Termisk karakterisering af testosteron ved hjælp af TGA-DSC-MS: Implikationer for tørring, smeltning og forarbejdning

Indledning

Testosteron er et steroidbaseret aktivt stof, hvis termiske egenskaber er af stor betydning for tørring, opbevaring, formulering og termisk forarbejdning. Selv small mængder af restfugtighed eller restopløsningsmiddel kan påvirke Krystallinitet / Grad af krystallinitetKrystallinitet refererer til graden af strukturel orden i et fast stof. I en krystal er arrangementet af atomer eller molekyler konsekvent og gentagende. Mange materialer som f.eks. glaskeramik og nogle polymerer kan fremstilles på en sådan måde, at der dannes en blanding af krystallinske og amorfe områder. krystallinitet, smelteadfærd, pulverhåndtering og Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet. Derfor er en kombineret TGA-DSC-måling med samtidig massespektrometrisk analyse af de frigivne gasser særligt velegnet til en omfattende karakterisering. Denne fremgangsmåde gør det muligt at skelne mellem frigivelse af flygtige stoffer, Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning og kemisk NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning og giver dermed værdifuld information til procesoptimering og kvalitetskontrol.

Målebetingelser

Målebetingelserne er beskrevet i tabel 1.

Tabel 1: Målebetingelser for STA

Resultater og diskussion

Figur 1 viser TGA-, DTG- og DSC-kurverne for testosteron.

I det lave temperaturområde mellem stuetemperatur og ca. 130 °C observeres et massetab ved small på 2,3 % med et DTG-top ved 127 °C. Denne adfærd kan tilskrives frigivelsen af restfugtighed og svagt bundne flygtige forbindelser. DSC-signalet udviser samtidig en EndotermEn prøveovergang eller en reaktion er endoterm, hvis der er brug for varme til omdannelsen.endoterm effekt med en toptemperatur på 127 °C. Disse fænomener indikerer desorptions- eller dehydreringsrelaterede processer forud for den primære FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang. Sådanne oplysninger er vigtige, da selv small mængder af restfugtighed kan påvirke opbevaringsstabiliteten, pulverets flydeevne og reproducerbarheden i den efterfølgende forarbejdning.

Der ses en markant EndotermEn prøveovergang eller en reaktion er endoterm, hvis der er brug for varme til omdannelsen.endoterm DSC-top med en ekstrapoleret starttemperatur på 155 °C, hvilket stemmer godt overens med det Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltepunkt, der er angivet i litteraturen. Smelteentalpien udgjorde 58 J/g. Dette signal tilskrives smeltningen af testosteron og repræsenterer stoffets primære fysiske FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang. Den veldefinerede topform indikerer en tydelig smelteproces. Kendskab til smeltetemperaturen er afgørende for udformningen af termiske forarbejdningstrin. Termisk NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning begyndte over 250 °C og var afsluttet ved ca. 450 °C. DTG-toppen blev fundet ved 392 °C.

Analysen af den frigivne gas, vist i figur 2, giver vigtige yderligere oplysninger om arten af massetabsbegivenhederne. Ionsporet med m/z 18 viser et tydeligt signal med et maksimum ved ca. 137 °C, hvilket tilskrives frigivelsen af vand. Dette bekræfter, at det massetab ved lave temperaturer, der ses i TGA-kurven, i det mindste delvist skyldes restfugtighed. Derudover udviser ionkurverne for m/z 43 og m/z 58 et tydeligt maksimum ved ca. 171 °C, hvilket indikerer frigivelse af spor af acetone, så snart prøven er smeltet. Dette tyder på tilstedeværelsen af resterende opløsningsmiddel, der sandsynligvis stammer fra syntese, oprensning eller KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering.

Det målte MS-spektrum ved 374 °C er vist i figur 3 og udviser visse ligheder med biblioteksspektret for testosteron. Dette fund tyder på delvis NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning og delvis FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning af testosteron under den termiske behandling. Ved PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse frigives der sandsynligvis flere forskellige nedbrydningsprodukter samtidigt som en blanding.

Konklusion

Målingen viser, at en kombineret TGA-DSC-metode, helst suppleret med analyse af frigjorte gasser, er afgørende for en pålidelig vurdering af materialets termiske adfærd. Kun denne kombination gør det muligt at skelne klart mellem fysiske overgange, såsom tørring og Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning, og kemiske nedbrydningsprocesser. Uden MS-kobling kunne disse begivenheder med lavt massetab påvises ved hjælp af TGA, men deres kemiske oprindelse kunne ikke identificeres med samme grad af sikkerhed. Disse resultater udgør et vigtigt grundlag for optimering af tørrings-, opbevarings- og termiske forarbejdningsbetingelser for testosteron.

Denne termiske karakterisering af testosterons smelteadfærd giver værdifuld information til vurdering af dets fysiske stabilitet i transdermale doseringsformer. De opnåede data understøtter udviklingen af robuste formuleringer og muliggør evaluering af potentielle omkrystalliseringsprocesser, der kan forringe lægemiddelfrigivelsen og dermed produktets effektivitet. Forebyggelse af KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering er afgørende for at sikre både biotilgængeligheden af det aktive farmaceutiske stof og den transdermale plasters langsigtede vedhæftningsevne under opbevaring og brug.