의약품의 유리 부식, 박리 및 분해

비경 구 의약품 용액에서 유리 라멜라의 출현과 관련된 몇 가지 높은 프로필 보고서가 있습니다.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.

• SIMS는 일반적으로 깊이 프로파일 링 모드에서 사용되는 정량적 미량 원소 분석 기술입니다. 유리로의 수소 확산을 감지 할 수있는 유일한 기술 중 하나입니다.
• XPS / ESCA는 샘플의 극한 외부 표면 (5-10nm)의 조성을 측정하는 정량적 기술입니다. SIMS와 유사하게 XPS는 심도 프로파일 샘플에도 사용할 수 있습니다. XPS는 또한 여과를 통해 용액에서 회수 된 30 µm보다 큰 개별 플레이크를 검사하는 데 사용할 수 있습니다.
• SEM은 유리 표면의 고배율 이미지를 제공하여 부식 또는 표면 저하와 관련된 박리, 구멍 또는 기타 이상을 찾습니다. SEM과 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)를 통합하면 검출 한계 퍼센트로 개별 플레이크의 반 정량 원소 분석이 가능합니다.
• 미분 간섭 콘트라스트 (DIC) 모드의 광학 현미경 (Optical Microscopy)은 유리, 특히 미묘한 표면 형상의 대비를 향상시킵니다.
• ICP-MS는 제약 용액에서 원소 유리 성분 (Na, B, Si, Al, Ca 등)의 미량 수준 (ppm-ppb)을 측정 할 수 있습니다.

가시 유리 조각의 모양은 고온 유리 성형 공정에 뿌리를 둔 부식 공정의 마지막 단계입니다. 우리의 목표는 박리로 이어지는 화학적 변화를 이해하여 치명적인 고장이 발생하기 전에 유리를 평가할 수 있도록하는 것입니다. 유리가 용액에 노출되기 전에 유리의 표면 화학을 조사하는 것으로 시작합니다.

As-Formed 용기의 표면 화학

그림 1은 바이알 길이에 따른 위치의 함수로서 유형 I 유리 바이알의 표면 구성을 보여줍니다. 참고로 각 산화물의 벌크 조성은 점선으로 표시됩니다. B2O3 및 Na2O는 용기 끝에서 고갈되고 측벽을 따라 농축됩니다. 이러한 조성 변화의 원인은 성형 중 가장 높은 온도 (바닥 및 어깨)를 경험하는 영역의 Na 및 B 종의 휘발과 그러한 극한 온도에 노출되지 않은 영역에서의 응축 때문일 수 있습니다. 힐에서 10mm 획득 한 깊이 프로파일 (그림 2)은 B 및 Na 농축 층이 유리로 ~ 80nm까지 확장됨을 보여줍니다.

용액에 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 pH와 근본적으로 다릅니다. 변형 종을 제거하는 대신 유리의 Si-O-Si 구조가 용해됩니다. 높은 pH에 노출 된 바이알의 표면에는 75 nm Al2O3가 풍부한 층이 있습니다. Al2O3 농도 (> 10 mole %)는 벌크보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다 (그림 4).

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.

참조
1 RG Iacocca, 파마 테크 (2011) s6-9
2 USP“유리 용기의 내부 표면 내구성 평가