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Titel: Investigation of sweeping as a sample enrichment method in micellar electrokinetic chromatography in the analysis of pharmaceutical preparations and biological fluids
Autor: El-Awady, Mohamed
Weitere Beteiligte: Pyell, Ute (Prof. Dr.)
Veröffentlicht: 2013
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2013/0381
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2013-03813
DOI: https://doi.org/10.17192/z2013.0381
DDC: Chemie
Titel(trans.): Untersuchung des Sweeping als Probeanreicherungsverfahren in der Mizellaren Elektrokinetischen Chromatographie in der Analyse von pharmazeutischen Präparaten und biologischen Flüssigkeiten
Publikationsdatum: 2013-08-14
Lizenz: https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Sweeping, Pharmaceutical analysis, Adsorption, Kapillarelektrophorese, Probenmatrix-Einfluss, Retention factor gradient effect, pharmazeutischen Analytik, Micellare elektrokinetische Kapillarchromatographie, Desloratadin, Loratadin, Sample matrix effect, Cyclodextrine, Retentionsfaktor-Gradient-Effekt, Sweeping

Summary:
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 divided into four main parts. In the first part of the thesis, the processes involved in sweeping under homogeneous and under inhomogeneous electric field conditions are theoretically discussed. These processes include stacking or destacking of micelles when entering the sample zone, sweeping of analytes by the stacked or destacked micelles, and destacking or stacking of the swept analyte zone. A new robust and reliable method for the assessment of the sweeping efficiency is developed based on recording the peak height dependent on the injected sample volume. The values obtained via this method agree well with theoretically predicted ones. The results obtained show that the sweeping efficiency for neutral analytes is independent of the electric conductivity of the sample matrix. It is also shown that under specific conditions unexpectedly high enrichment factors are obtained which are attributed to the focusing of neutral analytes by micellar transient isotachophoresis. In the second part of the thesis, we extend our developed method for the assessment of sweeping efficiency to the general case, in which the distribution coefficient and the electric conductivity is varied in the sample and BGE compartments. It is shown that in the general case – in contrast to the classical description of sweeping – the obtainable enrichment factor is not only dependent on the retention factor of the analyte in the sample zone but also dependent on the retention factor in the BGE. An additional focusing/defocusing step is confirmed and the term “Retention factor gradient effect (RFGE)” is introduced. The validity of the derived equation is confirmed experimentally and theoretically under variation of the organic solvent content (in the sample and/or the BGE), the type of organic solvent (in the sample and/or the BGE), the electric conductivity (in the sample), the pH (in the sample), and the concentration of surfactant (in the BGE). In the third part of the thesis, the processes involved in sweeping in cyclodextrin-modified micellar electrokinetic chromatography (CD-MEKC) are theoretically discussed with a special focus on dynamic pH junction and adsorption of the analyte onto the capillary wall. Ethylparaben (pharmaceutical preservative) as an example of acidic analytes and desloratadine (antihistaminic drug) as an example of basic analytes are investigated using different types of ß-cyclodextrins. The presence of RFGE as an additional focusing/defocusing effect in sweeping-CD-MEKC is confirmed under the conditions of different content of cyclodextrin and different pH between the sample and the BGE. Desloratadine shows an unexpectedly low enrichment factor compared to the less hydrophobic ethylparaben. This unexpected behavior is ascribed to the strong adsorption of the protonated species of this drug onto the inner capillary wall in the sample zone that significantly counteracts the sweeping process. This effect is confirmed by the improvement in the enrichment factor achieved by the addition of a dynamic coating agent to the sample solution. In the fourth part of the thesis, a CD-MEKC method is developed for the simultaneous determination of the antihistaminic drugs loratadine and desloratadine (the major metabolite and an impurity of loratadine). The tendency of these drugs, as hydrophobic basic analytes, to be adsorbed onto the inner capillary wall and the difficulty to separate them due to the extremely high retention factors make the present study challenging. The use of a low pH sample solution overcome problems associated with the low solubility of the studied analytes in aqueous solution while having advantages with regard to online focusing. In addition, the use of a basic BGE and the presence of cyclodextrin reduce the adsorption of these analytes in the separation compartment. The separation is achieved in less than 7 min using a BGE consisting of 10 mmol L-1 sodium borate buffer, pH 9.30 containing 40 mmol L-1 SDS and 20 mmol L-1 hydroxypropyl-β-CD while the sample solution is composed of 10 mmol L-1 phosphoric acid, pH 2.15. All validation parameters are thoroughly investigated. The developed method is successfully applied to the analysis of the studied drugs in tablets and in spiked human urine. Moreover, desloratadine is detected at the stated pharmacopeial limit (0.1%) as an impurity in loratadine bulk powder. The obtained results are compared with those of the official liquid chromatographic method and are found in a good agreement.

Zusammenfassung:
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.


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