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主營產品:X射線熒光光譜儀

2020《中國藥典》新增通用技術要求-X射線熒光光譜法藥物分析的應用

點擊次數:207  發布時間:2020-09-17

藥物安全與國計民生息息相關,世界各國都越來越重視藥物質量安全。2010年國際人用藥品注冊技術協調會(ICH)發布了Q3D元素雜質指導原則,ICH*Q3D準則規定了24種有毒元素每天攝入的限製量,並要求對這些元素進行高靈敏度、高精度測量。美國、歐盟也進一步限製了藥品中的元素雜質水平,藥品中元素雜質的控製越來越受到關注。

各種化學和儀器分析方法在解決藥品研發和質量控製中發揮著重要作用。目前常用於藥品質量控製和評價的分析技術主要包括:化學法、色譜法、光譜法、電化學法、電泳法、流動注射和順序注射分析以及聯用技術等。X射線熒光光譜分析法(X-rayFluorescenceSpectrometry,XRF)是元素成份分析中有效的方法之一,此方法測試元素範圍廣,可測定原子序數5B-92U(Be)的所有元素,並可多元素同時測定,是一種快速且精密度高的分析方法,廣泛應用於冶煉、地礦、農業、環保、醫藥、考古、工業製造和司法鑒定等眾多領域。x射線熒光光譜具有快速、無損、前處理簡單、分析精度高、分析範圍廣、穩定性好等優點。在藥品檢測方麵,XRFS多用於藥品的元素成分分析以及鑒定評價和質量控製。

 

一、X射線熒光光譜法(XRFS)在藥物檢測標準中的現狀

 

《美國藥典》〔USP〕41版通則<735>、《歐洲藥典》〔EP〕9.0版通則<2.2.37>和《英國藥典》〔BP〕2019版<附錄ⅡK>均收載了XRF技術。USP介紹了XRF的定義、儀器原理、儀器性能、測定方法、確認和驗證等內容。EP介紹了XRF的定義、原理、測定方法、校正方法及計算公式。BP介紹了XRF的原理、儀器、基體效應和幹擾、樣品製備、測定方法、儀器性能控製和驗證要求。BP還指出XRF作為質量控製或過程控製方法,廣泛用於篩選原料藥和製劑中的元素雜質。由於XRF的非破壞性,適用於過程分析技術(PAT),如分析原料藥中殘留的痕量催化劑。

2020年版中國藥典(四部)新增通用技術名單包含<0461X射線熒光光譜法>,P57。

2020年版中國藥典(四部)<0461X射線熒光光譜法>

 

標誌著我國藥物雜質元素分析上邁出了重要一步,有效補充了現有分析手段,特別是在快速篩選和質量控製上。

 

二、X射線熒光光譜儀(XRF)的原理、分類和特點

 

X射線熒光光譜(XRF)法是利用初級X射線光子激發待測物質中的原子內層電子,使之產生特征X射線熒光(次級X射線),通過測量熒光的能量或波長,根據波長與元素序數間的關係以及熒光強度與含量的正比關係,對被測樣品中的元素進行定性、定量分析的方法。

XRF具有分析速度快、分析元素範圍廣、前處理簡單、汙染小、成本低以及無損等優點,可用於各類樣品中主、次、痕量多元素同時測定。根據分光方式及光路的不,XRF可分為波長色散型WDXRF、能量色散型EDXRF、全反射型(TXRF)等。WDXRF分辨率高、檢出限低,體積大,需要較強的光源和專用的晶體光學元件,價格高。EDXRF不使用分光晶體,光路相對簡單,光源功率也相對較小,價格低。自20世紀60年代早期開始逐漸商品化,隨著硬件和軟件的不斷發展,逐漸成本元素成份分析的主要手段之一。目前同時配備XRF、ICP、ICP-MS是國內外分析實驗室的趨勢,利用XRF分析含量較高的元素,用電感耦合等離子體質譜ICP-MS分析低濃度的元素。

波長色散X射線熒光光譜儀(WDXRF)原理

 

三、XRF在藥物元素分析中的應用

 

1、在藥物研發中的應用

 

製藥企業通常將新藥研究重點聚焦於未滿足的醫療需求上,新藥的研發速度往往由患者驅動。因此藥物研發過程中快速做出決策,可更快地提高患者的治愈率,元素雜質分析是提高研發效率的一個重要步驟。金屬催化劑通常用於原料藥的合成中,研發者需要監測各種原料和合成工藝中金屬催化劑的殘留情況,從而實施有效的控製策略。通常使用靈敏度高、精密度高和選擇性好的電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-OES或ICP-MS)對藥物中的元素雜質進行分析。然而在藥物研發期間許多樣品不需要這些昂貴、費時、靈敏度高的技術。研發者通常需要快速確定元素含量,以提高優化合成工藝的效率。XRF可更快速、更便捷地測定原料、中間體和研發樣品中的元素雜質含量,同時保證必要的準確度。XRF可替代傳統的ICP-OES測定金屬雜質含量,快速確定金屬催化劑去除工藝的有效性,可為原子光譜和工藝化學部門節省近兩個月的全職人力工時,同時節省溶劑、氬氣和耗材等使用費用。

 

2、在原料藥元素雜質分析中的應用

 

作為提高藥物安全性和有效性的一部分,製藥企業和監管機構對原料藥(API)的雜質控製十分重視。元素雜質可以從各種來源(如原料、試劑、溶劑、催化劑、反應容器、管道和其他用於合成藥物的設備)引入原料藥中。由於某些元素具有潛在的毒性,美國FDA指南指出,在製藥生產中控製殘留元素含量至關重要。MarguE等利用WDXRF測定原料藥中的金屬雜質鐵、鋅、鉻、鎳方法的檢出限和定量限滿足歐洲藥品評價局(EMA)和ICHQ2(R1)的要求,適用於原料藥目標無機雜質的定性和定量檢測。與藥典的重金屬目視比色檢測方法不同,該技術可以輕鬆實現自動化,是快速常規分析的理想工具。催化在醫藥化學工業中具有重要的作用,它可以減少碳-碳和碳雜原子鍵形成過程中的活化能,從而提高結構改造的效率,降低總成本和時間。鈀通常被認為是原料藥形成碳-碳和碳雜原子鍵應用廣泛的金屬,在醫藥工業中廣泛用於催化反應,但必須將其除去後方可成為藥用原料。MarguE等通過X射線熒光光譜儀建立了一種簡單、快速、可靠的分析方法,可測定三唑類抗真菌原料藥中催化劑靶的殘留量。

EDXRF類型中的TXRF比傳統EDXRF的背景信號更低且檢測限低3個數量級,還具有動態範圍寬(至少4個數量級)、所需樣品量小(ug)、定量簡單、基體效應可忽略等優點,可通過內標實現對原子序數在14~92內的多元素快速定量測定,是一種快速的元素篩選分析技術。WagnerM等利用TXRF研究了不同來源的胰島素、普魯卡因和色氨酸樣品中的微量元素的含量比例,得到了元素指紋圖譜相關信息,能夠區分不同生產純化工藝的不同批次的樣品。LsztityA等利用TXRF篩查發現,左旋多巴中金屬含量低於5ug/g,亞葉酸鈣中鐵、鋅、鍶的含量分別為為44、10、6ug/g,馬來酸依那普利中鐵的含量為17ug/g,AntoszFJ等利用TXRF對原料藥樣品中的鈀和銅進行了定量分析,測定結果在檢出限、定量限、準確度和精密度方麵與ICP-MS相當。

 

3、在藥用輔料元素雜質分析中的應用

 

2015版《中國藥典》采用原子吸收光譜法(AAS)測定明膠空心膠囊中的有毒重金屬鉻的殘留,該法需要複雜的前處理過程,時間消耗較長。李俊卿、尹利輝等建立了EDXRF快速檢測明膠空心膠囊中鉻的含量。方法的檢測限為10mg/Kg,與AAS測試結果比較,Cr含量大於10mg/Kg的陽性樣品的檢測率為100%。該方法可以無損傷直接測試樣品,一次同時分析多種元素,分析時間,4分鍾即可篩查出一個樣品,大大提高了分析效率。

 

4、在製劑元素雜質分析中的應用

 

對患者而言,藥物製劑的安全性和有效性更為重要。因此袁重點研究XRF在製劑元素雜質分析中的應用比工藝研發時分析個別原料藥的元素雜質殘留量更有意義。GoncalvesLML利用WDXRF對兩種原研藥和仿製藥中的金屬元素雜質含量進行了測定,結果顯示WDXRF在一定範圍內具有可接受的線性、精密度和準確度,適用於藥物製劑中銅、鋅、鐵、鉻雜質的測定,是藥典中重金屬目視比色檢測法、AAS、ICP的良好替代方法。

由於製樣簡單、設備和分析成本較低,以及可對大量樣品進行快速篩查,XRF已被美國FDA用於各種監管用途。

 

四、2020《中國藥典》〔四部〕<0461X射線熒光光譜儀>通用技術要求

 

X射線熒光光譜法(XRF)是一種基於測量由初級X射線激發的原子內層電子產生特征次級x射線的分析方法。XRF可用於液體、粉末及固體材料的定性、定量分析。XRF儀可分為波長色散型(WDXRF)和能量色散型(EDXRF)。

當X射線照射到供試品時,供試品中的各元素被激發而輻射出各自的熒光x射線。通過準直器經分光晶體分光,按照布拉格定律產生衍射,使不同波長的熒光x射線按照波長順序排列成光譜,不同波長的譜線由探測器在不同的衍射角上接收。根據測得譜線的波長識別元素種類;根據元素特征譜線的強度與元素含量間的關係,計算獲得供試品中每種元素含量百分數,即為X射線熒光光譜分析法。

 

供試品的製備

液體供試品可以直接進樣分析,固體供試品可以直接壓片或與適當的輔劑混合處理後壓片進樣分析。

 

儀器的校正和檢定

儀器使用前應使用國家標準物質或其他可溯源的標準物質校正。

 

測定法

X射線熒光光譜法中一般應選擇強度大、幹擾少、背景低的特征譜線作為分析線。

 

定性分析

根據每種元素特征x射線熒光譜線可對供試品中所含元素種類進行定性分析。

 

定量測定法

(1) 標準曲線法

液體樣品采用元素不同濃度的對照品或者采用元素分級稀釋法製備不同濃度的對照品供檢測分析用,固體樣品采用不同含量的對照品或者采用標準加人法製備不同含量的對照品供檢測分析用。對照品應與供試品的化學組成和物理性質等方麵一致。分別測定係列對照品的X射線強度,以待測元素的濃度(含量)為橫坐標,以X射線強度為縱坐標,建立標準曲線。標準曲線應在測定前或定期進行校準。

 

(2) 內標法

將相同量的內標元素分別加人到待測元素已知並且元素濃度(含量)呈梯度的一-組樣品中製成係列對照樣品。在選定的分析條件下分別測量對照品中待測元素與內標元素的X射線強度,計算待測元素與內標元素的X射線強度比,以該強度比為縱坐標,待測元素濃度(含量)為橫坐標建立標準曲線。

在待測樣品中也加入相同量的同一種內標元素,製成供試品,同法測量並求得X射線強度比,由標準曲線獲得待測元素的濃度(含量)。

 

(3) 標準加入法

取相同量供試品(或相同體積供試品溶液)6份,除第1份外,在其他幾份中,分別精密加入不同量的待測元素對照品(或對照品溶液),製成係列待測樣品;在選定的分析條件下分別測定,以待測元素X射線強度為縱坐標,待測元素加入量為橫坐標,繪製標準曲線,將標準曲線延長交於橫坐標,由交點與原點的距離求算供試品中待測元素的濃度(含量)。此法要求待測元素的濃度(含量)與X射線強度呈線性關係。

 

(4) 數學校正法

數學校正法中的經驗係數法、經驗係數與基本參數聯用法等,用於各種不同分析對象時,可有效地計算和校正由於基體的吸收和增強效應對分析結果的影響,對於譜線幹擾和計數死時間,也可以得到有效的校正。

理學X射線熒光光譜儀助力藥物中金屬元素成份分析

WDXRF/TXRF

 

五、小結

 

XRF法具有快速、準確、非破壞性等優點,分析元素覆蓋麵廣(包括鈹~鈾),分析濃度範圍寬(0.0001%~100%),分析樣品可以是固體或液體。而隨著科技的不斷發展多種分析方法和技術的聯用將是未來的發展方向,XRF法的應用範圍也將不斷擴大。

可作為AAS、ICP-AES和ICP-MS等元素分析技術的有效補充,可定量、定性分析原藥、輔料、製劑、包材中的殘留元素。

目前USP、EP、BP、《中國藥典》均已收載XRF作為法定的一般檢測方法,有利於規範和指導XRF在藥品質量控製中的應用,藥品中元素雜質的檢測又增加一種有效的質量控製方法。

 

參考文獻:

[1]劉奕忍,李琴梅,袁趙婷等,.X射線熒光光譜技術在藥品檢測中的應用.分析儀器2018.218(3)35-7.

[2]孫琳,梁鵬晨,嚴鑄雲等.六種鈣類礦物藥元素譜的X射線熒光光譜法無標樣分析.中國實驗方劑學雜誌2018.24(9)70-6.

[3]羅立強,詹秀春,李國會.X射線熒光光譜分析北京院化學工業出版社

[4]李俊卿,尹利輝,張銳等.X射線熒光元素分析技術在膠囊、明膠及阿膠鉻快速檢查中的應用.中國藥師2013.16(2)215-7.

[5]USP(41)VolI[S].2018.6486-6491.

[6]EP(9.0)VolI[S].2016.61.

[7]BP(2019)VolV[S].2019.V-A198-V-A199.

[8]2020《中國藥典》〔四部〕<0461X射線熒光光譜法>

 

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