Đo độ ngăn hơi nước và khí của bao bì dược phẩm thế nào?

Màng bao bì dược phẩm được kiểm tra độ ngăn cách bằng hai nhóm thử nghiệm bổ sung cho nhau. Tốc độ truyền hơi nước (WVTR) được đo bằng phương pháp cốc trọng lượng, điện phân và detector hồng ngoại, thường ở 23 °C ± 0,5 °C và 90 % ± 2 % RH, với tấm cứng composite rào chắn cao yêu cầu không quá 2,5 g/(m²·24h). Tốc độ truyền khí (GTR) được đo chủ yếu bằng phương pháp chênh áp ở 23 °C ± 2 °C, 50 % ± 5 % RH với chênh áp 0,1 MPa, và độ truyền oxy của tấm rào chắn cao giới hạn ở 30 cm³/(m²·24h·0,1 MPa).

1. Vì sao bao bì dược phẩm phải kiểm tra độ ngăn cách

Dạng bào chế rắn rất nhạy với hơi nước: viên nén hút ẩm sẽ mềm, thủy phân, vỏ nang cứng hoặc mềm dù hút hay mất nước. Dung dịch và hoạt chất lại nhạy với oxy: khí lọt vào sẽ oxy hóa và phân hủy hoạt chất. Vì vậy WVTR và GTR là chỉ tiêu bắt buộc trong hồ sơ đăng ký và kiểm tra từng lô đối với bao bì nhựa dược phẩm như tấm cứng composite dùng cho vỉ PVC/PVDC, và số liệu này quyết định trực tiếp thời hạn sử dụng.

2. Hệ thống tiêu chuẩn bao bì dược phẩm: hai trụ cột phương pháp

Tiêu chuẩn quốc gia về bao bì tiếp xúc thuốc đã được thống nhất năm 2015, khi cơ quan quản lý thuốc ban hành 130 tiêu chuẩn bao bì, có hiệu lực từ 1 tháng 12 năm 2015. Trong hệ thống này, tiêu chuẩn phương pháp đo tốc độ truyền hơi nước và tiêu chuẩn phương pháp đo tốc độ truyền khí quy định cách đo WVTR và GTR, là hai tiêu chuẩn phương pháp được viện dẫn nhiều nhất trong kiểm tra đăng ký và kiểm soát lô thường quy đối với màng, tấm và tấm cứng composite dược phẩm.

3. Tốc độ truyền hơi nước: một tiêu chuẩn, nhiều phương pháp

Tiêu chuẩn WVTR kết hợp nhiều kỹ thuật: phương pháp cốc trọng lượng, phương pháp điện phân và phương pháp detector hồng ngoại — phương pháp này đóng vai trò trọng tài. Nguyên tắc chọn theo mức truyền qua: màng truyền khoảng từ 2 g/(m²·24h) trở lên phù hợp với phương pháp cốc; vật liệu rào chắn trung bình và cao đo bằng phương pháp điện phân hoặc hồng ngoại sẽ nhanh và nhạy hơn; kết quả tranh chấp được xác định bằng phương pháp detector hồng ngoại.

4. Thực hành phương pháp cốc

Trong phương pháp cốc, mẫu được hàn kín lên cốc thử chứa canxi clorua khan. Trước khi dùng, chất hút ẩm được sấy lò ở 200 °C ± 2 °C trong 2 giờ và rây cỡ hạt 0,60–2,36 mm; cốc thử phải lộ diện tích mẫu ít nhất 25 cm² và cân phải đọc được đến 0,1 mg.

Cốc được đặt vào tủ điều kiện môi trường; lần cân đầu sau 16 giờ phơi và 30 phút cân bằng trong bình hút ẩm, các lần cân sau mỗi 24, 48 hoặc 96 giờ. Thử nghiệm kết thúc khi lượng tăng khối lượng của hai lần cân liên tiếp chênh nhau không quá 5 %. Sáp hàn kín không được thay đổi quá 1 mg trong 24 giờ ở 38 °C và 90 % RH.

5. Phương pháp điện phân và detector hồng ngoại

Trong phương pháp điện phân, hơi nước truyền qua mẫu bị điện phân thành hydro và oxy tại điện cực, dòng điện điện phân tỷ lệ với tốc độ truyền; đạt ổn định khi ba lần đọc dòng liên tiếp dao động không quá 5 %. Trong phương pháp hồng ngoại, hơi nước thẩm thấu từ buồng ẩm cao qua mẫu sang buồng ẩm thấp và được khí mang đưa đến detector hồng ngoại, tín hiệu ổn định cho ra WVTR.

6. Điều kiện, giới hạn và đánh giá kết quả

Với tấm cứng composite, điều kiện chuẩn là 23 °C ± 0,5 °C và 90 % ± 2 % RH; phương pháp điện phân và hồng ngoại còn cho phép điều kiện 38 °C ± 0,5 °C, 90 % ± 2 % RH. Kết quả được báo cáo là trung bình cộng của ba mẫu, mỗi giá trị riêng lệch không quá ±10 % so với trung bình, và tấm cứng rào chắn cao thường được quy định WVTR không quá 2,5 g/(m²·24h).

7. Tốc độ truyền khí: chênh áp và coulometric

Tiêu chuẩn GTR dựa chủ yếu vào phương pháp chênh áp: mẫu ngăn cách buồng áp thấp với buồng áp cao được nạp khoảng 0,1 MPa khí thử, buồng áp thấp được hút chân không gần bằng không, và GTR suy từ sự tăng áp. Phương pháp thứ hai là coulometric, chuyên đo oxy. Điều kiện là 23 °C ± 2 °C, 50 % ± 5 % RH và chênh áp 0,1 MPa.

Với tấm cứng rào chắn cao, giới hạn truyền oxy là 30 cm³/(m²·24h·0,1 MPa). Về phương pháp học, kỹ thuật chênh áp cùng nguyên lý với ISO 2556 và ASTM D1434, còn phương pháp coulometric tương ứng với dò coulometric đẳng áp của ASTM D3985 — cách tiếp cận chủ đạo để đo tốc độ truyền oxy (OTR). Giá trị đăng ký của tấm PVDC nằm ở OTR thấp hơn hẳn PVC thường.

8. Chọn thiết bị: mỗi phương pháp một máy

Phòng lab dựng theo các tiêu chuẩn phương pháp này chọn một máy cho mỗi kỹ thuật: máy đo WVTR kiểu cốc trọng lượng cho phương pháp cốc, máy đo WVTR điện phân cho phương pháp điện phân, máy đo WVTR hồng ngoại cho phương pháp trọng tài, máy đo GTR chênh áp cho GTR, và tùy chọn máy đo oxy coulometric cho nhu cầu OTR chuyên biệt. Cả năm thiết bị bao phủ mọi phương pháp của cả hai tiêu chuẩn.

9. Điểm thực hành và sai lầm thường gặp

Dùng ba mẫu, được xử lý điều kiện 4 giờ ở 23 °C ± 2 °C và 50 % ± 10 % RH, không có nếp gấp, lỗ kim và vết xước. Thử cốc với vật liệu rào chắn cao kéo dài hàng ngày, còn phương pháp điện phân và hồng ngoại cho kết quả trong vài giờ — lựa chọn thực dụng cho màng truyền thấp.

Vì sao cùng một tấm màng cho kết quả khác nhau giữa các phương pháp? Vì phương pháp cốc cân lượng tăng của chất hút ẩm, còn phương pháp điện phân và hồng ngoại đo hơi nước do dòng khí mang đi; độ lệch lớn lên gần giới hạn dưới của máy. Hồ sơ đăng ký phải cố định phương pháp và điều kiện, kết quả tranh chấp căn cứ phương pháp detector hồng ngoại.

Tài liệu tham khảo

• ISO 15106-3, Plastics — Film and sheeting — Determination of water vapour transmission rate — Part 3: Electrolytic detection sensor method
• ASTM F1249, Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Modulated Infrared Sensor
• ASTM D3985, Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Films and Sheeting Using a Coulometric Sensor
• ISO 2556, Plastics — Determination of the gas transmission rate of films and thin sheets under atmospheric pressure (manometric method)
• ASTM D1434, Standard Test Method for Determining Gas Permeability Characteristics of Plastic Film, Sheeting, and Laminates
• ASTM E96/E96M, Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials