Pendahuluan
Purity Determination merupakan langkah pengendalian mutu yang penting untuk memastikan bahwa suatu zat aman, andal, dan sesuai untuk aplikasi yang dimaksud. Langkah ini memastikan identitas dan kualitas senyawa yang diinginkan setelah proses isolasi, sintesis, atau produksi, serta memverifikasi bahwa senyawa tersebut bebas dari pengotor yang signifikan, seperti bahan baku yang belum bereaksi, produk sampingan, dan kontaminan. Analisis ini membantu mengevaluasi keefektifan proses sintesis atau produksi, menunjukkan apakah diperlukan pemurnian lebih lanjut, serta mendukung konsistensi antar-batch produksi.
Jika suatu zat ditujukan untuk aplikasi terapeutik, analisis kemurnian ( Purity Determination ) menjadi semakin relevan. Kemurnian bahan farmasi aktif sangat penting untuk kesesuaiannya dalam penggunaan farmasi. Pengotor dapat menyebabkan efek toksik atau mengganggu stabilitas dan bioavailabilitas bahan farmasi aktif (API) selama formulasi dan pemrosesan. Dari perspektif jaminan kualitas, hal ini sangat relevan bagi standar analitik, yang digunakan sebagai bahan acuan untuk pengembangan metode, kalibrasi, dan pengendalian rutin.
Pengotor Eutektik
Sebuah pengotor dapat membentuk sistem eutektik dengan suatu zat jika pengotor tersebut larut dalam fase cair tetapi tidak larut dalam fase padat. Dalam kalorimetri pemindaian diferensial (DSC), pengotor semacam itu dapat memengaruhi perilaku peleburan bahan dengan menurunkan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh yang teramati dan memperlebar kurva endoterm peleburan seiring meningkatnya kandungan pengotor. Penurunan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh ini merupakan dasar dari metode " Purity Determination " menurut teori van’t Hoff [3]. Oleh karena itu, pengotor eutektik sangat kritis, karena memengaruhi perilaku pelelehan dan mengganggu kemampuan pengolahan. Oleh karena itu, analisis kemurnian termal yang cepat sangat penting untuk pengendalian kualitas [4].
Dengan menganalisis awal munculnya puncak peleburan sebagai fungsi fraksi yang meleleh, kemurnian suatu zat dapat diperkirakan menggunakan persamaan van’t Hoff (Pers. 1), sebagaimana dijelaskan dalam metode A dari ASTM E928 [5]. Persamaan ini menghubungkan derajat penurunan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh dengan konsentrasi pengotor eutektik.
Di mana:
TS: suhu sampel [K]
T0: Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh zat murni [K]
R: konstanta gas (= 8,314 J/mol⁻¹·K⁻¹)
x: fraksi mol pengotor
Hf: kalor leleh [J·mol⁻¹], dihitung dari luas puncak
F: fraksi yang meleleh
Untuk menentukan konsentrasi pengotor dalam suatu sampel, perlu ditetapkan beberapa syarat:
- Zat tersebut harus berbentuk kristal. ∙ Zat dan pengotor tidak boleh membentuk larutan padat; artinya, keduanya tidak dapat bercampur dalam fase padat.
- Zat tersebut membentuk sistem eutektik dengan pengotor; artinya, zat dan pengotor tersebut membentuk campuran homogen yang meleleh dan mengeras seperti zat murni.
- Senyawa yang menunjukkan PolimorfismePolimorfisme adalah kemampuan bahan padat untuk membentuk struktur kristal yang berbeda (sinonim: bentuk, modifikasi).polimorfisme harus sepenuhnya diubah menjadi satu polimorf saja.
- Zat tersebut tidak boleh mengalami degradasi selama proses peleburan.
Prosedur penentuan kemurnian dengan DSC dijelaskan dalam USP <891>, Ph. Eur. 2.2.34, dan dalam berbagai standar lain, seperti ASTM E928 dan DIN 51007 [3,6].
Secara khusus, ASTM E928 [5] menjelaskan dan menstandarkan kriteria kinerja khusus DSC untuk bahan dengan kemurnian tinggi (konsentrasi >98,5 mol-%, c <20%, bias <0,5 mol-% dibandingkan dengan metode referensi) serta mendefinisikan kondisi spesifik di mana pengukuran DSC harus dilakukan.
Karbamazepin (CBZ) adalah antikonvulsan sintetis yang ditemukan pada tahun 1953 oleh Grup Novartis dan telah tersedia secara komersial sejak tahun 1962 (gambar 1). Zat murni ini berupa bubuk putih, kristalin, dan polimorfik (bentuk I–IV, dihidrat) dengan rentang Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh 191–192°C (bentuk I) dan massa molar 236,27 g/mol. Mekanisme kerja CBZ didasarkan pada penghambatan kanal Na+ yang dipicu oleh tegangan. Penggunaan farmakologis utamanya adalah dalam pengobatan epilepsi, neuralgia trigeminal, dan gangguan bipolar. Namun, CBZ juga dapat digunakan selama proses penarikan alkohol atau untuk mengobati nyeri neuropatik [7,8].
Dalam penelitian ini, kami menerapkan grafik van’t Hoff untuk menentukan jumlah pengotor dalam dua standar analitik karbamazepin dengan kemurnian yang berbeda yang ditentukan melalui HPLC. Sesuai dengan standar ASTM E928, kami mengevaluasi keterlaksanaan dan keandalan metode DSC untuk Identify small perbedaan kemurnian bahan acuan tersebut.
Eksperimental
Untuk analisis “ Purity Determination ” yang dilakukan oleh DSC, dipilih dua standar analitik (sekunder) yang berbeda dari bahan aktif farmasi yang sama, yaitu karbamazepin (CBZ). Kedua produk tersebut diproduksi oleh Sigma-Aldrich (Merck KGaA) dan memenuhi spesifikasi pabrikan yang tercantum dalam Tabel 1.
Tabel 1: Perbandingan spesifikasi pabrikan untuk dua jenis karbamazepin [1,2]
| Parameter | Karbamazepin (CBZ-I) | Karbamazepin (CBZ-II) |
|---|---|---|
| Nomor produk | 94496 | C4024 |
| Batch | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL Kemurnian | 99,9% (Spesifikasi: ≥ 99,0%) | 99% (Spesifikasi: ≥ 98,0%) |
| Penampilan | Bubuk putih | Bubuk putih |
| Titik leleh | 191 hingga 192°C | 191 hingga 192°C |
Analisis HPLC yang dilakukan oleh produsen menunjukkan perbedaan kemurnian sebesar 0,9% antara kedua sampel CBZ tersebut.
Perbedaan kemurnian ini dapat divalidasi secara termal menggunakan pengukuran Differential Scanning Calorimetry (DSC) (NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme ) dan fitur " Purity Determination " dari perangkat lunak NETZSCH Proteus® 9.
NETZSCH, DSC 300 Caliris®Supreme , dan perangkat lunak Proteus® memungkinkan penyaringan kemurnian DSC yang sesuai dengan standar ASTM sebagai uji cepat, yang sangat berguna untuk memantau standar referensi analitik dalam rangka pengendalian kualitas.
Protokol Pengukuran
Sebelum dianalisis menggunakan DSC 300 dari NETZSCH Caliris®Supreme , wadah aluminium Concavus® dibersihkan dengan isopropanol dan dikondisikan secara termal pada suhu 425°C selama satu menit. Sampel (~1,5 mg) kemudian dimasukkan ke dalam cawan yang telah dibersihkan dan disegel rapat.
Program suhu dirancang untuk dimulai jauh di bawah titik awal peleburan yang diperkirakan guna memperhitungkan penurunan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh yang disebabkan oleh pengotor. Protokol ini menggunakan profil pemanasan dua tahap: pemanasan cepat awal, dari 20°C hingga 160°C dengan laju 20 K/menit; diikuti oleh peningkatan suhu secara perlahan sebesar 0,7 K/menit, dari 160°C hingga 200°C. Pengukuran dilakukan di bawah gas nitrogen dengan laju aliran pembersihan sebesar 40 ml/menit untuk mempertahankan atmosfer inert di dalam sel selama eksperimen berlangsung.
Hasil Pengukuran
Gambar 2 menunjukkan kurva DSC untuk siklus pemanasan pertama CBZ-l dan CBZ-ll. Suhu awal yang diekstrapolasi pada 190°C untuk CBZ-l: 190,2°C / CBZ-ll: 190°C sesuai dengan nilai-nilai yang tercantum dalam literatur untuk CBZ, yaitu 190,2°C menurut Lide, D.R [9], namun dalam kasus CBZ-l, nilainya 0,2°C lebih tinggi daripada CBZ-ll.
Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, adanya pengotor dalam sampel akan menurunkan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh, sehingga memperlebar kurva DSC. Dari kurva DSC, fitur perangkat lunak kemurnian menghitung grafik van't Hoff dan menyajikan representasi grafis dari data analisis kemurnian DSC; lihat Gambar 3. Grafik tersebut memplot Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh terhadap kebalikan dari fraksi yang meleleh (1/F), di mana F mewakili bagian dari luas puncak leleh total.
Grafiknya biasanya tidak linier, di mana tingkat non-linearitas yang lebih tinggi menandakan jumlah pengotor yang lebih besar. Penyimpangan ini timbul akibat efek pra-peleburan yang tidak dapat dideteksi oleh DSC. Selain itu, program pengukuran dan analisis data juga dapat memengaruhi linearitas grafik. Misalnya, memulai segmen kenaikan suhu dengan laju rendah terlalu dekat dengan awal peleburan akan menghasilkan suhu peleburan (TS) yang salah. Namun, jika rentang suhu telah dipilih dengan baik, pengaturan luas puncak yang salah akan mengganggu batas integrasi puncak, sehingga memengaruhi perhitungan kalor fusi (Hf). Kedua situasi tersebut akan memperparah non-linearitas kurva.
Untuk mencapai linearitas, perangkat lunak analisis menerapkan faktor koreksi, c, yang ditambahkan secara proporsional baik ke luas puncak total maupun ke setiap luas fraksional, F. Penyesuaian berulang ini menghasilkan nilai F yang telah dikoreksi, yang menghasilkan hubungan garis lurus dalam persamaanTS = f(1/F)
Selain kurva DSC yang diperoleh, fitur perangkat lunak “ Purity Determination ” memerlukan nilai berat molekul zat murni untuk menghasilkan hasil dalam persentase mol. Kemurnian akhir ditentukan berdasarkan kemiringan data yang telah dilinearisasi, sedangkan ekstrapolasi hingga 1/F = 0 memberikan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh teoretis bahan dengan kemurnian 100%. Hasil ini hanya dapat diandalkan jika data yang telah disesuaikan menunjukkan linearitas, tingkat kemurnian lebih tinggi dari 98,5%, dan faktor koreksi, c, lebih rendah dari 20% [4].
Titik leleh teoretis CBZ murni 100% adalah 190,425°C untuk CBZ-l dan 190,411°C untuk CBZ-ll, dibandingkan dengan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh masing-masing sebesar 190,358°C dan 190,320°C. Kandungan pengotor yang dihitung dari sampel CBZ-l yang diukur adalah 0,098 mol% dan untuk CBZ-ll sebesar 0,135 mol%. Faktor koreksi untuk kedua sampel tersebut kurang dari 10%, yaitu 4,633% untuk CBZ-l dan 6,978% untuk CBZ-ll, yang menunjukkan kualitas data yang tinggi serta kesesuaian dengan standar ASTM. Setelah pengukuran, sampel ditimbang kembali, dan tidak terdeteksi adanya kehilangan massa. Hal ini menegaskan bahwa tidak terjadi dekomposisi sampel maupun PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan selama pengukuran, yang juga sesuai dengan batas maksimum kehilangan massa sebesar 1% yang ditentukan dalam standar ASTM.
Kemurnian CBZ-l (99,9% HPLC) adalah 99,902 mol%, sedangkan kemurnian CBZ-ll (99% HPLC) adalah 99,865 mol%. Perbedaan sebesar 0,037% dianggap marginal namun signifikan secara statistik berdasarkan uji t dua sisi, meskipun jumlah replikasi yang terbatas perlu diperhatikan (Gambar 4). Nilai c yang lebih rendah pada CBZ-l (4,8% dibandingkan 6,2%) menunjukkan tingkat pra-peleburan yang lebih rendah, yang mungkin disebabkan oleh tingkat kemurnian yang lebih tinggi [6].
Hasil penelitian ini sesuai dengan spesifikasi pabrikan dan dengan demikian mendukung sensitivitas serta keandalan metode termoanalitik ini. Perbedaan kemurnian yang ditentukan dengan DSC sebesar 0,037% (CBZ-l vs. CBZ-ll) hanya mencerminkan pengotor eutektik, yang merupakan jenis pengotor yang dapat dideteksi oleh DSC. Pengotor yang terdeteksi berada dalam rentang metode ASTM, < 1,5 mol%, dan melebihi batas deteksi kuantitatif sebesar 0,001 mol%.
Kesimpulan
Penelitian ini menyimpulkan bahwa alat DSC 300 dari NETZSCH Caliris®Supreme , bila dipadukan dengan fitur perangkat lunak Purity Determination dari NETZSCH Proteus® untuk DSC, sangat cocok untuk menyaring kontaminan yang memengaruhi proses peleburan dan, dengan demikian, untuk menentukan kemurnian berbagai obat-obatan, termasuk membedakan tingkat kemurnian berbagai standar analitik.
Ucapan Terima Kasih
Terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Gabriele Kaiser dan Dr. Stefan Schmölzer atas kontribusi berharga mereka dalam evaluasi teknis dan interpretasi hasil penelitian ini.