표면 화학 변화와 관련된 약병 유리의 유리 박리

애플리케이션 노트

소개

비경 구의 유리 라멜라 (lamellae)의 출현과 관련된 몇 가지 중요한 보고서가있었습니다 제약 솔루션을 제공합니다.1 미국 식품의 약국 (Food and Drug Administration)은 최근 몇 년 동안 유리 박리 또는 미확인 미립자와 관련된 약 10 건의 약물 리콜을 열거하고있다. 이 문제는이 현상을 이해하고 유리 용기의 내구성을 평가하는 절차를 개발하기위한 업계의 노력을 촉발 시켰습니다. 이러한 최근의 문제로 인해 미국 약전 (Pharmacopeial Convention)에서는 유리 용기의 내구성을 검사하고 평가하는 방법을 설명하는 장을 발행했습니다.2 권장되는 분석 방법에는 2 차 이온 질량 분석법 (SIMS), 주사 전자 현미경 (SEM), 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICP-MS) 및 광학 현미경 법이 포함됩니다. EAG Laboratories는 제약 용기에 대한 완벽한 분석 테스트 제품군을 제공합니다. 또한 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS, 화학 분석을위한 전자 분광학, ESCA라고도 함)가 유리 표면의 외부 5-10 nm를 검사하는 데 유용한 도구임을 알게되었습니다. 이 기술들 각각은 보완적인 정보를 제공합니다. 다음은 이러한 다양한 도구에서 사용할 수있는 정보에 대한 간략한 요약입니다.

  • SIMS 분석 서비스 는 깊이 프로파일 링 모드에서 일반적으로 사용되는 정량적, 미량 원소 분석 기법입니다. 그것은 유리로 수소 확산을 감지 할 수있는 유일한 기술 중 하나입니다.
  • XPS / ESCA 는 시료의 극단 외부 표면 (5-10 nm)의 조성을 측정하는 정량적 기술입니다. SIMS와 마찬가지로 XPS는 깊이 프로필 샘플에도 사용할 수 있습니다. XPS는 또한 여과에 의해 용액으로부터 회수 된 30 μm보다 큰 개별 플레이크를 검사하는데 사용될 수있다.
  • SEM 유리 표면의 고배율 이미지를 제공하여 부식 또는 표면 열화와 관련된 박리, 움푹 들어간 곳 또는 기타 이상을 찾습니다. SEM을 이용한 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)의 통합은 % 수준의 검출 한계를 지닌 개별 플레이크의 반 정량 분석을 가능하게합니다.
  • 미분 간섭 콘트라스트 (DIC) 모드의 광학 현미경 (Optical Microscopy)은 유리, 특히 미묘한 표면 형상의 대비를 향상시킵니다.
  • ICP-MS 제약 솔루션에서 원소 유리 성분 (Na, B, Si, Al, Ca 등)의 추적 수준 (ppm-ppb)을 측정 할 수 있습니다.

눈에 보이는 유리 플레이크의 모양은 부식 이는 고온 유리 형성 공정에 뿌리를두고있다. 우리의 목표는 유리가 치명적인 실패 이전에 평가 될 수 있도록 박리로 이어지는 화학적 변화를 이해하는 것입니다. 우리는 표면 어떤 용액에 노출되기 전에 유리의 화학적 성질.

약제 유리 병의 유리 박리

 

정련 된 용기의 표면 화학

그림 1은 바이알 길이에 따른 위치의 함수로서 Type I 유리 병의 표면 조성을 보여줍니다. 참고로 대량 구성 각각의 산화물은 점선으로 도시되어있다. The B2O3 및 Na2O는 용기의 단부에서 고갈되고 측벽을 따라 농축된다. 이러한 조성 변화의 원인은 형성 중에 가장 높은 온도 (바닥 및 어깨)를 겪는 영역과 그러한 극한 온도에 노출되지 않는 영역에서의 응축에서 Na 및 B 종의 휘발성 때문인 것으로 보인다. 발 뒤꿈치 (그림 10)에서 2 mm을 획득 한 깊이 프로파일은 B와 Na가 풍부한 레이어가 ~ 80 nm을 유리로 확장 시킨다는 것을 보여줍니다.

그림 1 형성된 바이알의 길이를 따라 측정 된 표면 (최고 5 nm) 조성. 바이알의 바닥과 숄더 근처의 B2O3 및 Na2O 고갈이 형성 온도가 높은 곳에서 휘발됩니다. 수평 점선은 벌크 유리 조성물을 나타낸다.

그림 1 형성된 바이알의 길이를 따라 측정 된 표면 (최고 5 nm) 조성. B에주의하십시오.2O3 및 Na2바이알의 바닥과 숄더 근처에서 고갈되어 온도가 높아져 휘발됩니다. 수평 점선은 벌크 유리 조성물을 나타낸다.

그림 2 B2O3 및 Na2O가 풍부한 층을 보여주는 성형 유리 바이알의 깊이 프로필.

그림 2 B를 보여주는 성형 유리 병의 깊이 프로파일2O3 및 Na2O 풍부 층.

솔루션에 노출 된 바이알의 표면 화학

유리 부식 메커니즘은 용액의 pH에 ​​따라 다릅니다. 동일한 로트 물질로부터의 바이알은 낮은 (산성) pH 및 높은 (알칼리성) pH 모두에 노출되었다. 도 3a 및 3b는 다양한 시간 동안 낮은 pH 용액에 노출 된 바이알의 깊이 프로파일을 보여준다. 초기 형성 후 80 nm 두께의 B 및 Na 농축 층 (도 2)은 50 일 동안 산성 용액에 노출 된 후 100 내지 18 nm 공 핍층이된다 (도 3a). 당연히 노출 시간이 길어지면 공 핍층이 두꺼워집니다 (그림 3b). ICP-MS (도시되지 않음)는 저장된 용액에서 Na 및 B의 수준이 상승 하였을 때 시작시 용액의 수준과 비교하여 확인되었다.
높은 pH에서 규산염 유리의 부식 메커니즘은 낮은 pH에서와 근본적으로 다릅니다. 변형 종을 제거하는 대신 유리의 Si-O-Si 구조가 용해됩니다. 높은 pH에 노출 된 바이알의 표면에는 75 nm Al2O3풍부 층. 알2O3 농도 (> 10 몰 %)는 벌크보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다 (그림 4).

그림 3 18 일 및 64 일 동안 낮은 pH 용액에 노출되면 B 및 Na가 고갈 된 층이 생성되고 실리카와 같은 표면층이 형성됩니다.

그림 3 18 일 및 64 일 동안 낮은 pH 용액에 노출되면 B 및 Na가 고갈 된 층이 생성되고 실리카와 같은 표면층이 형성됩니다.

그림 2 B2O3 및 Na2O가 풍부한 층을 보여주는 성형 유리 바이알의 깊이 프로필.

그림 4 고 pH 용액에 노출 된 바이알의 깊이 프로필

개요

결론적으로 중요한 화학적 구배를 초래할 수있는 Type I 유리 병의 성형 및 사용에는 여러 가지 프로세스가 있습니다. 이러한 구배는 기계적 또는 다른 스트레스를 유발할 수 있으며, 특정 상황에서 미세한 조각을 생성하게됩니다. 분석 도구를 사용하여 표면 화학, 용액 화학 및 결함의 변화를 추적 할 수 있습니다. 여기에는 SIMS, XPS, SEM, 광학 현미경 및 ICP-MS가 포함되며, 모두 저장 용액이 유리 저장 매체에 미치는 영향에 관한 귀중한 정보를 제공 할 수 있습니다.


1 RG Iacocca, 파마 테크 (2011) s6-9

2 USP "유리 용기의 내부 표면 내구성 평가"

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