Anwendungen der quantitativen Röntgendiffraktometrie (QXPD) in der pharmazeutischen Analytik

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwiefern sich die Pulverröntgendiffraktometrie für den routinemäßigen Einsatz in der quantitativen Wirk- und Hilfsstoffbestimmung eignet. Dabei wurden die erreichte Nachweisgrenze und Messgenauigkeit sowie die dafür benötigte Zeit als Qualitätsparameter gewählt. Die Auswertung der Daten erfolgte entweder über die klassischen Quantifizierungsmethoden der Röntgendiffraktometrie (Integralfläche, Rietveldanalyse) oder durch multivariate Kalibration (PLS Regression).<br /> Die erste Versuchreihe beschäftigte sich mit der Bestimmung des Kristallinitätsgrades von Lactose. Die Nachweisgrenze für amorphes bzw. kristallines Material konnte bei gleichbleibend hoher Genauigkeit, Präzision und Empfindlickeit auf 1 bzw.0.5 (m/m) % reduziert werden. Durch multivariate Kalibration wurde dieses Ergebnis noch verbessert, d.h. die Nachweisgrenzen gesenkt und die Genauigkeit und Präzision erhöht. Die Messzeit war mit 2 bis 6 Minuten sehr kurz. Als Vergleichsmethoden dienten NIRS und DSC.<br /> Die Anwendung der über XRPD erstellten Kalibrierkurven auf Proben unbekannten amorphen oder kristallinen Gehalts war dann erfolgreich, wenn sich die Partikelgröße und -form der untersuchten Probe nicht zu stark von den Kalibriermustern unterschied. <br /> In der zweiten Versuchsreihe wurde ein Wirkstoff, Indomethacin, in der unzerstörten Tablette quantifiziert.<br /> Mikronisierter Wirkstoff (< 10 µm) ließ sich dabei unabhängig von der Tablettenform und -zusammensetzung mit hoher Genauigkeit quantitativ bestimmen, wobei sich im untersuchten Konzentrationsbereich von 8 – 15 (m/m) % durch Auswertung eines einzelstehenden Peaks Gehaltsunterschiede von 0.5 % feststellen ließen. Die multivariate Auswertung über PLSR verbesserte die Präzision der Methode. Die benötigte Messzeit betrug ca. 3 Minuten pro Tablette. Lag der Wirkstoff in einer Partikelgröße > 10 µm in der Tablette vor, so war eine Auswertung über einen Einzelpeak nicht mehr möglich, stattdessen empfahl sich die Anwendung der quantitativen Rietveldanalyse. Als Referenzmethode wurde die UV Spektroskopie verwendet.<br /> Die dritte und letzte Versuchsreihe beschäftigte sich mit Stabilitäts- und Inkompatibilitätsstudien in der Temperatur-Feuchte-Kammer des Röntgendiffraktometers. Als Modellwirkstoff dienten Theophyllin-monohydrat (TM) bzw. -anhydrat (TA), als möglicher Partner für Inkompatibiltäten CaHPO4 x 2 H2O bzw. CaHPO4.<br /> Sowohl die Dehydratation von Theophyllinmonohydrat als auch die Hydratation von Theophyllinanhydrat ließen sich schnell und problemlos in der THC quantitativ erfassen. Beide Umwandlungen folgen einer Kinetik nach Avrami Erofeev 4. Ordnung. Bei der Dehydratation von TM entstand eine stabile und metastabile Form des Anhydrats, deren mengenmäßiges Auftreten von der Umgebungsfeuchte und der Temperatur abhing. Die Bildung der metastabilen Form verlief kinetisch kontrolliert, d.h. sie entstand bei rasch verlaufenden Dehydratationsprozessen unter erhöhter Temperatur (40 °C) und / oder geringer relativer Feuchte. Oberhalb dieser Feuchten überwog dagegen die thermodynamische Kontrolle, d.h. die Bildung der stabilen wasserfreien Form. Insgesamt verlief die Dehydratation in der Reihenfolge TM (--> TX) --> TA. <br /> Die Inkompatibilitätsstudien zeigten, dass es auch unter Stressbedingungen zu keinem Kristallwasserübergang zwischen den untersuchten Wirk- und Hilfsstoffkombinationen (TA/CaHPO4 x 2 H2O; TM/CaHPO4) kam, die beobachteten Umwandlungen waren ausschließlich klimatisch bedingt.<br /> Zusammenfassend betrachtet, sind mit Hilfe eines Röntgendiffraktometers, das mit einem schnell messenden Detektor hoher Linearität und Auflösung ausgestattet ist, quantitative Messungen mit hoher Genauigkeit, Präzision und Empfindlichkeit in kürzester Zeit möglich. Die äußere Form der zu vermessenden Probe spielt bei Verwendung von parallelisiertem Röntgenlicht keine Rolle. Es ist jedoch zu beachten, dass eine variierende Partikelgröße und -form die Genauigkeit des quantitativen Ergebnisses aufgrund von Vorzugsorientierung beeinträchtigen kann. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Proben in Transmission zu vermessen und durch quantitative Rietveldanalyse auszuwerten. Durch die Temperatur-Feuchte-Kammer sind beschleunigte Haltbarkeitsuntersuchungen in situ durchführbar. <br /> Insgesamt gesehen ist die Röntgendiffraktometrie zu anderen, bereits etablierten quantitativen Bestimmungsmethoden wie die HPLC-UV, Raman- oder NIR- Spektroskopie qualitativ äquivalent. Eine online Anwendung zur Prozessüberwachung ist jedoch aufgrund des hohen apparativen Aufwandes und einer adäquaten Probenpräparation noch nicht möglich.