Vergleich der ICP-MS-, ICP-OES- und XRF-Techniken für die Prüfung auf Elementverunreinigungen in pharmazeutischen Produkten

In der Herstellung aktiver pharmazeutischer Wirkstoffe (API) ist jeder Schritt zur Rationalisierung von Prozessen von unschätzbarem Wert. Bestimmte Schritte können natürlich nicht übersprungen werden – so setzen beispielsweise Vorschriften wie USP 232/233 und ICH Q3D strikte Grenzwerte hinsichtlich der Anwesenheit von Metallverunreinigungen in Arzneimittelformulierungen. Daher ist die Elementaranalyse stets ein wichtiger Prozess.  

Während die induktiv gekoppelte Plasma-Spektroskopie, bei Verwendung der optischen Emissionsspektroskopie (ICP-OES) oder der Massenspektrometrie (ICP-MS), genaue Ergebnisse liefert, ist sie zeitaufwendig und verursacht Engpässe im Arbeitsablauf, die Entscheidungen verzögern. Als schnellere und kostengünstigere Alternative kann die Röntgenfluoreszenz (XRF) die Elementaranalyse vereinfachen und beschleunigen. 

Was ist die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS)? 

ICP-MS ist eine analytische Technik, die verwendet wird, um Spurenelemente und Isotope mit Nachweisgrenzen im Bereich von Teilen pro Billion (ppt) zu detektieren und zu quantifizieren, was sie zu einer der präzisesten Techniken für die Elementaranalyse macht. Proben werden mehrere Tage lang unter Verwendung gefährlicher Säuren gelöst und dann durch ein induktiv gekoppeltes Plasma ionisiert. Ein Massenspektrometer detektiert und separiert dann die ionisierten Partikel basierend auf ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, wodurch die Elemente in der Probe identifiziert und quantifiziert werden.  

Was ist die induktiv gekoppelte optische Emissionsspektroskopie (ICP-OES)? 

ICP-OES ist eine weitere leistungsstarke Technik zur Elementaranalyse, bietet jedoch eine geringere Empfindlichkeit (typischerweise Teile pro Million) im Vergleich zu ICP-MS. Anstelle eines Massenspektrometers verwendet es optische Emission zur Detektion von Elementen. Ein Hochtemperaturplasma regt Atome in der gelösten Probe an, wodurch sie Licht mit charakteristischen Wellenlängen emittieren. Ein Spektrometer misst dann das emittierte Licht, um die Konzentration der Elemente in der Probe zu bestimmen.  

Herausforderungen der ICP-basierten Elementaranalyse 

Für viele Pharmaunternehmen ist ICP-MS die bevorzugte Technologie zur Erfüllung ihrer Bedürfnisse in der Elementaranalyse, entweder im eigenen Haus oder durch Outsourcing an eine Auftragsforschungsorganisation (CRO). Allerdings ist ICP nicht immer das beste Werkzeug für die Analyse von aktiven pharmazeutischen Wirkstoffen (APIs): 

• Gefährliche und zeitaufwendige Probenvorbereitung: Proben müssen in aggressiven Chemikalien wie Flusssäure gelöst werden, was Stunden bis Tage dauert und von einem spezialisierten ICP-Fachmann vorbereitet werden muss.  

• Diese lange Probenvorbereitung führt zu langen Rückkopplungsschleifen: Dies bedeutet, dass man mindestens 24 Stunden und manchmal mehrere Tage auf Ergebnisse warten muss. 

• Die Präzision, die ICP bietet, wird nicht immer effektiv genutzt: Zum Beispiel übersteigt die Empfindlichkeit von ICP in den frühen Phasen der Metallentfernung bei weitem das Notwendige für die Aufgabe. 

Im Gegensatz dazu erfordert die XRF-basierte Elementaranalyse nahezu keine Probenvorbereitung oder Schulung, ist zerstörungsfrei und wird in USP 232/233 und ICH Q3D als geeignete Alternative zu ICP-MS oder ICP-OES aufgeführt.  

Warum XRF ideal für pharmazeutische Anwendungen ist 

XRF ist eine analytische Technik, die verwendet wird, um die Elementzusammensetzung von Materialien zu bestimmen. Eine Probe wird hochenergetischen Röntgenstrahlen ausgesetzt, die die Atome im Material anregen. Diese Atome emittieren dann sekundäre (fluoreszente) Röntgenstrahlen, die charakteristisch für bestimmte Elemente sind. Durch die Messung der Wellenlängen und Intensitäten dieser Emissionen kann ein XRF-Spektrometer die in der Probe vorhandenen Elemente identifizieren und quantifizieren. 

XRF wird häufig in Branchen wie dem Bergbau, der Umweltprüfung und zunehmend in der Pharmazie eingesetzt. Tatsächlich macht seine Fähigkeit, Feststoffe, Flüssigkeiten und Pulver mit minimaler Probenvorbereitung zu analysieren, es besonders attraktiv für Arzneimittel- und Hilfsstoffprüfungen.  

Mit XRF für die pharmazeutische Entwicklung ist die Elementaranalyse schneller, einfacher und kostengünstiger – und gleichzeitig konform mit USP 232/233 und ICH Q3D. 

Wie man die richtige Lösung für sich auswählt 

Malvern Panalytical bietet drei XRF-Spektrometer, die sich für die Verwendung in der pharmazeutischen Forschung und Herstellung eignen: 

• Epsilon 1 ist ein tragbarer XRF-Analysator, der einfache Analysen von Rückstandselementen und effiziente Rohmaterialinspektion bietet.  

• Epsilon 4 ist ein Tischgerät-XRF-Instrument, das sich zur Analyse elementarer Verunreinigungen in APIs und Hilfsstoffen, im Einklang mit den Empfehlungen von ICH Q3D und USP 232/233, eignet. 

• Revontium™ ist ein kompakter XRF-Analysator, der qualitativ hochwertige Elementanalysen in einem kompakten Tischformat liefert und dabei die Leistung von freistehenden XRF sowie die Vielseitigkeit von Tischgeräten kombiniert. 

Wenn Sie darüber sprechen möchten, wie XRF Ihrer pharmazeutischen Prozessentwicklung Mehrwert bieten kann, oder eine Demo buchen möchten, um es selbst zu sehen, wenden Sie sich bitte an unsere Experten.