Investigation of sweeping as a sample enrichment method in micellar electrokinetic chromatography in the analysis of pharmaceutical preparations and biological fluids

The present thesis deals with the study of sweeping as one of the most important sample preconcentration techniques in micellar electrokinetic chromatography (MEKC). The work includes the study of the fundamentals of sweeping as well as the application in the pharmaceutical field. The thesis is divi...

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Main Author: El-Awady, Mohamed
Contributors: Pyell, Ute (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2013
Chemie
Subjects:
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Table of Contents: Diese Arbeit untersucht Sweeping als eine der wichtigsten Probenvorbereitungstechniken in der Mizellaren Elektrokinetischen Chromatographie. Sie beinhaltet eine Studie der Grundlagen des Sweeping und seine Anwendung im Bereich der pharmazeutischen Analytik. Die Arbeit ist in vier Teilbereiche unterteilt. Im ersten Teil der Arbeit werden die Prozesse diskutiert, die in das Sweeping unter den Bedingungen des homogenen und inhomogenen elektrischen Feldes einbezogen sind: Stacking oder Destacking der Mizellen, die in die Probenzone hineinmigrieren, Sweeping der Analyte durch die angereichterten oder abgereicherten Mizellen und Stacking oder Destacking der vorangereicherten Analytzone. Eine neue robuste und verlässliche Methode zur Bestimmung der Sweeping-Effizienz wird entwickelt basierend auf der Erfassung der Abhängigkeit der Peakhöhe vom Probeaufgabevolumen. Die so erhaltenen Werte stimmen gut mit den theoretisch vorhergesagten überein. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Sweeping-Effizienz für neutrale Analyte unabhängig ist von der elektrischen Leitfähigkeit in der Probenmatrix. Es wird ebenfalls gezeigt, dass in manchen Fällen unerwartet hohe Anreicherungs-Faktoren erhalten werden, die durch Fokussierung der Mizellen durch transiente Isotachophorese erklärt werden können. Im zweiten Teil der Arbeit wird die entwickelte Methode zur Bestimmung der Sweeping-Effizienz auf den allgemeinen Fall bezogen, in dem sowohl der Verteilungskoeffizient als auch die elektrische Leitfähigkeit in der Proben- und in der Trennzone variiert werden. Es wird gezeigt, dass im allgemeinen Fall – im Gegensatz zur klassischen Beschreibung des Sweeping – der erreichbare Anreicherungsfaktor nicht nur vom Retentionsfaktor des Analyten in der Probenzone sondern auch vom Retentionsfaktor in der Trennzone abhängt. Die Existenz eines zusätzlichen Fokussierungs-/Defokussierungsschritts wird nachgewiesen. Dieser zusätzliche Schritt wird als „Retentionsfaktor-Gradient-Effekt“ [retention factor gradient effect (RFGE)] bezeichnet. Die Gültigkeit der hergeleiteten Gleichung wird experimentell und theoretisch unter Variation des Volumenanteils an organischem Lösungsmittel (in der Probe und/oder im Trennelektrolyten), der Art des organischen Lösungsmittels (in der Probe und/oder im Trennelektrolyten), der elektrischen Leitfähigkeit (in der Probe), des pH (in der Probe) und der Konzentration des Tensids (im Trennelektrolyten) bestätigt. Im dritten Teil der Arbeit werden die Prozesse, die in das Sweeping bei Cyclodextrin-modifizierter MEKC (CD-MEKC) einbezogen sind, mit einem Schwerpunkt auf “dynamic pH junction” und Adsorption der Analyte an der Kapillarwand diskutiert. Untersucht werden Ethylparaben (ein für pharmazeutische Formulierungen eingesetztes Konservierungsmittel) als ein Beispiel für saure Analyte und Desloratadin (ein Antihistaminikum) als ein Beispiel für basische Analyte unter Verwendung unterschiedlicher β-Cyclodextrine. Der Einfluss von RFGE als ein zusätzlicher Fokussierungs-/Defokussierungs-Effekt wird unter den Bedingungen unterschiedlicher Konzentration an Cyclodextrin und unterschiedlichen pH-Werts von Probenzone und Trennzone bestätigt. Desloratadin weist einen unerwartet niedrigen Anreicherungsfaktor auf, verglichen mit dem Anreicherungsfaktor, der für das weitaus weniger hydrophobe Ethylparaben erreicht wurde. Dieses unerwartete Verhalten wird starker Adsorption der protonierten Spezies dieses Wirkstoffs an der Kapillar-Innenwand in der Probenzone (welche dem Sweeping-Prozess entgegenwirkt) zugeschrieben. Diese Zuschreibung wird durch Verbesserung des Anreicherungs-Faktors durch Zusatz eines dynamischen Coating-Agens zur Probenlösung bestätigt. Im vierten Teil der Arbeit wird ein CD-MEKC Verfahren zur Bestimmung der Antihistaminika Loratadin und Desloratadin (Hauptmetabolit und Verunreinigung von Loratadin) entwickelt. Adsorption an der Kapillar-Innenwand und hohe Retentionsfaktoren erschweren die Lösung dieser Aufgabe. Die Verwendung einer Probenlösung mit niedrigem pH verbessert sowohl die Löslichkeit der Analyte als auch ihren Anreicherungsfaktor. Zusätzlich verringert die Verwendung eines basischen Trennelektrolyten und Cyclodextrin die Adsorption im Bereich der Trennzone. Eine Trennung wird innerhalb von weniger als 7 min unter Verwendung eines Trennelektrolyten bestehend aus 10 mmol L-1 Natriumborat-Puffer (pH 9,30), 40 mmol L-1 SDS und 20 mmol L-1 Hydroxypropyl-β-CD erreicht, während die Probenlösung 10 mmol L-1 Phosphorsäure (pH 2,15) enthält. Alle erforderlichen Validierungsparameter werden bestimmt. Das entwickelte Verfahren wird zur Quantifizierung der untersuchten Wirkstoffe in Tabletten und gespiktem menschlichem Urin eingesetzt. Desloratadin wird als Verunreinigung im Reinstoff Loratadin beim Grenzwert von 0,1% (m/m) bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung mit denen des offiziell zugelassenen flüssigchromatographischen Verfahrens.