Введение
Purity Determination является ключевой мерой контроля качества, обеспечивающей безопасность, надежность и пригодность вещества для его предполагаемого применения. Она подтверждает идентичность и качество искомого соединения после его выделения, синтеза или производства, а также удостоверяет отсутствие в нем значимых примесей, таких как непрореагировавшие исходные материалы, побочные продукты и загрязнения. Данный анализ помогает оценить эффективность процесса синтеза или производства, указывает на необходимость дальнейшей очистки и способствует обеспечению стабильности между производственными партиями.
Если вещество предназначено для терапевтического применения, анализ « Purity Determination » приобретает еще большее значение. Чистота активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) имеет решающее значение для их пригодности к фармацевтическому использованию. Примеси могут вызывать токсические эффекты или ухудшать стабильность и биодоступность активного фармацевтического ингредиента (АФИ) в процессе создания лекарственных форм и переработки. С точки зрения обеспечения качества это особенно актуально для аналитических стандартов, которые используются в качестве эталонных материалов для разработки методов, калибровки и рутинного контроля.
Эвтектические примеси
Примесь может образовывать эвтектическую систему с веществом, если она растворима в жидкой фазе, но нерастворима в твёрдой фазе. При дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) такие примеси могут влиять на характер плавления материала, снижая наблюдаемую температуру плавления и уширяя эндотермическую кривую плавления по мере увеличения содержания примеси. Это понижение температуры плавления лежит в основе метода « Purity Determination » в соответствии с теорией Ван’т-Хоффа [3]. Поэтому эвтектические примеси являются особенно критичными, поскольку они влияют на поведение при плавлении и ухудшают технологичность. Следовательно, быстрый термический анализ чистоты имеет решающее значение для контроля качества [4].
Анализируя начало пика плавления в зависимости от доли расплавленного вещества, можно оценить чистоту вещества с помощью уравнения Ван’т-Хоффа (уравнение 1), как описано в методе A стандарта ASTM E928 [5]. Оно связывает степень понижения температуры плавления с концентрацией эвтектических примесей.
Где:
TS: температура образца [K]
T0: температура плавления чистого вещества [K]
R: газовая постоянная (= 8,314 Дж/моль⁻¹·К⁻¹)
x: мольная доля примеси
Hf: теплота плавления [Дж·моль⁻¹], рассчитанная по площади пика
F: доля расплавленного вещества
Для определения концентрации примеси в образце необходимо соблюсти несколько условий:
- Вещество должно быть кристаллическим. ∙ Вещество и примесь не должны образовывать твёрдые растворы, то есть они не смешиваются в твёрдой фазе.
- Вещество образует эвтектическую систему с примесью; это означает, что вещество и примесь образуют однородную смесь, которая плавится и затвердевает как чистое вещество.
- Соединения, проявляющие полиморфизм, должны быть полностью преобразованы в один полиморф.
- Вещество не должно разлагаться при плавлении.
Процедура определения чистоты методом ДСК описана в USP <891>, Ph. Eur. 2.2.34, а также в различных других стандартах, таких как ASTM E928 и DIN 51007 [3,6].
В частности, стандарт ASTM E928 [5] описывает и стандартизирует критерии эффективности ДСК для материалов высокой чистоты (концентрация >98,5 моль-%, c <20%, погрешность <0,5 моль-% по сравнению с эталонными методами) и определяет конкретные условия, при которых должны проводиться измерения с помощью ДСК.
Карбамазепин (CBZ) — синтетический противосудорожный препарат, открытый в 1953 году группой компаний «Новартис» и находящийся в коммерческом обороте с 1962 года (рисунок 1). Чистое вещество представляет собой белый кристаллический полиморфный порошок (формы I–IV, дигидрат) с интервалом плавления 191–192 °C (форма I) и молярной массой 236,27 г/моль. Механизм действия КБЗ основан на ингибировании потенциал-зависимых Na+-каналов. Основное фармацевтическое применение этого препарата — лечение эпилепсии, невралгии тройничного нерва и биполярных расстройств. Однако КБЗ также может применяться при абстиненции от алкоголя или для лечения нейропатической боли [7,8].
В данном исследовании мы применили график Ван’т-Хоффа для определения количества примесей в двух аналитических стандартах карбамазепина с различной степенью чистоты, установленной методом ВЭЖХ. В соответствии со стандартом ASTM E928 мы оценили применимость и надежность метода ДСК для Identify small выявления различий в степени чистоты таких эталонных материалов.
Экспериментальный
Для набора « Purity Determination » компании DSC были выбраны два различных (вторичных) аналитических стандарта одного и того же активного фармацевтического ингредиента — карбамазепина (CBZ). Оба продукта были произведены компанией Sigma-Aldrich (Merck KGaA) и соответствовали техническим характеристикам производителя, приведенным в таблице 1.
Таблица 1: Сравнение технических характеристик двух марок карбамазепина, приведенных производителями [1,2]
| Параметр | Карбамазепин (CBZ-I) | Карбамазепин (CBZ-II) |
|---|---|---|
| Номер продукта | 94496 | C4024 |
| Партия | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL Чистота | 99,9 % (спецификация: ≥ 99,0 %) | 99 % (спецификация: ≥ 98,0 %) |
| Внешний вид | Белый порошок | Белый порошок |
| Температура плавления | от 191 до 192 °C | от 191 до 192 °C |
Анализ, проведенный производителем с помощью ВЭЖХ, выявил разницу в чистоте между двумя образцами CBZ, составляющую 0,9 %.
Это различие в степени чистоты можно подтвердить термическим анализом с помощью измерений методом дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) (NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme ) и функции « Purity Determination » в программном обеспечении NETZSCH Proteus® 9.
NETZSCH, DSC 300 Caliris®Supreme и программное обеспечение Proteus® позволяют проводить скрининг чистоты методом ДСК в соответствии со стандартом ASTM в режиме экспресс-анализа, что особенно ценно для мониторинга аналитических эталонных стандартов в целях контроля качества.
Протокол измерений
Перед проведением анализа на приборе DSC 300 компании « NETZSCH » Caliris®Supreme алюминиевые Concavus® пробирки очищали в изопропаноле и подвергали термической подготовке при температуре 425 °C в течение одной минуты. Затем образцы (около 1,5 мг) помещали в очищенные тигли и герметично закрывали.
Программа нагрева была разработана таким образом, чтобы начать нагрев значительно ниже ожидаемого начала плавления, с учётом понижения температуры плавления, вызванного примесями. В протоколе использовался двухступенчатый профиль нагрева: первоначальный быстрый нагрев от 20 °C до 160 °C со скоростью 20 К/мин; затем медленное повышение температуры со скоростью 0,7 К/мин от 160 °C до 200 °C. Измерение проводилось в атмосфере азота при расходе продувки 40 мл/мин для поддержания инертной атмосферы в кювете на протяжении всего эксперимента.
Результаты измерений
На рисунке 2 представлены кривые ДСК для первого цикла нагрева образцов CBZ-l и CBZ-ll. Экстраполированные температуры начала фазового перехода при 190 °C для CBZ-l: 190,2 °C / CBZ-ll: 190 °C согласуются с литературными значениями для CBZ, равными 190,2 °C согласно Lide, D.R [9], однако в случае CBZ-l она на 0,2 °C выше, чем у CBZ-ll.
Как уже отмечалось ранее, наличие примесей в образце приводит к понижению температуры плавления и уширению кривой ДСК. На основе кривой ДСК функция программного обеспечения для определения чистоты вычисляет график Ван-т-Хоффа и предоставляет графическое представление данных анализа чистоты по ДСК; см. рисунок 3. На графике температура плавления отложена по обратной величине доли плавления (1/F), где F представляет собой долю от общей площади пика плавления.
График, как правило, не является линейным, причем более выраженная нелинейность свидетельствует о более высоком содержании примесей. Это отклонение обусловлено эффектами, возникающими до начала плавления, которые не могут быть обнаружены с помощью ДСК. Кроме того, на линейность графика могут влиять также программа измерений и анализ данных. Например, если начать участок с медленным повышением температуры слишком близко к началу плавления, будет получена неверная температура плавления,TS. Однако даже при правильном выборе температурного диапазона неверная настройка площади пика приведет к смещению границ интегрирования пика, что повлияет на рассчитанную теплоту плавления,Hf. Обе ситуации усугубят нелинейность кривой.
Для обеспечения линейности программное обеспечение для анализа применяет поправочный коэффициент c, который пропорционально добавляется как к общей площади пика, так и к каждой долевой площади F. Эта итеративная корректировка позволяет получить скорректированное значение F, которое обеспечивает линейную зависимость в видеTS = f(1/F)
Помимо полученной кривой ДСК, функция программного обеспечения « Purity Determination » требует указания молекулярной массы чистого вещества для вывода результатов в моль-%. Окончательная степень чистоты определяется по наклону линеаризованных данных, а экстраполяция до 1/F = 0 позволяет получить теоретическую температуру плавления 100%-ного чистого материала. Результаты являются достоверными только в том случае, если скорректированные данные демонстрируют линейность, уровень чистоты превышает 98,5 %, а поправочный коэффициент c не превышает 20 % [4].
Теоретическая температура плавления 100%-ного чистого CBZ составляет 190,425 °C для CBZ-l и 190,411 °C для CBZ-ll, по сравнению с температурой плавления 190,358 °C и 190,320 °C соответственно. Расчётное содержание примесей в измеренном образце CBZ-l составило 0,098 моль%, а для CBZ-ll — 0,135 моль%. Коэффициент поправки для обоих образцов составляет менее 10 %: 4,633 % для CBZ-l и 6,978 % для CBZ-ll, что свидетельствует о высоком качестве данных и соответствии стандарту ASTM. После измерения образец был повторно взвешен, и потери массы обнаружено не было. Это подтверждает, что во время измерения не произошло ни разложения образца, ни улетучивания, что также соответствует максимальной потере массы в 1 %, указанной в стандарте ASTM.
Чистота CBZ-l (99,9 % по ВЭЖХ) составляет 99,902 моль-%, а чистота CBZ-ll (99 % по ВЭЖХ) — 99,865 моль-%. Разница в 0,037 % считается незначительной, но статистически значимой по результатам двустороннего t-критерия, хотя следует учитывать ограниченное количество повторных измерений (рисунок 4). Более низкое значение c для CBZ-l (4,8 % против 6,2 %) свидетельствует о меньшей степени предварительного плавления, что может быть связано с более высокой степенью чистоты [6].
Полученные результаты соответствуют техническим характеристикам производителя и, таким образом, подтверждают чувствительность и надежность данного термоаналитического метода. Разница в чистоте, определенная с помощью ДСК, равная 0,037 % (CBZ-l по сравнению с CBZ-ll), отражает только эвтектические примеси, которые и могут быть обнаружены с помощью ДСК. Обнаруженная примесь находится в пределах диапазона, установленного методом ASTM (< 1,5 моль.%), и превышает количественный предел обнаружения, равный 0,001 моль.%.
Заключение
В данном исследовании сделан вывод о том, что дифференциальный сканирующий калориметр (DSC) NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme в сочетании с программной функцией Purity Determination сайта NETZSCH Proteus® для DSC идеально подходит для скрининга примесей, влияющих на процесс плавления, и, следовательно, для определения чистоты множества фармацевтических препаратов, включая дифференциацию степеней чистоты различных аналитических стандартов.
Благодарность
Огромное спасибо Габриэле Кайзер и доктору Стефану Шмёльцеру за их ценный вклад в техническую оценку и интерпретацию результатов.