Giriş
Purity Determination bir maddenin güvenli, güvenilir ve amaçlanan uygulamaya uygun olmasını sağlamak için hayati önem taşıyan bir kalite kontrol önlemidir. İzolasyon, sentez veya üretim sonrasında istenen bileşiğin kimliğini ve kalitesini teyit eder ve bu bileşiğin, reaksiyona girmemiş hammadde, yan ürünler ve kirleticiler gibi önemli safsızlıklardan arınmış olduğunu doğrular. Bu analiz, bir sentez veya üretim sürecinin etkinliğini değerlendirmeye yardımcı olur, daha fazla saflaştırma gerekip gerekmediğini gösterir ve üretim partileri arasındaki tutarlılığı destekler.
Bir maddenin terapötik uygulamalar için tasarlanmış olması durumunda, Purity Determination daha da önem kazanır. Aktif farmasötik bileşenlerin saflığı, bunların farmasötik kullanıma uygunluğu açısından kritik öneme sahiptir. Safsızlıklar, toksik etkilere neden olabilir veya formülasyon ve işleme sırasında aktif farmasötik bileşenin (API) stabilitesini ve biyoyararlanımını tehlikeye atabilir. Kalite güvencesi açısından bu durum, yöntem geliştirme, kalibrasyon ve rutin kontrol için referans materyali olarak kullanılan analitik standartlar için özellikle önemlidir.
Eutektik Kirlilikler
Bir safsızlık, sıvı fazda çözünür ancak katı fazda çözünmezse, bir maddeyle ötektik bir sistem oluşturabilir. Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) yönteminde, bu tür safsızlıklar, safsızlık içeriği arttıkça gözlemlenen Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığını düşürerek ve Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime endotermini genişleterek malzemenin Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime davranışını etkileyebilir. Bu Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime noktası düşüşü, van’t Hoff teorisine göre [3] Purity Determination 'in temelini oluşturur. Ötektik safsızlıklar, Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime davranışını etkilediği ve işlenebilirliği bozduğu için özellikle kritiktir. Bu nedenle, hızlı termal saflık analizi kalite kontrolü için vazgeçilmezdir [4].
Erime zirvesinin başlangıcını erimiş fraksiyonun bir fonksiyonu olarak analiz ederek, ASTM E928 standardının A yönteminde [5] açıklandığı gibi, van’t Hoff denklemi (Denk. 1) kullanılarak bir maddenin saflığı tahmin edilebilir. Bu denklem, Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime noktası düşüşünün derecesini ötektik safsızlıkların konsantrasyonuyla ilişkilendirir.
Nerede:
TS: numune sıcaklığı [K]
T0: saf maddenin Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığı [K]
R: gaz sabiti (= 8,314 J/mol-1·K-1)
x: safsızlık mol fraksiyonu
Hf: Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime ısısı [J·mol-1], tepe alanından hesaplanır
F: erimiş fraksiyon
Bir numunedeki safsızlık konsantrasyonunun belirlenmesi için birkaç koşulun sağlanması gerekir:
- Madde kristalimsi olmalıdır. ∙ Madde ve safsızlık, katı çözeltiler oluşturmamalıdır; yani, katı fazda birbirleriyle karışmamalıdır.
- Madde, safsızlıkla bir ötektik sistem oluşturmalıdır; yani, madde ve safsızlık, saf bir madde gibi eriyip katılaşan homojen bir karışım oluşturmalıdır.
- PolimorfizmPolimorfizm, katı bir maddenin farklı kristal yapılar oluşturma yeteneğidir (eşanlamlılar: formlar, modifikasyonlar).Polimorfizm gösteren bileşikler, tamamen tek bir polimorf haline dönüştürülmelidir.
- Madde, Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sırasında bozulmamalıdır.
DSC ile saflığın belirlenmesi prosedürü, USP <891>, Ph. Eur. 2.2.34 ve ASTM E928 ile DIN 51007 [3,6] gibi çeşitli diğer standartlarda açıklanmaktadır.
Özellikle ASTM E928 [5], yüksek saflıkta malzemeler (konsantrasyon >%98,5 mol, c <%20, referans yöntemlere göre sapma <%0,5 mol) için DSC'ye özgü performans kriterlerini açıklamakta ve standartlaştırmakta olup, DSC ölçümlerinin gerçekleştirilmesi gereken özel koşulları tanımlamaktadır.
Karbamazepin (CBZ), 1953 yılında Novartis Grubu tarafından keşfedilen ve 1962'den beri piyasada bulunan sentetik bir antikonvülzandır (şekil 1). Saf madde, Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime aralığı 191–192°C (form I) ve mol kütlesi 236,27 g/mol olan beyaz, kristalimsi ve polimorfik bir tozdur (form I–IV, dihidrat). CBZ’nin etki mekanizması, voltaj kapılı Na+ kanallarının inhibisyonuna dayanır. Başlıca farmasötik kullanımı epilepsi, trigeminal nevralji ve bipolar bozuklukların tedavisindedir. Bununla birlikte, CBZ alkol yoksunluğu sırasında veya nöropatik ağrının tedavisinde de kullanılabilir [7,8].
Bu çalışmada, HPLC ile belirlenen saflıkları farklı olan iki karbamazepin analitik standardındaki safsızlık miktarını belirlemek için van’t Hoff grafiğini kullandık. ASTM E928 standardına uygun olarak, bu tür referans materyallerindeki saflık farklılıklarını değerlendirmek iç Identify small DSC yönteminin uygulanabilirliğini ve güvenilirliğini değerlendirdik.
Deneysel
DSC tarafından üretilen “ Purity Determination ” ürünü için, aynı aktif farmasötik madde olan karbamazepin (CBZ)’in iki farklı (ikincil) analitik standardı seçilmiştir. Her iki ürün de Sigma-Aldrich (Merck KGaA) tarafından üretilmiştir ve Tablo 1’de gösterilen üretici spesifikasyonlarına uymaktadır.
Tablo 1: İki farklı karbamazepin türüne ilişkin üretici teknik özelliklerinin karşılaştırılması [1,2]
| Parametre | Karbamazepin (CBZ-I) | Karbamazepin (CBZ-II) |
|---|---|---|
| Ürün numarası | 94496 | C4024 |
| Parti | BCCM1539 | MKCT3831 |
| HPCL Saflık | %99,9 (Spesifikasyon: ≥ %99,0) | %99 (Spesifikasyon: ≥ %98,0) |
| Görünüş | Beyaz toz | Beyaz toz |
| Erime Noktası | 191 ila 192°C | 191 ila 192 °C |
Üreticinin HPLC analizi, iki CBZ numunesi arasında saflık açısından %0,9’luk bir fark olduğunu ortaya koydu.
Bu saflık farkı, Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (DSC) ölçümleri (NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme ) ve NETZSCH Proteus® 9 yazılımının " Purity Determination " özelliği kullanılarak termal olarak doğrulanabilir.
NETZSCH 'in DSC 300 Caliris®Supreme ve Proteus® yazılımı, ASTM standartlarına uygun DSC saflık taramasını hızlı bir test olarak gerçekleştirir; bu özellik, özellikle kalite kontrolü için analitik referans standartlarının izlenmesinde çok değerlidir.
Ölçüm Protokolü
NETZSCH DSC 300 Caliris®Supreme cihazıyla analizden önce, alüminyum Concavus® kaplar izopropanol ile temizlendi ve 425 °C’de bir dakika boyunca termal olarak koşullandırıldı. Ardından numuneler (~1,5 mg) temizlenmiş potalara dolduruldu ve hava geçirmez şekilde kapatıldı.
Sıcaklık programı, safsızlıkların neden olduğu Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime noktası düşüşünü hesaba katmak amacıyla, beklenen erime başlangıcının oldukça altında başlayacak şekilde tasarlandı. Protokolde iki aşamalı bir ısıtma profili kullanıldı: ilk olarak 20 K/dk hızında 20 °C'den 160 °C'ye hızlı ısıtma; ardından 160 °C'den 200 °C'ye 0,7 K/dk hızında yavaş bir sıcaklık artışı. Ölçüm, deney boyunca hücrede inert bir atmosfer sağlamak amacıyla 40 ml/dk'lık bir temizleme akış hızında azot gazı altında gerçekleştirilmiştir.
Ölçüm Sonuçları
Şekil 2, CBZ-l ve CBZ-ll’nin ilk ısıtma döngüsüne ait DSC eğrilerini göstermektedir. CBZ-l için 190,2 °C ve CBZ-ll için 190 °C olarak ekstrapolasyonla elde edilen başlangıç sıcaklıkları, Lide’ye göre CBZ için 190,2 °C olan literatür değerleriyle tutarlıdır, D.R [9]'e göre 190,2 °C'dir; ancak CBZ-l durumunda bu değer, CBZ-ll'den 0,2 °C daha yüksektir.
Daha önce de belirtildiği gibi, numunedeki safsızlık Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır.erime noktasını düşürür ve DSC eğrisini genişletir. DSC eğrisinden yola çıkarak, saflık yazılımı özelliği van't Hoff grafiğini hesaplar ve DSC saflık analizi verilerinin grafiksel bir temsilini sunar; bkz. Şekil 3. Bu grafikte, erime sıcaklığı, erimiş fraksiyonun tersi (1/F) ile karşılaştırılarak gösterilir; burada F, toplam erime tepe alanı içindeki payı temsil eder.
Grafik genellikle doğrusal değildir; doğrusal olmama derecesinin artması, daha yüksek miktarda safsızlık olduğunu gösterir. Bu sapma, DSC ile tespit edilemeyen erime öncesi etkilerden kaynaklanır. Ayrıca, ölçüm programı ve veri analizi de grafiğin doğrusallığını etkileyebilir. Örneğin, düşük hızda sıcaklık artırma segmentine erime başlangıcına çok yakın bir noktadan başlanması, yanlış bir erime sıcaklığı (TS) sonucuna yol açacaktır. Bununla birlikte, sıcaklık aralığı doğru seçilmiş olsa bile, tepe alanının yanlış ayarlanması tepe entegrasyon sınırlarını bozarak hesaplanan erime ısısı (Hf) değerini etkileyecektir. Her iki durum da grafiğin doğrusal olmama derecesini artıracaktır.
Doğrusallığı sağlamak için analiz yazılımı, hem toplam tepe alanına hem de her bir kısmi alana (F) orantılı olarak eklenen bir düzeltme faktörü (c) uygular. Bu yinelemeli ayarlama,TS = f(1/F) formülünde doğrusal bir ilişki sağlayan düzeltilmiş bir F değeri verir.
Elde edilen DSC eğrisine ek olarak, “ Purity Determination ” yazılım özelliği, sonuçları mol% cinsinden verebilmek için saf maddenin molekül ağırlığını gerektirir. Nihai saflık, doğrusallaştırılmış verilerin eğiminden belirlenirken, 1/F = 0 değerine kadar yapılan ekstrapolasyon, %100 saf maddenin teorik Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığını verir. Sonuçlar, yalnızca düzeltilmiş veriler doğrusallık gösterdiğinde, saflık seviyesi %98,5'ten yüksek olduğunda ve düzeltme faktörü c %20'den düşük olduğunda güvenilirdir [4].
%100 saf CBZ’nin teorik erime noktası, CBZ-l için 190,425 °C ve CBZ-ll için 190,411 °C’dir; sırasıyla 190,358 °C ve 190,320 °C olan erime sıcaklıklarına kıyasla. Ölçülen CBZ-l numunesinin hesaplanan safsızlık içeriği %0,098 mol, CBZ-ll için ise %0,135 mol olarak bulunmuştur. Her iki numune için düzeltme faktörü %10’dan azdır; CBZ-l için %4,633 ve CBZ-ll için %6,978 olup, bu da verilerin yüksek kalitesini ve ASTM standardına uygunluğunu göstermektedir. Ölçümün ardından numune tekrar tartıldı ve herhangi bir kütle kaybı tespit edilmedi. Bu durum, ölçüm sırasında numunenin ne ayrıştığını ne de buharlaştığını teyit etmektedir; bu da ASTM standardında belirtilen %1'lik maksimum kütle kaybı sınırına uygundur.
CBZ-l’nin (HPLC %99,9) saflığı %99,902 mol iken, CBZ-ll’nin (HPLC %99) saflığı %99,865 mol’dür. %0,037'lik fark, iki kuyruklu t-testi uyarınca marjinal ancak istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmektedir; ancak sınırlı sayıda tekrarlamanın da dikkate alınması gerekmektedir (şekil 4). CBZ-l’nin daha düşük c-değeri (%4,8’e karşı %6,2), daha az ön erimeyi göstermektedir; bu durum, daha yüksek saflık derecesinden kaynaklanıyor olabilir [6].
Mevcut sonuçlar üreticinin teknik özelliklerini yansıtmakta ve dolayısıyla bu termoanalitik yöntemin hassasiyetini ve güvenilirliğini desteklemektedir. DSC ile belirlenen saflıkta %0,037'lik fark (CBZ-l ile CBZ-ll arasında), yalnızca ötektik safsızlıkları yansıtmaktadır; bu, DSC'nin tespit edebileceği türden bir safsızlıktır. Tespit edilen safsızlık, ASTM yöntem aralığı olan < %1,5 mol sınırları içinde kalmakta ve %0,001 mol'lük kantitatif tespit sınırını aşmaktadır.
Sonuç
Bu çalışma, NETZSCH adresindeki DSC 300 cihazının ( Caliris®Supreme ) NETZSCH adresindeki Proteus® web sitesinde yer alan DSC için Purity Determination yazılım özelliği ile birlikte kullanıldığında, erime sürecini etkileyen safsızlıkların taranması ve dolayısıyla farklı analitik standartların saflık dereceleri arasındaki ayrım da dahil olmak üzere çok sayıda farmasötik ürünün saflığının belirlenmesinde ideal bir çözüm olduğunu ortaya koymaktadır.
Teşekkür
Sonuçların teknik değerlendirmesine ve yorumlanmasına yaptıkları değerli katkılarından dolayı Gabriele Kaiser ve Dr. Stefan Schmölzer’e içten teşekkürlerimizi sunarız.