Digestori per l’analisi di metalli in tracce

I nuovi metodi USP <232> e <233> aprono la strada all’utilizzo della digestione con microonde per l’analisi di metalli in prodotti farmaceutici con notevoli vantaggi in termini di tempi di estrazione, efficienza di estrazione e basso consumo di acidi
Ai fini di assicurare la bassa assunzione di metalli pesanti da parte dell’uomo a seguito della somministrazione di farmaci, l’Associazione sulla Farmacopea degli Stati Uniti (USP) ha sostituito il capitolo <231> sulla metodologia di analisi in vigore dal 1905 con due nuovi capitoli, il <232> dedicato a definire i valori limite accettabili di metalli pesanti in prodotti farmaceutici sulla base della somministrazione orale e per inalazione e il capitolo <233> che definisce le procedure di estrazione e di analisi dei metalli dai prodotti farmaceutici grezzi e finiti con la possibilità anche di metodi di estrazione con soluzioni indirette, cioè tramite una digestione in vessel chiusi  con una soluzione acida che solubilizza i metalli  e l’analisi quantitativa via ICP-OES o ICP-MS.
Tale metodologia di estrazione apre la strada all’utilizzo della digestione con microonde con notevoli vantaggi in termini di tempi di estrazione, efficienza di estrazione (attraverso il controllo di temperatura e pressione) e basso consumo di acidi.
L’azienda americana CEM che in Italia è rappresentata dalla filiale CEM di Cologno al Serio (BG), offre due mineralizzatori microonde: il MARS6 (figura 1) e il Discover SP-D (figura 2).
Quali le differenze e i vantaggi? Il primo, il MARS6, è in realtà uno strumento in grado di una molteplicità di applicazione che vanno dalla digestione con acidi di campioni solidi per l’analisi di metalli in traccia all’estrazione con solventi organici di campioni solidi per l’analisi di inquinanti organici di varia natura. Il MARS6 lavora in modalità parallela (cioè per batch di campioni) con rotori da 6 a 40 postazioni, disponibili in un’ampia gamma di materiali resistenti alle più elevate pressioni (1500 psi) e ai solventi più aggressivi.  Il secondo, invece, il Discover SP-D è dedicato alla sola digestione di campioni e lavora con modalità sequenziale. Dispone di un autocampionatore che rende lo strumento automatico ed esegue la digestione e il raffreddamento del campione in soli 10 minuti per campione.
Entrambi i sistemi rispettano la norma  21 CFR part 11 ed è disponibile una guida tecnica per implementare le norme USP <232> e <233>.

La sperimentazione condotta
Per provare l’idoneità dei digestori all’estrazione, sono state condotte alcune prove con l’aggiunta di arsenico, mercurio e cadmio a tre prodotti farmaceutici finiti. Il mineralizzatore MARS6 è stato utilizzato con il rotore EasyPrep con 12 contenitori ad alta pressione (1500 psi) realizzati con materiali totalmente trasparenti alle microonde in conformità alle normative ASTM e USEPA. Nello specifico i liners porta campione e i relativi coperchi di chiusura sono realizzati in PTFE/TFM. Dispone di coperchio a tenuta ermetica con rilascio controllato in grado di sfiatare e richiudersi in caso in cui si raggiungessero i limiti di pressione del contenitore, garantendo al ciclo di lavoro di continuare. Tale meccanismo è stato studiato in modo da evitare la perdita di campione o metalli volatili. La gestione dei parametri operativi è affidata ad una serie di sensori “trasparenti” alle microonde ed in grado di controllare temperatura e pressione interna ai contenitori. Per quanto riguarda la temperatura, ad esempio è stato scelto un probe a fibra ottica che in abbinamento al DuoTemp (TM),  due sensori ad infrarosso installati sul fondo della cavità permette il controllo della temperatura in ogni singolo contenitore, oltre che la sua visualizzazione sul  display grafico ad alta risoluzione.
Una seconda sperimentazione è stata condotta con il mineralizzatore Discover SP-D (figura 2). Grazie alla cavità brevettata self-tuning, ogni campione viene irraggiato in modo ottimale. Ciò, unitamente ad un sistema di raffreddamento brevettato - PowerMax (TM) -, al controllo di pressione attivo, consente una completa mineralizzazione del campione in soli 10 minuti, raffreddamento incluso.
Lo strumento include un controllo di temperatura non invasivo con sensore ad infrarosso in grado di operare fino a 300°C. Il controllo della pressione, invece, è affidato al sistema robotizzato ActiVent (TM).
Discover SP-D è dotato, inoltre, di agitazione elettromagnetica a velocità variabile e di una valvola multistadio per il controllo del flusso d’aria compressa. Tale sistema di raffreddamento con aria o gas a pressione permette un raffreddamento repentino al termine della mineralizzazione, ma soprattutto offre la possibilità di irradiare e raffreddare contemporaneamente la soluzione - brevetto PowerMax (TM).
Per l’estrazione dei campioni è stato utilizzato acido nitrico concentrato a cui è stata aggiunta una soluzione acquosa contenente 50 ppb di arsenico, mercurio e cadmio. In aggiunta è stato addizionato a ciascun vessel il perossido di idrogeno. Ciascuna analisi è stata condotta in triplicato e i risultati sono riportati in Tabella 1.
Come illustrato, sia il MARS6 che il Discover hanno raggiunto ottimi recuperi sia per i metalli volativi che per quelli non volatili, rispettando quanto previsto dal Metodo <233> con una accuratezza compresa tra 70-150% e una deviazione standard relativa inferiore al 20%.

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