Inledning
Klavulansyra är ett β-laktamashämmande läkemedel som förstärker effekten av ett antibiotikum mot infektion. När det ges ensamt har det endast en svag antibakteriell effekt mot de flesta organismer, men i kombination med andra ß-laktamantibiotika förhindrar det att antibiotikan inaktiveras av mikrobiellt laktamas [1].
Det används vanligen som kaliumsalt, kaliumklavulanat, eftersom denna substans är mer stabil och mindre hygroskopisk än klavulansyra. Kaliumklavulanat är dock fortfarande extremt hygroskopiskt och hydrolyskänsligt om det förvaras i en fuktig miljö [3]. Detta gör det nödvändigt att välja förvaringsförhållanden med omsorg. Dessutom måste man ta hänsyn till andelen vatten i de komponenter som används för farmaceutiska formuleringar som innehåller kaliumklavulanat.
I det följande undersöks fuktens inverkan på den termiska nedbrytningen av kaliumklavulanat med hjälp av TGA-FT-IR.
Testförhållanden
Tre prover av kaliumklavulanat testades: den ursprungliga substansen och två ytterligare prover, som förvarades i ett öppet kärl placerat ovanför vattnet i en förseglad vattenbehållare. Ett av proverna från vattenbehållaren testades efter en veckas förvaring, det andra testades efter två veckor.
Alla tre proverna (utan behandling, efter en vecka och efter två veckor i en fuktig atmosfär) bereddes i förseglade aluminiumdeglar.
TGA-mätningarna utfördes med TG 209 F1 Libra® under en dynamisk kväveatmosfär (40 ml/min). En håltagningsanordning genomborrade automatiskt degelns lock strax före mätningen. De gaser som utvecklades under uppvärmningen med 10 K/min till 600°C överfördes direkt via överföringsledningen till FT-IR-spektrometern från Bruker Optics.
Testresultat
Figur 2 visar massförändringarna för kaliumklavulanat med och utan vattenbehandling. Så snart uppvärmningen startar sker en initial massförlust.
Provet som lagrats i en vecka i vatten uppvisar en massförlust på 43%. i provet som lagrats i 2 veckor sker en massförlust på 58%. För originalprovet uppgår denna massförlust till 1,8%.
Figurerna 3, 4 och 5 visar en 3D-representation av FT-IR-spektra för de gaser som frigörs under uppvärmningen av de tre olika proverna.
Under det första massförluststeget för kaliumklavulanat utan vattenbehandling kan endast avgivning av vatten detekteras (se NETZSCH application note 118/2018 [4]).
Figur 6 visar FT-IR-spektrumet för de gaser som utvecklas vid 119°C från kaliumklavulanat som förvarats i en vecka i fuktig atmosfär. Förutom det typiska FT-IR-spektrumet för vatten visar banden mellan 2200 cm-1 och 2400 cm-1 att det rör sig om koldioxid. Massförlusten på 43% är därför resultatet av en överlappande frisättning av vatten ochCO2, vilket indikerar att nedbrytningen av klavulanat har påbörjats.
Samma slutsats kan dras från spektrumet vid 119°C för provet som förvarats i två veckor (figur 7).
I provet utan vattenbehandling börjar nedbrytningen vid 172°C (TGA-kurvans starttemperatur) med enbartkoldioxidutsläpp (figur 8).
För alla tre proverna fortsätter nedbrytningen med ytterligare två steg, med massförluster på 42% och 13% för provet utan förvaring, 23% och 9% för provet efter 1 veckas förvaring och 16% och 7% för kaliumklavulanat som förvarats i 2 veckor.
Det första av dessa steg över 200°C är förknippat med frisättning av koldioxid och kolmonoxid. Förekomst av ammoniak kan också detekteras, men endast i låga koncentrationer (figur 9). Ju längre vattenbehandlingen varar, desto lägre blir temperaturen vid vilken denna massförlust sker, med början vid 288°C för provet utan lagring och vid 254°C för kaliumklavulanat som lagrats i 2 veckor i fuktig atmosfär.
Det sista massförluststeget, mellan ca 380°C och 600°C, visar en liknande gassammansättning: I FT-IR-spektrumet förekommer metan, koldioxid och ammoniak bredvid varandra vid 450°C (figur 10). Resultaten av TGA-FT-IR-mätningarna på de tre proverna sammanfattas i figur 11, inklusive de slutsatser som dragits från kopplingsexperimentet.
Slutsats
Kaliumklavulanat uppvisar en tendens till hydrolys [3]. För att undersöka konsekvenserna av denna egenskap lagrades kaliumklavulanat under olika perioder i en fuktig atmosfär. Med hjälp av TGA kan skillnader i hydrolys identifieras. Proverna som lagrats i en fuktig atmosfär uppvisar endast tre massförluststeg, medan det obehandlade provet uppvisar fyra massförluststeg.
TGA-FT-IR-koppling möjliggör analys av de gaser som utvecklas under uppvärmning av de behandlade och obehandlade proverna. Det illustrerar tydligt att det första massförluststeget för proverna som lagrats i en fuktig atmosfär inte enbart beror på att vatten frigörs, utan även på attCO2 frigörs. Redan detta faktum pekar på att ämnet håller på att brytas ned. Till följd av förvaring i fuktig atmosfär förskjuts nedbrytningstemperaturen för kaliumklavulanat till lägre temperaturer. Detta kan vara anledningen till att det rekommenderas att kaliumklavulanat förvaras mellan +2°C och +8°C [5]. De efterföljande massförluststegen representerar liknande processer i alla tre proverna, eftersom samma gaser frigörs - oberoende av förvaring i en fuktig atmosfär.
Fuktens inverkan på kaliumklavulanat måste beaktas vid förvaring av läkemedel under olika klimatförhållanden. Särskilt i tropiska länder med hög luftfuktighet och höga temperaturer bör man se till att hållbarheten inte förkortas genom nedbrytning under förvaringen.