Introdução
Purity Determination é uma medida fundamental de controle de qualidade para garantir que uma substância seja segura, confiável e adequada para a aplicação pretendida. Ela confirma a identidade e a qualidade do composto desejado após o isolamento, a síntese ou a produção e verifica se ele está livre de impurezas significativas, como matérias-primas que não reagiram, subprodutos e contaminantes. Essa análise ajuda a avaliar a eficácia de um processo de síntese ou produção, indica se é necessária uma purificação adicional e contribui para a consistência entre os lotes de produção.
Se uma substância se destina a aplicações terapêuticas, a análise de impurezas ( Purity Determination ) torna-se ainda mais relevante. A pureza dos ingredientes farmacêuticos ativos é fundamental para sua adequação ao uso farmacêutico. Impurezas podem causar efeitos tóxicos ou comprometer a estabilidade e a biodisponibilidade do ingrediente farmacêutico ativo (API) durante a formulação e o processamento. Do ponto de vista da garantia de qualidade, isso é particularmente relevante para padrões analíticos, que são utilizados como materiais de referência para o desenvolvimento de métodos, calibração e controle de rotina.
Impurezas eutéticas
Uma impureza pode formar um sistema eutético com uma substância se for solúvel na fase líquida, mas insolúvel na fase sólida. Na calorimetria diferencial de varredura (DSC), tais impurezas podem afetar o comportamento de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão do material, reduzindo a Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão observada e ampliando a endotermia de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão à medida que o teor de impurezas aumenta. Essa depressão do Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão é a base d Purity Determination o, de acordo com a teoria de van’t Hoff [3]. As impurezas eutéticas são, portanto, particularmente críticas, pois afetam o comportamento de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão e interferem na processabilidade. Por isso, a análise térmica rápida da pureza é essencial para o controle de qualidade [4].
Ao analisar o início do pico de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão em função da fração fundida, a pureza de uma substância pode ser estimada usando a equação de van’t Hoff (Eq. 1), conforme descrito no método A da norma ASTM E928 [5]. Ela relaciona o grau de depressão do Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão à concentração de impurezas eutéticas.
Onde:
TS: temperatura da amostra [K]
T0: Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão da substância pura [K]
R: constante dos gases (= 8,314 J/mol⁻¹·K⁻¹)
x: fração molar da impureza
Hf: calor de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão [J·mol⁻¹], calculado a partir da área do pico
F: fração fundida
Para determinar a concentração de impurezas em uma amostra, é necessário estabelecer algumas condições:
- A substância deve ser cristalina. ∙ A substância e a impureza não devem formar soluções sólidas; ou seja, elas são imiscíveis na fase sólida.
- A substância forma um sistema eutético com a impureza; isto significa que a substância e a impureza formam uma mistura homogênea que derrete e se solidifica como uma substância pura.
- Compostos que apresentam PolimorfismoPolimorfismo é a capacidade de um material sólido de formar diferentes estruturas cristalinas (sinônimos: formas, modificações).polimorfismo devem ser completamente convertidos em um único polimorfo.
- A substância não deve se degradar durante a Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão.
O procedimento para determinar a pureza por DSC está descrito na USP <891>, Ph. Eur. 2.2.34 e em várias outras normas, como a ASTM E928 e a DIN 51007 [3,6].
Especificamente, a norma ASTM E928 [5] descreve e padroniza os critérios de desempenho específicos da DSC para materiais de alta pureza (concentração >98,5 mol-%, c <20%, desvio <0,5 mol-% em relação aos métodos de referência) e define as condições específicas sob as quais as medições por DSC devem ser realizadas.
A carbamazepina (CBZ) é um anticonvulsivante sintético descoberto em 1953 pelo Grupo Novartis e disponível comercialmente desde 1962 (figura 1). A substância pura é um pó branco, cristalino e polimórfico (formas I–IV, di-hidrato) com um intervalo de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão de 191–192 °C (forma I) e uma massa molar de 236,27 g/mol. O mecanismo de ação da CBZ baseia-se na inibição dos canais de Na+ dependentes de voltagem. Seu principal uso farmacêutico é no tratamento da epilepsia, da neuralgia do trigêmeo e dos transtornos bipolares. No entanto, a CBZ também pode ser utilizada durante a abstinência alcoólica ou no tratamento da dor neuropática [7,8].
Neste estudo, aplicamos o gráfico de van’t Hoff para determinar a quantidade de impurezas em dois padrões analíticos de carbamazepina com diferentes graus de pureza determinados por HPLC. Seguindo a norma ASTM E928, avaliamos a aplicabilidade e a confiabilidade do método DSC para Identify small diferenças na pureza desses materiais de referência.
Experimental
Para o estudo “ Purity Determination ” da DSC, foram selecionados dois padrões analíticos (secundários) diferentes do mesmo ingrediente farmacêutico ativo, a carbamazepina (CBZ). Ambos os produtos foram fabricados pela Sigma-Aldrich (Merck KGaA) e atendiam às especificações do fabricante apresentadas na tabela 1.
Tabela 1: Comparação das especificações dos fabricantes para os dois tipos de carbamazepina [1,2]
| Parâmetro | Carbamazepina (CBZ-I) | Carbamazepina (CBZ-II) |
|---|---|---|
| Número do produto | 94496 | C4024 |
| Lote | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL Pureza | 99,9% (Especificação: ≥ 99,0%) | 99% (Especificação: ≥ 98,0%) |
| Aparência | Pó branco | Pó branco |
| Ponto de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão | 191 a 192 °C | 191 a 192 °C |
A análise por HPLC realizada pelo fabricante revelou uma diferença de 0,9% na pureza entre as duas amostras de CBZ.
Essa diferença de pureza pode ser validada termicamente por meio de medições de Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC) (NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme ) e do recurso “ Purity Determination ” do software NETZSCH Proteus® 9.
O software NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme e Proteus® permite a triagem de pureza por DSC em conformidade com a norma ASTM como um teste rápido, particularmente valioso para o monitoramento de padrões de referência analíticos para controle de qualidade.
Protocolo de medição
Antes da análise com o DSC 300 da NETZSCH Caliris®Supreme , as panelas de alumínio Concavus® foram limpas com isopropanol e condicionadas termicamente a 425 °C por um minuto. As amostras (~1,5 mg) foram então colocadas em cadinhos limpos e hermeticamente seladas.
O programa de temperatura foi projetado para iniciar bem abaixo do início esperado do derretimento, a fim de levar em conta a depressão do Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão induzida por impurezas. O protocolo empregou um perfil de aquecimento em duas etapas: aquecimento rápido inicial, de 20 °C a 160 °C a 20 K/min; seguido por um aumento lento da temperatura a 0,7 K/min, de 160 °C a 200 °C. A medição foi realizada sob gás nitrogênio a uma vazão de purga de 40 ml/min para manter uma atmosfera inerte na célula durante todo o experimento.
Resultados das medições
A Figura 2 mostra as curvas de DSC para o primeiro ciclo de aquecimento do CBZ-l e do CBZ-ll. As temperaturas de início extrapoladas a 190 °C para o CBZ-l: 190,2 °C / CBZ-ll: 190 °C são consistentes com os valores da literatura para o CBZ, 190,2 °C de acordo com Lide, D.R [9], mas, no caso do CBZ-l, é 0,2 °C mais alta do que a do CBZ-ll.
Conforme mencionado anteriormente, a impureza da amostra reduzirá o Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão, alargando a curva de DSC. A partir da curva de DSC, o recurso de pureza do software calcula o gráfico de van’t Hoff e fornece uma representação gráfica dos dados da análise de pureza por DSC; veja a figura 3. Ele representa graficamente a Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão em função do recíproco da fração fundida (1/F), onde F representa a parcela da área total do pico de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão.
O gráfico normalmente não é linear, sendo que uma maior não linearidade indica uma quantidade mais elevada de impureza. Esse desvio decorre de efeitos pré-Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão que não podem ser detectados pela DSC. Além disso, o programa de medição e a análise dos dados também podem influenciar a linearidade do gráfico. Por exemplo, iniciar o segmento de aumento de temperatura em baixa velocidade muito próximo do início da fusão resultará em uma Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão (TS) incorreta. No entanto, se a faixa de temperatura tiver sido bem selecionada, definir a área do pico incorretamente interferirá nos limites de integração do pico, influenciando o cálculo do calor de fusão (Hf). Ambas as situações agravarão a não linearidade do gráfico.
Para alcançar a linearidade, o software de análise aplica um fator de correção, c, que é adicionado proporcionalmente tanto à área total do pico quanto a cada área fracionária, F. Esse ajuste iterativo resulta em um valor F corrigido que produz uma relação linear na equaçãoTS = f(1/F)
Além da curva de DSC obtida, o recurso do software “ Purity Determination ” requer o peso molecular da substância pura para fornecer resultados em % molar. A pureza final é determinada a partir da inclinação dos dados linearizados, enquanto a extrapolação para 1/F = 0 fornece a Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão teórica do material 100% puro. Os resultados só são confiáveis quando os dados ajustados apresentam linearidade, o nível de pureza é superior a 98,5% e o fator de correção, c, é inferior a 20% [4].
O Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão teórico do CBZ 100% puro é de 190,425 °C para o CBZ-l e de 190,411 °C para o CBZ-ll, em comparação com a Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão de 190,358 °C e 190,320 °C, respectivamente. O teor de impurezas calculado para a amostra de CBZ-l medida foi de 0,098% molar e, para o CBZ-ll, de 0,135% molar. O fator de correção para ambas as amostras é inferior a 10%: 4,633% para o CBZ-l e 6,978% para o CBZ-ll, o que demonstra a alta qualidade dos dados e a conformidade com a norma ASTM. Após a medição, a amostra foi pesada novamente, e não foi detectada nenhuma perda de massa. Isso confirma que não ocorreu Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição da amostra nem volatilização durante a medição, o que também está em conformidade com a perda máxima de peso de 1% especificada na norma ASTM.
A pureza do CBZ-l (99,9% HPLC) é de 99,902 mol%, enquanto a do CBZ-ll (99% HPLC) é de 99,865 mol%. A diferença de 0,037% é considerada marginal, mas estatisticamente significativa de acordo com um teste t bicaudal, embora deva-se levar em conta o número limitado de réplicas (figura 4). O menor valor de c do CBZ-l (4,8% contra 6,2%) sugere menor pré-fusão, o que pode ser devido a um maior grau de pureza [6].
Os resultados apresentados refletem as especificações do fabricante e, portanto, comprovam a sensibilidade e a confiabilidade desse método termoanalítico. A diferença na pureza determinada pela DSC de 0,037% (CBZ-l vs. CBZ-ll) reflete apenas impurezas eutéticas, que são o tipo de impureza que a DSC é capaz de detectar. A impureza detectada está dentro da faixa do método ASTM, < 1,5 mol%, e excede o limite de detecção quantitativa de 0,001 mol%.
Conclusão
Este estudo conclui que o DSC 300 da NETZSCH Caliris®Supreme , em combinação com o recurso de software Purity Determination do site NETZSCH Proteus® para DSC, é ideal para a triagem de impurezas que influenciam o processo de fusão e, consequentemente, para a determinação da pureza de diversos produtos farmacêuticos, incluindo a diferenciação entre graus de pureza de diferentes padrões analíticos.
Agradecimentos
Um grande agradecimento a Gabriele Kaiser e ao Dr. Stefan Schmölzer por suas valiosas contribuições para a avaliação técnica e a interpretação dos resultados.