pH-Wert richtig messen: So geht’s
Chemisch gesehen ist der pH-Wert ein Maß für die Konzentration an Protonen in einer Lösung. In wässriger Lösung werden diese auch als Oxonium-Ionen H3O+ bezeichnet. Um leicht vergleichbare Zahlenwerte zu erhalten, wird der pH-Wert als negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration der Protonen angegeben:
pH = -lg (c H3O+)
Die am häufigsten gemessenen pH-Werte bewegen sich zwischen 0 und 14. Je kleiner der pH-Wert, desto höher ist die Konzentration an Protonen und desto saurer ist die Lösung. Umgekehrt gilt: Je größer der pH-Wert, desto weniger Protonen sind vorhanden und die Lösung ist basischer. Hat eine wässrige Lösung einen pH-Wert von 7, spricht man von einer neutralen Lösung.
| pH-Wert | Eigenschaft |
|---|---|
| < 7 | Saure Lösung |
| 7 | Neutrale Lösung wie reines Wasser |
| > 7 | Basische oder alkalische Lösung |
Der pH-Wert verläuft im Übrigen nicht linear, sondern logarithmisch. So hat eine Säure mit einer Konzentration von 0,1 mol/l einen pH-Wert von 1 und eine 10-fach verdünnte Säure (0,01 mol/l) einen pH-Wert von 2.
Wann wird der pH-Wert gemessen?
Eine Messung des pH-Wertes spielt in der Apotheke aus verschiedenen Gründen eine Rolle:
Ausgangsstoffe zur Herstellung von Arzneimitteln müssen vor ihrer Verwendung auf ihre Identität hin überprüft werden – als geeignete analytische Prüfung kann eine Messung des pH-Wertes durchgeführt werden. Laut Herstellerangaben sollte beispielsweise der pH-Wert einer flüssigen SyrSpend® SF Suspensionsgrundlage zwischen pH 4,0 und 4,4 liegen.
Die pH-Wert-Messung spielt auch als Prüfung zur Inprozesskontrolle eine wichtige Rolle. Die Bestimmung kann dabei problemlos während der Herstellung ausgeführt werden und erfordert nur eine geringe Probenmenge. Das Neue Rezeptur-Formularium (NRF) schreibt die pH-Bestimmung als Inprozessprüfung bei zahlreichen flüssigen Darreichungsformen vor. So soll der pH-Wert hergestellter Natriumcarbonat-Monohydrat-Ohrentropfen 2,6 % (NRF 16.1.) bei etwa 11 liegen.
Weiterhin kommt die Messung des pH-Wertes bei der Defekturprüfung von Arzneimitteln zum Einsatz. Bei der Herstellung eines Defekturarzneimittels muss eine Prüfanweisung erstellt und geeignete Prüfverfahren ausgewählt werden. Beispielsweise sollte der pH-Wert einer 2-Propanolhaltigen Aluminium-Hexahydrat-Lösung 15 % (NRF 11.1.) zwischen 0,9 bis 1,5 liegen. Bei der Chlorhexidindigluconat-Mundspüllösung (NRF 7.2.) liegt der pH-Wert dagegen deutlich höher bei 5,5 bis 6,5.
Gut zu wissen: pH-Messung nur bei wasserhaltigen Zubereitungen
Grundsätzlich kann ein pH-Wert nur in Anwesenheit von Wasser gemessen werden. Eine Messung des pH-Wertes spielt daher nur bei wasserhaltigen Zubereitungen eine Rolle.
Warum wird der pH-Wert bei Zubereitungen gemessen?
Es gibt zahlreiche Gründe, warum bei Zubereitungen der pH-Wert häufig auf einen bestimmten Wert eingestellt und durch eine pH-Bestimmung überprüft wird.
Die meisten Arzneistoffe sind nur bei bestimmten pH-Werten stabil. So kann es in wässriger Lösung leicht zu einer Hydrolyse kommen. Bei dieser Zersetzungsreaktion wird die chemische Struktur der Substanz durch Anlagerung eines Wassermoleküls aufgespalten. Die ursprüngliche Wirksamkeit ist dann überwiegend deutlich verringert. Eine Hydrolyse läuft oft pH-abhängig ab. Wird die Zubereitung also auf einen bestimmten pH-Wert eingestellt, lässt sich so die chemische Reaktion verhindern oder stark verlangsamen.
Häufig sind auch zugesetzte Konservierungsmittel nur bei bestimmten pH-Werten wirksam. Manche Wirkstoffe sind auch als freie Säuren oder Basen schlecht wasserlöslich, durch Veränderung des pH-Wertes kann so das besser wasserlösliche Salz erhalten werden.
Gut zu wissen: Unterschied zwischen pH-Optimum und rezeptierbarem pH-Bereich
Unter dem pH-Optimum eines Arzneistoffs versteht man den optimalen pH-Wert hinsichtlich seiner Stabilität und Wirksamkeit. In Zubereitungen ist es allerdings praktisch nicht möglich, für jeden Wirkstoff genau diesen pH-Wert einzustellen. Eine Kombination mit anderen Substanzen wäre schwierig und auch passende Konservierungsmittel würden schwer gefunden werden.
Daher wird in Rezepturen ein rezeptierbarer pH-Bereich angestrebt. Dieser erstreckt sich über einen größeren pH-Bereich und gibt die Werte an, innerhalb deren eine chemisch-physikalische Arzneiform hergestellt werden kann. Dadurch können Schnittmengen mit anderen Rezepturbestandteilen erreicht werden.
Bei den doch meist relativ kurzen Aufbrauchsfristen von in der Apotheke hergestellten Arzneimitteln ist der rezeptierbare pH-Bereich völlig ausreichend.
Indikatorpapier oder -stäbchen zur pH-Wert-Bestimmung
Für eine schnelle Messung des pH-Wertes können in Rollen verpackte Indikatorpapiere verwendet werden. Das Ergebnis kann ohne weitere Hilfsmittel sofort abgelesen werden.
Das Papier ist mit farbigen Indikatorlösungen behandelt. Nach dem Eintauchen in die zu vermessende Lösung kann ein möglicher Farbumschlag mit einer Farbskala verglichen werden.
Flüssige Arzneiformen sollten nach der Tüpfel-Methode vermessen werden, somit wird ein direkter Kontakt und damit eine mögliche Verunreinigung vermieden. Dazu werden geringe Mengen der Probe mit einem Glasstab auf das Papier getüpfelt. Bei schwach gefärbten oder pigmenthaltigen Zubereitungen sind pH-Indikatorpapiere allerdings ungeeignet.
Bei solchen Zubereitungen sollte auf Indikatorstäbchen mit höherer Messgenauigkeit zurückgegriffen werden. Zudem sind bei den Stäbchen die Indikatorfarbstoffe durch chemische Bindung an die Cellulose des Reagenzpapiers gebunden. Dadurch bluten die Farbstoffe nicht aus und können keinen Farbstoff an die Lösung abgeben. Eine Kontamination des Produkts braucht daher nicht befürchtet zu werden.
Potentiometrische Messung mittels pH-Meter
Das Europäische Arzneibuch schlägt zur Bestimmung des pH-Wertes eine potentiometrische Messung vor – die entsprechende Methode ist unter der Ziffer 2.2.3 beschrieben.
Mithilfe von pH-sensitiven Elektroden werden elektrische Spannungen gemessen und in pH-Werte umgerechnet. Die Verwendung solcher auch als pH-Meter bezeichneten Geräte stellt die genaueste Methode zur pH-Wert-Bestimmung dar. Die Messgenauigkeit liegt beispielsweise bei ± 0,02 pH. Auch Messungen in gefärbten oder trüben Zubereitungen sind problemlos möglich.
Das eingesetzte pH-Meter muss regelmäßig mit geeigneten Flüssigkeiten kalibriert werden. Dazu sind verschiedene Pufferlösungen mit bekanntem pH-Wert erhältlich.
pH-Wert: Messmethode ist abhängig von Darreichungsform der Zubereitung
Egal welche Messmethode eingesetzt wird, die Messung des pH-Wertes muss häufig an die entsprechende Zubereitung angepasst werden. Bei Lösungen oder auch Suspensionen kann der pH-Wert meist direkt abgelesen werden.
Bei halbfesten Darreichungsformen sieht das etwas anders aus: Emulsionen und Cremes lassen sich überwiegend nur schwer vermessen, daher sollte die Zubereitung im Verhältnis 1:10 mit destilliertem Wasser verdünnt werden. Auch sollten Indikatorpapier und -stäbchen vorher mit Wasser befeuchtet und einige Minuten Kontakt mit der Probe haben.
Grundsätzlich sollte eine Messung des pH-Wertes am Ende der Arzneimittelherstellung erfolgen. Quellen:
- https://www.abda.de/fileadmin/user_upload/assets/Praktische_Hilfen/Leitlinien/Pruefung_Ausgangsstoffe_Primaerpackmittel/LL_Pruefung_Ausgangsstoffe.pdf
- DAC/NRF-Rezepturhinweis pH-Bestimmung (03.11.2023)
- https://www.mibius.de/out/oxbaseshop/html/0/images/wysiwigpro/pH_Brosch_d(1).pdf
- https://www.wepa.shop/labor-rezeptur/ger%C3%A4te-apparaturen/ph-meter-testo-206-ph2-ph-messger%C3%A4t-024314
- https://www.deutsche-apotheker-zeitung.de/daz-az/2013/daz-4-2013/ph-werte-richtig-messen