Εισαγωγή
Το στεατικό μαγνήσιο χρησιμοποιείται ευρέως ως λιπαντικό στην παραγωγή καλλυντικών και φαρμακευτικών προϊόντων. Διατίθεται στο εμπόριο ως μείγμα διαφόρων αλάτων λιπαρών οξέων που μπορεί να ποικίλλουν σε αναλογία. Επιπλέον, το στεατικό μαγνήσιο μπορεί να βρεθεί ως μονοϋδρικό, διϋδρικό και τριϋδρικό. Πράγματι, οι φυσικές ιδιότητες και ιδιαίτερα οι λιπαντικές ιδιότητες του υλικού αυτού επηρεάζονται από την περιεκτικότητά του σε υγρασία και την κατάσταση ενυδάτωσής του. Για τους λόγους αυτούς, οι ιδιότητες του στεατικού μαγνησίου μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από κατασκευαστή σε κατασκευαστή [2, 3].
Οι μεταβαλλόμενες ιδιότητες του στεατικού μαγνησίου μπορούν να διερευνηθούν με τη βοήθεια της DSC, η οποία είναι μια ιδιαίτερα εύκολη και γρήγορη μέθοδος για τη λήψη ενός δακτυλικού αποτυπώματος της ουσίας. Μια άλλη µέθοδος θερµικής ανάλυσης, η TGA, µπορεί να βοηθήσει να δοθεί µια ένδειξη για την κατάσταση ενυδάτωσης του στεατικού µαγνησίου.
Στη συνέχεια, ένα δείγμα στεατικού μαγνησίου χαρακτηρίστηκε με μετρήσεις DSC και TGA. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση στις θερμικές ιδιότητες που προκύπτει από μια περίοδο αποθήκευσης 2 ωρών στους 60°C και 120°C σε ξηρή ατμόσφαιρα αζώτου.
Συνθήκες δοκιμής
Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με DSC 214 Polyma και TG 209 Libra® σε δυναμική ατμόσφαιρα αζώτου. Χρησιμοποιήθηκαν σφραγισμένα χωνευτήρια Concavus® με διάτρητο καπάκι.
Αποτελέσματα δοκιμών
Στο Σχήμα 2 απεικονίζεται η καμπύλη TGA του στεατικού μαγνησίου. Μεταξύ της θερμοκρασίας δωματίου και των 125°C, το δείγμα χάνει 3,5% της αρχικής του μάζας, γεγονός που οφείλεται στην απελευθέρωση νερού. Σε αυτό το θερμοκρασιακό εύρος, ανιχνεύονται δύο κορυφές στην καμπύλη DTG (1η παράγωγος της καμπύλης TGA) που υποδηλώνουν δύο στάδια: πρώτα εξατμίζεται το επιφανειακό νερό (1ο βήμα απώλειας μάζας 1,1 %), στη συνέχεια απελευθερώνεται το νερό του ενυδρίτη (2ο βήμα απώλειας μάζας 2,4 %) Η μοριακή μάζα 591,27 g/mol για το στεατικό μαγνήσιο οδηγεί σε θεωρητική απώλεια νερού 2,95 % για τη μονοϋδρική μορφή, 5,74 % για τη διϋδρική μορφή και 8,37 % για την τριϋδρική μορφή. Επομένως, η ανιχνευθείσα απώλεια μάζας αποτελεί ένδειξη για τη μονοϋδρική μορφή του στεατικού μαγνησίου: Κατά τη θέρμανση, το δείγμα χάνει πρώτα το επιφανειακό του νερό (1ο βήμα απώλειας μάζας 1.1.%) πριν απελευθερωθεί το κρυσταλλικό νερό.
Το αποτέλεσμα αυτό μπορεί να επιβεβαιωθεί από τις καμπύλες TGA που περιγράφονται από τον D. Lugge στο [4]: Για ένα καθαρό διϋδρικό και καθαρό τριϋδρικό στεατικό μαγνήσιο, η απώλεια μάζας θα ήταν σε χαμηλότερη θερμοκρασία.
Επομένως, το δείγμα που μετρήθηκε περιέχει τουλάχιστον τη μονοϋδρική μορφή στεατικού μαγνησίου. Η διαφορά μεταξύ της θεωρητικής απώλειας νερού 2,95% και της μετρούμενης 3,5% μεταξύ θερμοκρασίας δωματίου και 125°C μπορεί να προέρχεται από την εξάτμιση του επιφανειακού νερού και/ή από την παρουσία διϋδρικού/τριϋδρικού στο δείγμα.
Στο Σχήμα 3 παρουσιάζεται η καμπύλη DSC του στεατικού μαγνησίου κατά τη θέρμανση στους 200°C. Οι κορυφές που ανιχνεύονται στους 78,3°C, 91,8°C, 95,8°C και 116,0°C οφείλονται εν μέρει στην απελευθέρωση του επιφανειακού νερού και του δεσμευμένου νερού, όπως υποδεικνύεται από την TGA. Η διαδικασία εξάτμισης πιθανώς επικαλύπτεται από την τήξη των συστατικών του δείγματος.
Το ενδοθερμικό φαινόμενο στους 145,2°C δεν συνδέεται με απώλεια μάζας και πιθανώς οφείλεται στην τήξη ενός συστατικού του δείγματος.
Στο Σχήμα 4 παρουσιάζονται οι καμπύλες DSC του στεατικού μαγνησίου όπως παραλήφθηκε, καθώς και οι καμπύλες DSC του υλικού μετά από αποθήκευση για 2 ώρες στους 60°C (κόκκινη καμπύλη) και στους 120°C (μαύρη καμπύλη), αντίστοιχα.
Η αποθήκευση στους 120°C (μαύρη καμπύλη) άλλαξε εντελώς το προφίλ DSC: Απομάκρυνε το ενυδατωμένο νερό. Σύμφωνα με τους Ertel και Carstensens [5], η θέρμανση στους 105°C όχι μόνο αφαιρεί το νερό αλλά αλλάζει και τη δομή των κρυστάλλων. Εδώ, η αποθήκευση στους 120°C έδωσε μια δομή με μέγιστες θερμοκρασίες στους 49°C και 53°C.
Κατά την αποθήκευση στους 60°C, το δείγμα χάνει μέρος του νερού του. Ως εκ τούτου, η ποσότητα του νερού που απελευθερώνεται κατά τη θέρμανση στο DSC μειώνεται, μειώνοντας την ενθαλπία κορυφής μεταξύ 30°C και 130°C. Επιπλέον, τα αποτελέσματα μετατοπίζονται ελαφρώς προς υψηλότερες θερμοκρασίες.
Η κορυφή μεταξύ 130°C και 155°C ανιχνεύεται και για τις τρεις μετρήσεις και βρίσκεται σε αρκετά καλή συμφωνία με το θεωρητικό εύρος τήξης του στεατικού μαγνησίου φαρμακευτικής ποιότητας (130°C έως 145°C [6]). Ωστόσο, η ενθαλπία της είναι πολύ υψηλότερη για το δείγμα που αποθηκεύτηκε στους 120°C. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αυτή η υψηλότερη ενθαλπία κορυφής μετά την αποθήκευση στους 120°C συνδέεται πιθανώς με μια αλλαγή στη δομή του στεατικού μαγνησίου [5].
Συμπέρασμα
Η αποθήκευση του στεατικού μαγνησίου σε διαφορετικές θερμοκρασίες οδηγεί σε διαφορετική θερμική συμπεριφορά, η οποία μπορεί να φανεί στην αλλαγή των καμπυλών DSC. Η θερμική επεξεργασία προκαλεί την απελευθέρωση διαφορετικά δεσμευμένου νερού, ενώ η θερμοκρασία απελευθέρωσης του νερού δίνει ένδειξη του τύπου του νερού (π.χ. επιφανειακό νερό). Οι διαφορές στις καμπύλες DSC πιθανόν να οφείλονται επίσης σε αλλαγές στην κρυσταλλική δομή του δείγματος κατά την αποθήκευση.
Τα στεατικά στεατικά μαγνησίου που διατίθενται στο εμπόριο είναι μείγματα διαφορετικών λιπαρών οξέων που μπορεί να διαφέρουν από κατασκευαστή σε κατασκευαστή, καθιστώντας την TGA και την DSC απαραίτητα εργαλεία για την επαλήθευση πριν από την παρασκευή μιας φαρμακευτικής σύνθεσης.