Schluss mit schäumenden und spritzenden Proben!

Sulfatasche-Bestimmung gemäß Pharma-Regularien

Problematisch bei der Sulfataschebestimmung ist die Zeitintensität der Analyse, da das Ergebnis erst nach Stunden vorliegt und daher ein schnelles Eingreifen in die laufende Produktion nicht möglich ist. Einen Zeitvorteil schafft die in diesem Artikel vorgestellte Methode mit dem wohl schnellsten Muffelofen der Welt, dem Phönix SAS.

Bild 1: Konventionelle Vorveraschung im Porzellantiegel. Viele Proben bereiten Probleme durch Spritzen und Aufquellen.

Selbst unter Berücksichtigung aller relevanten Normen liefert die in diesem Artikel vorgestellte Methode innerhalb kürzester Zeit aussagekräftige Ergebnisse. Zudem können kritische Proben, die unter klassischen Bedingungen spritzen und schäumen und somit viel Handarbeit beinhalten, mit dem Phönix SAS problemlos, schnell und automatisch bearbeitet werden.

Historie
Die Bestimmung der bei der Verbrennung von organischen Substanzen auftretenden Rückstände zählt schon seit neun Jahrzehnten zu den elementaren Reinheitsprüfungen von Arzneistoffen. Bereits das DAB 5 (Deutsches Arzneimittelbuch) von 1910 und das DAB 6, das 1926 in Kraft trat, enthielten weitgehend gleichlautende Vorschriften zur Durchführung von Analysen zur Bestimmung des Aschegehaltes. Mit dem dritten Nachtrag zum DAB 6 wurde 1959 die Prüfung der Sulfatasche als neue Analysenmethode in die pharmazeutischen Laboratorien eingeführt.

Analoge Entwicklungen fanden beim Japanischen Arzneimittelbuch, bei den amerikanischen Vorschriften USP und beim Eurpäischen Arzneibuch Ph. Eur. statt. Die Bestimmung des Sulfatasche Gehaltes hat sich seitdem bei Eingangskontrollen von Rohstoffen und bei der Qualitätssicherung von laufenden Produktionen einen Platz als wichtige analytische Kenngröße gesichert. In den letzten Jahren wurden auch für Mineralölprodukte, Kautschuk, PVC, Elastomere und eine Vielzahl von Kunststoffen die Sulfatasche als wichtige Analysenmethode zur QS vorgeschrieben (DIN 53568, Teil 2 sowie ISO 247, Rubber - Determination of ash).

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Bild 2: Das Sulfat-Veraschungssystem Phönix SAS stellt eine schnelle, sichere und automatisierbare Alternative dar.

Klassische Analytik wie zu Liebigs Zeiten
Die schwarze Masse kocht und brodelt. Das weiße Porzellanschälchen vibriert leicht auf dem Tisch aus Draht (Bild 1). Die gelblich gefärbten Flammen heizen ihm ordentlich ein. Feucht ist die Luft und rundherum regnet es pechschwarzen Ruß. Diese eher unheimliche Szene beschreibt nichts anderes als den relativ einfachen Prozess der Sulfatveraschung. Unter Veraschungen versteht man per Definition die thermische Zersetzung kohlenwasserstoffhaltiger Produkte, wobei die anorganischen Bestandteile zurückbleiben.

Die Sulfataschebestimmung ist, bedingt durch die einzelnen Arbeitsschritte, ein mühseliger und langwieriger Prozess und zudem für den Bediener äußerst unangenehm. Das Probengut wird dabei in einem Porzellan- oder Platintiegel mit Schwefelsäure versetzt, danach auf offener Flamme vorverascht und anschließend im konventionellen Muffelofen bei ca. 600 °C bzw. 800 °C (je nach Vorschrift) verascht. Aufgrund des umständlichen Analysenverfahrens verwundert es nicht, dass die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei dieser Methode sehr zu wünschen übrig lässt. Neben den aufwendigen Arbeitsschritten (dauert bis zu 12 h) ist das Handling mit der abrauchenden Schwefelsäure zudem äußerst umständlich und gesundheitsbeeinträchtigend.

Nach der Beendigung des Schwefelsäure-abrauchens sind vielfach aufwendige Reiningsarbeiten am Abzug vorzunehmen. Besonders bei schäumenden, quellenden und spritzenden Proben muss der Anwender die Reaktion beobachten, rechtzeitig den Tiegel von der Flamme wegziehen und warten, bis die Probe wieder weiter bearbeitet werden kann. Verpasst der Anwender den richtigen Moment, schäumt die Probe aus dem Tiegel und ist zu verwerfen – sprich: Die Analyse muss von vorn beginnen.

Bild 3: Der Phoenix SAS ist ein auf Mikrowellentechnik basierender Muffelofen.

Die Alternative
Eine Alternative bezüglich der Schnelligkeit, des Arbeitsschutzes, der Automatisation für kritische Proben und des Bedienerkomforts stellt das CEM-Sulfat-Veraschungssystem Phönix SAS (Bild 2) dar. Die komplette Veraschung inklusive Vorveraschung wird im Veraschungssystem Phönix SAS durchgeführt, d.h. einfachstes und vor allem sicheres Handling für den Anwender.

Durch die „Ofen-im-Ofen-Technik“ des Phönix SAS in Kombination mit einer Absaugung der Schwefelsäuredämpfe aus dem Veraschungseinsatz wird eine doppelte Absaugung der teilweise toxischen Verbrennungsprodukte gewährleistet.

Die Veraschungsdauer verkürzt sich deutlich auf ca. 60 min bei gleichzeitiger Veraschung von bis zu 15 Proben (Bild 3). Dabei wird die Probe im Tiegel mit H2SO4 versetzt und in den Phönix SAS gegeben. Mit dem Start der Methode heizt das Phönix SAS innerhalb von 10 min auf 250 °C auf und hält diese Temperatur präzise für 10 min konstant. Während dieser Zeit findet die Vorveraschung im Mikrowellenofen statt. Anschließend erfolgt automatisch die weitere Erhitzung auf 600 °C (bzw. 800 °C) statt, die dann für 20 min konstant gehalten wird. Durch die genauen und reproduzierbaren Temperaturrampen kann ein Verspritzen oder Überschäumen von kritischen Proben verhindert werden.

Bild 4: Probe, die unter klassischen Bedingungen mit Vorveraschung und konventionellem Muffelofen schäumt, spritzt und aus dem Tiegel quillt.

Die besondere Arbeitssicherheit und der Bedienerkomfort des Phönix SAS wird durch eine spezielle Absaugtechnik gewährleistet, die CEM auch in anderen Produkten erfolgreich verwendet. Dabei führt aus dem Veraschungseinsatz mit den zu bearbeitenden Proben ein Quarzrohr zu einer Abscheide- und Neutralisationseinrichtung, bestehend aus Waschflaschen und Aktivkohlefilter. Die Rauchgase werden dabei mittels einer Vakuumpumpe abgesaugt und in den Waschflaschen mit NaOH neutralisiert. Der Bediener ist dabei keiner Exposition mit den Verbrennungsprodukten ausgesetzt und durch die Aktivkohlefilter zudem vor Geruchsbelästigungen geschützt.

Die Anordnung dieser Neutralisationseinrichtung ist wartungsarm und einfach zu bedienen. Damit werden die Anforderungen der ISO 14000 zur Emissionsverminderung erfüllt. Die Raumluft und somit auch der Anwender werden nicht belastet (Arbeitsschutz), und die Installation muss daher auch nicht unter einem Abzug erfolgen.

Für die unterschiedlichen Applikationen steht eine Vielzahl von Zubehör, z.B. spezielle Veraschungstiegel oder eine Temperatur-Kalibriereinheit für die Prüfmittelüberwachung, (IQ & OQ) zur Verfügung.

Studie an kritischen Proben
D. C. Hinz untersuchte spezielle Proben, die unter klassischen Bedingungen mit Vorveraschung und konventionellem Muffelofen schäumen, spritzen und aus dem Tiegel quellen (Bild 4). Als Modellsubstanzen wurden Laktose, Azelainsäure, Megestrolacetat und Phthalazin ausgewählt [1]. Es wurde eine Methode für das Phönix SAS ausgearbeitet, bei der jede Probe mit Schwefelsäure versetzt und direkt bei Raumtemperatur in den Phönix-Ofen gegeben wird. Anschließend wird im Phönix SAS automatisch ohne manuelle Arbeit die Probe mit der Säure langsam auf 550 °C erhitzt und dabei vorverascht.

Danach erfolgt das weitere Aufheizen auf die Endtemperatur von 600 °C. Die Veraschung findet bis zur Gewichtskonstanz statt. Alle Modellsubstanzen werden ohne Probenverlust durch Spritzen, Schäumen oder Quellen sanft im Phönix Muffelofen verascht.

Literatur
[1] "Efficiency improvement for sulfated ash determination by microwave muffle furnace“, D. C. Hinz und U. Sengutta, Poster Pittsburgh Conference 2007. http://www.cem.de/documents/pdf/sulfated_ash_poster_final.pdf.

Ulf Sengutta, CEM GmbH

Ulf Sengutta
CEM GmbH
47475 Kamp-Lintfort
E-Mail: info@cem.de
http://www.sulfatasche.de

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