Introduction
Purity Determination Il s'agit d'une mesure essentielle de contrôle qualité visant à garantir qu'une substance est sûre, fiable et adaptée à l'usage auquel elle est destinée. Elle permet de confirmer l'identité et la qualité du composé souhaité après son isolement, sa synthèse ou sa production, et de vérifier qu'il est exempt d'impuretés significatives telles que des matières premières n'ayant pas réagi, des sous-produits et des contaminants. Cette analyse permet d’évaluer l’efficacité d’un procédé de synthèse ou de production, indique si une purification supplémentaire est nécessaire et garantit la cohérence entre les lots de production.
Si une substance est destinée à des applications thérapeutiques, l’ Purity Determination e revêt une importance encore plus grande. La pureté des principes actifs pharmaceutiques est essentielle pour garantir leur aptitude à l’usage pharmaceutique. Les impuretés peuvent entraîner des effets toxiques ou compromettre la stabilité et la biodisponibilité du principe actif pharmaceutique (API) lors de la formulation et de la transformation. Du point de vue de l’assurance qualité, cela est particulièrement pertinent pour les étalons analytiques, qui servent de matériaux de référence pour le développement de méthodes, l’étalonnage et les contrôles de routine.
Impuretés eutectiques
Une impureté peut former un système eutectique avec une substance si elle est soluble dans la phase liquide mais insoluble dans la phase solide. En calorimétrie différentielle à balayage (DSC), ces impuretés peuvent influencer le comportement à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion du matériau en abaissant la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion observée et en élargissant l’endothermie de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion à mesure que la teneur en impuretés augmente. Cette abaissement du Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion est à la base de l’ Purity Determination, conformément à la théorie de van’t Hoff [3]. Les impuretés eutectiques sont donc particulièrement critiques, car elles affectent le comportement à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion et nuisent à l’aptitude au traitement. Par conséquent, une analyse thermique rapide de la pureté est essentielle pour le contrôle qualité [4].
En analysant l’apparition du pic de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion en fonction de la fraction fondue, la pureté d’une substance peut être estimée à l’aide de l’équation de van’t Hoff (équation 1), comme décrit dans la méthode A de la norme ASTM E928 [5]. Elle établit un lien entre le degré d’abaissement du Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion et la concentration en impuretés eutectiques.
Où :
TS: température de l'échantillon [K]
T0: Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion de la substance pure [K]
R : constante des gaz (= 8,314 J/mol⁻¹·K⁻¹)
x : fraction molaire de l'impureté
Hf: chaleur de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion [J·mol⁻¹], calculée à partir de l'aire du pic
F : fraction fondue
Pour déterminer la concentration en impuretés d'un échantillon, il est nécessaire de définir certaines conditions :
- La substance doit être cristalline. ∙ La substance et l'impureté ne doivent pas former de solutions solides ; c'est-à-dire qu'elles sont immiscibles en phase solide.
- La substance forme un système eutectique avec l’impureté ; cela signifie que la substance et l’impureté forment un mélange homogène qui fond et se solidifie comme une substance pure.
- Les composés présentant un PolymorphismeLe polymorphisme est la capacité d'un matériau solide à former différentes structures cristallines (synonymes : formes, modifications).polymorphisme doivent être entièrement transformés en un seul polymorphe.
- La substance ne doit pas se dégrader pendant la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion.
La procédure de détermination de la pureté par DSC est décrite dans l’USP <891>, la Ph. Eur. 2.2.34, ainsi que dans diverses autres normes, telles que l’ASTM E928 et la DIN 51007 [3,6].
Plus précisément, la norme ASTM E928 [5] décrit et normalise les critères de performance spécifiques à la DSC pour les matériaux de haute pureté (concentration > 98,5 % mol, c < 20 %, écart < 0,5 % mol par rapport aux méthodes de référence) et définit les conditions spécifiques dans lesquelles les mesures par DSC doivent être effectuées.
La carbamazépine (CBZ) est un anticonvulsivant synthétique découvert en 1953 par le groupe Novartis et commercialisé depuis 1962 (figure 1). La substance pure se présente sous la forme d’une poudre blanche, cristalline et polymorphe (formes I à IV, dihydrate) dont l’intervalle de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion est compris entre 191 et 192 °C (forme I) et dont la masse molaire est de 236,27 g/mol. Le mécanisme d’action de la CBZ repose sur l’inhibition des canaux sodiques voltage-dépendants. Son utilisation pharmaceutique principale concerne le traitement de l’épilepsie, de la névralgie du trijumeau et des troubles bipolaires. Cependant, la CBZ peut également être utilisée lors du sevrage alcoolique ou pour traiter les douleurs neuropathiques [7,8].
Dans cette étude, nous avons appliqué le diagramme de van’t Hoff pour déterminer la quantité d’impuretés présentes dans deux étalons analytiques de carbamazépine présentant des puretés différentes, déterminées par HPLC. Conformément à la norme ASTM E928, nous avons évalué l’applicabilité et la fiabilité de la méthode DSC pour Identify small mettre en évidence les différences de pureté de ces matériaux de référence.
Expérimental
Pour l’étude « Purity Determination » menée par DSC, deux étalons analytiques (secondaires) différents du même principe actif, la carbamazépine (CBZ), ont été sélectionnés. Ces deux produits ont été fabriqués par Sigma-Aldrich (Merck KGaA) et répondaient aux spécifications du fabricant indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1 : Comparaison des caractéristiques techniques fournies par les fabricants pour les deux dosages de carbamazépine [1,2]
| Paramètre | Carbamazépine (CBZ-I) | Carbamazépine (CBZ-II) |
|---|---|---|
| Référence | 94496 | C4024 |
| Lot | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL Pureté | 99,9 % (spécifications : ≥ 99,0 %) | 99 % (spécifications : ≥ 98,0 %) |
| Aspect | Poudre blanche | Poudre blanche |
| Point de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion | 191 à 192 °C | 191 à 192 °C |
L'analyse HPLC réalisée par le fabricant a révélé une différence de 0,9 % de pureté entre les deux échantillons de CBZ.
Cette différence de pureté peut être validée thermiquement à l’aide de mesures par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) (NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme ) et de la fonctionnalité « Purity Determination » du logiciel NETZSCH Proteus® 9.
Caliris® Le DSC 300 NETZSCH Supreme et le logiciel Proteus® permettent un criblage de la pureté par DSC conforme à la norme ASTM sous forme de test rapide, particulièrement utile pour le suivi des étalons de référence analytiques dans le cadre du contrôle qualité.
Protocole de mesure
Avant l'analyse réalisée à l'aide du DSC 300 d'NETZSCH Caliris®Supreme , les récipients en aluminium Concavus® ont été nettoyés à l'isopropanol et conditionnés thermiquement à 425 °C pendant une minute. Des échantillons (~1,5 mg) ont ensuite été placés dans des creusets nettoyés, puis scellés hermétiquement.
Le programme de température a été conçu pour démarrer bien en dessous du début de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion prévu, afin de tenir compte de l’abaissement du Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion induit par les impuretés. Le protocole prévoyait un profil de chauffage en deux étapes : un chauffage rapide initial, de 20 °C à 160 °C à une vitesse de 20 K/min ; suivi d’une augmentation lente de la température à une vitesse de 0,7 K/min, de 160 °C à 200 °C. La mesure a été réalisée sous azote avec un débit de purge de 40 ml/min afin de maintenir une atmosphère inerte dans la cellule tout au long de l’expérience.
Résultats des mesures
La figure 2 présente les courbes DSC correspondant au premier cycle de chauffage du CBZ-l et du CBZ-ll. Les températures d'apparition extrapolées à 190 °C pour le CBZ-l (190,2 °C) et le CBZ-ll (190 °C) concordent avec les valeurs rapportées dans la littérature pour le CBZ, à savoir 190,2 °C selon Lide, D.R [9] ; toutefois, dans le cas du CBZ-l, elle est supérieure de 0,2 °C à celle du CBZ-ll.
Comme indiqué précédemment, la présence d’impuretés dans l’échantillon abaisse le Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion, ce qui entraîne un élargissement de la courbe DSC. À partir de la courbe DSC, la fonctionnalité « pureté » du logiciel calcule le graphique de van't Hoff et fournit une représentation graphique des données d'analyse de pureté par DSC ; voir la figure 3. Elle trace la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion en fonction de l'inverse de la fraction fondue (1/F), où F représente la partie de l'aire totale du pic de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion.
La courbe n'est généralement pas linéaire ; une non-linéarité plus importante indique une concentration plus élevée en impuretés. Cet écart résulte d'effets de pré-fusion qui ne peuvent pas être détectés par la DSC. De plus, le programme de mesure et l'analyse des données peuvent également influencer la linéarité de la courbe. Par exemple, si le segment d’augmentation de température à faible vitesse commence trop près du début de la fusion, la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion (TS) obtenue sera erronée. En revanche, si la plage de température a été correctement choisie, un réglage incorrect de l’aire du pic perturbera les limites d’intégration du pic, ce qui affectera la chaleur de fusion calculée (Hf). Ces deux situations accentueront la non-linéarité de la courbe.
Pour obtenir la linéarité, le logiciel d’analyse applique un facteur de correction, c, qui est ajouté proportionnellement à la fois à l’aire totale du pic et à chaque aire fractionnaire, F. Cet ajustement itératif donne une valeur F corrigée qui produit une relation linéaire dans l’équationTS = f(1/F)
Outre la courbe DSC obtenue, la fonctionnalité du logiciel « Purity Determination » nécessite le poids moléculaire de la substance pure pour fournir des résultats en % molaire. La pureté finale est déterminée à partir de la pente des données linéarisées, tandis que l’extrapolation jusqu’à 1/F = 0 fournit la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion théorique du matériau pur à 100 %. Les résultats ne sont fiables que lorsque les données ajustées présentent une linéarité, que le niveau de pureté est supérieur à 98,5 % et que le facteur de correction, c, est inférieur à 20 % [4].
Le Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion théorique du CBZ pur à 100 % s’élève à 190,425 °C pour le CBZ-l et à 190,411 °C pour le CBZ-ll, contre des températures de fusion de 190,358 °C et 190,320 °C, respectivement. La teneur en impuretés calculée pour l’échantillon de CBZ-l mesuré était de 0,098 % molaire et celle du CBZ-ll de 0,135 % molaire. Le facteur de correction pour les deux échantillons est inférieur à 10 %, soit 4,633 % pour le CBZ-l et 6,978 % pour le CBZ-ll, ce qui démontre la haute qualité des données et la conformité à la norme ASTM. Après la mesure, l’échantillon a été pesé à nouveau et aucune perte de masse n’a été détectée. Cela confirme qu’aucune Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition de l’échantillon ni aucune volatilisation ne s’est produite pendant la mesure, ce qui est également conforme à la perte de masse maximale de 1 % spécifiée dans la norme ASTM.
La pureté du CBZ-l (99,9 % HPLC) est de 99,902 % en moles, tandis que celle du CBZ-ll (99 % HPLC) est de 99,865 % en moles. La différence de 0,037 % est considérée comme marginale mais statistiquement significative selon un test t bilatéral, bien qu’il faille tenir compte du nombre limité de réplicats (figure 4). La valeur c plus faible du CBZ-l (4,8 % contre 6,2 %) suggère une pré-fusion moindre, ce qui peut s’expliquer par un degré de pureté plus élevé [6].
Les présents résultats reflètent les spécifications du fabricant et confirment ainsi la sensibilité et la fiabilité de cette méthode thermoanalytique. La différence de pureté de 0,037 % déterminée par DSC (CBZ-l par rapport à CBZ-ll) ne concerne que les impuretés eutectiques, qui sont le type d’impuretés que la DSC est capable de détecter. L’impureté détectée se situe dans la plage définie par la méthode ASTM (< 1,5 mol %), et dépasse la limite de détection quantitative de 0,001 mol %.
Conclusion
Cette étude conclut que le DSC 300 d’ NETZSCH ( Caliris®Supreme ), associé à la fonctionnalité logicielle « Purity Determination » de NETZSCH ( Proteus® ) pour le DSC, est parfaitement adapté au dépistage des impuretés qui influencent le processus de fusion et, par conséquent, à la détermination de la pureté de nombreux produits pharmaceutiques, y compris à la différenciation entre les degrés de pureté de différents étalons analytiques.
Remerciements
Un grand merci à Gabriele Kaiser et au Dr Stefan Schmölzer pour leurs précieuses contributions à l'évaluation technique et à l'interprétation des résultats.