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.

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

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.

그림 3 18 일 및 64 일 동안 낮은 pH 용액에 노출되면 B 및 Na가 고갈 된 층이 생성되고 실리카와 같은 표면층이 형성됩니다.
그림 4 높은 pH 용액에 노출 된 바이알의 깊이 프로필

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

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