Bevezetés
Purity Determination ez egy kulcsfontosságú minőség-ellenőrzési intézkedés, amely biztosítja, hogy egy anyag biztonságos, megbízható és alkalmas legyen a tervezett felhasználásra. Megerősíti a kívánt vegyület azonosítását és minőségét az izolálás, szintézis vagy gyártás után, és igazolja, hogy az mentes a jelentős szennyeződésektől, mint például a nem reagált kiindulási anyagoktól, melléktermékektől és szennyező anyagoktól. Ez az elemzés segít értékelni a szintézis vagy a gyártási folyamat hatékonyságát, jelzi, hogy szükség van-e további tisztításra, és elősegíti a gyártási tételek közötti konzisztenciát.
Ha egy anyagot terápiás célokra szánnak, a hatóanyag-tisztasági vizsgálat ( Purity Determination ) még nagyobb jelentőséget kap. A hatóanyagok tisztasága döntő fontosságú annak szempontjából, hogy azok gyógyászati célra alkalmasak-e. A szennyeződések toxikus hatásokat okozhatnak, illetve veszélyeztethetik a hatóanyag (API) stabilitását és biológiai hozzáférhetőségét a készítmény előállítása és feldolgozása során. A minőségbiztosítás szempontjából ez különösen fontos az analitikai etalonok esetében, amelyeket referenciamaterialként használnak a módszertan kidolgozásához, a kalibráláshoz és a rutinszerű ellenőrzéshez.
Eutektikus szennyeződések
Egy szennyező anyag akkor képezhet eutektikus rendszert egy anyaggal, ha a folyékony fázisban oldódik, a szilárd fázisban viszont nem oldódik. A differenciális pásztázó kalorimetriában (DSC) az ilyen szennyező anyagok befolyásolhatják az anyag olvadási viselkedését: a szennyezőanyag-tartalom növekedésével csökkentik a megfigyelt olvadási hőmérsékletet és kiszélesítik az olvadási endoterm görbét. Ez az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspont-csökkenés képezi a van’t Hoff-elmélet szerinti hőmérsékletfüggő olvadási görbe ( Purity Determination ) alapját [3]. Az eutektikus szennyeződések ezért különösen kritikusak, mivel befolyásolják az olvadási viselkedést és zavarják a feldolgozhatóságot. Ezért a gyors termikus tisztasági elemzés elengedhetetlen a minőségellenőrzéshez [4].
Az olvadási csúcs kezdetének az olvadt részarány függvényében történő elemzésével az anyag tisztasága a van’t Hoff-egyenlet (1. egyenlet) segítségével becsülhető meg, az ASTM E928 [5] A. módszerében leírtak szerint. Ez összekapcsolja az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspont-csökkenés mértékét az eutektikus szennyeződések koncentrációjával.
Hol:
TS: a minta hőmérséklete [K]
T0: a tiszta anyag olvadáspontja [K]
R: gázállandó (= 8,314 J/mol-1·K-1)
x: a szennyező anyag moláris aránya
Hf: olvadási hő [J·mol-1], a csúcsfelületből számított
F: az olvadt rész aránya
A mintában található szennyezőanyag-koncentráció meghatározásához néhány feltételt kell teljesíteni:
- Az anyagnak kristályosnak kell lennie. ∙ Az anyag és a szennyeződés nem képezhet szilárd oldatot; vagyis szilárd fázisban nem keverednek egymással.
- Az anyagnak eutektikus rendszert kell képeznie a szennyeződéssel; ez azt jelenti, hogy az anyag és a szennyeződés homogén keveréket alkot, amely úgy olvad és szilárdul meg, mint egy tiszta anyag.
- A polimorfizmust mutató vegyületeket teljes mértékben át kell alakítani egyetlen polimorf formává.
- Az anyag nem bomolhat le az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás során.
A DSC-vel történő tisztaságmeghatározás eljárását az USP <891>, a Ph. Eur. 2.2.34, valamint számos más szabvány, például az ASTM E928 és a DIN 51007 [3,6] írja le.
Különösen az ASTM E928 [5] írja le és szabványosítja a nagy tisztaságú anyagokra (koncentráció >98,5 mol-%, c <20%, eltérés <0,5 mol-% a referencia-módszerekhez képest) vonatkozó DSC-specifikus teljesítménykritériumokat, és határozza meg azokat a konkrét feltételeket, amelyek mellett a DSC-méréseket el kell végezni.
A karbamazepin (CBZ) egy szintetikus görcsoldó szer, amelyet 1953-ban fedezett fel a Novartis Csoport, és 1962 óta forgalomban van (1. ábra). A tiszta anyag fehér, kristályos és polimorf por (I–IV. forma, dihidrát), amelynek olvadási tartománya 191–192 °C (I. forma), moláris tömege pedig 236,27 g/mol. A CBZ hatásmechanizmusa a feszültségfüggő Na+-csatornák gátlásán alapul. Elsődleges gyógyászati alkalmazási területe az epilepszia, a trigeminus-neuralgia és a bipoláris zavarok kezelése. A CBZ azonban alkalmazható alkoholelvonás során vagy neuropátiás fájdalom kezelésére is [7,8].
Ebben a tanulmányban a van’t Hoff-diagramot alkalmaztuk két, HPLC-vel meghatározott különböző tisztaságú karbamazepin analitikai etalon szennyezőanyag-tartalmának meghatározására. Az ASTM E928 szabványnak megfelelően értékeltük a DSC-módszer alkalmazhatóságát és megbízhatóságát az ilyen etalonanyagok tisztaságában meglévő különbségek Identify small .
Kísérleti
A DSC által készített „ Purity Determination ” című tanulmányhoz két különböző (másodlagos) analitikai etalonanyagot választottak ki ugyanabból a hatóanyagból, a karbamazepinből (CBZ). Mindkét terméket a Sigma-Aldrich (Merck KGaA) gyártotta, és mindkettő megfelelt a gyártó által megadott, az 1. táblázatban szereplő előírásoknak.
1. táblázat: A két karbamazepin-típus gyártói specifikációinak összehasonlítása [1,2]
| Paraméter | Karbamazepin (CBZ-I) | Karbamazepin (CBZ-II) |
|---|---|---|
| Termékszám | 94496 | C4024 |
| Tétel | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL tisztaság | 99,9% (Specifikáció: ≥ 99,0%) | 99% (Specifikáció: ≥ 98,0%) |
| Kinézet | Fehér por | Fehér por |
| Olvadáspont | 191–192 °C | 191–192 °C |
A gyártó által végzett HPLC-elemzés 0,9%-os tisztaságbeli eltérést tárt fel a két CBZ-minta között.
Ez a tisztasági eltérés termikusan igazolható differenciális pásztázó kalorimetria (DSC) mérésekkel (NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme ) és a NETZSCH Proteus® 9 szoftver „ Purity Determination ” funkciójával.
A NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme és a Proteus® szoftver lehetővé teszi az ASTM-szabványnak megfelelő DSC-tisztasági szűrést gyorsvizsgálatként, ami különösen értékes a minőség-ellenőrzéshez szükséges analitikai referencia-standardok nyomon követése szempontjából.
Mérési protokoll
A NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme készülékkel végzett elemzés előtt az alumínium Concavus® edényeket izopropanolban megtisztítottuk, majd 425 °C-on egy percig hőkezelésnek vetettük alá. Ezután a mintákat (~1,5 mg) a megtisztított tégelyekbe töltöttük, és hermetikusan lezártuk.
A hőmérsékletprogramot úgy tervezték, hogy jóval a várható olvadáskezdet alatt induljon el, figyelembe véve a szennyeződések által okozott Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadáspont-csökkenést. A protokoll kétlépcsős fűtési profilt alkalmazott: kezdeti gyors fűtés 20 °C-ról 160 °C-ra 20 K/min sebességgel; ezt követte a hőmérséklet lassú emelése 0,7 K/min sebességgel 160 °C-ról 200 °C-ra. A mérést nitrogén gáz alatt, 40 ml/min tisztítóáram mellett végezték, hogy a kísérlet során a cellában inert légkör maradjon fenn.
Mérési eredmények
A 2. ábra a CBZ-l és a CBZ-ll első fűtési ciklusának DSC-görbéit mutatja. A CBZ-l esetében 190,2 °C-ra, a CBZ-ll esetében pedig 190 °C-ra extrapolált kezdeti hőmérsékletek összhangban vannak a CBZ-re vonatkozó szakirodalmi értékekkel (Lide szerint 190,2 °C, D.R. [9] szerint 190,2 °C, de a CBZ-l esetében ez 0,2 °C-kal magasabb, mint a CBZ-ll-é.
Mint már korábban említettük, a minta szennyeződése csökkenti az olvadáspontot, és kiszélesíti a DSC-görbét. A DSC-görbéből a tisztasági szoftver kiszámítja a van’t Hoff-diagramot, és grafikus ábrázolást nyújt a DSC-tisztasági elemzési adatokról; lásd a 3. ábrát. A diagram az olvadási hőmérsékletet ábrázolja az olvadt frakció reciprokával (1/F) szemben, ahol F a teljes olvadási csúcs területének arányát jelenti.
A görbe általában nem lineáris; a nagyobb nemlineáris jelleg a szennyeződés nagyobb mennyiségét jelzi. Ez az eltérés olyan, az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás előtti hatásokból ered, amelyeket a DSC nem képes kimutatni. Ezenkívül a mérési program és az adatelemzés is befolyásolhatja a görbe linearitását. Például, ha az alacsony sebességű hőmérséklet-emelkedési szakaszt túl közel kezdjük az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás kezdetéhez, akkor hibás olvadási hőmérsékletet (TS) kapunk. Ha azonban a hőmérsékleti tartományt jól választottuk meg, a csúcsfelület helytelen beállítása zavarja a csúcsintegrációs határokat, befolyásolva a számított olvadási hőt (Hf). Mindkét helyzet fokozza a görbe nemlineáris jellegét.
A linearitás elérése érdekében az elemző szoftver egy korrekciós tényezőt, c-t alkalmaz, amelyet arányosan hozzáad mind a teljes csúcsterülethez, mind az egyes részterületekhez, F-hez. Ez az iteratív kiigazítás egy korrigált F-értéket eredményez, amely egyenes vonalú összefüggést hoz létre aTS = f(1/F)
A rögzített DSC-görbe mellett az „ Purity Determination ” szoftverfunkcióhoz a tiszta anyag molekulatömege is szükséges a mol%-ban kifejezett eredmények kiszámításához. A végső tisztaságot a linearizált adatok meredekségéből határozzák meg, míg az 1/F = 0 értékre történő extrapolációval kapható meg a 100%-ban tiszta anyag elméleti olvadáspontja. Az eredmények csak akkor megbízhatók, ha a korrigált adatok lineárisak, a tisztasági szint meghaladja a 98,5%-ot, és a korrekciós tényező (c) értéke 20% alatt van [4].
A 100%-ban tiszta CBZ elméleti olvadáspontja a CBZ-l esetében 190,425 °C, a CBZ-ll esetében pedig 190,411 °C, szemben a mért olvadási hőmérsékletekkel, amelyek rendre 190,358 °C és 190,320 °C. A mért CBZ-l minta számított szennyeződés-tartalma 0,098 mol%, a CBZ-ll-é pedig 0,135 mol% volt. Mindkét minta korrekciós tényezője 10% alatt van: a CBZ-l esetében 4,633%, a CBZ-ll esetében pedig 6,978%, ami igazolja az adatok magas minőségét és az ASTM-szabványnak való megfelelést. A mérés után a mintát újra lemérték, és tömegveszteséget nem észleltek. Ez megerősíti, hogy a mérés során sem a minta bomlása, sem illékonysága nem következett be, ami szintén megfelel az ASTM-szabványban meghatározott 1%-os maximális tömegveszteségnek.
A CBZ-l (99,9% HPLC) tisztasága 99,902 mol%, míg a CBZ-ll (99% HPLC) tisztasága 99,865 mol%. A 0,037%-os különbséget elhanyagolhatónak tekintik, de kétoldalas t-próba szerint statisztikailag szignifikánsnak minősül, bár figyelembe kell venni a korlátozott számú ismétlés tényét (4. ábra). A CBZ-l alacsonyabb c-értéke (4,8% szemben a 6,2%-kal) kevesebb előolvadásra utal, ami a magasabb tisztasági foknak tulajdonítható [6].
A jelen eredmények tükrözik a gyártó műszaki adatait, és így alátámasztják e hőanalitikai módszer érzékenységét és megbízhatóságát. A DSC-vel meghatározott tisztaság 0,037%-os különbsége (CBZ-l vs. CBZ-ll) kizárólag eutektikus szennyeződéseket tükröz, amelyek éppen azok a szennyeződések, amelyeket a DSC képes kimutatni. A kimutatott szennyeződés az ASTM-módszer határértéke, < 1,5 mol% belül van, és meghaladja a 0,001 mol%-os mennyiségi kimutatási határt.
Következtetés
A tanulmány arra a következtetésre jut, hogy a NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme készülék a NETZSCH Proteus® weboldalon található, a DSC-hez kifejlesztett Purity Determination szoftverfunkcióval kombinálva ideális megoldás az olvadási folyamatot befolyásoló szennyeződések szűrésére, és ennek következtében számos gyógyszer tisztaságának meghatározására, beleértve a különböző analitikai etalonok tisztasági fokozatainak megkülönböztetését is.
Köszönetnyilvánítás
Nagy köszönet Gabriele Kaisernek és Dr. Stefan Schmölzernek az eredmények technikai értékeléséhez és értelmezéséhez nyújtott értékes hozzájárulásukért.