主题:【第十四届原创】水分测定之方法开发

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水分测定之方法开发研究

一、引言

中国药典四部收载的水分测定方法,有5种分别为:卡尔费休法、烘干法、减压干燥法、甲苯法、气相色谱法;单就从检测成本与耗时经济性出发,其中卡尔费休法较烘干法、减压干燥法、甲苯法、气相色谱法等4种方法都要经济和检测周期快;同样在有明确的检测分析条件与参数,而卡尔费休法(容量法、库伦法)需要研究的项目都较后4种方法要多,所以此篇内容主要讲解卡尔费休法。

中国药典一部(中药)水分测定方法主要是烘干法、甲苯法;药典二部(化学药)水分测定方法主要是卡尔费休法。

卡尔费休方法开发主要内容:总框架、信息收集、容量与库伦比较、开发主内容。

二、确认主要工作内容

1.API水分检测方法:费休氏-容量滴定法、费休氏-库伦滴定法

2.中药材水分检测方法:烘干法、甲苯法

    3.制剂水分检测方法

三、信息收集

1.样品储存方式和样品分类

2.首先要确定待测物质的溶解性、理化性质、化学结构、稳定性;

①溶解性:这里的溶解性首先要考虑“脂溶性”,因为费休氏-容量滴定法、费休氏-库伦滴定法、气相色谱法3种方法都要样品溶解处理;

②理化性质:样品是否具有“引湿性或吸湿性”,样品熔点信息,pH值等;

③化学结构:具体指水分子在样品中存在形式,如:游离水、结晶水;另外还要确认样品化学结构是否含有其他特殊“醛/酮”结构。

④稳定性:具体指热稳定性,是否受热分解。

3.其次还需要确定样品中是否含有挥发性成分(主要是中药材)。

4.确认样品实际含水量,确认样品的经济价值,主要用来方法开发作依据。

四、KF容量法与KF库伦法溶剂组成对比(方法关键)

序号

溶剂名称

特点

说明

01

单组分

(容量滴定法)

1)组成:碘、二氧化硫、吡啶(咪唑)、无水甲醇,滴定剂。

2)关键点:价格低,处理简便,滴定度不稳定,滴定速度较慢;可加入助溶剂

大部分(不含醛酮);

含吡啶与不含吡啶组成

常量水分

02

双组分

(容量滴定法)

1)组成:A液-二氧化硫、吡啶的无水甲醇溶液,作为溶剂;B液-碘的无水甲醇溶液,作为滴定剂。

2)关键点:价格高,使用前按1:1在滴定杯中进行混合,滴定度稳定,滴定速度快。

03

醛酮专用

1)组成:碘、二氧化硫、吡啶(咪唑)、乙二醇甲醚,滴定剂。

2)关键点:只适合含醛酮结构样品。

专用试剂

04

阳极液

库伦滴定法

1)组成:碘、二氧化硫、有机碱(吡啶)。

2)关键点:反应快;不需标定,水分准确。

微量水§0.1%水

无水合物



1.含吡啶滴定剂优点:价格低廉及生产工艺简单而仍然广泛应用;含吡啶的卡尔费休试剂比不含吡啶的溶液较稳定,不容易分层,而且有些样品含吡啶的溶解效果会比较好;含吡啶的卡尔费休试剂有利于反应向正方向发生;含吡啶的卡尔-费休试剂终点的突变较明显,反应终点容易判断。

2.含醛酮结构样品:醛(R-CHO)和酮(R-CO-R)与通常的含甲醇试剂反应生成缩醛和缩酮,反应中产生的水同时被滴定,从而导致水分含量升高甚至终点消失。

3.正常卡尔费休反应的最大速率在5.5到8的pH范围之间,在实际操作过程中应避免pH值小于4 和大于8; pH大于8.5时,由于碘和氢氧根或甲基化离子之间的反应,反应速率会增大,但这将导致终点消失,并消耗更多的碘(滴定剂)。

五、检测方法的开发与研究

(1)主方法选择

1.主方法有:费休容量法、费休库伦法、干燥法、甲苯法

2.化学原料药及制剂/化学辅料:通常首选费休容量法,水分检测范围1%-100%,工作效率高检测结构准确度高。

3.中药材:通常首选干燥法(105℃干燥5小时,恒重5mg),耗时工作效率低。

4.含有挥发成分:首选甲苯法(只适合中药材)。

5.对于含微量水且对水分要求很高、且是无水合物产品,通常首选费休库伦法,水分检测范围0.001%-0.1%。

6.对于含有结合水/结晶水样品,优先选用费休法(容量法与库伦法)。

7.根据样品形态性质选用方法:固体样品优选容量法,液体和气体优选库伦法。

(2)KF滴定剂选择

1.滴定剂有:单组分(含吡啶)、双组分、醛酮专用、阳极液

2.库伦法测定水分首选阳极液

3.分析样品结构式,如果样品含有醛酮结构,检测水分首选醛酮专用滴定剂。

4.一般常用水分检测用,对于含水量低(0.1%≤水分≤0.5%)、且检测准确度要求高,首选单组分(含吡啶)选用几率超过90%,其他一般可选用不含吡啶;其次选择双组分(详见对比表)。

(3)KF方法溶剂选择

1.溶剂开发原则:

①样品中含游离水,样品不需要完全溶解;样品含有结合水/结构水,样品需要溶解

②溶剂不能影响样品水分检测,不能与样品有任何反应。

③如果样品不能溶解,可适当添加助溶剂,如甲酰胺、DMF

2.溶剂有:无水甲醇、无水乙醇、无水甲醇-甲酰胺/DMF

3.溶剂首选无水甲醇

4.样品含有醛酮结构,检测水分首选无水乙醇作为溶剂

5.对于不容易溶解的样品,可配置不同比例浓度的无水甲醇-甲酰胺首混合溶液,比例不要超过60:40(%,V/V),通过实验对比总结(主要是反应终点快慢),经典比例为无水甲醇-甲酰胺=70:35(%,V/V)。

6.对于样品pH偏高,会引起副反应发生,导致连续反应,而无终点出现或很难达到终点,此时应该加入少许苯甲酸或水杨酸,进行缓和中和一些高碱性环境(不能用乙酸)。

(4)KF方法仪器参数开发选择

1.转速:经典值200R/min

2.水分标定:

起始漂移值(检测前平衡):20以下漂移值;

终点漂移值(结束):15-50漂移值。

3.样品检测:

起始漂移值(检测前平衡):30-50以下漂移值;

终点漂移值(结束):25-60漂移值。

  4.对于样品检测很难达到终点,可将终点漂移值适当提高100。

(5)样品取样量及样品处理研究

1.对于含水量小于1.0%大于0.5%,样品取样量为0.2-0.5g;

2.对于含水量小于0.5%大于0.1%,样品取样量为0.5-1.0g;

3.对于含水量小于0.1%,样品取样量为1.0-2.0g;

4.对于样品经济价值高,可根据含水量酌情规定取样量30-50mg,且可根据实际测定情况选用库伦法进行验证或直接选用库伦法(例子:盐酸米托蒽醌);

5.对于无水合物样品,可根据含水量酌情规定取样量1.0g-1.5g,如果产品属于高价值产品,可选择低取样量库伦法(例子:多西他赛、无水达沙替尼)。

6.由于样品化学性质导致其pH值不同,呈酸碱性,样品处理方法:

①对于酸性样品,样品导致溶剂pH值太低或过酸,可选择咪唑作为调节剂;

②对于碱性样品,样品导致溶剂pH值太高或过碱,可选择苯甲酸或水杨酸作为调节剂。

③在方法开发时就应该进行对样品+溶剂的pH值进行研究开发,维持系统pH6.5。

(6)样品溶解性研究与助溶剂筛选:

1.首先研究在甲醇中的溶解性(费休法溶剂90%以上都是首选无水甲醇系统)。

2.其次研究在水中的溶解性,主要研究其pKa值(也就是pH值),为确定其滴定系统最优pH环境(pH5.5~7.5);在实际开发中是否需要添加缓和剂。

3.研究样品在乙二醇、甲酰胺、DMF、DMSO、二氯甲烷等助溶剂中的溶解性。

4.助溶剂使用量研究:以刚好溶解为好(能在1分钟内溶解为标准)。

5.样品吸湿性研究,为样品水分检测流程优化作依据:将溶剂先进行测量水分,再用溶剂进行溶解,将溶液进行一次性注射器转移储存测水分(一次性可以有效避开固体样品称量过程中水分干扰)总水-溶剂水

(7)检测分析方法验证

1.专属性:选择1固定结合水样品进行水分检测,分别选用(库伦法、容量法)检查体系专属。

2.SST:使用纯化水20mg进行测定6次,计算其RSD%。

3.精密度:选择开发的样品(含有固定水分),重复检测6次,计算结果RSD%。

4.准确度:选择开发的样品,分别依次加入不同水分含量(25%、50%、100%),平行测定3次,计算测定结果RSD%。

六、结语

方法开发重难点主要体现在:容量法与库伦法选择、溶剂筛选、样品处理、相关计算以及分析方法验收标准;仪器的熟练使用以及检测数据异常分析(包括仪器故障排查与解决)对方法研究至关重要。
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