ICH Q2

En su Validación de los procedimientos analíticos², la Conferencia Internacional sobre Armonización destaca las características a tener en consideración durante la validación de los procedimientos analíticos. Contiene términos y definiciones que tienen por objeto salvar las diferencias que suelen existir entre los diversos compendios y reguladores de la CE, Japón y Estados Unidos. Los usuarios de analizadores de COT destinados a medir las impurezas presentes en las aguas de grado farmacéutico podrían encontrar de utilidad el asesoramiento y la orientación que se brinda en el documento.

Análisis de COT

El análisis de COT en aguas de grado farmacéutico es una prueba no específica en el sentido de que informa de manera efectiva el peso en partes por mil millones (ppb) de carbono derivado de material orgánico en el agua, pero no puede discriminar entre diferentes tipos de material orgánico. Además, no puede informar de la cantidad real de material orgánico presente porque la cantidad de carbono en una molécula orgánica varía entre diferentes materiales orgánicos. Por ejemplo, una molécula de sacarosa contiene 12 átomos de carbono, mientras que una molécula de metanol contiene solo un átomo de carbono. Si un analizador de COT informa de 100 ppb de COT, puede significar que el agua contiene un gran número de moléculas de un material orgánico que tiene muy pocos átomos de carbono presentes, o puede ser que haya un número mucho más pequeño de moléculas que contienen un mayor número de átomos de carbono por molécula.

Carbono orgánico total: COT
Carbono total: CT
Carbono inorgánico total: CIT

Exactitud de la medición

Todos los analizadores de COT de uso común en sistemas de agua farmacéutica comparten el objetivo de oxidar el material orgánico presente en el agua³ y luego medir el dióxido de carbono resultante que se libera de la molécula orgánica oxidada. Algunos analistas miden este dióxido de carbono en la fase de gas, otros lo miden en la fase disuelta. Los tres métodos más comunes que se utilizan para oxidar el material orgánico son (1) la exposición a luz ultravioleta (UV), (2) el persulfato en presencia de luz UV o (3) el uso de un sistema de combustión a alta temperatura.

ICH Q2 analiza la exactitud de la medición y sugiere que la exactitud puede inferirse una vez que se hayan establecido la precisión, la linealidad y la especificidad, y sugiere que la linealidad se establezca utilizando un mínimo de 5 concentraciones del estándar rastreable.

El Comité Conjunto de Guías de Metrología sugiere en su Guía para la expresión de la incertidumbre de medida⁴ que cuanto mayor sea el nivel de complejidad en una medición, mayores serán las incertidumbres de la medición, debido simplemente al mayor número de aproximaciones y suposiciones incorporadas en el método de medición, lo cual afecta a la exactitud y la capacidad del analizador de medir niveles muy bajos de analito.

Desafíos de especificidad

En su documento guía del Validación de procedimientos analíticos², la Conferencia Internacional sobre Armonización destaca la necesidad de que un procedimiento analítico tenga especificidad, es decir, “la capacidad de evaluar inequívocamente el analito en presencia de componentes que se espera que estén presentes”³. Uno de los principales desafíos para medir el dióxido de carbono del material orgánico en agua es que las aguas farmacéuticas contienen también cantidades relativamente grandes de carbono inorgánico total (CIT) en forma de carbonatos y gas de dióxido de carbono disuelto, debido en gran parte a la mayor concentración de gas de dióxido de carbono disuelto en el agua producido por el proceso de ósmosis inversa (RO) que se utiliza para fabricar agua farmacéutica. Esto puede afectar tanto la sensibilidad como la especificidad del sistema de detección, especialmente cuando se intenta medir agua muy baja en COT en presencia de una alta concentración de CIT. Esta anomalía se enfatiza en los analizadores de COT que utilizan múltiples sensores para medir el CT y el CIT y luego realizar operaciones matemáticas para restar uno del otro con el fin de estimar el contenido de COT (consulte la Fig. 3).

Los analizadores que dependen del cálculo del COT a partir del CT y CIT enfrentan un reto al intentar medir cantidades muy bajas de COT en presencia de cantidades relativamente altas de CIT, ya que las inexactitudes relativamente pequeñas entre los sensores de CIT y CT pueden conducir a un exceso o falta de informes de COT5 (consulte la Figura 4)

Las incertidumbres de medición inherentes en el analizador de COT pueden provocar una posible imprecisión en el nivel de COT notificado del +/-78 %, como se observa en el ejemplo en la Fig. 4, lo que provoca la pérdida de confianza en el sistema de detección y cuestiona la fiabilidad de los datos para calificar el agua de grado farmacéutico. El problema se agrava en el caso de los laboratorios de control de calidad que deseen medir el COT en su suministro de agua entrante. Las variaciones estacionales en los niveles de CIT harán que el usuario tenga que invertir en un dispositivo de eliminación de CIT y monitorizar constantemente los niveles de CIT en su agua entrante para asegurarse de que nunca se supere el nivel máximo recomendado por el fabricante de su analizador de COT. Algunos fabricantes de analizadores recomiendan una relación máxima entre CIT y COT de 10:16, por lo que en una muestra de agua que contenga 10 ppb de COT, el CIT no debe superar los 100 ppb para que el analizador funcione correctamente.

Normalmente, los analizadores de combustión a alta temperatura intentan resolver el problema del CIT incorporando un paso de eliminación de CIT. El pH de la muestra de agua se modifica mediante la adición de un ácido, que fuerza al TIC a precipitar de la solución en forma de gas de dióxido de carbono. Luego, se elimina el dióxido de carbono procedente del CIT de la solución haciendo pasar un gas portador sin CO2 a través de la muestra. Estos ciclos de dispersión son de duración fija y siempre existe el riesgo de que no se elimine todo el CIT y deje algún residuo que interfiera con la estimación del COT. En consecuencia, los usuarios se ven obligados a pasar por el paso innecesario de medir los niveles de CIT en la muestra de agua para garantizar que no superen los niveles máximos especificados por el fabricante de su analizador de COT.

Una alternativa es monitorizar la eliminación de CIT para garantizar que este se haya eliminado por completo antes de comenzar el análisis de COT. Este método evita el cuestionamiento de especificidad del CIT y la exactitud de la medición del COT es independiente de los niveles de CIT presentes. El método se puede mejorar aún más con un único sensor de CO2 que mida tanto el CIT como el COT. Este método, en lugar de calcular el COT a partir del CT y el CIT, mide directamente el CO2 del COT en una medición independiente una vez que se ha eliminado todo el CIT por completo. La exactitud del sensor de medición de +/-2 % ahora se relaciona únicamente con el valor de COT medido en vez de los valores de CT y CIT medidos que se utilizan en los otros métodos. Refiriéndose al ejemplo de la Fig. 4 donde el valor real de COT es de 100 ppb, este método notificaría entre 98 ppb y 102 ppb, lo que da más confianza al usuario en cuanto a que los resultados de COT notificados reflejan con exactitud la cantidad real de COT en el agua a partir de una medición directa en vez de a partir de un cálculo.

Por supuesto, este método alternativo se basa en que el analizador sea capaz de medir la eliminación completa del CIT. El sensor debe ser capaz de medir si se ha eliminado el CO2 del CIT antes de que se encienda la luz ultravioleta y comience la oxidación de los orgánicos a CO2.

El reto del límite de detección

El documento guía ICH Q2 diferencia entre tres procedimientos analíticos: Identificación, pruebas de impurezas y ensayo. Aunque el documento sugiere que el límite de cuantificación de un analizador puede no ser relevante en una prueba de límite de impureza, como la prueba de COT, indica que el límite de detección es una característica importante para dichas pruebas.

Como se mencionó anteriormente en este documento, los analizadores de COT notifican el peso en partes por mil millones (ppb) de carbono derivado de material orgánico en el agua. Esto conlleva su propio reto, ya que los sistemas de agua farmacéutica modernos pueden contener <10 ppb de COT y muchas tecnologías de análisis de COT de laboratorio tendrán dificultades para informar de forma precisa a estos bajos niveles. Por lo tanto, el analizador no puede informar del nivel de COT y se deja al usuario con mensajes de error, como “El nivel de COT está por debajo del límite de detección”. Por supuesto, muchos usuarios no se dan cuenta de esto porque el acto de tomar una muestra puntual de un sistema de agua contaminará inevitablemente la muestra, lo que conduce a lecturas de COT normalmente superiores a 100 ppb. Por lo tanto, los propietarios de sistemas de agua de COT muy bajo pueden estar, de hecho, midiendo y notificando la contaminación de COT del proceso de muestreo puntual, pero no el COT real en su sistema de agua.

Los niveles de COT muy bajos son aún más difíciles para los analizadores que empleen múltiples sensores y estimen el COT restando el CIT medido del CT. El analizador efectivamente puede informar un valor de COT estimado, incluso cuando los errores de precisión inherentes en los múltiples sensores utilizados para medir el CT y el CIT pueden tener un impacto tan grande en la precisión del valor de COT notificado⁵, como se muestra en la Fig. 4.

Aunque se entiende que algunos analizadores no pueden resolver con precisión hasta estos niveles bajos de COT e informarán simplemente de que “El nivel de COT está por debajo del límite de detección”, es incómodo liberar un lote de producto utilizando una ausencia de datos cuando podría haber una posibilidad real de que el analizador no tomara una medición correcta porque se quedó sin gas portador o reactivo oxidante. El usuario debe asegurarse de que el gas portador y los reactivos estén presentes antes y después del análisis y esto se hace normalmente añadiendo estándares de COT de 500 ppb certificados al lote de muestras de agua que se analizarán al inicio, en el centro y al final de la bandeja del automuestreador del analizador. Sin embargo, dado que los analizadores de COT de laboratorio se configuran y utilizan con frecuencia durante la noche, un fallo en el gas portador o el suministro de reactivos durante la noche puede significar que el usuario sea consciente de que los resultados del lote de muestras de agua no son correctos cuando comprueban el analizador al día siguiente, pero no pueden volver a probar el lote de muestras de agua porque el analizador ha utilizado todas las muestras durante la noche para analizarlas. Esto puede dejar al usuario sin pruebas de que el sistema de agua estuviera en cumplimiento durante el lote de producto fabricado el día anterior.

Conclusión

El análisis preciso de carbono orgánico total del agua de grado farmacéutico moderno con bajo contenido de COT se enfrenta a muchos desafíos. Los instrumentos que utilizan múltiples sensores para medir el CT y el CIT y luego calcular el COT pueden sufrir errores debido a inexactitudes en las mediciones del CT y el CIT⁵. Los analizadores que utilizan solo un sensor para realizar las mediciones pueden ofrecer un resultado más preciso porque hay menos aproximaciones y suposiciones en la medición⁴.

La especificidad en presencia de carbono inorgánico es un desafío para muchos analizadores. Un método más preciso es garantizar y monitorizar la eliminación completa de CIT antes de medir directamente el COT.

Muchos diseños del analizador son simplemente incapaces de medir niveles bajos de COT en ppb debido al límite de detección del analizador debido a las múltiples aproximaciones y suposiciones de la medición⁴. Aunque las farmacopeas requieren que el analizador de COT tenga un límite de detección de 50 ppb¹, esto no es suficiente cuando se mide agua desde un sistema de COT moderno y de bajo ppb.

Los usuarios que deseen utilizar un analizador de COT de rango más amplio que utilice una combinación de reactivos oxidantes y/o gases portadores deben poner en práctica métodos y comprobaciones para garantizar que el analizador no puede continuar realizando análisis y destruir muestras de agua cuando el reactivo o el gas se agoten. Puede ser una comprobación manual o puede diseñarse en el analizador para que este controle continuamente todos los parámetros críticos del análisis y detenga el análisis en caso de que algo salga mal.

La orientación proporcionada en el documento de orientación ICH Q22 puede ayudar a los usuarios a determinar la idoneidad del diseño y el rendimiento de los analizadores de COT de laboratorio a la luz de los desafíos de medir el COT en sistemas de agua modernos de bajo COT descritos en este documento.

Referencias

1. US Pharmacopeia Convention, United States Pharmacopoeia, Rockville MD, USA and Council of Europe, European Directorate for the Quality of Medicines & Healthcare, European Pharmacopoeia, Strasbourg, France

2. Conferencia Internacional sobre Armonización de Requisitos Técnicos para el Registro de Productos Farmacéuticos para Uso Humano, Validación de procedimientos analíticos: Texto y metodología Q2(R1), Noviembre de 2005 [8 de agosto de 2014],http://www.ich.org/fileadmin/Public_Web_Site/ICH_Products/Guidelines/Quality/Q2_R1/Step4/Q2_R1__Guideline.pdf [8 de agosto de 2014]

3. Council of Europe, European Directorate for the Quality of Medicines & Healthcare, European Pharmacopoeia 8.0, 01/2008:20244, Total Organic Carbon in Water for Pharmaceutical Use, Strasbourg, France

4. Comité Conjunto de Guías de Metrología, Evaluación de datos de medición: Guía para la expresión de incertidumbre de medida, ref. JCGM 100:2008 Primera edición: septiembre de 2008,http://www.iso.org/sites/JCGM/GUM-JCGM100.htm [8 de agosto de 2014]

5. GE Analytical Instruments, Technical Bulletin The Sievers Inorganic Carbon Remover (ICR), Boulder, Colorado, EE. UU. www.geinstruments.com [8 de agosto de 2014]

6. Instrumentos analíticos de GE, analizadores de carbono orgánico total serie Sievers 900, manual de funcionamiento y mantenimiento, ref. DLM 90688-03 Rev. A, 2011, Boulder, Colorado, EE. UU. www.geinstruments.com [8 de agosto de 2014]

7. Sociedad Internacional de Ingeniería Farmacéutica, La Guía de buenas prácticas de ISPE: Ozone Sanitization of Pharmaceutical Water Systems, Primera edición, julio de 2012 http://www.ispe.org/ispe-good-practiceguides/ozone-sanitization-pharmaceutical-water-systems [14 de agosto de 2014]

8. Pharmaceutical and Healthcare Sciences Society, Best Practice for Particle Monitoring in Pharmaceutical Facilities, PHSS Technical Monograph No.16, Primera Edición 2008, ISBN 978-1-905271-15-3