Tìm hiểu về chuẩn độ điện thế: Một kỹ thuật quan trọng trong phân tích dược phẩm

Kiểm soát chất lượng trong ngành dược phẩm là điều không thể thiếu. Là một phương pháp thử nghiệm được lựa chọn, chuẩn độ được mô tả trong nhiều dược điển nhờ tính chất dễ thực hiện và độ chính xác của nó, chẳng hạn như trong Chương tổng quát <541> của Dược điển Hoa Kỳ - Sổ tay Dược điển Quốc gia (USP-NF). Tại đây, chuẩn độ điện thế và những nguyên lý phát hiện khác nhau trong quy trình chuẩn độ tự động đã minh họa một phương pháp được đơn giản hóa so với thực hiện chuẩn độ thủ công. Bài viết này trình bày chi tiết về cách chuyển đổi thành công từ chuẩn độ thủ công sang chuẩn độ tự động trong ngành công nghiệp dược phẩm.

Các chủ đề sau đây sẽ được đề cập (nhấn để chuyển trực tiếp đến từng chủ đề):

Tính ứng dụng của các phương pháp chuẩn độ hiện đại trong phân tích dược phẩm
Quy trình chuẩn độ tự động
Lựa chọn điện cực cho chuẩn độ dược phẩm
Thẩm định phương pháp chuẩn độ
Ghi chú ứng dụng

1. Tính ứng dụng của các phương pháp chuẩn độ hiện đại trong phân tích dược phẩm

Chương tổng quát <541> Chuẩn độ mô tả kỹ thuật định lượng này, tập trung vào các loại chuẩn độ khác nhau cũng như các vật liệu và thiết bị cần thiết cho phép chuẩn độ. Phiên bản cập nhật mới nhất của USP <541> hiện đã chính thức chấp nhận chuẩn độ tự động là một phương pháp chuẩn độ hiện đại trong phân tích dược phẩm. Chương tổng quát này tuyên bố rằng thiết bị chuẩn độ tự động là một «bộ xử lý đa chức năng có khả năng thực hiện các bước của một quy trình chuẩn độ» [1].

So với chuẩn độ thủ công, chuẩn độ điện thế tự động trong phân tích dược phẩm cải thiện độ đúng, độ chính xác và tính hiệu quả. Đây là lý do tại sao Metrohm cung cấp nhiều tài liệu ứng dụng về các chuyên luận API trong Dược điển Hoa Kỳ cũng như các thiết bị phân tích tuân thủ dược điển.

Tìm hiểu thêm về các nguyên tắc của chuẩn độ trong bài viết blog «Chuẩn độ là gì? Định nghĩa, nguyên tắc và công thức tính toán chuẩn độ».

2. Quy trình chuẩn độ tự động

Làm việc với thiết bị phân tích tuân thủ dược điển từ Metrohm rất dễ dàng. Như được minh họa trong Hình 1, một quy trình chuẩn độ tự động bao gồm chủ yếu bốn bước sau đây.

Dung dịch chuẩn độ được thêm vào bằng buret piston tự động, kiểm soát lưu lượng dung dịch chuẩn độ một cách an toàn và chính xác.
Mẫu được đồng hóa bằng máy khuấy.
Điện cực phát hiện điểm cuối của chuẩn độ, loại bỏ tính chủ quan của sự thay đổi màu sắc.
Kết quả được tính toán và hiển thị tự động, không để lại chỗ cho sai sót của con người.

Hình 1. Cấu tạo của thiết bị chuẩn độ tự động.

Bốn bước này được lặp lại cho đến khi kết thúc quá trình chuẩn độ (Hình 2).

Ngoài ra, tất cả các thiết bị sử dụng phần mềm OMNIS® mới nhất hoặc phần mềm tiamo® trước đó đều tuân thủ 21 CFR Phần 11 và đáp ứng tất cả các yêu cầu của ALCOA+. Nhờ những cải tiến về năng suất, độ đúng và độ chính xác, mọi tác động của con người đến quá trình phân tích được giảm thiểu tối đa.

Để biết thêm thông tin, hãy đọc tài liệu giới thiệu về Gói tuân thủ OMNIS của thiết bị Metrohm.

Hình 2. Chu trình chuẩn độ minh họa các bước khác nhau trong quy trình chuẩn độ tự động.

Nếu bạn đang thắc mắc cách chuyển từ chuẩn độ thủ công sang chuẩn độ tự động, hãy xem bài viết blog khác của chúng tôi về chủ đề này. Ngoài ra, hãy tải xuống white papaer miễn phí của chúng tôi so sánh phương pháp chuẩn độ thủ công và tự động.

Blog post: How to Transfer Manual Titration to Autotitration

White Paper: Manual vs. Automated Titration: Benefits and Advantages to Switching

3. Lựa chọn điện cực cho chuẩn độ dược phẩm

Metrohm có một danh mục rất nhiều các loại điện cực khác nhau dùng cho chuẩn độ. Trong khi trước đây thường sử dụng các điện cực tách biệt, hiện nay chúng tôi cung cấp nhiều loại điện cực kết hợp giúp tiết kiệm không gian, tiện lợi và thân thiện với người dùng. Các điện cực kết hợp này bao gồm điện cực so sánh (thường là điện cực bạc/bạc clorua) và điện cực thủy tinh chọn lọc ion đóng vai trò là điện cực chỉ thị. Đối với chuẩn độ tự động, có thể sử dụng cảm biến quang cùng với các điện cực đã được biết. Cả hai loại đều có thể phát hiện điểm trung hòa của chất phân tích trong mẫu và hoàn toàn phù hợp cho nhiều ứng dụng dùng trong dược phẩm.

Việc lựa chọn điện cực phụ thuộc vào loại phản ứng, mẫu và dung dịch chuẩn độ được sử dụng. Tải tờ rơi miễn phí của chúng tôi tại đây để tìm hiểu thêm.

Electrodes for titrations - Which electrode for which application?

Nếu bạn muốn biết thêm về cách nhận diện điểm cuối bằng điện cực hoặc cảm biến quang, hãy đọc bài viết blog liên quan của chúng tôi để tìm hiểu cách xác định điểm cuối trong quá trình chuẩn độ tự động.

Recognition of endpoints (EP)

Có thể bạn không chắc chắn về loại điện cực nào phù hợp nhất cho ứng dụng của mình. Do đó, những phần sau đây sẽ cung cấp tổng quan về các loại điện cực dùng cho các phép chuẩn độ trong dược phẩm.

Ví dụ, chuẩn độ với NaOH hoặc HCl làm dung dịch chuẩn độ và phenolphthalein làm chất chỉ thị.

Điện cực pH kết hợp, sử dụng chất điện li hệ so sánh là KCl 3M (ví dụ: Ecotrode Plus, Unitrode).

Các ví dụ về ứng dụng này là các hoạt chất dược phẩm (API) và tá dược có tính axit và bazơ hòa tan trong nước.

API: Benzbromarone, Potassium carbonate, Potassium bicarbonate

Ví dụ, khi sử dụng dung môi hữu cơ hoặc khi làm việc với axit axetic băng và dùng tím tinh thể làm chất chỉ thị.

Điện cực pH kết hợp, sử dụng chất điện li của hệ so sánh trong cồn như LiCl trong EtOH (ví dụ: Solvotrode easyClean).

Các ví dụ ứng dụng là các axit yếu và bazơ không tan trong nước hoặc khi phân tích API hoặc xác định chỉ số axit (axit béo tự do).

API: Caffeine, Ketoconazole

Ví dụ, chuẩn độ với natri thiosulfat sử dụng tinh bột làm chất chỉ thị.

Điện cực kim loại Pt có thể được sử dụng (ví dụ: điện cực vòng Pt kết hợp, Pt Titrode).

Các ví dụ về ứng dụng này là phân tích kháng sinh hoặc xác định chỉ số peroxit trong chất béo và dầu.

API: Captropril, Paracetamol, Sulfonamide

Ví dụ, chuẩn độ với bạc nitrat làm dung dịch chuẩn độ và ferric amoni sunfat làm chất chỉ thị.

Sử dụng điện cực kim loại Ag (ví dụ: điện cực vòng Ag kết hợp, Ag Titrode).

Hai ví dụ về ứng dụng này là iodua trong dung dịch uống hoặc hàm lượng clorua trong các sản phẩm dược phẩm.

API: Dimenhydrinate

Ví dụ, chuẩn độ với EDTA làm dung dịch chuẩn độ và hydroxynaphthol blue làm chất chỉ thị.

Có thể sử dụng điện cực chọn lọc ion (ví dụ: điện cực chọn lọc canxi kết hợp với màng polyme).

Một ví dụ về ứng dụng này là hàm lượng canxi trong các sản phẩm dược phẩm.

API: Calcium succinate

Ví dụ, chuẩn độ với EDTA làm dung dịch chuẩn độ và Eriochrome đen T làm chất chỉ thị.

Cảm biến quang được sử dụng (ví dụ: Optrode).

Một ví dụ về ứng dụng này là phân tích các loại muối kim loại khác nhau trong API.

API: Chondroitin sulfate, Bismuth nitrate, Zinc sulfate

Để giúp bạn chọn được điện cực tốt nhất cho các phép chuẩn độ của mình, chúng tôi đã chuẩn bị một tờ rơi để bạn dễ dàng tìm thấy điện cực phù hợp cho các chuyên luận của USP. Ngoài ra, bạn sẽ tìm thấy thông tin về cách bảo dưỡng và bảo quản điện cực đúng cách.

Flyer: Electrodes for USP monographs

Nếu bạn muốn, công cụ Tìm kiếm Điện cực Metrohm thậm chí còn dễ sử dụng hơn. Chọn loại phản ứng và lĩnh vực ứng dụng chuẩn độ của bạn, và chúng tôi sẽ đưa ra giải pháp tốt nhất dành cho bạn.

Try out the Metrohm Electrode Finder

Vì việc cung cấp tài liệu và khả năng truy xuất nguồn gốc là rất quan trọng trong ngành dược phẩm, Metrohm đã phát triển đầy đủ các điện cực kỹ thuật số, gọi là «dTrodes». Các dTrodes này tự động lưu trữ các dữ liệu quan trọng của điện cực, như mã số điện cực và số seri, dữ liệu và lịch sử hiệu chuẩn, thời hạn sử dụng, và thời hạn hiệu lực của giá trị hiệu chuẩn trên một chip nhớ tích hợp.

Check out dTrodes for OMNIS here!

Chúng tôi cũng đã chuẩn bị một bài viết blog hướng dẫn xử lý sự cố để giúp bạn xác định các nguyên nhân có thể gây ra vấn đề và chỉ cho bạn cách tránh hoặc khắc phục chúng.

Blog post: Best practice for electrodes in titration

4. Thẩm định phương pháp chuẩn độ

Trong ngành dược phẩm, việc thẩm định các phương pháp phân tích là một công cụ đảm bảo chất lượng quan trọng. Tính phù hợp và khả năng áp dụng của phương pháp được chọn cho mục đích phân tích dự tính chỉ có thể được chứng minh bằng cách thẩm định. Nhiều ứng dụng mà Metrohm cung cấp cho thấy rằng, ngoài các hướng dẫn theo quy định, các phương pháp chuẩn độ cũng tuân thủ các phương pháp thử nghiệm được chỉ định trong các dược điển. Bài viết blog của chúng tôi «Thẩm định phương pháp chuẩn độ» đề cập đến các khía cạnh quan trọng nhất của việc thẩm định phương pháp theo Chương Tổng quát <1225> của USP.

Không chỉ các ứng dụng của Metrohm mà còn tuân thủ các dược điển. Các thiết bị của Metrohm cũng tuân thủ và được trích dẫn trong nhiều phương pháp kiểm tra chất lượng và phê duyệt sản phẩm. Để biết thêm thông tin về việc thẩm tra chất lượng thiết bị phân tích, hãy tham khảo loạt bài viết blog của chúng tôi.

Blog post: Introduction to Analytical Instrument Qualification – Part 1

Blog post: Introduction to Analytical Instrument Qualification – Part 2

5. Ghi chú ứng dụng

Trong phần này, chúng tôi trình bày một bộ các Ghi chú ứng dụng được chọn lọc về các phương pháp chuẩn độ trong phân tích dược phẩm. Nếu bạn không tìm thấy thông tin mà bạn đang tìm kiếm, vui lòng liên hệ với đại diện Metrohm để được hỗ trợ thêm.

Application Note: Determination of nitrogen content – Kjeldahl determination according to USP general chapter <461>

Application Note: Determination of acid-neutralizing capacity according to USP<301> – Fast and accurate potentiometric back titration of the acid-neutralizing capacity (ANC) of commercial antacids

Application Note: Nonaqueous titration of weak bases with perchloric acid – Fast and accurate determination of the amine value with perchloric acid by nonaqueous titration

Application Note: Determination of zinc sulfate – Photometric analysis according to Ph.Eur. and USP

Application Note: Assay of potassium carbonate and potassium bicarbonate – Reliable, and selective determination of both species

Application Note: Assay of Vitamin C – Fast and accurate analysis according to USP <580>

Application Note: Surface glass test according to USP<660>

Application Note: Determination of sodium lactate – Comparison of USP–NF 2021, Issue 2 and a modified method for absolute sodium lactate content via titration

Application Note: Hydroxyl number in castor oil and stearyl alcohol – Fast, pyridine-free method for pharmaceutical samples

Application Note: Determination of metformin hydrochloride assay according to USP

Application Note: Nitrite titration according to USP general chapter <451>

Application Note: Determination of iodometric assay according to USP<425>

Application Note: Photometric titration of chondroitin sulfate according to Ph. Eur. and USP

Application Note: Quantification of 1,2-diols by iodometric redox titration – Oxidative cleavage used as a pre-titration sample treatment to analyze mannitol, glycerin, and much more

Application Note: Photometric EDTA titration of bismuth nitrate according to Ph. Eur. and USP

Kết luận

Trong Chương Tổng quát <Chuẩn độ> hiện tại của USP, chuẩn độ không còn yêu cầu phải thực hiện thủ công. Using a suitable sensor, the equivalence point can also be determined by means of automatic titration. In contrast to visual detection, physical detection has many advantages like better accuracy and precision, not to mention the time savings.

Các thiết bị và ứng dụng của Metrohm tuân thủ nhiều phương pháp kiểm tra chất lượng và phê duyệt sản phẩm được trích dẫn trong các dược điển. Điều này một lần nữa xác nhận rằng Metrohm là đối tác đúng đắn và đủ điều kiện cho tất cả các mối quan tâm về phân tích hóa học và dược phẩm và thẩm định phương pháp phân tích.

Tài liệu tham khảo

[1] <541> Titrimetry; U.S. Pharmacopeia/National Formulary: Rockville, MD. DOI:10.31003/USPNF_M99300_01_01

Your knowledge take-aways

Metrohm Webinar Center: Titration

White Paper: Manual vs. Automated Titration: Benefits and Advantages to Switching

Recommendations for titration methods validation

Method validation of a titration ensures that the selected titration method and parameters provide a reliable and robust result. This White Paper gives guidance on titration methods validation, discussing titrant standardization, specificity, and much more.

Learn more about titration

This free monograph summarizes the practical aspects of modern titration. It discusses sample preparation, the basic principles of titrimetric analysis, and outlines how to perform a titration.

Author

Doris Hoffmann