NMR-Spektroskopie in der pharmazeutischen Analytik

Die NMR-Spektroskopie ist eine wichtige physikalisch-analytische Methode zur Identifizierung von organischen Substanzen und zur Strukturaufklärung unbekannter chemischer Verbindungen. Dies wird nicht zuletzt dadurch deutlich, dass dieses Verfahren sowohl im Europäischen Arzneibuch (Ph.Eur.) als auch in der United States Pharmacopeia (USP) explizit beschrieben ist. Dennoch wird die Methode innerhalb der einzelnen Monographien nur in Ausnahmefällen angewendet, was sich u.a. damit erklären lässt, dass eine NMR-Messung in der öffentlichen Apotheke in der Regel nicht durchführbar ist.

Grundlagen der Methode

Die NMR-Spektroskopie (Kernresonanzspektroskopie, nuclear magnetic resonance spectroscopy) beruht auf der Tatsache, dass bestimmte Atomkerne, nämlich solche, die eine ungerade Anzahl von Protonen und/oder Neutronen enthalten, einen Kernspin und damit ein magnetisches Moment aufweisen. Die wichtigsten NMR-aktiven Kerne sind 1H, 13C, 19F und 31P. Aber auch viele andere Kerne, z.B. 23Na und 29Si können NMR-spektroskopisch gemessen werden.

Der Kernspin eines Protons beträgt 1/2. Er nimmt in einem außen angelegten Magnetfeld eine von zwei Orientierungen ein, nämlich entweder parallel oder antiparallel zu den Feldlinien des Magneten. Entsprechend befindet sich das Proton auf einem niedrigen bzw. höheren Energieniveau. Es gibt also zwei unterschiedliche Energiezustände zwischen denen ein Übergang möglich ist, wenn die Probe mit Radiowellen bestrahlt wird.

Die Aufnahme von NMR-Spektren erfolgt mithilfe eines Kernresonanzspektrometers, das vereinfacht gesagt aus folgenden Bauteilen besteht:

  • Magnet zur Erzeugung eines konstanten, homogenen Magnetfeldes 
  • Probenhalter mit Temperaturkontrolle 
  • Radiofrequenzsender 
  • Radiofrequenzempfänger

Das NMR-Spektrum liefert eine Vielzahl wichtiger Informationen, wobei für die Auswertung folgende Parameter von Bedienung sind:

  • Lage des Signals
  • Zahl der Resonanzsignale 
  • Chemische Verschiebung 
  • Intensität der Resonanzsignale (Integrationskurve)
  • Spin-Spin-Kopplung
  • Kopplungskonstante

NMR-Spektroskopie im Europäischen Arzneibuch

Das Arzneibuch beschreibt die Methode zum einen im Abschnitt zu Methoden der Physik und der physikalischen Chemie im Kapitel 2.2.33 (Kernresonanzspektroskopie). Dieser Text geht ausführlich auf die Einsatzmöglichkeiten und die praktische Durchführung der Methode ein. Die Gehaltsbestimmung mittels NMR-Spektroskopie (qNMR) wurde bereits vor Jahren explizit aufgenommen und die entsprechenden Rahmenbedingungen definiert. Zum anderen wird die NMR-Technik auch in Kapitel 2.2.64 (Peptid-Identifizierung durch Kernresonanzspektroskopie) beschrieben.

Als Beispiele für Arzneistoffmonographien, in denen ein NMR-spektroskopisches Verfahren konkrete Anwendung findet, sind u.a. zu nennen: 

  • Heparin-Natrium
  • Lauromacrogol 400
  • Poloxamere

NMR-Spektroskopie in der USP

In der USP wird die NMR-Spektroskopie in folgenden Kapiteln beschrieben:

  • General Chapter <761> Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
  • General Information Chapter <1761> Applications of Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
  • General Information Chapter <1238> Vaccines for Human Use – Bacterial Vaccines

Beispiele für Arzneistoffe, die gemäß USP NMR-spektroskopisch untersucht werden, sind:

  • Orphenadrine Citrate
  • Goserelin Acetate
  • Poloxamer

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