ja 5 esitetään kolmiulotteinen esitys kolmen eri näytteen kuumentamisen aikana vapautuvien kaasujen FT-IR-spektreistä.
Kaliumklavulanaatin ensimmäisen massahäviövaiheen aikana ilman vedenkäsittelyä voidaan havaita vain veden vapautuminen (ks. NETZSCH application note 118/2018 [4]).
Figure 6 shows the FT-IR spectrum of the gases evolved at 119°C from potassium clavulanate stored for one week in a humid atmosphere. In addition to the typical FT-IR spectrum of water, the bands between 2200 cm-1 and 2400 cm-1 prove the presence of carbon dioxide. The mass-loss step of 43% therefore results from an overlapping release of water and CO2, indicating the start of the clavulanate decomposition.
The same conclusion can be drawn from the spectrum at 119°C of the sample stored for two weeks (figure 7).
In the sample without water treatment, decomposition starts at 172°C (onset temperature of the TGA curve) with the release of solely CO2 (figure 8).
For all three samples, decomposition continues with two additional steps, with mass losses of 42% and 13% for the sample without storage, 23% and 9% for the sample after 1-week storage and 16% and 7% for potassium clavulanate stored for 2 weeks.
The first of these steps above 200°C is associated with the release of carbon dioxide and carbon monoxide. The presence of ammonia can also be detected, but only in low concentrations (figure 9). The longer the duration of the water treatment, the lower the temperature at which this mass loss occurs, beginning at 288°C for the sample without storage and at 254°C for potassium clavulanate stored for 2 weeks in a humid atmosphere.
Viimeisessä massanmenetysvaiheessa, noin 380 °C:n ja 600 °C:n välillä, kaasun koostumus on samanlainen: FT-IR-spektrissä metaani, hiilidioksidi ja ammoniakki esiintyvät vierekkäin 450 °C:n lämpötilassa (kuva 10). Kolmesta näytteestä tehtyjen TGA-FT-IR-mittausten tulokset ja kytkentäkokeesta tehdyt päätelmät on esitetty kuvassa 11. Lisäksi kuvassa 11 on esitetty TGA-FT-IR-mittausten tulokset ja kytkentäkokeesta tehdyt päätelmät.
Conclusion
Kaliumklavulanaatilla on taipumus hydrolyysiin [3]. Tämän ominaisuuden seurausten tutkimiseksi kaliumklavulanaattia säilytettiin eri aikoina kosteassa ilmakehässä. TGA:n avulla voidaan havaita hydrolyysin erot. Kosteassa ilmakehässä säilytetyissä näytteissä on vain kolme massahäviöaskelta, kun taas käsittelemättömässä näytteessä on neljä massahäviöaskelta.
TGA-FT-IR-kytkennän avulla voidaan analysoida käsiteltyjen ja käsittelemättömien näytteiden kuumentamisen aikana kehittyneet kaasut. Se osoittaa selvästi, että kosteassa ilmakehässä säilytettyjen näytteiden ensimmäinen massahäviö ei johdu pelkästään veden vapautumisesta vaan myöshiilidioksidin vapautumisesta. Tämä seikka viittaa jo aineen hajoamiseen. Kaliumklavulanaatin hajoamislämpötila siirtyy alhaisempiin lämpötiloihin, kun sitä säilytetään kosteassa ilmakehässä. Tämä voi olla syy siihen, että kaliumklavulanaatin varastointia suositellaan +2 °C:n ja +8 °C:n välille [5]. Seuraavat massahäviövaiheet ovat samankaltaisia prosesseja kaikissa kolmessa näytteessä, koska samat kaasut vapautuvat - riippumatta siitä, säilytettiinkö näytettä kosteassa ilmakehässä.
Kosteuden vaikutus kaliumklavulanaattiin on otettava huomioon, kun lääkkeitä varastoidaan erilaisissa ilmasto-olosuhteissa. Erityisesti trooppisissa maissa, joissa kosteus ja lämpötila ovat korkeita, on varmistettava, että säilyvyysaika ei lyhene varastoinnin aikana tapahtuvan hajoamisen vuoksi.