ICH Q2

Dans son document d’orientation  Validation des procédures analytiques^2, la Conférence internationale sur l’harmonisation met en évidence les caractéristiques à prendre en compte lors de la validation des procédures analytiques. Il contient des termes et des définitions qui sont destinés à ponter les différences qui existent souvent entre les divers recueils et les organismes de réglementation de l’EC, du Japon et des États-Unis. Les utilisateurs d’analyseurs de COT pour mesurer les impuretés présentes dans les eaux de qualité pharmaceutique peuvent trouver les conseils et recommandations utiles.

Analyse COT

L’analyse COT dans les eaux de qualité pharmaceutique est un test non spécifique en ce qu’il rapporte efficacement le poids en parties par milliard (ppb) de carbone dérivé de matière organique dans l’eau, mais il ne peut pas discriminer de différents types de matière organique. De plus, il ne peut pas rapporter la quantité réelle de matière organique présente car la quantité de carbone dans une molécule organique varie entre les différentes matières organiques. Par exemple, une molécule de saccharose contient 12 atomes de carbone, tandis qu’une molécule de méthanol ne contient qu’un atome de carbone. Si un analyseur de COT rapporte un COT de 100ppb, cela peut signifier que l’eau contient un grand nombre de molécules d’un matériau organique qui contient très peu d’atomes de carbone, ou qu’il existe un nombre beaucoup plus faible de molécules contenant un plus grand nombre d’atomes de carbone par molécule.

Carbone organique total : COT
Carbone total : CT
Carbone organique total : CIT

Précision des mesures

Tous les analyseurs de COT couramment utilisés dans les systèmes d’eau pharmaceutique partagent l’objectif d’oxyder la matière organique présente dans l’eau³, puis de mesurer le dioxyde de carbone qui en résulte libéré par la molécule organique oxydée. Certains analyseurs mesurent ce dioxyde de carbone en phase gazeuse, d’autres mesurent en phase dissoute. Les trois méthodes les plus couramment utilisées pour oxyder le carbone organique sont (1) l’exposition à la lumière ultraviolette (UV), (2) le persulfate en présence de lumière UV ou (3) l’utilisation d’un système de combustion à haute température.

L’ICH Q2 aborde l’exactitude des mesures et suggère que l’exactitude peut être déduite une fois que la précision, la linéarité et la spécificité ont été établies et suggère que la linéarité est établie en utilisant un minimum de 5 concentrations du standard traçable.

Le Joint Committee for Guides in Metrology suggère dans son Guide de l’expression de l’incertitude de mesure⁴ que plus le niveau de complexité d’une mesure est élevé, plus les incertitudes de mesure dues simplement au plus grand nombre d’approximations et hypothèses incorporées dans la méthode de mesure, impactant ainsi la précision et la capacité de l’analyseur à mesurer de très faibles niveaux d’analyte.

Défis de spécificité

Dans son document d’orientation Validation des procédures analytiques^2, la Conférence internationale sur l’harmonisation souligne la nécessité d’une procédure analytique pour avoir une spécificité, c’est-à-dire « la capacité d’évaluer de façon non équivoque l’analyte en présence de composants qui peuvent être attendus être présents »³. Un défi majeur pour mesurer le dioxyde de carbone à partir de matières organiques dans l’eau est que les eaux pharmaceutiques contiennent également des quantités relativement importantes de carbone inorganique total (CTI) sous forme de carbonates et de gaz de dioxyde de carbone dissous, largement en raison de la concentration accrue de gaz de dioxyde de carbone dissous dans l’eau causée par le processus d’osmose inverse (RO) utilisé pour fabriquer l’eau pharmaceutique. Cela peut avoir un impact à la fois sur la sensibilité et la spécificité du système de détection, en parCITulier lorsque l’on essaie de mesurer une eau de COT très faible en présence d’une concentration élevée de CIT. Cette anomalie est mise en évidence dans les analyseurs de COT qui utilisent de multiples capteurs pour mesurer les CT et CIT, puis effectuent des opérations mathématiques pour soustraire l’un de l’autre afin d’estimer la teneur en COT (voir Fig.3).

Les analyseurs qui comptent sur le calcul du COT à partir des CT et des CIT font face à un défi lorsqu’ils essaient de mesurer de très faibles quantités de COT en présence de quantités relativement élevées de CIT, car des inexactitudes relativement petites entre les capteurs de CIT et de CT peuvent entraîner une surestimation ou une sous-estimation du TOC5 (voir Fig. 4)

Les incertitudes de mesure inhérentes dans l’analyseur de COT peuvent entraîner une inexactitude potentielle du taux de COT rapporté de +/-78 %, comme indiqué dans l’exemple de la Fig. 4, ce qui entraîne une perte de confiance dans le système de détection et remet en question la fiabilité des données pour qualifier l’eau de qualité pharmaceutique. Le problème est assimilé pour les laboratoires de contrôle qualité souhaitant mesurer le COT dans leur alimentation en eau entrante. Les variations saisonnières des niveaux de chambres d’isolation thermique signifient que l’utilisateur doit investir dans un dispositif de retrait de chambres d’isolation thermique et surveiller constamment les niveaux de chambres d’isolation thermique dans son eau entrante pour s’assurer qu’elles ne dépassent jamais le niveau maximum recommandé par le fabricant de son analyseur de COT. Certains fabricants d’analyseurs recommandent un rapport maximum de CIT par rapport au COT de 10 :16. Ainsi, dans un échantillon d’eau contenant 10ppb de COT, la CIT ne doit pas dépasser 100ppb pour que l’analyseur fonctionne correctement.

Les analyseurs de combustion haute température essaient de contourner le problème de la CIT en intégrant une étape de retrait de la CIT. Le pH de l’échantillon d’eau est décalé par l’ajout d’un acide, forçant la CIT à précipiter hors de la solution sous forme de gaz de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone issu de la CIT est ensuite éparpillé de la solution en faisant passer un gaz vecteur exempt de CO2 dans l’échantillon. Ces cycles de sparging sont de durée fixe et il y a toujours un risque que la CIT ne soit pas éliminée en entier, laissant une certaine quantité résiduelle pour interférer avec l’estimation du COT. Par conséquent, les utilisateurs sont forcés de passer par l’étape inutile de mesure des niveaux de chambres d’isolation thermique dans l’échantillon d’eau pour s’assurer qu’ils ne dépassent pas les niveaux maximum spécifiés par leur fabricant d’analyseur de COT.

Une alternative consiste à surveiller le retrait des chambres d’isolation thermique pour s’assurer qu’elles sont complètement retirées avant de commencer l’analyse du COT. Cette méthode permet d’éviter la provocation de spécificité des chambres d’isolation thermique et la précision de la mesure du COT est indépendante des niveaux de chambres d’isolation thermique présents. La méthode peut encore être améliorée en utilisant un seul capteur de CO2 pour mesurer la CIT et le COT. Au lieu de calculer le COT à partir du CT et du CIT, cette méthode mesure directement le CO2 du TOC dans une mesure distincte une fois que la totalité du CIT est complètement éliminée. La précision du capteur de mesure de +/-2 % se rapporte désormais uniquement à la valeur COT mesurée au lieu des valeurs CT et CIT mesurées utilisées par les autres méthodes. En revoyant l’exemple de la Fig. 4 où la valeur réelle du COT est de 100ppb, cette méthode rapporterait les résultats entre 98ppb et 102ppb, ce qui donne à l’utilisateur beaucoup plus confiance que les résultats de COT rapportés reflètent précisément la quantité réelle de COT dans l’eau à partir d’une mesure directe, plutôt qu’un calcul.

Cette méthode alternative repose bien sûr sur la capacité de l’analyseur à mesurer le retrait complet de la CIT. Le capteur doit pouvoir mesurer quand le CO2 de la CIT a été retiré avant que la lumière ultra violette ne soit allumée et que l’oxydation des matières organiques en CO2 commence.

Le test de limite de détection

Le document d’orientation ICH Q2 différencie trois procédures analytiques : Identification, recherche d’impuretés et dosage. Bien que le document suggère que la limite de quantification d’un analyseur peut ne pas être pertinente dans un test de limite d’impureté, tel que le test TOC, il indique que la limite de détection est une caractéristique importante pour ces tests.

Comme mentionné précédemment dans cet arCITle, les analyseurs de COT rapportent le poids en parties par milliard (ppb) de carbone dérivé de matières organiques dans l’eau. Cela pose son propre défi, car les systèmes d’eau pharmaceutique modernes peuvent contenir 10ppb de COT et de nombreuses technologies d’analyse de COT de laboratoire auront du mal à établir des rapports précis à ces faibles niveaux. Ainsi l’analyseur n’est pas en mesure de rapporter le niveau de COT et l’utilisateur est laissé avec des messages d’erreur tels que "le niveau de COT est inférieur à la limite de détection". Bien sûr, de nombreux utilisateurs ne s’en rendent pas compte car le fait de prélever un échantillon d’un système d’eau contaminera inévitablement l’échantillon, ce qui entraîne des mesures de COT généralement supérieures à 100ppb. Ainsi, les propriétaires de systèmes d’eau à très faible COT peuvent bien être, en fait, en mesurant et signalant la contamination par COT du processus d’échantillonnage par préhension, mais pas le COT réel dans leur système d’eau.

Les niveaux de COT très faibles sont encore plus difficiles pour les analyseurs qui emploient de multiples capteurs et estiment le COT en soustrayant la CIT mesurée de la CT. L’analyseur peut en fait rapporter une valeur de COT estimée, même lorsque les erreurs d’exactitude inhérentes aux capteurs multiples utilisés pour mesurer les CT et CIT peuvent avoir un impact si important surla précision de la valeur de COT rapportée⁵, comme indiqué dans la Fig. 4.

Bien qu’il soit entendu que certains analyseurs ne peuvent pas résoudre avec précision ces faibles niveaux de COT et rapporteront simplement "le niveau de COT est inférieur à la limite de détection", il est gênant de libérer un lot de produit en utilisant une absence de données lorsqu’il pourrait y avoir une possibilité réelle que l’analyseur n’ait pas réussi à prendre une mesure correcte car il n’avait plus de gaz vecteur ou de réactif oxydisant. L’utilisateur doit s’assurer que le gaz vecteur et les réactifs sont présents avant et après l’analyse et ceci se fait généralement en ajoutant des standards TOC 500ppb certifiés dans le lot d’échantillons d’eau à analyser en début, milieu et fin de plateau de l’auto-échantillonneur de l’analyseur. Cependant, comme les analyseurs COT de laboratoire sont fréquemment configurés et utilisés pendant la nuit, une défaillance de l’alimentation en gaz vecteur ou en réactif pendant la nuit peut signifier que l’utilisateur sait que les résultats du lot d’échantillons d’eau ne sont pas corrects lorsqu’il vérifie l’analyseur le jour suivant, mais qu’il ne peut pas retester le lot d’échantillons d’eau car l’analyseur a utilisé tous les échantillons pour essayer de les analyser la nuit. Cela peut laisser l’utilisateur sans preuve que le système d’eau était conforme lors du lot de produit fabriqué la veille.

Conclusion

L’analyse précise du carbone organique total des eaux modernes de qualité pharmaceutique à faible COT est confrontée à de nombreux défis. Les instruments utilisant plusieurs capteurs pour mesurer les valeurs CT et CIT puis calculer le COT peuvent subir des erreurs dues à des inexactitudes de mesure CT et CIT⁵. Les analyseurs utilisant un seul capteur pour effectuer les mesures peuvent fournir un résultat plus précis, car il y a moins d’approximations et d’hypothèses dans la mesure⁴.

La spécificité en présence de carbone inorganique est un défi pour de nombreux analyseurs. Une méthode plus précise consiste à assurer et surveiller le retrait complet de la CIT avant de mesurer directement le COT.

De nombreuses conceptions d’analyseur ne permettent tout simplement pas de mesurer les faibles taux de COT ppb en raison de la limite de détection de l’analyseur en raison des approximations multiples et des hypothèses dans la mesure⁴. Bien que les pharmacopées exigent que l’analyseur de COT ait une limite de détection de 50ppb¹cela n’est tout simplement pas suffisant pour mesurer l’eau d’un système de COT moderne à faible ppb.

Les utilisateurs souhaitant utiliser un analyseur de COT plus large qui utilise une combinaison de réactifs oxydants et/ou de gaz vecteurs doivent mettre en place des méthodes et des contrôles pour s’assurer que l’analyseur ne peut pas continuer à effectuer des analyses et détruire les échantillons d’eau lorsque le réactif ou le gaz est épuisé. Il peut s’agir d’une vérification manuelle ou d’une conception dans l’analyseur afin qu’il surveille en permanence tous les paramètres d’analyse critiques et arrête l’analyse en cas de problème.

Les recommandations données dans le document de recommandations ICH Q22 peuvent aider les utilisateurs à déterminer l’adéquation de la conception et des performances des analyseurs de COT de laboratoire à la lumière des difficultés de mesure du COT dans les systèmes modernes d’eau à faible COT décrits dans ce document.

Références

1. Convention pour la Pharmacopée américaine, Pharmacopée américaine, Rockville MD, États-Unis et Conseil de l'Europe, Direction européenne de la qualité du médicament & soins de santé, Pharmacopée européenne, Strasbourg, France

2. Conférence internationale sur l'harmonisation des exigences techniques pour l'enregistrement des produits pharmaceutiques à usage humain, Validation des procédures analytiques : Texte et méthodologie Q2(R1, novembre 2005 [8th http ://www.ich.org/fileadmin/Public_Web_Site/ICH_Products/Guidelines/Quality/Q2_R1/Step4/Q2_R1__Guideline.pdf [8th 2014]

3. Conseil de l'Europe, Direction européenne de la qualité du médicament et des soins de santé, Pharmacopée européenne 8.0, 01/2008:20244, Carbone organique total dans l'eau à usage pharmaceutique, Strasbourg,France

4. Comité paritaire des Guides en Métrologie, Evaluation des données de mesure — Guide d’expression de l’incertitude de mesure réf. JCGM 100 :2008 Première édition septembre http ://www.iso.org/sites/JCGM/GUM-JCGM100.htm [8 août  2014]

5. GE AnalyCITal Instruments, bulletin technique The Sievers Inorganic Carbon Remover (ICR), Boulder, Colorado, États-Unis www.geinstruments.com [8 août 2014]

6. Instruments analytiques GE, analyseurs de carbone organique total série 900, manuel d’utilisation et d’entretien, réf. DLM 90688-03 Rév. A, 2011, Boulder, Colorado, États-Unis www.geinstruments.com [8th August2014]

7. International Society for PharmaceuCITal Engineering, ISPE Good PracCITe Guide: Ozone Sanitization of PharmaceuCITal Water Systems, Première édition, juillet 2012 http://www.ispe.org/ispe-good-pracCITeguides/ozone-sanitization-pharmaceuCITal-water-systems [14 août 2014]

8. PharmaceuCITal and Healthcare Sciences Society, Best PracCITe for ParCITle Monitoring in PharmaceuCITal Facilities, Monographie technique de la PHSS Nº 16, première édition 2008, ISBN 978-1-905271-15-3