ICP-MS 法測定注射用頭孢美唑鈉中31 種元素雜質的含量*

耿 悅，宋蕓峰，沈 杰，張錦琳，袁耀佐**

1 江蘇省食品藥品監督檢驗研究院，南京 210019；2 國家局化學藥物雜質譜研究重點實驗室，南京 210019；3 南京中醫藥大學，南京 210023；4 上海華測艾普醫學檢驗所有限公司，上海 200040；5 安捷倫科技有限公司，上海 200080

元素雜質可能催化藥物活性成分的降解，從而影響藥效及效期，一些特定元素雜質的固有毒性也有可能帶來安全風險[1]。藥品中的元素雜質是企業、監管部門及消費者都很關注的問題。近年來，各國藥品監管部門以及藥典規范都對元素雜質的控制要求愈加嚴格[2，3]。現在一般要求定量測定藥品各生產階段所涉及物料與中間體元素雜質的情況，即對藥品生產過程中的水、輔料、原藥和所有合成中間體的元素雜質進行控制和監測[4]。人用藥品注冊技術要求國際協調會議（ICH）“Q3D 元素雜質指南”[5]基于風險管控的原則，將藥品中存在風險的24 種元素雜質分為4 類（1 類、2A 類、2B 類、3 類），并針對口服、注射和吸入制劑等不同劑型規定不同的限值（元素雜質每日最大允許攝入量，PDE）。《化學藥品注射劑仿制藥質量和療效一致性評價技術要求》[6]關于元素雜質提到，“根據ICH Q3D 的規定，通過科學和基于風險的評估來確定制劑中元素雜質的控制策略，包括原輔包、生產設備等可能引入的元素雜質”。USP<233>[7]也提出了元素雜質方法學驗證的一般要求。

為加強對上市后藥品質量的監管，國家藥品監督管理局將注射用頭孢美唑鈉列入2021 年度國家藥品評價性抽驗計劃。注射用頭孢美唑為注射用無菌粉末，包裝為鈉鈣玻璃模制注射劑瓶或低硼硅玻璃管制注射劑瓶及膠塞。在玻璃包裝材料中，一些金屬離子或陽離子團均有可能從玻璃中遷移到藥物中，過量遷移會影響藥物質量，故《化學藥品注射劑與藥用玻璃包裝容器相容性研究技術指導原則（試行稿）》[8]（以下簡稱玻璃指導原則）要求“結合特定玻璃容器的組分以及添加物質的信息，對所含有的離子進行定量檢查并進行安全性評估”。對于元素雜質的檢測，常用的方法有重金屬法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發射光譜法、電感耦合等離子體質譜法等。頭孢美唑為注射劑，安全性要求更為嚴格，需建立更靈敏、準確的分析方法來監測元素雜質的水平。

本研究主要參考“ICH Q3D 元素雜質指南”及玻璃指導原則。ICP-MS 可以同時分析多種元素，且線性范圍寬，分析能力強，速度快，靈敏度高[9]，本試驗建立了ICP-MS 法測定注射用頭孢美唑鈉中可能存在的31 種元素雜質含量。目前對于注射用頭孢美唑鈉元素雜質的檢測鮮有報道，對于涵蓋ICH Q3D 中24 種元素、玻璃指導原則中的元素及其他值得關注元素的檢測更是未見報道。本試驗通過對國評樣品的元素雜質遷移情況開展篩查，既可掌握注射用頭孢美唑鈉質量整體水平，又能為監管部門對上市后藥品再評價提供技術儲備和數據支持。

1 儀器、試劑與標準物質

Agilent ICP-MS 8900 電感耦合等離子體質譜儀及Masshunter 數據處理軟件（美國安捷倫公司）；XS205 電子天平（瑞士梅特勒托利多公司）。硝酸（德國默克公司）；水為純凈水。

ICH/USP 232 Class1&2 Parenteral Elements（批號0010673282）、ICH/USP 232 Parenteral Combined-1（批號0011048112）、ICH/USP 232 Parenteral Combined-2（批號0011075532）、Pharma Internal Standard 1（批號0107721219）均由安捷倫公司提供。B 標準液（唯一標識碼20C042-1）、Al 標準液（唯一標識碼20A041-3）、Ti 標準液（唯一標識碼20A022）、Fe 標準液（唯一標識碼20C001-5）、Zn（標準液（唯一標識碼20C019-3）、Mn 標準液（唯一標識碼20B021-4）、Si 標準液（唯一標識碼20C009）均由國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供，濃度均為1000 μg·mL-1。

樣品為2021 年國家評價性抽驗樣品，來源于全國28 個省（直轄市、自治區）的20 家生產企業、經營單位以及使用單位，共177 批次。每個單位隨機抽取1 批（分別編號為單位1～20）；一批原研樣品（日本第一三共株式會社）。

2 方法與結果

2.1 ICP-MS 儀器條件

以高純氬氣為載氣，高純氦氣為碰撞氣，采用高基體（HMI）進樣模式。RF 功率：1550 W；載氣流量：1.01 L·min-1；氦氣流量：4.5 mL·min-1；霧化氣流量：0.67 L·min-1；蠕動泵轉速：0.10 rps；霧化室溫度：2℃；采樣深度：10.0 mm；采樣錐類型：Ni。分析模式：全定量，重復3 次，在線內標加入。

2.2 元素雜質限度的制定

參照“ICH Q3D”指導原則[5]和玻璃指導原則[8]，注射劑中31 種元素的 每日最大允許攝入量（permitted daily exposure）PDE 值見表1。本研究參考“ICH Q3D 指南”中濃度轉換方法2a，即特定每日攝入量的藥品（注射用頭孢美唑鈉日最大劑量為4 g）中各組分元素雜質的通用允許濃度限度，計算各元素雜質的通用允許濃度（限度值）。根據各元素雜質的限度值，稀釋合理倍數，得到稀釋后溶液中的限度濃度（J）。因ICP-MS 測定大多數元素的線性動態范圍在0.1～1000 ng·mL-1，故本研究中調整稀釋倍數為250 倍，使溶液中各目標元素J 值在ICP-MS合適的線性動態范圍內。各目標元素限度值及J 值見表1。

表1 元素PDE 值和J 值轉換表

2.3 溶液制備

2.3.1 供試品溶液 取注射用頭孢美唑鈉，按照規格加水溶解轉入20 mL 塑料量瓶中，搖勻，制成0.1 g·mL-1的樣品儲備液；取該液2 mL 于50 mL 塑料量瓶中，用0.2%硝酸溶液稀釋至刻度，搖勻。

2.3.2 標準曲線溶液 分別按各元素限度濃度的0～300%作線性范圍，設計6 個濃度點為0、0.25、0.5、1.0、2.0、3.0 J，考察各元素線性關系，以0.2%硝酸溶液為稀釋劑及空白溶液。線性溶液濃度見表2。

表2 線性溶液濃度

2.3.3 內標溶液 精密量取5 mL Pharma Internal Standard 1 到50 mL 容量瓶中，用0.2%硝酸溶液稀釋至刻度，搖勻。內標溶液中Bi、Ge 和In 濃度為500 μg·L-1，Sc 為1000 μg·L-1，元素7Li、11B、27Al、30Si、47Ti、51V、52Cr、55Mn、56Fe 以45Sc 為內標，元素59Co、60Ni、63Cu、66Zn、75As、78Se 以72Ge 為內標，元素95Mo、101Ru、103Rh、105Pd、107Ag、114Cd、118Sn、121Sb、138Ba 以115In為內標，元素189Os、193Ir、195Pt、197Au、201Hg、205Tl、206Pb 以209Bi 為內標。

2.4 方法學考察

2.4.1 方法的專屬性 由于《中國藥典》2020 版暫未對元素雜質方法驗證有細致要求，本次試驗參考USP ＜233 ＞方法學驗證要求完成。其分析方法應能明確檢測每種元素雜質，共存的其他成分（包括其他元素雜質、基質成分）不干擾檢測[7]。本方法選擇的待測同位素見“2.3.3”項下，待測元素均有各自的m/z，不互相干擾檢測；空白溶液中31 個待測元素的m/z 位置強度值均較低，小于標準曲線溶液3（1.0 J）響應值的10%，空白溶液干擾小；樣品溶解加標與標準曲線溶液3（1.0 J）對比的方法表明，基質干擾在10%以內，無較強干擾，滿足專屬性要求。

2.4.2 線性關系考察 取“2.3.2” 項下標準曲線溶液和“2.3.3”項下內標溶液進樣，以元素強度與內標強度比值（Y）為縱坐標，質量濃度（X）為橫坐標，進行線性回歸，結果見表3。31 種元素的線性關系良好。

2.4.3 檢測限及定量限 取“2.3.2”項下的空白溶液，按“2.1”項下儀器條件連續進樣測定11 次，計算各元素濃度的標準偏差。以3 倍標準偏差所對應的濃度值作為檢測下限，10 倍標準偏差所對應的濃度值作為定量限，結果見表3。

表3 回歸方程、線性范圍、檢測限及定量限

2.4.4 回收率試驗 按照“2.3.1”項方法制備樣品儲備液，精密量取該儲備液2 mL 于50 mL 塑料量瓶之中（n=9），分別精密加入各測定元素相應的儲備液適量，配制成含各測定元素0.5、1.0、1.5 J 的溶液，每個濃度平行制備3 份。以回收率溶液中待測元素響應值和內標元素響應值的比值，扣除試劑空白后，以線性回歸方程算得各待測元素的含量，采用Masshunter 軟件計算回收率，驗證方法準確度。結果見表4，表明本方法回收率良好。

2.4.5 重復性試驗 按照“2.3.1”項方法平行制備6份供試品溶液，按“2.1”項下儀器條件測定，儀器自動扣除空白，分別計算樣品中各元素的含量，根據測得值計算6 份數據的RSD 值，且31 種元素的RSD 值均＜20%，結果表明儀器重復性良好，結果見表4。

表4 加樣回收率和重復性結果（n=6）

2.4.6 樣品測定結果 從本次國評抽驗的20 家企業的樣品中各隨機抽取1 批，加一批原研企業的樣品，按“2.3.1”項下制備供試品溶液，按“2.1”項下儀器條件測定，儀器自動扣除空白，分別計算樣品中各元素的含量。國產制劑和原研制劑中Cd、Hg、V、Ag、Ir、OS、Rh、Se、Tl、Mo、Li、Sb、Sn、B、Si，15 種元素含量均低于檢測限；As、Co、Ru、Al 4 種元素含量均低于定量限；個別企業檢出了極微量的Pb、Pt、Cr、Cu、Zn、Ti、Mn；大部分企業檢出了微量的Ni、Au、Pd、Ba 和Fe。其中，Ni 元素檢出量為0.0486～0.1261 μg·g-1，Au 元素檢出量為0.279～2.497 μg·g-1，Pd 元素檢出量 為0.006～0.065 μg·g-1，Ba 元素檢 出量為0.069～1.131 μg·g-1，Fe 元素檢出量0.268～1.173 μg·g-1。總之，注射用頭孢美唑鈉中的元素雜質含量遠小于限度的30%。國產制劑與原研制劑元素雜質含量無顯著差異，國產制劑在元素雜質方面質量可控。

3 討論

3.1 供試品溶液制備方法的選擇

元素分析時樣品常需要進行一些溶劑化處理后才能進行分析。微波消解是一種常用的元素分析前處理方法，可以處理一些基質較為復雜的樣品；但對于溶解性好、成分簡單的物質而言以直接溶解法操作簡單，處理步驟較少，相比其他方法不容易引入污染。本品種屬于原料藥直接灌裝的注射劑，選擇了直接溶解法，此法能夠滿足測定需要。

3.2 儀器測定模式的選擇

在ICP-MS 測定過程中，內標的應用具有重要作用，選擇合適的內標，不僅可以避免電離效應與基質效應的影響，還對結果有校正作用，能提高分析結果的準確性[10]。同時使用He 碰撞反應池技術可有效消除儀器多原子質譜干擾。本次抽驗產品鈉含量為5%，測定時儀器樣品錐容易積鹽影響內標的回收率，降低靈敏度，影響測定準確度。在試驗中打開儀器的稀釋氣即高基體樣品引入系統對其進行在線稀釋，有利于含鹽量較高樣品的分析。

3.3 稀釋溶劑的選擇

注射用頭孢美唑鈉在水中溶解性好，在酸中的溶解度不佳，而大部分元素在稀酸溶液中較為穩定。嘗試不同濃度的硝酸、鹽酸及硝酸與鹽酸混合溶液，在供試藥品溶解性和元素雜質穩定性中尋求平衡，最終確定了0.2%硝酸作為溶劑。

3.4 元素的選擇

“ICH Q3D 元素雜質指南”[5]對藥品中存在風險的24 種元素雜質PDE 有明確規定（見表1）。玻璃指導原則要求測定遷移入注射劑藥液的常見元素，包括Si、Na、B、Al、Ti、Mn、Fe、Zn。《化學藥品與彈性體密封件相容性研究技術指導原則》[11]還要求關注S 元素。

由于頭孢美唑分子中含有硫元素且為鈉鹽，所以本次遷移試驗未能測定Na 與S 元素。

本試驗測定了注射用頭孢美唑鈉中的31 種具有潛在風險的元素雜質的含量。供試品為國家評價性抽驗樣品，其原輔包來源和生產設備均不盡相同，故本研究開展遷移試驗，測定所有來源元素雜質總量，結果表明，國產注射用頭孢美唑鈉元素雜質質量可控。

3.5 ICP-MS 法的優缺點

當元素雜質測定時，常采用原子吸收光譜法、ICP-MS 法、ICP-OES 法。原子吸收光譜法具有靈敏度好、準確性高、檢測限低和精密度好等優點；但每次只能測1 個元素，應用于多批次樣品的多種元素測定時費時耗力。ICP-OES 法可同時測定許多元素；但檢測靈敏度不如ICP-MS 高。ICP-MS 法以其線性范圍寬、精密度高、準確性好和檢測限低等優點被廣泛應用；但ICP-MS 儀器價格比較昂貴，而且維護成本也很高，并且由于ICP-MS 的檢測限低、靈敏度高，對所用純化水和酸的質量要求較高。

4 小結

本研究采用ICP-MS 法測定了注射用頭孢美唑鈉中31 種具有潛在風險元素雜質的含量，操作簡單，通過方法學驗證了其科學性與可靠性，證明方法靈敏度高，專屬性強，重復性好，可用于其他相似藥品元素雜質的含量測定。因檢測樣品覆蓋面較廣，測定結果好，給生產企業和監管部門對注射用頭孢美唑鈉元素雜質的風險評定提供數據支持及技術依據。