Karl Fischer contro Attività dell'acqua prodotti farmaceutici

Water has long been recognized as important in determining product safety and stability. Karl Fischer titration is a widely used analytical method for quantifying water content in a variety of pharmaceutical products. Simply knowing the total amount of water by Karl Fischer may not be the most effective method for understanding the effects of water on safety and stability. Water activity (aw) is an alternative water measurement that provides essential information about the energy or availability of water in a product. Numerous scientific investigations demonstrate that water activity is a better predictor of product safety and stability than total amount of water. Water activity has been used in the food industry for decades as an effective tool, and with the publication of USP Method <1112>, it is now considered a viable option in the pharmaceutical industry as well.

Non tutta l'acqua è uguale

L’acqua in un sistema può essere considerata presente in tre forme generali: acqua in massa o “libera”, acqua assorbita e acqua “legata” o monostrato. L’acqua in massa o “libera” ha la stessa energia e le stesse proprietà dell’acqua pura. L’acqua assorbita è trattenuta in modo meno saldo, ma presenta comunque un’energia ridotta e proprietà diverse rispetto all’acqua pura. L’acqua “legata” presenta un’energia ridotta a seguito del legame fisico diretto dell’acqua alla matrice tramite legami idrogeno o ionici. In realtà, le molecole d’acqua passano facilmente da una forma all’altra ed è impossibile quantificare la quantità di acqua presente in una singola forma. Piuttosto, lo stato energetico complessivo dell’acqua è determinato dai contributi relativi di ciascuno di questi strati d’acqua. Una riduzione dell’energia dell’acqua (ovvero Attività dell'acqua minore Attività dell'acqua) comporta una minore disponibilità di acqua in grado di influenzare le reazioni biologiche e chimiche. Contenuto di umidità fornisce la quantità totale di acqua, ma non distingue il tipo di acqua.

Le titolazioni Karl Fischer sono efficaci nel quantificare anche l’acqua fortemente “legata” e sono spesso considerate un metodo di analisi dell’umidità migliore rispetto alla perdita all’essiccamento. Infatti, quest’acqua in eccesso misurata con il metodo Karl Fischer viene spesso definita acqua “legata”. Sebbene un’analisi Karl Fischer possa fornire una determinazione più completa del contenuto totale di acqua, essa fornisce comunque solo la quantità di acqua e non lo stato energetico dell’acqua stessa. Attività dell'acqua l’energia o la “disponibilità” dell’acqua. Non dipende dalla quantità d’acqua, ma dai contributi relativi di ciascun tipo di acqua. Di conseguenza, Attività dell'acqua correlazioni migliori con le velocità di reazione biologiche e chimiche rispetto all’analisi Karl Fischer.

Che cos'è " Attività dell'acqua"?

Attività dell'acqua lo stato energetico termodinamico dell'acqua presente in un sistema. Sebbene non sia scientificamente corretto, può essere utile immaginare Attività dell'acqua la quantità di acqua “disponibile” in un sistema. Non è determinata dalla quantità di acqua presente in un prodotto, ma rappresenta un confronto tra quanto l'acqua contenuta nel prodotto assomigli e si comporti come l'acqua pura. Attività dell'acqua variano da 0 (completamente secco) a 1,0 (acqua pura). Man mano che Attività dell'acqua , l’acqua contenuta in un prodotto perde energia e risulta meno “disponibile” come solvente per la crescita microbica, la reattività chimica o la migrazione dell’umidità. Ad esempio, l’acqua contenuta in un prodotto con Attività dell'acqua 0,80 possiede energia sufficiente a favorire la crescita di muffe, mentre l’acqua presente in un prodotto con Attività dell'acqua a 0,60 non è in grado di sostenere la crescita di alcun microrganismo. Inoltre, Attività dell'acqua , l’acqua diventa più mobile, il che influenza la mobilità molecolare nonché le velocità delle reazioni chimiche ed enzimatiche.

In termini più scientifici, Attività dell'acqua definita come il rapporto tra la pressione di vapore dell’acqua (p) presente in un campione e la pressione di vapore dell’acqua pura (po) a una data temperatura. Misurando questa pressione di vapore rispetto alla pressione di vapore dell’acqua pura alla stessa temperatura, è possibile determinare l’energia dell’acqua presente nel campione. Ciò è plausibile poiché l’acqua associata chimicamente o fisicamente a un campione possiede un’energia inferiore e non tenderà a passare facilmente allo stato di vapore, riducendo così la pressione di vapore sopra il campione.

Perché misurare Attività dell'acqua?

Attività dell'acqua il miglior indice per valutare la crescita microbica. Un prodotto può contenere una percentuale relativamente elevata di umidità, ma se l’acqua è chimicamente “legata” a umettanti o soluti, quali sali, zuccheri o polioli, essa risulta biologicamente non disponibile per la crescita microbica. Il Attività dell'acqua è da decenni di grande utilità per microbiologi e tecnologi alimentari ed è il criterio più comunemente utilizzato per la sicurezza e la qualità degli alimenti. Ogni microrganismo ha Attività dell'acqua limite Attività dell'acqua della quale non può crescere. Non esiste una relazione diretta tra Contenuto di umidità la crescita microbica.

Esiste inoltre una stretta correlazione tra Attività dell'acqua la stabilità fisica dei prodotti. Le differenze nei Attività dell'acqua tra i componenti, oppure tra un componente e l’umidità ambientale, costituiscono un fattore determinante per la migrazione dell’umidità. Sapere se l’acqua verrà assorbita o rilasciata da un determinato componente è essenziale per prevenire il degrado, specialmente se una delle sostanze è sensibile all’umidità. Ad esempio, se si devono miscelare quantità uguali del componente 1 con il 2% di umidità e del componente 2 con il 10% di umidità, si verificherà uno scambio di umidità tra i componenti? Il Contenuto di umidità finale Contenuto di umidità materiale miscelato sarebbe del 6%, ma si è verificato uno scambio di umidità tra il componente 1 e il componente 2? La risposta dipende dalle attività dell’acqua dei due componenti. Se le attività dell’acqua dei due componenti sono uguali, non si verificherà alcuno scambio di umidità.

Allo stesso modo, due ingredienti con lo stesso Contenuto di umidità non essere compatibili se miscelati insieme. Se si mescolano due materiali con attività dell’acqua diverse ma con lo stesso contenuto di umidità, l’acqua si ridistribuirà tra i materiali fino Attività dell'acqua un equilibrio Attività dell'acqua . Pertanto, nel caso di un prodotto multicomponente, per prevenire la migrazione dell’umidità è necessario allineare Attività dell'acqua due componenti. Se un componente presenta Attività dell'acqua superiore Attività dell'acqua all’altro, l’acqua migrerà Attività dell'acqua Attività dell'acqua più elevata Attività dell'acqua Attività dell'acqua più bassa. Questa migrazione potrebbe comportare cambiamenti indesiderati nella qualità di entrambi i componenti. Pertanto, Attività dell'acqua informazioni utili per la progettazione della formulazione, le condizioni di produzione e i requisiti di confezionamento.

Sostituire il metodo di Karl Fischer con Attività dell'acqua

L'analisi di Karl Fischer può fornire risultati affidabili in condizioni controllate, ma è soggetta a numerose fonti di variazione. Inoltre, comporta l'uso di alcune sostanze chimiche non proprio ideali e richiede una formazione specifica per essere eseguita correttamente. Di conseguenza, vi sono diversi motivi per cercare un'alternativa valida. Attività dell'acqua sostituire l'analisi di Karl Fischer, non perché fornisca le stesse informazioni, ma perché offre dati più utili. I risultati forniti da Attività dell'acqua non saranno simili Contenuto di umidità determinato con il metodo Karl Fischer, Contenuto di umidità forniranno correlazioni migliori con la sicurezza microbica, la stabilità chimica e le proprietà fisiche. Ciò è particolarmente vero per i prodotti che possono subire notevoli variazioni di stabilità Contenuto di umidità variazioni minime e difficili da misurare del Contenuto di umidità .

In che modo sono Attività dell'acqua il metodo di Karl Fischer e Attività dell'acqua ?

Esiste una relazione tra il contenuto d'acqua secondo il metodo Karl Fischer e Attività dell'acqua, ma è complessa e specifica per ciascun prodotto. Un aumento Attività dell'acqua solitamente accompagnato da un aumento del contenuto di umidità, ma in modo non lineare. Questa relazione tra Attività dell'acqua Contenuto di umidità una data temperatura è denominata Isoterma di sorbimento dell'umidità. Per la maggior parte dei prodotti, l’isoterma ha forma sigmoidale, sebbene i materiali che contengono grandi quantità di molecole cristalline presentino una curva isotermica di tipo J. Per caratterizzare la relazione isotermica di un prodotto vengono utilizzate molte equazioni diverse. Per Attività dell'acqua ristretti Attività dell'acqua , la regressione lineare può descrivere tale relazione, ma raramente funziona per l’intero Attività dell'acqua . Per caratterizzare l’isoterma nell’intero Attività dell'acqua si ricorre a equazioni più complesse. Le equazioni più comuni sono quelle di Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) e di Brunauer-Emmett-Teller (BET). Analogamente alla regressione lineare, queste equazioni vengono adattate per individuare i coefficienti che meglio spiegano la relazione isotermica. Per determinare tali coefficienti si utilizzano programmi software di analisi dei dati; una volta individuati, essi possono essere impiegati per prevedere il Contenuto di umidità qualsiasi livello di attività dell’acqua o viceversa.

Un'analisi completa dell'umidità con un unico strumento

Sebbene Attività dell'acqua una valida alternativa al metodo Karl Fischer Contenuto di umidità la determinazione Contenuto di umidità ai fini della sicurezza e della qualità del prodotto, potrebbe comunque essere necessario conoscere Contenuto di umidità determinarne la purezza. Attività dell'acqua potrebbe Attività dell'acqua sostituire il metodo Karl Fischer a questo scopo, poiché è possibile determinare Contenuto di umidità Attività dell'acqua Isoterma di sorbimento dell'umidità . Ciò consentirebbe a Attività dell'acqua di sostituire il metodo Karl Fischer, fornendo sia Attività dell'acqua Contenuto di umidità quelle Attività dell'acqua .