表面化学変化に関連した医薬品バイアル中のガラス層間剥離

アプリケーションノート

はじめに

非経口におけるガラスラメラの出現に関連したいくつかの注目を集める報告がある。 薬剤 ソリューションを提供しています。1 米国食品医薬品局(FDA)は、近年、ガラスの層間剥離や溶液中に見られる未確認の微粒子に関連した約12種類の医薬品回収を挙げています。 この問題は、この現象を理解しそしてガラス容器の耐久性を評価するための手順を開発するための業界規模の努力を引き起こした。 これら最近の問題の結果として、米国薬局方条約はガラス容器の耐久性をスクリーニングし評価する方法を記載した章を発行した。2 推奨される分析方法には、二次イオン質量分析法(SIMS)、走査電子顕微鏡法(SEM)、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)、および光学顕微鏡法が含まれます。 EAGラボラトリーズは医薬品容器のためのこの一連の分析試験を提供しています。 さらに、我々は、X線光電子分光法(XPS、化学分析用電子分光法、ESCAとしても知られている)がガラス表面の外側のXNUMX − XNUMXnmを調べるための価値あるツールであることを見出した。 これらの各手法は、補足情報を提供します。 以下は、これらのさまざまなツールから入手できる情報の簡単な要約です。

  • SIMS は、深さプロファイリングモードで一般的に使用される定量的、微量元素分析手法です。 それはガラスへの水素拡散を検出することができる唯一の技術の一つです。
  • XPS / ESCA は、試料の最外面(5-10 nm)の組成を測定する定量的手法です。 SIMSと同様に、XPSもサンプルの深さプロファイルに使用することができる。 XPSは、ろ過によって溶液から回収された30 µmより大きい個々のフレークの検査にも使用できます。
  • SEM ガラス表面の高倍率画像を提供して、腐食や表面の劣化に関連した剥がれ、ピットなどの異常を探します。 SEMにEDS(エネルギー分散型X線分光法)を組み込むことにより、パーセントレベルの検出限界で個々のフレークの半定量的元素分析が可能になる。
  • 微分干渉コントラスト(DIC)モードの光学顕微鏡は、ガラス上、特に微妙な表面形状のコントラストを向上させます。
  • ICP-MS 医薬品溶液中の微量元素(Na、B、Si、Al、Caなど)のガラス成分(ppm〜ppb)を測定できます。

目に見えるガラスフレークの外観は、最後のステップです。 高温ガラス形成プロセスに根ざしたプロセス。 私たちの目標は、破壊に至る前にガラスを評価できるように、層間剥離を引き起こす化学的変化を理解することです。 我々は調べることから始めます 表面 ガラスが何らかの溶液にさらされる前のガラスの化学的性質

医薬品バイアルのガラス層間剥離

 

形成済み容器の表面化学

図XNUMXは、バイアルの長さに沿った位置の関数としてのタイプIガラスバイアルの表面組成を示す。 参考のためにバルク 構図 各酸化物については点線で示されている。 B2O3 とナ2Oは容器の端部で枯渇しそして側壁に沿って濃縮される。 この組成の変動の原因は、成形中に最高温度を経験している領域(底部および肩部)からのNaおよびB種の揮発、およびそのような極端な温度にさらされていない領域での凝縮によるものと思われる。 ヒールから10 mm取得された深さプロファイル(図2)は、BおよびNaが濃縮された層がガラス内に約80 nm延びていることを示している。

図1形成されたままのバイアルの長さに沿った測定表面(上部5 nm)の組成。 形成温度が高いと揮発するバイアルの底と肩の近くでのB2O3とNa2Oの減少に注意してください。 水平点線はバルクガラス組成を表す。

図1 形成されたままのバイアルの長さに沿って測定された表面(上部XNUMX nm)組成。 Bに注意してください2O3 とナ2形成温度が高いと揮発するバイアルの底や肩の近くでの枯渇。 水平点線はバルクガラス組成を表す。

図XNUMX BXNUMXOXNUMXおよびNaXNUMXO濃縮層を示す形成されたままのガラスバイアルの深さプロファイル。

図2 Bを示す成形ガラスバイアルの深さプロファイル2O3 とナ2Oが豊富な層。

ソリューションにさらされたバイアルの表面化学

ガラスの腐食メカニズムは、溶液のpHによって異なります。 同じロットの材料のバイアルを、低(酸性)pHと高(アルカリ)pHの両方に曝しました。 図3aおよび3bは、低pH溶液にさまざまな時間さらされたバイアルの深さプロファイルを示しています。 厚さ80 nmのBおよびNaに富む層は、最初の形成後(図2)、50日間酸性溶液にさらされた後、100〜18 nmの空乏層になります(図3a)。 当然のことながら、露出時間が長くなると空乏層が厚くなります(図3b)。 ICP-MS(図には示されていません)は、保存された溶液のNaおよびBのレベルが、開始時の溶液のレベルと比較して上昇していることを確認しました。
高pHでは、ケイ酸塩ガラスの腐食メカニズムは、低pHの場合とは根本的に異なります。 修飾種を除去するのではなく、ガラスのSi-O-Si構造が溶解します。 高pHにさらされたバイアルの表面に75 nm Alが含まれている2O3 - 豊かな層。 アル2O3 濃度(> 10 mol%)は、バルクよりも大幅に高いことがわかりました(図4)。

図3 18日と64日の間、低pH溶液にさらすと、BとNaが枯渇した層ができ、シリカのような表面層が形成されます。

図3 18日間および64日間の低pH溶液への曝露は、BおよびNaが枯渇した層の形成およびシリカ様表面層の形成をもたらす。

図XNUMX BXNUMXOXNUMXおよびNaXNUMXO濃縮層を示す形成されたままのガラスバイアルの深さプロファイル。

図4 高pH溶液にさらされたバイアルの深さプロファイル

概要

結論として、タイプIガラスバイアルの形成および使用の両方において、著しい化学的勾配をもたらし得る多数のプロセスがある。 これらの勾配は、特定の状況下で最終的に顕微鏡的フレークの生成をもたらす機械的または他の応力をもたらす可能性がある。 一連の分析ツールを使用して、表面化学、溶液化学および欠陥の変化を追跡することができます。 これらには以下のものが含まれる:SIMS、XPS、SEM、光学顕微鏡法およびICP − MS、これらはすべてガラス貯蔵媒体に対する貯蔵溶液の効果に関する貴重な情報を提供することができる。


1 RGイアッカッカ、ファーマテック(2011)s6-9

2USP「ガラス容器の内面耐久性の評価」

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