Compararea purității a două etaloane analitice diferite de carbamazepină prin metoda DSC

Introducere

Purity Determination este o măsură esențială de control al calității menită să garanteze că o substanță este sigură, fiabilă și adecvată pentru aplicația prevăzută. Aceasta confirmă identitatea și calitatea compusului dorit după izolare, sinteză sau producție și verifică dacă acesta nu conține impurități semnificative, precum materii prime care nu au reacționat, produse secundare și contaminanți. Această analiză ajută la evaluarea eficacității unui proces de sinteză sau de producție, indică dacă este necesară o purificare suplimentară și asigură consecvența între loturile de producție.

Dacă o substanță este destinată aplicațiilor terapeutice, analiza de puritate ( Purity Determination ) devine și mai relevantă. Puritatea ingredientelor farmaceutice active este esențială pentru adecvarea acestora la utilizarea farmaceutică. Impuritățile pot provoca efecte toxice sau pot compromite stabilitatea și biodisponibilitatea ingredientului farmaceutic activ (API) în timpul formulării și prelucrării. Din perspectiva asigurării calității, acest aspect este deosebit de relevant pentru standardele analitice, care sunt utilizate ca materiale de referință pentru dezvoltarea metodelor, calibrare și controlul de rutină.

Impurități eutectice

O impuritate poate forma un sistem eutectic cu o substanță dacă este solubilă în faza lichidă, dar insolubilă în faza solidă. În calorimetria cu scanare diferențială (DSC), astfel de impurități pot afecta comportamentul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire al materialului prin scăderea temperaturii de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire observate și lărgirea curbei EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire pe măsură ce conținutul de impurități crește. Această scădere a punctului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire stă la baza metodei „ Purity Determination ” (metoda de scădere a punctului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire), conform teoriei lui van’t Hoff [3]. Impuritățile eutectice sunt, prin urmare, deosebit de critice, deoarece afectează comportamentul la Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire și interferează cu procesabilitatea. Prin urmare, analiza rapidă a purității termice este esențială pentru controlul calității [4].

Prin analizarea momentului de apariție a vârfului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire în funcție de fracția topită, puritatea unei substanțe poate fi estimată folosind ecuația lui van’t Hoff (Ec. 1), așa cum este descris în metoda A din standardul ASTM E928 [5]. Aceasta leagă gradul de scădere a punctului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire de concentrația impurităților eutectice.

Unde:

_TS: temperatura probei [K]
_T0: temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire a substanței pure [K]
R: constanta gazelor (= 8,314 ^J/mol-1·K-1)
x: fracția molară a impurității
_Hf: căldura de fuziune [^J·mol-1], calculată pe baza ariei picului
F: fracția topită

Pentru determinarea concentrației impurității dintr-o probă, este necesar să se stabilească câteva condiții:

• Substanța trebuie să fie cristalină. ∙ Substanța și impuritatea nu trebuie să formeze soluții solide; adică, ele nu sunt miscibile în faza solidă.
• Substanța formează un sistem eutectic cu impuritatea; aceasta înseamnă că substanța și impuritatea formează un amestec omogen care se topește și se solidifică ca o substanță pură.
• Compușii care prezintă PolimorfismPolimorfismul este capacitatea unui material solid de a forma structuri cristaline diferite (sinonime: forme, modificări).polimorfism trebuie transformați complet într-un singur polimorf.
• Substanța nu trebuie să se degradeze în timpul topirii.

Procedura de determinare a purității prin DSC este descrisă în USP <891>, Ph. Eur. 2.2.34 și în diverse alte standarde, precum ASTM E928 și DIN 51007 [3,6].

Mai precis, ASTM E928 [5] descrie și standardizează criteriile de performanță specifice DSC pentru materialele de înaltă puritate (concentrație >98,5 mol-%, c <20%, abatere <0,5 mol-% față de metodele de referință) și definește condițiile specifice în care trebuie efectuate măsurătorile DSC.

Carbamazepina (CBZ) este un anticonvulsivant sintetic descoperit în 1953 de Grupul Novartis și disponibil pe piață începând cu 1962 (figura 1). Substanța pură este o pulbere albă, cristalină și polimorfă (formele I–IV, dihidrat) cu un interval de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire de 191–192 °C (forma I) și o masă molară de 236,27 g/mol. Mecanismul de acțiune al CBZ se bazează pe inhibarea canalelor de Na+ dependente de voltaj. Principala sa utilizare farmaceutică este în tratamentul epilepsiei, al nevralgiei trigeminale și al tulburărilor bipolare. Cu toate acestea, CBZ poate fi utilizat și în timpul sevrajului alcoolic sau pentru tratarea durerii neuropatice [7,8].

În acest studiu, am aplicat graficul van’t Hoff pentru a determina cantitatea de impurități din două etaloane analitice de carbamazepină cu purități diferite, determinate prin HPLC. Conform standardului ASTM E928, am evaluat aplicabilitatea și fiabilitatea metodei DSC pentru a Identify small diferențele de puritate ale acestor materiale de referință.

Experimental

Pentru studiul „ Purity Determination ” realizat de DSC, au fost selectate două etaloane analitice (secundare) diferite ale aceluiași ingredient farmaceutic activ, carbamazepina (CBZ). Ambele produse au fost fabricate de Sigma-Aldrich (Merck KGaA) și au respectat specificațiile producătorului prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1: Compararea specificațiilor furnizate de producători pentru cele două forme de carbamazepină [1,2]

Analiza HPLC efectuată de producător a evidențiat o diferență de 0,9% în ceea ce privește puritatea între cele două probe de CBZ.

Această diferență de puritate poate fi validată termic folosind măsurători prin calorimetrie diferențială de scanare (DSC) (NETZSCH DSC 300 Caliris^®Supreme ) și funcția „ Purity Determination ” a software-ului NETZSCH Proteus^® 9.

Software-ul NETZSCH DSC 300 Caliris^®Supreme și Proteus^® permite efectuarea unei analize de puritate DSC conforme cu standardul ASTM sub forma unui test rapid, deosebit de util pentru monitorizarea standardelor de referință analitice în scopul controlului calității.

Protocolul de măsurare

Înainte de analiza cu aparatul DSC 300 de la NETZSCH Caliris^®Supreme , vasele din aluminiu Concavus^® au fost curățate cu izopropanol și condiționate termic la 425 °C timp de un minut. Probele (~1,5 mg) au fost apoi introduse în creuzete curățate și sigilate ermetic.

Programul de temperatură a fost conceput astfel încât să înceapă cu mult sub punctul de topire preconizat, pentru a ține cont de scăderea punctului de topire indusă de impurități. Protocolul a utilizat un profil de încălzire în două etape: încălzire rapidă inițială, de la 20 °C la 160 °C, cu o viteză de 20 K/min; urmată de o creștere lentă a temperaturii, de 0,7 K/min, de la 160 °C la 200 °C. Măsurarea a fost efectuată în atmosferă de azot, cu un debit de purjare de 40 ml/min, pentru a menține o atmosferă inertă în celulă pe toată durata experimentului.

Rezultatele măsurătorilor

Figura 2 prezintă curbele DSC pentru primul ciclu de încălzire al CBZ-l și CBZ-ll. Temperaturile de debut extrapolate la 190 °C pentru CBZ-l: 190,2 °C / CBZ-ll: 190 °C sunt în concordanță cu valorile din literatura de specialitate pentru CBZ, 190,2 °C conform Lide, D.R [9], însă în cazul CBZ-l, aceasta este cu 0,2 °C mai mare decât cea a CBZ-ll.

După cum s-a menționat anterior, impuritățile din probă vor reduce punctul de topire, lărgind curba DSC. Pe baza curbei DSC, funcția software dedicată purității calculează graficul van't Hoff și oferă o reprezentare grafică a datelor analizei de puritate DSC; a se vedea figura 3. Aceasta reprezintă grafic temperatura de topire în funcție de reciproca fracției topite (1/F), unde F reprezintă porțiunea din aria totală a picului de topire.

Graficul nu este, de obicei, liniar, o neliniaritate mai mare indicând o cantitate mai mare de impurități. Această abatere provine din efectele premergătoare topirii, care nu pot fi detectate de DSC. În plus, programul de măsurare și analiza datelor pot influența, de asemenea, liniaritatea graficului. De exemplu, începerea segmentului de creștere a temperaturii cu viteză redusă prea aproape de momentul de început al topirii va duce la obținerea unei temperaturi de topire eronate,_TS. Cu toate acestea, dacă ați selectat corect intervalul de temperatură, setarea incorectă a ariei picului va interfera cu limitele de integrare ale picului, influențând căldura de fuziune calculată,_Hf. Ambele situații vor accentua neliniaritatea graficului.

Pentru a obține liniaritatea, software-ul de analiză aplică un factor de corecție, c, care se adaugă proporțional atât la aria totală a picului, cât și la fiecare arie fracționară, F. Această ajustare iterativă generează o valoare F corectată care produce o relație liniară în ecuația_TS = f(1/F)

Pe lângă curba DSC obținută, funcția software-ului „ Purity Determination ” necesită greutatea moleculară a substanței pure pentru a furniza rezultate exprimate în % mol. Puritatea finală se determină pe baza pantei datelor liniarizate, în timp ce extrapolarea la 1/F = 0 oferă temperatura teoretică de topire a materialului pur 100%. Rezultatele sunt fiabile numai atunci când datele ajustate prezintă liniaritate, nivelul de puritate este mai mare de 98,5%, iar factorul de corecție, c, este mai mic de 20% [4].

Punctul teoretic de topire al CBZ pur 100% este de 190,425 °C pentru CBZ-l și de 190,411 °C pentru CBZ-ll, în comparație cu temperatura de topire de 190,358 °C și, respectiv, 190,320 °C. Conținutul de impurități calculat pentru proba CBZ-l măsurată a fost de 0,098 % molar, iar pentru CBZ-ll de 0,135 % molar. Factorul de corecție pentru ambele probe este mai mic de 10%, respectiv 4,633% pentru CBZ-l și 6,978% pentru CBZ-ll, ceea ce demonstrează calitatea înaltă a datelor și conformitatea cu standardul ASTM. După măsurare, proba a fost cântărită din nou și nu s-a detectat nicio pierdere de masă. Acest lucru confirmă faptul că, în timpul măsurării, nu a avut loc nici descompunerea probei, nici volatilizarea acesteia, ceea ce respectă, de asemenea, limita maximă de pierdere de masă de 1% specificată în standardul ASTM.

Puritatea CBZ-l (99,9% HPLC) este de 99,902 mol%, în timp ce cea a CBZ-ll (99% HPLC) este de 99,865 mol%. Diferența de 0,037% este considerată marginală, dar semnificativă din punct de vedere statistic conform unui test t bilateral, deși trebuie luat în considerare numărul limitat de replici (figura 4). Valoarea c mai mică a CBZ-l (4,8% față de 6,2%) sugerează o topire prealabilă mai redusă, ceea ce se poate datora unui grad de puritate mai ridicat [6].

Rezultatele prezentate reflectă specificațiile producătorului și, prin urmare, confirmă sensibilitatea și fiabilitatea acestei metode termoanalitice. Diferența de puritate determinată prin DSC, de 0,037% (CBZ-l față de CBZ-ll), reflectă doar impuritățile eutectice, care sunt singurele tipuri de impurități pe care DSC le poate detecta. Impuritatea detectată se încadrează în intervalul prevăzut de metoda ASTM, < 1,5 mol%, și depășește limita de detectare cantitativă de 0,001 mol%.

Concluzie

Acest studiu concluzionează că sistemul DSC 300 de la NETZSCH Caliris^®Supreme , în combinație cu funcția software „ Purity Determination ” de la NETZSCH Proteus^® pentru DSC, este ideal pentru depistarea impurităților care influențează procesul de topire și, în consecință, pentru determinarea purității a numeroase produse farmaceutice, inclusiv pentru diferențierea între gradele de puritate ale diferitelor standarde analitice.

Mulțumiri

Mulțumim din suflet Gabrielei Kaiser și dr. Stefan Schmölzer pentru contribuțiile lor valoroase la evaluarea tehnică și interpretarea rezultatelor.