Úvod
Čistota farmaceutických a potravinářských výrobků jde ruku v ruce s jejich kvalitou. Dodávané látky by neměly obsahovat žádné kontaminanty, které by mohly být pro organismus škodlivé. Zejména u přípravků by kontaminující látky neměly interferovat s účinnou látkou a bránit tak jejímu správnému fungování. Z těchto důvodů je pro léčivé, kosmetické a potravinářské látky zásadní Purity Determination.
V tomto příkladu byla stanovena čistota přípravku Nipagin. Tento bílý prášek je znám pod chemickým názvem methylparaben (obr. 1) a používá se jako konzervační látka v kosmetice, lécích a v potravinách pod názvem E218 [1, 2].
Norma ASTM E928-08 popisuje postup pro Purity Determination pomocí měření DSC. Bere v úvahu, že "rozsah teplot tání sloučeniny se rozšiřuje s rostoucím obsahem nečistot" [3]. Tato metoda je použitelná pro směsi s nečistotami, které se rozpouštějí v tavenině a jsou nerozpustné v krystalu, tedy pro tzv. eutektické nečistoty.
Testovací podmínky
Význam tepelného odporu - softwarové řešení, které šetří čas, od NETZSCH
Změny teploty při měření DSC se obvykle měří na referenční straně. "Skutečná" teplota vzorku závisí na tepelném odporu mezi referenčním kelímkem a kelímkem vzorku a také na entalpii procesů probíhajících ve vzorku. Protože znalost správné teploty vzorku hraje důležitou roli při určování čistoty, je třeba před zkouškami vypočítat tepelný odpor. V softwaru NETZSCH Proteus® pro DSC probíhá kalibrace tepelného odporu současně s kalibrací teploty a entalpie, takže výsledné křivky automaticky ukazují skutečnou teplotu uvnitř vzorku.
Měření
Před měřením pomocí DSC 204 F1 Phoenix® , byly pánvičky Concavus® vyrobené z hliníku omyty acetonem a zahřáty na 425 °C po dobu jedné minuty. Po vložení vzorku (hmotnost vzorku 2,12 mg) do kelímku byl hermeticky uzavřen a umístěn do DSC cely.
Teplotní rozsah je třeba pečlivě zvolit, aby se zahřívání zahájilo ještě před tavením, protože teplota tání může být vlivem nečistot snížena. Dále je třeba vzít v úvahu předtavení, které je u velmi čistých materiálů minimální, ale může se zvyšovat s rostoucím znečištěním.
V prvním segmentu byl vzorek zahříván z pokojové teploty na 100 °C rychlostí ohřevu 20 K/min. V následujícím segmentu byla rychlost ohřevu snížena na 0,7 K/min a teplota byla zvýšena na 130 °C. Během celého experimentu byla DSC cela profukována suchým dusíkem.
Výsledky testů
Obrázek 2 ukazuje DSC křivku 2. segmentu ohřevu. Endotermický pík je výsledkem tání Nipaginu. Zjištěná teplota nástupu 125,4 °C je v dobré shodě s literární hodnotou teploty tání (125,2 °C [1]).
Van't Hoffův graf, body tání a čistota
Pro výpočet čistoty byla použita Van't Hoffova rovnice popsaná v metodě A normy ASTM E928-08:
TS: teplota vzorku [K]
T0: teplota tání čistého Nipaginu [K]
R: plynová konstanta (= 8,314 J/mol-1-K-1)
X: molární frakce nečistoty
H: teplo tání [J-mol-1], vypočtené z plochy píku
F: roztavený podíl
Van't Hoffův graf je grafické zobrazení údajů z Purity Determination. Porovnává skutečné údaje z měření pro 1/F (reciproká hodnota podílu vrcholu tání) s teplotou, při které je toto množství tání pozorováno. Tyto údaje jsou obvykle nelineární; nelinearita se zvyšuje s klesající čistotou. Odchylka od linearity je způsobena předtavením, které nelze pomocí DSC zjistit. Je třeba si uvědomit, že zakřivení je ovlivněno teplotním programem měření DSC (začíná příliš blízko píku tání) a limity pro výpočet plochy píku (např. levý limit příliš blízko píku tání).
Pro linearizaci křivky software vypočítá revidovanou hodnotu F přičtením korekčního faktoru c k celkové ploše a ke každé dílčí ploše. Tímto postupem se nakonec dosáhne linearity křivkyTs=f(1/F).
Kromě toho je třeba do softwaru zadat molekulovou hmotnost, aby bylo možné vypočítat hodnotu mol%.
Na obrázku 3 jsou zobrazeny pozorované a opravené údaje (lineární křivka).
Čistota se vypočítá ze sklonu korigovaných lineárních dat. Teoretický bod tání 100% čistého materiálu lze rovněž získat z grafu jako bod, kde je podíl roztaveného materiálu (1/F) roven 0 (T tání čistého materiálu v rámečku na obrázku 3). Ta činí 126,063 °C ve srovnání s teplotou tání 125,995 °C. Software NETZSCH Purity vypočítal obsah nečistot v naměřeném vzorku Nipagin na 0,14 mol-%.
Výsledky jsou spolehlivé pouze tehdy, pokud upravené údaje vykazují linearitu, úroveň čistoty je vyšší než 98,5 % a korekční faktor c je nižší než 20 % [3].
Po měření byl vzorek znovu zvážen, aby se zajistilo, že během měření nedošlo k žádnému úbytku hmotnosti. Změna počáteční hmotnosti by naznačovala odpařování těkavých látek, což by mělo za následek endotermický efekt. Endotermický pík by tedy nebyl způsoben pouze tavením, ale také uvolňováním těkavých látek. To by zkreslilo vyhodnocení píku.
Závěr
Metoda DSC umožňuje snadno stanovit čistotu čistých krystalických materiálů. Čistota se vypočítá pomocí rychlosti tání zkoumaného materiálu. Z DSC píku tání se určí deprese bodu tání, která přímo souvisí s přítomností nečistot.
Předpokladem pro Purity Determination pomocí DSC je, aby se nečistoty rozpouštěly v tavenině a byly nerozpustné v krystalu. Pro správné Purity Determination, je rovněž třeba zabránit sublimaci vzorku.