Eindeutige Rohmaterial-Identifizierung (RMID) mittels DSC

Überall dort, wo chemische Substanzen in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt werden – sei es als Edukt chemischer Reaktionen oder als Basis für die Weiterverarbeitung – ist die Rohstoffidentifikation oder Wareneingangskontrolle von größter Bedeutung für die Qualität und Sicherheit von Arzneimitteln.

Kenngrößen, die geeignet sind zur Stoffidentifikation:

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
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 (Schmelzwärme)
Phasenübergänge
GlasübergangstemperaturDer Glasübergang gilt als eine der wichtigsten Eigenschaften amorpher und teilkristalliner Materialien, wie z.B. anorganische Gläser, amorphe Metalle, Polymere, Pharmazeutika und Lebensmittel, usw., und bezeichnet den Temperaturbereich, in dem sich die mechanischen Eigenschaften des Material von einem harten und spröden Zustand in einen weicheren, verformbaren oder gummiartigen Zustand ändern.Glasübergangstemperatur
Spezifische Wärmekapazität

Sie alle können mit Hilfe der Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) bestimmt werden.

Die Schmelztemperatur und die Schmelzenthalpie sind typisch für kristalline Substanzen einschließlich deren Polymorphe. Die Glasübergangstemperatur ist eine Eigenschaft amorpher Materialien. Teilkristalline Substanzen zeigen sowohl Schmelzeffekt als auch Glasumwandlungen.

Charakteristische Daten von Phenacetin

Phenacetin wurde 1887 als Analgetikum eingeführt, aber wegen seiner schädlichen, insbesondere nierenschädigenden Wirkung in Kombination mit anderen Schmerzmitteln, ist dieses Arzneimittel in den meisten Ländern nicht mehr als Medikament auf dem Markt erhältlich. Reines Phenacetin ist jedoch Teil des Reinheit-Sets für DSC des NIST (National Institute of Standards and Technology, SRM 1514) und eignet sich daher gut zur Erklärung der Schmelzpunktbestimmung.

Im folgenden Experiment wurden 1,04 mg Phenacetin in einer Stickstoffatmosphäre in Aluminiumtiegeln mit einer Heizrate von 10 K/min auf 160°C erhitzt. Die DSC-Kurve (Abb. 1) zeigt einen endothermen Effekt, der auf das Schmelzen der Substanz zurückzuführen ist.

USP Kapitel <891> empfiehlt, die extrapolierte Onsettemperatur des DSC-Effekts (im vorliegenden Fall bei 134,5°C) mit dem Schmelzpunkt des kristallinen Materials zu korrelieren. Die entsprechende Schmelzenthalpie (oder Schmelzwärme) wird durch Peakintegration zu 159,6 J/g berechnet. Die Auswertung kann automatisch mit der AutoEvaluation-Funktionalität der NETZSCH Proteus^®^®-Software durchgeführt werden.

Beide Ergebnisse stimmen gut mit den in der Literatur angegebenen Werten [1] und [2] überein.

Abb. 1: DSC-Messung an Phenacetin (Messbedingungen siehe Text). Wenn die Messung bei 20 K/min durchgeführt wird, benötigt ein Heizsegment nur etwa 7 Minuten.

Quellen:
[1] H. Manzo, A.A. Ahumada,, J. Pharm. Sci., 1990, 79, 12, pp 1109 – 1115 (407.2 K)
[2] A. Pen͂a, B. Excalera, A. Reillo, A.B. Sánchez, P. Bustamante, J. Pharm. Sci., 2009, 98, 3, pp 1129 – 1135 (28.75 kJ/mol, based on a molar mass of 179.21 g/mol)