Bestimmung der Pufferkapazität durch potentiometrische Titration

3.2.8.1 Parameter der Bestimmung

Mit Hilfe einer Säure-Base-Titration unter Einsatz einer potentiometrischen Endpunktsanzeige wurden die Pufferkapazitäten der einzelnen Injektionslösungen bestimmt. Die Untersuchung erfolgte mit besonderem Augenmerk auf das Potential der Injektionslösungen, pH-Wert-Verschiebungen in den sauren pH-Bereich abzufangen, da in diesem Milieu die Zersetzung von Thiosulfat gefördert wird. Entsprechend der unterschiedlichen Zusammensetzung der Injektionslösungen, aber auch hinsichtlich einer pH-Wert Verschiebung bei Abfüllung, Sterilisation und während der Lagerung können hier unterschiedliche Werte resultieren.

Die Pufferkapazität beschreibt die Größe der Pufferwirkung. Sie kennzeichnet die Aufnahmefähigkeit von Pufferlösungen für Säuren und Basen. Die Pufferwirkung ist begrenzt und abhängig von der Totalkonzentration des Puffergemisches aus z. B.

schwacher Säure und dem Salz der korrespondierenden Base. Sie hängt weiterhin ab vom pKs-Wert der beteiligten Säure und vom pH-Wert der Lösung. Die Pufferkapazität β wurde definiert als

dc d(pH)

+ dc(Base)

d(pH)

- dc(Säure)

d(pH)

β = = =

Das bedeutet, wenn sich bei Zusatz von 1 Mol H3O⁺ oder 1 Mol OH^- zu 1 L einer Pufferlösung der pH-Wert um eine Einheit ändert, entspricht dies einer Pufferkapazität von β = 1 mol/L. Für die Beurteilung der Injektionslösungen wurde das Volumen an Maßlösung bis zum Äquivalenzpunkt der Titrationskurve herangezogen. Je größer die Pufferkapazität der Injektionslösung, desto höher der Verbrauch an Maßlösung. Zur Auswertung wurde das Tangentenverfahren verwendet. Es wurden 10,00 mL Natriumthiosulfat-Lösung unverdünnt vorgelegt und titriert. In einem Vorversuch wurde über die Titration von Dinatriumhydrogenphosphat sowie Natriumthiosulfat allein und nebeneinander überprüft, ob die Natriumthiosulfat-Matrix einen Einfluss auf das Ergebnis der Titration hat. Es konnte hierbei kein Unterschied in den

Titrationskurven festgestellt werden. Bei Verdünnung erfolgt eine Verschiebung der Kurve, die resultierende Pufferkapazität fällt geringer aus.

0

Volumen an Maßlösung HCl V in mL

pH

Abb. 109: Titrationskurve einer Lösung von 1 g / 100 mL Na2HPO4 in einer Natriumthiosulfat-Lösung mit 10 g / 100 mL.

3.2.8.2 Vermessen von Realproben und pH-Wert Bestimmung

Entsprechend der Vorgehensweise in den Vorversuchen wurden die 10 %igen Injektionslösungen unverdünnt vorgelegt und mit Salzsäuremaßlösung titriert. Der Kurvenverlauf wurde über die Änderung des pH-Wertes der Lösung in Abhängigkeit vom zugegebenen Volumen an Maßlösung erfasst und ausgewertet. Die Bestimmung erfolgte als Einfachbestimmung. Gleichzeitig wurde zu diesem Zeitpunkt der pH-Wert der Injektionslösungen bestimmt.

Zur Berechnung von βI wurde die vom Start (pHi pH-Wert vor Beginn der Titration) bis zum ersten Titrationsschritt (pHi+1 pH-Wert nach Zugabe des ersten Tropfens Maßlösung) resultierende Abnahme des pH-Wertes, die Erhöhung des Gesamtvolumens der Lösung die Konzentration und der Verbrauch an Maßlösung (∆VHCl = 0,05 mL) herangezogen:

- 1* (∆ V HCl * cHCl* fHCl) βI =

Vges * │pHi – pHi+1│

Die so bestimmten Pufferkapazitäten liegen zwischen 1,4 mmol/L und 2,6 mmol/L für unter galenischen Gesichtspunkten ungepufferte Lösungen und Werten bis zu 9,4 mmol/L für Injektionszubereitungen mit hohem Phosphatpufferzusatz. Die bestimmten Werte decken sich mit der entsprechenden Zusammensetzung der Lösungen. Die vermessenen Handelspräparate weisen eine verbliebene Pufferkapazität zwischen 5,1 mmol/L und 6,5 mmol/L auf.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 Volumen an Maßlösung HCl V in mL

pH

Abb. 110: Beispiel einer Titrationskurve einer 10 %igen Natriumthiosulfat-Injektionslösung Charge IVA3 (stärker gepuffert mit Dinatriumhydrogenphosphat und NaOH-Zusatz).

Bei den Chargen eigener Herstellung ist teilweise ein deutlicher Abfall der Pufferkapazität über den Lagerzeitraum zu beobachten. Bei Betrachtung der gemessenen Pufferkapazitäten wird der stabilisierende Einfluss einer hohen Pufferkonzentration mit Einstellung im alkalischen Bereich deutlich. Die sterilisierten Chargen weisen meist einen ausgeprägteren Abfall der Pufferkapazität auf.

Mit zunehmender Pufferkapazität der Injektionslösung zum Zeitpunkt der Herstellung verringert sich der pH-Wert Abfall. In allen Fällen sinkt der pH-Wert bei der sterilisierten Charge stärker in den sauren Bereich im Vergleich zur parallel sterilfiltrierten Charge. Ab einer gewissen Pufferkapazität bringt eine weitere Erhöhung der Konzentration jedoch keine weiteren Vorteile im Hinblick auf eine Verminderung des pH-Wertes bei Lagerung (vergleiche z. B. Chargen IV und IX).

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00

Pufferkapazitätin mmol/L IB1 IA2 IB2 IB3 IIB1 IIA2 IIB2 IIB3 IIIB1 IIIA2 IIIB2 IIIB3 IVA1 IVB1 IVA2 IVB2 IVA3 IVB3 IXA1 IXB1 IXA2 IXB2 IXA3 IXB3 Kö96 Kö97 AmReag Apo-bolaget

Charge

Abb. 111: Pufferkapazitäten der 10%igen Natriumthiosulfat-Injektionslösungen.

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pufferkapazität β in mmol/L

pH-Wert-Abfall in % vom Ausgangs-pH-Wert nach 20 Monaten

prozentualer pH Abfall Lösung A prozentualer pH Abfall Lösung B

I

III II IV IX

Charge:

Abb. 112: Vergleich des prozentualen pH-Wert-Abfalls nach 20 Monaten in Abhängigkeit von der Ausgangs-Pufferkapazität (nach Herstellung) für sterilisierte (B) und sterilfiltrierte (A)

Natriumthiosulfat-Injektionslösungen eigener Herstellung.

Die jeweils maximalen Pufferwirkungen konnten grafisch unter Berücksichtigung des

Anstiegs der Titrationskurven für die Lösungen mit Phosphatpufferzusatz im Bereich von pH 6,2-6,4 und für die Lösung mit Boratpufferzusatz (Handelspräparat) bei etwa pH 6,7 ermittelt werden (ohne Abb.). In den Lösungen ohne Pufferzusatz fallen die Titrationskurven mit der ersten Zugabe von HCl steil in den sauren pH-Bereich ab. In den gepufferten Lösungen setzt der steilere pH-Wert Abfall bei zunehmender Säurezugabe erst bei pH-Werten zwischen pH 5,0 bis 5,5 ein. Die Lösungen der Charge IX weisen dabei die höchste pH-Wert-Konstanz bei Zugabe von Säure auf.

Im Rahmen der Untersuchungen wurde der pH-Wert der Lösungen nach entsprechender Lagerung ermittelt. Der pH-Wert ist breits nach der Herstellung der Lösungen und nach der Sterilisation gemessen worden. Die Messung erfolgte mit einer pH-sensitiven Einstabmesskette (Glaselektrode) potentiometrisch mit einem gegen Standard-Pufferlösungen kalibrierten Potentiometer. Es wird deutlich, dass die Lösungen ohne Pufferzusatz den höchsten Abfall um bis zu drei pH-Einheiten aufweisen. Die größte Änderung ist sofort nach der Sterilisation (ohne Abb.) und innerhalb der ersten Monate zu verzeichnen. Die Injektionslösungen mit hohem Phosphatpufferzusatz weisen ebenfalls einen Abfall in den sauren Bereich auf, jedoch nur um etwa 1 bis 1,5 pH-Einheiten. In den Folgemonaten erfolgt nur noch eine geringfügige Veränderung.

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

0 7,5 20,0 32,0

Zeitraum nach der Herstellung t in Monaten

pH-Wert

IB1 IIB1 IIIB1 IVB1 IXB1

Abb. 113: Beispiele für den pH-Wert-Abfall in sterilisierten 10 %igen Natriumthiosulfat-Injektions-lösungen eigener Herstellung unterschiedlicher Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Lagerzeit.