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制药包装顶空的顶空氧气分析，以开发和验证容器封闭完整性方法
抽象
通过激光顶空氧气对具有空气顶空的样品进行容器密封完整性测试（CCIT），以检测小（≤20微米）和大（0.5-2毫米）缺陷，评估样品在产品包装生命周期的任何时间点的容器密封完整性（CCI）。本文将讨论开发和验证使用氧气顶空分析对空气顶空样品的CCI方法，包括对不同容器尺寸和填充体积的考虑因素。
介绍
通过将空气顶空样品储存在密封的氮气环境中并监测顶空氧气的减少，可以对具有空气顶空的样品进行基于激光顶空氧气的容器密封完整性测试（CCIT）。这种非破坏性、定量、确定性测试可以检测小（≤20微米）和大（0.5-2毫米）缺陷，评估样品在产品包装生命周期中任何时间点的容器密封完整性（CCI）。本文将讨论开发和验证使用氧气顶空分析对空气顶空样品的CCI方法，包括对不同容器尺寸和填充体积的考虑因素。
CCIT 在产品封装生命周期内的多个点上都很有用。进行CCI测试的一个常见原因是代替无菌测试（食品和药物管理局，2008）。对于许多药物，例如肠外药物产品，保持无菌是一个关键的质量属性。为了利用CCIT建立无菌质量属性，在放行时或初始时间点进行传统的无菌测试或其他经过验证的无菌释放机制，以验证产品批次是否无菌。然后，在未来的稳定时间点（通常每年一次），可以执行CCIT代替无菌，以确定没有可能发生微生物污染的缺陷。
USP <1207>包装完整性评估 – 无菌产品章节中列出了使用基于激光的顶空分析（包括氧气顶空分析）进行容器密封完整性测试。本文的方法开发和验证遵循USP <1207>一章中列出的指南。（美国药典公约，2016 年）。
CCIT的氧顶空分析
直观地说，氧气顶空分析可用于检测容器中从顶部空间改变开始的泄漏（例如，吹扫的小瓶、在氮气下塞住的冻干小瓶等）。如果容器、封闭或两者之间的界面存在缺陷，容器中的氧气含量会随着时间的推移而增加。与阳性和阴性对照相比，监测这种增加可以确定容器封闭的完整性。然而，许多产品都用简单的空气顶空而不是改变的顶空来塞。
氧顶空分析也可用于通过故意暴露在低氧/高氮环境中来确定具有初始空气顶空的样品的CCI。如果CCI破裂，这些挑战条件将导致可检测到的顶空氧气减少。通常，首先测量样品的初始氧浓度（约20%大气氧）。然后将样品放入用氮气吹扫并密封的容器中。或者，可以使用具有连续氮气吹扫的手套箱或类似容器来创造挑战条件。在氮气中储存预定时间后，除去样品，并第二次测量顶空氧浓度。计算每个容器的顶空氧气变化，并与最大允许氧气变化进行比较。以下方法开发和验证信息将侧重于具有初始空气顶空的样品的情况。
方法开发
在开发空气样品的顶空氧CCIT方法时，必须确定四个相互依赖的参数：
1）要检测的缺陷范围（小缺陷和大缺陷）;
2）样品在氮气中的适当激发时间;
3）激发后测试窗口，用于从挑战条件中移除样品和测量;
4）最大允许氧变化（MAOC），这是最大允许变化，超过该变化，CCI应被视为受损。
对上述参数有重大影响的一个因素是顶空的体积。当样品储存在挑战条件下时，顶空气体浓度会随着扩散过程而变化。当小瓶顶空含有空气并放置在高氮/低氧环境中时，容器内外的总压力相等，但氧气和氮气浓度存在分压差。随着时间的推移，分压差将通过任何缺陷进行平衡，从而导致小瓶内顶空氧浓度的可测量下降。对于较大的顶部空间，需要更多的氧气和氮气通过缺陷扩散，以在顶部空间较小的容器中产生等效的变化。换句话说，较大的顶空随时间推移的顶空氧气变化较慢。其中一个影响是，如果容器的液体填充量发生变化，也会影响成功检测所需缺陷范围的方法参数。
我们将概述的四个参数中的第一个是要检测的缺陷尺寸范围。目前的指南表明，CCI方法的缺陷检测限预期为20微米或更小。我们使用的默认初始小缺陷是激光穿过容器玻璃壁的 5 微米缺陷。但是，根据容器尺寸和客户要求，缺陷范围的下端使用了小至2微米或大至20微米的缺陷。对于缺陷范围，我们通常以两种方式之一创建缺陷。第一种是使用活检打孔器（例如，2mm打孔器）在塞子中钻出缺陷，去除材料并留下大缺陷。第二种方法是在塞子中插入一根针（例如，0.5 毫米内径、21 号、1 英寸一次性针头，去除鲁尔锁）并在测试期间将其留在原位。
方法开发中确定的第二个参数是激发时间。为了检测小缺陷，可以延长质询时间，直到可以检测到为止。作为方法开发的一部分，我们使用阳性和阴性对照进行运行，并在多个时间点对其进行测量，在测量之间将它们返回到氮气激发条件，以确定最佳激发时间以检测所需的最小缺陷。根据顶空体积，通常可以在暴露于氮气挑战条件下 6 到 48 小时后检测到 5 微米缺陷。我们最常见的质询时间为 24 小时，允许单个分析师连续两天同时测量初始和最终时间点。
要讨论的第三个关键参数是挑战后测试窗口，这是从挑战条件中移除后的所有阳性对照仍可检测到的经过验证的时间窗口。这是缺陷范围中缺陷端较大的限制因素，因为它允许最快的顶空氧气更换。无需将顶空氧分析仪放入氮气吹扫手套箱中，因此有必要在测量前将样品从氮气中取出。从挑战条件下移除后，样品将继续随环境扩散。如果长时间排除在激发条件之外，无论是否存在缺陷，所有样品的测量都将与初始氧浓度相似。因此，确定并验证挑战后测试窗口非常重要，在该窗口内可以检测到整个缺陷范围的变化。对于顶空容积较小的容器中的大缺陷，容器可以在不到 20 分钟的时间内与周围环境平衡。虽然每个单独的顶空氧测量都非常快（5-10秒），但使用正确的标签标识进行去除和测量的后勤工作可能需要一些时间，特别是对于大量样品。因此，我们通常建议质疑后测试窗口至少为 30 分钟（通常针对挑战后测试窗口为 30 分钟到 2 小时）。如果在方法开发中去除缺陷30分钟后仍无法检测到缺陷，则将为缺陷范围的顶端选择较小的缺陷。
开发CCIT方法的第四个关键参数是MAOC，其用途与USP <1207>（美国药典公约，2016）中讨论的最大允许泄漏限值类似。这是一个特定于产品软件包配置的值，用于区分泄漏包和非泄漏包。当顶空是空气时，MAOC将是顶空氧气的最大减少。MAOC 需要大于在非泄漏包装中观察到的变化，小于在泄漏包装中观察到的变化。在无泄漏封装中观察到的变化通常是由于仪器噪声引起的。对于挑战时间较长的测试，还需要考虑渗透。通过组件的渗透是密封包装中气体进入的来源，而不是由于缺陷。为了量化渗透引起的变化规模，可以在方法开发测试运行中包括阴性对照。但是，对于通常用于此测试的48小时或更短的方法，与仪器噪声相比，通常看不到由于渗透引起的变化。
设置 MAOC 时应考虑仪器噪声。对于基于激光的顶空分析，噪声受通过顶空的激光路径长度和通过顶空后的激光功率的影响。激光路径长度是激光通过容器点处容器的内径。容器的直径越大，重复测量的标准偏差越好。例外情况是，如果容器也降低了激光功率，如果降低总功率的三分之二或更多，则可能会增加重复测量的标准偏差。功率显著下降的常见原因是小瓶壁上的粉末/冻干碎片或琥珀色小瓶。通过对特定样品瓶进行初始和最终测量并比较该特定样品瓶的变化，可以在很大程度上消除测量误差的许多其他原因。这允许由于总路径长度、蒸气压或其他可能影响氧气测量的变量而导致的任何变化在两个时间点上保持一致，并且对计算的变化影响较小。
除了测量精度（标准偏差）之外，设置MAOC时要考虑的另一个因素是复合误差，这可能是由于校准中的微小变化而发生的。为了考虑到这些情况，并且由于我们可以通过增加激发时间轻松增加阳性对照中的氧气变化，我们建议使用测量范围内最大标准偏差的10倍作为MAOC的最小值。
作为方法验证的一部分，使用重复测量测试样品和氧标准品（用于校准和确定仪器的系统适用性）来证明仪器测量所需封装配置的能力。类似的测量可以作为方法开发的一部分，以建立验证的验收标准。
方法验证
为了证实氧气顶空方法，我们验证了仪器正确测量所需容器中顶空氧气的能力，以及该方法区分有缺陷的阳性对照和无缺陷的阴性对照的能力（即区分泄漏和非泄漏包装）。
为了验证仪器的功能，应首先建立精密度、准确度、线性度和中间精度的验收标准。作为验证的一部分，分析师分别测量氧标准品和测试样品 10 次，然后将其用于计算以确定验证参数。为了确定精度，可以使用测试样品和氧标准品的n = 10测量值的标准偏差。对于线性和精度，可以将氧标准品的测量值与已知的氧浓度进行比较，以计算线性和精度。对于中间精度，由第二位分析师重复上述操作，以建立中间精度，并在计算 n=20 个测量值的标准偏差（每个分析人员 10 个）时具有额外的接受标准。
为了确定该方法检测所需缺陷范围的能力，验证的结构包括具有阳性和阴性对照的三次CCI运行。阳性对照包括方法开发中确定的缺陷范围两端的缺陷。阴性对照可以包括样品瓶和用与阳性对照相同的方法制备的对照（如果与样品瓶不同）。为了确定方法特异性和稳健性，分析人员执行两次运行，在最小和最大挑战时间各一次。最小挑战时间运行还包括对阳性对照的额外测量，以验证挑战后测试窗口。为了确定方法的中间精度，第二位分析师在与前一位分析师不同的日期（和仪器，如果有的话）以最短的挑战时间执行单次运行。
结论
本文介绍的方法开发和验证可用于为具有可测量顶空和初始空气氧浓度的任何容器生成CCIT方法。然后，经过验证的测试方法可用于在整个产品生命周期中建立容器封闭完整性。在以后的稳定时间点代替无菌，可以在很宽的缺陷范围内快速无损地测试样品的缺陷，从而允许样品重复使用以进行进一步测试。
