Aplicación en el sector farmacéutico
La termogravimetría (TG) o análisis termogravimétrico (TGA) es un método establecido para el análisis composicional, por ejemplo, para detectar el contenido de agua de los hidratos [1]. La medición de la masa residual durante un experimento de TGA puede servir para calcular, por ejemplo, el contenido de relleno de compuestos poliméricos o composites [2, 3]. Una aplicación más difícil es la determinación de small cantidades de impurezas no evaporables presentes en disolventes líquidos evaporables como la acetona, el etanol o el agua. Esta técnica -en la que la masa residual puede considerarse como residuo de destilación- fue aplicada por J. Wiss et al. utilizando un NETZSCH STA 449 F1 Jupiter® (véase la figura 1) para validar la limpieza de los equipos de las plantas de producción farmacéutica [4]. Los autores demostraron que podían detectarse con fiabilidad impurezas con diversas concentraciones en el intervalo comprendido entre aproximadamente 5 y 50 ppm [4].
Una concentración de masa de impureza de, por ejemplo, 5 ppm requería la detección de una masa residual tan small como 25 μg tras la evaporación del disolvente con una masa de 5 g, que es la capacidad de carga máxima y al mismo tiempo el rango de pesaje dinámico máximo del STA 449 F1 Jupiter® . Es posible realizar mediciones de este tipo de muestras de large, ya que este instrumento puede equiparse con un portamuestras TGA y un crisol de vaso de precipitados con un volumen de 5 cm3 , como se muestra en la figura 2. No obstante, una concentración de masa de sólo 5 ppm es una cantidad muy small. Puede ilustrarse con un pajarito de 10 g de masa sentado a lomos de un elefante joven de 2000 kg de masa.
Pesemos el pajarito
En general, el software de análisis Proteus® de NETZSCH, que funciona también en el marco del software conforme a la CFR21 Parte 11 Proteus® Protect, ofrece dos posibilidades para el cálculo de la masa residual a partir de una curva TG (véase la figura 3). La primera es la funcionalidad estándar "Masa residual", que se calcula de la siguiente manera:
donde m0 es la masa inicial de la muestra y Δm es toda la pérdida de masa medida durante el experimento TGA. La función de masa residual funciona bien para valores típicos en el rango porcentual. Para masas residuales mucho más pequeñas, sin embargo, m0 y Δm son casi idénticos y, además, ambos valores tienen que ser relativamente large (en el rango de unos pocos gramos, véase más arriba). Especialmente para muestras líquidas y muy volátiles, la determinación de ambos, m0 y Δm, mediante termogravimetría no es lo suficientemente precisa para un cálculo fiable de (m0 - Δm) en el rango de unos pocos microgramos. Volviendo a nuestra ilustración anterior, no tiene sentido medir la masa del elefante junto con el pajarito y restar la masa del elefante solo para obtener la masa del pajarito. Es mejor medir la masa del pajarito por separado. Gracias a la segunda funcionalidad "Valor Residuum", podemos detectar la señal de masa absoluta mr al final del experimento TGA - que corresponde exactamente a la masa del pajarito:
El requisito previo para la evaluación del valor de vacío residual de alta precisión es que la medición comience con una llamada fase de espera inicial, en la que se introduce la muestra, y termine con una fase de espera final, en la que se determina el valor de vacío residual. Las temperaturas (isotérmicas) y las condiciones del flujo de gas deben ser las mismas durante ambas fases de espera. Encontrará más detalles en el sistema de ayuda del software Proteus®. Otro requisito para obtener resultados precisos y reproducibles es, por supuesto, la baja deriva de la termobalanza utilizada: La NETZSCH STA 449 F1 Jupiter® tiene una deriva de la balanza de larga duración inferior a 1 μg por hora.
Resultados experimentales
En la figura 4 se muestran ejemplos de resultados de medición obtenidos con el disolvente acetona disponible en el mercado. Para estas pruebas se utilizó el analizador térmico NETZSCH STA 449 F1 Jupiter® equipado con un portamuestras TGA y un crisol de vaso de Al2O3; como gas de purga se utilizó helio a un caudal de 70 ml/min. El programa de temperatura del horno mostrado en la figura 4 es exactamente el mismo que el utilizado por J. Wiss et al. [4]: Al calentar a 50°C y durante el segmento IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmico a 50°C, el disolvente de acetona se evaporó completamente, lo que puede verse en la pérdida de masa de aproximadamente 1900 mg observada para cada medición. Después, el horno se calentó a 105°C y finalmente se enfrió de nuevo a la temperatura inicial de 30°C. A partir de los valores de residuo de 95 μg y 92 μg medidos automáticamente al final de la fase IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmica a 30°C, y de las masas de muestra iniciales de 1848 mg y 1913 mg determinadas automáticamente al comienzo de las mediciones, se calcularon concentraciones de masa de 51 ppm y 48 ppm de impurezas no evaporantes mediante el software de análisis Proteus®.
Resumen
Estos resultados demuestran el uso del NETZSCH STA 449 F1 Jupiter® en combinación con su software inteligente Proteus® para la determinación precisa de impurezas en disolventes hasta el nivel de ppm. Esta aplicación se investigó ampliamente para una validación de la limpieza de los equipos de las plantas de producción farmacéutica [4].