X-Ray Fluorescence Analysis of Residual Catalysts

Význam tématu

Analýza zbytkových kovových katalyzátorů v organických výrobcích je zásadní pro zajištění bezpečnosti, kvality a souladu s regulačními požadavky (např. ICH Q3D). Homogenní katalyzátory, zejména palladium používané v cross-coupling reakcích, mohou zůstat ve finálním produktu a ohrozit jeho čistotu. Rychlá, neinvazivní a přesná metodika bez nutnosti mokré mineralizace zkracuje čas analýz a usnadňuje kontrolu v průmyslové praxi.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit schopnost X-trážové fluorescenční (XRF) spektrometrie vybavené balíčkem „Pharmaceuticals Impurities Screening Method“ stanovit zbytkové množství palladia (Pd) v organických roztocích a prášcích po Suzuki-Miyaura cross-coupling reakci. Studie demonstruje vývoj kalibrační křivky, kvantifikaci Pd ve třech konstrukčních fázích a hodnocení rychlosti měření při zkrácené integrační době.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky: synthesis kit pro Suzuki-Miyaura cross-coupling reakci s Pd(OAc)₂, fluorofory 1 a 2; selektivní metal scavenger SiliaMetSTM DMT.
• Příprava kalibrace: standardy Pd v rozsahu 0–100 mg/kg (0, 1, 10, 20, 50, 100 mg/kg) v čisté vodě.
• Příprava vzorků: bez mokré předúpravy, vzorky v kontejneru zakrytém polypropylenovou fólií (5 µm), hloubka vrstvy ≥ 5 mm.
• Instrumentace: EDX-7000 s detektorem SDD a Rh cílem.
• Podmínky měření: napětí 50 kV, proud automatický, kolimátor 10 mmϕ, filtry #1 a #2, atmosféra vzduch, integrační časy 300 s (vzorky) a 1 800 s (kalibrace), maximální dead time 30 %.

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrační křivka pro Pd prokázala lineární závislost v rozsahu 1–100 mg/kg s korelačním koeficientem 0,9996 a přesností 0,36 mg/kg.
• Před přidáním katalyzátoru: Pd pod dolní mez kvantifikace (2,3 mg/kg).
• Po přidání katalyzátoru (cílová hodnota 60 mg/kg): stanovení 64,4 mg/kg (fluorofor 1) a 70,0 mg/kg (fluorofor 2).
• Po odstranění katalyzátoru scavengerem: v post-filtračním prášku referenční vzorky ~426–430 mg/kg Pd.
• Zkrácením integračního času na 300 s bylo možné dosáhnout požadované citlivosti a přesnosti, což výrazně zkracuje dobu analýzy.

Přínosy a praktické využití metody

XRF spektrometrie s farmaceutickým screeningovým balíčkem umožňuje:

• Rychlé stanovení stopových kovů v roztocích i prášcích bez mokré mineralizace.
• Splnění požadavků ICH Q3D a interních QA/QC protokolů.
• Efektivní kontrolu zbytkových katalyzátorů ve výrobních procesech.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metodiky na další prvky z ICH Q3D a nižší koncentrace (µg/kg).
• Integrace XRF do automatizovaných systémů řízení kvality.
• Kombinace s dalšími analytickými technikami pro komplexní profil kovových nečistot.
• Vývoj nových filmů a vzorkovacích modulů pro zlepšení citlivosti.

Závěr

Využití XRF spektrometrie se screeningovým balíčkem pro stanovení reziduí palladia v řádu mg/kg prokázalo vysokou přesnost, linearitu a opakovatelnost i při zkrácené integrační době. Metoda je vhodná pro farmaceutický i chemický průmysl ke kontrole zbytkových katalyzátorů v souladu s regulačními standardy.

Reference

• Ueno S. et al. Application Note LAAN-A-XR-E038, Shimadzu Corporation, 2018.
• International Council for Harmonisation (ICH) Q3D Guideline, 2017.
• SPEX CertiPrep, USP-TXM 4 Standard Solution, SPEX, USA.