Analytik von Pharmawasser mit Schwerpunkt Total Organic Carbon (TOC)

Trilogie Wasser, Teil III, ein Beitrag der TECHPharm GmbH, zusammengestellt von Wolfgang Woiwode

pH-Wert

Der pH-Wert wird in der USP als Kenngröße von Wasser für Injektionszwecke mit einem Grenzwert von 4,5 – 7,0 geführt. Aus Sicht der Spurenanalytik ist dies ein weiter Bereich, der kaum Rückschlüsse auf Kontamination erlaubt. Der pH-Wert ist weiterhin in stage 3 der Leitfähigkeitsmessung sowohl nach Ph. Eur., als auch nach USP als weiteres Entscheidungskriterium zu messen.

Im Kontakt mit der Umgebungsluft sinkt der pH-Wert von Wasserproben durch Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft mit Ausbildung der Kohlensäuregleichgewichte ab [1].

Reihenmessungen sollten mit Kontrollproben am Anfang und am Ende der Serie als bracketing ausgeführt werden, wie das noch unter der TOC-Bestimmung beschrieben wird.

Aussehen

Ph. Eur. und USP führen Aussehen bei Wasser für Injektionszwecke und gereinigtem Wasser. Die Vorgabe „klare, farblose Lösung“ ist ähnlich wie im Fall des pH-Werts recht pauschal. Opaleszenz und Färbung, wie auch, wenngleich hier nicht explizit erwähnt, sichtbare Partikel sind demnach Hinweise auf unzureichende Qualität.

Leitfähigkeit

Ph. Eur. wie auch USP beschreiben ein mehrstufiges Verfahren. Eine Überschreitung des Grenzwerts max. 1,1 µS/cm bei 20 °C/ ± 2 °C (stage 1) bedeutet noch nicht zwingend, dass die Probe out of specifications ist. Stage 2 beschreibt die weitere Messung bei 25 °C/ ± 2 °C mit einem Grenzwert von jetzt max. 1,3 µS/cm. Stage 3 beinhaltet die zusätzliche Messung des pH-Werts bei jetzt engeren Temperaturgrenzen 25 °C/ ± 1 °C und einem Grenzwert von max. 4,7 µS/cm bei pH 5,0, und max. 4,6 µS/cm bei pH 7,0.

Die Leitfähigkeit  kann zum Einen durch Kontakt mit der Luft, so wie in stage 2 der Leitfähigkeitsmessung durch CO2 beschrieben, aber auch durch luftgetragene, dissoziierende Verbindungen [1,2],  erhöht werden. Weiterhin kann eine Erhöhung auch durch Elution unzureichend konditionierter Oberflächen von Proben- und Messgefäßen bedingt sein. Beide Phänomene können beiläufig Unterschiede zwischen niedrigeren in-line und höheren off-line Leitfähigkeitsmessungen erklären.

Reihenmessungen sollten auch hier mit Kontrollproben am Anfang und am Ende der Serie als bracketing ausgeführt werden, wie das noch unter der TOC-Bestimmung beschrieben wird.

Gesamter organischer Kohlenstoff, Ph. EUR. 2.2.44

Die Bestimmung des Total Organic Carbon (TOC) nimmt eine Sonderstellung ein.  Die Kenngröße als solche, wie auch der durchgängige Grenzwert max 0,5 mg /L (0,5 ppm, 500 ppb) sind gleich für mehrere Wasserqualitäten vorgegeben. Die Vorteile gegenüber den alternativ auszuführenden oxidierbaren Substanzen liegen in der Objektivierbarkeit der instrumentellen Spurenanalytik, und in der Möglichkeit, Serienmessungen z.B. im Rahmen der Qualifizierung und der Reinigungsvalidierung rationell auszuführen. Die Arzneibücher beschreiben Vorgehensweisen und Grenzwerte, ohne dabei Vorgaben zur technischen Durchführung und insbesondere zur Oxidation und Detektion zu machen:

–        Ein Systemeignungstest auf dem Niveau 500 ppb ist vorgegeben

–        Limit of Detection (LOD)ist : ≤ 0,050 ppm (≤ 50 ppb).

–        „Reagent“ Water mit einem TOC-Gehalt ≤ 0,100 ppm (100 ppb) ist gefordert

–        „Reagent“ Water mit einer Leitfähigkeit < 1,0 µS/cm bei 25 °C ist gefordert

–        Anorganischer und organischer Kohlenstoff sind zu unterscheiden

Gerätetechnik

Übliche Verfahren sind UV-Radiolyse und katalytische Verbrennung mit nachfolgender IR-Detektion des gebildeten Kohlendioxids. Die Anzahl der Wiederholungsmessungen bzw. Wiederholungsinjektionen bis zur Mittelwertbildung des Ergebnisses sind gerätespezifisch vorzugeben und in jedem Fall zu bewerten. Zu den weiteren Voraussetzungen gehört, dass die Geräte qualifiziert und kalibriert sind und den vorgegebenen Systemeignungstest mit den Substanzen Benzochinon und Saccharose erfüllen.

Herausforderung Spurenanalyse

Analysen mit Nachweisgrenzen von 50 ppb und darunter stellen hohe Anforderungen an die Geräte, Verfahren und die mit der Durchführung betrauten Personen. Im Labor sollten keine olfaktorisch wahrnehmbare Organik, und insbesondere auch keine organischen Lösungsmittel gehandhabt werden. Die ausführenden Personen sollten für den Zeitraum der Bearbeitung auf olfaktorisch wahrnehmbare Körperpflegemittel verzichten. Im einfachsten Fall kann die Probe direkt von der Entnahmestelle in das Probengefäß für das Analysengerät, hier als „Messgefäߓ zur Unterscheidung vom „Probengefäߓ für Entnahme und Transport bezeichnet, überführt werden. Andernfalls ist die Probe vom Probengefäß in das Messgefäß zu überführen. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Probe repräsentativ und so wie zuvor ausgeführt integer ist. An die Messgefäße sind die gleichen, oder auch höhere Anforderungen als an die Probengefäße zu stellen. Im Fall der Wiederverwendung der Messgefäße ist das Reinigungsverfahren zu validieren. Die Überführung in das Messgefäß hat bei minimalem Luftkontakt so wie beschrieben laminar zu erfolgen, die Messgefäße sind in geeigneter Weise zu verschließen.

Das Gerät betreffend muss eine gültige Kalibrierung vorliegen, die Nachweis- und Bestimmungsgrenzen sollten nach ICH Q2(R1) berechnet werden. Die Qualität der Messung im Spurenbereich ist insbesondere auch vom Aufbau der Mess-Sequenz abhängig. Bewährt hat sich ein Verfahren, in dem mit Start der Sequenz zunächst 2 Proben Reinstwasser gemessen werden, um die Flusslinie zu konditionieren und zu äquilibrieren. Über die Standzeit des Geräts bis zur nächsten Messung können in Leitungen und Ventilen Substanzen migrieren, die über diese beiden ersten Messungen ausgewaschen werden. Danach sollte eine Kontrollprobe mit z.B. 250 ppb TOC, und dann eine Kontrollprobe Reinstwasser gemessen werden. Danach können alle Proben sequentiell gemessen werden. Die Sequenz sollte von einer Kontrollprobe mit 250 ppb und einer Reinstwassermessung abgeschlossen werden.

Kontrollproben in der Messreihe

Alle Kontrollprobenergebnisse sind in Kontrollkarten zu überführen. Die Kontrollproben 250 ppb, nach diesem Vorschlag mittig im interessierenden Bereich bis zum Grenzwert 500 ppb TOC angelegt, sind als bracketing zu werten. Es kann so belegt werden, dass das Gerät über die vorgenommene Qualifizierung, die Kalibrierung und über den durchgeführten Systemeignungstest hinausgehend zum Zeitpunkt der Messung bestimmungsgemäß und richtig gearbeitet hat.

Nitratbestimmung

Die Ph. Eur enthält mit max. 0,2 ppm (200 ppb) die weitergehende Anforderung  gegenüber der USP, die mit max. 50 ppm auf die nationale Trinkwasserverordnung verweist. Die Bestimmung beruht auf einer Farbreaktion.  Mit Aufnahme der UV/VIS-Spektren von Proben und Standards können die Ergebnisse weiter objektiviert werden. So können noch 20 ppb Nitrat UV/VIS-spektralphotometrisch nachgewiesen werden:

Dies wird als Beispiel herangezogen, wie mit instrumentellen Verfahren Arzneibuchverfahren weiter objektiviert werden können.

 Metalle und Schwermetalle

In beiden Arzneibüchern sind Grenzprüfungen auf Calcium, Magnesium, Aluminium und Schwermetalle vorgegeben. Aluminium in hochgereinigtem Wasser nach Ph. Eur ist auf 10 ppb limitiert, was das fluorimetrische Nachweisverfahren in jedem Fall leistet. Für Wasser für Hämodialyse schließlich sind Grenzwerte für zahlreiche Kationen  vorgegeben, die z.B. bei Cadmium mit 1 ppb spezifiziert sind.

Nichtsichtbare Partikel

Nichtsichtbare Partikel sind nach dem Prinzip der Lichtblockade (Methode 1), oder in näher definierten Fällen mikroskopisch (Methode 2) zu bestimmen. Die Bestimmungen und die Grenzwerte sind wie z.B. auch der Grenzwert für TOC harmonisiert. Diese betragen bei WFI und Behältnissen > 100 mL max. 25 Partikel/mL  ≥ 10 µm und max. 3 Partikel/mL ≥ 25 µm nach  Methode 1. Die Grenzwerte für Behältnisse ≤ 100 mL betragen max. 6000 Partikel ≥ 10 µm und max. 600 Partikel ≥ 25 µm wiederum nach Methode 1. Eine Grenzbetrachtung für ein Behältnis von 100 mL gegenüber WFI und großvolumige Parenteralia zeigt, dass im Endbehältnis, z.B. in einer 100 mL Injektionsflasche, der Grenzwert für Partikel ≥ 25 µm doppelt so hoch ist. Diese Verdoppelung ist angemessen, weil z.B. Stopfen unvermeidbar Partikel in die Lösung abgeben. Der Eintrag von Partikeln ist weiterhin über den  Abfüllprozess möglich. Brechampullen schließlich setzen beim Öffnen unmittelbar auch kleinste Partikelpopulation in Form von Glassplittern frei. Das Verfahren nach Ph. Eur. 2.9.19 und USP <788> ist durch Färbung und Viskosität mit dann möglichen scheinbaren Partikelpopulationen limitiert. In diesen Fällen kann mikroskopisch nach Methode 2 gearbeitet werden.

Weitere Bezüge:

[1] Änderung ausgewählter Kenngrößen von gereinigtem Wasser im Kontakt mit der Umgebungsluft, TECHPharm GmbH, November 2011

[2] Reinigungsvalidierung, Henry Gesetz und Diffusion  im Zusammenhang mit luftgetragener, molekularer Kontamination, TECHPharm GmbH, Oktober 2011

 

 

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