張士博,王歡,趙媛媛,周浩,李瑤,王慧潔

(正大天晴藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 211100)

藥品中的元素雜質(zhì)有多種來源,它們可能是在合成中有意添加的催化劑的殘留,也可能是實(shí)際存在的雜質(zhì)(如:與生產(chǎn)設(shè)備或包裝系統(tǒng)相互作用產(chǎn)生的雜質(zhì)或藥品各個(gè)組分中存在的雜質(zhì)),因?yàn)轭~外引入的元素雜質(zhì)不能為患者提供任何治療作用,所以它們在藥品中的含量需要被控制在可接受的限度范圍內(nèi)。國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心近年來對元素雜質(zhì)的控制要求越來越嚴(yán),制藥企業(yè)需要按照ICH Q3D要求對藥物中的元素雜質(zhì)進(jìn)行定性和定量研究,并提供合理的元素雜質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告。在元素雜質(zhì)分析中,首先需要采用合適的前處理方法將待測樣品制備為澄清透明的溶液,避免基質(zhì)的干擾與揮發(fā)性元素雜質(zhì)的損失,保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)實(shí)際研發(fā)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合樣品性質(zhì)、元素性質(zhì)和每種前處理技術(shù)的適用性,對元素雜質(zhì)分析樣品前處理技術(shù)的選擇進(jìn)行系統(tǒng)的分析與探討,旨在解決實(shí)際應(yīng)用中存在的背景信號高、標(biāo)準(zhǔn)曲線差、加標(biāo)樣品回收率差、加標(biāo)樣品重復(fù)性差和元素殘留及記憶效應(yīng)干擾等關(guān)鍵問題,提供科學(xué)的元素雜質(zhì)分析樣品前處理方法選擇依據(jù)。

1 元素雜質(zhì)分析樣品前處理方法

《美國藥典》(通則<233> 元素雜質(zhì)-規(guī)程)收錄的樣品待測溶液制備方法有4類,即原樣直接分析、水溶液直接溶解、有機(jī)溶劑直接溶解和間接溶解,分析人員可采用任何經(jīng)過適當(dāng)驗(yàn)證的樣品前處理方法,包括但不限于上述方法。有大量文獻(xiàn)報(bào)道[1-3]在元素雜質(zhì)分析中,需要對樣品前處理方法進(jìn)行選擇和優(yōu)化,確保分析方法的準(zhǔn)確性與可行性。李龍等人在地氯雷他定元素雜質(zhì)測定時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)芈壤姿ㄎ唇?jīng)處理直接進(jìn)樣時(shí),不僅會導(dǎo)致霧化器堵塞,有機(jī)成分離子還會干擾元素分子離子峰檢出[1],對樣品進(jìn)行了微波消解后,不僅保證了儀器的正常運(yùn)行,測試結(jié)果也準(zhǔn)確可靠。

2023年4月,國家藥典委員會發(fā)布了《元素雜質(zhì)限度和測定指導(dǎo)原則草案公示稿(第一次)》,在供試品制備中闡明液體供試品根據(jù)其基質(zhì)、有機(jī)物含量和待測元素含量等情況,可選用直接測定或經(jīng)稀釋、濃縮或消解后測定等不同方式;固體供試品一般需先制備成供試品溶液后方可用于測定,制備方法包括采用如水性溶液、有機(jī)溶劑或混合溶液進(jìn)行溶解、稀釋等[4]。樣品前處理的主要目的是將待分析元素雜質(zhì)全部溶解于樣品溶液中,除去或最大程度降低樣品中其他成分對測試結(jié)果的干擾,并保證處理過程中無其他影響因素引入。此外,應(yīng)選擇操作簡便、安全性高、測試周期短及所用試劑易獲取、純度高的樣品前處理方法。

1.1 原樣直接分析

原樣直接分析適用于組成成分簡單的液體樣品且樣品中無元素雜質(zhì)絡(luò)合位點(diǎn),或所用分析方法可以允許檢查未溶解樣品,若采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法或電感耦合等離子體原子吸收法進(jìn)行分析時(shí),則要求樣品為水溶液且內(nèi)容物含量較低。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、檢測迅速且不需要對樣品進(jìn)行任何處理,可以最大程度滿足檢測限需求。但是采用此法進(jìn)行元素雜質(zhì)分析時(shí),需關(guān)注基質(zhì)效應(yīng)的影響及樣品在進(jìn)樣系統(tǒng)的沉積。該方法主要適用于原料藥含量較低且基質(zhì)簡單的吸入用液體制劑或注射液。

1.2 水溶液直接溶解

水溶液直接溶解適用于在水中完全溶解的樣品,一般用于結(jié)構(gòu)簡單的起始物料、水溶性小分子輔料及注射液的元素雜質(zhì)分析。該方法操作簡單,不需要其他特殊處理方式,只需將樣品溶解或稀釋,操作安全性高,不易產(chǎn)生污染。此法的主要缺點(diǎn)是不能確保樣品完全溶解,一些目視不能發(fā)現(xiàn)的不溶性微粒可能會影響測試結(jié)果,需避免溶解的樣品在測試過程析出沉積于進(jìn)樣系統(tǒng)。此外,部分元素雜質(zhì)在水溶液中穩(wěn)定性較差,可能會發(fā)生水解、沉淀、揮發(fā)等,例如銻元素和錫元素會水解產(chǎn)生沉淀,銀元素易與水中的氫氧根反應(yīng)形成沉淀析出。因此,可考慮加入一定量鹽酸或穩(wěn)定劑使元素雜質(zhì)絡(luò)合,從而降低水解及沉淀的產(chǎn)生。耿悅等人采用水溶液直接溶解的樣品前處理方法,采用ICP-MS法測定了原料藥直接罐裝的注射用頭孢美唑鈉中31種元素雜質(zhì)的含量,并指出對于溶解性好、成分簡單的物質(zhì)而言,直接溶解法操作簡單,處理步驟較少,相比其他方法不容易引入污染[5]。

1.3 有機(jī)溶劑直接溶解

有機(jī)溶劑直接溶解需要采用特殊的測試配件,即有機(jī)進(jìn)樣系統(tǒng),一般應(yīng)用較少。部分特殊制劑(例如脂肪乳)或無合適前處理方法時(shí),考慮采用合適的有機(jī)溶劑溶解樣品,再采用合適溶液稀釋后進(jìn)行測試。有些化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單且無元素雜質(zhì)絡(luò)合位點(diǎn)的輔料、起始物料和中間體易溶于有機(jī)溶劑,可用合適的有機(jī)溶劑制備高濃度貯備液,再用水或者一定濃度的酸溶液稀釋后進(jìn)行分析,對于揮發(fā)性和反應(yīng)性強(qiáng)的元素雜質(zhì)可獲得可靠的測試結(jié)果,可在研發(fā)初期用于元素雜質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評估與控制,節(jié)約測試時(shí)間與成本。

1.4 間接溶解

間接溶解是通過密閉或非密閉方式采用合適的無機(jī)酸在一定溫度下對樣品進(jìn)行濕法消解,將樣品基質(zhì)分解,使待分析元素雜質(zhì)形成可溶性鹽。此法是目前應(yīng)用最廣泛且國內(nèi)外藥典均已收錄的元素雜質(zhì)分析樣品前處理方法,特別適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原料藥及制劑成品的元素雜質(zhì)分析[7]。硝酸是消解常用的酸,因?yàn)橄跛岬难趸芰m當(dāng),硝酸鹽一般都溶于水。根據(jù)樣品基質(zhì),還可以加入過氧化氫、鹽酸、氫氟酸、高氯酸、磷酸或硫酸,采用混合酸消解[7]。微波消解法是常用的間接溶解法,與非密閉式消解方法相比,此法可以避免揮發(fā)性元素雜質(zhì)的損失,且通過高溫高壓的反應(yīng)方式,可以高效地破壞樣品基質(zhì),使元素雜質(zhì)充分溶解于溶液中。采用微波消解法處理樣品時(shí),需避免消解罐重復(fù)使用帶來的交叉污染及密閉消解的安全性風(fēng)險(xiǎn)。建議采用一定濃度的硝酸將消解罐浸泡后,再用去離子水反復(fù)沖洗,烘干后再加適量硝酸進(jìn)行微波消解清洗,最大限度避免離子污染。郭雅娟等人采用間接溶解(微波消解)樣品前處理方法,并加入了穩(wěn)定劑金元素防止揮發(fā)性元素汞的損失,測定了甘露醇中元素雜質(zhì)的殘留量,并指出對于有機(jī)化學(xué)物質(zhì),通常需要經(jīng)過濕法消解確保較低的炭殘留(CBB)[8]。

2 樣品前處理技術(shù)的選擇

每種樣品前處理方法均有自己的適用性與優(yōu)缺點(diǎn),需要將樣品性質(zhì)、目標(biāo)元素性質(zhì)和研究目的等信息進(jìn)行充分的信息整合,選擇合適的樣品前處理方法,并通過合理的預(yù)實(shí)驗(yàn)評估目標(biāo)元素在消解液中的穩(wěn)定性,進(jìn)行影響因素排查,確認(rèn)測試結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度。

樣品性質(zhì)分析主要包括樣品來源、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。樣品來源主要有物料、中間體、輔料、原料藥、制劑成品等,根據(jù)樣品來源可初步確定是否需要進(jìn)行準(zhǔn)確的元素雜質(zhì)定量分析,如果是初步評估,則可選擇操作簡便、分析速度快的樣品前處理方法,如原樣直接分析、水溶液直接溶解和有機(jī)溶劑直接溶解。物理性質(zhì)需關(guān)注樣品狀態(tài)、溶解性和均一性,若樣品為單一成分或成分簡單的水溶液,可優(yōu)先嘗試原樣直接分析法。若樣品為固體狀態(tài),則需了解樣品的溶解性和均一性,根據(jù)控制需求選擇樣品處理方法?；瘜W(xué)性質(zhì)是為了排查是否存在與酸發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)及其他敏感化學(xué)基團(tuán),避免在消解過程發(fā)生安全事故,常見的帶有反應(yīng)基團(tuán)的樣品有臭氧化合物、疊氮化合物、重氮化合物、雷酸鹽、過氧化物等。常見帶有敏感基團(tuán)的樣品有乙炔化合物、甘油、強(qiáng)還原劑、硝酸甘油酯、二元醇等。這些帶有反應(yīng)基團(tuán)和敏感基團(tuán)的樣品在密閉高溫的環(huán)境下可能發(fā)生爆炸反應(yīng),故不適合采用密閉的濕法消解方式進(jìn)行樣品前處理。

目標(biāo)元素性質(zhì)分析首先要明確元素雜質(zhì)的潛在來源,即待測元素是在原料藥、輔料或其他藥品組分生產(chǎn)中有意添加元素(如催化劑的殘留)或通過其他途徑(如試劑殘留、生產(chǎn)設(shè)備、包裝系統(tǒng)等)引入的非有意添加元素。有意添加的元素或引入風(fēng)險(xiǎn)較高的元素需要按照ICH Q3D進(jìn)行控制與風(fēng)險(xiǎn)評估,對于樣品前處理方法的要求較高,推薦采用密閉消解方式。此外,需要考慮目標(biāo)元素的揮發(fā)性、是否會和樣品發(fā)生絡(luò)合及前處理和測試注意事項(xiàng)。對于汞、硒、鋨等易揮發(fā)元素,宜采用密閉消解形式,如濕法消解和微波消解,且在趕酸過程中,應(yīng)使用較低溫度,降低元素雜質(zhì)損失。部分元素雜質(zhì)會與樣品中孤對電子形成配位鍵或與特定基團(tuán)發(fā)生絡(luò)合,如鈀元素會和N、O、S的孤對電子構(gòu)成與小分子螯合物相似的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),可通過在樣品處理過程加入鹽酸使鈀元素與氯離子形成穩(wěn)定的氯鈀絡(luò)陰離子或加入硫脲作為穩(wěn)定劑,保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法分析時(shí),在測試過程中應(yīng)避免多原子離子的產(chǎn)生,選擇合適質(zhì)量數(shù)和KED模式進(jìn)行測試。例如砷元素受ArCl干擾十分強(qiáng)烈,因此在對樣品消解時(shí),應(yīng)盡量避免使用鹽酸。

預(yù)實(shí)驗(yàn)可以有效地評估前處理方法的可靠性和準(zhǔn)確性,通過測試空白試劑、供試品溶液、一定濃度的元素標(biāo)準(zhǔn)溶液和供試品添加一定量的元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,可以確認(rèn)分析方法是否受基質(zhì)效應(yīng)、其他元素雜質(zhì)和污染(試劑污染、容器污染、樣品處理過程污染)影響。此外,可以制備多份供試品和供試品添加一定量的元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,進(jìn)一步確認(rèn)樣品前處理過程是否穩(wěn)定及原始樣品的均一性。最終確定的分析方法必須進(jìn)行方法驗(yàn)證,驗(yàn)證項(xiàng)目包括專屬性、線性及范圍、準(zhǔn)確度、重復(fù)性、中間精密度、重現(xiàn)性、定量限、檢測限及耐用性,以證明樣品前處理技術(shù)和測試方法滿足既定元素雜質(zhì)分析的目的。

將藥品整個(gè)生產(chǎn)過程中的元素雜質(zhì)樣品前處理技術(shù)總結(jié)為4類,即原樣直接分析、水溶液直接溶解、有機(jī)溶劑直接溶解和間接溶解,并根據(jù)供試品特性、待測元素性質(zhì)、基質(zhì)特點(diǎn)等繪制了元素雜質(zhì)樣品前處理技術(shù)選擇流程圖,如圖1所示。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜、電感耦合等離子體質(zhì)譜法及原子吸收分光光度法進(jìn)行元素雜質(zhì)測試時(shí),可參照該流程圖進(jìn)行樣品前處理。

圖1 元素雜質(zhì)樣品前處理技術(shù)選擇流程圖

3 結(jié)論

藥品中額外引入的元素雜質(zhì)不僅無任何治療作用,有些雜質(zhì)還具有一定毒性,例如ICH Q3D規(guī)定的1類元素,這類元素是對人體有害的,在藥品生產(chǎn)中禁用或限制使用。在藥品生產(chǎn)過程中使用的原輔料、催化劑、生產(chǎn)設(shè)備和包裝材料等都可能會引入一些元素雜質(zhì),制藥企業(yè)必須將藥品中的元素雜質(zhì)控制在可接受的限度范圍。測定元素雜質(zhì)的前提是選擇合適的樣品前處理方法,確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。重點(diǎn)介紹了主要的元素雜質(zhì)分析樣品前處理技術(shù)及適用性,并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了元素雜質(zhì)分析樣品前處理技術(shù)選擇的新思路。建議藥品研發(fā)人員根據(jù)供試品的理化性質(zhì)及基質(zhì)特點(diǎn)、待測元素性質(zhì)及控制限度要求和研究目的,選擇合理的樣品前處理技術(shù),不僅可以有效制備待測元素分析溶液,還可以排除其他干擾因素,避免復(fù)雜樣品對儀器的污染及損傷,保證分析方法的靈敏度、準(zhǔn)確度和精密度。