Einfache Handhabung bis hin zur leistungsfähigen Auswertung: TG-FT-IR-Messung an Diclofenac-Natrium

Einleitung

Diclofenac ist ein entzündungshemmendes Medikament mit schmerzstillenden und fiebersenkenden Eigenschaften. Die Einnahme kann zu Magen-Darm-Beschwerden sowie Kopfschmerzen und erhöhtem Blutdruck führen. Bei einer langfristigen Einnahme können schwere Nebenwirkungen auftreten. In Arzneimitteln wird Diclofenac zum Beispiel in Form von Natrium- oder Kaliumsalz verwendet [2]. Die Zersetzung von Diclofenac-Natrium wurde mittels TG gekoppelt mit einem FT-IR untersucht. Die Ergebnisse werden im Folgenden diskutiert.

Messergebnisse

Eine Diclofenac-Natrium-Probe (11,12 mg) wurde in einen Aluminiumoxid-Tiegel eingebracht und und in der TG F1 Libra^® mit einer Heizrate von 10 K/min in dynamischer Stickstoffatmosphäre (40 ml/min) bis 600 °C aufgeheizt. Die während der Aufheizung austretenden Gase wurden direkt über die PERSEUS^®-Kopplung in das FT-IR-Spektrometer überführt. 

Abbildung 2 zeigt die bei 281 °C (extrapolierter Onset der TG-Kurve) beginnende Zersetzung der Probe. Der damit verbundene Massenverlust von 48 % verläuft bis 425 °C. Aus den Minima in der DTG-Kurve kann geschlossen werden, dass der Vorgang in unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Schritten (301 °C, 311 °C und 342 °C) abläuft. Die Zersetzung läuft bis zum Ende der Messung mit einem weiteren Massenverlust von 6 % zwischen 425 °C und 600 °C ab. 

Zum besseren Verständnis des Zersetzungsmechanismus wurden die während der Aufheizung ausgetretenen Gase mittels FT-IR analysiert. Der 3-D-Plot der Abbildung 3 zeigt den Massenverlust (rot Kurve) sowie dazugehörigen die FT-IR-Spektren der (3-dimensionale Darstellung).

Die Spektren der bei 301 °C, 311 °C und 343°C freigesetzten Gase sind in den Abbildungen 4 und 5 dargestellt. Es ist klar ersichtlich, dass sich diese drei Spektren nur in den Bandenintensitäten oder vielmehr der Konzentration der freigesetzten Produkte unterscheiden: Es ist ein kontinuierlicher Anstieg zu Beginn der Zersetzung (blaue und rote Kurven) zu sehen, bevor eine Abnahme (schwarze Kurve) auftritt. Die einzigen Ausnahmen bilden die Banden zwischen 2300 und 2400 cm^-1, ein Anzeichen für die Freisetzung von CO₂ bei 343 °C (siehe Abbildung 6).

Das Spektrum der bei 311 (°C (rote Kurven in Abbildungen 4 und 5) freigesetzten Produkte ist in Abbildung 7 wiedergegeben. Die Banden über 3000 cm^-1 resultieren von den =C-H-Streckschwingungen. Die Bande bei 1761 cm^-1 ist typisch für C=O-Banden, während die Bande bei 1462 cm^-1 ein Anzeichen für das Auftreten von –C-H-Banden in den freigesetzten Gasen ist. Die Banden bei ca. 1500 cm^-1 deuten auf die Verflüchtigung von Aminund Amid-Gruppen hin. Die weiteren detektierten Banden werden durch funktionale Gruppen, die aromatische Gruppen und Chlor beinhalten, verursacht.

Abbildungen 8 und 9 zeigen als Beispiel einen Vergleich der von Diclofenac-Natrium freigesetzten Produkte be 311 °C mit den Spektren von o-Chloranilin (Abbildung) und 3-Methyl-Benzoesäure (Abbildung 9).

Das FT-IR-Spektrum der bei 526 °C freigesetzten Gase ist in Abbildung 10 (dunkelgrüne Kurve) zusammen mit dem Spektrum der bei 343 °C (blaue Kurve) freigesetzten Gase wiedergegben. Die Kurven zeigen Ähnlichkeiten auf. Der Hauptunterschied ist der CO₂-Peak, der nur im Spektrum bei 343 °C auftritt. Im Gegensatz dazu wurde Kohlenmonoxid nur im Spektrum bei 526 °C (siehe auch Abbildung 11) detektiert.

Zusammenfassung

Trotz der einfachen Bedienbarkeit, mit der sich TG-FT-IR-Messungen durchführen lassen, erhält man mit dieser Methode eine Vielzahl an Informationen – z.B. den Zersetzungsverlauf, dessen Beginn und welche Arten von Substanzen während des Vorgangs freigesetzt werden. Dies macht FT-IR zu einer leistungsfähigen Technologie zur Untersuchung von Stabilitäten und Zusammensetzung pharmazeutischer Produkte.