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Kapitel 14. Spurenanalytische Bestimmung von Silikonölen in wässrigen Parenteralia und -Behältnissen

14.1. Einführung und Problemstellung

Die Anwendung von Polydimethylsiloxanen als Gleitmittel in vorgefüllten Spritzen und Kartuschen sowie als Hydrophobisierungsmittel für pharmazeutische Glaspackmittel zeigt folgende Probleme auf:

• Ausmaß der Migration von Silikonen in flüssige Arzneimittel
• Beeinflußung der Migration durch Lagerungsbedingungen
• Wiederfindungsrate von Silikonöl nach Einbrennsilikonisierung auf den Oberflächen der behandelten Behältnisse

Zur Untersuchung dieser Problematik bedarf es der Entwicklung geeigneter Methoden, die es erlauben, die betreffenden Organosiliciumverbindungen selektiv und in Spuren zu erfassen.

Grundsätzlich erschwert wird diese Forderung durch das ubiquitäre Vorkommen von Silikonverbindungen in unserer Umwelt. Wie in der Einleitung dargestellt, werden Silikone industriell als Hilfsstoffe für die verschiedensten Zwecke eingesetzt. Daher muß bei der Verfahrensentwicklung und -durchführung immer sorgfältig über mögliche Kontaminationsquellen nachgedacht werden.

Auch im Labor existieren einige Störungsquellen durch Silikonverbindungen. Bei Glasapparaturen ist der Einsatz von Silikonen als Schliffett weit verbreitet.

Gummiteile (Septen, Stopfen) bestehen häufig aus Silikonkautschuk und enthalten zudem an ihren Oberflächen Reste von Silikonölen, die bei der Produktion als Formentrennmittel eingesetzt werden. Auch im Gummi selbst können niedermolekulare, v.a. cyclische Siloxane enthalten sein, die beim Kontakt mit Lösemitteln herausgelöst werden [ 180 ].

Glaswolle kann zur Deaktivierung silanisiert worden sein und so eine Quelle für Störungen darstellen.

Besondere Aufmerksamkeit verdient die Tatsache, daß Silikone eine hohe Affinität zu Glasoberflächen haben und daher dazu neigen, auf diesen zu spreiten. Solche Beläge werden durch mehrfache Behandlung mit geeigneten Lösemitteln entfernt [ 256 ]. Wenn nicht bekannt ist, welcher Natur die Beläge sind oder ob diese hitzebehandelt wurden, empfiehlt es sich, hydrolytische Verfahren einzusetzen [ 257 , 258 ].

14.2. Auswahl des analytischen Verfahrens

Grundsätzlich stehen spezifische und nichtspezifische Methoden zur Spurenanalytik von Organosiliciumverbindungen in Spuren zur Verfügung. Zu den ersten zählen GC-, MS-, IR- und NMR-Techniken sowie untereinander gekoppelte Verfahren.

Nicht selektiv für organische Siliciumverbindungen sind naßchemische, photometrische und atomspektroskopische Techniken.

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Spuren von niedermolekularen Siloxanen linearer und cyclischer Natur wurden in biologischen Geweben detektiert und bestimmt [ 193 , 194 ]. Die gleiche Problemstellung wurde von Garrido et al. [ 260 ] mit NMR bearbeitet. Anhoury et al. [ 261 ] entwickelten eine NMR-Methode zur Bestimmung handelsüblicher Silikonöle auf Kanülen von Einwegspritzen.

Sehr spezifisch lassen sich Silikonverbindungen mit der IR- Spektroskopie nachweisen und bestimmen. Dem Detektionslimit (LOD) sind dabei allerdings je nach Methodik Grenzen gesetzt. Messungen in Lösung oder mit KBr-Preßlingen erfordern eine Endkonzentration von 0.05-0.5 mg/ml [ 262 , 263 , 264 ]. Durch Anreicherung des Silikonöls bei der Probenaufarbeitung kann die Nachweisgrenze bezogen auf das untersuchte Medium bis in den einstelligen ppm-Bereich abgesenkt werden [ 262 , 264 ].

Mit den Möglichkeiten der infrarotspektrometrischen Bestimmung von Silikonölen auf Oberflächen von pharmazeutischen Packmitteln beschäftigten sich erstmalig Fuhrmann und Glänzer [ 263 ].

14.2.1. Atom-Absorptions-Spektroskopie

Für die Analyse in geringeren Konzentrationsbereichen bieten sich atomspektrometrische Analyseverfahren an, welche Silikonverbindungen als Silicium nachweisen. Trotz der geringen Organospezifität haben sich verschiedene Techniken in der Silikonanalytik etabliert:

• Atom-Absorptions-Spektroskopie (AAS)
• Atom-Emissions-Spektroskopie (AES)
• Inductively-Coupled-Plasma-Spektroskopie (ICP-AES)

Spezifität muß bei diesen Techniken durch die Probenvorbereitung bzw. -abtrennung gewährleistet werden. Die weiteste Verbreitung hat die AAS erfahren. Seit den 60er Jahren wird diese Technik zur Analyse von organischen Siliciumverbindungen eingesetzt. Grundsätzlich problematisch ist die geringe Robustheit und Übertragbarkeit der entwickelten Methoden. Das bedeutet, daß jedes analytische Problem individuell bearbeitet und sorgfältig validiert werden muß, um verwertbare Ergebnisse zu erhalten.

Die Flammen-AAS verhält sich im allgemeinen etwas robuster gegen Störungen, ist aber auf der anderen Seite auch weniger sensitiv.Demgegenüber lassen sich mittels Atomisierung im Graphitrohr äußerst geringe Nachweisgrenzen erzielen. Dies erfordert schon allein deswegen sorgfältigsten Umgang mit der Probe. Das bedeutet, daß ein hoher Anspruch an die Entwicklung jeder individuellen Methode gestellt wird.

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14.3. Flammen-AAS als Methode zur Bestimmung von Silikonölspuren in Röntgenkontrastmittel -Infusionslösungen

14.3.1. Zielvorstellung/Literatur

Angestrebt wurde eine Nachweisgrenze zwischen 0.1 und 1 ppm Silikonöl pro ml Kontrastmedium, die bei Bedarf durch entsprechende Anreicherung erzielt werden sollte.

Durch Prüfung mittels Extraktion eines Kontrastmittels sollten störende Einflüße der Matrix untersucht werden.

Nur wenige Autoren publizierten über die Bestimmung von Silikonöl und Silicium in pharmazeutischen Formulierungen [ 267 , 268 , 269 ]. Deren methodischen Daten zeigt Tab. 44 .

Tab. 44 Flammen-AAS in der pharmazeutischen Silikonanalytik

Referenz	Analyt	Gerät	Probenvorbereitung	Auswer-tung	LOD	WFR [%]	Standard
Spanjers L.G. Klein J.P. [ 267 ]	Silikonöl in ge-friergetrockneten pharmaz. Präparaten		Adsorption an DC - Platte Extraktion mit MIBK	Kalibrier- gerade	50 ug PDMS/Platte
Hurtubise R.J. [ 268 ]	Silicium in Streptomycin	Perkin-Elmer Modell 403	Streptomycin in Wasser gelöst Standardzugabe	Standard- Addition	5 ppm Silicium		NaSiO4
Miller J.R. Helprin J.J. Finlayson J.S. [ 269 ]	Silikonöle in Einwegspritzen	Perkin-Elmer Modell 303	A) Flüssig-Extr. mit MIBK B) Spülen mit Wasser und anschließende Extraktion des Wasserextraktes mit MIBK	Kalibrier- gerade	50 ppm	98	Silikonöl (un-spezifiziert) in MIBK

Interessant ist die Publikation von Miller et al. [ 269 ], die den Gehalt von Silikonöl in ungefüllten Kunststoff-Einwegspritzen bestimmten. Sie untersuchten dabei auch, inwieweit Silikonöl mit Wasser von den Spritzen abgewaschen werden konnte, um die Migration in ein appliziertes Arzneimittel bei der Verwendung der Spritze zu simulieren.

Die Nachweisgrenze der Methode lag bei ca. 50 ppm, die mittlere Wiederfindungsrate bei 98%. Dabei ließen sich deutliche Mengen an Silikonöl nachweisen, auch wenn Silikonöl nur dann mit Wasser extrahiert werden konnte, wenn es, zu kleinen Tröpfchen akkumuliert, bereits makroskopisch sichtbar war.

Bei Glasspritzen ließ sich dieser Befund nicht bestätigen. Es kann auch ausgeschlossen werden, daß einbrennsilikonisierte Glaskörper bei richtiger Prozessführung solche Akkumulationen aufweisen.

Die nachfolgend beschriebene Methodenentwicklung und Validierung hatte zum Ziel, ausgedehntere Untersuchungen bei einbrennsilikonisierten Spritzen und Injektionsflaschen durchführen zu können.

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Die Grenzen der in Lösung zu messenden Konzentrationen von Silikonöl liegen bei der Flammen-AAS zwischen 1 und 0.1 ppm. Durch entsprechende Anreicherung läßt sich die Nachweisgrenze möglicherweise noch etwas absenken. Die Empfindlichkeit liegt ca. 1-2 Größenordnungen unter der von üblichen IR-spektrometrischen Bestimmungen.

14.4. Entwicklung einer Flammen-AAS-Methode

14.5. Definitionen / Materialien

• RKM = Röntgenkontrastmittel
• Digits = dimensionslose Einheit für die Signalintensität der Atomabsorption
• XRCM-1.1 = Kontrastmittel Typ 1, mittlere Osmolarität
• Silikonöl-2 = Dow Corning 360 medical fluid, 1000 cSt.

14.5.1. Geräteparameter

Zunächst wurde mit einem Standardprogramm zur Siliciumbestimmung gearbeitet. Für die speziellen Erfordernisse der Aufgabenstellung sowie für einen optimalen Einsatz des Gerätes wurden Modifikationen vorgenommen und die Geräteparameter sowie das Lösemittel für die Bestimmung festgelegt. Folgende Parameter erwiesen sich als geeignet, Silicium mittels AAS zu bestimmen:

Signal:	peak area
Gerät:	SP 9, Firma Unicam
Gasanschluß:	Acetylen (Vordruck 0.75 bar) Lachgas N2O (Vordruck 4.0 bar)
Gaseinstellung:	Acetylen: 50 Skalenteile; Lachgas: 35 Skalenteile
Brennerhöhe (up):	8
Slit:	0.2 nm
Wellenlänge:	251.9 nm
Signal Type:	absorption
Lampenstrom:	10 mA
Gain:	80%
Untergrund-Komp.	Deuterium-Lampe:an

14.5.2. Ermittlung eines geeigneten Lösemittels

Ausgehend von Daten aus der Literatur wurden die Lösemittel Toluol, Benzin, Pentanol, Methylisobutylketon (MIBK) und Xylol hinsichtlich ihres Lösungsverhaltens und ihrer Eignung als Meßlösung geprüft. Dazu wurden definierte Mengen von Silikonöl (s.o.) gelöst, das

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14.5.3. Linearität und Nachweisgrenze

Es wurde eine Kalibriergerade aufgenommen. Dazu wurden 7 Einwaagen von Siliconöl in Xylol im Bereich zwischen 10 und 250 ppm hergestellt und zusammen mit Xylol als Blindwert vermessen. Die lineare Regression der gemessenen Daten zur Prüfung der Linearität im angegebenen Bereich ergab:

Tab. 45 Statistische Auswertung der Kalibrierung (AU = Absorptionseinheiten)

	Silikonöl 1
Achsenabschnitt ± SD [AU]	b	0.0054 ± 0.00420
Steigung ± SD [AU/ppm]	m	0.0024 ± 0.00003
RSA der Steigung [%]		1.31
Reststandardabweichung [AU]	s(y)	0.0041
Verfahrensstandardabweichung [ppm]	s(x0)	1.71
Korrelationskoeffizient	r	0.9998

Aus der Kalibrierfunktion wurden eine vorläufige Nachweis- (LOD) und Bestimmungsgrenze (LOQ) für das System berechnet. Angaben in Klammern bei 15 facher Anreicherung

LOQ: 14.1 µg/ml Meßlösung (Xylol) 5.33 ppm Si ( 0.94 ppm Siliconöl in RKM)

LOD: 9.43 µg/ml Meßlösung (Xylol) 3.78 ppm Si ( 0.63 ppm Siliconöl in RKM)

Die Berechnung der Nachweis- und Bestimmungsgrenze geht dabei auf ein in der Literatur beschriebenes Verfahren zurück [ 282 ] (siehe 14.6.5.2 ).

14.5.4. Eignung von Extraktionsmitteln und Extraktionsverfahren

Aus den vorabgeschätzten Werten ergab sich, daß eine Anreicherung um den Faktor 10 erforderlich ist, um die gewünschte NWG zu erreichen.

Es wurden die Lösemittel Toluol, Benzin, Pentanol, MIBK und Xylol auf Eignung untersucht: 150 ml Wasser mit dotiertem Silikonöl werden 3 x mit 50 ml Toluol extrahiert und die vereinigten Extrakte zur Trockne einrotiert. Die Rückstände wurden in Xylol aufgenommen und auf 10.0 ml aufgefüllt. Alle vier Lösemittel zeigten Meßsignale vergleichbarer Intensität.

14.5.5. Wiederfindungsrate in Wasser und XRCM

Zur Prüfung des Verfahrens wurde die Wiederfindungsrate bestimmt. Dazu wurden zu je 150 ml Wasser sechsfach ca. 20 mg Silikonöl dotiert und diese Mischungen aufgearbeitet.

Es resultierte eine mittlere Wiederfindungsrate von 97.0% (Spannw.: 93.1-104.6%; VK: 6.11%).

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14.5.6. Wiederfindungsrate in Kontrastmittellösung

Zur Überprüfung der Meßergebnisse wurde XRCM-1.1 (siehe 14.6.1.2 ) dreifach mit Silikonöl wie unter 14.5.5 aufgestockt und aufgearbeitet. Aufgrund von nur langsamer Phasentrennung wurde die Lösung zuvor mit 100 ml Wasser verdünnt. Die Wiederfindungsrate betrug im Mittel 98.9% (Spannweite: 93.1-104.6%; VK: 8.2%).

14.6. Validierung der Flammen-AAS-Methode

14.6.1. Geräte, Materialien

14.6.1.1. Spektrometer

Atom-Absorptions-Spektrometer SP9, Firma Unicam

Geräteparameter: siehe 14.5.1

14.6.1.2. Materialien

14.6.1.2.1. Infusionslösungen

• XRCM-1.1 = Röntgenkontrastmittel 1, mittlere Osmolarität
• XRCM-1.2 = Röntgenkontrastmittel 1, hohe Osmolarität
• XRCM-2.1 = Röntgenkontrastmittel 2, mittlere Osmolarität
• XRCM-2.2 = Röntgenkontrastmittel 2, hohe Osmolarität

Die genannten Produkte wurden unter Produktions-identischen Bedingungen hergestellt und in spezielle, vorgereinigte Laborflaschen ohne Gummiverschlüsse abgefüllt, um Kontaminationen durch Silikonöl zu verhindern. Die Sterilisation erfolgte anschließend durch Autoklavieren der gefüllten Flaschen bei 121° C.

14.6.1.2.2. Silikonöle/Standards

• Silikonöl 1 = Dow Corning 360 medical fluid, 350 cSt. # HH067112
• Silikonöl 2 = Dow Corning 360 medical fluid, 1000 cSt. # HH035020
• Silicium Standard = 1000 mg/L Si (Merck, # 500656899)

14.6.1.2.3. Chemikalien/Reagenzien

• Reinstwasser: "milli-Q" - Qualität, (Waters-Anlage), Toulol p.A.,Fa. Merck Xylol p.A.,Fa. Merck; Acetylen: Fa. Airproducts; Lachgas: Fa. Airproducts

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Kalibrierlösungen:

• Kalibrierlösungen für die Systemlinearität:
  \|[xrArr ]\| 2,4,6,8,10,12,14,16,18 ppm Silikonöl 1 oder 2 in Xylol
  (Verdünnung aus 20 ppm-Stammlösung)
• Kalibrierlösungen für den Systemeignungstest:
  \|[xrArr ]\| 0.00, 2.18, 5.42, 10.85 und 16.26 ppm Silikonöl 2 in Xylol
  (Verdünnung aus Stammlösung 2; entsprechend: 0.00, 0.14, 0.36, 0.72 und 1.08 ppm Silikonöl 2 in Kontrastmittel 1.1-2.2)

14.6.2. Probenaufarbeitung

14.6.2.1. Probelösung

150 ml des jeweiligen Kontrastmittels 1.1-2.2 werden in einen Schütteltrichter gegeben und mit 150 ml Reinstwasser verdünnt. Die Probe wird dreimal mit je 50 ml Toluol ausgeschüttelt und die vereinigten organischen Phasen zur Trockne einrotiert. Der Rückstand wird portionsweise mit Xylol aufgenommen und quantitativ in einen 10.0 ml Meßkolben überführt. Die Probelösung wird direkt vermessen.

14.6.2.2. Blindlösung

150 ml silikonölfreie XRCM-Lösung wird in einen Schütteltrichter gegeben und mit 150 ml Reinstwasser verdünnt. Die weitere Probenaufarbeitung erfolgt wie unter 0 .

14.6.3. Vorbereitung und Wartung

Vor jeder Messung wurde eine Flammenoptimierung durchgeführt, indem während der Aspiration einer Silikonöllösung in die Flamme die Acetylenzufuhr geregelt wird, bis der maximale Schreiberausschlag erreicht ist.

Nach ca. 12-15 Messungen wurde der Brenner mittels einer Drahtbürste gereinigt, um Rußablagerungen zu entfernen.

14.6.4. Konzentrationsangaben

Alle Konzentrationsangaben für die systemspezifischen Validierungen werden in ppm bezogen auf die Meßlösung dargestellt (Bereich 0-20 ppm).

Alle Konzentrationsangaben für die produktspezifischen Validierungen werden in ppm bezogen auf das jeweilige Produkt dargestellt (Bereich 0-1.3 ppm).

Durch die Anreicherung während der Probenaufarbeitung liegen die Werte hier um den Faktor 15 niedriger.

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14.6.5. Validierung des Meßsystems

14.6.5.1. Linearität der Kalibrierfunktionen

Zehn Konzentrationen des jeweiligen Silikonöls zwischen 0 und 20 ppm wurden mit der AAS vermessen und eine Kalibrierfunktion durch Regression aus den Daten errechnet.

Abb. 126 Kalibriergeraden und Residuenplots für Silikonöl 1+ 2; AU = Absorptionseinheiten
[= DC360 MF; 350 (links) und 1000 (rechts) cSt.]

Tab. 46 Statistische Auswertung der Systemkalibrierung (AU = Absorptionseinheiten)
Angabe der Nachweis- und Bestimmungsgrenzen in bezug auf die Meßlösung

	Silikonöl 1		Silikonöl 2
Anzahl der Meßpunkte	n	10	10
Achsenabschnitt ± SD [AU]	b	-0.0033 ± 0.0017	-0.0013 ± 0.0013
Steigung ± SD [AU/ppm]	m	0.036 ± 0.00014	0.038 ± 0.00013
RSA der Steigung [%]		5.88	4.93
Reststandardabweichung [AU]	s(y)	0.0011	0.00098
Verfahrensstandardabweichung [ppm]	s(x0)	0.0300	0.0256
Korrelationskoeffizient	r	0.9975	0.9982
Nachweisgrenze [ppm]	XN	2.4	2.1
Bestimmungsgrenze [ppm]	XB	3.6	3.1

Die Linearität der Kalibrierfunktion im angegebenen Bereich wird durch die graphische Darstellung und die Residuen belegt. Die aus der Regression berechneten Parameter zur Beschreibung der Kalibrierfunktion finden sich in Tab. 46 .

277

14.6.5.2. Nachweis- und Bestimmungsgrenzen

Die Nachweis- (LOD) und Bestimmungsgrenzen (LOQ) wurden aus den Regressionsdaten graphisch bestimmt [ 282 ]. Dabei ergibt sich:

y_c = obere Grenze des Vetrauensbereichs für x
an der Stelle x = 0 wobei VBx = Vertrauensbereich von x

y_h = obere Grenze des Vertrauensbereichs für x wenn x = VB_{(BW) wobei} BW = Blindwert (x = 0)

14.6.5.3. Präzision des Systems

Zur Bestimmung der Präzision des Systems wurde eine Silikonöl-Kalibrierlösung (5.93 ppm Silikonöl 1 und 5.97 ppm Silikonöl 2) sechsmal hergestellt und vermessen. Die Auswertung erfolgte gegen eine Kalibriergerade. Silikonöl 2 unterlag bei dieser Prüfung etwas höheren Schwankungen als Silikonöl 1.

Tab. 47 Daten zur Systempräzision

		Silikonöl 1	Silikonöl 2
Parameter		Gehalt	Gehalt
Mittelwert	[ppm]	5.910	5.940
Standardabweichung	[ppm]	± 0.019	± 0.028
Variationskoeffizient	[%]	4.760	7.120
95% Vertrauensbereich	[ppm]	± 0.020	± 0.030

14.6.6. Produktspezifische Validierungen

Alle weiteren Validierungsschritte wurden produktspezifisch durchgeführt. Überprüft wurden:

• In zwei Abschnitten für die beiden Richtigkeit der Methode (Wiederfindung)
  - Überprüfung von Nachweis- (LOD) und Bestimmungsgrenze (LOQ)
• Präzision der Methode (Wiederholbarkeit)
• Selektivität für organisches Silicium (Dotierung von wäßriger Si-Lösung)

Silikonöle wurde dazu jeder Validierungsteil einzeln für jedes Kontrastmittel durchgeführt.

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14.6.6.1. Allgemeine Vorgaben - Kalibrierung

Vor jeder einzelnen der oben genannten Prüfungen für Silikonöl 1, 350 cSt., wurden verkürzte Kalibriergeraden aus 3-5 Konzentrationen als Systemeignungstest vermessen, um Schwankungen des Meßsystems jederzeit ausgleichen zu können.

14.6.6.2. Richtigkeit der Methode: Überprüfung von LOD und LOQ

Aus den Systemkalibrierungen ( 14.6.5.2 ) wurden Nachweis- und Bestimmungsgrenzen rechnerisch ermittelt. Diese Werte wurden für jede der vier XRCM-Lösungen überprüft.

Silikonöl 1:

LOD = 0.16 ppm; LOQ (1x,2x,3x) = 0.24 ppm, 0.48 ppm, 0.72 ppm

Silikonöl 2:

LOD = 0.14 ppm; LOQ (1x,2x,3x) = 0.21 ppm, 0.42 ppm, 0.63 ppm

Dazu wurde die berechnete Konzentration der Nachweis- sowie der einfachen, zweifachen und dreifachen Bestimmungsgrenze in einer Doppelbestimmung zu dem jeweiligen Medium dotiert, die Probe entsprechend 14.6.2.1 aufgearbeitet und gegen eine Kalibriergerade vermessen (Ergebnisse: Tab. 48 ).

Tab. 48 Richtigkeit der Methode: Überprüfung von LOD und LOQ am jeweiligen Produkt
(WFR = Wiederfindungsrate n = 2)

	SILIKONÖL 1 (DC 360 MF; 350 cSt.)
Matrix	XRCM-1.1		XRCM-1.2		XRCM-2.1		XRCM-2.2
Daten	WFR [%]	VK [%]	WFR [%]	VK [%]	WFR [%]	VK [%]	WFR [%]	VK [%]
LOD	100.0	0.00	94.0	0.00	96.4	26.07	95.8	26.52
LOQ (1x)	102.6	10.02	98.9	0.00	94.7	8.54	101.2	0.00
LOQ (2x)	104.9	10.16	99.2	6.33	96.0	12.96	97.3	4.42
LOQ (3x)	100.9	16.89	96.3	4.22	98.4	0.00	91.9	0.00
	SILIKONÖL 2 (DC 360 MF; 1000 cSt.)
Matrix	XRCM-1.1		XRCM-1.2		XRCM-2.1		XRCM-2.2
Daten	WFR [%]	VK [%]	WFR [%]	VK [%]	WFR [%]	VK [%]	WFR [%]	VK [%]
LOD	104.6	18.69	99.6	10.16	99.2	25.25	104.9	10.10
LOQ (1x)	96.5	12.52	97.9	7.10	102.2	16.92	98.4	6.77
LOQ (2x)	98.6	9.45	98.0	7.26	98.5	8.44	98.2	13.33
LOQ (3x)	105.3	4.17	94.7	7.32	97.5	5.63	99.9	4.39

Die teilweise hohen Variationskoeffizienten zeigen, daß bedingt durch die Probenaufarbeitung und das Arbeiten im Grenzbereich mit deutlichen Schwankungen zu rechnen ist. Für ein richtiges Ergebnis, wie es durch die mittleren Raten angezeigt wird, ist also möglichst ein Probenumfang von zumindest zwei Proben einzusetzen.

279

14.6.6.3. Präzision der Methode

Tab. 49 Präzision der Methode (Silikonöl 2)

SILIKONÖL 1 (DC 360 MF, 350 cSt.) Dotierung: 0.480 µg/ml
Matrix	XRCM-1.1	XRCM-1.2	XRCM-2.1	XRCM-2.2
Wert	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]
MW	95.7	101.9	96.8	97.1
SD	11.4	14.5	11.3	12.5
VK	11.9	14.3	11.7	12.9
SILIKONÖL 2 (DC 360 MF, 1000 cSt.) Dotierung: 0.488 µg/ml
Matrix	XRCM-1.1	XRCM-1.2	XRCM-2.1	XRCM-1.2
Wert	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]
MW	95.7	96.7	103.3	93.9
SD	10.2	9.5	5.8	4.8
VK	10.6	9.8	5.6	5.2

Um die Wiederholbarkeit der Methode zu überprüfen, wurde eine Silikonöllösung in einer Konzentration von 0.480 ppm (350 cSt., Silikonöl 1) und 0.488 ppm (1000 cSt. Silikonöl 2) bezogen auf das Kontrastmittel sechsfach zu einer reinen XRCM-Matrix dotiert.

Die Mischung wurde entsprechend 14.6.2.1 aufgearbeitet, vermessen und gegen eine Kalibriergerade ausgewertet ( Tab. 49 ).

Es zeigt sich hier die gleiche Tendenz wie auch bei der Überprüfung der Wiederfindungsrate zur experimentellen Belegung von LOD und LOQ. Es treten Schwankungen im Bereich eines VK von ca. 9.8-14.3% auf. Die wiedergefundenen Silikonölmengen liegen aber im Mittel nie außerhalb von 100 ± 10% (Spannweite der Einzelwerte: 79.6-121.5%).

Auffällig niedriger liegen die VKen für XRCM-2.1 und -2.2 beim Silikonöl 2. Die Schwankungsbreite beträgt hier prozentual nur ca. 5-6%. Die Ursache für diese besseren Werte ist nicht bekannt.

14.6.6.4. Selektivität der Methode

Für alle in die Validierung einbezogenen XRCM-Produkte wurde eine Dokumentation der Selektivität des Verfahrens durch Aufstockung einer silikonölfreien XRCM-Probe mit einer wäßrigen Silicium-Standardlösung durchgeführt.

Dazu wurden in einer zweifachen Bestimmung 5 ml des Silicium-Standards zu 150 ml des betreffenden Kontrastmediums dotiert. Die daraus resultierende Si-Konzentration betrug 33 mg/L. Die so hergestellten Proben wurden analog 14.6.2.1 aufgearbeitet, vermessen und gegen eine Kalibriergerade ausgewertet.

Es wurden in keinem Fall meßbare Silikonölmengen erhalten, da freies, wasserlösliches Silicium durch die Probenaufarbeitung offensichtlich nicht erfaßt wird.

280

14.7. Diskussion der Flammen-AAS Ergebnisse

Durch die vorstehenden Validierungsdaten wird die Eignung der Flammen-AAS Methode als spurenanalytisches Verfahren zur Bestimmung von organischem Silicium (Silikonöl) in wäßrigen Parenteralia belegt.

Dazu wurden in zwei Teilen sowohl das Meßsystem als auch die Methode inklusive Probenaufarbeitung umfassend auf ihre Anwendbarkeit geprüft.

14.7.1. Systemvalidierung

Die Linearität der Methode wird durch Regression der Daten einer Kalibriergerade dokumentiert. Die Funktion ist linear im Bereich zwischen 2 und 20 ppm. Als Parameter der Linearität werden die graphische Darstellung der Regressionsfunktion und der Residuen gewertet. Die ausreichende Präzision der Steigung und des Achsenabschnittes sowie eine Rest- und Verfahrensstandardabweichung von 0.001 respektive 0.03 wurden dokumentiert.

Neben der Linearität des Meßsystems wurde mit reinen Silikonöllösungen auch die Präzision der Messung analysiert. Die Auswertung der Daten zeigt, daß bei wiederholten Messungen einer Lösung von Silikonöl mit Schwankungen zu rechnen ist, die im Bereich eines VK von 5-7% liegen. Dieser VK kann als ausreichend angesehen werden, da die Prüfung im Grenzbereich des Verfahrens durchgeführt wurde.

14.7.2. Methodenvalidierung

Um die Richtigkeit des Verfahrens zu belegen, wurden die theoretisch bestimmten Nachweis- und Bestimmungsgrenzen experimentell untersucht.

Alle Grenzwerte konnten dadurch für jedes einzelne der eingesetzten Kontrastmittel mit guten Wiederfindungsraten bestätigt werden. Die Wiederfindungsraten lagen zwischen minimal 91.9% und maximal 105.3%. Ein Zusammenhang zwischen der Höhe der Dotierung oder ein Einfluß der Zusammensetzung der Matrix konnten hierbei nicht festgestellt werden.

Weiterhin wurde die Selektivität des Verfahrens hinsichtlich der korrekten Abtrennung von anorganischen, wasserlöslichen Siliciumverbindungen bei der Probenvorbereitung untersucht. Dabei konnte dokumentiert werden, daß selbst in Gegenwart größerer Mengen anorganischen Siliciums nicht mit Störungen des Verfahrens zu rechnen ist. Die Flüssigextraktion mit Toluol erwies sich damit als geeignetes Trennverfahren. Durch die gegebene Selektivität kann ein Störeinfluß durch anorganische Silicium-Verunreinigungen, z.B. aus den verwendeten Glasgefäßen, ausgeschlossen werden.

Die Präzision der Methode wurde in einer Wiederholbarkeitsstudie dokumentiert. Durch die Aufarbeitung von mehreren gespikten Proben (n = 6) wurden Wiederfindungsraten statistisch belegt. Sie liegen im Mittel zwischen 93.9 und 103.3%.

281

Zusammenfassend betrachtet handelt es sich bei dem hier entwickelten und validierten Verfahren um eine Konventionsmethode. Bestmögliche Ergebnisse können nur unter Einhaltung größter Sorgfalt bei allen Schritten während der gesamten Analyse erzielt werden. Es können keine Einzelmessungen als Prüfergebnis gewertet werden. Das Prüfergebnis muß durch Mitteln von mindestens zwei Einzelwerten errechnet werden.

Dies betrifft nicht nur die Probenvorbereitung, sondern auch die Messung. Eine unmittelbar zuvor aufgenommene Kalibriergerade mit zumindest 3 Meßpunkten und die parallele Aufarbeitung und Messung von Blindwerten sind als begleitender Systemeignungstest (SST = System Suitability Test) für den Erhalt zuverlässiger Ergebnisse unerläßlich. Ebenso die Flammenoptimierung, die vor jeder Messung erneut erfolgen muß. Der Umfang eines Probenblockes sollte 4-5 Proben nicht übersteigen.

14.7.3. Anwendung

Zwei authentische Proben von XRCM-1-1 aus einer Produktionscharge wurden während der Entwicklung auf ihren Gehalt an Silikonöl untersucht. Eine Silikonölverunreinigung der Proben konnte bei diesen Messungen nicht festgestellt werden.

Während der Methodenvalidierung wurden parallel drei weitere authentische Proben des Inhaltes von Glaskartuschen (XRCM-2.1) auf ihren Silikonölgehalt hin untersucht. Hierbei konnte eine Silikonölverunreinigung der Proben im Meßbereich des Verfahrens nicht festgestellt werden. Offensichtlich geht kein nach der Einbrennsilikonisierung auf den Innenflächen verbleibendes Silikonöl in den hier erfaßbaren Mengen in das Arzneimittel über.

Nützlich könnte das Verfahren zur Prüfung auf Silikonöl in Parenteralia sein, wenn diese nicht in Glas-, sondern in Kunststoffspritzen bzw. -kartuschen abgefüllt werden. Bei solchen Produkten ist keine Einbrennsilikonisierung möglich. Es kann deshalb auch nicht mit verdünnten Silikonölemulsionen gearbeitet werden, und Silikonöl muß bei diesen Spritzen direkt auf die Oberfläche versprüht werden. Allein aus verfahrenstechnischen Gründen muß hierbei mit größeren Mengen gearbeitet werden. Zudem findet keine Veränderung des Silikonöls durch Erhitzen statt. Es ist also prinzipiell möglich, daß hier, wie z.B. auch bei

282

Geeignete Prüfmuster standen jedoch nicht zur Verfügung, so daß auf die Erprobung des Verfahrens an den beschriebenen Produkten verzichtet werden mußte.

Bei der Einbrennsilikonisierung von Vials für feste parenterale Produkte wird Silikonöl üblicherweise in sehr geringen Konzentrationsbereichen eingesetzt. Das Ziel ist hierbei nur die Hydrophobisierung der Behältnisinnenfläche. Der Verbleib einer gleitfähigen Schicht ist bei diesen Produkten nicht erforderlich, da der Inhalt durch Spritzen entnommen wird.

Die in solchen Vials enthaltenen Mengen an Silikonöl pro Einzelbehältnis können durch übliche IR-Verfahren nicht bestimmt werden. Nur eine Aufkonzentrierung durch Poolen zahlreicher Behältnisse kann dort die Konzentration in den Meßbereich anheben, erlaubt damit aber keine Aussage über das einzelne Objekt.

Eine Überprüfung ergab, daß die Flammen-AAS-Methode auch für diese Packmittel nicht leistungsfähig genug ist.

Die weiteren Bemühungen wurden auf die Entwicklung einer empfindlicheren AAS-Methode unter Einsatz der elektrothermalen Atomisierung (ETA) im Graphitrohr fokussiert, um Spurenanalyse in Kontrastmitteln oder aber in schwach silikonisierten Injektionsflaschen durchführen zu können.

14.8. Entwicklung einer Graphitrohr-AAS-Methode

14.8.1. Allgemeine Ziele, Methodische Vorgaben

Die in 14.4 beschriebene Flammen-AAS Methodik war nicht in der Lage, Silikonöl bei der Prüfung des Inhaltes von Spritzen oder in schwach silikonisierten Injektionsflaschen 14.7.3 .

nachzuweisen (LOD und LOQ: 0.25 ppm respektive 0.5 ppm). Durch den Einsatz der Graphitrohr-Atomisierung wurde die Empfindlichkeit der AAS-Bestimmung weiter erhöht, um mögliche Spuren von Silikonölen unterhalb der oben genannten Nachweisgrenzen erfassen zu können.

Wegen der geringen Löslichkeit von Silikonöl in wäßrigen Medien ist nur mit sehr geringen Mengen an im Produkt gelösten Silikonöl zu rechnen. Möglich ist aber auch eine mechanische Abtragung eines Teils des Silikonfilmes durch den Vorschub des Stopfens auf der Oberfläche während der Injektion.

Zielvorstellung bei der Nachweisgrenze war, in den einstelligen ppb-Bereich bezogen auf das Kontrastmittel vorzudringen, um, falls vorhanden, Silikonöl in diesem Konzentrationsbereich und im Inhalt von einzelnen Spritzensystemen nachweisen zu können.

14.8.1.1. Probleme der Si-Bestimmung im Graphitrohr

Bei hohen Temperaturen kommt es an der Graphitoberfläche leicht zur Bildung flüchtiger Silicium-Carbide, wenn nicht ein entsprechender Matrix-Modifier zur Stabilisierung eingesetzt

283

Problematisch ist auch die Flüchtigkeit von Siloxanverbindungen, die zu Verlusten während der Vorbehandlung im Graphitrohr führen kann.

Bei der Entwicklung eines Temperaturprogrammes muß dies gegenüber der Bestimmung von anorganischem Si beachtet werden.

14.8.2. Literaturübersicht und -diskussion

Tab. 50 Präzision der Methode (Silikonöl 2)

Referenz	Analyt	Gerät	Probenvorbereitung	Matrix- Modifier	Kalibrierung	LOD	WFR [%]
					Standard		RSD [%]
Spanjers L.G. Klein J.P. [ 267 ]	Silikonöl in ge-friergetrockne-ten pharmazeuti-schen Präparaten		Extraktion des Produktes mit MIBK	Standard- Addition		2 ug PDMS/Am-pulle
Capes D.F. Herring D. Sunderland et al. [ 285 ]	Silikonöle (PDMS) in Einwegspritzen, Wasser und Sojaölemul-sionen	Varian Zeeman SpectrAA-40	Spülen, Waschen oder simulierte Lagerung von Wasser in Einweg-spritzen	Pd- 1% in HCl	Kalibrier- gerade
					Si- Standard Lsg. (c=1mg/L)
Wichems D.N. Calloway C.P. Fernando R. [ 286 ]	Silikone in Brustgewebe	Eigenbau-AAS mit Perkin-Elmer HGA 2200 Atomizer	Trocknen des Gewebes, Zugabe von Heptan, auf 5.0 ml		Kalibrier- gerade	6 ppb in Hept. 3 ppm in Gew. (n.IUPAC)
					PDMS in Heptan
McCamey D.A. Ianelli D.P. et al. [ 287 ]	Silikonöle (PDMS) in Fetten und Ölen	Perkin-Elmer Modell 4000	5.0 g Probe in 100.0 ml Isooktan		Kalibrier- gerade	0.3 ppm in Fett	95.2
					DC-200 Silikonöl		6.1
Kundu M.K. [ 288 ]	Silikonöle in Pflanzenölen	Perkin-Elmer 303 + HGA 70	Hydrolyse der Öle mit NaOH und Flüssigextraktion mit Petrolether		Kalibrier-gerade	1.6 ppm in Öl 0.48 in MIBK

Auf Grund der beschriebenen Schwierigkeiten wird die AAS nicht sehr häufig für die Spurenanalyse von organischen Si-Verbindungen eingesetzt. In Tab. 50 wird ein Überblick über die vorhandene Literatur gegeben.

Aus pharmazeutischer Sicht ist v.a. die Studie von Capes et al. [ 285 ] sowie von Spanjers und Klein [ 267 ] von Bedeutung, die neben der Flammen-AAS zur Spurenanalyse von Silikonen in gefriergetrockneten Präparaten auch die ETA-Technik auswählten. Dabei wurde die Kontamination von parenteralen Arzneimitteln durch technische Silikone eines Gefriertrockners betrachtet. Neben wenigen methodischen Daten wurden jedoch keine weiteren Ergebnisse veröffentlicht.

Bei Capes [ 285 ] wurde die Extraktion von Silikonöl aus einigen kommerziellen Einwegspritzen betrachtet. Verschiedene Medien (Wasser und Sojaölemulsionen verschiedener Arzneistoffe, z.B. Diazepam und Propofol) entfernten je nach Lagerungsbedingungen

284

Ein Gesundheitsaspekt stand auch bei einer Studie von Wichems et al. [ 286 ] im Vordergrund. Die vorgestellte Methode diente zur Quantifizierung von Silikonverbindungen, welche aus Brustimplantaten freigesetzt werden.

Aus methodischen Gesichtspunkten nennenswert sind weiterhin die Arbeiten von McCamey et al. [ 287 ] sowie von Kundu [ 288 ], die Polydimethylsiloxane in Fetten und Ölen quantifizierten.

Die Si-Quantifizierung sehr geringer Gehalte mit HGA-AAS in Proben biologischer Materialien ist durch zahlreiche Studien [ 266 , 289 , 290 , 291 ] etabliert worden. Auf Grund des großen Einflusses der jeweiligen Matrix können die Methoden nicht ohne Probleme übertragen werden. Die Entwicklung der Probenvorbereitung, das Design des jeweiligen Temperaturprogrammes und der zur Stabilisierung verwendete Modifier waren je nach Art der Probe sehr unterschiedlich. Die Optimierung der einzelnen Methoden erfolgte in bezug auf die jeweilige Matrix.

Von methodischem Interesse sind die Studien von Zhuang et al. [ 292 ], Welz et al. [ 293 ], die eine Optimierung der Silicium-Bestimmung durch verschiedene Matrix-Modifier beschrieben.

Fukushima et al. [ 294 ] analysierten Silicium in Elektrolytlösungen.

14.8.3. Entwicklung

14.8.3.1. Material und Methoden

14.8.3.1.1. Geräte und -parameter

• AA-Spektrometer: Perkin Elmer AAS-4100
• Autosampler: Perkin-Elmer AS-70
• Graphitrohr: Perkin-Elmer B300-1262 (Pyrolyse-Kohlenstoff-beschichtet, eingebaute L`vov-Platform)
• Software: Atomic Absorption laboratory benchtop, Version 6.20

Die unter 14.8.4 entwickelten Temperatur- und Geräteparameter wurden wie folgt für die anschließende Validierung eingesetzt.

285

Spaltbreite:	0.2 nm
Spülgas:	Argon
Wellenlänge:	251.6 nm
Signal-Typ:	Absorption (AA-BG)
Aufnahmezeit:	5.0 Sekunden
Modifier:	25.4 mg Magnesium und 332 mg Palladium
Signalauswertung:	Peak-Fläche
Lampenstrom:	10 mA

Injektionsschema:

1. Injektion 10 µl Toluol und 25 µl Probe	2. Spülschritt	3. Temperaturschritt 1-3	4. Injektion 10 µl Toluol und 25 µl Probe
5. Spülschritt	6. Modifier 10 µl	7. Spülschritt

14.8.3.2. Chemikalien

Reinstwasser:	Waters milli-Q®
Toluol:	Fa. Merck
Magnesiumnitrat Modifier (in 17% HNO3):	Fa. Merck, Nr. 1.05813
Palladiumnitrat Modifier 1; (in 15% HNO3):	Fa. Merck, Nr. 1.0789
Palladiumnitrat Modifier 2; (in 10% HNO3):	Fa. Fluka, Nr. 76070
Silicium Standard:	1000 mg/L Si (Merck)
Kalibrierstandard 1:	Siliconöl Dow Corning 360, 350 cSt
Kalibrierstandard 2:	Siliconöl Dow Corning 360, 1000 cSt.

14.8.3.3. Methodik und Nachweisgrenze

Für die Analyse von Silikonöl im Graphitrohr ergeben sich zwei grundsätzliche Möglichkeiten:

1. Abtrennung des Analyten aus der Matrix und Untersuchung in Lösung
2. Analyse der gesamten Probe; Abtrennung der Matrix durch Veraschung

Zur Ermittlung einer Nachweis- und Bestimmungsgrenze im niederen ppb-Bereich wurde eine Kalibriergerade durch Vermessen von 10 Standardverdünnungen einer Konzentration zwischen 10 und 80 µg/L erstellt. Die Konzentrationsangabe bezieht sich auf das Kontrastmittel bei angenommener Anreicherung um den Faktor 10. Die Meßpunkte wurden dreimal vermessen.

Die Auswertung dieser Kalibrierfunktion ergibt eine Nachweisgrenze von 17 µg/L und eine Bestimmungsgrenze von 26 µg/L (Berechnungsgrundlagen: siehe 14.5.3 ).

Die charakteristische Masse m₀ ist ein elementspezifischer Wert, der als Indikator für die Richtigkeit einer Atom-Absorptions-Messung gewertet werden kann. Sie ist definiert als die

286

Sie wurde mit 116 pg für Silikonöl bestimmt, m₀ beträgt daher unter der Vorgabe, daß Polydimethylsiloxan 37,8% Silicium enthält, für Si 43 pg. Die Werte können je nach eingesetztem Matrix-Modifier und verwendeter Methode schwanken. Zhuang et al. [ 292 ] stellten z.B. Literaturwerte zwischen 120 und 17 pg (für Si) zusammen (weitere Werte für m₀ auch bei den anderen genannten Autoren).

14.8.3.4. Probenaufarbeitung

Der grundsätzliche Vorteil der Atomisierung im Graphitrohr liegt darin, den Analyten ohne vorherige Abtrennung von der jeweiligen Probensubstanz bestimmen zu können. Die unerwünschte organische Matrix wird während dieses Prozesses durch Veraschung entfernt. Störungen bzw. Kontaminationen durch die Probenvorbereitung sind daher nicht zu erwarten. Problematisch sind aber anorganische Bestandteile der jeweiligen Matrix, die an der Graphitoberfläche ebenfalls reduziert werden und möglicherweise flüchtige Verbindungen mit dem eigentlichen Analyten eingehen können. Eine Anreicherung ist auf diesem Weg ebenfalls nicht möglich.

Die AAS kann auf diesem Weg auch nicht zwischen organischen und anorganischen Metallverbindungen trennen.

Es wurde daher entschieden, die Probe in Lösung nach vorangehender Abtrennung zu untersuchen, denn durch Wahl eines geeigneten Lösemittels kann das organische Silicium im Silikonöl von eventuell vorhandenem anorganischem Si abgetrennt werden (Selektivität).

Die vorliegenden Kontrastmittel, in denen die Untersuchung erfolgt, bilden eine komplexe und hoch konzentrierte organische Matrix, bei deren direkter Untersuchung mit begrenzten Volumina klare Limitierungen bezüglich der Nachweisgrenze existieren. Durch eine vorherige Extraktion größerer Kontrastmittelmengen (z.B. des Inhaltes einer 100 ml-Kartusche) und Reduktion des Volumens der Probelösung können sehr niedrige Nachweisgrenzen bequemer erreicht werden (Anreicherung).

Ein weiterer Grund ist die Anwesenheit von deutlichen Mengen NaCl bzw. CaCl₂ als Hilfsstoff in den RKM-Lösungen. Welz et al. [ 293 ] untersuchten den Einfluß von NaCl und K₂SO₄ auf die Absorption von Silicium. Ohne Einsatz eines Modifiers kam es zu erheblicher Reduktion der integrierten Absorption durch anwesendes NaCl. Durch Einsatz eines Mg/Pd-Modifiers konnte Silicium jedoch bei höheren Temperaturen stabilisiert und NaCl bereits in der Veraschungsphase volatilisiert werden.

Fukushima et al. [ 294 ] bestimmten Silicium neben anderen Elektrolyten und untersuchten den Einfluß z.B. von Alkalimetallen. Sie konnten die Störung durch diese Bestandteile durch Anwendung der Zeeman-Untergrundkorrektur bewältigen. Das in der vorliegenden Arbeit eingesetzte Gerät hatte jedoch keine Möglichkeit der Anwendung der Zeeman-Korrektur.

287

Weiterhin kann der äußerst hohe Jod-Anteil in den Kontrastmitteln während der Zersetzung im Graphitrohr die Bildung flüchtiger Halogenide fördern. Durch die Abtrennung dieser hydrophilen Stoffe wird dieses Problem gelöst. Den genannten Vorteilen steht der Nachteil erhöhter Kontaminationsgefahr durch eingeschlepptes Silicium während der Probenvorbereitung gegenüber. Daher muß darauf geachtet werden, typische Quellen von Silikon- und Silicium-Kontaminationen auszuschalten.

Es wurden alle verwendeten Geräte entsprechend mit Lösemitteln (Hexan:Isopropanol 1:1) vor der Analyse behandelt, um Kontaminationen zu vermeiden. Die eingesetzten Schütteltrichter und Rotationsverdampfer wurden vollständig ohne Silikonfette betrieben, d.h. nur Dichtmaterial aus PTFE verwendet. Viele Autoren verwenden Laborgeräte aus Kunststoff, um Siliciumkontaminationen durch Freisetzung aus dem Glas zu vermeiden. Dies ist beim Arbeiten in wäßrigen Systemen, z.B. bei der Analyse biologischer Proben, und bei der Umweltanalytik von Bedeutung. Bei einer Probenaufarbeitung mit ausschließlich lipophilen Lösemitteln ist eine solche Kontamination jedoch auszuschließen und wurde durch eine entsprechende Untersuchung zusätzlich belegt.

14.8.4. Temperaturprogramm

In der oben vorgestellten Literatur sind zahlreiche Temperaturprogramme auf die Analyse der jeweiligen Probensubstanz hin optimiert worden. Es existieren weiterhin allgemeine Empfehlungen z.B. von AA-Spektrometer-Herstellern für die Analyse verschiedener Metalle. Ausgehend von solchen Beispielen und mit Rücksicht auf die organische Natur der Probensubstanz wurde an Hand einer PDMS-Kalibrierlösung in Toluol und einem Standardtemperaturprogramm die Qualität des Absorptionssignals bewertet und unter Einbezug weiterer Literaturdaten verbessert.

14.8.4.1. Trocknung

Unter der Vorgabe, daß die Probe auf Grund der möglichen Flüchtigkeit vorhandener Siloxane bei Temperaturen von 300-400° C nur bei niedrigen Temperaturen getrocknet wird, wurden drei Trocknungsschritte bei Temperaturen von 90° C bis 150° C eingeführt.

14.8.4.2. Veraschung

Dieser Programmschritt ist sehr wichtig, da alle Reste organischer Begleitstoffe und flüchtige Metalle während dieser Phase abgetrennt werden sollten, während das Silicium an der Oberfläche reduziert wird. Die Bildung flüchtiger Verbindungen wie Carbiden oder Halogeniden muß durch Einsatz von Matrix-Modifiern zur Stabilisierung des Siliciums verhindert werden.

288

Ein grundsätzlicher Vergleich des Absorptionssignals der gleichen Lösung nach Veraschung bei 1250° C und Atomisierung bei 2600° C zeigte eine deutlich höhere Absorption der Probe mit Pd/Mg-Modifier gegenüber dem Platin-Zusatz.

Tab. 51 Temperaturprogramm zur Entwicklung
Werte in Zeile 4 und 6: optimale Temperatur und geprüfter Bereich in Klammern

Temperatur-schritt	Temperatur [°C]	Rampe [°C/sec]	Hold [sec]	Gasfluß [ml/min]	Gas-Typ
1	90	10	5	300	Ar
2	120	20	10	300	Ar
3	150	10	10	300	Ar
4	1050 (700-1500)	15	10	300	Ar
5	2650	0	5	0	Ar
6	2650 (2300-2700)	1	5	300	Ar

Beim Pd/Mg-Modifier waren auch relativ hohe Untergrundabsorptionen zu registrieren. Durch starke Verringerung der jeweiligen Mengen an Mg und Pd konnte das Untergrundsignal zugunsten des Meßsignals erheblich verringert werden.

Weiterhin wurde mit einem kombinierten Modifier gearbeitet, der 25 mg/L Magnesium und 332 mg/L Palladium enthielt.

Im folgenden wurde eine Standardlösung der Konzentration 50 µg/L mit beiden zugesetzten Modifiern unter ansteigenden Veraschungstemperaturen bei ansonsten gleichem Temperaturprogramm ( Tab. 51 ) analysiert ( Abb. 127 ).

Bei der Verwendung des Pd/Mg-Modifiers wurde festgestellt, daß im Temperaturbereich das Siliciumsignal zwischen 700° C und 1500° C bis ca. 1100° C unverändert bleibt. Oberhalb von 1000° C verschwindet die starke Untergrundabsorption (erkennbar als Peak nach ca. 1 s Atomisierungszeit). Dieses entstammt aus nicht abgetrennten Matrixbestandteilen und von Alkalimetall-Spuren (siehe dazu [ 294 ]).

Nach weiterer Erhöhung der Veraschungs-Temperatur von 1100° C auf 1400° C verringert sich die integrierte Absorption des Siliciumsignals von 0.58 auf 0.51 Absorptionseinheiten.

Dies bedeutet, daß das Si nicht mehr ausreichend stabilisiert wurde und Verluste des Analyten eingetreten sind.

In einer zweiten Sequenz wurde die Veraschungstemperatur in 50° C-Schritten von 950° C auf 1200° C erhöht. Es stellte sich heraus, daß bei diesem Meßsystem eine Temperatur von 1050° C die günstigsten Eigenschaften bezüglich Untergrund, Stabilisierung und Höhe der Absorption besaßen.

289

Abb. 127 Einfluß der Vorbereitungsstemperaturen auf das Absorptionssignal von Silicium
linke Spalten: Veraschung; rechte Spalten: Atomisierung
jeweils links: mit Pt-Modifier; jeweils rechts: mit Pd/Mg-Modifier

Während dieser Temperaturoptimierung zeigte sich wieder, daß der Pt-Modifier der Mischung aus Palladium und Magnesium bei der Stabilisierung des Siliciums hier unterlegen ist. In jedem Fall resultieren breite, abgeflachte Absorptionssignale, deren Auswertung grundsätzlich schwieriger ist. Der Effekt der Stabilisierung war dabei von der jeweiligen Haltezeit unabhängig. Durch den Vergleich des Signals nach unterschiedlichen Haltezeiten bei 1050° C konnte gezeigt werden, daß eine Zeitdauer von 10 s ausreichend ist, jedoch auch bei längeren Zeiten keine Verluste eintreten. Die Signale waren alle vergleichbar.

290

14.8.4.3. Atomisierung

Nach Festlegung der Veraschungs-Temperatur auf 1050° C wurde die beste Atomisierungstemperatur ermittelt. Eine Gegenüberstellung für Temperaturen zwischen 2300- und 2700° C zeigt Abb. 127 in den beiden rechten Spalten.

Bei niedrigen Atomisierungstemperaturen wird unter Einsatz eines Pt-Modifiers kein verwertbares Absorptionssignal gefunden. Es zeigt sich nur ein sehr breiter, flacher Peak. Bei Pd/Mg ist schon bei 2300° C ein deutliches Signal zu erkennen. Mit steigenden Temperaturen wird dieses Signal immer schärfer und verliert zuletzt bei 2700° C etwas an Gesamtintensität. In einer zweiten Versuchsreihe mit 50° C Schritten wurde eine Atomisierungstemperatur von 2650° C für optimal befunden.

Ab 2500° C wird auch beim Einsatz von Platin das Absorptionssignal schärfer. Bei der am besten erscheinenden Temperatur von 2700° C bleibt jedoch die Gesamtintensität weit hinter der mit Pd/Mg stabilisierten Lösung zurück.

Aus diesen Versuchsreihen konnten die Temperaturen für die Veraschung und die Atomisierung bei 1050° C respektive 2650° C festgelegt werden. Weiterhin zeigte der Palladium/Magnesium-Modifier die besten Eigenschaften bezüglich der Stabilisierung des Silicums in diesen Phasen.

14.8.5. Adsorptionseffekte

Während der Entwicklung wurde weiterhin mehrfach beobachtet, daß die Absorption von Silikonöl-Standard-Lösungen sich zeitabhängig veränderte. Während längerer Standzeit von 45 min vor der Analyse wurde bei einer Lösung die Abnahme der Absorption von 0.321 auf 0.180 festgestellt. Als Ursache für dieses Phänomen wurden die Proben-Cups aus Polypropylen identifiziert, in denen sich die Lösungen auf dem Autosampler befanden. Während der Standzeit kam es hierin zur Adsorption von Silikonöl an der Probengefäßwand. Um dieses Problem zu beseitigen und um größere Probenserien bearbeiten zu können, wurden eigene Probengefäße aus Duran^®-Glas gefertigt. Während entsprechenden Standzeiten wurde in diesen Gefäßen keine Abnahme der Absorption beobachtet und diese im weiteren Verlauf und für die anschließende Validierung eingesetzt.

14.9. Validierung der Graphitrohr-AAS-Methode

14.9.1. Definitionen / Materialien

Kontrastmittel, Silikonöle, Standards: Herkunft und Herstellung siehe 14.6.1 und 14.8.3.1

Konzentrationsangaben: Alle folgenden Angaben von Konzentrationen (auch Eichreihen) beziehen sich auf die Probenvorbereitung, d.h. auf eine Anreicherung des Analyten um den Faktor 20 durch Extraktion von 100 ml Kontrastmittel und Reduktion des Endvolumens der Meßlösung auf 5.0 ml. Geräte und Materialien siehe unter 14.8.3.1.1

291

14.9.2. Validierung des Meßsystems

14.9.2.1. Linearität der Kalibrierfunktionen

Abb. 128 Kalibriergeraden und Residuenplots für Systemlinearität
links: Silikonöl 1 (DC 360 MF, 350 cSt.); rechts: Silikonöl 2 (DC 360 MF, 1000 cSt.)

Die Prüfung der Linearität des Verfahrens wurde im Bereich von der Nachweisgrenze (4 µg/l) bis 60 µg/l durchgeführt. Der Konzentrationsbereich wurde durch 15 Standardlösungen abgedeckt.

Tab. 52 Statistische Auswertung der Systemkalibrierung (AU = Absorptionseinheiten)
Angabe der Nachweis- und Bestimmungsgrenze in bezug auf das Kontrastmittel

	Silikonöl 1		Silikonöl 2
Anzahl der Meßpunkte	n	15	15
Achsenabschnitt ± SD [AU]	b	0.028 ± 0.022	-0.039 ± 0.027
Steigung ± SD [AU/ppb]	m	0.008 ± 0.0006	0.013 ± 0.0007
RSA der Steigung [%]		7.59	5.18
Reststandardabweichung [AU]	s(y)	0.011	0.019
Verfahrensstandardabweichung [ppb]	s(x0)	1.459	1.410
Korrelationskoeffizient	r	0.9970	0.9974
Nachweisgrenze [ppb].	XN	7.0	6.8
Bestimmungsgrenze [ppb]	XB	10.5	10.2

Die graphische Darstellung der Regressionsgeraden und die Residuenplots beider Silikonöle zeigen den linearen Zusammenhang im angegebenen Bereich. Das Verfahren wird weiterhin

292

14.9.2.2. Nachweis- und Bestimmungsgrenzen

Aus den Regressionsdaten der Kalibrierfunktion wurden eine Nachweis- (LOD) und Bestimmungsgrenze (LOQ) für das Meßsystem berechnet.

Zur Berechnung der Nachweis- und Bestimmungsgrenze siehe 14.6.5.2 und [ 282 ].

14.9.2.2.1. Präzision des Systems (Wiederholbarkeit)

Zur Bestimmung der Präzision des Systems wurden Silikonöl-Kalibrierlösungen hoher und niedriger Konzentration sechsfach vermessen und die Absorption ausgewertet ( Tab. 53 ).

Tab. 53 Systempräzision bei zwei verschiedenen Konzentrationen (8 bzw 50 ppb)

	Silikonöl 1 (350 cSt.)	Silikonöl 2 (1000 cSt.)
Konzentration [µg/L]	8.3	8.1
Mittelwert [Absorption]	0.137	0.136
Standardabweichung [Abs.]	0.0066	0.0065
Variationskoeffizient [%]	4.82	4.79
95% -Vertrauensbereich [Abs.]	0.0069	0.0068
	Silikonöl 1 (350 cSt.)	Silikonöl 2 (1000 cSt.)
Konzentration [µg/L]	48.8	58.4
Mittelwert [Absorption]	0.395	0.820
Standardabweichung [Abs.]	0.014	0.034
Variationskoeffizient [%]	3.52	4.14
95% -Vertrauensbereich [Abs.]	0.015	0.036

Die Präzision des Systems weist bei einer Konzentration von 8 ppb Variationskoeffizienten von 4.8% für beide Silikonöle auf. Beim 50 ppb-Level werden Variationskoeffizienten von 3.5% bzw. 4.1% für das 350 cSt.- bzw. 1000 cSt.-Öl festgestellt. Diese Variationskoeffizienten werden als ausreichend für das Meßsystem angesehen.

14.9.3. Produktspezifische Validierungen

Validierungsumfang siehe 14.6.6

14.9.3.1. Probenaufarbeitung

14.9.3.1.1. Probelösung

100 ml des jeweiligen Kontrastmediums 1.1-2.2 werden in einen Schütteltrichter gegeben und mit 100 ml Reinstwasser verdünnt. Die Probe wurde dreimal mit je 50 ml Toluol ausgeschüttelt und die vereinigten organischen Phasen zur Trockne einrotiert. Der Rückstand wird portionsweise mit Toluol aufgenommen und quantitativ in einen 5.0 ml Meßkolben überführt. Die Probelösung wird direkt vermessen.

293

14.9.3.1.2. Blindlösung

100 ml Reinstwasser werden statt des Kontrastmittels in einen Schütteltrichter gegeben und analog extrahiert und nachfolgend eingeengt.

14.9.3.2. Allgemeine Vorgaben - Kalibrierung

Für eine verkürzte (4-Punkt) Kalibrierung des Meßsystems unmittelbar vor der jeweiligen Prüfung (Systemeignungstest) wurden das reine Lösemittel und Standardverdünnungen aus einer Stammlösung der Konzentration 0.1 mg/ml vermessen.

(0.0 µg/L, 8.0 µg/L, 12.0 µg/L 24.0 µg/L , bezogen auf die Probenvorbereitung)

14.9.3.3. Richtigkeit der Methode

14.9.3.3.1. Überprüfung von LOD und LOQ

Die aus der Systemkalibrierung erhaltenen Nachweis- und Bestimmungsgrenzen wurden an jeder Matrix experimentell durch Dotierung und Ermittlung der jeweiligen Wiederfindungsrate (WFR) überprüft (Probenaufarbeitung wie unter 14.9.3.1 ).

Tab. 54 Richtigkeit der Methode: Daten der Überprüfung von LOD und LOQ (Silikonöl 1)

	SILIKONÖL 1 (DC 360 MF; 350 cSt.)
Matrix	XRCM-1.1		XRCM-1.2		XRCM-2.1		XRCM-2.2
Grenzwert [ppb]	LOD [7.0]	LOQ [10.5]	LOD [7.0]	LOQ [10.5]	LOD [7.0]	LOQ [10.5]	LOD [7.0]	LOQ [10.5]
WFR [%]	101.1	95.5	105.5	94.9	88.9	114.3	84.7	95.0
VK [%]	5.0	2.0	1.1	1.9	16.1	6.3	20.4	10.6

Tab. 55 Richtigkeit der Methode: Daten der Überprüfung von LOD und LOQ (Silikonöl 2)

	SILIKONÖL 2 (DC 360 MF; 1000 cSt.)
Matrix	XRCM-1.1		XRCM-1.2		XRCM-2.1		XRCM-2.2
Grenzwert [ppb]	LOD [6.8]	LOQ [10.2]	LOD [6.8]	LOQ [10.2]	LOD [6.8]	LOQ [10.2]	LOD [6.8]	LOQ [10.2]
WFR [%]	100.1	87.9	94.7	110.3	86.7	86.9	98.3	98.2
VK [%]	13.9	7.2	9.8	4.9	3.8	4.2	13.5	7.6

Die Wiederfindungsraten bewegen sich zwischen 85 und 115% und sind mit relativen Standardabweichungen von bis zu 20% belegt. Diese Werte können jedoch als ausreichend angesehen werden, da hier im Grenzbereich des Verfahrens geprüft wird. Bei Analysenanzahl von n = 3 kann mit einem ausreichend statistisch abgesicherten Ergebnis gerechnet werden.

14.9.3.3.2. Bestimmung der Wiederfindungsrate

Die Wiederfindungsrate wurde als Dreifachbestimmung je Konzentration im Bereich von 14 µg/L, 28 µg/L und 43 µg/L untersucht und die Richtigkeit des Verfahrens belegt.

294

Tab. 56 Richtigkeit der Gr-AAS-Methode
Wiederfindungsraten in 3 Konzentrationsstufen

	SILIKONÖL 1 (DC 360 MF; 350 cSt.)
Matrix	XRCM-1.1		XRCM-1.2		XRCM-2.1		XRCM-2.2
Dotierung	WFR	VK	WFR	VK	WFR	VK	WFR	VK
14 ppb	91.44	2.33	95.87	3.79	99.07	5.90	115.73	3.82
28 ppb	97.59	4.68	97.70	5.36	100.97	5.00	104.70	6.48
43 ppb	97.71	7.91	102.46	3.30	95.40	2.42	92.03	0.41
	SILIKONÖL 2 (DC 360 MF; 1000 cSt.)
Matrix	XRCM-1.1		XRCM-1.2		XRCM-2.1		XRCM-2.2
Dotierung	WFR	VK	WFR	VK	WFR	VK	WFR	VK
14 ppb	96.44	8.02	99.25	7.79	97.10	4.85	93.53	2.78
28 ppb	98.08	7.03	98.78	9.42	106.87	5.34	110.00	2.84
43 ppb	92.41	10.73	97.01	7.44	96.80	3.17	102.20	2.63

Die mittleren Wiederfindungsraten bewegen sich im Bereich zwischen 90 und 110% (Spanne der Einzelwerte: 83.3-119.1%). Bei deren Bestimmung treten Schwankungen von maximal 10% relativer Standardabweichung auf. Beim Silikonöl der höheren Viskosität werden bei den einzelnen Stufen etwas höhere VKen gefunden als beim Silikonöl 1.

Durch die vorstehenden Werte wird die Richtigkeit des Verfahrens dokumentiert. Die prozentuale Ergebnisabweichung kann vor dem Hintergrund der aufwendigen Probenvorbereitung und dem Arbeiten im Grenzbereich als tolerabel angesehen werden. Bei einer Dreifachbestimmung ist daher mit einem statistisch ausreichend gesicherten Ergebnis zu rechnen.

14.9.3.4. Präzision der Methode

Die Prüfung erfolgte ebenfalls durch Dotierung, Aufarbeitung (nach 14.9.3.1 ) und Berechnung einer Wiederfindungsrate.Es wurde eine Silikonöl-Kalibrierlösung in einer Konzentration von 20 µg/L sechsfach zu einer reinen Kontrastmittelmatrix dotiert und vermessen ( Tab. 57 ).

Die Überprüfung bei 6facher paralleler Probenaufarbeitung liefert Schwankungen im Bereich von 2.8-12.4% relativer Standardabweichung. Diese Werte belegen, daß, bedingt durch die Präparation der Probe, mit merklichen Abweichungen des Prüfergebnisses gerechnet werden muß.

Die Werte aus 14.9.3.3.2 unterstützen die hier gefundenen Werte und zeigen außerdem, daß die Methodenpräzision bei Dreifachbestimmungen auf sowohl niedrigeren als auch höheren Konzentrationsniveaus nicht von der Konzentration abhängig ist.

295

Tab. 57 Präzision der Gr-AAS-Methode
Mittlere Wiederfindungsraten mit Standardabweichung und VK aus n = 6

SILIKONÖL 1 (DC 360 MF, 350 cSt.) Dotierung : 20.42µg/L
Matrix	XRCM-1.1	XRCM-1.2	XRCM-2.1	XRCM-2.2
	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]
MW	92.60	96.50	103.8	104.14
SD	7.74	8.86	6.97	11.05
VK	8.36	9.18	6.71	10.61
SILIKONÖL 2 (DC 360 MF, 1000 cSt.) Dotierung : 20.34µg/L
Matrix	XRCM-1.1	XRCM-1.2	XRCM-2.1	XRCM-2.2
	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]	WFR [%]
MW	100.10	96.10	91.20	110.70
SD	7.80	11.90	2.57	5.41
VK	7.79	12.40	2.82	4.88

14.9.3.5. Selektivität der Methode

Abb. 129 Selektivität der GR-AAS-Methode für organisches Silicium

Die Dokumentation der Selektivität des Verfahrens erfolgte durch Extraktion von silikonölfreien Kontrastmittellösungen, eines wäßrigen Silicium-Standards, Wasser als Blindwert sowie einer zu XRCM-Lösung dotierten Siliconöl-350 und -1000 cSt.- Lösung als Vergleich. Die Proben wurden analog 14.9.3.1 behandelt und vermessen.

Der Vergleich der erhaltenen Absorptionswerte zeigt, daß kein signifikanter Unterschied zwischen dem reinen Kontrastmittel, der Wasser-Blindprobe und der wäßrigen Si-Standard-Lösung besteht. (Der Absorptionswert der Si-Lösung liegt nur ca. 0.01 Absorptionseinheiten

296

Ein Störeinfluß der Messung von Silikonöl durch wasserlösliches Silicium konnte somit nicht festgestellt werden. Eine Überlagerung durch Matrixeinflüsse wurde ebenfalls nicht festgestellt. Die niedrigere Absorption beim Kontrastmittel 1.2 kann nicht erklärt werden.

14.10. Diskussion der GR-AAS Ergebnisse

Durch die vorstehenden Validierungsdaten wird die Eignung der Graphitrohr-AAS-Methode als spurenanalytisches Verfahren zur Bestimmung von organischem Silicium in wäßrigen Parenteralia belegt. Dazu wurden in zwei Teilen sowohl das Meßsystem als auch die Methode inklusive Probenaufarbeitung umfassend auf ihre Anwendbarkeit geprüft. Der Aufbau und der Probenumfang der Validierungsabschnitte wurden nach ICH-Richtlinien durchgeführt.

14.10.1. Systemvalidierung

Die Linearität der Methode wird durch Regression der Daten einer Kalibriergeraden belegt. Linearität zwischen der Konzentration eines Silikonöls und Signalintensität der Atom-Abosrption besteht im Bereich von 2-20 ppb (Probenvorbereitung). Die relative Standardabweichung in der Steigung ist mit >5% hoch. Bei photometrischer Bestimmung von Arzneistoffen sollten zumindest 1% erreicht werden [ 295 ] . Angesichts der Tatsache, daß Silikonöl in diesen Konzentrationsbereichen als unwirksam anzusehen ist und auf Grund einer Wiederholpräzision von bereits 5% kann dieser Wert als ausreichend befunden werden. Für die Validierung bioanalytischer Methoden mit komplexen Matrices und Probenaufbereitungen wurden 5% akzeptiert [ 296 ].

Neben der Linearität des Meßsystems wurde mit reinen Silikonöllösungen auch die Präzision der Messung analysiert. Die Auswertung der Daten zeigt, daß bei wiederholten Messungen einer Lösung von Silikonöl mit Schwankungen zu rechnen ist, die im Bereich eines VK von 3-5% liegen.

Bedingt durch die komplexen Reaktionsmöglichkeiten von Silicium während der Vorbereitung und Analyse im Graphitrohr kommt es zu den bei Überprüfung dieses Meßsystems festgestellten Schwankungen. Obwohl Si durch den Einsatz von Modifiern ausreichend stabilisiert wird, ist es dennoch möglich, daß es zu geringen Verlusten durch vorzeitige Verflüchtigung organischer oder bei höheren Temperaturen auch anorganischer Si-Verbindungen kommt. Angesichts der geringen Konzentrationen stört diese Variabilität jedoch nicht.

14.10.2. Methodenvalidierung

Die Richtigkeit des Verfahrens wurde durch eine zweiteilige Prüfung belegt. Einerseits wurden die rechnerisch durch Regression bestimmten Nachweis- und Bestimmungsgrenzen durch Dotierung und Wiederfindung experimentell überprüft. Die Wiederfindungsraten lagen zwischen 85% und 115%.

297

Für die Richtigkeit des Verfahrens wurde außerdem bei drei verschiedenen Konzentrationen geprüft, inwieweit die theoretisch dotierten Silikonölmengen wiedergefunden werden können. Das Ergebnis zeigt, daß bei allen Matrices und beiden Silikonölen gleichermaßen die Flüssigextraktion zu einer vollständigen Abtrennung des Silikonöls führt. Die mittleren Wiederfindungsraten liegen bei jeweiliger Dreifachbestimmung im Bereich von 90-110% des theoretisch zugegebenen Silikonöls. Mit VKen von 5-10% muß dabei gerechnet werden.

Beim Vergleich der beiden Silikonöle fällt eine Tendenz zu höheren Schwankungen beim 1000 cSt. Öl auf. Die Wiederfindungsrate liegt aber dennoch im oben genannten Bereich. Insgesamt wird meistens weniger als 100% gefunden. Dies zeigt, daß keine Störungen aus den Matrices zu falsch höheren Werten führen.

Die Präzision der Methode wurde über die Wiederholbarkeit dokumentiert. Durch die Aufarbeitung von mehreren gespikten Proben wurden Wiederfindungsraten statistisch belegt.

Innerhalb von 6 identisch behandelten Proben finden sich mittlere Wiederfindungsraten, die zwischen 92.6 und 104.1% und mit einem VK von 6.7-12.4% behaftet sind (Spannweite der Einzelwerte: 81.3-119.1%).

Das bedeutet, daß sich die Schwankungsbreite der Messung durch die Probenvorbereitung ungefähr verdoppelt (Systempräzision max. 5%).

Deutliche Matrixeffekte, welche die Präzision beeinflussen, sind nicht erkennbar. Es ergeben sich keine Tendenzen, daß bei einzelnen Kontrastmitteln oder bei einem bestimmten Silikonöl die Präzision auffallend höher oder niedriger ist. Möglicherweise ist die Variation bei den hochkonzentrierten und daher auch viskoseren Matrices (XRCM-2.*) etwas höher. Die Wiederfindungsraten bewegen sich sowohl über als auch unter 100% und sind bei allen vier Medien vergleichbar.

Die Wiederholbarkeit läßt sich auch durch mehrfaches Aufarbeiten einer Probe nicht verbessern, da in der Praxis der gesamte Inhalt einer 100 ml Kartusche für die Prüfung verwendet wird. Eine höchstmögliche Präzision läßt sich daher nur durch sehr sorgfältige Vorbereitung und durch mehrfaches Vermessen derselben Prüflösung erzielen.

Die Selektivität des Verfahrens für organisches Silicium wurde umfassend geprüft. Durch den Vergleich von reinem Wasser, reinen Matrices sowie von wäßrigen, anorganischen Si- und Lösungen von Silikonöl in Toluol wurde belegt, daß aus keinem der drei möglichen Bereiche ein falsch positives Ergebnis zu erwarten ist. Wegen der hohen Grundabsorption bei Bearbeitung von Wasser oder Kontrastmittel kann auf die Mitführung von Blindproben bei

298

Die Flüssigextraktion mit Toluol erwies sich wie auch bei der Flammen-AAS als geeignetes Trennverfahren. Störeinflüsse durch aus Glasgefäßen extrahiertes Silicium können ausgeschlossen werden.

Die Robustheit hängt im wesentlichen von der Probenvorbereitung ab und ist daher gering. Typische Quellen ubiquitärer Silicone im Labor müssen ausgeschaltet werden (Schliff-Fette, Pumpenöle usw.), eine fehlerhafte Extraktion beeinflußt das Meßergebnis stark.

Die eigentliche Messung kann dagegen als robust angesehen werden.

14.10.3. Methodenvergleich

Wie bei der Prüfung durch Flammen-AAS muß auch die hier beschriebene Methode als Konventionsmethode eingestuft werden. Jede Prüfung ist mit tolerablen Fehlern behaftet, die durch Mehrfachmessungen erfaßt werden können.

Die Schwankungsbreite resultiert hier wie auch bei der Atomisierung in der Flamme hauptsächlich aus der Probenvorbereitung. Es ist daher notwendig, auf sorgfältigste Weise vorzugehen, um die Ergebnisse nicht mehr als unvermeidbar zu streuen.

Mehrfachbestimmungen derselben Probe sind grundsätzlich möglich, um gemittelte und stabilere Ergebnisse analysieren zu können. Dazu müssen die Inhalte mehrerer Prüfobjekte (je 100 ml Inhalt) gepoolt werden. Auf diese Weise läßt sich jedoch keine Aussage darüber treffen, wie sich der Silikonölgehalt einzelner Kartuschenobjekte im Vergleich verhält.

Wenn auf diese Information nicht verzichtet werden soll, kann die methodische Präzision nur durch einwandfreies Arbeiten gewährleistet werden. Empfehlenswert ist dann die Bearbeitung einer größeren Population von Einzelbehältnissen.

Im Vergleich mit der Flamme können bei elektrothermaler Atomisierung im Graphitrohr wesentlich niedrigere Nachweisgrenzen erzielt werden, worin der entscheidende Vorteil dieser Technik liegt. Dies muß dennoch nicht mit geringerer Präzision erkauft werden. Der sonst gerne genutzte Vorteil der minimalen Probenvorbereitung durch direkte Analyse von komplexen Matrices im Graphitrohr kann hier nicht genutzt werden.

Blindwerte und Systemeignungstests vor, und bei großem Probenumfang auch während der Prüfung, stellen weiterhin sicher, daß alle Störeinflüsse während der Prüfung ausgeglichen werden können.

Die flammenlose AAS kann trotz der grundsätzlich bestehenden Schwierigkeiten bei der Bestimmung von Si im Graphitrohr zur selektiven Spurenanalyse von organischen Siliciumverbindungen eingesetzt werden. Der Gesamtaufwand der Analysen ist durch die vorherige externe Abtrennung des Analyten und den Einsatz von Matrix-Modifiern gegenüber herkömmlichen GR-AAS Bestimmungen erhöht.

299

14.11. Spurenanalyse von Silikonöl in Kontrastmittel-Vials

14.11.1. Untersuchungsziel

Bei der Einbrennsilikonsierung zur Hydrophobisierung von Glasoberflächen können geringere Silikonmengen verwendet werden, wenn keine Gleitschicht benötigt wird. Ziel der nachfolgend beschriebenen Studie war es, die nach der Silikonisierung entsprechend wiederfindbaren Mengen an freiem Silikonöl bestimmen zu können und mit dem hydrophoben Verhalten der Behältnisse zu korrelieren. Es sollte untersucht werden, ob auch geringere Silikonmengen als üblicherweise verwendet zum gewünschten Ergebnis führen.

14.11.2. Material, Methoden und Durchführung

14.11.2.1. Materialien

1. 20 ml Injektionsflaschen, Glasart 1 aus Schott-Fiolax^®
2. Silikonölemulsion Baysilone-Ölemulsion-H^®

14.11.2.2. Probenvorbereitung

Die Silikonölemulsion wurde vor Anwendung auf eine Konzentration von 2.5% verdünnt. Die gewünschte Menge wurde dann in die mit Wasser für Injektionszwecke vorgereinigten und getrockneten Vials eingesprüht. Die Silikonölemulsion wurde anschließend für 11.5 min bei 310° C in einem Heißlufttunnel eingebrannt. Es wurden vier Serien von Vials hergestellt.

Tab. 58 Probenübersicht bei unterschiedlich stark silikonisierten Vials

Serie Nr.	mittlere Masse Ölemulsion [µg]	Masse Silikonöl [µg]	theoretische Anzahl von Silikonlagen vor dem Einbrennen	Schichtdicke [nm]
1	500	12.5	7	5.5
2	2500	62.5	14	11
3	5000	125	28	22
4	10000	250	55	44

Die jeweils beaufschlagte Menge wurde durch Variation einer Standardgeräteeinstellung (entsprechend Serie 2) gesteuert. Nach dem Einsprühen und vor dem Einbrennen wurden für die Serien 3 und 4 je 20 Vials gewogen und die Masse der Silikonölemulsion daraus gravimetrisch bestimmt. Die Massen für die Serien 1 und 2 wurden aus diesen Ergebnissen entsprechend abgeschätzt.

300

14.11.2.2.1. Berechnungsgrundlagen

Lagenanzahl = gefundenes Silikonöl [mg] x 10000 x Flächenbedarf [1 mg/cm²]/
Behältnisfläche [cm²]

Dicke [nm] = Anzahl Lagen [n] x Dicke einer Lage [nm]

• Flächenbedarf von PDMS: 1 mg/m² (0:4-1:6) [ 59 , 63 ]
• Dicke von PDMS-Molekülen: d = 8 ? (5-10) [ 62 ,55]
• Innenfläche einer 20 ml Injektionsflasche A = 45 cm²

Die einbrennsilikonisierten Vials wurden mit PTFE-Stopfen verschlossen und dreimal mit 5:0 ml Toluol für 1 min geschüttelt. Die in einem Becherglas vereinigten Extrakte wurden zur Trockne eingeengt und vor der Messung in 2.0 ml Toluol aufgenommen. Die Messung erfolgte mittels Graphitrohr-AAS unter Einsatz eines Pd/Mg-Modifiers und dem Temperaturprogramm und Injektionsschema nach 14.8.3.1.1 und Tab. 51 . Die Auswertung erfolgte gegen eine Kalibriergerade. Es wurden Blindwerte unter identischen Bedingungen mit nicht silikonisierten Vials angefertigt.

14.11.3. Ergebnisse

Aus jeder der drei Meßserien wurden zehn Injektionsflaschen gezogen und ihr Gehalt an ablösbarem Silikonöl untersucht. Die Ergebnisse ( Tab. 59 ) des wiedergefundenen Silikonöls schwanken stark, daher werden auch die Einzelwerte dargestellt. Diese sind als realistisch anzusehen, da die Methodenpräzision (mehrfache Vermessung reiner Silikonöllösungen) nur Variationskoeffizienten von 3-5% ergab. Die hier vorliegenden Schwankungen befinden sich aber im Bereich von 20-60%. Eine Beeinflußung durch die Probenaufarbeitung ist ebenfalls unwahrscheinlich, da in diesem Verfahren lediglich eine Extraktion mit Toluol aus Glasbehältnissen erfolgte (keine Flüssig-Verteilung erforderlich).

Die mittleren Wiederfindungsraten liegen hier zwischen 17 und 30%. Damit sind die Massenverluste während der Einbrennsilikonisierung als sehr stark anzusehen. Dieser Befund kann mehrere Ursachen haben:

• Verdampfungsverluste durch niedermolekulare Siloxane (beim 100 cSt.-Öl aus der Baysilone-H Emulsion stark ausgeprägt)
• Zersetzung von PDMS und Destillation der Produkte
• Immobilisierung von Anteilen durch chemische Reaktion mit der Glasoberfläche

Der erstgenannte Punkt hat am Gesamtverlust sicher den größten Anteil. Bei thermogravimetrischen Analysen mit 2 K/min waren unter Luftatmosphäre bei 340° C Massenverluste von 14% für das reine Silikonöl ( 12.3.3 ) und von ca. 45% für das Silikonöl in Emulsion ( 12.3.8 ) festgestellt worden.

301

Tab. 59 Ergebnisse der Silikonölgehaltsbestimmung in verschieden stark silikonisierten Vials

Silikonölgehalt von Injektionsflaschen [ug/Flasche]
Probe-Nr.	Serie 1	Serie 2	Serie 3	Serie 4
1	7	9	19	76
2	4	7	68	71
3	5	9	18	43
4	2	14	19	41
5	3	9	33	39
6	4	14	20	69
7	2	12	18	83
8	5	8	26	76
9	2	15	23	37
10	4	7	21	68
MW	3.8	10.4	26.5	60.3
SD	1.6	3.1	15.3	18.0
VK	42.6	29.4	57.7	29.9
eingesetzt	12.5	62.5	125	250
WFR [%]	30	17	21	24

Man sieht, daß man durch Reduktion der eingesetzten Silikonölmengen zu letztendlich verbleibenden Anteilen sehr geringer Masse gelangt. Im Bereich der 10fach reduzierten Silikonölmenge erhält man eine verbleibende Schicht, welche rechnerisch nur noch einer Monolage entspricht. Bei den Werten der Serie 2 erhält man ca. 2 Moleküllagen (die Angaben basieren alle auf der Annahme der homogenen Verteilung von Silikonöl über die Oberfläche).

Der vermutliche Anstieg dieser Werte unter isothermer Behandlung bei hohen Temperaturen zeigt, daß die durch Wiederfindung bestimmten Massenverluste von bis zu 80% nicht unrealistisch sind. Die große Oberfläche und die Einbrenndauer tragen zu den höheren Massenverlusten bei. In drei mitgeführten Blindwerten aus unsilikonisierten Vials wurde kein Silikonöl nachgewiesen.

Tab. 60 Oberflächenbedeckung bei einbrennsilikonisierten Vials

Serie Nr.	Masse Silikonöl [µg]	theoretische Anzahl ablösbarer Silikonlagen nach dem Einbrennen	Schichtdicke des ablösbaren Silikonöls [nm]	Wiederfindungs-rate [%]
1	3.8	0.85	0.68	30.4
2	10.4	2.31	1.85	16.6
3	26.5	5.88	4.70	21.2
4	60.3	13.40	10.72	24.1

Über den Verlustanteil durch mögliche Zersetzung und durch Glasbindung kann hier nichts ausgesagt werden. Fest steht, daß im Fall dieser Behältnisse unter Anwendung üblicher Silikonisierparameter eine sehr hohe Massenabnahme des Silikonöls eintritt.

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