Úvod
Stearan hořečnatý se široce používá jako mazivo při výrobě kosmetiky a léčiv. Je komerčně dostupný jako směs několika solí mastných kyselin, jejichž poměr se může lišit. Dále se stearan hořečnatý vyskytuje jako monohydrát, dihydrát a trihydrát. Fyzikální vlastnosti, a zejména mazací vlastnosti tohoto materiálu, jsou totiž ovlivněny jeho vlhkostí a stavem hydratace. Z těchto důvodů se vlastnosti stearanu hořečnatého mohou u jednotlivých výrobců značně lišit [2, 3].
Měnící se vlastnosti stearanu hořečnatého lze zkoumat pomocí DSC, což je obzvláště snadná a rychlá metoda pro získání otisku látky. Další metoda termické analýzy, TGA, může pomoci získat informace o hydratačním stavu stearanu hořečnatého.
V následujícím textu byl vzorek stearanu hořečnatého charakterizován pomocí měření DSC a TGA. Kromě toho byl studován vliv dvouhodinového skladování při 60 °C a 120 °C v suché dusíkové atmosféře na tepelné vlastnosti.
Testovací podmínky
Měření byla prováděna na přístroji DSC 214 Polyma a TG 209 Libra® v dynamické atmosféře dusíku. Byly použity uzavřené kelímky Concavus® s propíchnutým víkem.
Výsledky testů
Na obrázku 2 je znázorněna TGA křivka stearanu hořečnatého. Mezi pokojovou teplotou a teplotou 125 °C ztrácí vzorek 3,5 % své původní hmotnosti, což je důsledek uvolňování vody. V tomto teplotním rozmezí jsou na křivce DTG (1. derivace křivky TGA) zjištěny dva píky, které naznačují dva kroky: nejprve se odpaří povrchová voda (1. krok úbytku hmotnosti 1,1 %), poté se uvolní voda z hydrátu (2. krok úbytku hmotnosti 2,4 %). Z molární hmotnosti 591,27 g/mol pro stearan hořečnatý vyplývá teoretická ztráta vody 2,95 % pro monohydrátovou formu, 5,74 % pro dihydrátovou formu a 8,37 % pro trihydrátovou formu. Zjištěný hmotnostní úbytek tedy svědčí pro monohydrátovou formu stearanu hořečnatého: Při zahřívání vzorek nejprve ztratí povrchovou vodu (1. stupeň hmotnostního úbytku 1,1 %) a teprve poté se uvolní krystalová voda.
Tento výsledek lze potvrdit křivkami TGA, které popsal D. Lugge v [4]: U čistého dihydrátu stearanu hořečnatého a čistého trihydrátu by hmotnostní ztráty probíhaly při nižší teplotě.
Proto měřený vzorek obsahuje přinejmenším monohydrátovou formu stearanu hořečnatého. Rozdíl mezi teoretickým úbytkem vody 2,95 % a naměřeným úbytkem 3,5 % mezi pokojovou teplotou a 125 °C může pocházet z odpařování povrchové vody a/nebo z přítomnosti dihydrátu/trihydrátu ve vzorku.
Obrázek 3 ukazuje DSC křivku stearanu hořečnatého při zahřívání na 200 °C. Píky zjištěné při 78,3 °C, 91,8 °C, 95,8 °C a 116,0 °C jsou částečně způsobeny uvolňováním povrchové a vázané vody, jak ukazuje TGA. Proces odpařování je pravděpodobně překryt tavením složek vzorku.
Endotermický efekt při 145,2 °C není spojen s úbytkem hmotnosti a je pravděpodobně způsoben tavením složky vzorku.
Na obrázku 4 jsou zobrazeny DSC křivky stearanu hořečnatého ve stavu, v jakém byl přijat, a DSC křivky materiálu po dvouhodinovém skladování při 60 °C (červená křivka), resp. 120 °C (černá křivka).
Skladování při 120 °C (černá křivka) zcela změnilo profil DSC: Odstranilo hydrátovou vodu. Podle Ertela a Carstensense [5] zahřívání při 105 °C nejen odstraňuje vodu, ale také mění strukturu krystalů. Zde se při skladování při 120 °C získala struktura s teplotními vrcholy při 49 °C a 53 °C.
Při skladování při 60 °C ztrácí vzorek část vody. Proto se množství vody uvolněné při zahřívání v DSC snižuje, což snižuje vrcholovou entalpii mezi 30 °C a 130 °C. Kromě toho jsou účinky mírně posunuty směrem k vyšším teplotám.
Pík mezi 130 °C a 155 °C je detekován u všech tří měření a je v poměrně dobré shodě s teoretickým rozsahem tání stearanu hořečnatého pro farmaceutické účely (130 °C až 145 °C [6]). Jeho entalpie je však mnohem vyšší u vzorku skladovaného při 120 °C. Jak bylo uvedeno výše, tento vyšší vrchol entalpie po skladování při 120 °C pravděpodobně souvisí se změnou struktury stearanu hořečnatého [5].
Závěr
Skladování stearanu hořečnatého při různých teplotách vede k rozdílnému tepelnému chování, což je patrné ze změny DSC křivek. Tepelné zpracování způsobuje uvolňování různě vázané vody, přičemž teplota uvolňování vody udává typ vody (např. povrchová voda). Rozdíly v DSC křivkách jsou pravděpodobně také důsledkem změn krystalové struktury vzorku během skladování.
Komerčně dostupné stearany hořečnaté jsou směsi různých mastných kyselin, které se mohou u jednotlivých výrobců lišit, takže TGA a DSC jsou nepostradatelnými nástroji pro ověření před přípravou farmaceutické kompozice.