药物的玻璃腐蚀,分层和降解

有几篇引人注目的报道涉及肠胃外药物溶液中玻璃薄片的出现。1 美国食品和药物管理局近年来列出了大约十几起与玻璃分层或溶液中观察到的未识别颗粒相关的药物召回。 这个问题引发了全行业的努力,以了解这种现象并制定评估玻璃容器耐久性的程序。 由于这些最近的问题,美国药典委员会发布了一章描述筛选和评估玻璃容器耐久性的方法。2 推荐的分析方法包括:二次离子质谱(SIMS),扫描电子显微镜(SEM),电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和光学显微镜。 EAG实验室为药品容器提供完整的分析测试套件。 此外,我们发现X射线光电子能谱(XPS,也称为化学分析电子光谱,ESCA)是检测玻璃表面外部5-10 nm的有用工具。 这些技术中的每一种都提供补充信息 以下是这些不同工具提供的信息的简要摘要。

  • SIMS是一种定量的痕量元素分析技术,通常用于深度分析模式。 它是能够检测氢扩散到玻璃中的仅有的技术之一。
  • XPS / ESCA是一种定量技术,可测量样品的极端外表面(5-10 nm)。 与SIMS相似,XPS也可以用于深度剖面样本。 XPS还可以用于检查通过过滤从溶液中回收的大于30 µm的单个薄片。
  • SEM可提供玻璃表面的高倍放大图像,以查找剥落,点蚀或其他与腐蚀或表面退化有关的异常现象。 将EDS(能量分散X射线光谱法)与SEM结合使用,可以对单个薄片进行半定量元素分析,并具有百分比水平的检测限。
  • 差分干涉对比(DIC)模式下的光学显微镜可在玻璃上提供增强的对比度,尤其是细微的表面特征。
  • ICP-MS可以测量药物溶液中微量元素玻璃成分(Na,B,Si,Al,Ca等)的痕量水平(ppm-ppb)。

可见玻璃鳞片的出现是腐蚀过程的最后一步,腐蚀过程扎根于高温玻璃成型过程。 我们的目标是了解导致分层的化学变化,以便可以在发生灾难性故障之前对玻璃进行评估。 我们首先检查玻璃在暴露于任何溶液之前的表面化学性质。

成型容器的表面化学

图1显示了I型玻璃小瓶的表面组成随瓶长位置的变化。 作为参考,每种氧化物的本体组成显示为虚线。 B2O3和Na2O在容器的端部耗尽,并沿侧壁富集。 造成这种成分变化的原因很可能是由于Na和B物种从形成过程中温度最高的区域(底部和肩部)挥发而来,并且在未暴露于这种极端温度的区域发生冷凝。 距脚后跟10 mm处的深度分布图(图2)显示,富含B和Na的层延伸至玻璃中约80 nm。

图1沿着形成的小瓶的长度测量的表面(顶部5 nm)组成。 注意在小瓶底部和肩部附近的B2O3和Na2O耗尽,其中高的成形温度导致挥发。 水平虚线表示块状玻璃组合物。
图2形成的玻璃小瓶的深度剖面图,显示B2O3和Na2O富集层。

样品瓶暴露于溶液中的表面化学

玻璃腐蚀机理取决于溶液的pH。 来自同一批材料的小瓶暴露于低(酸性)和高(碱性)pH中。 图3a和3b显示了暴露于低pH溶液中不同时间的小瓶的深度分布。 初始形成后,厚度为80 nm的富含B和Na的层(图2)在暴露于酸性溶液中50天后变为100-18 nm的耗尽层(图3a)。 毫不奇怪,增加曝光时间会导致更厚的耗尽层(图3b)。 与开始时溶液中的水平相比,ICP-MS(未显示)证实了所储存溶液中Na和B的水平升高。

在高pH下,硅酸盐玻璃的腐蚀机理与在低pH下根本不同。 玻璃的Si-O-Si结构会溶解,而不是去除改性物质。 暴露于高pH下的样品瓶表面包含一个75 nm的富含Al2O3的层。 发现Al2O3浓度(> 10摩尔%)显着高于本体中的浓度(图4)。

总之,在I型玻璃小瓶的形成和使用中存在许多可导致显着化学梯度的过程。 这些梯度可能导致机械或其他应力,最终导致在某些情况下产生微观薄片。 一套分析工具可用于跟踪表面化学,溶液化学和缺陷的变化。 这些包括:SIMS,XPS,SEM,光学显微镜和ICP-MS,它们都可以提供有关储存溶液对玻璃存储介质的影响的有价值信息。

图3在18天和64天暴露于低pH溶液导致产生B和Na贫化层并形成二氧化硅样表面层。
图4暴露于高pH溶液的小瓶的深度图

參考資料
1 RG Iacocca,Pharma Tech(2011)s6-9
2 USP“玻璃容器内表面耐久性的评估

为了启用某些功能并改善您的使用体验,此站点将cookie存储在您的计算机上。 请单击“继续”以提供授权并永久删除此消息。

要了解更多信息,请参阅我们的 私隐政策.