4.1 Sample  Preparation  

For  the  Karl  Fischer  titration  method  utilizing  an  oven,  the  critical  parameters   during  sample  preparation  are  use  of  a  dry  box,  proper  evacuation  of  moisture  from   the  sample  vials  prior  to  utilization,  consistent  sample  cutting  technique  with  

capability  to  cut  small  samples,  and  immediate  sealing  of  samples  into  sample  vials.     The  sample  preparation  takes  only  5-­‐10  minutes  once  the  sample  vials  have  been   dried,  but  due  to  the  elasticity  and  flexibility  of  the  rubber,  obtaining  a  consistent   shape  and  small  sized  stopper  sample  may  be  difficult.  

For  the  Karl  Fischer  titration  method  utilizing  THF  extraction,  the  critical   parameters  are  the  type,  composition,  and  dryness  of  the  caps,  cap  liners,  and   bottles  and  the  method  of  THF  aliquoting.    Seemingly  minor  variations  such  as  the   use  of  septum  caps  versus  non-­‐septum  caps  during  the  extraction  or  the  use  of  a   funnel  and  graduated  cylinder  versus  a  glass  pipette  for  THF  aliquoting  can  have   significant  implications  on  the  measured  water  content.    The  stoppers  are  tested   whole,  therefore  manipulation  of  the  sample  is  minimal,  but  a  24  hour  extraction   time  must  occur  prior  to  titration  initiation.  

4.2  Reagents/Equipment  

Both  the  THF  extraction  method  and  the  oven  method  utilize  a  Karl  Fischer   coulometric  titrator  for  water  content  analysis  with  a  Hydranal  AG  analytical   solution  containing  the  necessary  Karl  Fischer  reaction  components.    They  also   involve  the  use  of  a  dry  box  either  for  sample  preparation  or  analysis.    The  THF   extraction  method  utilizes  PTFE-­‐lined  non-­‐septum  caps  and  125-­‐mL  bottles  that  are  

reusable  as  long  as  they  are  properly  washed  and  dried  and  preferably  dedicated  to   the  THF  extraction  test  method.    In  addition,  tetrahydrofuran  (THF)  must  be  used   for  the  extraction  process  and  a  calibrated  250-­‐μL  air-­‐tight  syringe  delivers  the   sample  aliquot  injections.    The  oven  method,  on  the  other  hand,  uses  disposable   PTFE-­‐backed  silicone  septa  caps  and  6-­‐mL  KF  sample  vials,  and  a  capper  that   hermetically  seals  the  vials.    More  critically,  the  oven  method  requires  the  use  of  a   specialized  oven  with  a  specific  needle  through  which  a  dry  carrier  gas  is  passed.     The  oven  must  have  the  proper  components  to  join  with  the  Karl  Fischer  

coulometric  titrator  and  may  be  expensive,  especially  if  an  autosampler  is  desired.  

4.3 Analysis  

At  the  time  of  analysis,  the  Karl  Fischer  titration  method  with  oven  requires  little   analyst  intervention.    Once  the  vial  has  been  placed  into  the  oven  and  the  needle   inserted,  the  analyst  must  only  press  start  and  the  titration  is  performed.    As  it  is   through  a  direct  connection  between  the  oven  and  the  Karl  Fischer  titration  cell  that   the  stopper  moisture  is  introduced,  sample  addition  variation  and  titration  cell   changes  are  minimized.    However,  this  titration  may  take  thirty  minutes  or  greater   depending  on  the  sample  and  test  parameters  chosen.      

The  Karl  Fischer  titration  method  with  THF  extraction  requires  more  manipulations   and  analyst  input  at  the  time  of  analysis.    Analyst  must  swirl  the  titration  cell  prior   to  sample  addition,  wait  for  the  drift  to  stabilize,  and  then  inject  the  sample  aliquots   into  the  center  of  the  titration  cell.    Analyst  cannot  swirl  the  titration  cell  after   sample  aliquoting  or  large  injection-­‐to-­‐injection  variation  is  recorded.    This   analytical  method  is  therefore  more  sensitive  to  analyst  technique  and  analyst-­‐to-­‐

analyst  variation.    Three  aliquots  must  be  injected  per  sample  and  the  total  analysis   time  is  typically  not  more  than  fifteen  minutes.    Due  to  the  sensitivity  of  the  test   method  to  septum  cap  moisture,  the  sample  aliquots  cannot  be  made  through  a   septum,  but  instead  the  sample  lid  must  be  removed.    This  analytical  method  

requires  greater  manipulation  by  the  analyst  and  exposure  to  THF,  which  is  volatile   and  flammable.    However,  all  sample  aliquoting  is  performed  in  a  dry  box,  which   lowers  the  safety  concerns.    

4.4 Calculations  

The  calculations  for  both  the  Karl  Fischer  titration  method  with  oven  and  the  Karl   Fischer  titration  method  with  THF  extraction  are  comparable.    Each  test  method’s   calculations  take  into  account  the  testing  environment  by  subtracting  out  a  blank   and  results  are  obtained  in  milligrams  (mg)  water  per  stopper.    The  oven  method   also  calculates  the  percentage  of  water  per  stopper  based  on  the  initial  weight  of  the   entire  stopper.      

4.5 Test  Method  Development  

The  Karl  Fischer  titration  method  with  oven  must  be  specialized  to  each  type  and   composition  of  stopper  in  terms  of  the  sample  shape,  size,  oven  temperature  and   carrier  gas  flow  rate.    Small  variations  to  any  of  these  parameters  will  impact  the   moisture  content  results  measured.    In  particular,  experiment  trials  found  that  the   diffusion  path  length  of  the  water  from  the  interior  of  the  stopper  sample  to  the   surface  is  the  rate-­‐limiting  step  in  identifying  an  accurate  water  content  of  the   sample.    Therefore  test  parameters  must  be  identified  for  each  type  and  

composition  of  stopper  that  will  optimize  the  diffusion  path  length.    This  fact  makes   this  analytical  method  more  time  consuming  during  development  activities  and   could  make  it  more  difficult  to  validate.      

For  the  Karl  Fischer  titration  method  with  THF  extraction,  the  testing  parameters   are  not  as  specialized  to  the  stopper  characteristics,  therefore  the  development  time   is  shorter  and  less  complex  for  a  new  stopper.    The  stopper  is  tested  whole,  so   sample  size  and  shape  need  not  be  evaluated.    In  addition,  the  THF  extraction   method’s  main  variables  are  the  THF  extraction  time  and  the  extraction  volume.    As   a  large  percentage  of  the  stopper’s  water  is  extracted  within  the  first  six  hours  of   extraction  based  on  the  performed  trials,  even  if  a  new  stopper  required  greater   than  six  hours  to  remove  most  of  the  stopper’s  moisture,  the  24-­‐hour  extraction   time  is  likely  to  encompass  this  increased  time.    In  addition,  the  THF  extraction   volume  may  need  to  be  modified  based  on  the  size  or  theoretical  water  content  of   the  stopper.    However,  this  change  is  addressed  in  the  calculations  performed  and   does  not  largely  modify  the  test  method,  therefore  extensive  development  and   revalidation  is  not  necessary.  

In document Water Content Determination of Rubber Stoppers Utilized for Sealing Lyophilized Pharmaceutical Products: Assessment of Two Karl Fischer Titration Methods (Page 68-72)