Pharmacopoeia methods for elemental analysis of medicines: a comparative study

Abstract

The article is devoted to the problem of quality assurance of medicinal products, namely the determination of elemental impurity concentration compared to permitted daily exposures for and the correct choice analytical methods that are adequate to the formulated tasks. The paper goal is to compare characteristics of four analytical methods recommended by the Pharmacopoeia of various countries to control the content of elemental impurities in medicines, including medicinal plant raw materials and herbal medicines. Both advantages and disadvantages were described for atomic absorption spectroscopy with various atomising techniques, as well as atomic emission spectroscopy and mass spectrometry with inductively coupled plasma. The choice of the most rational analysis method depends on a research task and is reasoned from the viewpoint of analytical objectives, possible complications, performance attributes, and economic considerations. The methods of ICP-MS and GFAAS were shown to provide the greatest potential for determining the low and ultra-low concentrations of chemical elements in medicinal plants and herbal medicinal products. The other two methods, FAAS and ICP-AES, are limited to the analysis of the main essential elements and the largest impurities. The ICP-MS is the most efficient method for determining ultra-low concentrations. However, the interference of mass peaks is typical for ICP-MS. It is formed not only by impurities but also by polyatomic ions with the participation of argon, as well as atoms of gases from the air (C, N and O) or matrices (O, N, H, P, S and Cl). Therefore, a correct sample preparation, which guarantees minimisation of impurity contamination and loss of analytes becomes the most crucial stage of analytical applications of ICP-MS. The detections limits for some chemical elements, which content is regulated in modern Pharmacopoeia, were estimated for each method and analysis conditions of medicinal plant raw materials and herbal medicinal products.

Статтю присвячено вирішенню проблем забезпечення якості лікарських засобів, а саме визначення вмісту в них елементних домішок у порівнянні з гранично допустимими добовими дозами та вибору аналітичних методів, адекватних поставленим задачам. Метою роботи є проведення порівняльного аналізу характеристик чотирьох аналітичних методів, що рекомендуються фармакопеями різних країн для контролю вмісту елементних домішок у лікарських засобах, у тому числі лікарській рослинній сировині та лікарських засобах рослинного походження. Визначено як переваги, так і недоліки атомно-абсорбційної спектроскопії з різними методами атомізації, а також атомно-емісійної спектроскопії та мас-спектрометрії з індуктивно-зв’язаною плазмою. Вибір найбільш доцільного методу аналізу залежить від завдання дослідження та обґрунтовується з точки зору поставлених аналітичних цілей, наявних ускладнень, експлуатаційних властивостей та економічних міркувань. Показано, що методи ІЗП-МС та ЕТААС надають найбільші можливості щодо визначення низьких та ультра низьких концентрацій хімічних елементів у лікарській рослинній сировині та засобах рослинного походження, в той час як два інших методи, ПААС та ІЗП-АЕС, обмежуються визначенням основних компонентів та найбільших домішок. Мас-спектрометрія з ІЗП є найбільш ефективним методом для визначення ультра низьких концентрацій. Але для цього методу типовою є інтерференція масових піків, що утворюються не тільки домішками, але також поліатомними іонами за участю аргону, а також атомів газів із повітря (C, N, O) або матриці (O, N, H, P, S, Cl). Тому для цього методу дуже важливою є коректна пробопідготовка, спрямована на мінімізацію забруднень або втрати аналітів. Межі визначення ряду хімічних елементів, вміст яких регламентовано в сучасних фармакопеях, оцінено для кожного методу для умов аналізу лікарської рослинної сировині та лікарських засобів рослинного походження.

Статья посвящена решению проблем обеспечения качества лекарственных средств, а именно определения содержания в них элементных примесей в сравнении с предельно допустимыми суточными дозами и выбора аналитических методов, адекватных поставленным задачам. Целью работы является проведение сравнительного анализа характеристик четырех аналитических методов, рекомендуемых фармакопеями разных стран для контроля содержания элементных примесей в лекарственных средствах, в том числе лекарственном растительном сырье и лекарственных средствах растительного происхождения. Определены как преимущества, так и недостатки атомно-абсорбционной спектроскопии с разными способами, а также атомно-эмиссионной спектроскопии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Выбор наиболее целесообразного метода анализа зависит от задачи исследования и обосновывается с точки зрения поставленных аналитических целей, имеющихся осложнений, эксплуатационных свойств и экономических соображений. Показано, что методы ИСП-МС и ЭТААС предоставляют наибольшие возможности по определению низких и ультра низких концентраций химических элементов в лекарственном растительном сырье и средствах растительного происхождения, в то время как два других метода, ПААС и ИСП-АЭС, ограничиваются определением основных компонентов и наибольших примесей. Масс-спектрометрия с ИСП является наиболее эффективным методом для определения ультра низких концентраций. Но для этого метода типична интерференция массовых пиков, которые образуются не только примесями, но также полиатомными ионами с участием аргона, а также атомов газов из воздуха (C, N, O) или матрицы (O, N, H, P, S, Cl). Поэтому для данного метода очень важна корректная пробоподготовка, направленная на минимизацию загрязнений или потери аналитов. Пределы обнаружения ряда химических элементов, содержание которых регламентируется в современных Фармакопеях, оценены для каждого метода для условий анализа лекарственного растительного сырья и лекарственных средств растительного происхождения.