Improving Process Conditions – Determining the Thermal Stability of Eudragit® by Means of TGA-FT-IR

مقدمة

Eudragit® هو الاسم التجاري للبوليمرات المشتركة القائمة على البوليمرات القائمة على البولي ميثاكريلات المستخدمة لاستهداف إطلاق الدواء في الأجزاء المرغوبة من الجهاز الهضمي. يوجد Eudragit® في عدة تركيبات تختلف عن بعضها البعض من حيث المجموعات الوظيفية الموجودة على السلاسل الجانبية.

وينتج عن ذلك اختلاف سلوك الذوبان اعتمادًا على قيمة الأس الهيدروجيني للبيئة. على سبيل المثال، فإن Eudragit® L100-55 (الشكل 1) قابل للذوبان في السوائل المعوية من الأس الهيدروجيني 5.5 فصاعدًا، ولكنه غير قابل للذوبان في السوائل المعدية ذات قيم الأس الهيدروجيني الأقل. وبالتالي، يتم استخدامه مع الأدوية التي يتم إطلاقها في الاثني عشر بعد مرورها في المعدة [1، 2، 3].

Thermal analysis of Eudragit® products is crucial for different reasons: أولاً، تختلف هذه المنتجات عن بعضها البعض في درجة حرارة التحول الزجاجي (_Tg). Even Eudragit® polymers with a similar chemical composition show differences in_Tg, depending on the monomer ratios [1]. وبالتالي، فإن تحديد درجة حرارة التحول الزجاجي يسمح بتحديد بوليمرات Eudragit® المختلفة. وثانيًا، تتطلب ظروف المعالجة المثلى، على سبيل المثال، للبثق بالذوبان الساخن، معرفة درجة حرارة التحول الزجاجي والاستقرار الحراري للبوليمر [3].

لهذا السبب، يتم فحص عملية تحلل Eudragit® L100-55 (Evonik Industries) عن طريق مطياف حراري (TGA) مقترنًا بمطياف FT-IR.

شروط القياس

تم إجراء قياس TGA-FT-الأشعة تحت الحمراء باستخدام ميزان حراري من نوع NETZSCH TG 209 F1 Libra^®. للتحقق من الغازات المنبعثة أثناء التحليل الحراري وتحديدها، تم نقلها مباشرةً إلى خلية الغاز في نظام الأشعة تحت الحمراء FT-IR من Bruker Optics. تم إجراء القياس على 7.33 مجم من Eudragit® L100-55 باستخدام بوتقة مفتوحة من أكسيد الألومنيوم.

تم تسخين العينة بين درجة حرارة الغرفة و600 درجة مئوية عند 10 كلفن/الدقيقة في جو من النيتروجين (40 مل/الدقيقة).

نتائج القياس

يوضح الشكل 2 التغيرات في كتلة Eudragit® L100-55 بين 40 درجة مئوية و600 درجة مئوية. تشير خطوة فقدان الكتلة الأولى البالغة 0.8% إلى إطلاق الماء السطحي حتى 100 درجة مئوية. ويرتبط الفقد الكتلي الثاني بنسبة 5.9% عند درجة حرارة 200 درجة مئوية (ذروة DTG) أيضًا بإطلاق الماء الذي أكده طيف FT-IR (الشكل 3). تشير درجة حرارة العملية إلى إطلاق الماء البلوري. وبالإضافة إلى ذلك، تظهر نطاقات في نطاق الطول الموجي 3000 - 2800 ^سم-1 وفوق 1000 ^سم-1. These bands represent_CH2 and_CH3 molecules that indicate the start of decomposition of the Eudragit® sample.

وترتبط الذروة عند درجة حرارة 294 درجة مئوية في منحنى DTG بخطوة أخرى في عملية التحلل: إطلاق ثاني أكسيد الكربون وربما الإيثانول (الشكلان 4 و5). This can be explained by the splitting of an ester group off the Eudragit® molecule (figure 6). تحدث خطوة التحلل الأخيرة والرئيسية، مع فقدان الكتلة بنسبة 88.5%، عند درجة حرارة 393 درجة مئوية (درجة حرارة ذروة التحلل DTG). ولا يزال من الممكن اكتشاف النطاقات المميزة للإيثانول وثاني أكسيد الكربون في طيف الأشعة تحت الحمراء FT-IR للغازات المنطلقة عند درجة حرارة 393 درجة مئوية (الشكل 7). وبالإضافة إلى ذلك، يوجد أول أكسيد الكربون (2300 ^سم-1 إلى 2100 ^سم-1) ومادة استر، والتي يمكن رؤيتها في نطاق الكربونيل عند 1749 ^سم-1. وهذا يشير إلى أن جزء الإستر _{C2H5-O-CO-CxHy} ينفصل عن الجزيء (انظر الإشارة الحمراء في الشكل 10). ومن المحتمل أن يكون نطاقا الاهتزاز عند 1460 ^سم-1 و1380 ^سم-1 ناتجين عن أجزاء من العمود الفقري للكربون. وكمثال على ذلك، يوضح الشكلان 8 و9 طيف مقارنة بين أسيتات الإيثيل و3-ميثيل أوكتان.

الخاتمة

يرتبط بدء تحلل ®Eudragit ارتباطًا وثيقًا بالثبات الحراري. وينتج عن ذلك تغيرات في كتلة العينة أثناء التخزين أو المعالجة الحرارية. يمكن تحديد التغيرات في الكتلة عن طريق قياس الثبات الحراري. ومع ذلك، لا يمكن التحديد الواضح للغازات المنطلقة - وبالتالي تفسير موثوق لفقدان الكتلة - إلا عندما يقترن الميزان الحراري بجهاز FT-IR. وهذا يسمح باستخلاص استنتاجات موثوقة حول ما إذا كان يمكن أن يعزى فقدان كتلة معينة إلى التحلل أو مجرد إطلاق الماء.

Under the selected conditions (inert atmosphere, heating rate of 10 K/min), the investigated Eudragit® sample starts to decompose at 185°C (onset temperature of the TGA curve). وتتضح حقيقة أن هذه هي بالفعل بداية التحلل من خلال حدوث روابط C-H بالإضافة إلى الماء البلوري.