Agua ultrapura para el análisis de oligoelementos en los productos farmacéuticos

Anastasia Domanova¹, Juhani Virkanen², Glenn Woods³, Stephane Mabic¹

¹Lab Water Solutions, Merck, Guyancourt, France, ²University of Helsinki, Helsinki, Finland, ³Agilent Technologies Ltd, Stockport, UK

En este artículo se analiza cómo la calidad del agua para reactivos puede afectar a los resultados de los análisis de elementos traza en la industria farmacéutica. Se demuestra la idoneidad del agua ultrapura recién producida utilizando sistemas de purificación de agua Milli-Q^® para análisis de elementos traza mediante ICP-OES e ICP-MS.

Más información sobre 

• Supervisión de oligoelementos en la industria farmacéutica
• Idoneidad del agua ultrapura para el análisis de los oligoelementos 
  
• Condiciones experimentales de la ICP-MS
• Beneficios del agua ultrapura para el análisis de oligoelementos
• Productos relacionados

Supervisión de oligoelementos en la industria farmacéutica

En la industria farmacéutica, es absolutamente crucial supervisar y controlar los oligoelementos en todas las etapas de desarrollo y producción. Esto se explica por tres razones principales:

• En el procesamiento sintético de materias primas, intermediarios y principios farmacéuticos activos, así como en la formulación y la fabricación de productos, se utilizan metales y metaloides como reactivos y catalizadores. Por lo tanto, es importante asegurar que los medicamentos no contienen contaminantes metálicos tóxicos a concentraciones que pudieran ser perjudiciales para la salud humana.
  
  
• Para ciertos clientes y autoridades, es importante que los productos, como los medicamentos multivitamínicos o con metales, contengan los elementos que supuestamente contienen y a las concentraciones indicadas en el envase.
  
  
• Los metales pueden introducirse en los productos farmacéuticos involuntariamente a través de reactivos contaminados o cuando los productos están en contacto con superficies metálicas durante los procesos de desarrollo o producción. Además, los metales pueden llegar hasta el producto desde el embalaje. Por lo tanto, debe evaluarse la presencia de oligoelementos lixiviables y extraíbles en el material de los recipientes utilizados para almacenar los productos.

Técnicas analíticas: de la AAS a la ICP

La espectrometría de absorción atómica de llama (FAAS) y la espectrometría de absorción atómica con horno de grafito (GFAAS) han constituido, hasta hace poco, la primera opción de los químicos analíticos para el análisis de los elementos traza. Hoy en día, estas técnicas suelen ser sustituidas por equipos modernos y más sofisticados, como la espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) y espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES).¹ El uso de estos instrumentos es alentado por la Convención de la Farmacopea de los Estados Unidos (USP), ya que permiten análisis rápidos, específicos y fiables de varios elementos de una variedad de tipos de muestras.² La ICP se caracteriza por una elevada sensibilidad y estrictos requisitos establecidos para la calidad de los reactivos experimentales. De hecho, se deben seleccionar reactivos de muy alta calidad para optimizar el rendimiento de los equipos de ICP-MS o ICP-OES.

Requisitos de agua para análisis de elementos traza

En los análisis de elementos traza con ICP-MS o ICP-OES, se utiliza ampliamente el agua ultrapura. Se emplea para dilución directa durante la preparación de muestras y patrones, como blanco de reactivo y para la limpieza de instrumentos y recipientes de muestra (Figura 1).  Cualquier contaminación, y en este caso concreto, la contaminación con oligoelementos, introducida durante la preparación de la muestra se arrastrará durante todo el análisis y afectará a los resultados finales. Por consiguiente, el agua seleccionada para el análisis de los oligoelementos debe ser de una calidad constante muy elevada y no debe contaminar las muestras ni el instrumento analítico con elementos.³

En la industria farmacéutica, la elección de la calidad del agua está dictada por su uso previsto.⁴ Sin embargo, el agua seleccionada como reactivo analítico no solo debe cumplir con las normas de las farmacopeas específicas, sino que también debe cumplir los requisitos de la instrumentación analítica moderna para garantizar el éxito de cualquier análisis de oligoelementos.

Los sistemas de purificación de agua ultrapura Milli-Q^® están diseñados para cumplir* las normas de calidad del agua determinadas en varias farmacopeas. En este estudio se evalúa la idoneidad del agua ultrapura recién producida utilizando los sistemas de purificación de agua Milli-Q^® para análisis de elementos traza mediante ICP-MS e ICP-OES.

Figura 1. Usos del gua ultrapura en análisis mediante ICP-MS e ICP-OES.

Idoneidad del agua ultrapura para el análisis de los oligoelementos

A pesar del creciente interés de la industria farmacéutica por analizar oligoelementos en productos y envases, no hay acuerdo sobre qué elementos deben controlarse. El elemento que se somete a control depende por completo de la etapa del proceso de desarrollo o fabricación de un producto. Por lo tanto, se seleccionaron una serie de elementos en función del Capítulo 2332 de la USP y la directriz Q3D de la ICH para las impurezas elementales⁵ propuesta por la EMA para la Evaluación de Medicamentos, así como diversas publicaciones científicas.^3,6 En la Tabla 1 se muestra la concentración equivalente de fondo (BEC) y los límites de detección (LOD) para cada elemento a la concentración de ng/l (ppt).

Tabla 1. Concentraciones de elementos en ng/l (ppt) en agua ultrapura recién producida procedente de un sistema de agua ultrapura Milli-Q^®, medidas en condiciones normales de laboratorio (no en sala limpia).

Elemento	BEC (ppt)	LOD (ppt)	Elemento	BEC (ppt)	LOD (ppt)	Elemento	BEC (ppt)	LOD (ppt)
7Li	0,00	0,00	85Rb	0,07	0,14	157Gd	0,18	0,13
9Be	0,24	0,28	88Sr	0,36	0,15	159Tb	0,03	0,03
11B	7,71	1,84	89Y	0,11	0,11	163Dy	0,11	0,08
23Na	17,49	2,72	90Zr	0,47	0,09	165Ho	0,03	0,02
24Mg	13,17	0,52	93Nb	0,23	0,15	166Er	0,10	0,06
27Al	0,47	0,06	95Mo	0,62	0,36	169Tm	0,04	0,03
39K	38,72	0,00	101Ru	0,69	0,19	172Yb	0,14	0,10
40Ca	63,6	2,17	103Rh	0,16	0,26	175Lu	0,03	0,03
45Sc	7,50	1,89	105Pd	0,07	0,06	178Hf	0,12	0,09
49Ti	2,08	2,49	107Ag	0,59	0,11	181Ta	0,15	0,13
51V	0,72	0,39	111CD	0,06	0,2	182W	0,59	0,40
52Cr	2,10	0,37	115In	0,07	0,06	187Re	0,06	0,03
55Mn	2,64	0,14	118Sn	0,47	0,85	189Os	0,28	0,23
56Fe	0,60	0,19	121Sb	0,06	0,11	193Ir	0,08	0,12
58Ni	0,76	0,18	125Te	3,77	2,61	195Pt	0,29	0,19
59Co	0,30	0,11	133Cs	0,05	0,00	197Au	0,40	0,32
63Cu	0,19	0,11	137Ba	3,9	0,5	202Hg	0,49	0,25
66Zn	14,07	1,17	139La	0,13	0,06	205Tl	0,50	0,21
69Ga	0,02	0,10	141Pr	0,05	0,04	208Pb	1,37	0,33
72Ge	8,05	4,96	146Nd	0,22	0,17	209Bi	0,07	0,08
75AS	3,10	0,72	147Sm	0,25	0,18	232Th	0,10	0,08
78Se	1,05	0,91	153Eu	0,05	0,05	238U	0,11	0,05

En la industria farmacéutica, los análisis de oligoelementos se realizan en el intervalo de mg/l (ppm) a subμg/l (subppb), y es deseable que los valores de BEC de los elementos específicos no superen el intervalo de ppt (ng/ml) o sub-ppt. Además, dado que deben demostrarse adecuadamente la sensibilidad, la exactitud, la precisión y la recuperación durante el proceso de validación del método, es de gran importancia lograr un límite de detección bajo y estable. La Tabla 1 pone de manifiesto que la concentración de ciertos elementos es ligeramente superior al nivel de sub-ppt, lo que se explica por la contaminación proveniente del entorno del laboratorio, ya que los análisis se realizaron en condiciones normales de laboratorio.⁷ Si hay necesidad de lograr concentraciones significativamente inferiores de los elementos, es razonable utilizar más etapas de ultrafiltración, como una unidad de purificación Milli-Q^® IQ Element que hace posible valores de BEC a concentraciones sub-ppt.⁸

Condiciones experimentales de la ICP-MS

El agua del grifo se purificó en dos pasos para obtener agua ultrapura:

1. El agua purificada se obtuvo a partir del agua del grifo gracias a la combinación de ósmosis inversa inteligente, electrodesionización (EDI) Elix^® y una lámpara UV bactericida, utilizando un sistema Milli-Q^® similar al sistema de agua purificada Milli-Q^® IX. 
2. El agua ultrapura se obtuvo purificando aún más el agua anterior con un sistema de ultrafiltración Milli-Q^®, similar al sistema de agua ultrapura Milli-Q^® IQ 7000, equipado con un filtro final Millipak^®. Nota, para el análisis de Hg, el agua ultrapura se obtuvo del sistema Milli-Q^® Direct, que no contiene un módulo de EDI Elix^®.

Se analizaron las concentraciones de los siguientes elementos en las muestras de agua ultrapura:

• Li, Be, B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Co, Cu, As, Se, Sr, Mo, Pd, Ag, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, Tl, Pb, Th y U utilizando un instrumento de ICP-MS Agilent^® 7700s.
• Hg, Sc, Fe, Zn, Ga, Ge, Rb, Y, Zr, Nb, Ru, Rh, In, Te, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au y Bi utilizando un instrumento de ICP-MS Agilent^® 7500s.

Todos los experimentos se realizaron en condiciones regulares de laboratorio (no en una sala limpia).

Detalles y parámetros instrumentales del equipo Agilent^® 7700s: nebulizador de PFA-50, cámara de pulverización de PFA, antorcha inerte de zafiro, inyector de antorcha de cuarzo de 2,5 mm de diámetro interno, muestra de platino y cono skimmer, potencia RF 600 / 1600 W, posición de muestreo 12 / 8 mm, flujo de gas portador 0,90 l/min, flujo de gas de compensación 0,32 / 0,51 l/min, modo detector automático, calibración a través de 1, 5, 10, 50 ng/l.

Detalles y parámetros instrumentales del equipo Agilent^® 7500s: nebulizador de cuarzo, cámara de pulverización de cuarzo, inyector de antorcha de 2,5 mm de diámetro interno de cuarzo, muestra de níquel y cono skimmer, RF potencia 1300 / 1550 W, posición de muestreo 8 mm, flujo de gas portador 0,96 l/min, flujo de gas de compensación 0,23 l/min, modo de detector automático, calibración a través de 1, 20, 50, 100 ng/l.

Se limpió previamente el PFA de todos los recipientes con agua ultrapura. Todas las muestras de agua ultrapura (resistividad de 18,2 MΩ·cm y TOC por debajo de 5 ppb) procedentes de los sistemas de purificación de agua Milli-Q^® se analizaron inmediatamente después de la recogida del agua.

Beneficios del agua ultrapura para el análisis de oligoelementos

Este estudio demostró que el agua ultrapura producida por un sistema de purificación de agua Milli-Q^® contiene bajas concentraciones de elementos traza, del orden de ppt. Por consiguiente, los laboratorios de la industria farmacéutica que realizan análisis de oligoelementos pueden confiar en los sistemas de agua ultrapura Milli-Q^® para producir agua de gran pureza que cumpla con sus estrictos requisitos. Elegir agua ultrapura producida por un sistema Milli-Q^® para el análisis de los elementos traza contribuirá a asegurar la generación de datos de gran calidad.

Referencias bibliográficas

1. Nageswara Rao R, Kumar Talluri M. 2007. An overview of recent applications of inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) in determination of inorganic impurities in drugs and pharmaceuticals. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 43(1):1-13. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2006.07.004

2. 2013. USP, Chapter 233, Elemental Impurities - Procedures.. https://doi.org/10.31003/uspnf_m5193_02_01

3. Lewen N. 2011. The use of atomic spectroscopy in the pharmaceutical industry for the determination of trace elements in pharmaceuticals. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 55(4):653-661. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2010.11.030

4. USP, Chapter 1231, Water for Pharmaceutical Purposes.. https://doi.org/10.31003/uspnf_m99956_07_01

5. Implementation strategy of ICH Q3D guideline. [Internet]. European Medicines Agency (EMA). Available from: https://www.ema.europa.eu/en/documents/scientific-guideline/implementation-strategy-ich-q3d-guideline_en.pdf

6. Abernethy DR, DeStefano AJ, Cecil TL, Zaidi K, Williams RL. 2010. Metal Impurities in Food and Drugs. Pharm Res. 27(5):750-755. https://doi.org/10.1007/s11095-010-0080-3

7. Rodushkin I, Engström E, Baxter DC. 2010. Sources of contamination and remedial strategies in the multi-elemental trace analysis laboratory. Anal Bioanal Chem. 396(1):365-377. https://doi.org/10.1007/s00216-009-3087-z

8. Ultrapure water tailored for trace elemental analyses. Datasheet.