Einleitung
Testosteron ist ein steroidaler Wirkstoff, dessen thermisches Verhalten für die Trocknung, Lagerung, Formulierung und thermische Verarbeitung von großer Bedeutung ist. Selbst geringe Mengen an Restfeuchte oder Restlösungsmittel können die Kristallinität, das Schmelzverhalten, die Pulverhandhabung und die Thermische StabilitätEin Material ist thermisch stabil, wenn es sich unter Temperatureinfluss nicht zersetzt. Eine Möglichkeit, die thermische Stabilität einer Substanz zu bestimmen ist die Verwendung eines TGA (thermogravimetrischer Analysator).thermische Stabilität beeinflussen. Daher eignet sich eine kombinierte TG-DSC-Messung mit gleichzeitiger massenspektrometrischer Analyse der freigesetzten Gase besonders gut für eine umfassende Charakterisierung. Dieser Ansatz ermöglicht es, zwischen der Freisetzung flüchtiger Bestandteile, dem Schmelzen und der chemischen Zersetzung zu unterscheiden, und liefert somit wertvolle Informationen für die Prozessoptimierung und Qualitätskontrolle.
Messbedingungen
Die Messbedingungen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Messbedingungen für STA
| Gerät | STA Aёolos |
| Probe | Testosteron |
| Probenmasse | 10 mg |
| Temperaturbereich | 30 °C bis 500 °C |
| Heizrate | 20 K/min |
| Atmosphäre | Stickstoff, 70 ml/min |
| Tiegel | Pt mit gelochtem Deckel |
Ergebnisse und Diskussion
Abbildung 1 zeigt die TG-, DTG- und DSC-Kurven von Testosteron.
Im niedrigen Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und etwa 130 °C ist ein geringer Massenverlust von 2,3 % mit einem DTG-Peak bei 127 °C zu beobachten.
Dieses Verhalten lässt sich auf die Freisetzung von Restfeuchte und schwach gebundenen flüchtigen Verbindungen zurückführen. Das DSC-Signal zeigt gleichzeitig einen endothermen Effekt mit einer Peaktemperatur von 127 °C.
Diese Ereignisse deuten auf Desorptions- oder dehydratisierungsbedingte Prozesse vor dem Hauptphasenübergang hin.
Solche Informationen sind wichtig, da bereits geringe Mengen an Restfeuchte die Lagerstabilität, den Pulverfluss und die Reproduzierbarkeit der nachgelagerten Verarbeitung beeinflussen können.
Es zeigt sich ein ausgeprägter endothermer DSC-Peak mit einer extrapolierten Einsetztemperatur von 155 °C, was gut mit dem aus der Literatur bekannten Schmelzpunkt übereinstimmt. Die Schmelztemperaturen und SchmelzenthalpienDie Schmelzenthalpie einer Substanz, auch bekannt als latente Wärme, stellt ein Maß der Energiezufuhr dar, typischerweise Wärme, welche notwendig ist, um eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand zu überführen. Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der die Substanz von einem festen (kristallinen) in den flüssigen Zustand (isotrope Schmelze) übergeht.Schmelzenthalpie betrug 58 J/g. Dieses Signal wird dem Schmelzen von Testosteron zugeordnet und stellt den wichtigsten physikalischen Phasenübergang der Substanz dar. Die klar definierte Peakform deutet auf einen eindeutigen Schmelzprozess hin. Die Kenntnis der Schmelztemperaturen und SchmelzenthalpienDie Schmelzenthalpie einer Substanz, auch bekannt als latente Wärme, stellt ein Maß der Energiezufuhr dar, typischerweise Wärme, welche notwendig ist, um eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand zu überführen. Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der die Substanz von einem festen (kristallinen) in den flüssigen Zustand (isotrope Schmelze) übergeht.Schmelztemperatur ist für die Auslegung thermischer Verarbeitungsschritte unerlässlich. Die thermische Zersetzung setzte oberhalb von 250 °C ein und war bei etwa 450 °C abgeschlossen. Der DTG-Peak wurde bei 392 °C festgestellt.
Die in Abbildung 2 dargestellte Analysen der freigesetzten Gase liefert wichtige zusätzliche Informationen über die Art der Massenverlustvorgänge. Die Ionenkurve bei m/z 18 zeigt ein deutliches Signal mit einem Maximum bei etwa 137 °C, das der Freisetzung von Wasser zugeordnet wird. Dies bestätigt, dass der in der TG-Kurve beobachtete Massenverlust bei niedrigen Temperaturen zumindest teilweise durch Restfeuchte verursacht wird. Darüber hinaus weisen die Ionenkurven von m/z 43 und m/z 58 ein deutliches Maximum bei etwa 171 °C auf, was auf die Freisetzung von Spuren von Aceton hinweist, sobald die Probe geschmolzen ist. Dies deutet auf das Vorhandensein von Lösungsmittelrückständen hin, die wahrscheinlich aus der Synthese, Reinigung oder KristallisationAls Kristallisation bezeichnet man den physikalischen Vorgang der Verhärtung bei der Bildung und beim Wachstum von Kristallen. Bei diesem Prozess wird Kristallisationswärme frei.Kristallisation stammen.
Das bei 374 °C gemessene MS-Spektrum ist in Abbildung 3 dargestellt und weist einige Ähnlichkeiten mit dem Bibliotheksspektrum von Testosteron auf. Dieser Befund deutet auf eine teilweise Zersetzung und eine teilweise VerdampfungVerdampfung beschreibt die Phasenumwandlung eines Stoffes von der flüssigen in die gasförmige Phase. Beim Verdampfen eines Stoffes unterscheidet man grundsätzlich zwei Formen, Sieden und Verdunstung.Verdampfung von Testosteron während der thermischen Behandlung hin. Bei der Pyrolyse werden wahrscheinlich mehrere verschiedene Zersetzungsprodukte gleichzeitig als Gemisch freigesetzt.
Zusammenfassung
Die Messung zeigt, dass ein kombinierter TG-DSC-Ansatz, idealerweise ergänzt durch eine Analyse der entweichenden Gase, für eine zuverlässige Beurteilung des thermischen Verhaltens des Materials unerlässlich ist. Nur diese Kombination ermöglicht eine klare Unterscheidung zwischen physikalischen Übergängen wie Trocknung und Schmelzen sowie chemischen Abbauprozessen. Ohne die MS-Kopplung könnten diese geringfügigen Massenverluste zwar mittels TG erfasst werden, ihr chemischer Ursprung ließe sich jedoch nicht mit derselben Sicherheit identifizieren. Diese Ergebnisse bilden eine wichtige Grundlage für die Optimierung der Trocknungs-, Lagerungs- und thermischen Verarbeitungsbedingungen für Testosteron.
Die thermische Charakterisierung des Schmelzverhaltens von Testosteron liefert wertvolle Informationen zur Beurteilung seiner physikalischen Stabilität in transdermalen Arzneiformen. Die gewonnenen Daten unterstützen die Entwicklung robuster Formulierungen und ermöglichen die Bewertung möglicher Rekristallisationsprozesse, die die Wirkstofffreisetzung und damit die Wirksamkeit des Produkts beeinträchtigen können. Eine Vermeidung der Kristallisation ist dabei entscheidend, um sowohl die Bioverfügbarkeit des Wirkstoffs als auch die Haftung transdermaler Pflaster während Lagerung und Anwendung langfristig sicherzustellen.