Dissertations / Theses on the topic 'Verunreinigungen'

Die Entwicklung der Mikroelektronik wird durch eine fortschreitende Miniaturisierung der Bauelemente geprägt. Infolge einer Reduzierung der Querschnittflächen von Leitbahnstrukturen erhöht sich die elektrische Leistungsdichte und das Metallisierungssystem bestimmt zunehmend die Übertragungsgeschwindigkeiten. Kupfer repräsentiert hierbei das verbreitetste Leitbahnmaterial und wird vorwiegend mittels elektrochemischer Abscheidung in vergrabene Damaszen-Strukturen eingebracht. Die vorliegende Dissertation beschreibt Möglichkeiten für eine Optimierung von Kupferleitbahnen für höchstintegrierte Schaltkreise. Von besonderem Interesse sind hierbei die Gefügequalität und der Reinheitsgrad. Es erfolgen umfangreiche werkstoffanalytische und elektrochemische Untersuchungen zur Charakterisierung von Depositionsmechanismen, des Einbaus von Fremdstoffen, des Mikrogefüges nach der Abscheidung und der Mikrogefügeumwandlung. In einem abschließenden Forschungsschwerpunkt werden Kupfer-Damaszen-Teststrukturen mit unterschiedlichen Gehalten nichtmetallischer Verunreinigungen hergestellt und entsprechenden Lebensdauerexperimenten unterzogen. Hierdurch gelingt eine Evaluierung des Einflusses jener Verunreinigungen auf die Elektromigrationsbeständigkeit von Kupferleitbahnen. Die Arbeit umfasst daher das gesamte Spektrum von der Grundlagenforschung bis zur Applikation von elektrochemisch abgeschiedenen Kupferdünnschichtmetallisierungen.

Die Entwicklung der Mikroelektronik wird durch eine fortschreitende Miniaturisierung der Bauelemente geprägt. Infolge einer Reduzierung der Querschnittflächen von Leitbahnstrukturen erhöht sich die elektrische Leistungsdichte und das Metallisierungssystem bestimmt zunehmend die Übertragungsgeschwindigkeiten. Kupfer repräsentiert hierbei das verbreitetste Leitbahnmaterial und wird vorwiegend mittels elektrochemischer Abscheidung in vergrabene Damaszen-Strukturen eingebracht. Die vorliegende Dissertation beschreibt Möglichkeiten für eine Optimierung von Kupferleitbahnen für höchstintegrierte Schaltkreise. Von besonderem Interesse sind hierbei die Gefügequalität und der Reinheitsgrad. Es erfolgen umfangreiche werkstoffanalytische und elektrochemische Untersuchungen zur Charakterisierung von Depositionsmechanismen, des Einbaus von Fremdstoffen, des Mikrogefüges nach der Abscheidung und der Mikrogefügeumwandlung. In einem abschließenden Forschungsschwerpunkt werden Kupfer-Damaszen-Teststrukturen mit unterschiedlichen Gehalten nichtmetallischer Verunreinigungen hergestellt und entsprechenden Lebensdauerexperimenten unterzogen. Hierdurch gelingt eine Evaluierung des Einflusses jener Verunreinigungen auf die Elektromigrationsbeständigkeit von Kupferleitbahnen. Die Arbeit umfasst daher das gesamte Spektrum von der Grundlagenforschung bis zur Applikation von elektrochemisch abgeschiedenen Kupferdünnschichtmetallisierungen.

The aim of this research is to develop a wet-chemical silvering method for a three-dimensional (3D) textile material made of polyethylene terephthalate (PET) to prevent and eliminate biological contaminants in drinking water and other liquid-containing systems. Three-dimensional textile fabrics are particularly well-suited as silvered disinfection materials in water systems, because they have 3D structures, pressure-elastic textile design, and provide large contact areas. Furthermore, water can easily be passed through the structure. The developed wet-chemical procedures are based on aminosilane, which consists of at least two amine groups and is well-suited to form a silver diamine complex. The silvered textile material was coated with cationic silver. After the chemical reduction, the cationic silver turns into metallic silver on the surface of PET spacer fabrics. The surface morphology of silver-coated spacer fabrics was analyzed and the uniform silver layer on the PET fiber surface was found. X-ray diffraction and energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis spectrums showed that the silver was immobilized on the PET fiber surface. The layer thickness and the silver amount were also determined. The silvered spacer fabrics can be used in sealing and/or cooling water systems; therefore, the silver ion release in water was analyzed. Furthermore, textile physical tests for the measurement of breaking force and elongation were carried out. No significant change in breaking force and elongation was observed after silvering of PET spacer fabric.

Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, Cu(Ag)-Dünnschichten als potentiellen Werkstoff für Leiterbahnen in der Mikroelektronik zu untersuchen. Für die Beurteilung dieses Materialsystems wurden vier Schwerpunkte bezüglich der Schichtcharakterisierung definiert: Herstellung, Gefüge, thermomechanische Eigenschaften, Elektromigrationsresistenz. Grundlage sämtlicher Untersuchungen ist eine geeignete Probenpräparation. In Anlehnung an Technologien, die zur Zeit bei der Herstellung von reinen Cu-Leiterbahnen Anwendung finden, erfolgte die Beschichtung der Cu(Ag)-Schichten (Dicke bis 1 µm) galvanisch aus einem schwefelsauren Elektrolyten unter Additiveinsatz auf thermisch oxidierten Siliziumwafern. Hierbei war nicht nur die Abscheidung von ganzflächigen Dünnschichten, sondern auch die Beschichtung auf strukturierte Substrate von Interesse. Die erzeugten Schichtproben werden in ihren Gefügeeigenschaften, vergleichend zu reinen Kupferschichten, charakterisiert. Hierzu zählen Korngrößen und -orientierungen, thermisches Gefügeverhalten, Einbau, Verteilung und Segregation von Silber und Fremdstoffen sowie die elektrischen Eigenschaften. Von grundsätzlicher Bedeutung für das Elektromigrationsverhalten und damit für die Zuverlässigkeit und das Leistungsvermögen sind die thermomechanischen Eigenschaften. Diese werden an ausgedehnten Schichten mit der Substratkrümmungsmessung bis zu Temperaturen von 500°C beschrieben. Die Diskussion des mechanischen Schichtverhaltens umfasst sowohl thermische als auch temporale Charakteristika. Die Untersuchungen geben einen Einblick in die wirkenden Mechanismen des Stofftransports und des Spannungsabbaus. Den Abschluss der Arbeit stellen erste Experimente zum Elektromigrationsverhalten der Cu(Ag)-Dünnschichten dar. Den Kern dieser Analysen bilden Messungen an sog. Blech-Strukturen (Materialdriftexperimente). Hierbei werden geeignete Technologien für die mikrotechnologische Herstellung von derartigen Cu(Ag)-Strukturen vorgestellt. Anhand erster Messungen wird das Elektromigrationsverhalten von Cu(Ag)-Metallisierungen in seinen Grundcharakteristika beschrieben.

Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, Cu(Ag)-Dünnschichten als potentiellen Werkstoff für Leiterbahnen in der Mikroelektronik zu untersuchen. Für die Beurteilung dieses Materialsystems wurden vier Schwerpunkte bezüglich der Schichtcharakterisierung definiert: Herstellung, Gefüge, thermomechanische Eigenschaften, Elektromigrationsresistenz. Grundlage sämtlicher Untersuchungen ist eine geeignete Probenpräparation. In Anlehnung an Technologien, die zur Zeit bei der Herstellung von reinen Cu-Leiterbahnen Anwendung finden, erfolgte die Beschichtung der Cu(Ag)-Schichten (Dicke bis 1 µm) galvanisch aus einem schwefelsauren Elektrolyten unter Additiveinsatz auf thermisch oxidierten Siliziumwafern. Hierbei war nicht nur die Abscheidung von ganzflächigen Dünnschichten, sondern auch die Beschichtung auf strukturierte Substrate von Interesse. Die erzeugten Schichtproben werden in ihren Gefügeeigenschaften, vergleichend zu reinen Kupferschichten, charakterisiert. Hierzu zählen Korngrößen und -orientierungen, thermisches Gefügeverhalten, Einbau, Verteilung und Segregation von Silber und Fremdstoffen sowie die elektrischen Eigenschaften. Von grundsätzlicher Bedeutung für das Elektromigrationsverhalten und damit für die Zuverlässigkeit und das Leistungsvermögen sind die thermomechanischen Eigenschaften. Diese werden an ausgedehnten Schichten mit der Substratkrümmungsmessung bis zu Temperaturen von 500°C beschrieben. Die Diskussion des mechanischen Schichtverhaltens umfasst sowohl thermische als auch temporale Charakteristika. Die Untersuchungen geben einen Einblick in die wirkenden Mechanismen des Stofftransports und des Spannungsabbaus. Den Abschluss der Arbeit stellen erste Experimente zum Elektromigrationsverhalten der Cu(Ag)-Dünnschichten dar. Den Kern dieser Analysen bilden Messungen an sog. Blech-Strukturen (Materialdriftexperimente). Hierbei werden geeignete Technologien für die mikrotechnologische Herstellung von derartigen Cu(Ag)-Strukturen vorgestellt. Anhand erster Messungen wird das Elektromigrationsverhalten von Cu(Ag)-Metallisierungen in seinen Grundcharakteristika beschrieben.

The subject of the present thesis are some aspects of impurities affecting mesoscopic systems with regard to their topological properties and related effects like Majorana fermions and quantized conductance. A focus is on two-dimensional systems including both topological insulators and superconductors. First, the question of whether individual nonmagnetic impurities can induce zero-energy states in time-reversal invariant superconductors from Altland-Zirnbauer (AZ) symmetry class DIII is addressed, and a class of symmetries which guarantee the existence of such states for a specific value of the impurity strength is defined. These general results are applied to the time-reversal invariant p-wave phase of the doped Kitaev-Heisenberg model, where it is also demonstrated how a lattice of impurities can drive a topologically trivial system into the nontrivial phase. Second, the result about the existence of zero-energy impurity states is generalized to all AZ symmetry classes. This is achieved by considering, for general Hamiltonians H from the respective symmetry classes, the “generalized roots of det H”, which subsequently are used to further explore the opportunities that lattices of nonmagnetic impurities provide for the realization of topologically nontrivial phases. The 1d Kitaev chain model, the 2d px + ipy superconductor, and the 2d Chern insulator are considered to show that impurity lattices generically enable topological phase transitions and, in the case of the 2d models, even provide access to a number of phases with large Chern numbers. Third, elastic backscattering in helical edge modes caused by a magnetic impurity with spin S and random Rashba spin-orbit coupling is investigated. In a finite bias steady state, the impurity induced resistance is found to slightly increase with decreasing temperature for S > 1/2. Since the underlying backscattering mechanism is elastic, interference between different scatterers can explain reproducible conductance fluctuations. Thus, the model is in agreement with central experimental results on edge transport in 2d topological insulators.

Fe und Cu wurden als Schlüsselspezies für die Betrachtung von Oberflächenkontamination in der Prozessierung von c-Si-Solarzellen identifiziert. Studien mit gezielt aufgebrachten Metallkonzentrationen vor verschiedenen Passivierungs- und Diffusionsprozessschritten ergaben relativ hohe kritische Werte für Cu, außer bei thermischer Oxidation. Niedrige Werte wurden für beide Elemente vor Hochtemperaturschritten im n-Typ-Hocheffizienzprozess beobachtet, wobei sich die B-Diffusion als etwas weniger empfindlich darstellte. Temporäre Gettereffekte für Fe (in p-Typ-Si) und Cu (in n-Typ-Si) wurden beobachtet. Es zeigte sich, dass As-Cut-Wafer, unabhängig von der Sägeart (SiC-slurry oder Diamantdraht) sehr hohe Metallverunreinigungen (im Bereich 1*1011 – 5*1014 cm-2) in den Prozess einbringen. Das alkalische Ätzen verringert diese Menge kaum, was hohe Anforderungen an die anschließende Reinigung ergibt. Die Optimierung von HF/O3-Reinigungslösung für diese Flächen ergab beste Reinigungsergebnisse bei niedrigen HF-Konzentrationen, abhängig vom alkalischen Ätzschritt und anschließendem HCl/HF-Dip.

The usage of more inexpensive silicon feedstock for the crystallization of multicrystalline silicon blocks promises cost reduction for the photovoltaic industry. Less expensive substrates made out of metallurgical silicon (MG-Si) are used as a mechanical support for the epitaxial solar cell. Moreover, conventional inert solar cells can be produced from up-graded metallurgical silicon (UMG-Si). This feedstock has higher content of impurities which influences cell performance and mechanical strength of the wafers. Thus, it is of importance to know these effects in order to know which impurities should be preferentially removed or prevented during the crystallization process. Solar cell processing steps can also exert a change in the values of mechanical strength of processed multicrystalline silicon wafers until the fabrication of a solar cell. Bending tests, fracture toughness and dynamic elastic modulus measurements are performed in this work in order to research the mechanical behavior of multicrystalline silicon crystallized with different qualities of silicon feedstock. Bending tests and residual stress measurements allows the quantification of the mechanical strength of the wafers after every solar cell processing step. The experimental results are compared with theoretical models found in the classical literature about the mechanical properties of ceramics. The influence of second phase particles and thermal processes on the mechanical strength of silicon wafers can be predicted and analyzed with the theoretical models. Metals like Al and Cu can decrease the mechanical strength due to micro-cracking of the silicon matrix and introduction of high values of thermal residual stress. Additionally, amorphous silicon oxide particles (SiOx) lower the mechanical strength of multicrystalline silicon due to thermal residual stresses and elastic mismatch with silicon. Silicon nitride particles (Si3N4) reduce fracture toughness and cause failure by radial cracking in its surroundings due to its thermal mismatch with silicon. Finally, silicon carbide (SiC) and crystalline silicon oxide (SiOx) introduce thermal residual stresses but can have a toughening effect on the silicon matrix and hence, increase the mechanical strength of silicon wafers if the particles are smaller than a certain size. The surface of as-cut wafers after multi-wire sawing presents sharp micro-cracks that control their mechanical behavior. Subsequent removal of these micro-cracks by texture or damage etching approximately doubles the mechanical strength of silicon wafers. The mechanical behavior of the wafers is then governed by defects like cracks and particles formed during the crystallization of multicrystalline silicon blocks. Further thermal processing steps have a minor impact on the mechanical strength of the wafers compared to as-cut wafers. Finally, the mechanical strength of final solar cells is comparable to the mechanical strength of as-cut wafers due to the high residual thermal stress introduced after the formation of the metallic contacts which makes silicon prone to crack.

Diese Arbeit befasst sich mit den Untersuchungen an Defekten in optischen Materialien die in der Lithographie verwendet werden, speziell mit der Spektroskopie der Verunreinigungen im Kalziumfluorid. Zum einen werden die Eigenschaften der Sauerstoffdefekte in dotierten Proben untersucht, zum anderen werden die Ionen der seltenen Erden in nominal reinen Proben unterschiedlicher Herkunft identifiziert. Die Mechanismen der Aggregatbildung, Dissoziation und der Rekombination so wie die Reaktionsprodukte des Sauerstoffs wurden experimentell belegt und mit Ergebnissen der anderen Autoren verglichen. Bei den nominal reinen Proben konnte anhand der Zusammensetzung des Defektenhaushaltes der seltenen Erden Rückschlüsse auf Herkunft des Materials und Herstellungsbesonderheiten gemacht werden. Es konnte gezeigt werden, dass auch nominal reines Kalziumfluorid den Sauerstoff in Form von Aggregaten enthält.

Intermediate band (IB) materials have attracted considerable research interest since they can dramatically enhance the near infrared light absorption and lead to applications in the fields of so-called intermediate band solar cells or infrared photodetectors. Hyperdoping Si with deep level impurities is one of the most effective approaches to form an IB inside Si. In this thesis, titanium (Ti) or chalcogen doped Si with concentrations far exceeding the Mott transition limits (~ 5×10^19 cm-3 for Ti) are fabricated by ion implantation followed by pulsed laser annealing (PLA) or flash lamp annealing (FLA). The structural and electrical properties of the implanted layer are investigated by channeling Rutherford backscattering spectrometry (cRBS) and Hall measurements. For Si supersaturated with Ti, it is shown that Ti-implanted Si after liquid phase epitaxy shows cellular breakdown at high doping concentrations during the rapid solidification, preventing Ti incorporation into Si matrix. However, the out-diffusion and the cellular breakdown can be effectively suppressed by solid phase epitaxy during FLA, leading to a much higher Ti incorporation. In addition, the formed microstructure of cellular breakdown also complicates the interpretation of the electrical properties. After FLA, the samples remain insulating even with the highest Ti implantation fluence, whereas the sheet resistance decreases with increasing Ti concentration after PLA. According to the results from conductive atomic force microscopy (C-AFM), the decrease of the sheet resistance after PLA is attributed to the percolation of Ti-rich cellular walls, but not to the insulator-to-metal transition due to Ti-doping. Se-hyperdoped Si samples with different Se concentrations are fabricated by ion implantation followed by FLA. The study of the structural properties of the implanted layer reveals that most Se atoms are located at substitutional lattice sites. Temperature-dependent sheet resistance shows that the insulator-to-metal transition occurs at a Se peak concentration of around 6.3 × 10^20 cm-3, proving the formation of an IB in host semiconductors. The correlation between the structural and electrical properties under different annealing processes is also investigated. The results indicate that the degrees of crystalline lattice recovery of the implanted layers and the Se substitutional fraction depend on pulse duration and energy density of the flash. The sample annealed at short pulse durations (1.3 ms) shows better conductivity than long pulse durations (20 ms). The electrical properties of the hyperdoped layers can be well-correlated to the structural properties resulting from different annealing processes.:Chapter 1 Introduction 1 1.1 Shallow and Deep level impurities in semiconductors 1 1.2 Challenges for hyperdoping semiconductors with deep level Impurities 2 1.3 Solid vs. liquid phase epitaxy 5 1.4 Previous work 7 1.4.1 Transition metal in Si 7 1.4.2 Chalcogens in Si 10 1.5 The organization of this thesis 15 Chapter 2 Experimental methods 18 2.1 Ion implantation 18 2.1.1 Basic principle of ion implantation 18 2.1.2 Ion implantation equipment 19 2.1.3 Energy loss 20 2.2 Pulsed laser annealing (PLA) 23 2.3 Flash lamp annealing (FLA) 24 2.4 Rutherford backscattering and channeling spectrometry (RBS/C) 27 2.4.1 Basic principles 27 2.4.2 Analysis of the elements in the target 28 2.4.3 Channeling and RBS/C 29 2.4.4 Analysis of the impurity lattice location 31 2.5 Hall measurements 31 2.5.1 Sample preparation 32 2.5.2 Resistivity 32 2.5.3 Hall measurements 33 Chapter 3 Suppressing the cellular breakdown in silicon supersaturated with titanium 34 3.1 Introduction 34 3.2 Experimental 35 3.3 Results 36 3.4 Conclusions 42 Chapter 4 Titanium-implanted silicon: does the insulator-to-metal transition really happen? 44 4.1 Introduction 44 4.2 Experimental section 45 4.3 Results 47 4.3.1 Recrystallization of Ti-implanted Si 47 4.3.2 Lattice location of Ti impurities 48 4.3.3 Electrical conduction 50 4.3.4 Surface morphology 52 4.3.5 Spatially resolved conduction 53 4.4 Discussion 55 4.5 Conclusion 56 Chapter 5 Realizing the insulator-to-metal transition in Se hyperdoped Si via non-equilibrium material processing 57 5.1 Introduction 57 5.2 Experimental 59 5.3 Results 60 5.4 Conclusions 65 Chapter 6 Structural and electrical properties of Se-hyperdoped Si via ion implantation and flash lamp annealing 67 6.1 Introduction 67 6.2 Experimental 68 6.3 Results 69 6.4 Conclusions 76 Chapter 7 Summary and outlook 78 7.1 Summary 78 7.2 Outlook 81 References 83 Publications 89

Emerging contaminants represent newly identified organic chemical pollutants that are not yet covered by routine monitoring and regulatory programs. Current research on these contaminants is greatly hindered by the shortage of analytical methods due to the complex matrices, extremely low concentration and their “emerging” nature. In this study the innovative analytical and monitoring methods have been developed and validated for determination of emerging pollutants in water (including pharmaceutical and personal care products, pesticides and artificial sweeteners) based on graphene-silica composite as the solid-phase extraction (SPE) sorbent and as the receiving phase in passive sampler. Graphene, a new allotropic member in the carbon family, has been considered to be a promising candidate for sorption material with high loading capacity because of its ultra-high specific surface area and large delocalized π-electron-rich structure. The composite employed in this work was synthesized by using the cross-link agent to covalently combine carboxylic acid groups of graphene-oxide with the amino groups of the modified silica gel. Afterwards, graphene-silica composite was obtained after treated with hydrothermal reaction in the microwave autoclave, which was demonstrated by X-ray diffraction (XRD). The analytical procedure entails SPE followed by high performance liquid chromatography equipped with tandem mass spectrometers (HPLC-MS/MS). Several crucial parameters were optimized to improve recovery of the analytes, including the amount of sorbents, the ratio of graphene oxide/amino-silica and pH value of water samples. The best recovery results were achieved with 100 mg 10 % (w/w) graphene-silica composite, which were over 70 % except four artificial sweeteners, ranitidine and triclosan. Compared with its commercial counterpart Oasis HLB, pH value variation of water samples has less effect on the recoveries, making graphene composite to be a potential receiving phase of monitoring tool. The batch-to-batch reproducibility was verified on six independently SPE cartridges with graphene-silica composites from two repeatable synthetic batches, showing relative standard deviations (RSDs) in the range of 8.3 % to 19.1 %, except ibuprofen and saccharin. The cartridges proved to be reusable for at least 10 times consecutive extractions, with RSD < 14.9 %, except ibuprofen and diclofenac. The Chemcatcher® passive sampler is frequently used for monitoring polar organic chemicals in surface water. Uptake kinetics is necessary to be quantified to calculate time-weighted average (TWA) concentration. A series of calibration experiments were conducted in the beaker renewal experiments as well as in the flow-through system with styrenedivinylbenzene-cross connect (SDB-XC) disks and graphene-silica composite as the receiving phase. The results obtained from the beaker renewal experiments showed that the uptake kinetics of accumulated compounds with all Chemcatcher® configurations can keep linear within 2 weeks. The innovative configuration using graphene-silica composite powder placed between two PES membranes was able to accumulate eleven of the selected compounds with uptake rate (Rs) from 0.01 L/day (acesulfame K and sucralose) to 0.08 L/day (chlothianidin), while its commercial counterpart SDB-XC disks with polyethersulfone (PES) membranes can accumulate seven substances with Rs from 0.02 L/day (sucralose and chlothianidin) to 0.15 L/day (carbamazepine). In the flow-through system, when Chemcatchers® were equipped with SDB-XC disks without PES membranes, the linear uptake range for the majority of compounds was only in one week, except atrazine. The Rs of accumulated compounds were from 0.16 L/day (chloramphenicol) to 1.04 L/day (metoprolol) that are higher than the same substances in the beaker renewal experiments, in which the Rs of chloramphenicol and metoprolol were 0.09 L/day and 0.56 L/day respectively. However, if the PES membranes were employed, the uptake kinetics in both calibration experimental designs were comparable: the Rs of accumulated compounds from the configuration with SDB-XC disks covered by PES membranes were from 0.035 L/day (sucralose) to 0.17 L/day (carbamazepine) and from the configuration with graphene-silica composite were from 0.01 L/day (gemfibrozil) to 0.08 L/day (chlothianidin). Moreover, the uptake range can keep linear within two weeks. The developed Chemcatcher® method was successfully applied in real surface waters. 1-H benzontriazole, tolyltriazole and caffeine were the main contaminants in Elbe River and the Saidenbach drinking water reservoir. The investigated results between summer and autumn monitoring period were not significantly different.:Acknowledgement I Abstract III Zusammenfassung V Content IX List of Figures XIII List of Tables XVII Table of Abbreviations XIX 1. Motivation 1 2. Introduction 3 2.1 Emerging contaminants 3 2.1.1 Definition 3 2.1.2 Sources 3 2.1.3 Concern about the adverse impacts 5 2.2 Analysis of the emerging contaminants 7 2.2.1 General analytical process 7 2.2.2 Enrichment techniques 8 2.2.2.1 Liquid-liquid extraction (LLE) 8 2.2.2.2 Solid-phase extraction (SPE) 9 2.2.2.3 Innovative type of solid-phase extraction 13 2.2.3 Analytical methods 15 2.3 Graphene and its application in analytical chemistry 19 2.3.1 Introduction 19 2.3.2 Synthesis methods of graphene 20 2.3.3 Application in sample pre-treatment 21 2.3.3.1 Graphene-based material as SPE sorbent 21 2.3.3.2 Graphene-coated fibers as SPME sorbent 22 2.3.3.3 Magnetic graphene as MSPE sorbent 23 2.3.3.4 Graphene-based MIPs 24 2.4 Chemcatcher®—a passive sampling technique 25 2.4.1 Introduction 25 2.4.2 Theory 26 2.4.2.1 Equilibrium passive sampling 27 2.4.2.2 Kinetic passive sampling 28 2.4.3 Concept of Chemcatcher® 28 2.4.4 Calibration of Chemcatcher® 33 2.4.5 Performance and reference compounds 36 3. Study objectives and hypotheses 39 3.1 Study objectives 39 3.2 Hypotheses 41 4. Material and methods 43 4.1 Materials 43 4.1.1 Chemicals and solutions 43 4.1.2 Consumable materials and instruments 44 4.2 Synthesis of graphene-silica composite 46 4.3 SPE experiments 49 4.3.1 Packing method 49 4.3.2 SPE procedure 49 4.3.3 Optimization of SPE procedures 51 4.3.4 Repeatability and reusability test 52 4.4 Chemcatcher® experiments 53 4.4.1 Preparation and precondition 53 4.4.2 Calibration of Chemcatcher® 55 4.4.2.1 Preliminary test 55 4.4.2.2 Experimental design of the beaker batch tests 56 4.4.2.3 Experimental design of the flow-through system 57 4.4.3 Monitoring application of Chemcatcher® in surface water 59 4.4.4 Elution process 60 4.4.5 Statistic data evaluation 61 4.5 HPLC-MS/MS analysis 62 5. Results and discussion 63 5.1 Preparation and characterization of graphene-silica composite 63 5.2 SPE performance of the graphene-silica composite 67 5.2.1 Preliminary test of packing methods 67 5.2.2 Optimization of SPE procedures 68 5.2.2.1 The amount of sorbent 68 5.2.2.2 Graphene ratio in the composites 68 5.2.2.3 pH value of the water sample 69 5.2.3 Repeatability and reusability test 72 5.2.3.1 Performance of the off-line SPE 72 5.2.3.2 Repeatability and reusability test results 75 5.2.4 Summarized discussion of the SPE performance 76 5.3 Calibrating results of Chemcatcher® 86 5.3.1 Pre-test results 86 5.3.1.1 Feasibility test of commercial disks as receiving phase 86 5.3.1.2 Stability test 88 5.3.1.3 Elution optimization. 88 5.3.1.4 Recovery of the filters 92 5.3.2 Calibration results of renewal experiments 93 5.3.2.1 SDB-XC disks without and with membranes 93 5.3.2.2 Graphene-silica composite as receiving phase 97 5.3.3 Calibration results of the flow-through system experiments 101 5.3.3.1 Determination of experimental parameters 101 5.3.3.2 Concentration control 103 5.3.3.3 Calibration results 105 5.3.3.4 Preliminary evaluation of performance and reference compounds 112 5.4 Application of Chemcatcher® in surface water 114 5.5 Discussion about problems of commercial disks as receiving phase in Chemcatcher® 118 5.5.1 Deformation of commercial disks 118 5.5.2 The particles in the solution after elution 119 6. Conclusion and perspective 121 7. Annex 125 7.1 Material and methods 125 7.1.1 Chemicals 125 7.1.2 Silica gel and graphene oxide 144 7.1.3 Microwave reduction program 144 7.1.4 Working schedule of the calibration experiments in flow-through system 144 7.1.5 HPLC-MS/MS conditions 146 7.2 Experimental results 149 7.2.1 Stability of the colloid solution of graphene oxide 149 7.2.2 EDX analysis results 149 7.2.3 HPLC-MS/MS results 152 7.2.4 Calibrating results of the beaker renewal experiment 153 7.2.5 Calibrating results of the flow-through system experiments 157 7.2.6 Monitoring results in the Elbe River 161 Reference 163

The impurity profiling of pharmaceutical ingredients can oppose many challenges. The best part of active pharmaceutical ingredients (APIs) and the related substances are detectable by UV detection, a very common detection principle. However, if an API lacks a suitable chromophore other means of detection are necessary. The corona charged aerosol detector (CAD) is a detector capable of detecting substances independent of their chemical structure. This “universal” detector has only one limitation: The analyte has to have a sufficiently low vapor pressure. Another important challenge that comes often together with the lack of a chromophore concerns the separation. These substances (e.g. most amino acids and derivatives) often contain structures that make them difficult to retain on conventional reversed phase columns. Possible solutions to overcome these challenges, like the application of the CAD and the benefit of so-called mixed-mode stationary phases in impurity profiling for pharmacopoeial purposes were explored in this work. The related substances analyzed in this thesis comprise amino acids, inorganic ions, bisphosphonic acids, basic and acidic derivatives of amino acids (esters and amides). The successful development and validation of mixed-mode liquid chromatography methods with CAD detection for carbocisteine and ibandronate sodium might help to increase the acceptance of this versatile detector in the pharmaceutical industry and in official authorities dealing with the determination of related substances. The combination of UV and CAD detection proved very useful during the analysis of Bicisate. Most of the related substances and some unidentified impurities were detectable by CAD whereas a synthesis by-product, a semi-volatile ester, was only detectable in the UV trace. The simple combination covers all relevant impurities in a single analysis. Two truly orthogonal methods regarding separation and detection for the enantiomeric purity of magnesium-L-aspartate helped to find the reason for elevated D aspartic acid content in the drug substance. A very quick and sensitive indirect separation using the OPA derivatization with NAC was developed as a powerful screening tool, whereas the direct separation of D- and L-CBQCA-Asp derivatives confirmed the results. Both methods were optimized in order to do without substances mentioned on the REACH list, like sodium tetraborate which is very frequently applied in standard derivatization protocols and CE separations. The importance of orthogonal detection principles in the determination of related substances of amino acids was discussed in a review article dealing with the revision of amino acid monographs in the Ph. Eur
Die Reinheitsprüfung pharmazeutischer Wirkstoffe kann den Analytiker vor verschiedene Hürden stellen. So gilt für den größten Teil pharmazeutischer Wirkstoffe und deren verwandte Substanzen, dass sie mit Hilfe des weit verbreiteten UV-Detektors nachweisbar sind. Verfügt ein Wirkstoff hingegen nicht über ein geeignetes Chromophor, so benötigt man andere Möglichkeiten der Detektion. Der corona charged aerosol detector (CAD) ist in der Lage Substanzen unabhängig von ihrer chemischen Struktur zu detektieren, vorausgesetzt, sie sind schwerflüchtig. Eine weitere Herausforderung, die häufig mit dem Fehlen eines Chromophors einhergeht betrifft die Trennung. Verbindungen dieser Art (z.B. die meisten Aminosäuren und deren Derivate) enthalten häufig Strukturen, die eine Trennung auf konventionellen Umkehrphasen erschweren. Mögliche Ansätze um die genannten Herausforderungen zu meistern, wie zum Beispiel die Verwendung des CAD und sogenannter mixed-mode Phasen in der pharmazeutischen Reinheitsanalytik wurden erarbeitet und an konkreten Anwendungen erprobt. Die in dieser Arbeit bestimmten verwandten Substanzen sind vor allem Aminosäuren, anorganische Ionen, Bisphosphonate sowie basische und saure Derivate von Aminosäuren (Ester und Amide). Die erfolgreiche Entwicklung und Validierung von mixed-mode flüssig-chromatographischer Methoden kombiniert mit CAD für Carbocistein und Ibandronat Natrium könnte dabei helfen die Akzeptanz in der Pharmazeutischen Industrie und bei den für Reinheitsprüfungen zuständigen Behörden für diesen vielseitigen Detektor zu verbessern. Die Kombination von UV-Detektion und CAD erwies sich bei der Analyse von Bicisate als sehr nützlich. Die meisten verwandten Substanzen und einige unbekannte Verunreinigungen konnten mittels CAD detektiert werden, während ein Nebenprodukt der Synthese, ein halb-flüchtiger Ester, nur mit Hilfe des UV Detektors sichtbar war. Die Kombination zweier Detektionstechniken ermöglichte die Bestimmung aller relevanten Verunreinigungen in einer einzigen Analyse. Die Bestimmung der optischen Reinheit von Magnesium-L-Aspartat gelang mittels zweier orthogonaler Methoden und der Grund für das Auftreten von erhöhten Konzentrationen an D-Aspartat wurde gefunden. Eine schnelle indirekte Bestimmung der OPA/NAC-Derivate eignete sich als Screening-tool, während die direkte Trennung der enantiomeren CBQCA-Derivate die Ergebnisse bestätigte. Beide Methoden wurden im Hinblick darauf optimiert, dass sie ohne Substanzen wie Natriumtetraborat, eine Substanz auf der REACH Liste für besonders besorgniserregende Substanzen, sowie gebräuchlicher Puffer bei Derivatisierungsreaktionen und CZE Trennungen, auskamen. Die Bedeutung von orthogonalen Detektionstechniken bei der Bestimmung der verwandten Substanzen von Aminosäuren wurde in einem Übersichtsartikel, der in Zusammenhang mit der Revision von Aminosäuren Monographien des Europäischen Arzneibuches steht, diskutiert

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Untersuchungen von Verunreinigungsprofilen von Aminosäuren aus biotechnologischer Herstellung. Dazu sollten die Aminosäuren Arg, His, Ile, Lys, Phe, Pro, Ser und Trp von verschiedenen Herstellern und aus unterschiedlichen Batches genauer unter die Lupe genommen werden. Mit der im Europäischen Arzneibuch beschriebenen dünnschichtchromatographischen Methode (DC-Methode) für „mit Ninhydrin nachweisbare Substanzen“ können ausschließlich Fremdaminosäuren nachgewiesen werden und dies nur, wenn der jeweilige Gehalt relativ hoch ist. Andere Stoffgruppen, die aus der biotechnologischen Herstellung stammen, werden aufgrund der Trennbedingungen sowie der Detektionsart der DC-Methode nicht erfasst. Deshalb mussten neue Methoden entwickelt werden. Laut Vorschriften der International Conference of Harmonisation (ICH) müssen unbekannte Verunreinigungen in Wirkstoffen für orale Therapeutika auf 0,1 % w/w begrenzt werden können. In die Untersuchungen wurden neben den Fremdaminosäuren auch Peptide, Aminozucker und Nucleinsäuren als potentielle Verunreinigungen, die aus der Herstellung bzw. aus dem Reinigungsprozess kommen, einbezogen. Diese zusätzlichen Stoffgruppen können aus den „Nebenaktivitäten“ der Mikroorganismen entstehen. Aminosäuren, Peptide und Aminozucker wurden versucht, kapillarelektrophoretisch zu quantifizieren. Für die Bestimmung von Nucleinsäuren wurde zusätzlich die UV-Spektroskopie eingesetzt
Aim of the present work was to investigate the impurity profiles of amino acids of biotechnological origin. Eight amino acids were included: Arg, His, Ile, Lys, Phe, Pro, Ser and Trp. The amino acid samples originating from different producers and different batches had to be studied in deeper detail. The thin-layer chromatographic method (TLC-method) of “ninhydrin-positive substances”, as described in the European Pharmacopoeia, is able to detect primarily other amino acids, if their respective content is relatively high. Other groups of substances of biotechnological origin cannot be detected due to the separation conditions and the detection principle of the TLC-method. Therefore new methods had to be developed. In accordance with the guidelines of the International Conference of Harmonisation (ICH), the content of unknown impurities in active ingredients for oral therapeutics should be limited to 0,1 % w/w. Apart from other amino acids, the study included peptides, amino sugars and nucleic acids as potential impurities, originating from production or purification processes. These additional groups of substances are byproducts of the biosynthesis pathways of microorganisms. An attempt was made to quantify the amino acids, peptides and amino sugars by means of capillary electrophoresis. UV-spectrophotometry was additionally used for the determination of nucleic acids

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden analytische Methoden zur Bestimmung des Verunreinigungsprofils von Erythromycin entwickelt, die der bestehenden Ph.Eur.-Methode überlegen sind. Die neue HPLC-Methode ist in der Lage, alle verwandten Verbindungen mit angemessener Präzision nachzuweisen und zu quantifizieren. Mit Hilfe der Massenspektrometrie konnten alle Hauptkomponenten und verwandten Verbindungen der Base, ihrer Ester und Salze eindeutig identifiziert und quantifiziert werden. Zudem konnten zwei neue verwandte Verbindungen von Erythromycin gefunden und als N,N-Didemethylerythromycin A und Anhydroerythromycin F identifiziert werden
Within this work analytical methods for determination of the impurity profile of erythromycin were developed. These methods show clear improvements compared to the current methods described in the Ph.Eur. The new HPLC method is able to separate and quantify all related substances with an acceptable precision. The mass spectrometry shows the suitability for the direct qualitative and quantitative analysis of the base, ester and salts of erythromycin. Moreover using ion trap two new, unexpected EA related substances could be detected and identified as N,N-didemethylerythromycin A and anhydroerythromycin F

For the quality assurance of substances for pharmaceutical use, a variety of analytical techniques are available to address specific analytical problems. In this field of application, liquid chromatography (LC) stands out as the gold standard in the pharmaceutical industry. Various detectors can be employed, which are e.g. based on UV/Vis spectroscopy for the examination of molecules with a chromophore, or mass spectrometry (MS) for structural elucidation of analytes. For the separation of enantiomers, the use of capillary electrophoresis (CE) may be more favorable due to the high separation efficiency and easy-to-use and comparatively inexpensive chiral selectors, in contrast to chiral columns for LC, which are usually very expensive and limited to a restricted number of analytes. For structure elucidation in impurity profiling, one- and multidimensional 1H NMR spectroscopy is a valuable tool as long as the analyte molecule has got nuclei that can be detected, which applies for the magnitude of organic pharmaceutical substances. For the evaluation of the amount of mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH) in various paraffin samples from different suppliers, a straightforward method based on 1H NMR spectroscopy was elaborated. The MOAH/MOSH ratio was used to indicate the amount of MOAH of paraffins and to evaluate the extent of refining. In addition, a representative paraffin sample was measured without sample solvent at high temperatures (about 340 K) to avoid the interfering residual solvent signals in the spectral regions of interest. The results of both methods were in good accordance. Moreover, the 1H NMR results were complemented with the UV measurements from the purity testing of paraffins according to the DAB 8. Correlations of the NMR and UV spectroscopic data indicated a linear relationship of both methods for the determination of MOAH in paraffins. Finally, the 1H NMR data was evaluated by principal component analysis (PCA) to explore differences within the paraffin samples and the spectral regions in the 1H NMR spectrum which are responsible for the formation of groups. It could be found that most variation is due to the MOSH of the paraffins. The PCA model was capable of differentiating between soft, liquid and solid paraffins on the one hand and between natural and synthetic liquid paraffins on the other hand. The impurity profiling of L-ascorbic acid 2-phosphate magnesium (A2PMg) was performed by means of one- and two-dimensional NMR spectroscopy. Several ethylated impurities could be detected, which were likely to be formed during synthesis of A2PMg. The structures of two of the ethylated impurities were identified as ascorbic acid 2-phosphate ethyl ester and ethanol, (residual solvent from synthesis). NMR spectroscopic studies of the fractions obtained from preparative HPLC of A2PMg revealed two additional impurities, which were identified as phosphorylated derivatives of ascorbic acid, ascorbic acid 3,5-phosphate and ascorbic acid 5-phosphate. Solid state mechanochemistry as an alternative approach for stress testing was applied on the drug substances S-Ibuprofen (Ibu) and Clopidogrel (CLP) using a ball mill, in order to study their degradation profile: First, the isomerization of S-Ibu was investigated, which was stressed in the solid state applying several milling frequencies and durations under basic, acidic and neutral conditions. For the separation of Ibu enantiomers, a chiral CE method was developed and validated according to ICH Q2(R1). It was found that S-Ibu is overall very stable to isomerization; it shows minor conversion into the R-enantiomer under basic environment applying long milling times and high frequencies. Last, the degradation profile of clopidogrel hydrogen sulfate (CLP) was investigated, which was stressed in the solid state under various oxidative conditions. An already existing HPLC-UV method was adjusted to sufficiently separate the degradation products, which were characterized by means of UV and MS/(MS) detection. Most of the degradation products identified were already reported to result from conventional CLP stress tests. The degradation profile of CLP was mainly influenced by the material of the milling jar and the type of catalyst used
Für die Qualitätssicherung von Arznei- und Hilfsstoffen steht eine Vielzahl von analytischen Techniken für spezifische analytische Fragestellungen zur Verfügung. In der pharmazeutischen Industrie hat sich dabei die Flüssigkeitschromatographie als Goldstandard etabliert. Es können verschiedene Detektoren eingesetzt werden, die z. B. auf UV/Vis-Spektroskopie zur Untersuchung von Molekülen mit einem Chromophor oder auf Massenspektrometrie zur Strukturaufklärung von Analyten basieren. Für die Trennung von Enantiomeren kann die Verwendung von Kapillarelektrophorese aufgrund der hohen Trenneffizienz und der einfach zu handhabenden und vergleichsweise preiswerten chiralen Selektoren gegenüber chiralen Säulen in der Flüssigchromatographie bevorzugt sein, die in der Regel sehr teuer und auf eine begrenzte Anzahl von Analyten beschränkt sind. Für die Strukturaufklärung im Rahmen der Erstellung von Verunreinigungsprofilen ist die ein- und mehrdimensionale 1H-NMR-Spektroskopie eine sehr wertvolle Methode, solange das Analytmolekül Kerne besitzt, die der NMR-Spektroskopie zugänglich sind, was für den Großteil der organischen Arznei- und Hilfsstoffe zutrifft. Um die Menge an „mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH)“ in verschiedenen Paraffinproben von unterschiedlichen Herstellern zu bestimmen, wurde eine einfache 1H-NMR-Spektroskopie-Methode erarbeitet. Das Verhältnis von MOAH zu „mineral oil saturated hydrocarbons (MOSH)“ wurde dazu verwendet, um die Menge der MOAH in Paraffinen zu bestimmen und ihren Raffinationsgrad zu beurteilen. Zusätzlich wurde eine repräsentative Paraffinprobe ohne Probenlösungsmittel bei hohen Temperaturen (ca. 340 K) vermessen, um die interferierenden Restlösemittel Signale in den relevanten Spektralbereichen zu vermeiden. Die Ergebnisse beider Methoden stimmten gut überein. Weiterhin wurden die 1H-NMR-Ergebnisse durch die UV-Messungen aus der Reinheitsprüfung von Paraffinen gemäß DAB 8 ergänzt. Korrelationen der NMR- und UV-spektroskopischen Daten wiesen auf eine lineare Beziehung beider Methoden für die Bestimmung der MOAH in Paraffinen hin. Schließlich wurden die 1H-NMR-spektroskopischen Daten mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet, um Unterschiede innerhalb der Paraffinproben und die für die Gruppenbildung verantwortlichen Spektralbereiche im 1H-NMR-Spektrum zu ermitteln. Es konnte festgestellt werden, dass der Hauptanteil der Varianz auf die MOSH zurückzuführen ist. Das PCA-Modell war dazu in der Lage, zwischen weichen, flüssigen und festen Paraffinen einerseits und zwischen natürlichen und synthetischen flüssigen Paraffinen andererseits zu unterscheiden. Das Verunreinigungsprofil von L-Ascorbinsäure-2-phosphat-Magnesium (A2PMg) wurde mittels ein- und zweidimensionaler NMR-Spektroskopie untersucht. Es konnten mehrere ethylierte Verunreinigungen nachgewiesen werden, die vermutlich während des Syntheseprozesses von A2PMg gebildet wurden. Die Strukturen von zwei der ethylierten Verunreinigungen wurden als Ascorbinsäure-2-phosphat ethylester und Ethanol (Restlösungsmittel aus der Synthese) identifiziert. NMR spektroskopische Untersuchungen der aus der präparativen HPLC von A2PMg erhaltenen Fraktionen ergab zwei weitere Verunreinigungen, die als phosphorylierte Derivate von Ascorbinsäure, Ascorbinsäure-3,5-phosphat und Ascorbinsäure-5-phosphat, identifiziert wurden. Die Festkörper-Mechanochemie als alternativer Ansatz für Stresstests wurde auf die Arzneistoffe S-Ibuprofen und Clopidogrel unter Einsatz einer Kugelmühle angewandt, um deren Abbauprofil zu analysieren: Zunächst wurde die Isomerisierung von S-Ibuprofen (Ibu) untersucht, das im festen Zustand unter Anwendung verschiedener Mahlfrequenzen und -dauern unter basischen, sauren und neutralen Bedingungen gestresst wurde. Für die Trennung der Ibu-Enantiomere wurde eine chirale Kapillarelektrophorese-Methode entwickelt und gemäß ICH Q2(R1) Leitlinie validiert. Es wurde festgestellt, dass S-Ibu insgesamt sehr stabil gegenüber Isomerisierung ist, jedoch unter basischen Bedingungen und hohen Mahldauern und -frequenzen eine geringe Umwandlung in das R-Enantiomer zeigt. Zuletzt wurde das Abbauprofil von Clopidogrelhydrogensulfat (CLP) untersucht, das im festen Zustand unter oxidativen Bedingungen gestresst wurde. Eine bereits bestehende HPLC-UV Methode wurde optimiert, um die Abbauprodukte ausreichend zu trennen und anschließend mittels UV- und MS/(MS)-Detektion zu charakterisieren. Die meisten der identifizierten Abbauprodukte waren bereits aus konventionellen CLP-Stresstests bekannt. Das Abbauprofil von CLP wurde hauptsächlich durch das Material der Kugelmühle und den Typ des verwendeten Katalysators beeinflusst

Die Kapillarelektophorese (CE), deren Trennprinzip auf der Wanderung geladener Teilchen im elektrischen Feld basiert, ist eine Methode, die in verschiedenen Techniken angewandt werden kann. Sowohl die wässrige Kapillarzonenelektrophorese (CZE) als auch die wasserfreie CE (NACE), aber auch die elektrokinetische Chromatographie mittels Mikroemulsion (MEEKC) wurden in dieser Arbeit für die Reinheitsanalytik der im Europäischen Arzneibuch beschriebenen Wirkstoffe Ethambutol, Quetiapin, Ephedrin sowie Levodopa und deren jeweils strukturverwandter Substanzen benutzt. Der Wirkstoff Ethambutol wird in der (S,S)-Form verwendet, die im Ph. Eur. 7 als Dihydrochlorid aufgeführt ist. Um eine Trennmethode für (S,S)-Ethambutol, sein Enantiomer und die achirale meso-Verbindung entwickeln zu können, wurden die beiden stereoisomeren Verunreinigungen aus 2-Amino-1-butanol und Diethyloxalat synthetisiert. Zur Trennung dieser drei Ethambutol-Isomere wurde CZE als Methode gewählt. In saurem Phosphatpuffer musste eine hohe Probenkonzentration von 1 mg/ml verwendet werden, um die Substanzen mit UV detektieren zu können (λ: 200 nm). In alkalischem Tetraboratpuffer war das Chromophor dank der freien Elektronenpaare der Stickstoff-Moleküle besser ausgeprägt und die Intensität der Peaks deutlich intensiver. Als chirale Selektoren wurden die nativen α-, β- und γ-Cyclodextine (CDs) und verschiedene derivatisierte β-CDs eingesetzt. Die Methode wurde vielfach in Bezug auf Molarität und pH-Wert der Puffer, Konzentration der verschiedenen chiralen Selektoren, Spannung und Temperatur modifiziert. Jedoch konnte keine Trennung der Stereoisomere erreicht werden. Eine CD-modifizierte MEEKC-Methode wurde herangezogen, um die Racemate der Aminosäuren Dopa, Methyldopa, Tyrosin und Phenylalanin voneinander zu trennen. Dazu wurde eine Mikroemulsion (ME) aus Ethylacetat, SDS, 1-Butanol, Phosphatpuffer, sulf. β-CD und, wenn nötig, aus dem organischen Modifier 2-Propanol eingesetzt. Für jede DL-Aminosäure wurde die Zusammensetzung der ME als auch die Geräteeinstellungen (Spannung, Temperatur) optimiert. Die Trennung von DL-Dopa konnte ohne Zugabe eines organischen Modifiers durchgeführt werden. Auf Grundlage dieser individuellen Methoden wurden zwei CD-modifizierte MEEKC-Methoden entwickelt, mit denen alle vier untersuchten Racemate getrennt werden konnten. Die abschließende Validierung in Bezug auf Wiederholpräzision (Auflösung, Migrationszeiten, Verhältnis der korrigierten Peakflächen und Anzahl der theoretischen Böden) und Detektionsgrenzen zeigte, dass die Methoden präzise Ergebnisse liefern. Die Technik der MEEKC wurde auch zur Trennung von Ephedrin-Derivaten genutzt. Wedig et al. konnten die Racemate von Ephedrin, Pseudoephedrin, N-Methylephedrin und Norephedrin mit einer HDAS-β-CD-modifizierten CZE-Methode in einem Lauf basislinientrennen, indem ein 50 mM Phosphatpuffer, pH 3,0 als HGE eingesetzt wurde. Aus diesem HGE und den organischen Bestandteilen, die zur Trennung der Aminosäuren führten, wurde eine ME hergestellt. Entgegen der Methode von Wedig et al. konnte mittels HDAS-β-CD keine zufriedenstellende Trennleistung erreicht werden. Durch Austausch des chiralen Selektors gegen sulf. β-CD und Modifizierung des Phosphatpuffers in Ionenstärke und pH-Wert konnte für alle vier Epedrin-Derivate eine Basislinientrennung erzielt werden. Diese MEEKC-Methode wurde auf weitere Ephedrin-Derivate angewandt, wodurch das racemische 2-(Dibutylamino)-1-phenyl-1-propanol partiell, die Racemate von Adrenalin, 2-Amino-1-phenylethanol und Diethylnorephedrin vollständig voneinander getrennt werden konnten. Während mit der HDAS-β-CD-modifizierten CZE-Methode alle vier Ephedrin-Derivaten in einem Lauf getrennt werden konnten, hat die MEEKC-Methode den Vorteil mit dem kostengünstigeren sulf. β-CD auszukommen. Schlussendlich wurde eine Reinheitsanalytik von Quetiapin und seinen verwandten Substanzen Quetiapindesethanol, Quetiapin-N-Oxid und Quetiapinlactam entwickelt. Da Quetiapinlactam fast ausschließlich in organischen Lösungsmitteln löslich ist, sollte eine wasserfreie CE-Methode (NACE) eingesetzt werden. Zwar konnte eine Methode entwickelt werden, deren HGE aus Methanol, Acetonitril, Ammoniumacetat und Essigsäure bestand, und mit der Quetiapin und seine drei verwandten Substanzen sehr gut getrennt werden konnten. Allerdings konnte sie aufgrund von Stromabbrüchen nicht validiert werden. Alternativ wurde eine wässrige, gut reproduzierbare CZE-Methode gefunden, deren Elektrolytlösung aus einem 80 mM Phosphatpuffer, pH 4.0 bestand. Aufgrund der Wasserunlöslichkeit von Quetiapinlactam konnten so nur Quetiapin und die Verunreinigungen Quetiapindesethanol und Quetiapin-N-Oxid erfasst werden. Abschließend wurde die CZE-Methode validiert, wodurch die hohe Präzision der ermittelten Werte gezeigt werden konnte
The separation mechanism of capillary electrophoresis (CE) is based on the mobility of ions in an electric field. CE is a versatile technique, which can be operated in different modes. In this work, both aqueous capillary zone electrophoresis (CZE) and nonaqueous CE (NACE) and microemulsion electrokinetic chromatography (MEEKC) were investigated. Using these CE methods, impurity analysis was accomplished for serveral pharmaceuticals, which are described in the European Pharmacopoeia (Ph. Eur.): ethambutol, quetiapine, ephedrine, levodopa and correspondingly related substances. The active agent ethambutol is used in the (S,S)-configuration and in Ph. Eur. 7 the monograph describes the dichloride of the substance. In order to develop a separation method for (S,S)-ethambutol, its enantiomer and the achiral meso-compound were synthesized by the reaction of 2-amino-1-butanol and diethyloxalate. For the separation of these ethambutol compounds the CZE technique was chosen. After using an acid phosphate buffer, the concentration of the sample solution had to be set at 1 mg/ml for an sufficient UV adsorption (λ: 200 nm). After using a basic tetraborate buffer, the chromophore was more sensitive due to the electron pair of the nitrogen molecule, which led to higher peak intensity. Native α-, β- and γ-cyclodextins (CDs) and some derivatives of β-CD were added to the background electrolyte (BGE) as chiral selectors. The CZE method was modified in many ways, e. g. in molarity and pH value of the BGE, in concentration of the chiral selectors, in voltage and in temperature. In spite of various variations, the separation of the stereoisomers was not successful. A CD-modified MEEKC method was applied to separate the racemates of dopa, methyldopa, tyrosine and phenylalanine. For this purpose, a microemulsion (ME) was employed, which consisted of ethyl acetate, SDS, 1-butanol, phosphate buffer, sulf. β-CD and 2-propanol, used as an organic modifier, if necessary. For each DL-amino acid the composition of the ME and the instrument settings (voltage, temperature) were optimized. The separation of DL-dopa was accomplished without an organic modifier. Based on the methods evolved individually, two CD-modified MEEKC methods were developed to separate all four racemates. The concluding validation of these methods with respect of repeatability (resolution, migration time, ratio of the corrected peak areas, and number of theoretical plates) and limit of detection showed that the methods give precise results. The technique of MEEKC was also used for the separation of ephedrine derivatives. By means of a HDAS-β-CD-modified CZE method, Wedig et al. achieved baseline separation of racemic ephedrine, pseudoephedrine, N-methylephedrine and norephedrine in one run. In their experiment the BGE consisted of 50 mM phosphate buffer, pH 3.0. An ME was composed of this buffer as aqueous phase and the organic compounds, which formed the oil-phase of the ME for the amino acids. Contrary to the CZE method of Wedig et al., who used HDAS-β-CD, no satisfying resolution was observed. Replacing the chiral selector HDAS-β-CD with sulf. β-CD and modifying the phosphate buffer in ionic strength and pH value, led to baseline separation of the four mentioned ephedrine derivatives eventually. This MEEKC method was subjected to the separation of other ephedrine derivatives. So racemic 2-(dibutylamino)-1-phenyl-1-propanol could partly be separated, whereas complete separation could be observed for racemic adrenaline, 2-amino-1-phenylethanol and diethylnorephedrine. Whereas the MEEKC method is much cheaper by using sulf. β-CD, the application of the HDAS-modified CZE method resulted in the separation of all four racemic ephedrine alkaloids in one run. Finally, an impurity analysis of quetiapine and its related compounds quetiapine desethanol, quetiapine-N-oxide and quetiapine lactam was develop. The molecular structure of quetiapine lactam needed to be clarified, as this compound had not been described before. By using mass spectrometric (MS) as well as infrared (IR) and NMR investigations, the substance could be identified: Dibenzo[b,f][1,4]thiazepine-11(10H)one. As quetiapine lactam was found to be nearly insoluble in water and aqueous solutions, an NACE method had to be applied. Indeed, a method was developed with a BGE consisting of methanol, acetonitril, ammonium acetate and acetic acid. Thereby, the separation of quetiapine and its three mentioned impurities was observed with high resolution values. However, validation was impossible, because of numerous aborts of the current. Alternatively, an aqueous and highly reproducible CZE method was found with a BGE composed of 80 mM phosphate buffer, pH 4.0. Due to the water insolubility of quetiapine lactam, only quetiapine desethanol and quetiapine-N-oxide could be analysed as impurities. Finally, the aqueous CZE method was validated; the high precision of the results could be verified

The Corona® charged aerosol detector (CAD) is an aerosol-based detector first de-scribed by Dixon and Peterson in 2002. It is capable of detecting compounds inde-pendent from their physico-chemical properties presumed the analyte is sufficiently non-volatile. Consequently, the CAD is often applied to the analysis of substances that do not possess a suitable UV chromophore. Major drawbacks are however, the detector signal is non-linear and depending on the content of organic solvent in the mobile phase. This thesis tried to explore possible applications of the CAD for pharmaceutical analysis. Therefore, several substances from different compound classes were in-vestigated. Newly developed or existing methods were validated. Thus the perfor-mance of the CAD could be examined. Both assay and impurity determination were evaluated for their compliance with ICH Q2(R1) “Validation of Analytical Proce-dures” and the “Technical Guide for the Elaboration of Monographs”. In the course of the establishment of reference substances at the EDQM, a generic screening method for the identification of organic and inorganic pharmaceutical counterions was needed. An HPLC-CAD method developed by Zhang et al. was therefore investigated for its suitability for pharmacopoeial purpose. Method valida-tion was performed. It was found that 23 ions could be separated and detected. Iden-tification was achieved via retention time of an authentic standard of the corre-sponding ions. Alternatively, peak assignment was performed by determination of the exact mass using TOF-MS. Ions could be quantified as impurities or for stoichi-ometric purpose. For the impurity control in topiramate, the performance characterstics of the CAD were compared to that of an ELSD. CAD was superior to ELSD in terms of repeata-bility, sensitivity and linearity. However, impurities could be quantified with satisfac-tory accuracy with both detectors. The application of the ELSD was not feasible due to non-reproducible spike peaks eluting after the principle peak in the chromatogram of the test solution. One of the impurities, topiramate impurity A (diacetonide), gave no or a vastly diminished signal in the ELSD and the CAD, respectively. It is evapo-rated during the detection process due to its relatively high vapor pressure. The re-sponse could be enhanced by a factor of nine via post-column addition of acetoni-trile and a lower nebulizer temperature. As the response of topiramate impurity A was still about thousand-fold lower than the response of all other impurities, its quantification was not feasible. Additionally, the HPLC-CAD was successfully vali-dated as an assay procedure for topiramate. There seems to be a great potential in the application of the CAD to the analysis of excipients as most compounds do not possess a suitable UV chromophore. Here, a simple and rapid HPLC-CAD method for the determination of polidocanol (PD) was developed. The method was successfully validated as a potential assay procedure for the Ph. Eur. as none is described in either of the two PD monographs. The same method was applied to the determination of the PD release from a pharmaceutical polymer matrix. A method for the determination of the fatty acid (FA) composition of polysorbate 80 (PS80) was developed and validated. Using the CAD and mass spectrometry, we were able to identify two new FAs in 16 batches from four manufacturers. All batch-es complied with pharmacopoeial specification. Furthermore, the overall composi-tion of the different PS80 species (“fingerprinting”) and the peroxide content were determined. In addition to the chemical characterization, functionality related charac-teristics (FRCs) were determined. Correlations between chemical composition and FRCs were found. The validation data of the above mentioned methods suggests that the CAD repre-sents a viable detection technique for pharmaceutical analysis. The CAD was suffi-ciently sensitive for non-volatile analytes. Impurity control down to concentrations of 0.05 or 0.03%, as demanded by ICH Q3A (R2), is achievable. However, the response of semi-volatile compounds may be drastically diminished. It could be confirmed that the response of the CAD is linear when the range does not exceed two orders of magnitude. Exceptions may be observed depending on the actual method setup. When the measuring range is sufficiently narrow, quantification can be done using single-point calibration which is common practice in pharmaceutical anlysis. Impuri-ties may also be quantified against a single calibration solution. However, correction factors may be needed and the accuracy is considerably lower compared to an as-say method. If a compound is to be quantified over a large concentration range, log-log transformation of the calibration curve is needed and a decreased accuracy has to be accepted
Der “Corona® charged aerosol detector” (CAD) ist ein aerosol-basierter Detektor, welcher 2002 von Dixon und Peterson vorgestellt wurde. Damit lassen sich nicht-flüchtige Substanzen unabhängig von ihren physiko-chemischen Eigenschaften detektieren. Daraus folgt, dass der CAD oft zur Analyse von Substanzen ohne UV-Chromophor angewandt wird. Großes Manko ist jedoch, dass das Signal nicht linear und abhängig vom Anteil organischen Lösemittels in der mobilen Phase ist. Ziel dieser Arbeit war es, mögliche Anwendungen des CAD in der pharmazeuti-schen Analytik zu erschließen. Dies wurde anhand von Beispielen aus unter-schiedlichen Substanzklassen untersucht. Dabei wurden neu entwickelte oder be-stehende Methoden validiert um die Leistung des CAD beurteilen zu können. So-wohl Gehaltsbestimmungen als auch Methoden zur Erfassung von Verunreinigun-gen wurden hinsichtlich ihrer Konformität mit dem Europäischen Arzneibuch (Ph. Eur.) geprüft. Im Zuge der Charakterisierung von Referenzsubstanzen beim EDQM wurde eine Methode zur Identifikation von pharmazeutischen Gegenionen benötigt. Zu diesem Zweck wurde eine HPLC-CAD-Methode von Zhang et al. hinsichtlich ihrer Eignung für das Ph. Eur. überprüft. Mit dieser Methode ließen sich 23 pharmazeutisch rele-vante Ionen trennen und detektieren. Die Ionen wurden durch Vergleich der Re-tentionszeiten eines Standards erreicht. Zusätzlich wurde die Peakzuordnung mit-tels der Bestimmung der Präzisionsmasse des Gegenions oder des Arzneistoffes durch ein TOF-MS durchgeführt. Die Methode ließ die Quantifizierung von Ionen als Verunreinigung oder zur Bestimmung der Stöchiometrie eines Salzes zu. Bei der Bestimmung von Verunreinigungen von Topiramat wurde ein Vergleich zwischen CAD und ELSD angestellt. Es zeigte sich, dass der CAD in den Punkten Wiederholbarkeit, Empfindlichkeit und Linearität überlegen war. Mit beiden Detekto-ren wurde eine ähnlich gute Richtigkeit erzielt. Durch das Auftreten von nicht re-produzierbaren Peaks, welche nach dem Hauptpeak im Chromatogramm der Testlö-sung auftraten, war die Anwendung des ELSD hier auszuschließen. Eine der Ver-unreinigungen, Topiramat Verunreinigung A (Diacetonid) lieferte kein bzw. ein ver-ringertes Signal in ELSD und CAD. Aufgrund des relativ hohen Dampfdrucks der Substanz wurde sie während des Detektionsvorgangs verdampft. Das Signal konn-te durch Zugabe von Acetonitril nach der Säule und durch eine Verringerung der Temperatur des Vernebler um das neunfache vergrößert werden. Da aber die Emp-findlichkeit für alle anderen Verunreinigungen dennoch um das tausendfache hö-her war, war eine Quantifizierung von Topiramat Verunreinigung A nicht möglich. Die HPLC-CAD Methode wurde zusätzlich als Gehaltsbestimmungsmethode für Topiramat validiert. Die Anwendung des CAD zur Analyse von Hilfsstoffen birgt großes Potenzial, da viele Substanzen nicht über ein Chromophor verfügen. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine einfache und schnelle Methode zur Gehaltsbestimmung von Polidocanol (PD) entwickelt. Diese wurde als mögliche Methode für das Ph. Eur. validiert. Zusätzlich wurde die Methode zur Bestimmung der Freisetzung von PD aus einer pharmazeu-tischen Matrix verwendet. Es wurde eine Methode zur Bestimmung der Fettsäurezusammensetzung von Poly-sorbat 80 (PS80) entwickelt und validiert. Mittels CAD und Massenspektrometrie war es möglich zwei neue Fettsäuren in 16 Chargen von vier verschiedenen Herstellern zu identifizieren. Alle Chargen entsprachen den Anforderungen des Ph. Eur. Wei-terhin wurde die Zusammensetzung der einzelnen PS80-Spezies („fingerprinting“) sowie der Peroxidgehalt untersucht. Neben dieser chemischen Charakterisierung wurden auch funktionalitätsbezogene Eigenschaften (FRCs) bestimmt. Korrelatio-nen zwischen chemischen Zusammensetzung und FRCs wurden gefunden. Die Validierungsdaten der genannten Methoden legen nahe, dass der CAD sinn-voll zur pharmazeutischen Analytik angewendet werden kann. Für nicht-flüchtige Substanzen wurde stets eine ausreichende Empfindlichkeit erreicht. Somit können Verunreinigungen bis zu einer Konzentration von 0.05 bzw. 0.03%, wie von der ICH Richtlinie Q3A (R2) gefordert, quantifiziert werden. Jedoch kann das Detektorsignal bei halb-flüchtigen Substanzen stark erniedrigt sein. Es konnte bestätigt werden, dass sich das Detektorsignal über zwei Größenordnungen linear verhält. Abwei-chungen davon sind in Abhängigkeit der jeweiligen Methode möglich. Ist der Mess-bereich genügen klein, so kann ein Stoff mittels Einpunkt-Kalibrierung quantifiziert werden. Dieses Vorgehen sollte bei Gehaltsbestimmungen angewandt werden. Ebenfalls mittels Einpunkt-Kalibrierung können Verunreinigungen erfasst werden. Jedoch kann es notwendig sein, Korrekturfaktoren zu bestimmen. Die Richtigkeit ist hier deutlich niedriger als bei einer Gehaltsbestimmungsmethode. Über einen gro-ßen Konzentrationsbereich muss eine Ausgleichskurve mit log-log-Transformation verwendet werden. Die Richtigkeit ist hierbei ebenfalls geringer als bei einer Ge-haltsbestimmung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden kapillarelektrophoretische Methoden entwickelt, mit denen es möglich ist, Gentamicinsulfat in Haupt- und Nebenkomponenten zu trennen. Ausgelöst wurden die Untersuchungen im Jahr 2000, da in den USA über 60 Patienten durch Gentamicin starben. Es wurde vermutet, dass dies auf Verunreinigungen in gewissen Chargen zurückzuführen ist. Gentamicin wird fermentativ aus Micromonospora purpurea gewonnen. Durch leichte Abweichungen im Herstellungsprozess können Produkte entstehen, die mit den bisher angewendeten Analysenmethoden nicht nachzuweisen sind. In der momentanen Arzneibuch-Monographie von Gentamicinsulfat wird zur Prüfung der verwandten Substanzen eine HPLC-Methode beschrieben, die Gentamicin ohne Derivatisierung mit einem gepulsten amperometrischen Detektor detektiert. Vorteil dieser Methode ist, dass Gentamicin nicht derivatisiert werden muss. Der große Nachteil dieser Methode ist aber, dass die einzelnen Peaks sehr lange Migrationszeiten haben (bis über 10 Minuten) und somit Verunreinigungen überdeckt werden können. Außerdem sind viele Bestandteile nicht von den Hauptkomponenten abgetrennt. Weiterhin ist diese Methode nicht sehr robust, da der Detektor sehr empfindlich ist. Eigene HPLC-Messungen an mehreren Gentamicin-Chargen zeigten die Probleme auf. Da Gentamicin kein chromophores System hat, kann es nicht mit einem UV/VIS-Detektor detektiert werden. Um dies dennoch zu ermöglichen, kann Gentamicin mit verschiedenen Reagenzien derivatisiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden alle Aminoglykoside mit ortho-Phthaldialdehyd und 2-Mercaptoessigsäure derivatisiert. Somit war eine Detektion bei 330 nm bzw. 340 nm möglich. Zur Trennung von Gentamicinsulfat wurde eine spezielle kapillarelektrophoretische Methode entwickelt. Die mizellare elektrokinetische Chromatographie (MEKC) ist nach Derivatisierung in der Lage, nahezu alle in der Monographie beschriebenen aber auch einige nicht aufgeführte Verunreinigungen zu trennen. Die Trennung erfolgt in einer Kieselgelkapillare mit einer Gesamtlänge von 33.0 cm, einer effektiven Länge von 24.5 cm und einem Innendurchmesser von 50 µm. Als Hintergrundelektrolyt wird ein Natriumtetraborat-Puffer verwendet (100 mM, pH 10.0), zu dem Desoxycholsäure-Natrium als mizellbildendes Reagenz in einer Konzentration von 20 mM und weiterhin beta-Cyclodextrin in einer Konzentration von 15 mM zugegeben wird. Die Proben werden hydrodynamisch bei 5000 Pa innerhalb 5 Sekunden auf der Anodenseite injiziert. Die Trennung erfolgt bei einer Kapillartemperatur von 25 °C und einer Trennspannung von +12 kV. Pikrinsäure wird als Interner Standard benutzt. Die Detektion erfolgt UV-spektroskopisch bei 340 nm. Die Hauptpeaks konnten durch „spiken“ mit den Einzelkomponenten, die u.a. säulenchromatographisch gewonnen wurden, identifiziert werden. Die vier Hauptkomponenten Gentamicin-C1, C1a, C2 und C2a sind basisliniengetrennt ebenso wie Gentamicin-C2b, die Verunreinigungen Garamin, Desoxystreptamin und Sisomicin. Bei den Untersuchungen von über 40 Gentamicin-Chargen verschiedener Hersteller und Händler fielen sowohl deutliche Unterschiede bezüglich der einzelnen Gehalte der Hauptkomponenten auf, als auch verschiedene Grade der Verunreinigungen. Anhand der Menge der Verunreinigungen konnten die Chargen in verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Die Verunreinigung Sisomicin kann als Leitsubstanz der Verunreinigungen bezeichnet werden, da bei allen stärker verunreinigten Chargen Sisomicin in beträchtlichen Mengen vorhanden ist. Unter den untersuchten Proben befanden sich auch die Proben, die in den USA die eingangs erwähnten Todesfälle verursacht haben. Diese Proben konnten der Gruppe der stärker verunreinigten Gentamicin-Chargen eindeutig zugewiesen werden. Die Richtigkeit aller Messungen wurde durch 1H-NMR-Messungen bestätigt. Die Anwendbarkeit der entwickelten MEKC-Methode wurde auch an weiteren Aminoglykosiden untersucht. Die Methode ist ohne Änderung auf Sisomicin übertragbar. Der Sisomicin-Peak ist deutlich abgetrennt vom OPA-Reagenzpeak. Selbst kleine Verunreinigungen der CRS-Substanz können mit dieser Methode erkannt werden. Netilmicin und Amikacin können nicht ohne Änderungen mit der Methode vermessen werden, da sie unter diesen Bedingungen mit dem OPA-Peak komigrieren. Eine Anhebung der Trennspannung von +12 kV auf +14 kV lassen die Peaks hervortreten. Eine Unterscheidung der beiden Substanzen ist im Elektropherogramm nicht möglich, allerdings können sie durch 1H-NMR-spektroskopische Messungen identifiziert und unterschieden werden. Netilmicin wurde in vielen Gentamicin-Proben nachgewiesen. Bei Kanamycin liegen mit dieser Methode im Elektropherogramm sehr viele kleine Peaks sehr nahe beieinander. Durch Absenkung der Kapillartemperatur auf 20 °C können diese Peaks etwas besser getrennt werden
The aim of this study was to separate gentamicin sulfate into its major and minor components by means of capillary electrophoresis. In May 2000 the death of 17 people and 60 people, respectively, was reported, following the administration of the commonly used broad spectrum antibiotic gentamicin sulfate. In addition hundreds of patients suffering from severe side effects were reported. Since this could not be explained by the pharmacological and toxicological properties of gentamicin, it was assumed that the side effects were related to impurities. Due to the fact that gentamicin is a fermentation product of Micromonospora purpurea, minor variations in the fermentation procedure may cause products, that cannot be detected by the analytical methods applied thus far. The current European Pharmacopoeia limits for related substance of gentamicin by means of an HPLC-method in combination with a pulsed amperometric detector. The advantage of this method is the fact, that it is not necessary to derivatize gentamicin. However, a major disadvantage of the method is the broadness of the main peaks (>10 minutes/peak). Hence, minor products could be covered by the main peaks. Furthermore, various peaks are not baseline separated and the method is not very robust owing to the highly sensitive detector. Due to the lack of a chromophore, gentamicin needs to be derivatized to allow detection by means of an UV-detector. In this study all aminoglycosides were labeled with orthophthaldialdehyde (OPA) in combination with 2-mercaptoacetic acid, which enabled detection at a wavelength of 340 nm. To separate gentamicin as OPA derivative, a method based on micellar electrokinetic chromatography (MEKC) was developed. This technique makes it possible to separate most of the impurities specified in the gentamicin monograph (garamine, deoxystreptamine, and sisomicin) and some additional, not further specified impurities such as paromamine and unknown products. The separation is carried out in a fused-silica capillary with a total length of 33.0 cm, an effective length of 24.5 cm and an inner diameter of 50 µm. Using sodium tetraborate buffer (100 mM, pH 10.0) as background electrolyte (BGE), deoxycholic acid sodium in a concentration of 20 mM as micelle forming agent and beta-cyclodextrin in a concentration of 15 mM are added. The samples are loaded hydrodynamically at 5000 Pa for 5 seconds on the anode side of the capillary and the separation is carried out at +12 kV and 25 °C. Picric acid is used as an internal standard and UV-detection is performed at 340 nm. Spiking experiments were performed using reference substances, obtained by column chromatography and commercially purchased reference substances for the impurities. The four major components gentamicin C1, C1a, C2, and C2a as well as the minor component C2b and the impurities garamine, deoxystreptamine, and sisomicin are baseline separated. Over 40 gentamicin batches of different pharmaceutical companies and producers were analyzed with respect to the content of the major components as well as the amount of the impurities. Varying levels of the major compounds as well as the impurities were identified, which allowed the grouping of the samples. All samples exhibiting a high amount of impurities were found to a high sisomicin concentration. Hence, sisomicin can be referred to as an impurity indicator. Some of the batches under scrutiny were responsible for the deaths found in the US. All these samples could be unambiguously assigned to the group which is characterized by a high number and a relatively high quantity of most unspecified impurities. All CE-measurements were verified by 1H NMR measurements. To investigate the applicability of the developed MEKC method, other aminoglycosides were also investigated. For sisomicin the standard method can be used without modification, since the sisomicin peak is separated from the OPA reagent peak and even small amounts of impurities of the CRS-substance can be detected with this method. For netilmicin and amikacin the developed method has to be modified. Under standard conditions the peaks of both substances co-migrates with the OPA reagent peak. Raising the voltage from +12 kV to +14 kV both peaks are separated. All Gentamicin samples were measured again using these new conditions. Netilmicin was often found in gentamicin samples. However, for these new conditions the migration time of netilmicin and amikacin are similar. Hence, they cannot be differentiated from each other in the same sample. Nevertheless, this differentiation can be carried out with 1H NMR measurements. Kanamycin samples show many peaks in a small zone of the electropherogram using the MEKC standard method. A slightly better separation can be obtained by using a lower temperature of the capillary of 20 °C instead of 25 °C