Inleiding
Clavulaanzuur is een β-lactamaseremmer die het effect van een antibioticum tegen infectie versterkt. Alleen toegediend heeft het slechts een zwakke antibacteriële werking tegen de meeste organismen, maar in combinatie met andere β-lactam antibiotica voorkomt het de inactivatie van antibiotica door microbieel lactamase [1].
Het wordt meestal gebruikt als kaliumzout, kaliumclavulanaat, omdat deze stof stabieler en minder hygroscopisch is dan clavulaanzuur. Kaliumclavulanaat is echter nog steeds extreem hygroscopisch en gevoelig voor hydrolyse als het wordt opgeslagen in een vochtige omgeving [3]. Dit maakt het noodzakelijk om de opslagcondities zorgvuldig te kiezen. Daarnaast moet er rekening worden gehouden met het percentage water in de bestanddelen die worden gebruikt voor farmaceutische formuleringen die kaliumclavulanaat bevatten.
In het volgende wordt de invloed van vochtigheid op de thermische afbraak van kaliumclavulanaat onderzocht met behulp van TGA-FT-IR.
Testomstandigheden
Er werden drie monsters van kaliumclavulanaat getest: de oorspronkelijke stof en twee extra monsters, die werden bewaard in een open vat boven het water in een afgesloten waterreservoir. Eén monster van de monsters uit de watercontainer werd getest na één week opslag; het tweede monster werd getest na twee weken.
Alle drie de monsters (zonder behandeling, na één week en na twee weken in een vochtige atmosfeer) werden bereid in afgesloten aluminium kroezen.
De TGA-metingen werden uitgevoerd met de TG 209 F1 Libra® onder een dynamische stikstofatmosfeer (40 ml/min). Een prikapparaat doorboorde automatisch het deksel van de kroes vlak voor de meting. De gassen die tijdens het verhitten bij 10 K/min tot 600°C vrijkwamen, werden direct via de transferleiding naar de FT-IR spectrometer van Bruker Optics geleid.
Testresultaten
Figuur 2 toont de massaveranderingen van kaliumclavulanaat met en zonder waterbehandeling. Zodra de verwarming begint, treedt een eerste massaverlies op.
Het monster dat een week in water wordt bewaard, vertoont een massaverlies van 43%. er treedt een massaverlies op van 58% in het monster dat 2 weken is bewaard. Voor het oorspronkelijke monster bedraagt deze massaverliesstap 1,8%.
Figuren 3, 4 en 5 tonen een 3D-weergave van de FT-IR-spectra van de gassen die vrijkomen tijdens verhitting van de drie verschillende monsters.
Tijdens de eerste massaverliesstap van kaliumclavulanaat zonder waterbehandeling kan alleen het vrijkomen van water worden gedetecteerd (zie NETZSCH application note 118/2018 [4]).
Figuur 6 toont het FT-IR spectrum van de gassen die bij 119°C geëvolueerd zijn uit kaliumclavulanaat dat een week in een vochtige atmosfeer bewaard werd. Naast het typische FT-IR spectrum van water bewijzen de banden tussen 2200 cm-1 en 2400 cm-1 de aanwezigheid van koolstofdioxide. De massaverliesstap van 43% is daarom het resultaat van een overlappend vrijkomen van water enCO2, wat duidt op het begin van de ontleding van clavulanaat.
Dezelfde conclusie kan worden getrokken uit het spectrum bij 119°C van het monster dat twee weken is bewaard (figuur 7).
In het monster zonder waterbehandeling begint de ontleding bij 172 °C (begintemperatuur van de TGA-curve) waarbij alleenCO2 vrijkomt (figuur 8).
Voor alle drie de monsters gaat de ontleding verder met twee extra stappen, met massaverliezen van 42% en 13% voor het monster zonder opslag, 23% en 9% voor het monster na 1 week opslag en 16% en 7% voor kaliumclavulanaat dat 2 weken werd bewaard.
De eerste van deze stappen boven 200°C gaat gepaard met het vrijkomen van kooldioxide en koolmonoxide. De aanwezigheid van ammoniak kan ook worden gedetecteerd, maar alleen in lage concentraties (figuur 9). Hoe langer de duur van de waterbehandeling, hoe lager de temperatuur waarbij dit massaverlies optreedt, beginnend bij 288°C voor het monster zonder opslag en bij 254°C voor kaliumclavulanaat dat 2 weken in een vochtige atmosfeer werd bewaard.
De laatste massaverliesstap, tussen ongeveer 380°C en 600°C, laat een vergelijkbare gassamenstelling zien: In het FT-IR spectrum komen methaan, kooldioxide en ammoniak naast elkaar voor bij 450°C (figuur 10). De resultaten van de TGA-FT-IR metingen aan de drie monsters zijn samengevat in figuur 11, inclusief de conclusies die getrokken zijn uit het koppelingsexperiment.
Conclusie
Kaliumclavulanaat vertoont een neiging tot hydrolyse [3]. Om de gevolgen van deze eigenschap te onderzoeken, werd kaliumclavulanaat voor verschillende periodes opgeslagen in een vochtige atmosfeer. Door middel van TGA kunnen verschillen in hydrolyse worden herkend. De monsters opgeslagen in een vochtige atmosfeer vertonen slechts drie massaverliesstappen, terwijl het onbehandelde monster vier massaverliesstappen vertoont.
Door TGA-FT-IR koppeling kunnen de gassen geanalyseerd worden die vrijkomen tijdens het verhitten van de behandelde en onbehandelde monsters. Het illustreert duidelijk dat de eerste massaverliesstap van de monsters opgeslagen in een vochtige atmosfeer niet alleen te wijten is aan het vrijkomen van water, maar ook aan dat vanCO2. Dit feit wijst al op de ontleding van de stof. Als gevolg van opslag in een vochtige atmosfeer verschuift de ontbindingstemperatuur van kaliumclavulanaat naar lagere temperaturen. Dit kan de reden zijn dat het wordt aanbevolen om kaliumclavulanaat op te slaan tussen +2°C en +8°C [5]. De daaropvolgende massaverliesstappen vertegenwoordigen vergelijkbare processen in alle drie de monsters, aangezien dezelfde gassen vrijkomen - ongeacht de opslag in een vochtige atmosfeer.
Er moet rekening worden gehouden met de invloed van vocht op kaliumclavulanaat bij de opslag van geneesmiddelen onder verschillende klimatologische omstandigheden. Vooral in tropische landen met een hoge luchtvochtigheid en hoge temperaturen moet ervoor worden gezorgd dat de houdbaarheid niet wordt verkort door ontleding tijdens opslag.