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GC-MS/MS Geruchsverursachern in Medikamenten auf der Spur

Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Medikamente, die unangenehm riechen, mögen uneingeschränkt wirksam und verträglich sein, verunsichern aber den Patienten, der einen schlechten Geruch mit minderwertiger Qualität gleichsetzt. Um Fehlgerüchen nachzuspüren, haben Wissenschaftler ein GC-MS/MS-Verfahren validiert.

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Abb.1: Das eingesetzte Gerät: Agilent 7000B Triple-Quadrupol-GC/MS-System mit 7890A Gaschromatograph. Die Einheit beinhaltet einen Gerstel MPS Autosampler (Dual-Rail-System), Schüttelinkubator mit Rühroption, Multi Fiber Exchange (MFX), Thermal Desorption Unit (TDU), Twister-Option, SPME-Faserausheizstation und Dynamische Headspace (DHS).
Abb.1: Das eingesetzte Gerät: Agilent 7000B Triple-Quadrupol-GC/MS-System mit 7890A Gaschromatograph. Die Einheit beinhaltet einen Gerstel MPS Autosampler (Dual-Rail-System), Schüttelinkubator mit Rühroption, Multi Fiber Exchange (MFX), Thermal Desorption Unit (TDU), Twister-Option, SPME-Faserausheizstation und Dynamische Headspace (DHS).
(Bild: Gerstel)

In puncto Qualitätskontrolle ist Mutter Naturs evolutionäres Konzept kaum zu toppen. Alles, was wir oral zu uns nehmen, passiert, anatomisch anders gar nicht möglich, unsere Nase und wird, im Zuge der Einführung in den Mund beziehungsweise im Mund selbst über den Gaumen, einer sensorischen Sondierung unterzogen. Die Konsequenzen dieser Geruchsvermessung sind unmittelbar spürbar: Von allem, was gut riecht, bekommen wir die Nase nicht voll; ein fieser Geruch hingegen löst einen neuronalen Alarm aus.

Produkte, die der oralen Applikation dienen, sollten wohlduftend sein beziehungsweise neutral riechen. Das gilt für Nahrungs- und Genussmittel ebenso wie für Medikamente. Weil aber bereits winzige Mengen olfaktorisch wirkender Verunreinigungen unseren feinen Geruchssinn in Alarmbereitschaft versetzen können, bedarf es einer sehr sensitiven Analytik, wie der Gaschromatographie in Verbindung mit der Tandem-Massenspektroskopie (GC-MS/MS), um mögliche Fehlgerüche (off odors) auch in den niedrigsten wahrnehmbaren Konzentrationen (Stichwort: Geruchsschwellenwert) sicher zu identifizieren – bevor eine Partie des kontaminierten Produkts in den Handel gelangt, was zu einer kostspieligen, imagebeeinträchtigenden Rückrufaktion führen kann.

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Geruchsverursachern auf der Spur – Die Nase entscheidet

Vor zwei Jahren hatte in den USA ein international tätiges Pharmaunternehmen zehntausende von Fläschchen unterschiedlicher Medikamente vom Markt genommen, weil sich Verbraucher über einen den Präparaten anhaftenden modrigen Geruch beschwert hatten [2]. Dieser Geruch ist ein alter Bekannter von Weinkennern und wird als Korkschmecker oder Korker bezeichnet. Ursächlich für den Fehlgeruch sind so genannte Haloanisole beziehungsweise Halophenole. Zu den Verbindungsklassen zählen: 2,4,6-Trichloranisol (TCA), 2,4,6-Tribromanisol (TBA) und 2,3,4,6-Tetrachloranisol (Te-CA) beziehungsweise 2,4,6-Trichlorphenol (TCP), 2,4,6-Tribromphenol (TBP) und Pentachlorphenol (PCA).

Der Geruchsschwellenwert, also die geringste Konzentration eines gasförmigen, sensorisch aktiven Stoffes, die der Mensch gerade noch wahrnehmen kann, liegt etwa für TCA bei 1,4 - 4 ng/L, für TBA bei 3 - 8 ng/L und für TeCA bei 4 - 24 ng/L [3]. Aufgrund ihrer stärker polaren Struktur sind Dampfdruck und Migrationsgeschwindigkeit von phenolischen Verbindungen geringer als die der Haloanisole; sie sind folglich weniger flüchtig als diese. Der Geruchsschwellenwert liegt für TCP und PCA bei rund 4000 ng/L [3, 4]. Wer sich der Ursachen zweifelsfrei gewahr ist, kann für Abhilfe sorgen. Das dachten sich wohl die mit der Aufklärung der Geruchsbelastung von Medikamenten befassten US-amerikanischen Wissenschaftler und machten sich daran, eine entsprechend hochsensitive GC-MS/MS-Methode zum quantitativen Nachweis von 2,4,6-TCA, 2,4,6-TBA, 2,4,6-TBP und 2,4,6-TCP in Tabletten sowie 2,4,6-TBA in Verpackungsmaterialien zu entwickeln und zu validieren [4].

Bei der Methodenentwicklung hatten Gyorgy Vas und Kollegen von Johnson and Johnson sowie von McNeil Consumer Healthcare insbesondere ein leistungsstarkes Extraktionsverfahren im Blick; schließlich ging es darum, unterschiedlich volatile Spurenverbindungen hinreichend sensitiv zu quantifizieren. Im Zuge ihrer Literaturrecherche stellten die Wissenschaftler fest, dass zur Anreicherung der relativ flüchtigen Haloanisole häufig Headspace-basierte (HS) Methoden in Verbindung mit der Festphasenmikroextraktion (SPME) zur Anwendung kommen.

„Die HS-SPME besitzt gegenüber etwa Flüssigextraktionsmethoden den Vorteil“, schreiben die Wissenschaftler, „dass sie leicht zu automatisieren, einfach durchzuführen und auf eine große Bandbreite an flüchtige Verbindungen anzuwenden sind.“ Zu beklagen sei jedoch die oftmals geringe Extraktionseffizienz aus festen und flüssigen Proben. Um auch geringer flüchtige Komponenten analysieren zu können, präferierten die Forscher die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit dem Gerstel PDMS Twister, der über eine signifikant größere Menge an Sorptionsphase verfügt: „Die Stir Bar Sorptive Extraction erweist sich als sehr effektiv beim Nachweis von Spurenkomponenten, da die Extraktionsphase (des Twisters) gegenüber der SPME relativ groß ist“, begründen Vas und Kollegen ihre Entscheidung. Darüber hinaus hatte sich die SBSE bei der Bestimmung von Korkschmeckern in Wein bereits bewährt [3].

Die GC-MS/MS-Methodenentwicklung

Vas und Kollegen entwickelten ihre Methode unter Einsatz von Standardlösungen an rezeptfrei erhältlichen Tabletten unterschiedlicher Gewichte sowie diverser Verpackungsmaterialien namentlich Karton, Polyethylen, Polycarbonat und Palettenholz. Die Quantifizierung der Zielkomponenten wurde unter Einsatz von deuteriertem 2,4,6-d5-Tribromanisol vorgenommen. Die Komponenten wurden mittels Tandem-MS-Detektion identifiziert und quantifiziert (Multiple Reaction Monitoring, MRM).

Bei dem verwendeten GC-MS/MS-System handelte es sich um ein Agilent 7000B Triple-Quadrupol-GC/MS-System (mit GC 7890), beim GC-Einlass um ein Gerstel-Kalt-Aufgabe-System (KAS) zur Cryofokussierung und temperaturprogrammierten Aufgabe der Analyten auf die Säule (DB-5 MS, UI, 20 m, 0,18 mm, 0,36 μm); dem KAS saß eine Gerstel Thermal Desorption Unit (TDU) auf, die der Desorption des Gerstel Twisters (10 mm lang, PDMS: 1,0 mm Schichtdicke) dient. Die Probenaufgabe erfolgte automatisiert mit einem Gerstel Multi Purpose Sampler (MPS).

Jeweils vier Tabletten wurden in einem Probengefäß in einer wässrigen, ameisensauren (0,1%) Lösung mit 5 µL Standardlösung und dem deuterierten internen Standard versetzt und für 30 min ins Ultraschallbad gestellt, anschließend erfolgte für die Dauer von 90 min bei 1000 U/min die SBSE der Zielanalyten. Der PDMS-Twister wurde jeder Probe entnommen, trockengetupft und zur Thermodesorptionsanalyse in Glasröhrchen überführt, die auf dem MPS-Autosampler platziert wurden. Die GC-MS/MS-Analyse schloss sich an.

Das zu untersuchende Verpackungsmaterial wurde in Form quadratzentimetergroßer Stücke zerteilt und im Vial mit 100 pg/g 2,4,6-TBA versetzt. Die Probengefäße wurden verschlossen und blieben für die Dauer von 48 Stunden ungeöffnet, um „dem TBA hinreichend Zeit zu geben, die Matrix zu durchsetzen und von ihr absorbiert zu werden“, schreiben Vas und Kollegen. Etwa eine Stunde vor dem Ultraschallbad wurde der interne Standard zugesetzt. Nach Ablauf dieser Zeit wurde die Probe in ein 125-mL-Vial überführt, mit 100 mL einer Wasser-Aceton-Mischung (10:90) versetzt, 30 min im Ultraschallbad extrahiert und anschließend für die Dauer von 90 min mit dem Gerstel Twister bei 10000 U/min durchmischt. Die PDMS Twister wurden daraufhin entnommen, trockengetupft und für die anschließende automatisierte GC-MS/MS-Bestimmung in Glasröhrchen überführt und auf dem MPS platziert.

Ergebnisse der GC-MS/MS-Analysen

Vas und seinen US-amerikanischen Kollegen ist es gelungen, ein „GC-MS/MS-basiertes Verfahren mit vorausgehender SBSE (PDMS-Twister-Extraktion) für die Quantifizierung von TCA, TCP, TBA und TBP in Feststoffarzneimitteln zu entwickeln und zu validieren“.

Das SBSE-GC-MS/MS-Verfahren wurde als Standardadditionsmethode für die Untersuchung von Arzneimitteln, die mit den beschriebenen Zielanalyten kontaminiert sind, validiert. Die validierte Bandbreite beträgt für die beschriebenen Haloanisole 1000 pg pro Tablette und für die Halophenole 2500 – 10 000 pg pro Tablette. Die Nachweisgrenze (absolute Menge) lag für TCA bei 4 pg, für TCP bei 286 pg, für TBA bei 9 pg und für TBP bei 371 pg. Die Präzision der wiederholten Messung derselben Proben, ausgeführt auf demselben Gerät, vom selben Nutzer und am selben Tag ergab relative Standardabweichungen (RSD) von 6,2 - 15,8% für TCA, 3,2 - 14,6% für TCP, 3,1 - 11,0% für TBA und 6,5 - 15,6% für TBP; die Messung erfolgte gegen deuteriertes Tribromanisol (d5-TBA) als internen Standard.

Quellen:

[1] Timothy B. Rowe, Thomas E. Macrini, and Zhe-Xi Luo, Fossil Evidence on Origin of the Mammalian Brain, Science 20 (2011) 955-957

[2] http://privaterisk.de/versicherungen-apotheke-apotheker-arzt-klinik-heilberufe-pflege-8981

[3] G. Deußing, Korkgeschmack analytisch betrachtet, La-borPraxis 12 (2010) 34-36

[4] Jiun-Tang Huang, Lori Alquier, Joyce P. Kaisa, Gail Reed, Timothy Gilmore, and Gyorgy Vas, Method development and validation for the determination of 2,4,6-tribromoanisole, 2,4,6-tribromophenol, 2,4,6-trichloroanisole, and 2,4,6-trichlorophenol in various drug products using stir bar sorptive extraction and gas chroma-tography-tandem mass spectrometry detection, Journal of Chromatography A 1262 (2012) 196-204.

[5] G. Deußing, (Nimm zwei)2, GERSTEL Aktuell 44 (2011) 18-20

* G. Deußing:Redaktionsbüro Guido Deußing, 41464 Neuss

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