Industrie & Technik

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In der Pharmaindustrie sind nach Abschluss eines jeden Produktionsschritts die verwendeten Kessel und Gefäße zu reinigen. Anschließend ist zu prüfen, ob diese Reinigung vollständig war. Dazu wird die Oberfläche des gereinigten Gefäßes mit einem Wischstäbchen, einem Swab, abgewischt, und die Rückstände auf dem Swab werden mit Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) analysiert. Alternativ wird der gesamte organische Kohlenstoffs (Total Organic Carbon, TOC) bestimmt.Die klassische Technik zur Reinigungsvalidierung ist die TOC-Analyse, die als Ergebnis jedoch nur einen Summenparameter liefert. Soll differenziert werden, welche Verunreinigungen genau vorliegen, sind zusätzliche Analysen notwendig. Daher setzen viele Hersteller seit ein paar Jahren verstärkt HPLC-Analysen ein, diese sind jedoch mit manuellen Extraktionsschritten verbunden. Diese zusätzlichen Arbeitsschritte sind immer eine Fehlerquelle während der Probenvorbereitung. Unvollständige Überführungen oder Fehler beim Pipettieren können Fehlbefunde verursachen.<h2>Überkritische Fluide als Lösemittel</h2>Überkritische Fluide für die Extraktion (Supercritical Fluid Extraction, SFE) zu verwenden, ist eine Alternative, um Analyten schnell, einfach und automatisiert zu extrahieren. Überkritische Fluide eignen sich aufgrund ihrer physikochemischen Eigenschaften besonders gut für die Extraktion: Sie haben eine geringe Viskosität, durchdringen Gase, lösen sich in Flüssigkeiten und können so Zielverbindungen effizient extrahieren.Die SFE nutzt überkritisches CO2. Es ist einfach verfügbar, günstig, nicht giftig und erreicht den überkritischen Zustand bereits bei 31 °C und 74 bar. Wird die SFE online mit einer Chromatographie mit überkritischen Fluiden (Supercritical Fluid Chromatography, SFC) kombiniert, entfallen nicht nur die manuellen Extraktionsschritte, sondern es ist ein einheitlicher automatisierter Arbeitsablauf von der Probenvorbereitung bis zur Analyse machbar.<h2>Methodenentwicklung für die SFC</h2>Für eine zuverlässige Reinigungsvalidierung ist zunächst eine SFC-Methode zu entwickeln und zu validieren. Daher wurde die Trennung von Alkylbenzolsulfonaten auf vier verschiedenen Säulen getestet. Aufgrund der Peakform und ihrer Trenneffizienz diente die Shim-pack-UCX-SIL-Säule für die weiteren Analysen. Wie Gradiententests zeigen, eignen sich steile Gradienten am besten für die Analyse der Alkylbenzolsulfonate, da sich ansonsten die Peaks durch die unterschiedlichen Kettenlängen der Sulfonate verbreitern.<h2>Direkte Online-SFE-SFC-Analyse eines Swabs</h2>Anhand der SFC-Methode wurde anschließend eine Online-SFE-SFC-Trennung entwickelt. Um die Extraktionseffizienz zu prüfen, wurden Mehrfachextraktionen aus einem Gefäß durchgeführt (Abbildung 1, S. 551). Die Menge von 100 ng Standard war bereits nach der ersten Extraktion vollständig extrahiert, sodass in den Extrakten keine Rückstände mehr nachweisbar waren.<figure><img src="https://media.graphcms.com/5upojJucT3OYep3WI77F"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Überprüfung der Extraktionseffizienz der Online-SFE-SFC-Methode. In den Extrakten nach der ersten Extraktion waren keine Rückstände mehr nachweisbar, 100 ng Standard waren bereits nach der ersten Extraktion vollständig extrahiert.</figcaption></figure>
Um die Linearität der Methode zu testen, wurden anschließend zwischen 10 und 500 μg eines Alkylbenzolsulfonats auf Swabs gegeben und extrahiert (Abbildung 2). Das Bestimmtheitsmaß der Kalibrationsgerade R² lag dabei bei 0,996. Abschließend wurde auch die Wiederholbarkeit der Analyse durch eine Fünffachwiederholung überprüft. Bei fünf aufeinanderfolgenden Messungen von jeweils 100 µg eines Alkylbenzolsulfonats auf einem Swab einschließlich Extraktion lag die Wiederholbarkeit der Retentionszeiten bei 0,19 Prozent relativer Standardabweichung (RSD) und die Wiederholbarkeit der Peakflächen bei 5,76 Prozent RSD.<figure><img src="https://media.graphcms.com/gMi00rUsRTKsMLGlCFvJ"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Online-SFE-SFC-Analyse unterschiedlicher Mengen eines Alkylbenzolsulfonats, eines Tensids. Um die Linearität der Methode zu testen, wurden zwischen 10 und 500 μg des Alkylbenzolsulfonats auf Swabs gegeben und extrahiert.</figcaption></figure>
<h2>Fazit</h2>Online-SFE-SFC ist in der Reinigungsvalidierung eine Alternative zur Hochleistungsflüssigkeitschromatographie. Aufwendige manuelle Probenvorbereitung lässt sich damit vereinheitlichen und automatisieren, wodurch das Risiko von menschlichen Fehlern auf ein Minimum sinkt. Die Methode wurde auf Linearität und Wiederholbarkeit getestet und weist in der Reinigungsvalidierung die Detergentien sicher nach.Isabelle Möller, Jahrgang 1986, ist seit dem Jahr 2015 Produktspezialistin HPLC bei Shimadzu Deutschland. Davor hat sie an der Universität Münster stationäre Phasen zur Trennung von Erdöldestillaten entwickelt und über dieses Thema promoviert. <a href="mailto:info@shimadzu.de">info@shimadzu.de</a>

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Reinigungsvalidierung mit überkritischem CO2

undefined In der Pharmaindustrie sind nach Abschluss eines jeden Produktionsschritts die verwendeten Kessel und Gefäße zu reinigen. Anschließend ist zu prüfen, ob diese Reinigung vollständig war. Dazu wird die Oberfläche des gereinigten Gefäßes mit einem Wischstäbchen, einem Swab, abgewischt, und...

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Pharmazeutische Produkte können Wasser aus dem Fertigungsprozess enthalten oder während der Lagerung aufnehmen. Das Wasser kann die Wirksamkeit und Stabilität pharmazeutischer Produkte beeinflussen – positiv wie negativ. Daher ist der Wassergehalt während der Qualitätskontrolle und Stabilitätsstudien zu bestimmen.Das europäische und das US-Arzneibuch nennen neben den beiden unspezifischen Methoden zur Bestimmung des Wassergehalts – Trocknungsverlust und Destillation – die Karl-Fischer-Titration.Die Bestimmung des Wassergehalts mit einem Phosphorpentoxidsensor ist in der pharmazeutischen Analytik eine Alternative zur Karl-Fischer-Titration. Dafür muss das Verfahren allerdings an zwei Stellen optimiert werden: Die Kapazität des Sensors ist dem Wassergehalt einer Tablette anzupassen und die Steuerung des Massenstroms zum Sensor während der Extraktion zu optimieren. Ein Vorteil der Messung mit einem Phosphorpentoxidsensor ist, dass sie weniger umweltschädliche Chemikalien braucht als die Karl-Fischer-Titration.Erste Experimente haben Methodenparameter für das Phosphorpentoxidsensorverfahren zur Bestimmung des Wassergehalts in Filmtabletten geliefert.<h2>Arbeitsweise des Sensors</h2>Das Analysensystem Easy H2O von Berghof verdampft Wasser mit einem programmierbaren Temperaturprofil. Dann führt trockene Umgebungsluft als Trägergas den Wasserdampf über den Phosphorpentoxidsensor. Der hygroskopische P2O5-Sensor bindet das Wasser und spaltet es elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff (Abbildung 1). Der Wassergehalt der Probe ist anhand des Faraday‘schen Gesetzes direkt über die erforderliche Ladungsmenge bestimmbar. Der Sensor regeneriert sich während der Messung selbst, indem sich die P2O5-Schicht während der Elektrolyse neu bildet.<figure><img src="https://media.graphcms.com/tD61AAgRemC2IBtdjYuQ"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Arbeitsweise des Phosphorpentoxidsensors.</figcaption></figure>
Ein zweiter, in Reihe geschalteter Sensor erhöhte die Kapazität des Analysensystems für diese Studie.<h2>Methoden</h2>Als Versuchsproben dienten Filmtabletten mit einem Gewicht von 420 mg. Die Tabletten lagerten vor den Versuchen für zirka 24 Stunden bei 30 °C und 30 % relativer Luftfeuchtigkeit, um sicherzustellen, dass alle Tabletten den gleichen Wassergehalt haben.Bei der Messung mit dem Analysensystem waren Temperatur, Heizrate und Gasdurchfluss des Trägergases die Variablen. Ergebnisse waren die Abweichung zur Karl-Fischer-Titration (KF) und die Analysenzeit. Die Abweichung zu KF wurde als die Differenz des mit dem Easy H2O gemessenen Wassergehalts zu dem anhand der Karl-Fischer-Ofenmethode gemessenen Wassergehalt berechnet.Bei der Validierung durch die Karl-Fischer-Ofenmethode als Pharmacopoereferenz war das Akzeptanzkriterium für die absolute Standardabweichung ≤ 0,4 % und für die relative Standardabweichung ≤ 4 %. Der Korrelationskoeffizient r² musste mehr als 0,99 betragen. Der validierte Arbeitsbereich lag zwischen 0,8 % und 2,7 %.<h2>Ergebnisse: Einfluss von Heizrate und Temperatur</h2>Aus Vorversuchen ergaben sich als Testbedingungen: Endtemperatur 120 °C, Aufheizrate 9,5 K·min–1, Flussrate 80 mL·min–1. Damit ergab sich mit einer Probe ein Wassergehalt von 2,81 %. Die Karl-Fischer-Ofenmethode lieferte mit vier Proben einen Wassergehalt von 2,82 %.Um die Bestimmung des Wassergehalts einer 420-mg-Tablette zu optimieren, wurden die Auswirkung der Aufheizrate, der Temperatur und des Gasdurchflusses auf die Abweichung zwischen den mit Phosphorpentoxidsensoren und Karl-Fischer-Methode bestimmten Wassergehalten sowie die Analysenzeit ermittelt (Tabelle).<table-wrap>

<label>Table 1</label><h2>Parameter und Ergebnisse der Wasserbestimmung mit dem Phosphorpentoxidsensor bei unterschiedlichen Heizraten, Temperaturen und Geräteeinstellungen (23 vollfaktorielles Design).</h2><img src="https://media.graphcms.com/zKItXhQUTuRajkf03Ra3">

</table-wrap>Die Kombination aus höheren Temperaturen und Aufheizraten (160 °C und 67,5 K·min–1; 140 °C und 38,3 K·min–1; 140 °C und 23 K·min–1) überlastete die beiden Sensoren. Auch bei einer Endtemperatur von 160 °C bei einer Heizrate von 10 K·min–1 reichte die Kapazität der Sensoren nicht. Bei einer Temperatur von 140 °C und einer Heizrate von 23 K·min–1 lag der gemessene Wassergehalt näher an dem mit der Karl-Fischer-Ofenmethode bestimmten als bei den höheren Aufheizraten. Demnach spielt die Aufheizrate eine Rolle für die Zuverlässigkeit der Methode.Die maximale Verdampfungstemperatur wurde auf 160 °C eingestellt, da die Analysentemperatur der Karl-Fischer-Ofenmethode ebenfalls 160 °C beträgt. Bei höheren Temperaturen schmelzen Tablettenbestandteile. Die niedrigste Verdampfungstemperatur wurde auf 100 °C eingestellt, um die Analysenzeit möglichst kurz zu halten.Der obere Wert für die Heizrate lag bei 10 K·min–1. Um die Analysenzeit möglichst kurz zu halten, wurde als unterer Wert am Gerät 5 K·min–1 eingestellt. Der Gasdurchfluss lag zwischen 80 mL·min–1 und 50 mL·min–1.Bei einer Temperatur von 100 °C erreichte das Gerät den Abschaltstrom (2 mA) nicht und lieferte einen Wert für den Wassergehalt, der unter dem lag, den die Karl-Fischer-Methode ergab. Die Analysenzeit in den Fällen, in denen der Sensor den Abschaltstrom nicht erreicht, liegt bei 90 Minuten, das entspricht der Länge des Temperaturprofils.Messungen mit der Karl-Fischer-Methode zu Beginn und zum Ende der Versuche zeigen, dass sich der Wassergehalt zwischenzeitlich nicht veränderte.Die Regressionskurve für die Abweichung zur Karl-Fischer-Methode (Abbildung 2) zeigt, dass das Modell eine gute Näherung ist (r² = 0,92). Andere Parameter als Temperatur und Heizrate beeinflussten die Abweichung zur Karl-Fischer-Methode innerhalb der gewählten Grenzwerte nicht und gingen daher nicht weiter in den Versuchsplan (Design of Experiment, DOE) ein.<figure><img src="https://media.graphcms.com/sx4iwpnlSIa2i9C1AE4j"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Regressionslinie des Ergebnisses „Abweichung zu KF“.</figcaption></figure>
Die endgültigen Einstellungen für optimale Testbedingungen sind daher: Endtemperatur 155 °C, Heizrate 5,8 K·min–1, Gasdurchfluss: 65 mL·min–1Die Messung des Wassergehalts von 420-mg-Filmtabletten mit zwei Phosphorpentoxidsensoren wurde anhand der gültigen Karl-Fischer-Ofenmethode geprüft. Da der Unterschied zwischen den Mittelwerten in allen Fällen nicht mehr als 0,11 % beträgt, sind die Akzeptanzkriterien erfüllt.<h2>Schlussfolgerung</h2>Die Fähigkeit des Sensors, Wasser aufzunehmen und zu elektrolysieren, während es durch die Phosphorpentoxidschicht transportiert wird, ist eine Voraussetzung für die genaue Bestimmung des Wassergehalts. Der Gasdurchfluss des mit Wasser angereicherten Luftstroms muss also der Kapazität des Sensors entsprechen. Dies ist entweder durch Anpassung der Sensorkapazität an die Strömung erreichbar oder umgekehrt durch eine geringere Strömung.Für diese Studie wurde die Sensorkapazität des handelsüblichen Analysesystems Easy H2O durch Einbau eines zusätzlichen Sensors erhöht. Temperatur und Aufheizrate des zur Verdampfung des Wassers aus der Probe verwendeten Ofens sind die wichtigsten Methodenparameter. Sie bestimmen die Verdampfungsrate und somit die Wassermenge, die den Sensor innerhalb einer gegebenen Zeiteinheit erreicht. Temperatur und Aufheizrate lassen sich leicht über ein Temperaturprofil steuern und auf die Sensorkapazität und die Analysenzeit hin optimieren.Eine wichtige Verbesserung, um die Wasserbestimmungsmethode an ganzen Tabletten, also mit Wassermengen oberhalb von 11 mg anwenden zu können, wäre eine deutliche Erhöhung der Sensorkapazität.Lisa Winter, Maren Kuhli, Julian Hofmann, Nora Anne Urbanetz, Christian Fleck, Pharmaceutical Development, Daiichi Sankyo Europe, Pfaffenhofen. <a href="mailto:laboratorytechnology@berghof.com">laboratorytechnology@berghof.com</a> Die Autoren danken Berghof Products + Instruments für die Bereitstellung eines Easy H2O sowie Kerstin Dreblow und Rainer Krämer für die technischen Ratschläge zu Instrumentierung und Probennahme.

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Reinigungsvalidierung mit überkritischem CO2

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