rozwój metod analitycznych dla oznaczania api (active pharmaceutical ingredients)

Instytut Farmaceutyczny

Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API

(Active Pharmaceutical Ingredients)

Joanna Zagrodzka

Zakład Analityki Badawczej, Instytut Farmaceutyczny w Warszawie


Badania analityczne stosowane do oceny jakości

API

10. 06. 2010 Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API

1.Tożsamość

2.Ocena czystości

• związki organiczne• związki nieorganiczne

3.Zawartość

4.Rozkład wielkości i kształtu cząstek


Tożsamość

1. IR, MS, NMR, rentgenowska struktura monokrystaliczna

2. Tożsamość polimorficzna XRPD, DSC

3. Metoda HPLC/UPLC



Ocena czystości

czystość + badania stresowe + HPLC/MS

HPLC/UPLC czystość enancjomeryczna

Związki organiczne GC/MS

GC TGA FID/head space

zawartość wody

Związki nieorganiczne popiół siarczanowy

metale ciężkie katalizatory (ICP-MS)


wg. Ph. Eu.


ZawartośćRozkład wielkości i kształtu

cząstek

1. Zawartość – metoda HPLC/UPLC

2. Rozkład wielkości i kształtu cząstektechnika dyfrakcji laserowejanaliza mikroskopowa



Polimorfizm

Zjawisko występowania Zjawisko występowania substancji w fazach substancji w fazach różniących się typem różniących się typem sieci krystalicznej lub sieci krystalicznej lub parametrami parametrami charakteryzującymi charakteryzującymi komórkę elementarną.komórkę elementarną.



Polimorfizm

Charakterystyka odmian polimorficznychCharakterystyka odmian polimorficznych


Ten sam skład chemiczny Różne właściwości fizyczne: temperatura topnienia prędkość rozpuszczania - biodostępność współczynnik załamania światła kolor twardość przewodnictwo


PolimorfizmMetody analityczne

• Proszkowa dyfrakcja rentgenowska (XRPD)Proszkowa dyfrakcja rentgenowska (XRPD)• Spektroskopia Podczerwieni (IR)Spektroskopia Podczerwieni (IR)• Różnicowa Kalorymetria Skaningowa (DSC)Różnicowa Kalorymetria Skaningowa (DSC)• Analiza Termo-Optyczna (TOA)Analiza Termo-Optyczna (TOA)• Spektroskopia RamanaSpektroskopia Ramana• Spektroskopia NMR ciała stałegoSpektroskopia NMR ciała stałego• Pomiary rozpuszczalnościPomiary rozpuszczalności

orazoraz• Analiza Termograwimetryczna (TG)Analiza Termograwimetryczna (TG)• Mikroskopia SkaningowaMikroskopia Skaningowa• Mikroskopia StereoskopowaMikroskopia Stereoskopowa



Proszkowa dyfrakcja rentgenowska

Identyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem metody XRPDIdentyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem metody XRPD

10. 06. 2010 Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API 2 th e ta

In

ten

sit

y

1 0. 0 0 2 0 . 0 0 3 0 . 0 0

0

1 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

0

6 0 0

1 2 0 0

1 8 0 0

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

F o rm a I

F o rm a I I

F o rm a a m or fi c z n a


Dyfraktogramy proszkowe dla produktu leczniczego


Proszkowa dyfrakcja rentgenowska

Diagnostyka pseudopolimorfizmu


Diagnostyka pseudopolimorfizmuDiagnostyka pseudopolimorfizmu


Metody spektroskopowe


Identyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem metody IRIdentyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem metody IR

4000 3000 2000 1500 1000 400 cm-1

%T

FORMA I FORMA II FORMA AMORFICZNA


4000 3000 2000 1500 1000 500 400 CM-1

3

92

%T

Widma FTIR – zakres 4000 – 400 cm-1

FIO FORMA I

TABLETKI zawierające FIO FORMA I

Zakres diagnostyczny

MM Glice

Metody spektroskopowe -produkt leczniczy



1620 1600 1550 1520 CM-1

%T

MM Glice

FORMA I

Mieszaniny placeba z substancją FIO:100% FORMY I 98% FORMY I + 2% FORMY II95% FORMY I + 5% FORMY II90% FORMY I + 10% FORMY II85% FORMY I + 15% FORMY II

100% FORMY II – tabletka handlowa

TABLETKI zawierające FIO FORMA IMETODA FTIR – zawartość FIO FORMA II

Zakres diagnostyczny – widma FTIR



Metody analizy termicznej

Identyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC)


40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

FORMA AMORFICZNA

FORMA II

FORMA I

temperatura, oC

Forma I

Forma II

Temperatura topnienia, ºC(wg. ekstrapolacji piku)

184.7 178.8

Temperatura topnienia, ºC(wg. onset)

180.7 176.7

Entalpia topnienia, J/g 78 84

SOLVENTS

MELTING PEAK

IFLV/17p, 7.07 mg

Module: DSC 822e Mettler ToledoMethod: 30-260 C, 20 C/min

IFLV/16P I, 7.26 mg

IFLV/49, 6.38 mg

mW50

min

°C30 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

exo CCTA-PSEUDOPOLIMORPHISM 25.08.2003 14:56:02

AAn INSTYTUT FARMACEUTYCZNY : METTLER SystemeRTAMETTLER TOLEDO S

polimorfizm pseudopolimorfizm


Metody analizy termicznej


3.2.1.

3.2.1.

DSC-Tel-pr.handl.1, 7.60 mg

Integral -760,90 mJ normalized -100,12 Jg -1Onset 266,20 °CPeak Height 25,59 mWPeak 269,44 °CExtrapol. Peak 269,59 °CEndset 272,98 °CPeak Width 3,83 °CLeft Limit 249,27 °CRight Limit 283,18 °CLeft bl Limit 249,27 °CRight bl Limit 283,18 °CHeating Rate 10,00 °Cmin -1Baseline Type line

Integral -209,84 mJ normalized -27,61 Jg -1Onset 178,72 °CPeak Height 3,76 mWPeak 187,11 °CExtrapol. Peak 187,34 °CEndset 193,59 °CPeak Width 8,62 °CLeft Limit 171,32 °CRight Limit 198,55 °CLeft bl Limit 171,32 °CRight bl Limit 198,55 °CHeating Rate 10,00 °Cmin -1Baseline Type spline

Integral -109,05 mJ normalized -14,35 Jg -1Onset 143,89 °CPeak Height 2,20 mWPeak 151,47 °CExtrapol. Peak 151,93 °CEndset 155,28 °CPeak Width 6,82 °CLeft Limit 131,41 °CRight Limit 160,30 °CLeft bl Limit 131,41 °CRight bl Limit 160,30 °CHeating Rate 10,00 °Cmin -1Baseline Type spline

mW20

min

°C25 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

TG-Tel-pr.handl.1, 5,7933 mg

? Step -2,0353 % -0,1179 mgLeft Limit 32,00 °CRight Limit 151,35 °CHeating Rate 10,00 °Cmin^-1

mg0,1

min

°C25 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

^exo Krzywe DSC i TG 13.01.2006 13:56:43

SW 8.10eRTASIF / JA: METTLER


Ogląd morfologiczny faz



Polimorfizm - podsumowanie

• Polimorfizm – konieczna do identyfikacji i badania Polimorfizm – konieczna do identyfikacji i badania cecha substancji farmaceutycznychcecha substancji farmaceutycznych

• Pełna diagnostyka polimorfizmu wymaga stosowanie Pełna diagnostyka polimorfizmu wymaga stosowanie zarówno metod wzajemnie komplementarnych jak i zarówno metod wzajemnie komplementarnych jak i metod uzupełniającychmetod uzupełniających

• Zastosowanie metod dyfrakcji rentgenowskiej, IR i Zastosowanie metod dyfrakcji rentgenowskiej, IR i DSC umożliwia jakościową i ilościową analizę DSC umożliwia jakościową i ilościową analizę czystości polimorficznej substancji farmaceutycznych czystości polimorficznej substancji farmaceutycznych jak również API w formie lekujak również API w formie leku



Wytwarzanie Substancji Farmaceutycznej API

a Potencjalne Zanieczyszczenia

10. 06. 2010.

Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API

* M.D.Argentine, P.K.Owens, B.A.Olsen, AdvancedDrugDeliveryReviews59 (2007) 12-28

Nowa droga wytwarzania

Zmiana profilu

zanieczyszczeń

Opracowanie nowych metod

stosowane w ocenie jakości API

Walidacja metod

analitycznych

SurowiecSurowiec11

Półprodukty 1Półprodukty 1

Surowiec Surowiec 22

BP1, BP2…BP1, BP2…

+

Substancja Substancja farmaceutyczfarmaceutyczna na D1, D2, D3…D1, D2, D3…

SM’ zanieczyszczenia surowca prowadzące do zanieczyszczeń półproduktów INT’ i substancji API’BP uboczne produkty reakcjiD produkty degradacji

**SCHEMAT PROCESU WYTWARZANIA

(SM2’)(SM2’)

(INT’)(INT’)

(API’)(API’)


Metody HPLC w procesie wytwarzania API

substancja aktywna (API)

Czystość chemiczna Czystość enancjomeryczna Zawartość

Wymagania:•LOQ < poziom raportowania

-ustalany •Rs 1.5•As (0.8-1.5)•Liniowość LOQ-120%

Wymagania:•Rs 1.5•As (0.8-1.5)•Liniowość 80- 120% •Precyzja RSD <0.85%


(0,05% lub 0,03%)•Rs 1.5•As 0.8-1.5•RF (0.8-1.2)•Liniowość LOQ-120%


ustalany np.: 1%•Rs – brak wytycznych•As – brak wytycznych•RF 0.8-1.2

kontrola międzyoperacyjna (IPC)półprodukty (INT)

materiały wyjściowe (SM)

European Pharmacopoeia 6.4 2.2.46 Chromatographic separation techniques

ICH (International Conference of Harmonisation)



Porównanie HPLC / UPLC

- Czas analizy: 35min- Rozdzielczość: 10.6 i 4.8- Sprawność: w granicach 4000-5000 pt

1. HPLC

2. UPLC - Czas analizy: 5min- Rozdzielczość: 17,5 i 6,0- Sprawność: w granicach 4000-7000 pt- Czas analizy: o 86% krótszy- Zużycie eluentu: o 91% mniej - Rozdzielczość: o 50% i 20% wyższa



Wykorzystanie HPLC/MS/MS w badaniach substancji aktywnej


• Potwierdzenie struktury chemicznej związku• Najskuteczniejsza metoda identyfikacji i oznaczania

związków o niskich stężeniach, w mieszaninach np. zanieczyszczenia w API i formie leku

• Weryfikacja selektywności metod LC• Analiza widm fragmentacyjnych pozwala na

identyfikację badanych zanieczyszczeńOgraniczenia detekcji MS:• Diastereoizomery, nierozróżnialne dla MS (bez

wzorców)• Słabo jonizujące związki (dla detektorów

z jonizacją ESI i APCI)


Analiza HPLC


Detector A, Channel 1 from Sample 3 (EMS+ H2O) of 2010-06-01 ES szarza 3.wiff Max. 1.8e5 .

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44Time, min

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

3400

3600

3800

4000

4200

4400

AU

/u

V

18.77

17.66

Zanieczyszczenia poniżej dopuszczalnego poziomu

Zanieczyszczenie powyżej dopuszczalnego poziomu.Wymaga identyfikacji

API


TIC of +EMS: from Sample 3 (EMS+ H2O) of 2010-06-01 ES szarza 3.wiff (Turbo Spray), Smoothed, Smoothed, Smoothed, Smoothed, Smoothed Max. 1.1e8 cps.

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44Time, min

0.00

5.00e6

1.00e7

1.50e7

2.00e7

2.50e7

3.00e7

3.50e7

4.00e7

4.50e7

5.00e7

5.50e7

6.00e7

6.50e7

7.00e7

7.50e7

8.00e7

8.50e7

9.00e7

9.50e7

1.00e8

1.05e8

1.09e8

Inte

ns

ity, c

ps

19.65

19.88

20.27

19.03

Analiza HPLC/MSidentyfikacja jonu

molekularnego


Chromatogram w trybie skanowania

+EMS: 19.075 min from Sample 3 (EMS+ H2O) of 2010-06-01 ES szarza 3.wiff (Turbo Spray), subtracted (19.794 to 20.163 min) Max. 1.1e6 cps.

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500m/z, amu

5.00e4

1.00e5

1.50e5

2.00e5

2.50e5

3.00e5

3.50e5

4.00e5

4.50e5

5.00e5

5.50e5

6.00e5

6.50e5

7.00e5

7.50e5

8.00e5

8.50e5

9.00e5

9.50e5

1.00e6

1.05e6

In

te

ns

ity

, c

ps

307.2

309.2279.2244.4

229.4217.4 289.4211.2


Analiza HPLC/MS/MSfragmentacja zanieczyszczenia i

API


+EPI (325.20) CE (40) CES (10): Exp 1, 19.815 to 20.135 min from Sample 1 (EPI+325+307+339) of 2010-06-01 stres MeOH.wiff (Turbo Spray) Max. 2.4e6 cps.

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330m/z, amu

1.0e5

2.0e5

3.0e5

4.0e5

5.0e5

6.0e5

7.0e5

8.0e5

9.0e5

1.0e6

1.1e6

1.2e6

1.3e6

1.4e6

1.5e6

1.6e6

1.7e6

1.8e6

1.9e6

2.0e6

2.1e6

2.2e6

2.3e6

2.4e6

Inte

ns

ity, c

ps

109.4

262.2

116.4234.2

325.2247.2

166.6

246.2227.2221.2

117.0

235.2 242.2113.2 156.6140.4 222.2215.2 250.2129.4 307.2260.2121.4 144.483.4 168.6 218.2154.689.4 207.2190.2133.4103.4 147.4 244.2 280.2232.2183.2 259.2108.0 263.6 292.2193.2 308.4

+EPI (307.20) CE (40) CES (10): Exp 2, 18.971 to 19.178 min from Sample 1 (EPI+325+307+339) of 2010-06-01 stres MeOH.wiff (Turbo Spray) Max. 5.9e4 cps.

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310m/z, amu

5000.0

1.0e4

1.5e4

2.0e4

2.5e4

3.0e4

3.5e4

4.0e4

4.5e4

5.0e4

5.5e4

5.9e4

Inte

ns

ity, c

ps

91.0

216.2 244.2

229.2

203.2

307.2228.2

116.2

166.2217.2202.2

204.2189.2 227.2

242.2156.2140.0105.2 214.2 289.2129.2 201.2177.2 232.4206.289.0 103.0 192.2165.2115.2 240.2 245.2 262.286.0

Widmo fragmentacyjne API (znanego związku)

Widmo fragmentacyjne nieznanego zanieczyszczenia


Pomiar rozkładu wielkości i Pomiar rozkładu wielkości i kształtu cząstek technikami kształtu cząstek technikami

dyfrakcji laserowej dyfrakcji laserowej i analizy mikroskopoweji analizy mikroskopowej


Dlaczego Dlaczego mierzymymierzymy wielkość cząstek? wielkość cząstek?

Kontrola jakości i rozwój technologii formy leku - przemysł farmaceutyczny



Pomiar rozkładu wielkości i Pomiar rozkładu wielkości i kształtu cząstek techniką kształtu cząstek techniką

dyfrakcji laserowej dyfrakcji laserowej

Informacje podstawoweInformacje podstawowe

Metodologia pomiarów wielkości cząstek Metodologia pomiarów wielkości cząstek metodą dyfrakcji lasesowej objęta jest metodą dyfrakcji lasesowej objęta jest

normą:normą:

ISO 13320 -1 „ Particle size analysis – ISO 13320 -1 „ Particle size analysis – Laser diffraction methods”Laser diffraction methods”

European Pharmacopeia European Pharmacopeia §§ 2.9.31 2.9.31USP USP §§ 429 429


Pomiar rozkładu wielkości Pomiar rozkładu wielkości cząstekcząstek


1. Przygotowanie odpowiednio zdyspergowanej próbki

2. Zebranie informacji - danych surowych - jak światło zostało rozproszone przez cząstki próbki

3. Analiza danych surowych przy użyciu odpowiednich teorii – określenie wielkości cząstek jakie mogły wytworzyć zarejestrowany wzór rozpraszania światła


Odpowiednia dyspersja próbkiOdpowiednia dyspersja próbki

Trend Graph

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Record number

0

20

40

60

80

100

120

Par

amet

er

d (0.1) d (0.5) d (0.9)

przed włączeniem

u/s

w trakcie działania u/s

po wyłączeniu

u/s

WykresWykres trendutrendu dyspersjidyspersji OBSZAR

plateau



10%10%20%20%

30%30%

40%40%

6060%%

50%50%

70%70%

80%80%

90%90%

100%100%

dd(0(0,,1)1) dd(0(0,,9)9)

d(0,5)

d [m]

Ud

zia

ł ob

jęto

ścio

wy

da

ne

j fra

kcji

w c

ało

ści [

%]

Określenie rozkładu wielkości Określenie rozkładu wielkości cząstekcząstek



Statystyki rozkładu wielkości Statystyki rozkładu wielkości cząstekcząstek


d(0,1) lub (x10) - średnica kulki ekwiwalentnej odpowiadająca 10% rozkładu wielkości cząstek

d(0,9) lub (x90) - średnica kulki ekwiwalentnej odpowiadająca 90% rozkładu wielkości cząstek

d(0,5) lub (x50) – średnica kulki ekwiwalentnej odpowiadająca medianie rozkładu wielkości cząstek


Analiza kształtu i wielkości Analiza kształtu i wielkości cząstekcząstek

• „„Dla cząstek o nieregularnym kształcie charakterystyka Dla cząstek o nieregularnym kształcie charakterystyka wielkości cząstek musi również zawierać informacje wielkości cząstek musi również zawierać informacje o rodzaju mierzonej średnicy i kształcie cząstek” o rodzaju mierzonej średnicy i kształcie cząstek”

• European Pharmacopoeia European Pharmacopoeia §§ 2.9.37 2.9.37

• USP 776USP 776



Mikroskopowa automatyczna Mikroskopowa automatyczna analiza kształtu cząstekanaliza kształtu cząstek

0.00

0.10

0.20

0.30

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

%

Elongation

Elongation smoothed over 100 points

Record 8: OS-12/155/145A+con+sol+area+<100 Record 15: OS-12/155143+sol+con+area+<100-5

Kolistość Wydłużenie Aspect ratio

D [n,0.5] D [n,0.5] D [n,0.5]

B 0.793 0.362 0.636

A 0.464 0.657 0.341

Szacunkowy objętościowy rozkład wielkości cząstek, m

D [v,0.1] D [v,0.5] D [v,0.9]

B 13.87 30.36 53.14

A 11.25 24.20 47.02


Porównanie techniki analizy Porównanie techniki analizy obrazuobrazu

i dyfrakcji laserowej i dyfrakcji laserowej


Mikroskop automatyczny Dyfrakcja laserowa

Liczbowa i objętościowa dystrybucja cząstek

Objętościowa dystrybucja cząstek

Wysoka czułość drobnych cząstek Wysoka czułość dużych cząstek

Mała ilość próbki do badania Duża ilość próbki do badania

Specyficzna, szczegółowa charakterystyka poszczególnych

cząstek

Szybka charakterystyka populacji cząstek

Wysoka rozdzielczość, czułość , elastyczność i powtarzalność

Dobra powtarzalność i elastyczność

Precyzyjne morfologiczne informacje

Szerokie rozkłady wielkościowe

Badania, diagnostyka, weryfikacja i walidacja metod rutynowych

Analiza rutynowa


Współautorzy

Wioleta MaruszakMaria PuchalskaKatarzyna FilipTomasz Giller

Anna ZielińskaMagdalena Glice

Katarzyna KorczakAndrzej Kutner


rozwój metod analitycznych dla oznaczania api (active pharmaceutical ingredients)

Documents