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Physikalische Kenndaten von C 13 Harnstoff

05.07.1999
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-PharmazieGovi-Verlag

PRAXIS & LABOR

Physikalische Kenndaten von C 13 Harnstoff

von Syed Laik Ali, Eschborn

C 13 Harnstoff wird beim Helicobacter-pylori-Atemtest eingesetzt. Das nicht radioaktive C 13 Isotop kommt in der Natur mit einer Häufigkeit von 1,1 Prozent im normalen Kohlenstoff vor. Die medizinische Anwendung des Harnstoffs zum Atemtest erfordert eine sehr hohe Anreicherung des C 13 Isotops. Eine qualitative Identifizierung und quantitative Bestimmung der C 13-Anreicherung ist nur durch physikalische Verfahren wie NMR (Kernmagnetische Resonanzspektroskopie) oder hochauflösende Massenspektrometrie möglich. Nur durch diese Methoden wird C 13 Harnstoff von C 12 Harnstoff klar und eindeutig unterschieden.

Die chemischen Identitätsreaktionen, Identitätsprüfung C Ph. Eur. 97 (kristalliner Niederschlag mit Salpetersäure) und D (rotviolette Färbung mit Kupfersulfat) von C 12 Harnstoff werden auch von C 13 Harnstoff gegeben; beide Harnstoffmaterialien unterscheiden sich in ihrer Identitätsprüfung nicht. Physikalische Daten wie die Schmelztemperatur von C 12 Harnstoff (132 bis 135 °C) unterscheiden sich kaum von denjenigen für C 13 Harnstoff (134,8 °C). Die IR-Spektren von beiden Substanzen wurden unter identischen experimentellen Bedingungen aufgenommen.

In den Spektren ist nur ein geringfügiger Unterschied in Bandenform und Bandenlage zwischen 1700 cm-1 und 1500 cm-1 erkennbar. Dieser ist jedoch nicht ausreichend und aussagekräftig, um C 13 sicher zu identifizieren und von C 12 Harnstoff zu unterscheiden, insbesondere wenn eine Substanz mit der anderen verunreinigt ist.

Mit der NIR (Nah-Infrarotspektroskopie im Bereich von 4000 cm-1 bis 10 000 cm-1) sind unterschiedliche Schwingungen bei Massenunterschieden von Atomen zu erwarten. NIR-Spektren weisen jedoch selten eine ausgeprägte Struktur auf. Eine Differenzierung von beiden Harnstoffen voneinander ist nicht wahrscheinlich. Darüber hinaus werden zur Aufnahme von NIR-Spektren von C 13 Harnstoff größere Probenmengen (im Grammbereich) benötigt. Im Fall von C 12 Harnstoff wäre das kein Problem; es ist jedoch wegen des hohen Preises von C 13 Harnstoff problematisch.

C 13 Kernmagnetische Resonanzspektroskopie ist für die einwandfreie Identifizierung von C 13 Harnstoff sehr gut geeignet. Das C 13 Signal erscheint bei 163 ppm. Da C 13 Isotop in C 12 Harnstoff mit einer Häufigkeit von 1,1 Prozent vorhanden ist, ist auch bei C 12 Harnstoff ein schwaches Signal dieses Isotops zu erkennen. Das C 13 Signal des C 12 Harnstoffes ist mit 1024 Wiederholung aufgenommen, das gleiche Signal in C 13 Harnstoff ist auf vier Wiederholungen ("transiente") zurückzuführen; andere experimentelle Bedingungen wurden annähernd gleich gehalten. Die Spektren von den beiden Harnstoffproben wurden gelöst in D2O, mit einem Multichannel 400 MHZ NMR-Gerät, C 13 Frequenz 100 MHZ aufgenommen. Mit dieser Methode können die Identität anhand der chemischen Verschiebung des Harnstoffes und der Gehalt nach entsprechender Ausarbeitung einer Methode bestimmt werden.

Die LC-MS-(Liquidchromatographie-Massenspektrometrie, positive Ionisation, Mode: Turboionspray)-Spektren von C 12 Harnstoff und C 13 Harnstoff zeigen Folgendes: Bei Massenzahl 61,1 erscheint der protonierte C 12 Harnstoff, eine kleine Schulter von C 13 Harnstoff, Massenzahl 62,1, ist dabei zu erkennen. Diese ist auf die natürliche Häufigkeit von C 13 von 1,1 Prozent zurückzuführen. In LC-MS-MS (spezifisches Screening einer Komponente des ersten Massenspektrums mit einem zweiten Quadropole Massenspektrometer) wurden die Massenspuren von C 12 Harnstoff und C 13 Harnstoff aufgenommen. Bei dieser hochauflösenden Massenspektrometrie beträgt die Auflšsung 0,1 Masseneinheit. C 13 Harnstoff ist hier einwandfrei zu identifizieren und zu bestimmen.

C 13 Harnstoff kann somit nur durch NMR oder hochauflösende Massenspektrometrie sicher identifiziert und quantitativ bestimmt werden. Andere physikalische Methoden wie IR, NIR, Schmelztemperatur oder chemische Reaktionen sind für diesen Zweck nicht geeignet.

Anschrift des Verfassers:
Dr. Syed Laik Ali
Zentrallaboratorium Deutscher Apotheker e. V.
Carl-Mannich-Straße 20
65760 Eschborn.
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