Въведение
Във фармацията едва ли има активна съставка, за която да е писано повече от ацетилсалициловата киселина (или накратко ASA; в англоезичните страни дори търговското наименование Aspirin™ често се използва като синоним). Историята на нейния успех започва в края на XIX век, когато д-р Феликс Хофман за първи път синтезира веществото в лабораториите на BAYER без примеси. В днешно време то все още е един от най-популярните фармацевтични продукти, използвани в широк терапевтичен диапазон. Той принадлежи към групата на нестероидните противовъзпалителни средства (НСПВС) и е показан за лечение на болка, треска и възпаление. Освен това се използва за предотвратяване на повторна поява на инфаркт или инсулт при високорискови пациенти. През 1977 г. ASA е добавен като аналгетик в "списъка на основните лекарства" на СЗО (Световната здравна организация). [1]
Това е една от четирите приложни бележки, които разглеждат по-подробно термичното поведение на ацетилсалициловата киселина: разлагане в различни газови атмосфери, кинетика на разлагане и получените газови видове.
Таблица 1: Параметри на измерването
| Параметър | Ацетилсалицилова киселина |
| Маса на пробата | Приблизително 5 mg |
| Атмосфера | Аргон, азот и хелий |
| Тигел | Al2O3, 85 μl, отворен |
| Температурна програма | RT до 600°C |
| Скорост на потока | 40 ml/min |
| Държач на пробата | TGA, тип P |
Експериментален
Материалът за пробата, ацетилсалицилова киселина (CAS: 50-78-2), е закупен от Sigma Aldrich с чистота > 99%. Това е бял кристален прах, който съществува в три кристални модификации [2]. Форма I, с точка на топене около 137°C [4], е най-стабилната при температура на околната среда и по-висока [3].
Експериментите за пиролиза обикновено се провеждат в азотна атмосфера поради нейната достъпност и сравнително ниска цена. Това е отразено и в няколко публикации, например [5] и [6]. За да се отговори на въпроса дали резултатите, получени при азот, могат да се обобщят и за други атмосфери, беше извършена серия от експерименти за изследване на термичното поведение на ацетилсалициловата киселина в зависимост от естеството на продухващия газ. Освен азот, други използвани инертни газове бяха хелий и аргон. Съответните параметри на измерванията са обобщени в таблица 1.
За охарактеризиране на термичното поведение е използван уредът NETZSCH TG 209 F1 .
На фигура 1 е представен типичният двустепенен профил на разлагане на ацетилсалициловата киселина, получен в резултат на нагряване на веществото в течаща аргонова атмосфера. Първата стъпка, с DTG пикова температура от около 190°C, показва загуба на маса от 47%; втората стъпка, при 361°C (отново DTG пикова температура), показва почти 53%. Въпреки това, между двете стъпки на загуба на маса не се наблюдава истинско плато. Първата стъпка се слива, повече или по-малко, с втората. Това показва, че може би са включени повече от две стъпки на разлагане. Възможността за по-сложен механизъм като този в случая се подкрепя допълнително от факта, че вторият DTG пик има ясно видимо рамо при приблизително 320 °C в низходящия наклон.
Сравнявайки ситуацията в аргонова атмосфера с експерименти, проведени при идентични скорости на нагряване в азотна и хелиева атмосфера (фигура 2), поведението в азотни условия е приблизително същото като в аргонова, докато при течаща хелиева атмосфера то се променя значително. Наблюдава се увеличаване на първата стъпка на загуба на маса с около 18 процентни пункта (от 47 % до почти 65 %) и съответно намаляване на втората стъпка на загуба на маса със същата стойност (от 53 % до 35 %). Освен това и двете стъпки на загуба на маса са изместени към малко по-ниски температури, което се вижда от намаляването на конкретните температури на пиковете на DTG (от 4 К на 7 К за първия пик на DTG и от 11 К на 15 К за втория). Това предполага, че в хелиевата атмосфера се случва нещо различно от това в атмосферите на аргон и азот.
В литературата като механизъм на пиролизата на ацетилсалициловата киселина е предложен двустепенен механизъм с едновременно изпаряване на междинни продукти [7]. Измерванията, проведени от NETZSCH в азотна, както и в хелиева атмосфера, с помощта на хифенирани техники, по-точно TGA/STA в комбинация с FT-IR [6] и GC-MS [8], подкрепят тази хипотеза. Това показва, че естеството на продуктите от разлагането не зависи от газовата атмосфера.
Основната разлика между всички тези експерименти е плътността на използвания промивен газ (вж. таблица 2). Тя се различава най-много 10 пъти.
Това предполага, че по-високата плътност на прочистващия газ създава по-високо противоналягане, което води до намалено прехвърляне на летливите компоненти на пробата в газовата атмосфера. Този ефект е особено видим, когато се използва хелий, който има много по-ниска плътност от азота или аргона. Тъй като истинските реакции на разлагане са независими от заобикалящата ги атмосфера на инертен газ [10], може би най-силно е засегнато паралелното изпарение.
Фактът, че разлагането се извършва при малко по-ниски температури в хелий (например DTG пик при 183°C в сравнение със 187°C в азот и приблизително 190°C в аргон), се дължи на по-високата топлопроводимост на този газ (вж. таблица 3). В температурния диапазон, в който топлинното излъчване играе само незначителна роля, пробата достига температурата на реакцията в продухващ газ с по-висока топлопроводимост малко по-рано.
Таблица 2: Стойности на плътността при 0°C и нормално налягане на различни промивни газове
| Газ | Плътност / (g/cm³) [9] |
| Хелий | 0.178 |
| Азот | 1.251 |
| Аргон | 1.784 |
Таблица 3: Стойности на коефициента на топлопроводност при стандартни условия на различните промивни газове
| Газ | Топлинна проводимост (W/m-K) [11] |
| Хелий | 0.1567 |
| Азот | 0.0260 |
| Аргон | 0.0179 |
Заключение
Настоящият пример показва, че избраната газова атмосфера може да окаже силно влияние върху резултатите от термогравиметричните измервания, дори ако прочистващият газ не действа като партньор в реакцията. Значително променящата се плътност на газа може да окаже влияние върху преноса на газообразни съединения от повърхността на пробата в заобикалящата я газова атмосфера - особено ако става въпрос за изпарение.