title: Investigation of sweeping as a sample enrichment method in micellar electrokinetic chromatography in the analysis of pharmaceutical preparations and biological fluids
title: Untersuchung des Sweeping als Probeanreicherungsverfahren in der Mizellaren Elektrokinetischen Chromatographie in der Analyse von pharmazeutischen Präparaten und biologischen Flüssigkeiten
Creators: name: El-Awady, Mohamed
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Chemie
Sweeping, Probenmatrix-Einfluss
Retention factor gradient effect, Pharmaceutical analysis
Kapillarelektrophorese
Loratadin
Micellare elektrokinetische Kapillarchromatographie
Retentionsfaktor-Gradient-Effekt, pharmazeutischen Analytik
Desloratadin
Sweeping
Sample matrix effect
Cyclodextrine , Adsorption

description: The present thesis deals with the
      study of sweeping as one of the most important sample
      preconcentration techniques in micellar electrokinetic
      chromatography (MEKC). The work includes the study of the
      fundamentals of sweeping as well as the application in the
      pharmaceutical field. The thesis is divided into four main
      parts. In the first part of the thesis, the processes
      involved in sweeping under homogeneous and under
      inhomogeneous electric field conditions are theoretically
      discussed. These processes include stacking or destacking of
      micelles when entering the sample zone, sweeping of analytes
      by the stacked or destacked micelles, and destacking or
      stacking of the swept analyte zone. A new robust and reliable
      method for the assessment of the sweeping efficiency is
      developed based on recording the peak height dependent on the
      injected sample volume. The values obtained via this method
      agree well with theoretically predicted ones. The results
      obtained show that the sweeping efficiency for neutral
      analytes is independent of the electric conductivity of the
      sample matrix. It is also shown that under specific
      conditions unexpectedly high enrichment factors are obtained
      which are attributed to the focusing of neutral analytes by
      micellar transient isotachophoresis. In the second part of
      the thesis, we extend our developed method for the assessment
      of sweeping efficiency to the general case, in which the
      distribution coefficient and the electric conductivity is
      varied in the sample and BGE compartments. It is shown that
      in the general case – in contrast to the classical
      description of sweeping – the obtainable enrichment factor is
      not only dependent on the retention factor of the analyte in
      the sample zone but also dependent on the retention factor in
      the BGE. An additional focusing/defocusing step is confirmed
      and the term “Retention factor gradient effect (RFGE)” is
      introduced. The validity of the derived equation is confirmed
      experimentally and theoretically under variation of the
      organic solvent content (in the sample and/or the BGE), the
      type of organic solvent (in the sample and/or the BGE), the
      electric conductivity (in the sample), the pH (in the
      sample), and the concentration of surfactant (in the BGE). In
      the third part of the thesis, the processes involved in
      sweeping in cyclodextrin-modified micellar electrokinetic
      chromatography (CD-MEKC) are theoretically discussed with a
      special focus on dynamic pH junction and adsorption of the
      analyte onto the capillary wall. Ethylparaben (pharmaceutical
      preservative) as an example of acidic analytes and
      desloratadine (antihistaminic drug) as an example of basic
      analytes are investigated using different types of
      ß-cyclodextrins. The presence of RFGE as an additional
      focusing/defocusing effect in sweeping-CD-MEKC is confirmed
      under the conditions of different content of cyclodextrin and
      different pH between the sample and the BGE. Desloratadine
      shows an unexpectedly low enrichment factor compared to the
      less hydrophobic ethylparaben. This unexpected behavior is
      ascribed to the strong adsorption of the protonated species
      of this drug onto the inner capillary wall in the sample zone
      that significantly counteracts the sweeping process. This
      effect is confirmed by the improvement in the enrichment
      factor achieved by the addition of a dynamic coating agent to
      the sample solution. In the fourth part of the thesis, a
      CD-MEKC method is developed for the simultaneous
      determination of the antihistaminic drugs loratadine and
      desloratadine (the major metabolite and an impurity of
      loratadine). The tendency of these drugs, as hydrophobic
      basic analytes, to be adsorbed onto the inner capillary wall
      and the difficulty to separate them due to the extremely high
      retention factors make the present study challenging. The use
      of a low pH sample solution overcome problems associated with
      the low solubility of the studied analytes in aqueous
      solution while having advantages with regard to online
      focusing. In addition, the use of a basic BGE and the
      presence of cyclodextrin reduce the adsorption of these
      analytes in the separation compartment. The separation is
      achieved in less than 7 min using a BGE consisting of 10 mmol
      L-1 sodium borate buffer, pH 9.30 containing 40 mmol L-1 SDS
      and 20 mmol L-1 hydroxypropyl-β-CD while the sample solution
      is composed of 10 mmol L-1 phosphoric acid, pH 2.15. All
      validation parameters are thoroughly investigated. The
      developed method is successfully applied to the analysis of
      the studied drugs in tablets and in spiked human urine.
      Moreover, desloratadine is detected at the stated
      pharmacopeial limit (0.1%) as an impurity in loratadine bulk
      powder. The obtained results are compared with those of the
      official liquid chromatographic method and are found in a
      good agreement.
description: Diese Arbeit untersucht Sweeping
      als eine der wichtigsten Probenvorbereitungstechniken in der
      Mizellaren Elektrokinetischen Chromatographie. Sie beinhaltet
      eine Studie der Grundlagen des Sweeping und seine Anwendung
      im Bereich der pharmazeutischen Analytik. Die Arbeit ist in
      vier Teilbereiche unterteilt. Im ersten Teil der Arbeit
      werden die Prozesse diskutiert, die in das Sweeping unter den
      Bedingungen des homogenen und inhomogenen elektrischen Feldes
      einbezogen sind: Stacking oder Destacking der Mizellen, die
      in die Probenzone hineinmigrieren, Sweeping der Analyte durch
      die angereichterten oder abgereicherten Mizellen und Stacking
      oder Destacking der vorangereicherten Analytzone. Eine neue
      robuste und verlässliche Methode zur Bestimmung der
      Sweeping-Effizienz wird entwickelt basierend auf der
      Erfassung der Abhängigkeit der Peakhöhe vom
      Probeaufgabevolumen. Die so erhaltenen Werte stimmen gut mit
      den theoretisch vorhergesagten überein. Die erhaltenen
      Ergebnisse zeigen, dass die Sweeping-Effizienz für neutrale
      Analyte unabhängig ist von der elektrischen Leitfähigkeit in
      der Probenmatrix. Es wird ebenfalls gezeigt, dass in manchen
      Fällen unerwartet hohe Anreicherungs-Faktoren erhalten
      werden, die durch Fokussierung der Mizellen durch transiente
      Isotachophorese erklärt werden können. Im zweiten Teil der
      Arbeit wird die entwickelte Methode zur Bestimmung der
      Sweeping-Effizienz auf den allgemeinen Fall bezogen, in dem
      sowohl der Verteilungskoeffizient als auch die elektrische
      Leitfähigkeit in der Proben- und in der Trennzone variiert
      werden. Es wird gezeigt, dass im allgemeinen Fall – im
      Gegensatz zur klassischen Beschreibung des Sweeping – der
      erreichbare Anreicherungsfaktor nicht nur vom
      Retentionsfaktor des Analyten in der Probenzone sondern auch
      vom Retentionsfaktor in der Trennzone abhängt. Die Existenz
      eines zusätzlichen Fokussierungs-/Defokussierungsschritts
      wird nachgewiesen. Dieser zusätzliche Schritt wird als
      „Retentionsfaktor-Gradient-Effekt“ [retention factor gradient
      effect (RFGE)] bezeichnet. Die Gültigkeit der hergeleiteten
      Gleichung wird experimentell und theoretisch unter Variation
      des Volumenanteils an organischem Lösungsmittel (in der Probe
      und/oder im Trennelektrolyten), der Art des organischen
      Lösungsmittels (in der Probe und/oder im Trennelektrolyten),
      der elektrischen Leitfähigkeit (in der Probe), des pH (in der
      Probe) und der Konzentration des Tensids (im
      Trennelektrolyten) bestätigt. Im dritten Teil der Arbeit
      werden die Prozesse, die in das Sweeping bei
      Cyclodextrin-modifizierter MEKC (CD-MEKC) einbezogen sind,
      mit einem Schwerpunkt auf “dynamic pH junction” und
      Adsorption der Analyte an der Kapillarwand diskutiert.
      Untersucht werden Ethylparaben (ein für pharmazeutische
      Formulierungen eingesetztes Konservierungsmittel) als ein
      Beispiel für saure Analyte und Desloratadin (ein
      Antihistaminikum) als ein Beispiel für basische Analyte unter
      Verwendung unterschiedlicher β-Cyclodextrine. Der Einfluss
      von RFGE als ein zusätzlicher
      Fokussierungs-/Defokussierungs-Effekt wird unter den
      Bedingungen unterschiedlicher Konzentration an Cyclodextrin
      und unterschiedlichen pH-Werts von Probenzone und Trennzone
      bestätigt. Desloratadin weist einen unerwartet niedrigen
      Anreicherungsfaktor auf, verglichen mit dem
      Anreicherungsfaktor, der für das weitaus weniger hydrophobe
      Ethylparaben erreicht wurde. Dieses unerwartete Verhalten
      wird starker Adsorption der protonierten Spezies dieses
      Wirkstoffs an der Kapillar-Innenwand in der Probenzone
      (welche dem Sweeping-Prozess entgegenwirkt) zugeschrieben.
      Diese Zuschreibung wird durch Verbesserung des
      Anreicherungs-Faktors durch Zusatz eines dynamischen
      Coating-Agens zur Probenlösung bestätigt. Im vierten Teil der
      Arbeit wird ein CD-MEKC Verfahren zur Bestimmung der
      Antihistaminika Loratadin und Desloratadin (Hauptmetabolit
      und Verunreinigung von Loratadin) entwickelt. Adsorption an
      der Kapillar-Innenwand und hohe Retentionsfaktoren erschweren
      die Lösung dieser Aufgabe. Die Verwendung einer Probenlösung
      mit niedrigem pH verbessert sowohl die Löslichkeit der
      Analyte als auch ihren Anreicherungsfaktor. Zusätzlich
      verringert die Verwendung eines basischen Trennelektrolyten
      und Cyclodextrin die Adsorption im Bereich der Trennzone.
      Eine Trennung wird innerhalb von weniger als 7 min unter
      Verwendung eines Trennelektrolyten bestehend aus 10 mmol L-1
      Natriumborat-Puffer (pH 9,30), 40 mmol L-1 SDS und 20 mmol
      L-1 Hydroxypropyl-β-CD erreicht, während die Probenlösung 10
      mmol L-1 Phosphorsäure (pH 2,15) enthält. Alle erforderlichen
      Validierungsparameter werden bestimmt. Das entwickelte
      Verfahren wird zur Quantifizierung der untersuchten
      Wirkstoffe in Tabletten und gespiktem menschlichem Urin
      eingesetzt. Desloratadin wird als Verunreinigung im Reinstoff
      Loratadin beim Grenzwert von 0,1% (m/m) bestimmt. Die
      erhaltenen Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung mit denen
      des offiziell zugelassenen flüssigchromatographischen
      Verfahrens.