UV-Vis-Spektroskopie in der pharmazeutischen Analytik

Die UV-Vis-Spektroskopie, also die Spektroskopie im ultravioletten und sichtbaren Bereich, ist ein zur Molekülspektroskopie gehörendes Verfahren. Die Methode, die sowohl im Europäischen Arzneibuch (Ph.Eur.) als auch in der United States Pharmacopeia (USP) beschrieben ist, wird in der pharmazeutischen Analytik vorwiegend zur quantitativen und qualitativen Analyse von flüssigen Proben eingesetzt. Das Verfahren ist aber auch für feste und gasförmige Proben und für andere Anwendungen einsetzbar.

Grundlagen der Methode

Trifft Licht mit geeigneter Frequenz bzw. Wellenlänge auf ein Molekül im Grundzustand, dann kann es absorbiert werden und das Molekül dadurch in einen elektronisch angeregten Zustand heben. Das ist dann der Fall, wenn das eingestrahlte Licht genau die Energie besitzt, die der Energiedifferenz zwischen zweier Elektronenzustände im Molekül entspricht.

Die absorbierte Wellenlänge hängt von der Anzahl anregbarer Elektronen und einer Vielzahl von Faktoren ab. Die für die Anregung des Elektronensystems relevanten Bereiche des elektromagnetischen Spektrums sind der ultraviolette Spektralbereich (UV-Bereich; ungefähr 200 bis 400 nm) und der sichtbare Spektralbereich (Vis-Bereich; ungefähr 400 bis 800 nm). Bei der Lichtabsorption im UV-Vis-Bereich wird im Allgemeinen nicht nur der Elektronenzustand verändert. Elektronenübergänge sind stets gekoppelt mit Änderungen des Schwingungs- und Rotationszustandes. Elektronenspektren von Molekülen sind daher Bandenspektren mit breiten Maxima.

Um zu untersuchen, welche Übergänge in einem Molekül angeregt werden können und welche Energie dafür notwendig ist, füllt man eine Lösung der zu untersuchenden Substanz in eine Küvette. Dann bestrahlt man mit Licht allmählich ansteigender Wellenlänge und registriert dabei kontinuierlich den Anteil an absorbierter Lichtintensität. Trägt man nun in einem Diagramm auf der X-Achse die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts und auf der Y-Achse die Lichtabsorption auf, so erhält man ein Absorptionsspektrum.

UV-Vis-Spektroskopie im Europäischen Arzneibuch

Das Arzneibuch sieht Absorptionsmessungen im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich sowohl zu Identitäts- und Reinheitsprüfungen als auch zu Gehaltsbestimmungen vor.

Neben den allgemeinen Ausführungen zu den Grundlagen der Methoden enthält die Monographie 2.2.25 UV-Vis-Spektroskopie folgende Unterkapitel:

• Anwendungen
• Apparatur
• Messung
• Mathematische Bearbeitung von spektralen Daten
• Kontrolle der Leistungsfähigkeit der Geräteausrüstung
• Eignungsprüfung

Gemäß Arzneibuch besteht ein Spektrometer zur Durchführung von Messungen im UV-Vis-Bereich typischerweise aus folgenden Bauteilen:

• Lichtquelle (beispielsweise eine Deuterium-Lampe für den UV-Bereich und eine Wolfram-Halogen-Lampe für den sichtbaren Bereich)
• Monochromator (Gittersystem)
• andere optische Komponenten, wie Linsen oder Spiegel
• Probengefäß und Probenhalter
• Detektor (z. B. Photomultiplier, Photodiode, Photodiodenarray)
• computergestütztes Datenverarbeitungs- und Evaluierungssystem

UV-Vis-Spektroskopie in der USP

In der United States Pharmacopeia (USP) wird die UV-Vis-Spektroskopie in den Kapiteln <857> Ultraviolet-Visible Spectroscopy und <1857> Ultraviolet-Visible Spectroscopy—Theory and Practice beschrieben.

Kapitel, die unter 1000 nummeriert sind, gelten in den USA als verbindlich anwendbar, wenn sie in einer Monographie, einem anderen anwendbaren allgemeinen Kapitel oder in allgemeinen Hinweisen referenziert sind. Allgemeine Kapitel der USP mit Nummern größer 1000 sind hingegen nicht verpflichtend. Sie gelten als erläuternde Texte und enthalten Informationen, Definitionen und Beschreibungen.

In der Einleitung des USP-Kapitels <857> wird ein UV-Vis-Spektrometer als ein optisches System definiert, das in der Lage ist, monochromatische Strahlung im Bereich von 200-780 nm zu erzeugen, und als ein Gerät, das in der Lage ist, die optische Durchlässigkeit zu erfassen. Die Hauptfunktion des Geräts besteht darin die Absorption bzw. Durchlässigkeit bei einer oder mehreren definierten Wellenlängen zu messen. Chromatographische Detektoren sind explizit nicht Bestandteil des Kapitels.

Nach einer einleitenden Darstellung der Messprinzipien enthält das USP-Kapitel <857> folgende Unterpunkte:

• Qualifizierung von UV-Vis-Spektrometern (u. a. mit Erläuterungen zu IQ, OQ, PQ, Kontrolle der Wellenlänge, der Absorption, der Linearität und der Auflösung)
• Anwendung des Verfahrens und Herstellung der Probenlösung
• Verifizierung und Validierung