药品中重金属检测方案(微波消解仪)

Anton Paar 超级微波在杂质元素分析中的前处理解决方案-根据法规 ICH Q3D， USP <232>，<233>， Ph. Eur. 5.20 安东帕中国 2018年1月， ICH，USP 和 Ph.Eur 等法规进行了修订，其中元素杂质的分析已作为药物产品的强制性检测项目。 Multiwave 7000 系列以其优越的性能，可覆盖符合GMP 的各种药品的消解。 1 简介 由于杂质元素不仅对病人构成中毒危险，也会影响药品的质量和药效。这些杂质元素的分析在药物的研发和质控中都扮演十分重要的角色。 1.1 法规背景 到目前为止，根据 USP<231>，Ph.Eur.2.4.8规定中的限制测试，重金属分析采用的是硫化物沉淀法。这项超过100年的旧版操作规程是不明确的，而且不允许确定具体的量化结果。终于，经过一段密集的发展期后，在相关的法律法规中，过时的湿法化学分析已逐步被现代仪器分析取代。 由于 ICP-OES 和 ICP-MS的使用，随之相关的样品前处理技术，例如微波辅助消解，目前已成为定量元素分析的主流前处理方式。 国际协调会议-ICH 自从2014年12月，ICH 指导手册中 Q3D 步骤4生效，并且市场中的所有产品都必须遵循遵循(从2018年1月开始，新的提案已提交并且已获批准)。 该指导根据元素杂质的毒性和它们在药物中产生毒性的可能性，将其分为四类-1， 2A， 2B和3，并且详细说明了元素的种类，剂型(口服，注射以及吸入)以及允许日常接触量(PDE)。口 值得注意的是，等级1中的Cd， Pb， As， Hg 和等及2种的Co， V， Ni。它们是人体致毒物，所有PDE较低。对于这些元素，即使这些金属没有人为添加，也必须进行风险分析，以防超过其PDE。根据这些评估结果，定义一个合理的控制策略，从没有任何分析到定期研究，再到最终成品的理性测试。 美国药典-USP 2015年12月， USP 232章节中元素杂质-限制和233章节元素杂质-规程正式生效，并在2018年1月，已经取代了所有对旧USP的引用。232章节中所规定的限制完全符合 ICH Q3D 的要求。 对于膳食补充剂， USP 章节<2232>自从2013年8月已正式生效。它参考了USP<233>关于全元素污染物的分析规程，也自2018年1月起开始执行。 欧洲药典-Ph.Eur. 欧洲药典委员会决定重新逐字修订 Ph. Eur. chapter5.20中的 ICH Q3D 指导方针，自2018年1月开始，欧盟市场上的所有现有产品都需考虑此问题。 1.2 Multiwave 7000 的应用 为了完美演示 Multiwave 7000 优越的消解性能，共选择4种代表性药品(包括一种膳食补充剂和一种药物活性成分-API)作为样进进行消解，这4种样品覆盖多种配方，并在消解过程中体现不同的反应行为：止痛药片：包含作为活性成分的乙酰水杨酸和难消化的作为辅料的二氧化硅。 膳食补充胶囊：包含欧米珈-3脂肪酸和鱼油 感冒糖浆：包含三重活性成分复合物和高含量的酒精，糖分和甘油 烟酸：芳香族药物活性成分，需在200℃度以上全消解。 根据 USP<233>，在样本中加入50%至150%的J等级元素标物(样品处理后的目标浓度需稀释至分析仪器的工作范围内)。为了评估这些水平，我们考虑了产品的包装单上所列的每一份的 PDE 和每日剂量的最大剂量。对于烟酸，每日最大剂量为10g/天。 通过计算被测元素的回收率(未加标和加标)来评价仪器的消解性能。由于 Cd， Pb， As， Hg的允许日常接触剂量值较低，重点考察这4种元素。由于As， Hg化合物具有挥发性，故对它们的分析要求较高。 2 仪器 Figure 1： Multiwave 7000 Figure 2： Rack 18 for Multiwave 7000 采用 Multiwave 7000微波消解仪，配备18位支架(可配18ml石英管和18mlPTFE-TFM管)来进行样品的消解。 采用 ICP-MS作为定量分析手段， Agilent 7900 和8800，配备碰撞反应池。 3 实验 3.1 样品 止痛药片 活性成分： 乙酰水杨酸 辅料： 二氧化硅，碳酸钠，巴西棕榈蜡， 羟丙甲纤维素，硬脂酸锌 膳食补充胶囊 m 配方 70.4%鱼油浓缩液(至少50%三文鱼油，，D明胶， 甘油，维生素E) 感冒糖浆 活性成分： 琥珀酸多西拉敏，麻黄碱半硫酸盐，氢溴酸右 美沙芬，对乙酰氨基酚(扑热息痛) ■ 辅料： 纯水，蔗糖(27.5 g/100 ml)，96%乙醇(共18 vol%)，甘油，聚乙二醇6000，无水柠檬酸钠，一水柠檬酸，苯甲酸钠，茴香脑，喹啉黄，孔雀蓝 烟酸： API 消解和加标实验 各样品加标和未加标共做3份。 下表显示了 USP<232>规定的口服剂量限制： USP 232 中的 PDE 限制 口服PDE[ug/day] Cd 5 Pb 5 As 15 Hg 30 Table 1：PDL limits， oral dosage form 通过计算得到，每类样品的4种元素的限值[ug/g]： 止痛药片 膳食补充胶囊 膳食补充胶囊 API：烟酸 每日最大剂量 6片 2个 30ml 10g*) 单位剂量质量[mg] 660 710 1120**) - 每日最大剂量[g] 4 1.4 34 10 目标限值[ug/g] Cd 1.26 3.52 0.149 0.500 Pb 1.26 3.52 0.149 0.500 As 3.79 10.6 0.446 1.50 Hg 7.58 21.1 0.893 3.00 Table 2： Target limits *)含烟酸作为 API 的成品被认为每天剂量为10毫克/天。 **) 大约1g/ml 每种元素的 J level 也考虑每种产品的样品量和消化后的稀释程度，等同于样品处理后的元素浓度。下表显示了各样品在进入 ICP 测量的最终稀释之前各元素的浓度，因为加标时应用了不同的稀释因子。这些不同的稀释因子(1：10到1：200)是由于在 ICP测量时，溶液中Hg的含量不能超过5ug/L。 止痛药片 膳食补充胶囊 感冒糖浆 API：烟 酸 称样量 1片约660mg 1个 约710mg 1ml 约 1120mg 500mg 消解后定容体积[mL] 20 20 20 20 J level[ug/L] Cd 41.7 125 8.33 12.5 Pb 41.7 125 8.33 12.5 As 125 375 25.0 37.5 Hg 250 750 50.0 75.0 Table 3： Jlevel 在消解前，分别加入1，10，100mg/L的 Cd， Pb， As和Hg标准溶液至已称量好的样品，以获得50%，100%和150%的加标溶液(Jlevel)。每种加标溶液用10%HNO3 通过 1000 mg/L储备溶液的重量稀释制备。 所使用的试剂量如下表所示： 止痛药片 膳食补充 胶囊 感冒糖浆 API：烟酸 H2O*) 1.4 1.4 1.4 5 HNO3 5 7 3 5 HF 0.5**) - - - HCI***) 1 1 1 1 Table 4： Used Amounts of Reagents *)H2O的体积适用于未加标样品。对于加标样品，加入相应体积的水以达到总共相同的体积。(加标量和加水量=1.4mL) **)一组(未加标，加50%，100%，150%)加HF，一组不加 ***)盐酸在消解后加入 试剂加入顺序按照表格顺序加入 在样品管中加入样品，标液和试剂后，盖上插入式盖子。在将小瓶放入 Rack 18 之前，将所有样品在振荡器上充分混合。 -旦放热反应开始，冷糖浆必须在流水下冷却。当样品颜色从橙色变为绿色时，冷却即可停止。 在TFM 内管中加入载荷液(5ml HNO3和150ml H2O)后，将支架 Rack 18 放入。将内管放置于加压消解腔内，开始程序。 冷却结束后，将支架拿出，可适当滴加 1ml HCI 从而稳定Hg。随后，将样品转移，定容至20ml待分析。 根据不同的加标J level，稀释倍数可从10倍至200倍，稀释液为 1%HCI 和 10%HNO3. 3.2 温度程序 充压压力：30 bar 冷却温度：80℃ 压力释放速率：10 bar/min 步骤 时间 温度 [min] [℃] 1 17 250 2 8 250 Table 5： Temperature program 4 结果 不仅仅是涉及到过程验证中的限制(70%-150%的加标回收率，相对标准偏差RSD 不超过20%)，也考察了其绝对值，此研究获得了较好的结果。 Figure 3： Run data 4.1 结果-止痛药片 SAMPLE/Spiking Level Cd [pg/g Pb[ug/g As [ug/g Hg [ug/g Unspike <0.04(LOQ) 0.05 <0.09 (LOQ) <0.09 (LOQ) 50 % of Target Limit Measured Value 0.61 0.54 1.88 2.74 Theoretical Value 0.60 0.64 1.81 3.68 Recovery[%] 102 85.2 103 74.6 RSD [%] 4 0.1 0.2 2.6 100% of TargetLimit Measured Value 1.20 1.16 3.70 7.33 Theoretical Value 1.20 1.24 3.65 7.32 Recovery [%] 100.7 93.7 102 100.1 RSD [%] 0.1 1.3 1 0.2 150 % of TargetLimit Measured Value 1.87 1.72 5.53 11.01 Theoretical Value 1.83 1.82 5.48 11.06 Recovery [%] 102 94.9 101 99.6 RSD [%] 2 0.4 2 0.5 Table 6： Recovery Rates for Painkilling Tablet， digested without HF (n=3) 但是每种元素的加标回收率都在75%到104%之间，相对标准偏差未超过 4.4%。 量化极限根据称量转换为浓度值，稀释后的样品Cd<0.04 ug/g， Pb <0.02 pg/g， As 和 Hg0.09pg/g。因为未加标的样品没有显示任何元素(除Pb)的信号峰，故以加标回收率作为考察项目。尽管消解后的液体有少量的残留，可能是由于 SiO2 未完全消解， 当加入0.5 ml的HF， 消解后的液体未出现任何沉淀。在此条件下，回收率在85%-108%之间， RSD 低于8.3%。故当加入 HF后，对样品的结果会有些微改善。 4.2 结果-膳食补充胶囊 SAMPLE/Spiking Level Cd Pb As [ug/g Hg [ug/g [ug/g [ug/g Unspike <0.04 (LOQ) 0.06 <0.09 (LOQ) <0.09 (LOQ) 50 % of Target Limit- Measured Value 1.72 1.82 5.19 10.52 Theoretical Value 1.75 1.83 5.30 10.66 Recovery [%] 98.5 99.6 97.8 98.7 RSD [%] 2.7 2.1 2.8 2.1 100 % of TargetLimit Measured Value 3.48 3.54 10.62 20.41 Theoretical Value 3.53 3，60 10.56 21.04 Recovery [%] 98.7 98.4 101 97.0 RSD [%] 1.8 1.0 2 2.3 150 % of TargetLimit Measured Value 5.28 5.32 16.76 31.14 Theoretical Value 5.26 5.29 15.94 31.39 Recovery [%] 100 101 105 99.2 RSD [%] 2 2 1 2.9 Table 7： Recovery Rates for Dietary Supplement Capsule， (n=3) 考虑到样品的称量和稀释倍数，各元素的量化极限如下：Cd <0.04 pg/g， Pb <0.02 pg/g， As 和Hg<0.09pg/g。除了 Pb， 未加标的样品没有显示任何元素的信 号峰，故以加标回收率作为考察项目。各元素的回收率在97%-105%之间， RSD 低于2.9%。 4.3 结果-感冒糖浆 SAMPLE/ Spiking Level Cd Pb As[ug/g Hg [ug/g [pg/g [pg/g Unspike <0.03(LOQ) 0.02 <0.05 (LOQ) <0.05 (LOQ) 50 % of TargetLimit Measured Value 0.08 0.08 0.22 0.43 Theoretical Value 0.07 0.10 0.22 0.44 Recovery [%] 111.2 85.2 98.8 99.1 RSD [%] 0.4 0.1 0.1 0.0 100 % of TargetLimit Measured Value 0.14 0.13 0.45 0.86 Theoretical Value 0.15 0.16 0.44 0.88 Recovery [%] 97.8 83.3 103 97.2 RSD [%] 11 0.2 4 0.3 150 % of TargetLimit Measured Value 0.21 0.23 0.67 1.27 Theoretical Value 0.22 0.24 0.65 1.31 Recovery [%] 98.3 96 102.9 97.1 RSD[%] 0.3 13 0.2 1.3 Table 8： Recovery Rates for Cold Syrup， (n=3) 各元素加标回收率在 83%-111%之间， RSD 不超过 13.1%。 4.4 结果-API：烟酸 SAMPLE / Spiking Level Cd [ug/g Pb [ug/g As[ug/g Hg[ug/g Unspike <0.06 (LOQ) 0.05 <0.12 (LOQ) <0.12 (LOQ) 50 % of Target Limit Measured Value 0.24 0.24 0.72 1.47 Theoretical Value 0.24 0.28 0.72 1.45 Recovery[%] 99.8 85.8 99.1 101.4 RSD [%] 0.8 0.3 0.2 4.7 100 % of Target Limit Measured Value 0.48 0.50 1.48 2.91 Theoretical Value 0.48 0.52 1.45 2.94 Recovery [%] 98.9 96.3 102 99.3 RSD [%] 0.3 6.7 5 1.8 150 % of Target Limit Measured Value 0.72 0.73 2.26 4.53 Theoretical Value 0.73 0.74 2.23 4.42 Recovery[%] 98.8 98.3 101 103 RSD [%] 0.1 3.9 5 1 Table 9：Recovery Rates for API， Nicotinic Acid， (n=3) 各元素加标回收率在86%-103%之间， RSD 不超过7%。 5 结论 采用 Multiwave 7000 微波辅助密闭消解，结合ICP-MS 成功验证了四中不同药物产品(包括一种膳食补充剂和一种活性成分)。回收率在75%到111%之间(平均98%)，平均相对偏差低于2.2%。USP<232>规定回收率在70%到150%之间， RSD 不超过 20%。 安东帕 Multiwave 7000 可根据所有当前法规要求 (ICH， USP， Ph.Eur) 为样品制备过程测定元素杂质提供了一个可靠，功能强大且完全符合 GMP标准的系统。该仪器根据 USP <1058>和 GAMP 5 提供符合FDA 21CFR Part 11 的软件和意义非凡的药品资质文件。 安东帕中国 Tel：021-6485 5000info.cn@anton-paar.com XPAIRN-Awww.anton-paar.com 由于杂质元素不仅对病人构成中毒危险，也会影响药品的质量和药效。这些杂质元素的分析在药物的研发和质控中都扮演十分重要的角色。自从2014年12月，ICH指导手册中Q3D步骤4生效，并且市场中的所有产品都必须遵循遵循（从2018年1月开始，新的提案已提交并且已获批准）。该指导根据元素杂质的毒性和它们在药物中产生毒性的可能性，将其分为四类 – 1, 2A, 2B和3，并且详细说明了元素的种类，剂型（口服，注射以及吸入）以及允许日常接触量（PDE）。值得注意的是，等级1中的Cd，Pb，As，Hg和等级2种的Co，V，Ni。它们是人体致毒物，所有PDE较低。对于这些元素，即使这些金属没有人为添加，也必须进行风险分析，以防超过其PDE。根据这些评估结果，定义一个合理的控制策略，从没有任何分析到定期研究，再到最终成品的理性测试。为了完美演示Multiwave 7000优越的消解性能，共选择4种代表性药品（包括一种膳食补充剂和一种药物活性成分-API）作为样品进行消解，这4种样品覆盖多种配方，并在消解过程中体现不同的反应行为。